Nikon MD-12: Das erste Geheimnis gelüftet

[Ando]

Dunkel ist es draußen und kalt.

Im Zimmer angenehm, es ist ruhig.

Das richtige Ambiente, um sich Aufgaben zu stellen ;-)


Was in so einem Motor Drive elektronisch vor sich gehen mag, interessiert mich schon lange.

Zufällig habe ich einen Nikon MD-12 Motor Drive für die Nikons FM(2) und FE(2) in meiner Reparaturkiste.

Er wartet auf seine Beschau, laut Vorbesitzer tut er nicht.


Erfreulicher Weise gibt es das zugehörige Service Manual zum freien Download auf

Nikon MD12 Service (learncamerarepair.com)


Im PDF findet sich auch der Schaltplan.

Die Stelle in der Schaltung, die ich mir anschaue, ist um Pin 1 des IC, der die Elektronik im MD-12 steuert.

Auf der Folgeseite im Service Manual gibt es zu den Funktionen des IC eine Beschreibung.

Dort steht, dass bei Spannungspegel LOW an Pin 1 der Motor anläuft und bei HIGH stoppt.


Wie ist das elektronisch umgesetzt?


Ich habe dieses Schaltungsdetail im Schaltungssimulator MultiSim nachgestellt:

• Ein PNP-Transistor schaltet den Stromfluss zum Motor.
• Zwei Widerstände bilden einen Basisspannungsteiler, der den Transistor sperrt oder durchschaltet.
• Die Basisspannung ist vom Spannungspegel an Pin 1 abhängig.

Hier die Schaltungssimulation bei Spannungspegel LOW:

• Tatsächlich - es fließen um die 40 mA Strom durch die Basis des Transistors.
• Der Transistor schaltet durch, der Weg von der Spannungsversorgung zum Motor ist frei, es fließt ein knappes Ampere Strom durch den Motor.
• Wieviel es tatsächlich (bei hier 12 Volt) sind, bleibt offen, die Simulation geht von einem bestimmten Wert aus, der nicht dem des realen Motors entsprechen muss.
• Der Motor läuft.

Und hier die Simulation bei Spannungspegel HIGH:

• Durch die Basis des Transistors fließt so gut wie kein Strom.
• Der Transistor sperrt, es fließt so gut wie kein Strom durch den Motor.
• Der Motor ist inaktiv.

Fazit:

• Es ist also durchaus möglich, den schwarzen Kraftpaketen das eine oder andere elektronische Geheimnis zu entlocken.
• Selbstverständlich gibt es noch zig andere Schaltungsfunktionen, die sich erkunden lassen.
• Was im IC - der den größten Teil der Schaltung beherbergt - abspielt, ist und bleibt unbekannt. Er ist eine Black Box. Nur Nikon weiß - besser: wusste - was da drin vor sich geht.
• Das ermutigt mich, weiter zu forschen und ich bin gespannt, ob ich meinen kranken MD-12 wieder zur Arbeit bringen kann. Vielleicht ist ja nur ein Kabel drin lose

PS:

Ich hoffe sehr, dass die Screenshots aus dem Service Manual den Forenregeln entsprechen.

Das Service Manual ist wie gesagt online frei verfügbar.

Ich bitte unsere Admin um Begutachtung.

Vielen Dank!

[Ando]

Das Schöne an diesem Service Manual von 1979 - und auch anderen aus dieser Zeit - ist die genaue Dokumentation der Funktionen der elektronischen Bauteile.

Für jeden Widerstand, Kondensator, Transistor ua. wird die jeweilige Aufgabe im Zusammenspiel mit anderen Bauteilen dargestellt.

Der IC steuert alle Abläufe, indem er an seinen Pins entweder HIGH oder LOW als Spannungspegel ausgibt.

Dann werden Transistoren durchgeschaltet oder gesperrt, Kondensatoren geladen/entladen, Spannungen an Widerstände gelegt etc.

Die Schaltung sitzt auf einer Platine und ist über Kabel mit Schaltern im Motor verbunden.

Alles zusammen ist ein Meisterwerk der Ingenieurskunst, sowohl mechanisch wie elektronisch.

Der Motor muss unter verschiedenen Einsatzbedingungen (Temperatur, Feuchtigkeit, Erschütterungen etc.) zuverlässig funktionieren.

Der Batteriesatz als Betriebsspannungsquelle soll möglichst lange halten, der Motor soll auch bei geringer werdender Spannung noch arbeiten.

Trivial ist hier gar nichts

Aber man hat noch die Chance, den Abläufen zu folgen bzw. sich etwas darunter vorzustellen.

Spätere Schaltungen haben eine noch ausgeklügeltere elektronische Schaltung bzw. werden von Microcontrollern als Mini-Computer gesteuert.

Da wird es dann mit dem Verfolgen im Detail schwierig bis unmöglich.

Beim MD-12 kann man noch einzelne Bauteile prüfen und ggf. austauschen.

Da bleib ich einmal - ein Expeditionsbericht folgt, sobald ich den Motor auf dem Tisch habe.

[Jan Böttcher]

Theorie ist, wenn man alles weiß und nix funktioniert,
Praxis ist, wenn es läuft und niemand weiß warum.

Im richtigen Leben sehe ich zwei Möglichkeiten:
- Man macht das Ding auf und guckt nach der bekannten Schwachstelle / dem bekannten Standardfehler. Wenn es das nicht ist, weiter wie unten beschrieben:
- Es ist auf dem Gerät die Jungfernfahrt, man nimmt die Doku (so verfügbar) flankierend zur Hand und begibt sich auf Fehlersuche. Zuerst das Offensichtliche (Brüche, Brandstellen, korrodierte Kontakte, abgerissene Kabel), dann "binäre Suche" oder "entlang der Kette"

Wenn die Kette lang ist, kann man es auch erstmal mit den einfachen Komponenten probieren ("Stecker drin?" bzw. kommt Batteriespannung auf der Platine an), danach dann "kommt bei simulierter Auslösung Saft am Motor an" das geht noch mit messen, danach dann evtl. leichte Manipulationen (z.B.: Ein-Schalter überbrücken um den als Fehler auszuschließen)

Kommt Saft an aber der Motor läuft nicht? Vielleicht mal den Motor solo (vom Rest der Schaltung getrennt) mit Strom versorgen (wäre es ein Faulhabermotor, dann würde ich das ganz sicher tun, bei Nikon fehlt mir der Plan), klemmt etwas?
Kommt kein Saft an? Gibt es einen Kurzschluß oder was ist mit der Signalkette (die von Dir oben analysierte Schaltung verfolgen).


Vom Vorgehensmodell würde ich jedenfalls "schaukeln". Zwischen Theorie und Praxis und Top-Down und Bottom-Up.

Sicher cool wenn man alles in der Theorie 3-4 Monate durchanalysiert hat und weiß, was alles an Gattern drinsteckt, aber mit Pech Overkill wenn die Bürsten des Motors hinüber sind oder die Wicklung durchgebrannt ist, oder irgendetwas offensichtlich gebrochen ist oder nur eine Schraube locker war.

Umgekehrt blöd, wenn man ohne jegliches Know-How erstmal losstürmt und alle Schrauben löst, aber nicht im Manual gelesen hat, daß man nur 3 lösen soll und die andern 12 intern Sachen halten, die man nur schwer wieder justiert bekommt (falls mal jemand eine Rollei 35 SE oder TE in die Finger bekommt und er/sie ein-zwei Schrauben voreilig gelöst hat und die Filterscheibe vor dem CdS-Widerstand "durchflutscht", möge man sich an mein hohes Lied auf die Theorie erinnern!).

Aktuell hast Du eine starke Amplitude in Richtung Theorie. ;-)

[Ando]

Ja, nur mit Analyse wird es schwierig, das Werkl wieder zum Laufen zu bringen.

Aber das Praktische ist ja nicht ausgeschlossen.

Ich bin froh, dass ich bei der Elektronik weiterkomme. Und nachvollziehen kann, wie das so ca. aufgesetzt ist.

Im IC vermute ich ein komplexes Gatterverhau, das die Abläufe routet. Also wenn A = 1, B = 0, C = 1 dann X = 1 usw.

Dann ist da natürlich auch noch die Mechanik.

Ich bin gespannt.

***


Heute ist übrigens ein beschädigter MD-1 von Minolta zu mir gekommen. Der krachte vermutlich mit dem Auslösegriff voran auf den Boden. Verbogene Platine im Griff und die Verkleidung weggebrochen.

Da ist wenigstens klar, wo das Problem liegt. Ein abgerissenes Kabel weist den Weg.

Diesen Teil des Motors kenne ich schon aus einem anderen Projekt.

Ich machte mir da ua. das Vergnügen, den Auslöser zu zerlegen, um filigrane Schleifer auf der Platine wieder zurechtzubiegen. Das war schon intensiv

https://www.digicamclub.de/showthread.php?t=25822

[Ando]

Und was die logischen Schaltungen betrifft - so richtig übersichtlich wird es dann, wen man sich nicht nur mit den Gatterfunktionen, sondern mit den Transistorschaltungen darunter beschäftigt.

Also wie Transistoren zusammengeschaltet sind im Baustein, damit die Gatter wie AND, OR, NOT, NAND, NOR realisiert werden.

Und das alles bei einer Transistordichte von Anzahl unvorstellbar / unvorstellbar kleine Fläche.

Da ist dann Schluss mit dem simplen Reparieren von Kameras

Aber vielleicht gibt es ja Multitalente, die das alles wie selbstverständlich beherrschen ...

[klein_Adlerauge]

Ja, ab einem gewissen Komplexitäts- und Integrationsgrad von Technik kann das naturgemäß nicht mehr von einer Person alleine entwickelt werden. Da sind verschiedene Teams, auch Zulieferer, am Werk und nur das jeweilige Team durchdringt noch den Aufbau und die Funktion des eigenen Software- / Hardwarebestandteils. Gegenüber den anderen Beteiligten publiziert sich der Teilbereich über eine definierte Schnittstelle. Gegen diese Schnittstelle kann auch getestet werden, dafür gibt es in der Regel standardisierte Verfahren. Was im Inneren des Bauteils dann wirklich vonstattengeht, ist für die Außenwelt verborgen – es interessiert nur, wie die Schnittstelle definiert ist. „Black Box Prinzip“ nennt man das in der Informatik. Nur so lassen sich komplexe, große Projekte realisieren. Mit dem Nachteil, dass niemand mehr, auch beim Hersteller nicht, das Gesamtprodukt komplett in allen Details überblickt und versteht.

LG
Heino

[Ando]

Ja, ab einem gewissen Komplexitäts- und Integrationsgrad von Technik kann das naturgemäß nicht mehr von einer Person alleine entwickelt werden. Da sind verschiedene Teams, auch Zulieferer, am Werk und nur das jeweilige Team durchdringt noch den Aufbau und die Funktion des eigenen Software- / Hardwarebestandteils. Gegenüber den anderen Beteiligten publiziert sich der Teilbereich über eine definierte Schnittstelle. Gegen diese Schnittstelle kann auch getestet werden, dafür gibt es in der Regel standardisierte Verfahren. Was im Inneren des Bauteils dann wirklich vonstattengeht, ist für die Außenwelt verborgen – es interessiert nur, wie die Schnittstelle definiert ist. „Black Box Prinzip“ nennt man das in der Informatik. Nur so lassen sich komplexe, große Projekte realisieren. Mit dem Nachteil, dass niemand mehr, auch beim Hersteller nicht, das Gesamtprodukt komplett in allen Details überblickt und versteht.

Wie werden eigentlich komplexe Schaltungen in IC entworfen?

Gibt es dafür Programme, die die Zusammenschaltung der Transistoren selbstständig erledigen? Also man gibt das Ziel vor und die Software macht?

Ich glaube ja nicht, dass da noch jemand im weißen Mantel am Zeichenbrett steht ;-)

[klein_Adlerauge]

Wie werden eigentlich komplexe Schaltungen in IC entworfen?

Gibt es dafür Programme, die die Zusammenschaltung der Transistoren selbstständig erledigen? Also man gibt das Ziel vor und die Software macht?

Ich glaube ja nicht, dass da noch jemand im weißen Mantel am Zeichenbrett steht ;-)

Ich bin da auch nicht spezialisiert, aber ich kann es mir nicht anders vorstellen, als da eine Spezialsoftware verwendet wird, wo schon verschiedene Standardschaltungen fertig hinterlegt sind, die einfach per Copy-Paste eingefügt werden. Die optimale Anordnung wird dann auch von einem Algorithmus vorgenommen werden. „Traveling Salesman“ würde z.B. in diese Richtung weisen.

LG
Heino

[Anthracite]

Wie werden eigentlich komplexe Schaltungen in IC entworfen?

Gibt es dafür Programme, die die Zusammenschaltung der Transistoren selbstständig erledigen?

Garantiert gibt es dafür Programme.
Die modernen Prozessoren oder Graphikchips haben teilweise mehrere Milliarden Transistoren auf dem Die. Das macht auch ein großen Entwicklungsteam nicht per Hand.

[Jan Böttcher]

Wie werden eigentlich komplexe Schaltungen in IC entworfen?

Gibt es dafür Programme, die die Zusammenschaltung der Transistoren selbstständig erledigen? Also man gibt das Ziel vor und die Software macht?

Ich glaube ja nicht, dass da noch jemand im weißen Mantel am Zeichenbrett steht ;-)

Zeichenbrett ist schon etwas länger out. Du hast ein paar Ebenen. Reden wir mal über "digital" (MOS und nicht über "bipolar"), vereinfachte Darstellung:

Auf der untersten "Technologie-Ebene" hast Du Leiterbahnen, Isolation und Transistoren, die haben eine Geometrie. Daraus werden später Masken generiert, die mit einem "Stepper" ausbelichtet wurden (aktuell bin ich unsicher, ob noch dingliche Masken verwendet werden oder nur noch direkt belichtet wird und die "Masken" nur virtuell vorliegen) und die dann Schicht für Schicht fotolithografisch auf das Substrat aufgebracht wurden und dann wird bedampft (Aluminiumleiterbahnen), oxidiert (Siliziumoxid als Isolator) oder P- oder N-dotiert.

So richtig früher hat man die Masken mit Folien gemacht und die dann fotografisch verkleinert. Mitunter wurde dann "ein roter Streifen drübergeklebt", das hat sich dann auch im CAD Prozeß (früher an der "Graphik-Workstation", schon in Jeans und Pullover bedienbar, ohne Kittel) als Begriff gehalten. Im Kampf um immer kleinere Strukturen dann immer kürzere Wellenlängen für die Fotolithografie (es geht schon etwas länger nicht mehr mit sichtbarem Licht).

Aus den Transistoren baut man erstmal NAND und NOR Gatter und aus denen kann man "alles" an Logik zusammenbauen (evtl. kann man auch mal "kürzen"). Klar, für RAMs und AD- und DA-Wandler kommen Schmakatien zum tragen und ROM also der "Inhalt" des ROMs ist rein "Aluminium" (das drumherum und die Adressansteuerung natürlich Gatter).

Aus den Standardgattern /-Bausteinen baut man je nachdem was man gerade braucht: Speicher, eine ALU oder sonstwas. Natürlich braucht man auch immer mal Spezialitäten, aber man baut sich eben auch "Bibliotheken" mit Standards, die man wie Legosteine immer wieder verwendet ("Copy&Paste") und nicht jedesmal neu erfindet. Evtl. baut man auch das gleich Gatter in unterschiedlichen Topographien, um später Platz zu sparen.

Wenn man loslegt, entwirft man eine elektrische Schaltung, die kann man auch im Computer simulieren, und den Entwurf setzt man dann aus seinen Legosteinen äh "Modulen" zusammen und verbindet sie. Dann läßt man eine Software aus der Geometrie wieder die Schaltung extrahieren um zu sehen, ob man auch das gemacht hat, was man geplant hat.

Und dann geht es eben arbeitsteilig. Man hat eine "Idee" oder Vorgabe, was man überhaupt bauen soll, eine CPU, einen Mikrocontroller, einen Signalprozessor, eine Gleitkommaarithmetik, ... und dann wird überlegt, wie man das schlauerweise anstellt und in ein möglichst schon vorhandenes Gehäuse mit bereits bekanntem Pinning unterbringt. Klar, der erste 64-Bit-Prozessor kriegt ein neues Gehäuse. Die Nächste Generation Speicher mit größerem Adressraum auch (neues Gehäuse = neue Schmerzen). Man überlegt sich, wie man die Vorgabe realisiert, also welche Komponenten man benötigt und wie man die zweckmäßigerweise anordnet. Klassischerweise gibt es dann Spezialisten fürs Design und dann ein paar mehr Leute um das in den Rechner zu bringen.

Sicher wird da immer mehr von Software gemacht (wie auch beim Platinenlayout), aber man weiß ja auch, was bei Software-Generatoren rauskommt, das ist oft etwas "weitschweifig" und man kann es manchmal noch optimieren.

Um dann etwas "zu erfinden", also statt "lauter Kram fest verdrahtet" eine Mikroprogrammierung zu machen, oder statt "klassischem Mikroprogramm" dann einen RISC Rechner zu bauen (und den Rest der Welt von der Genialität der Idee zu überreden oder gar zu überzeugen) braucht man bislang wohl noch "Keativität" und Menschen.