自制maimaiDX灯板的尝试

在完成了之前的各种逆向后，我开始考虑能否自行制作核心硬件与官方完全一致的电路板，算是一次心血来潮的尝试。从画图到打板到出成品，加起来只花掉了四天，没想到居然可以一次成功。当然，说是完全成功肯定是不可能的，这块板子还有一些小毛病，在完全修复之后，我会将全部的设计文件公开。

（原谅我的焊接水平XD）

这块板子约等于两块837-15070和837-15067的合体，仅需要一块板子就可以控制maimai机台两个P位的全部灯光（顶部的RGB billboard除外，这部分由IO4控制）。由于一块15070只能提供32个LED通道，而maimai的按键灯共需要3 * 8 * 2 = 48个通道，因此每台机台都使用了两块15070，每个P位各一块。由于maimai和maimaiDX使用的灯板均属于15070的衍生型号，替换固件即可完美兼容，因此这块板子同样适用于maimai。

另外，我特意在这块板子上使用了官方的USB转串口芯片，即编号为837-15067的转接板。如果你不知道15067是什么的话，这是一块USB转4串口的转接板，使用了FTDI的FT4232HL芯片，并写入了SEGA自定义的配置，这使得这块板子需要使用定制化的驱动。在maimai机台里，这块转接板用于给两块灯板提供串口通信。诚然，我可以使用其他更廉价的USB转串口芯片，但为了能够让这块板子可以直连基板，我还是干脆一不做二不休，把15067的完整配置也搬了上去，而且意外的没有增加太多成本。因此，这篇流水账除了介绍一下自己制作的这块板子，也会顺便介绍一下837-15067。

15070

供电

这块板子除了需要使用Type-C连接PC外，还需要接入供LED使用的12V电源。之所以选择使用12V，一方面是因为机台的LED统一使用12V，另一方面也是因为如果插满全部LED灯带，包括按键灯和框体的白色氛围灯，功耗会轻易提升到几十瓦，如果使用5V的LED灯带，各个接口和电路板需要成熟的电流将会翻一倍还多，因此在设计时还是采用了LED供电与IC供电分离的方式。

12V供电上，我采用了两种接口，一个是5.5*2.5mm的圆形DC口，一个是6P的XH2.54接口，其中12V和GND各占用3P，这是考虑到一根线可能无法在安全的温升内承受足够大的电流。这个6P接口是为我正在设计的IO4预留的，二者可以通过这种方式共享一个12V电源；如果不打算使用IO4，DC口也可以保证这块板子可以独立使用。

LED控制

如上文所述，这块板子使用了两套15070的硬件，因此这里暂时只介绍其中的一套。

LED的控制有两个部分，具体可以参考我之前的笔记。

两颗TLC5940提供了总计32通道的RGB LED控制，在maimaiDX里，每个P位使用了24通道。由于我并没有像官方那样使用4层板进行设计，因此走线空间非常局促，于是决定通过延长线的方式将各个按键灯的接口从这块板子上分离，并且干脆没有引出未使用的LED通道。

不过，虽然TLC5940可以提供相当多的通道，但能够驱动的电流只有毫安级，对于机台氛围灯这种动辄几米的灯带就显得力不从心。因此，15070还提供了四个由独立的mosfet控制的通道，支持PWM调光。对于这四个通道，我使用了四个标称电流10.5A的UMW AO4468，足以应对所需的电流。这些接口统一使用4P XH2.54接口连接，其中2P为12V，2P为GND，理由与供电接口一样，为了保证单条导线承载的电流不会太高。

（在设计这两块板子的时候，我采用了很多UMW的电源IC和MOS，价格适中，性能也不错，好感UP）

杂项

为了方便给MCU刷写固件，我还增加了标准的6P ICSP编程接口，这下终于直接用杜邦线刷机了XD

837-15067：USB-四通道串口转接板

正如它的名字一样，这块板子的意义在于通过USB转接出四个串口，并且似乎可以通过驱动由AMDaemon自动分配串口号，但我对此的了解不多。

众所周知，FTDI的串口芯片一直都是性能最优、稳定性最好的一档，因此SEGA选择他们家的芯片也无可厚非。不过，837-15067上使用的FT4232HL要比一般的串口芯片更特殊一点，它允许外接一颗使用MICROWIRE总线的EEPROM芯片，用于存储一些厂商的自定义配置，包括厂商ID和产品ID、供电方式和供电电流、序列号、USB描述等等。我选用了一颗datasheet里列举的M93C46WP，一颗来自意法半导体的EEPROM。

提取官方的配置文件

如果不需要连接基板，这块板子完全可以不写入任何内容，安装官方的驱动后直接使用，但本着来都来了的精神，我还是提取了15067中的配置文件。

读写FT4232HL的配置文件极其简单，使用FTDI官方的FT_PROG即可。读取后的配置文件使用XML保存，在写入别的芯片时时将这个文件作为模板导入即可。写入之后，由于Vendor ID改变，官方的驱动将不再支持这块板子，需要使用SEGA定制的驱动。

在官方配置文件的基础上，我还手动修改了USB的供电模式：在15067中，USB是不参与5V供电的，供电由单独的电源提供，因此官方的配置文件里将USB供电设置为了自主供电，而我的板子在设计之初便依赖于USB提供5V供电，因此我手动将供电模式改成了总线供电，并把最大电流拉高到了500mA，以满足全部芯片的消耗（这几颗芯片的待机功耗就可以消耗掉0.1A的电流，已经蛮恐怖的了）。

另外，如果你愿意，你还可以开启序列号自动生成，从此你的“15067”也多了一个唯一的，可以被ALLS读取的序列号。

线路设计

其实线路设计本身并不难，唯一比较麻烦的地方在于FT4232HL只支持3.3V供电，为此还需要使用一个独立的LDO进行供电。虽然我在IO4里使用了LM1117，不过考虑到价格，最后还是在这里用了ASM1117。好在4232HL的功耗并不高，虽然我用的ASM1117并不难判断是否为真品，但对于这里的用途来说也足够了。

由于maimaiDX只用掉了4232HL的两个通道，我还考虑过要不要把没有使用的两个通道也引出来，不过碍于板子的尺寸限制只好作罢。

物料成本

在设计之初，我以为占据成本的大头会是4232HL，可没想到这块芯片8.5元钱就可以买到原装的条带包装版本，反而是TLC5940和MEGA32M1，前者可以卖到7元一颗，后者更是连正常的购买途径都没有，最后还是在闲鱼上按15元一颗的样品价才买到手（卖家甚至是用胶带把MCU粘到纸板上再发货的）。与之相比，AO4468居然只需要0.3元一颗，简直是白菜价。最终，一块这样的灯板仅主要芯片的成本大约为70元，再加上其它的物料，如果不考虑使用SMT，单板的成本大概在90元左右。当然，这个价格还没有考虑按键灯的转接板和线材等各种材料，不过就结果而言我认为是相当可以接受的，尤其是考虑到如果只焊接一个P位的话，物料成本可以控制在60元左右，还是相当有诱惑力的。

不过。如果需要考虑小批量生产的话问题就很大了，这块板子的大部分IC都需要额外采购（立创商城上，一颗TLC5940 25元，一颗FT4232HL 56元），甚至有的芯片已经无法保留原本的包装，即使嘉立创之类的工厂支持邮寄元件，这些没有包装的IC依旧需要手工拖焊，时间成本是相当高的。