Bally’s

​​​ AS-2518-15, AS-2518-21

"6 Digit Display Modules"

&

AS-2518-58

"7 Digit Display Module"

THEORY OF OPERATION

&

TROUBLESHOOTING 

Copyright 2023 by Holger Stallmann (holli8123)

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Einführung:

Ab dem ersten von Bally auf dem Markt gebrachten Solid State Modell (Evel Knievel) wurden 6-stellige digitale Ziffernanzeigen verbaut. Anfangs wurden Display Module mit der Bezeichung AS-2518-15 eingesetzt.

Durch eine Änderung des Emitter-Widerstand bei den Level-Shiftern für die Ansteuerung der Segmente sowie dem zusätzlichen Einbau von Vorwiderständen in die Steuerleitungen von U1 erhielt das Display die Bezeichnung AS-2518-21, das im weiteren Verlauf der Produktion zwischen 1977 und 1985 als 6-stelliges Display beibehalten wurde. Ab Einführung der Geräte mit 7-stelligen Score-Anzeigen wurde dafür das AS-2518-58 verwendet. Das Funktionsprinzip aller Displays ist identisch und wird in dieser Theory of Operation im Detail erklärt.  

Es wird empfohlen, den Schaltplan (Schematics) des Bally AS-2518-21 und AS-2518-58 sowie ein Modul bzw. dessen Abbildung bereitzuhalten um die nachfolgenden Beschreibungen besser nachvollziehen zu können. 

Zusätzlich wird auf folgende Dokumente / Artikel verwiesen, die zum Teil auch als Grundlage für die Beschreibungen im folgenden Artikel hergenommen wurden: 

• Bally FO 560-3 „Electronic Pinball Games Repair Procedures “
• Bally AS-2518-21, AS-2518-58, AS-2518-35 und AS-2518-22 schematics
• MC14543 Datasheet

Blockschaltbild:

Folgende Abbildung zeigt die einzelnen Funktionsblöcke, die im folgenden Artikel weiter in ihre einzelnen Bestandteile zerlegt und näher betrachtet werden.

-       Spannungsversorgung 

-       Ansteuerung durch die MPU 

-       Decoder und Treiber

-       Display

Es wird empfohlen, den Schaltplan (Schematics) des Bally AS-2518-21 und AS-2518-58 sowie ein Modul bzw. dessen Abbildung bereitzuhalten um die nachfolgenden Beschreibungen besser nachvollziehen zu können. 

Zusätzlich wird auf folgende Dokumente / Artikel verwiesen, die zum Teil auch als Grundlage für die Beschreibungen im folgenden Artikel hergenommen wurden:  

• Bally FO 560-3 „Electronic Pinball Games Repair Procedures “
• MC14543 Datasheet
  

Begriffsbestimmungen

MPU   = 6800 Prozessor auf dem Rechnerboard des Flippers 

BCD   = Binary Coded Decimal

Schreibweisen

Signale, die im aktivierten Zustand High-Pegel führen:  normale Schreibweise z.B. CA2

Signale, die im aktivierten Zustand Low-Pegel führen:   mit vorangestelltem Schrägstrich z.B. /RESET

Grundlagen

Die 7 Segment Anzeige:

Eine Segmentanzeige ist in der Lage, durch die entsprechende Ansteuerung ihrer Segmente Buchstaben, Zahlen oder Zeichen darzustellen. Es existieren verschiedene Arten von Segmentanzeigen, die sich nicht nur in der Anzahl und Anordnung ihrer Segmente unterscheiden, sondern auch in deren Funktionsweise. Die gängigsten sind auf LED oder LCD basierenden Siebensegmentanzeigen, die z.B. in Digitaluhren oder Taschenrechnern zum Einsatz kommen und alle Ziffern von 0 bis 9 aus bis zu sieben einzeln ansteuerbaren Segmenten zusammensetzen. Bei den LED-Anzeigen wird jedes Segment mittels einer entsprechend geformten LED dargestellt. Die Segmente werden mit den kleinen lateinischen Buchstaben a bis g bezeichnet, wobei am oberen begonnen, im Uhrzeigersinn fortgefahren und das mittlere Segment zuletzt benannt wird. In der Regel verfügen die Anzeigen über einen zusätzlichen, einzeln ansteuerbaren Dezimalpunkt (DP oder dp), um Kommastellen darstellen zu können. 

Je nach Polung der LEDs sind entweder deren Anode oder Kathode zu einem gemeinsamen Anschluss zusammengefasst. Die einzelnen Segmente werden dann entweder mit einer positiven oder negativen Spannung angesteuert.

Vorläufer der LED Anzeigen waren Glasdisplays, die auch auf den Bally AS 2518-15, -21 und -58 eingesetzt wurden. Die einzelnen Segmente zur Darstellung der Ziffern von 0 bis 9 sowie bei den 7-stelligen Anzeigen der beiden Dezimalkomma sind aus einem elektrisch leitfähigen Material geformt und elektrisch voneinander isoliert als Kathoden in einem, mit einem Edelgas (z.B. Neon für orangerote Beleuchtung) gefüllten Glaskörper verbaut. Die Segmente sind vor einem, zum besseren Kontrast dienenden, schwarzen Hintergrund angeordnet. Unter diesen Segmenten befindet sich jeweils eine, zu der Position der Ziffer gehörende Anode. Beim Anlegen einer Spannung (je nach Typ etwa 80 bis 250 Volt DC) zwischen der Anode und den Kathoden (Segmente) einer Ziffer glimmt das Gas in einer dünnen Schicht um das Segment.  

Um nun alle Ziffern auf einer 7-Segment Anzeige darstellen zu können, bedarf es 8 Leitungen. Eine gemeinsame Anode oder Kathode, die fest mit + oder GND verbunden ist sowie je eine Steuerleitung für die einzelnen Segmente. Zudem müsste der Prozessor von der Programmierung her und von der Anzahl der notwendigen Ports in der Lage sein, die jeweiligen Segmente für die darzustellende Ziffer anzusteuern. Bei einer 6-stelligen Anzeige wären dann 6 x 7 = 42 Ports und Leitungen notwendig. Bei einem 4 Spieler Gerät macht das für die Punkteanzeige dann 4 x 42 = 168 und für die Credits / Ball in Play Anzeige nochmal 4 x 7 Ports = 28 Ports und Leitungen, also in Summe 196 Ports und Leitungen. Um die Anzahl der Ports zu reduzieren, werden die einzelnen Ziffern im Multiplexverfahren angesteuert und BCD zu 7-Segment Decoder verwendet, um die 7 Segmente zur Darstellung der Ziffern 0 – 9 mit 4 Leitungen anzusteuern. Dadurch werden die Anzahl der Ports bzw. Leitungen auf 4 + 6 = 10 reduziert. Hinzu kommen noch pro Modul eine gemeinsame Blanking und eine individuelle Latch Enable Leitung.

BCD- zu 7-Segment-Display-Decoder (MC14543)

Ein binär kodierter Dezimal- (BCD) zu 7-Segment-Decoder wie der CMOS Typ MC14543 (= CD4543, HEF4543) hat 4 BCD-Eingänge und für jedes der 7 Segmente eine Ausgangsleitung. Dadurch kann eine 4-Bit-Binärzahl (ein halbes Byte) verwendet werden, um über die Ausgänge a bis g alle Dezimalzahlen von 0 bis 9 anzuzeigen.

Die folgende Logiktabelle zeigt die Funktionsweise des Decoders:

Die Binärwerte 0000 – 1001 an den BCD Eingängen A-D steuern die Segmentausgänge a-g zur Darstellung der Ziffern 0-9. Die Werte 1010 – 1111 haben keine Segmentansteuerung zur Folge.

Über den Steuereingang Ph (Phase) wird bestimmt, ob die Segmentausgänge aktiv Low (Anzeigen mit gemeinsamer Anode) oder aktiv High (Anzeigen mit gemeinsamer Kathode) schalten. 

Über den Steuereingang BL (Blanking) lassen sich die Segmentausgänge an- oder abschalten.

Über den Steuereingang LD wird der, an den BCD-Eingängen anstehende Wert übernommen und in Abhängigkeit von BL an den Segmentausgängen angelegt. Diese bleiben so lange gespeichert, bis ein neuer Wert übernommen wird.

Spannungsversorgung:

Die Display Module benötigen zur Versorgung des BCD Decoders eine Spannung von + 5V. Das eigentliche Anzeigemodul wird mit einer Spannung von typ. +190V betrieben

Die +5V werden an J1 Pin 20 bereitgestellt und sind am TP 1 auf dem Modul messbar.

Die +190V werden an J1 Pin 1 bereitgestellt und sind am TP 2 auf dem Modul messbar.

Gemessen wird gegen GND an TP 3. Die Masseverbindung liegt an J1 Pin 13.

Zudem wird auf dem Modul aus den +190V mit Hilfe der Zenerdiode VR1 eine Hilfsspannung von +80V gebildet. Diese ist an der Anode von VR1 (ohne Ring) gegen den TP 3 messbar. Alternativ kann gemessen werden, ob parallel zu VR1 ca. 110V anliegen.

Pinbelegungen

AS-2518-15 und AS-2518-21

AS-2518-58

Ansteuerung durch die MPU

Die Abbildung zeigt die Steuerleitungen, die vom MPU-Modul zu den Anzeigemodulen führen. 

Vier Datenleitungen (gelb) legen die BCD-kodierte Ziffer parallel an die BCD-Eingänge der MC14543 aller Anzeigemodule. Die Display Segment Data liegen am MPU-Modul (A4) an J1, Pin 25-28 an und erreichen jedes Display Modul an J1, Pin 16-19 (D4 - D0). 

Die Display Latch Strobe Leitungen (grün) veranlassen den MC14543 auf dem zu aktualisierenden Display über dessen LE Pin die an den Display Segment Data Leitungen anliegende BCD-kodierte Ziffer zu übernehmen. Somit ist für jedes vorhandene Modul eine eigene Leitung aus Richtung MPU erforderlich. In der Abbildung sind 5 Strobe Leitungen vorhanden (4 Player Displays + 1 Credit Display). Die Strobe Leitungen liegen am MPU-Modul (A4) an J1, Pin 20 - 24 an und erreichen jedes Display Modul an J1, Pin 15 (Display Latch Strobe). Bei Geräten mit mehr als 5 Displays ist die Anzahl der Strobe Leitungen entsprechend höher.

Dazu wurde bei diesen Geräten die Anzahl der continuous solenoid Leitungen um eine reduziert, so dass J4 Pin 8 nicht mehr mit dem Solenoid Driver verbunden ist, sondern die Strobe Leitung für das 6. Display bereitstellt und mit dessen J1 Pin 15 verbunden ist. Um beim Six Million Dollar Man das 7. Display steuern zu können wurde dort J1 Pin 8 auf der MPU verwendet, da nur ein Lamp Driver Board angesteuert werden muss und somit die Lamp Strobe #2 Leitung nicht verwendet wird. 

Die Display Digit Enable Leitungen (blau) sind ebenfalls parallel an alle Displays geführt. Deren Anzahl ist abhängig von der Anzahl der Ziffern bei den verwendeten Display Modulen. Die Abbildung zeigt die Beschaltung für Anzeigen mit 6 Stellen. Die MPU stellt die Display Digit Enable Leitungen an J1 Pin 1 - 6 bereit. Diese erreichen jedes Display Modul an J1, Pin 4 – 9.  Geräte mit 7-stelligen Displays benötigen eine 7. Display Digit Enable Leitung. Diese wird an J1 Pin 7 der MPU bereitgestellt und wird mit J1 Pin 12 der 7-stelligen Display Module verbunden. Bei Geräten mit 6-stelligen Displays wurde diese Leitung als Sound-Select E Leitung an das Sound-Board geführt. Geräte mit 7-stelligen Displays verfügen über Soundboards, die diese Leitung wegen der verwendeten Adressierung nicht mehr benötigen (z.B. Squawk & Talk, Cheap Squeak). Über die Digit Enable Leitung wird bestimmt, welche Ziffer des gerade über die Display Latch Strobe Leitung ausgewählten Moduls mit den anliegenden Display Segment Data aktualisiert werden soll.

Bleibt noch das Display Blanking Signal (schwarz), das von der MPU an J1-10 bereitstellt wird und mit allen Displays über deren J1-10 verbunden ist. Das Blanking Signal bietet die Möglichkeit, alle Display Module gleichzeitig dunkel zu schalten. 

Die folgende Abbildung zeigt die Steuerleitungen für den MC14543 auf den Displays:

Hinweis: Die Steuerleitungen (Display Segment Data, Blanking und Display Latch Strobe) sind mit einem * als AID Testpoints gekennzeichnet. Die Konnektivität zur MPU lässt sich recht einfach mit Hilfe eines AID1 Moduls überprüfen.  

Pin 15 ist mit dem Hinweis versehen, dass die Gegenseite auf der MPU dem jeweiligen Schaltplan des Gerätes zu entnehmen ist, da jedes Display eine eigene Display Latch Strobe Leitung benötigt. Die Angaben dazu sind im Backbox Wiring Diagram enthalten.

Beispiel CENTAUR:

Zu erkennen ist, dass bis auf Pin 15 alle Leitungen parallel zu den einzelnen Displays verlaufen. Pin 15 ist mit jeweils einer individuellen Latch Strobe Leitung verbunden.

Display-Interrupt im Programmablauf

Die Displays müssen stets die aktuellen Werte anzeigen und es muss sich für den Betrachter ein flackerfreies Gesamtbild ergeben. Um das zu erreichen, muss ein regelmäßiges Update aller Displays erfolgen. Da die Ziffern aller Displays im Multiplex Verfahren angesteuert werden, muss dieses Update in sehr kurzen Abständen erfolgen und zwar unabhängig davon, ob sich an den darzustellenden Zahlenwerten auf den Displays etwas verändert hat und von der jeweiligen Situation im Spiel. Es kann für ein Update bspw. nicht darauf gewartet werden, bis eine Spule nach dem Aktivieren wieder deaktiviert oder eine Lampe nach dem Einschalten wieder ausgeschaltet wurde.

Um diese Gleichmäßigkeit zu erreichen, wird ein Update in einer Interrupt-Routine verarbeitet. Tritt ein Interrupt auf, wird der Programmablauf unterbrochen, die Interrupt-Routine wird ausgeführt und an deren Ende wird der Programmablauf an der vorher unterbrochenen Stelle fortgesetzt. 

Auf der MPU werden im Programmablauf zwei Interrupt-Routinen verwendet, die jeweils durch eine separate Interrupt-Quelle getriggert werden:

Die erste Routine (Zero-Crossing Interrupt) ist für die Steuerung der Lampen, die Abfrage der Kontakte und das Timing für die Spulenansteuerung zuständig. Als Trigger dient ein 100 Hz Rechtecksignal, das nach jeder Halbwelle der gleichgerichteten und ungefilterten Spannung für den Solenoid Bus, die durch den Zero-Crossing Detector um U14 an den PIA U10 geleitet wird, der daraufhin alle 10ms eine Interrupt Anforderung an die CPU stellt, in der die genannten Aufgaben abgearbeitet werden.

Die zweite Interrupt-Routine dient ausschließlich dem periodischen Update aller Displays. Auf der MPU wird mit Hilfe eines NE555 und dessen Beschaltung ein 320Hz – 350Hz Rechtecksignal erzeugt. Dieses Signal wird an den PIA U11 geleitet, der daraufhin ca. alle 3ms eine Interrupt Anforderung an die CPU stellt, in der jeweils ein Update einer Stelle der Zahlenwerte auf allen Displays erfolgt. 

Da die CPU nur einen IRQ Eingang hat, prüft sie, welcher der beiden PIA die Programmunterbrechung (IRQ Request) angefordert hat und führt die, dem verursachenden PIA zugeordnete Interrupt Routine aus. Ein gerade ausgeführter Zero-Crossing Interrupt kann durch einen Display Interrupt unterbrochen werden und vice versa, d.h. auch an dieser Stelle wird der Programmablauf unterbrochen und nach Abarbeitung des unterbrechenden Interrupts an der gleichen Stelle fortgesetzt. Dadurch wird sichergestellt, dass kein Interrupt verloren geht und es bei einem flüssigen Programmablauf bleibt.

Multiplexing der Display Anzeigen

In der Display Interrupt Routine wird jeweils nur ein Update einer Stelle auf allen Displays durchgeführt. Dieses Verfahren wird als Multiplexing bezeichnet, was im Folgenden näher beschrieben wird. 

Eine Voraussetzung ist, dass die Werte aller darzustellenden Ziffern im Speicher abgelegt sind und das Programm in der Interrupt Routine darauf zugreifen kann, um diese situationsbezogen auf den Displays darzustellen.

So gibt es im RAM (U8) Bereiche, in den z.B. folgende Werte hinterlegt sind:

-      Highscore

-      Aktuelle Score-Stände aller Spieler

-      Credits

-      Aktueller Ball in Play

-      Werte für die Menüpunkte des Servicemenüs

Das RAM (U8) ist ein 256x4 CMOS RAM. Es stellt somit 256 Speicherstellen zu je 4 Bit bereit. In einer 4 Bit Speicherstelle lässt sich direkt eine BCD codierte Zahl zwischen 0 und 9 ablegen. Speicherstellen, die keinen anzuzeigenden Zahlenwert enthalten, werden mit 1111b bzw 0xFh gefüllt. So werden bspw. führende Nullen unterdrückt, damit ein Score von 1550 nicht als 001550 dargestellt wird. 

Eine weitere Voraussetzung ist eine Speicherstelle, die den Wert enthält, welche Ziffer als nächstes auf allen Displays aktualisiert werden soll. (1-6 für 6-stellige Anzeigen und 1-7 für 7-stellige Anzeigen)

Ablauf während eines Display Interrupts:

Angenommen, die 5. Ziffer soll auf allen Displays aktualisiert werden:

1.    Die CPU legt die Display Blanking Leitung auf High und schaltet dadurch alle Anzeigen dunkel.

2.    Anhand des Ziffernzählers ermittelt die MPU, welche Ziffer zuletzt aktualisiert wurde (im Beispiel 4), und erhöht diesen Wert im Ziffernzähler um 1 auf 5 für die 5. Stelle. Ergibt sich dabei bei 6-stelligen Anzeigen der Wert 7 oder bei 7-stelligen Anzeigen der Wert 8, wird der Wert auf 1 gesetzt.

3.    Sie holt sich die darzustellende Ziffer für die 5. Stelle auf dem 1. Display aus dem RAM.

4.    Sie legt den BCD Wert für diese Ziffer an die vier Display Segment Data Leitungen.

5.    Sie legt die Display Latch Strobe Leitung für das erste Display kurz auf Low (H-L-H Wechsel). Dadurch liest der MC14543 des ersten Displays den BCD Wert ein und speichert diesen.

Die Schritte 3 bis 5 werden für die restlichen Displays wiederholt, bis alle MC14543 den darzustellenden Wert für die 5. Stelle in ihr Latch übernommen haben.

6.    Nachdem die 5. Ziffer auf allen Displays aktualisiert wurde, legt die CPU die Digit Enable Leitung 5 auf High Potential und die Display Blanking Leitung auf Low. Alle MC14543 lassen nun entsprechend der Segmentdaten die 5. Ziffer leuchten.

7.    Die Interrupt Routine wird beendet und die Steuerung wieder dem Hauptprogramm übergeben.

Beim nächsten Aufruf der Routine wird dann in derselben Reihenfolge die Ziffer für die nächste Stelle verarbeitet und dargestellt, bis alle Ziffern aktualisiert wurden. Danach beginnt der Zyklus von vorne.

Die Aktualisierung einer Stelle auf allen Anzeigen dauert etwa 500 µs. 

Der Display-Interrupt wird ca. 320 x pro Sekunde ausgeführt, also etwa alle 3.125 ms wird eine Stelle aktualisiert und leuchtet für die Dauer zwischen zwei Interrupts. 

Die komplette Aktualisierung aller 6 Stellen wird 320 / 6 = 54 x pro Sekunde durchgeführt. Das Auge bzw. das Gehirn ist zu träge, um die einzelnen Ziffernaktualisierungen wahrnehmen zu können und registriert eine scheinbar statische Anzeige aller Ziffern.

Prinzip der Ansteuerung der Segmente auf einem AS-2518-21 (-58)

Wie bereits bei der Erklärung der Glasdisplays erwähnt, sind die Segmente der einzelnen Ziffern als Kathoden ausgelegt, d.h. sie werden um leuchten zu können auf GND gelegt. Diese Aufgabe übernehmen sieben Segment Driver mittels eines NPN-Schalttransistor (MPS-A42).

Auszug aus dem Stromlaufplan des AS-2518-21: 

Im nicht angesteuerten Zustand liegt an den Segmenten über einen 300 kOhm und einen 1.5 kOHM Widerstand in Reihe eine Spannung von ca. +80V (190V Displayspannung – 110V Zenerspannung von VR1). Legt der MC14543 einen seiner Segment Ausgänge auf High, wird das anzusteuernde Segment durch den Schalttransistor über einen 1.2 kOhm und 1.5 kOhm Widerstand in Reihe auf GND geschaltet.

Unterschiede zwischen AS-2518-15 und AS-2518-21:

Beim AS-2518-15 beträgt der Wert der Emitter-Widerstände für die Segment Driver (R27 – R33) 1 kOhm, beim AS-2518-21 sind diese mit 1.2 kOHM bemessen. Zudem wurden beim AS-2518-15 keine Vorwiderstände (R49 – R54) an den Eingängen des MC14543 verbaut.

Prinzip der Ansteuerung der Digits (Ziffern) auf einem AS-2518-21 (-58)

Jede Ziffer der Glasdisplays besitzt ihre eigene Anode. Sollen die auf GND geschalteten Segmente einer Ziffer leuchten, muss die Anode mit der Displayspannung (typ. 190V) verbunden werden. Diese Aufgabe übernimmt ein jeder Ziffer zugeordneter Digit-Driver. Dieser besteht aus einem PNP-Schalttransistor (2N5401), der über einen, durch die jeweilige Digit Enable Leitung gesteuerten NPN-Transistor (MPS-A43) die Anodenspannung an die Anode der Ziffer schaltet. 

Auszug aus dem Stromlaufplan des AS-2518-21: 

Im Ruhezustand liegt die Basis des PNP-Transistors des Digit-Driver über einen 2.2 kOhm Widerstand an 190V, so dass dieser sperrt und die Anode der Ziffer über einen 300 kOhm Widerstand an +80V (190V Displayspannung – 110V Zenerspannung von VR1) liegt. Schaltet die MPU über die Digit Enable Leitung die Ziffer ein, schaltet der NPN Transistor über den 100 kOHM Widerstand GND an die Basis des PNP, wodurch dieser die +190V Displayspannung an die Anode der Ziffer schaltet. Die Segmente, die über die Segment-Driver auf GND geschaltet sind, leuchten ab diesem Moment.

Ansteuerung der Kommas beim AS-2518-58

Weder die MPU noch der MC14543 bietet eine Möglichkeit zur Ansteuerung der Kommas auf dem Display des AS-2518-58. Daher wird die Ansteuerung fallweise auf dem Displaymodul selber erzeugt.

Die Kommas sind als 8. Segment (Kathode) bei den Ziffern für 1000 (4.Stelle) und 1000000 (7.Stelle) ausgeführt, d.h. für die Kommas wird deren Anode verwendet. Am Glasdisplay gibt es einen gemeinsamen Steuereingang für die Kathode beider Kommas.

Das Komma für die beiden Stellen darf nur angesteuert werden, wenn die dem Komma zugeordnete Stelle eine Ziffer anzeigt. Da die Ziffern aus einzelnen Segmenten a – g bestehen, wird der Zustand der Segmente „c“ und „e“ zur Ansteuerung des Kommas hergenommen, da diese in der Darstellung aller Ziffern zwischen 0 – 9 involviert sind. (quasi als gemeinsamer Nenner):

0 = Segment c und e

1 = Segment c

2 = Segment e

3 = Segment c

4 = Segment c

5 = Segment c

6 = Segment c und e

8 = Segment c und e

9 = Segment c

Es reicht also, das Komma zu aktivieren, wenn mindestens eines der beiden Segmente angesteuert wird. Die „c“ und „e“ Ausgänge des MC14543 werden daher über zwei Dioden (CR1 und CR2) logisch ODER verknüpft und steuern die Basis des, auf dem 7 Digit Display zusätzlich vorhandenen Segment Driver (Q22) für das Komma. Dieser schaltet GND an das Segment und das Komma wird angezeigt. Ist keines der beiden Segmente aktiv, d.h. die Ziffer ist dunkel, sperrt Q22 und das Komma bleibt aus.

Troubleshooting:

Sicherheitshinweis: Auf den Leiterplatten der Displays wird die Hochspannung von 190 VDC geführt. Arbeiten an den Modulen dürfen nur im ausgeschalteten, spannungsfreien Zustand ausgeführt werden. Nach dem Ausschalten und bis zum Beginn der Arbeiten ist etwa 10 Sekunden zu warten, bis sich die Kondensatoren entladen haben. Die Steckverbindungen der Display Module dürfen nur im spannungsfreien Zustand gezogen und gesteckt werden, um eine Beschädigung der Module zu vermeiden. Sind Messungen im eingeschalteten Zustand unumgänglich, ist besondere Vorsicht walten zu lassen. Ggf. ist eine fach- und sachkundige Person hinzuzuziehen. 

Grundsätzlich sollte vor Beginn der Fehlersuche am Display Modul eine Revision erfolgen, bei der folgende beiden Maßnahmen ausgeführt werden:

1.   Nachlöten der Lötstellen der Stiftleiste J1 

Kalte bzw. gerissene Lötstellen der Stiftleiste sind eine häufige Ursache für zeitweise auftretende Fehler wie z.B. Ausfall einzelner Stellen, Flackern, Geisterleuchten benachbarten Ziffern. Im einfachsten Fall wird jede der Lötstellen erhitzt bis das Lot flüssig ist und durch etwas Zugabe von frischem Lot neu verlötet. Besser ist es, das alte Lot mit einer Entlötpumpe zu entfernen, die Lötstelle mit einem Glasfaserstift zu reinigen und komplett mit frischem Lot neu zu verlöten. Bei den alten Leiterplatten ist – sofern noch vorhanden – verbleites Lot Mittel der Wahl. Nach dem Verlöten sollte der Bereich um die Lötstellen gereinigt und auf evtl. Lötbrücken kontrolliert werden.

2.    Ersetzen der 1/4 W Widerstände R1, R3, R5, R7, R9 und R11 gegen höher belastbare 1 W Widerstände

Diese sechs 100 KOhm Widerstände sollten generell ersetzt werden. Die verbauten ¼ W sind zu gering bemessen. Zu erkennen ist es daran, dass sich die Widerstände und die Leiterplatte in deren Bereich aufgrund der starken Erwärmung dunkel verfärben. Die übermäßig starke Erwärmung kann zu relativ großen Toleranzen oder einer Beschädigung der Widerstände führen, was zu Problemen bei der Ansteuerung der Digits führen kann. Bei 7-stelligen Displays sollte zusätzlich zu den sechs genannten noch der Widerstand R56 ersetzt werden. Die Widerstände sollten nicht direkt auf der Platine aufliegen, da die in Wärme umgesetzte Leistung auch bei den höher belastbaren Widerständen die gleiche bleibt. Sie verkraften hohe Temperaturen besser.

Fehlerbilder:

Alle Displays bleiben dunkel

Die wahrscheinlichste Ursache ist das Fehlen der Hochspannung. 

Als erstes sollte das Vorhandensein der Hochspannung an TP2 des Rectifier-Boards überprüft werden. Dort liegen normalerweise ca. 230 VDC gegen Masse (GND) an. Ist dort keine Spannung messbar, könnte die Sicherung F2 (3/4 A) auf dem Rectifier-Board defekt sein.

• Ist die Spannung vorhanden, wird die Spannung an TP4 vom Solenoid Driver Board ebenfalls gegen GND gemessen. Auch dort müssen ca. 230 VDC anliegen. Liegt dort keine Spannung an, fehlt die Verbindung zwischen dem Rectifier-Board und dem Solenoid Driver Board. Häufige Ursache dafür sind marode Crimpkontakte oder kalte Lötstellen an den Stiftleisten.
• Ist die Spannung an TP4 messbar, wird als nächstes die Spannung am TP2 des Solenoid Driver Board gegen GND gemessen. Je nach Stellung des Trimmers im Bereich der Hochspannungsregelung beträgt die Spannung etwa 160 – 200 VDC. Die Spannung sollte auf etwa 170 VDC eingestellt werden. Je niedriger die Spannung eingestellt ist, umso schonender ist sie für die Glasdisplays. Die Displayspannung ist übrigens nicht dafür gedacht, die Helligkeit der Anzeigen zu beeinflussen, sondern sie ist so zu einzustellen, dass ab dem Zündzeitpunkt der Displays eine stabile Anzeige bei allen Ziffern erfolgt. Beträgt die Spannung am TP2 230 VDC und lässt sie sich nicht herunterregeln, liegt ein Fehler in der Regelschaltung vor. Das Gerät sollte nicht länger mit diesem Fehler betrieben werden, da es sonst zu Einbrennungen im Bereich der Segmente kommt. Ist am TP2 keine Spannung messbar, ist die 3/16 A Sicherung (1/4 A beim Six Million Dollar Man) auf dem AS 2518-22 Solenoid Driver Board zu prüfen. (Anm: Beim älteren SDB AS 2518-16 fehlt diese Sicherung). Ursache für eine defekte Sicherung kann ein temporär bestandener oder dauerhaft bestehender Kurzschluss in Richtung der Displays sein.
• Liegt die Displayspannung am TP2 an, ist zu prüfen, ob sie an TP2 gegen TP3 auf den Displays anliegt. Ist sie dort nicht messbar, könnte ein maroder Crimpkontakt oder eine kalte Lötstelle an J3 Pin 8 des Solenoid Driver Boards die Ursache sein.
• Liegt die Hochspannung an den Displays an, wäre als nächstes das Vorhandensein der +5V auf den Displays zu prüfen. Ist diese nicht an TP1 aller Displays messbar, käme ein maroder Crimpkontakt bzw. eine kalte Lötstelle an J3 Pin 17 vom SDB in Frage.
• Liegt beide Spannungen an den Displays an, könnte auch ein dauerndes High Potential auf der Display Blanking Leitung die Ursache für den Fehler sein. Als Ursache käme ein defekt auf der MPU oder ein fehlerhaftes Display in Frage. Um letzteres zu bestimmen, empfiehlt es sich, alle Stecker von den Displays abzuziehen und diese einzeln in Betrieb zu nehmen und zu testen.  

Ein Display bleibt dunkel

Auch in diesem Fall ist als erstes das Vorhandensein der Hochspannung auf dem betroffenen Display durch eine Messung zwischen TP2 und TP3 zu prüfen. Fehlt die Spannung sollte zusätzlich TP2 gegen einen anderen Massepunkt gemessen werden. Fehlt sie auch in dem Fall, kann die Ursache eine maroder Crimpkontakt oder eine kalte Lötstelle an Pin 1 der Stiftleiste sein. 

• Ist sie gegen einen andern Massepunkt vorhanden, könnte die Masseverbindung durch einen maroden Crimpkontakt bzw. einer kalten Lötstelle an Pin 13 der Stiftleiste unterbrochen sein. 
• Ist die Spannung vorhanden, ist die 5V Versorgung mit einer Messung zwischen TP1 und TP3 zu prüfen. Fehlt diese, käme ein maroder Crimpkontakt bzw. eine kalte Lötstelle an Pin 20 der Stiftleiste in Frage.
• Bleiben am Schluss nur noch Kontaktproblem an der Stiftleiste für die Pins zur Ansteuerung des MC14543 bzw. das IC selber.

Hinweis: Ist auf einem dunklen Display im Bereich unter den Ziffern ein leichtes Glimmen zu erkennen, kann davon ausgegangen werden, dass dieses Display seine Hochspannung erhält.

Bei allen Displays fehlt die gleiche Ziffer

Die Ziffern werden über die Display Digit Enable Leitungen angesteuert. Da diese Leitungen parallel an allen Displays anliegen, sollte bei diesem Fehlerbild als erstes deren Verbindung zur MPU J1 Pins 1-6 (10) überprüft werden (Löstellen der Stiftleiste, Crimpkontakte). 

Wenn das als Fehlerquelle ausscheidet, sollte der Stecker J1 nacheinander von Displays abgezogen und geprüft werden, ob der Fehler dann noch auftritt. Wenn dies nicht der Fall ist, liegt ein Kurzschluss oder ein Kontaktproblem auf dem zuletzt getrennten Display Modul vor.

Hinweis: Vor jedem Trennen und Wiederverbinden eines Displays muss das Gerät unbedingt ausgeschaltet und ca. 10 Sekunden gewartet werden, bis sich die Kondensatoren entladen haben.

Bei einem Display fehlen bei allen Ziffern die gleichen Segmente

Jedes Display verfügt über einen eigenen 7-Segment Decoder MC14543, der mit den vier BCD Data Leitungen der MPU verbunden ist und die sieben Segmente aller Ziffern auf dem Display steuert. Wenn bei allen Ziffern das gleiche oder mehrere gleiche Segmente dunkel bleiben, liegt es in der Regel entweder am Segment Driver Transistor für die betroffenen Segmente oder am 7-Segment Decoder selbst. Auch kalte Lötstellen am Decoder oder den Transistoren sowie gebrochene Anschlussdrähte können die Ursache für diesen Fehler sein. Ein sehr seltener Fall ist ein gebrochener Anschlussdraht am oder im Glasdisplay. Letzteres lässt sich nicht mehr beheben.

Ein Tausch der Segment-Driver Transistoren sollte die erste Maßnahme sein. Ist der Fehler dadurch nicht behoben, folgt der Austausch des MC14543. An dessen Stelle sollte ein 16-poliger IC-Sockel für den neuen MC14543 eingelötet werden. Das erleichtert einen späteren erneuten Tausch.

Übersicht Segment Driver

Auf einem der Displays bleibt eine Ziffer dunkel

Bei diesem Fehlerbild wird die für die betroffene Ziffer zuständige Display Digit Enable Leitung entweder nicht erkannt oder deren Signalpegel nicht umgesetzt. Häufige Ursache ist ein Kontaktproblem (Lötstelle, Crimpkontakt) an den Pins J1-4 bis J1-9 (bzw. zusätzlich J1-12 beim AS-2518-58). Ist der Kontakt gegeben, sollte der für diese Ziffer zuständige Digit Driver- und der Level Shifter Transistor entsprechend der untenstehenden Tabelle ersetzt werden.

Eine Ziffer ist sehr hell, die restlichen sind dunkel

Wenn auf einem Display eine Ziffer sehr hell leuchtet und alle anderen aus sind, sollte der Digit Driver und der Level Shifter Transistor für diese Ziffer ersetzt werden. Ein durch einen kurzgeschlossenen Transistor dauerhaft angesteuertes Digit kann so viel Strom ziehen, dass dieser nicht mehr ausreicht, um die verbleibenden Digits zu versorgen, so dass diese nicht leuchten. 

Übersicht Level Shifter und Digit Driver

Display(s) flackern

Ein Flackern wird fast immer durch kalte Lötstellen an der Stiftleiste verursacht. Wurden die Lötstellen bereits erneuert, können auch marode Crimpkontakte die Ursache sein. Auch eine zu niedrig eingestellte Hochspannung lässt ein Display mit zunehmendem Alter flackern. Diese sollte überprüft und ggf. nach oben hin nachjustiert werden. 190 V sollten aber nicht überschritten werden.

Nicht mehr behebbare Fehler am Glasdisplay:

Auf der Rückseite der Glasdisplay befindet sich ein Glasnippel. Der Nippel diente bei der Herstellung des Displays als Einfüllöffnung für das reaktive Gas und wurde nach dem Befüllen verschmolzen. Bricht diese Stelle, entweicht das Gas und das Display ist irreversibel beschädigt. Zum Schutz der Stelle ist eine Gummitülle aufgesteckt. Diese sollte daher nicht entfernt werden.

Ein sehr langsam ausgasendes Display macht sich durch immer schwächer leuchtende Segmente bemerkbar, wobei die Kontaktstellen der Segmente zur darunterliegenden Leiterbahn noch eine Zeit lang leuchten. Ein vollständig ausgegastes Display leuchtet hingegen gar nicht mehr. 

Bei einer zu hohen Displayspannung, bedingt durch eine fehlerhafte Hochspannungsregelung oder einer zu hoch eingestellten Hochspannung auf dem Solenoid Driver Board, besteht die Gefahr von Einbrennungen im Bereich der Segmente. Solche „Spots“ lassen sich nicht mehr entfernen.