Nach dem ultimativen LED Stroboskop für Dual 704 und 721 fällt es schwer einen weiteren Superlativ zu finden. Aber hier kommt er: Das LED Stroboskop für Plattenspieler Dual 704 und 721 mit quarzgesteuertem ATTiny Microcontroller.
Die klassischen Dual-Plattenspieler 704 und 721 besitzen mit dem Pickelteller oder mit dem begehrten Sägezahnteller eine elegante Möglichkeit zur optischen Drehzahlkontrolle. Während das originale Netzfrequenz-Stroboskop heute defekt ist oder ungenau arbeitet, lässt sich mit moderner Mikrocontroller-Technik eine präzise und kompakte Alternative realisieren.
Inhaltsverzeichnis
Hintergründe LED Stroboskop für Plattenspieler Dual 704 / 721
Im Dual Board gab es eine Diskussion mit Florian (targetps), in der wir über ein LED Stroboskop für Plattenspieler mit Microcontroller gesprochen haben. Florian hat das alles entwickelt und mir ein Muster des Stroboskops zum Testen geschickt. Am Ende durfte ich es sogar behalten, vielen Dank dafür.
In diesem Artikel stelle ich dieses selbstgebaute LED Stroboskop für Plattenspieler auf Basis eines ATTiny24 vor. Die Stroboskopfrequenz wird dabei vollständig intern über einen Timer erzeugt und ist nicht mit der Netzfrequenz synchronisiert. Für 33⅓ und 45 U/min werden jeweils exakt berechnete, unterschiedliche Frequenzen verwendet. Durch sehr kurze LED-Impulse entsteht ein scharfes, stehendes Bild auf dem originalen Pickelteller und Sägezahnteller – auch bei 45 U/min, was bei vielen Lösungen nicht selbstverständlich ist.
Das Stroboskop ist umschaltbar zwischen 33⅓ und 45 U/min und fügt sich unauffällig in den Betrieb der beiden Dual-Modelle ein.
Überlegungen und Anforderungen
Bevor es losgehen konnte, mussten die Anforderungen an das LED Stroboskop für Plattenspieler gefunden werden. Da hier ein ATTiny 24 Microcontroller verwendet wird, können zusätzliche Funktionen eingebaut werden, die mit einem einfachen Stroboskop nicht möglich sind:
- verfügbar für die Modelle 704 und 721
- genaue Anzeige der Geschwindigkeit bei 33⅓ und 45 U/min beim Pickelteller
- genaue Anzeige der Geschwindigkeit bei 33⅓ und 45 U/min beim Sägezahnteller
- automatische Umschaltung der Stroboskopfrequenz
- schmale Impulse für gute Ablesbarkeit
- leichter Einbau an der Originalposition
- rückstandslos rückbaubar
Überlegungen zum Pickelteller
Der Pickelteller hat 4 Stroboskop-Reihen, 33⅓ und 45 U/min jeweils für 50 und 60 Hz Netzfrequenz. In Deutschland haben wir 50 Hz Netzfrequenz. bei 33⅓ U/min braucht man für ein stehendes Bild bei 100 Hz Blinkfrequenz genau 180 Pickel. Diese sind auf dem Plattenteller angebracht. Für 45 U/min benötigt man allerdings 133⅓ Pickel. Das ist nicht möglich und deshalb hat der Pickelteller auf der entsprechenden Reihe nur 133 Pickel. Das bedeutet aber auch, dass sich der Plattenteller mit 45,1 U/min dreht. Dies soll durch die Änderung der Blinkfrequenz korrigiert werden.
Folgende Blinkfrequenten wurden gewählt:
- 33⅓ U/min: 100 Hz
- 45 U/min: 99,75 Hz
Überlegungen zum Sägezahnteller
Der Sägezahnteller hat aufgrund der einzelnen Stroboskopreihe eine tolle Optik. Nicht ohne Grund ist er so beliebt. Diese Rehe zeigt ein stehendes Bild bei 33⅓ U/min, sowohl bei 50 als auch bei 60 Hz Blinkfrequenz an.
Auf dem Bild oben ist sehr gut die Funktionsweise zu erkennen. Rot ist für 50 Hz und grün ist für 60 Hz. Man kann auch gut erkennen, dass nicht bei jedem Abschnitt eine Kante vorhanden ist. Das ist auch der Grund, warum das Bild beim Sägezahnteller immer etwas unscharf wirkt.
Dieser Teller zeigt bei 45 U/min gar kein Bild an. Das lässt sich durch die Änderung der Blinkfrequenz korrigieren.
Folgende Blinkfrequenten wurden gewählt:
- 33⅓ U/min: 50 Hz
- 45 U/min: 81 Hz
Elektronik
Als zentrales Bauteil kommt ein ATTiny24 zum Einsatz, der sich durch gute Verfügbarkeit, geringe Kosten und einen sehr überschaubaren Schaltungsaufwand auszeichnet. Der Mikrocontroller benötigt nur wenige externe Komponenten und eignet sich damit besonders gut für ein kompaktes und zuverlässiges Stroboskop-Design.
Der ATTiny24 arbeitet mit einer Betriebsspannung von 5 V, weshalb ein 7805-Festspannungsregler zur Spannungsversorgung vorgesehen ist. Da die daraus resultierende Ausgangsspannung für den direkten Betrieb der vier LEDs nicht ausreichend ist, wird zusätzlich ein Leistungs-MOSFET eingesetzt, der die LED-Ansteuerung übernimmt.
Die Erkennung der gewählten Drehzahl erfolgt über einen GPIO-Pin des Mikrocontrollers, der die Spannung am Geschwindigkeitsumschalter auswertet. Um den zulässigen Eingangsbereich des ATTiny24 einzuhalten, wird diese Spannung mithilfe der Widerstände R3 und R4 entsprechend geteilt. Auf diese Weise kann zuverlässig zwischen 33⅓ und 45 U/min unterschieden werden.
Das passende Layout war dann schnell mit TARGET 3001! erstellt. Florian hat damit schon mit seinen bisherigen Projekten gute Erfahrungen sammeln können. Die Gerber-Dateien und die Reichelt Bestellliste gibt es unten bei den Downloads.
Software
Bei der Softwareentwicklung kam unterstützend ChatGPT zum Einsatz. Das Programm selbst ist bewusst einfach und übersichtlich gehalten und gliedert sich im Wesentlichen in zwei Funktionsbereiche.
Der erste Teil besteht aus einer Endlosschleife, die für das periodische Ein- und Ausschalten der LEDs verantwortlich ist. Das hierfür verwendete Timing wird über einen internen Timer des ATTiny24 erzeugt und bestimmt die effektive Stroboskopfrequenz.
Der zweite Teil der Software überwacht kontinuierlich einen GPIO-Pin, an dem die Spannung des Geschwindigkeitsumschalters anliegt. Abhängig von der erkannten Spannung wird zwischen den für 33⅓ und 45 U/min vorgesehenen Timerwerten umgeschaltet, wodurch sich das Timing der LED-Impulse entsprechend anpasst. Der verwendete 7,98 MHz Quarz ist nicht überall verfügbar. Hier kann auch ein anderer Quarz verwendet werden. In diesem Fall müssen #define F_CPU und die Timings in // ---- Timer ticks ---- entsprechend angepasst werden.
Den Sourcecode für den Pickel- und den Sägezahnteller gibt es unten bei den Downloads.
Für die Inbetriebnahme des Mikrocontrollers sind einige vorbereitende Schritte erforderlich. Zunächst empfiehlt es sich, eine kleine Programmierplatine zu fertigen, auf der der ATTiny24 eingesetzt und programmiert werden kann. Die genaue Vorgehensweise ist sowohl in den Datenblättern des ATTiny als auch in der Dokumentation des verwendeten Programmers beschrieben. Die Programmierplatine wird mit dem Programmer verbunden, der seinerseits per USB an den PC angeschlossen ist.
Als Programmer kam ein einfaches Modell zum Einsatz. Diese gibt es überall preiswert zu kaufen, beispielsweise bei Paradisetronic.com.
Der Programmcode wird anschließend mit Microchip Studio kompiliert und als Release-Version in eine HEX-Datei übersetzt. Diese Datei dient als Grundlage für das spätere Programmieren des Mikrocontrollers.
Im nächsten Schritt erfolgt das eigentliche Programmieren des Mikrocontrollers. Dazu werden zunächst die Fuse-Bits gesetzt, um den ATTiny24 für den Betrieb mit externer Quarzsteuerung zu konfigurieren. Dies geschieht über die Kommandozeile mit avrdude (der korrekte Pfad zur avrdude-Installation ist dabei zu beachten):
avrdude.exe -c usbasp -p t44 -B 50 -U lfuse:w:0xFF:m -U hfuse:w:0xDF:m -U efuse:w:0xFF:m
Anschließend empfiehlt sich ein Überprüfen der gesetzten Fuse-Einstellungen, ebenfalls über avrdude:
avrdude.exe -c usbasp -p t44 -B 500 -vSind die Fuse-Bits korrekt gesetzt, kann der zuvor kompilierte Programmcode auf den Mikrocontroller übertragen werden. Das Flashen des ATTiny24 erfolgt wiederum über die Kommandozeile:
avrdude.exe -c usbasp -p t44 -B 50 -U flash:w:"<Pfad zur HEX-Datei>\GccApplication30.hex"
Nach diesem Schritt ist der ATTiny24 vollständig programmiert und für den Einsatz im LED-Stroboskop vorbereitet.
Nach dem erfolgreichen Programmieren kann der ATTiny24 aus der Programmierplatine entnommen und in den dafür vorgesehenen Sockel der Stroboskop-Platine eingesetzt werden. Damit ist die Hardware vollständig vorbereitet und das LED-Stroboskop betriebsbereit.
Anpassung an den Plattenspieler
Damit das Stroboskop die korrekten Stroboskopfrequenzen erzeugen kann, muss die aktuell gewählte Drehzahl erkannt werden. Hierzu wird ein GPIO-Pin des ATTiny24 verwendet, an dem die Spannung des Geschwindigkeitsumschalters anliegt. Abhängig von diesem Spannungspegel wählt die Firmware die passenden Timing-Parameter für 33⅓ oder 45 U/min.
Für den Dual 704 konnten die relevanten Spannungen direkt ermittelt werden, da Florian über ein entsprechendes Gerät verfügt. Beim Dual 721 lagen diese Messwerte zunächst nicht vor. Die Abbildung oben zeigt den entsprechenden Ausschnitt aus dem Schaltplan des 721. Dabei wird deutlich, dass die real gemessenen Spannungen von den theoretischen Werten abweichen. Ursache hierfür sind sowohl der vorgeschaltete Spannungsregler als auch die zusätzliche Belastung des Spannungsteilers aus R4 und R5.
Die vorhandenen 13,2 V dienen als Versorgungsspannung für das Stroboskop. Am Drehzahlumschalter liegen dabei 5,6 V bei 45 U/min und 7,6 V bei 33⅓ U/min an. Diese Spannungen überschreiten den zulässigen Eingangsbereich des ATTiny24 und müssen daher angepasst werden. Mithilfe eines 2/3-Spannungsteilers werden die Pegel auf etwa 3,7 V beziehungsweise 5 V reduziert und können so sicher vom Mikrocontroller ausgewertet werden.
3D-Druck
Um das Stroboskop exakt an der vorgesehenen Position zu montieren, kommt ein 3D-gedruckter Abstandshalter zum Einsatz. Dieser stellt nicht nur den korrekten Abstand zwischen Platine und Sägezahnteller sicher, sondern fixiert gleichzeitig das transparente Prisma zuverlässig in seiner vorgesehenen Lage.
Beim Entwurf des Modells wird Florians größere Erfahrung im 3D-Design deutlich sichtbar. Besonders überzeugend ist die integrierte LED-Halterung, die eine präzise Ausrichtung der LEDs gewährleistet und sie stets im optimalen Winkel auf den Plattenteller ausrichtet.
Durch die sorgfältig ausgearbeitete Positionierung der LEDs, die im CAD unter Berücksichtigung der optischen Brechungs- und Reflexionswinkel des Prismas exakt berechnet und optimiert wurde, werden alle Reihen des Tellers gleichmäßig und mit identischer Helligkeit ausgeleuchtet.
In der Ansicht von oben ist gut zu erkennen, wie präzise Platine und Abstandshalter aufeinander abgestimmt sind. Auch die vorgesehenen Ausschnitte für das Prisma sowie die Halteklammer fügen sich passgenau in das Gesamtbild ein und erleichtern die Montage erheblich.
Die Seitenansicht verdeutlicht, wie kompakt und platzsparend die gesamte Lösung ausgefallen ist und wie unauffällig sich das Stroboskop in den vorhandenen Bauraum integriert.
Das fertige Modul aus Platine und Abstandshalter lässt sich unkompliziert an der Stelle des bisherigen Stroboskops einsetzen. So kann es direkt die Funktion übernehmen, ohne dass größere Anpassungen am Plattenspieler nötig sind. Die STL-Dateien für den 3D-Druck gibt es unten bei den Downloads.
Die verwendeten Schrauben besitzen mit 13 mm eine etwas ungewöhnliche Länge. Alternativ können jedoch auch längere Schrauben eingesetzt werden, sofern diese entsprechend gekürzt werden.
Einbau
Der Anschluss des Stroboskops an den Plattenspieler erfolgt über drei Leitungen: die Versorgungsspannung (V+), Masse (GND) sowie die Leitung zur Drehzahlerkennung (33). Da sich die anliegenden Spannungen beim Dual 704 und 721 unterscheiden, muss das Stroboskop jeweils modellabhängig bestückt werden. Die dafür vorgesehenen Widerstandswerte sind direkt auf der Platine aufgedruckt, was den Aufbau und die Zuordnung erleichtert.
Da der Spannungsteiler des Stroboskops an die Drehzahlumschaltung angeschlossen ist, wirkt er sich geringfügig auf die eingestellte Drehzahl aus. Dieser Effekt ist unkritisch, macht sich jedoch beim Umschalten zwischen 33⅓ und 45 U/min bemerkbar. Aus diesem Grund empfiehlt es sich, eine der beiden Drehzahlen neu abzugleichen. In den Abbildungen ist das entsprechende Trimmpotentiometer für den 45-U/min-Abgleich rot markiert.
Beim Dual 721 sollte man sich nicht von den Aufdrucken auf der Platine des Plattenspielers irritieren lassen. Dieses Modell verwendet eine umgekehrte Spannungslogik, die sehr wahrscheinlich aus der Steuerung des Dual 701 übernommen wurde. In diesem Fall entsprechen −15 V dem Massepotenzial (GND), während am als Masse gekennzeichneten Anschluss die Versorgungsspannung (V+) anliegt.
Das Stroboskop wird an der ursprünglichen Einbauposition montiert. Es passt dort exakt und ist zudem so flach ausgeführt, dass die Schwingungsfreiheit des Chassis in keiner Weise beeinträchtigt wird.
Die auf der Abbildung noch sichtbare Drahtbrücke ist im aktuellen Platinenlayout bereits berücksichtigt und wird daher in der gezeigten Form nicht mehr benötigt.
Fazit
Mit dem vorgestellten LED-Stroboskop steht für die Dual-Plattenspieler 704 und 721 eine moderne, kompakte und präzise Lösung zur Drehzahlkontrolle zur Verfügung. Durch den Einsatz eines ATTiny24 mit timerbasierter Frequenzerzeugung arbeitet das Stroboskop unabhängig von Netzfrequenz und Motordrehzahl und liefert sowohl bei 33⅓ als auch bei 45 U/min ein stabiles, scharfes Stroboskopbild auf dem originalen Sägezahn- und Pickelteller.
Die durchdachte Hardware, die sehr kurzen LED-Impulse sowie der passgenaue 3D-gedruckte Abstandshalter ermöglichen eine unauffällige Integration an der originalen Einbauposition, ohne das schwingend gelagerte Chassis zu beeinflussen. Trotz der notwendigen Anpassungen an die unterschiedlichen Spannungsverhältnisse von 704 und 721 bleibt der Aufbau übersichtlich und gut nachvollziehbar.
Insgesamt stellt dieses LED Stroboskop für Plattenspieler eine technisch saubere und praxisnahe Alternative zu den originalen Stroboskopen dar und eignet sich sowohl als Ersatzlösung als auch als gezielte Verbesserung für diese klassischen Dual-Plattenspieler.
Das Projekt von Florian hat mir persönlich sehr viel Freude bereitet. Seine zahlreichen durchdachten Ideen zeigen, welches Potenzial in diesen klassischen Dual-Plattenspielern noch steckt. Neben dem hier vorgestellten Stroboskop hat er unter anderem bereits eine Quarzsteuerung für den Dual 704 entwickelt, und auch weitere Konzepte zur technischen Verbesserung dieser Geräte sind bereits in Arbeit.
Natürlich gibt es Stimmen, die solche Umbauten aus Gründen des Originalzustands kritisch sehen. Angesichts der weiterhin großen Zahl erhaltener Geräte erscheint diese sehr strikte Sichtweise jedoch nicht zwingend. Solche Modifikationen können vielmehr dazu beitragen, die Alltagstauglichkeit und Präzision der Plattenspieler zu erhöhen – ohne ihren grundsätzlichen Charakter zu verändern.
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