Nintendo Game Boy als Retro Gaming Handheld umbauen

Retro Gaming Handheld Spannungsversorgung …

Kümmern wir uns nun um die Spannungsversorgung. Unser Retro Gaming Handheld wird von 4 in Serie geschalteten AA-Zellen mit Strom versorgt, womit wir 100% dem originalen Gameboy entsprechen. Dabei können sowohl Trockenzellen mit 1,5V oder Akkus mit 1,2V Zellenspannung verwendet werden, da der im Raspberry integrierte Spannungsregler-Chip „PAM 2306“ mit bis zu 6,5V betrieben werden kann.

Zur Sicherheit bauen wir zwischen dem Batterie-Pack und dem Hauptschalter eine 1,5A Glas-Sicherung ein, damit später auch im Falle eines (hoffentlich nie eintretenden) Kurzschlusses nichts passieren kann. Alle Komponenten werden nach dem Hauptschalter mit Strom versorgt, sodass das gesamte System mit dem Hauptschalter vollständig vom Strom getrennt wird und keine schleichende Entladung der Batteriezellen durch die angeschlossenen Komponenten im ausgeschalteten Zustand eintreten kann.

Hier sieht man den Schaltplan für die Spannungsversorgung.

Zusätzlich bauen wir LEDs ein, die uns den Betriebszustand des Retro-Raspboys und den Spannungszustand der Batterie anzeigen. Die grüne LED leuchtet, wenn der Hauptschalter am Gerät eingeschaltet ist und die rote LED leuchtet, wenn die Batteriespannung niedrig ist und die Akkus wieder aufgeladen werden sollten.

Diese Funktionen wurden ganz bewusst gewählt. Im Gegensatz zu vielen anderen Projekten, die im Internet kursieren, wo „dumme“ elektronische Spannungswächter verbaut werden, die bei Unterschreiten einer vorgegebenen Spannung ohne Vorwarnung die Stromzufuhr unterbrechen.

Den Raspberry nicht ordentlich herunterzufahren, kann die Daten auf der SD-Karte beschädigen und dazu führen, dass das System nicht mehr startet und komplett neu installiert werden muss.

Deswegen wählen wir bewusst „nur“ eine Anzeige, die uns darauf aufmerksam macht, den Retro-Raspboy zeitnah herunter zu fahren und die Akkus wieder aufzuladen. Hierbei ist jedoch keine Eile geboten, da wir die LED so ansteuern, dass die Akkus nicht gefährlich tief entladen werden.

Das folgende Bild zeigt den Schaltplan für die Ansteuerung der roten LED.

Folgende Komponenten wurden verbaut:
D1 = LED rot Ø3mm
R1 = Vorwiderstand 560 Ohm für die rote LED
D2 = Siliziumdiode für die Referenzspannung (nahezu egal welche, man kann einfach eine Diode aus einem alten Gerät auslöten und verwenden)
R2 = Widerstand 10 kOhm
P1 = Potentiometer 10 kOhm zum Einstellen der Spannung, ab wann die LED leuchtet.

Wenn man das Poti eingestellt hat, kann man anschließend die Widerstandswerte ausmessen und stattdessen Widerstände verbauen. Auf unserer Platine haben wir das auch gemacht, da dadurch das Risiko ausgeschlossen wird, dass sich das Poti beim Einbau verstellt und außerdem sind die Widerstände kleiner (niedrigere Bauhöhe) als ein Trimm-Poti.

Es ist sinnvoll das Trimm-Poti so einzustellen, dass die rote LED bei ca. 4,7V zu leuchten beginnt, dann bleibt noch genug Zeit, sein Spiel zu speichern und den Retro-Raspboy herunter zu fahren, ohne die Akkus aufgrund von Tiefentladung zu gefährden. Bei uns entsprach das etwa einem Spannungsteiler bestehend aus einem 8,5kOhm Widerstand und einem 1,5kOhm Widerstand. Da jede elektronische Schaltung gewissen Fertigungstoleranzen unterliegt, können die Widerstandswerte jedoch immer ein wenig abweichen.

IC = C393C
Es kann jedoch auch jeder andere beliebige IC mit integrierten Operationsverstärkern verwendet werden (was man halt gerade zur Hand hat).
Der C393C hat 2 integrierte OP-AMPs, wovon wir aber nur einen nutzen.

Hier das Original Schaltbild des ICs (Quelle: NEC C393C Datenblatt).

Die Pins 1, 2 und 3 werden für die Schaltung benötigt. Damit der IC funktioniert, muss der IC selbst jedoch mit Spannung versorgt werden. Hierfür muss Pin 8 mit dem geschalteten Plus-Pol unserer Batterie verbunden werden und Pin 4 mit dem Minus-Pol der Batterie. Die zulässige Betriebsspannung des C393C beträgt 2-36V wobei die Betriebsspannung des Retro Gaming Handhelds je nach Ladezustand der Akkus zwischen 4,5 und 5,6V liegt, bzw. 6V bei Verwendung von Primärzellen.

Im fertigen Zustand sieht unsere Steuerplatine folgendermaßen aus. Hier ist das Trimm-Poti bereits durch Widerstände ersetzt worden.

Während der Bauphase, wurden natürlich diverse Tests und etliche Neustarts des Retro Gaming Handhelds durchgeführt. Hierbei ist es leider einmal passiert, dass nachdem das Betriebssystem herunter gefahren wurde, der Hauptschalter nicht ausgeschaltet wurde. Dieser Zustand wurde erst am nächsten Tag bemerkt, so dass die Spannungsversorgung, bestehend aus 4 Stk. Ni-Mh Akku-Zellen, in Summe nur noch 0,4V hatte!

Panasonic gibt im Datenblatt der Eneloop Akkus eine Mindestspannung von 0,9V pro Zelle an. Wird dieser Wert unterschritten, hat dies zwangsläufig einen Schaden am Akku zur Folge.

Obwohl in unserem Fall die Akkus zwar wieder geladen werden konnten, hatten diese jedoch dann praktisch keine nutzbare Kapazität mehr und waren definitiv defekt. Aus diesem Grund bauen wir noch eine zusätzliche grüne LED in unseren Handheld, die uns anzeigt, dass unser Gaming Handheld eingeschaltet ist, auch wenn der Raspberry bereits heruntergefahren wurde und der Bildschirm komplett dunkel ist.

Der Schaltplan dazu sieht folgendermaßen aus.

R3 = Vorwiderstand 560 Ohm bis 1 kOhm für die grüne LED
Mit 1kOhm leuchtet die grüne LED noch etwas weniger penetrant hell.
D3 = LED grün Ø3mm

Um das Herz unseres Retro Gaming Handhelds, den Raspberry Pi Zero, mit Strom zu versorgen, legt man Leitungen vom Hauptschalter und vom negativen Pol des Batterie-Packs an die Lötstellen mit den Kennzeichnungen PP1 (+) und PP6 (-).

Diese Löt-Anschlussstellen befinden sich auf der Unterseite des Raspberrys, wie man am folgenden Bild erkennt. Außerdem sieht man am Bild, dass die Video-Signalleitung ebenfalls an der Unterseite angelötet wurde. Es werden alle Leitungen von unten angelötet, da wir den Raspberry Pi Zero mit der Unterseite nach oben in die Rückseite des Gehäuses einbauen werden, wodurch dann alle Leitungen nach oben vom Raspberry weggeführt werden.

Damit haben wir das Thema Energieversorgung abgeschlossen.

Weiter geht es mit der Retro Gaming Handheld Tonausgabe …