Servodecoder selbst bauen

Von Modellbauläden und im In­ter­net werden immer wieder sehr preis­werte Mo­dell­bau­ser­vos an­geboten. Es liegt nahe, diese Ser­vos für das vorbildgerechte langsame Stellen von Weichen und Sig­nalen auf der Mo­dell­bahn zu ver­wenden. Diese preis­güns­ti­gen Mo­dell­bau­ser­vos verfügen über Kunst­­stoff­zahnräder und sind nicht di­rekt flüsterleise. Wer aber mal neben einer Vollbahnweiche ge­stan­den hat, als diese umgelegt wurde, weiß, dass beim Vorbild die Weichen auch nicht gerade leise sind. Ich brauchte also einen De­co­der, wie die üblichen 4-fach Weichen­de­co­der für Mag­net­­spu­len oder mo­to­rische Wei­chen­­an­trie­be, nur mit 4 Impuls­aus­gän­gen für Servos statt mit 4 Leistungs­ausgängen. Das war die Grundidee in 2005, als die Auswahl an Servodecodern noch nicht so groß war wie heute und sich eigent­lich nur auf einen Hersteller beschränkte. Deswegen sah mein er­ster Servodecoder so ähnlich aus wie die da­maligen WDecD-90 und WDecN-90 Selbst­bau­decoder. Später wurde daraus der weiter unten abgebildete Decoder für nur einen Servo.

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Prinzip der Servosteuerung

Das Steuerungsprinzip ist bei allen Servos für Modell­bau­zwecke gleich. Alle 20 ms wird ein Im­puls ausgegeben, dessen Länge (Dau­er) die Position des Stellarms oder des Stell­ra­des definiert. Nor­ma­ler­wei­se werden Modellbauservos funk­fern­ge­steu­ert. Der Funk-Empfänger bietet meistens bis zu 8 Kanäle für 8 Servos an. Um im 20 ms Rhythmus 8 Servos bedienen zu kön­nen, stehen also pro Servo 20 / 8 = 2,5 ms zur Verfügung. Die Im­puls­län­ge kann dem­nach maximal 2,5 ms betragen. Das ist aber Theo­rie und in der Pra­xis erreichen die Servos bei Impuls­zeiten von 2 bis 2,3 ms ihre lin­ke End­lagen (gegen Uhr­zei­ger­sinn). Damit die Elek­tro­nik im Ser­vo über­haupt den Impuls erkennt, ist eine mi­ni­ma­le Im­puls­län­ge von ca. 1 ms er­for­der­lich. Auch hier gibt es wieder Ab­wei­chun­gen und erreichen die Servos ihre rechte End­lage in ei­nem Be­reich von 0,7 bis 1 ms. Somit wird der gesamte Stell­be­reich des Servos (ca. 180°) mit Im­puls­län­gen von ca. 0,7 bis 2,3 ms definiert. Die Mit­tel­lage des Servo-Arms wird bei einer Impulsdauer von ca. 1,3 bis 1,6 ms er­reicht. Innerhalb der Zeitspanne von 0,7 bis 2,3 ms kann der Arm an jede be­lie­bi­ge Position gebracht werden. Die er­reich­ba­re Stell­ge­nau­ig­keit wird von der Auf­lö­sung des Impulses, der Qualität der in­ter­n­en Servoelektronik, aber vor allem der Mechanik bestimmt.

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Der Servoantrieb

Im Inneren des Servos agiert ein klei­ner 5V Gleich­strommotor, der über ein hoch untersetztes Getriebe den Stellarm zwi­schen beiden mechanischen Anschlägen bewegt. Mit dem Stellarm ist ein Dreh­po­ten­tiometer gekoppelt, das die aktuelle Po­si­tion an die Ser­voelek­tro­nik zurückmeldet. Der Motor wird so lang an­ge­steu­ert, bis die Lage des Po­ten­­tio­meters und damit die Lage des Stellarms der für die Impuls­länge pas­senden Position ent­spricht. Hat der Ser­vo seine Po­si­tion erreicht, steht der Mo­tor und geht die Strom­ab­nah­me zurück. Wird der Arm durch eine externe Kraft aus seiner Po­si­tion gebracht, versucht der Motor den Arm wieder auf die alte Po­si­tion zu bringen. Aufgrund der großen Ge­trie­be­un­ter­set­zung können die dabei auftretenden Kräfte be­acht­lich werden.

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Funktion des Servodecoders

Der Servodecoder versorgt auch die in­ter­ne Elektronik des Servos mit 5V Gleich­spannung. Diese 5 Volt werden mit einem 7805 Längs­regler oder fast ver­lust­frei mit einem Schalt­reg­ler aus der digitalen Gleis­spannung ge­won­nen. Die minimale Stellzeit eines Ser­vos be­trägt ca. 0,4 bis ca. 1s für einen Stellbereich von ca. 180°. Das ist für die meisten Vorgänge auf der Modellbahn viel zu schnell. Um die für die Vor­gän­ge auf der Modellbahn erforderlichen lang­samen Be­we­gungen zu erreichen, müs­sen stetig ver­än­der­liche Positionen vor­gegeben wer­den. Der Servo nimmt so alle 20 ms eine neue Po­si­tion ein und täuscht damit eine langsame, stetige Be­we­gung vor. Die minimale „stetige“ Ge­schwin­dig­keit, die man so er­rei­chen kann, liegt daher bei einem Zeit­in­kre­ment pro 20 ms. Da der vor­lie­gende Decoder den Gesamtweg von 180° intern in ca. 1500 In­kre­mente auflöst, ist eine Stellzeit von 1500 × 20 ms = 30 s rea­li­sierbar. Der Einfluss der Ver­sor­gungs­span­nung auf die Stellzeit wird durch die­ses Prinzip aufgehoben.

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Hardware der Servodecoder

Die Versuche mit den 4-fach Ser­vo­de­co­dern wurden zu­gun­sten eines 1-fach Decoders auf­ge­ge­ben. Das hatte kom­mer­ziel­le und tech­ni­sche Gründe. Tech­nisch wurden die Ka­bel zu den 4 Servos zu lang und/oder hätten über Modul­grenzen hinweg ver­legt werden müssen.
Die Baumuster der 1-fach Servodecoder wurden in gemischter Bau­weise in SMD Technik auf einer ein­seitigen Pla­ti­ne auf­gebaut und messen ca. 35 × 39 × 20 mm (B × H × T). Auf der Oberseite der Pla­ti­ne befinden sich sämtliche Anschlüsse und der Spannungsregler mit seinem Kühl­kör­per. Der Decoder wird komplett aus der Gleis­span­nung versorgt. Für meine Tillig Weichen auf der Modulbahn habe ich eine etwas abweichende Variante gebaut, die ent­spre­chend der Weichen­lage, das Herzstück der Weiche mit um­polt. Auf der Abbildung unten ist dieser Decoder rechts abgebildet. Er misst 43 × 45 × 20 mm. Mittlerweile ist die gesamte Modulanlage auf Ser­vo umgerüstet. Die meisten Viessmann Signale (Con­rad/­Völk­ner-Bau­sätze) sind mit einem Servo­decoder und einem Servo aus­­ge­stat­tet. Eine sehr zuverlässige Lösung!

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Zwei Hardwarevarianten, vier Firmwarevarianten

Eigenschaften SerDecD-TN DCC und SerDecRD-TN DCC

• Unterstützt NMRA Basic Accessory Decoder DCC Formate (Broadcast / Output / Operations Mode Pro­gram­ming)
• Einsatz für Weichen, Formsignale, Entkuppler, Schuppentore, Bahn­schran­ken, usw.
• Stellzeit über CV einstellbar bis ca. 30 s.
• Adressierung der Weichen, nicht des Decoders. 1 Adresse pro Servo spart Zubehöradressen
• Einfache Adressierung mit einem externen Taster
• Endlage links und Endlage rechts über CV einstellbar.
• Endlagen auch über externe Tasten einstellbar
• Einstellbarer Vorschub für die manuelle Justage der Endlagen.
• Hauptgleisprogrammierung wird unterstützt
• Lesen und Schreiben Byteweise und Bitweise aller CVs am Pro­gram­mier­gleis
• Speicherung der letzten Position bei Spannungsausfall
• Optionale Erhaltung des Servo­im­pul­ses zum Halten der erreichten Soll­position auch unter Belastung
• Konfigurierbarer Nachlauf zum Aus­regeln

Eigenschaften SerDecM-TN V1.2 MM und SerDecRM-TN V1.2 MM

• Unterstützt das „Marklin-Motorola“ Gleisformat für bis zu 319 Weichen (Zubehöradressen)
• Einsatz für Weichen, Formsignale, Entkuppler, Schuppentore, Bahnschranken, usw.
• Stellzeit über externe Tasten einstellbar bis ca. 30 s.
• Adressierung der Weichen, nicht des Decoders. Eine Weichen­adresse pro Servo spart Zubehöradressen.
• Einfache Adressierung mit einem externen Taster
• Endlage links und Endlage rechts über externe Tasten ein­stell­bar
• Speicherung der letzten Position bei Spannungsausfall
• Rücksetzen auf Werkseinstellung über Adresse 320

Eigenschaften SerDecF-TN und SerDecRF-TN

• NMRA -kompatibel, versteht die gängigen DCC-Telegramme für Funktionsdecoder / Fahrzeugdecoder
• Unterstützt NMRA Basic Funktionsdecoder DCC Formate für die Funktionen FL (vorw./rückw.), F1 – F28
• NMRA Adressierung von 1 – 127 (kurze Adressen) und von 128 – 10240 (lange Adressen)
• Function Mapping nach NMRA für Fl (vorw.), Fl (rückw.), F1 – F28
• Einsatz als Steller für Stromabnehmer, Fahrzeugkuppler, Schiebetüren, Bahnschranken, usw. aber auch für Weichen und Signale
• 16 über CV einstellbare individuelle Positionen, Pausen und Stellgeschwindigkeiten für eine Ablaufsteuerung
• Schrittschaltwerk/Ablaufsteuerung für Nachwippen und andere Effekte
• Werkseinstellung 2 Positionen. F-Funktion aktiv -> Position 1, F-Funktion inaktiv -> Position 2
• Hauptgleisprogrammierung wird unterstützt
• Lesen und Schreiben byteweise und bitweise aller CVs am Programmiergleis
• Speicherung der letzten Position bei Spannungsausfall
• Decodierung auch während des Stellvorgangs. Der zuletzt eingegangene Befehl wird anschließend ausgeführt
• Optionale Erhaltung des Servoimpulses zum Halten der erreichten Sollposition auch unter Belastung
• 1 Servoantrieb pro Decoder
• Elektrische Auflösung: ca. 1500 Schritte
• Schutz gegen Überschreiben auch im Mehrdecoderverbund (Decoder ID)
• Genauigkeit: mechanisch, abhängig vom eingesetzten Servo
• Spart DCC-Digital-Strom, Servo wird nur während des Stellvorgangs versorgt.

Eigenschaften SerDecMulti 1.3 und SerDecRMulti 1.3

• 2 bis 8 programmierbare Positionen bzw. 16 programmierbare Positionen bei Verwendung der Extended Accessory Decoder Telegramme
• 16 Stellgeschwindigkeiten den Positionen 1 – 16 fest zugeordnet
• Unterstützt NMRA Basic Accessory Decoder DCC Formate (Standard, Broadcast, Operations Mode Programming und Service Mode Programming) und verwendet dabei die Decoderadressierung
• Unterstützt NMRA Extended Accessory Decoder Formate (Standard, Broadcast, Operations Mode Programming und Service Mode Programming) und verwendet dabei die Ausgangsadressierung.
• Universell einsetzbar für Weichen, Formsignale, Entkuppler, Schuppentore, Bahnschranken und andere Funk­tions­modelle mit 2 oder mehr Positionen.
• Stellgeschwindigkeit einstellbar in einem Regelbereich von ca. 1:50 (minimal 1µs/20ms, maximal ca. 50 µs/20 ms).
• Decoderadressierung: Je nach Anzahl der konfigurierten Positionen belegt der Decoder 1, 1,5, 2, 2,5, 3, 3,5 oder 4 Weichenadressen. Eine Decoderadresse kann mehrfach verwendet werden.
• Ausgangsadressierung: Es wird immer nur eine Weichenadresse verwendet, unabhängig von der Anzahl der konfigurierten Positionen
• Hardware-Variante SerDecRMulti mit 2 Relais, die mittels CV jeder Position zugeordnet werden können.
• Lesen und Schreiben Byteweise und Bitweise aller CVs am Programmiergleis
• Speicherung der letzten Position bei Spannungsausfall
• Hardware-Ansteuerung der Positionen 1 – 8 über 3 Binäreingänge. Konfigurierbar in CV2.
• Decodierung auch während des Stellvorgangs. Der zuletzt eingegangene Befehl wird anschließend ausgeführt
• Optionale Erhaltung des Servoimpulses zum Halten der erreichten Sollposition auch unter Belastung
• Optionaler Nachlauf des Servos.
• Schutz gegen Überschreiben und Auslesen, auch wenn sich mehrere SerDecMultis eine Decoderadresse teilen.

Hardware aller Modelle

• Preisgünstige Komponenten und Platinen
• 500 mA max. Ausgangsstrom für den Modellbauservo
• Leistungsfähiger ATMEL AVR Mikro­prozessor ATTiny2313A
• Platinen für die Varianten mit und ohne Relais (für z. B. die Um­schaltung der Polarität des Weichenherzstücks)
• Optionales externes Bedien- / Pro­grammiergerät ist in der BA be­schrie­ben

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Aktuelle Geräte

Eigentlich wurde dieser Decoder für meine private, mo­du­la­re Mo­dell­bahn entwickelt. Schon schnell gab es kom­mer­ziel­les In­te­resse an diesem Decoder und wurde er auf einen einzelnen Ka­nal ab­ge­speckt. Die Relais zur Polarisierung des Wei­chen­herz­stücks mach­ten den Decoder „zu groß und zu teuer“ und wurden ebenfalls aus der Hardware entfernt. In der Soft­ware blieb der Code für die Relais jedoch standardmäßig enthalten. Da der De­co­der nicht mehr kom­­mer­ziell vermarktet wird und die Rechte an Hard- und Soft­ware bei mir liegen, sind programmierte Pro­zes­sor­en und Pla­ti­nen auf Anfrage bei mir erhältlich. Die Aus­füh­rung des Decoders für nur einen Servokanal hat bei meiner Mo­dul­an­la­ge den ent­schei­den­den Vor­teil, dass er direkt unter der Weiche oder unter dem Signal plat­ziert wird und man das stör­emp­find­liche Kabel zum Servo nicht verlängern muss.

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Der gezeigte Servo-Aktor aus dem 3D-Drucker für mehrbegriffige Formsignale ist in diesem Blog beschrieben.

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Informationen für den Nachbau
Gemeinsame Hardware für alle Varianten
SerDecX-TN	SerDecRX-TN
Bestückungsplan Bottom	Bestückungsplan Bottom
Bestückungsplan Top	Bestückungsplan Top
Schaltplan	Schaltplan
Stückliste mit Bezugsquellen	Stückliste mit Bezugsquellen
SerDecX Platinen und programmierte Prozessoren sind zum Preis von 5€ verfügbar. Formlose E-Mail an den Autor reicht. Bitte Firmware-Variante angeben.	SerDecRX Platinen und programmierte Prozessoren sind zum Preis von 6€ verfügbar. Formlose E-Mail an den Autor reicht. Bitte Firmware-Variante angeben.
Handbedienung Gehäuseboden (3D .STL Datei)
Handbedienung Gehäusedeckel (3D .STL Datei)
Software-Variante DCC Zubehördecoder SerDecD-TN und SerDecRD-TN V3.4
Firmware Version 3.4  (enthält .HEX, .EEP und .ELF Files)
Handbuch SerDecD-TN und SerDecRD-TN V3.4
Excel Tool zum Berechnen der CVs für die Endlagen des SerDecD-TN V3.4 / SerDecRD-TN V3.4
Software-Variante MM Zubehördecoder SerDecM-TN und SerDecRM-TN V2.0
Firmware Version 2.0 vom 1.12.2017  (enthält .HEX, .EEP und .ELF Files)
Handbuch SerDecM-TN und SerDecRM-TN V2.0
Software-Variante DCC Funktionsdecoder SerDecF-TN und SerDecRF-TN V2.0
Firmware Version 2.0 vom 14.12.2018  (enthält .HEX, .EEP und .ELF Files)
Handbuch SerDecF-TN und SerDecRF-TN V2.0
Tool zum Berechnen der CVs für die Positionen SerDecF-TN und SerDecRF-TN V2.0
Software-Variante DCC Funktionsdecoder SerDecMulti und SerDecRMulti V1.3
Firmware Version 1.3 vom 22.03.2021  (enthält .HEX, .EEP und .ELF Files)
Handbuch SerDecMulti und SerDecRMulti V1.3
ATTiny2313a programmieren
ATTiny2313a mit ArduinoISP programmieren Der Beitrag zeigt wie man mit einem Arduino Nano und einem Beispielsketch aus der Arduino IDE ein professionelles Programmiergerät baut, das alle Informationen aus der .ELF Datei (EEPROM, Flash, Fuses und Locks) in den Atmel Chip schreibt. Die Hardware muss allerdings mit einem Adapter an die SMD Bauform des ATTinys angepasst werden.

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© 2004 – 2025 Gerard Clemens – letzter Update 05.09.2025

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