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[分享] 火车模型数码控制--DCC控制

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发表在  2017-1-19 16:58:36  | 显示全部楼层 | 阅读模式
本帖最后由 oliver89 于 2017-2-3 12:23 编辑

火车模型坑,坑深坑大,还是数码音效坑玩着有感觉,仿佛真车浮现。但是对刚接触数码或者听说过数码的还是有些门槛,还需要从模拟的思路转换一下。其实数码玩起来和模拟一样简单,最最被常用到的也就是切换机车&控制各种音效(如果有)。
1.jpg 2.jpg
火车模型数码控制--DCC控制
HO坑火车模型相信看到本文的基本都跳进来了,不然不会注意到数码火车模型数码控制--DCC控制,所以直接说数码的入门级的东西。
火车模型是可以动的,既然是可以动的那就应该有个控制的方式对吧,刚入坑的往往会选择模拟控制,什么是模拟控制?请看下文分解:
模型控制基本分为两类:
1、模拟控制(DC:Direct Current)。
模拟控制原理很简单,说白了就是调整输出电压,通过两根轨道传输到模型中的电机,接收的电压不同速度就会有变化,反应出来就是在轨道上欢快的跑。模拟控制历史悠久,长久不衰的原因也就是价格便宜,但是伴随机车数量增加随之而来的问题就是轨道上如果有两台或者多台机车,模拟火牛一旋转轨道上所有的机车都会动,要是两台机车跑复线还好,想要模拟停站就是很麻烦的事情,为了解决这个问题数码控制就诞生了。

2、数码控制(DCC:Digital Command Control)
数码控制原理虽然复杂,但是对操作者上手而言并不是难事,(数码化也是一个整体趋势)。数码原理简单说就是通过手上的控制器下达命令信号,然后通过数字编码器翻译成电信号加载在轨道上,轨道上的机车内预先安装好的芯片接收电信号再翻译为命令信号做出动作。决定机车数码功能的是机车上搭载的数码(音效)芯片。数码芯片一般常见两大类:普通数码芯片和数码音效芯片。
普通的数码可以实现的功能不多,一般用的最多的功能一般是灯光控制(可以按指令随时开启或关闭机车的某组灯光)和机车控制(每个机车上的芯片可以有单独的控制地址,比如控制地址是3,那么只有当控制器操作3号地址的机车芯片,相对应的机车才会按命令执行动作)。
还有更为高级的芯片就是数码音效芯片,数码音效芯片不但可以实现普通数码芯片的全部功能,还能模拟真车发出汽笛声、柴油机的轰鸣声等等。
一些入门前常见的问题:
模拟轨道和数码轨道能通用吗?轨道都是一样的,能跑模拟车的就能跑数码车,只是有些品牌接线器(如piko)中有电容,电容会滤掉数码控制的信号需要剪掉就可以用。
模拟车能在数码控制系统下运行吗?这个是一定不能的,数码信号是高频信号,模拟车直接放在数码信号轨道上不但车不能动而且很有可能会烧坏电机。
数码车或数码音效车能在模拟下运行吗?这个要看芯片功能,要先查芯片说明书是否支持。如果机车芯片支持模拟控制,默认状态是开启状态那么就可以在模拟轨道上跑了。特别注意:部分模拟火牛最大输出电压大概28v左右超出了一些芯片设计的耐压值,用火牛控制的时候特别要注意电压大小个人建议最好不要超过16v。

==============================================控制器===========================================
了解完数码控制首先就是选择数码控制器,市面上数码控制很多比如:ROCO multiMAUS(俗称红饼)、ROCO z/Z21、百万城EZ基础控制器、ESU的几种控制器、PIKO刚上市的SmartControl。数码控制器品牌很多,种类很多。
3.jpg 4.jpg 5.jpg
ROCO红柄(灰饼)  ROCO z/Z21              百万城基础控制器

111.jpg
7.jpg 8.jpg
ESU 50200控制中心
PIKO SmartControl
           国产自制控制器
入门建议选择z21(白盒):
           1、白盒依托安卓或IOS的手持设备控制,算是一种无线控制比较方便
           2、控制软件APP全中文,容易上手,同时也比较方便管理较多的数码机车。
           3、z21白盒可以读、写CV(啥是CV后面说),对于进阶后编辑芯片功能有较大帮助。
           4、目前售价不是很贵。
较多的人会用ROCO multiMAUS 红柄与z21对比,以下是个人的一点看法。
优点:红柄最棒的地方在于手感,实体键操纵机车有一种反馈感,同时熟悉后可以做到盲控。
缺点:红柄是不支持CV读、只支持写,编程时候特别不方便;红柄虽然有中文说明书,但是操作界面还是英文,上手有些不方便;红柄最高支持功能按键只到F20,而z21是支持到功能键到F28的,如果某些车功能超过20用红饼就不能直接控制。说了这么多考虑因素,各位看官自己把握吧。【红柄和z/Z21是可以组合使用的】
红柄中文使用说明书: http://www.hcmxw.com/thread-308-1-1.html
Z21中文说明书: http://www.hcmxw.com/thread-311-1-1.html
关于Z21(黑盒)的选择:黑盒与白盒主要的区别在于输出输入接口上,黑盒有较多的接口,可以便捷的扩展相关的功能,适合有沙盘同时需要数码控制(包括位置传感、道岔控制、信号灯控制等)的用户。黑盒把编程轨和主轨分开输出,便于沙盘跑车用户对机车CV编辑。怎么选还是看自己功能定位,如果近期没有搞大沙盘的计划只是空余时间跑跑车选黑盒就有些浪费了。

说说其他控制器:某宝还有一款国产的控制器售卖价格不贵,如果你资金不充裕他是一个很好的选择,样子虽然不是很好看,但是也是支持CV读、写的。他的强大之处在于功能的扩展,可以扩展电脑接入卡、道岔控制卡、信号灯控制卡、位置侦测(S88)卡最主要的是这些价格不贵,如果想制作数码化、电脑自动控制行车沙盘系统是个非常不错的选择。

ESU控制器:国内最常见的ESU控制器就是ESU 50200。价格挺高,功能也多。自带彩色触摸屏,内置控制系统软件。但是个人觉得用来平时玩玩,打地摊就过于浪费了。

PIKO最新的SmartControl:PIKO最新的这个手持控制器外观像极手机,系统也是安卓的,其实就是ESU的手持控制器+一个解码盒。售价有些贵,扩展接口也不是很多,扩展主要还是依托ESU的系列产品。

某宝还有百万城EZ基础控制器:这个控制器强烈建议不买,功能少的可怜,听说又容易烧车。

=================================数码化机车=================================
说完控制器就说数码机车了。
在购买机车的时候就会有选项:模拟(大部分机车都会写DCC READY)、数码机车、数码音效机车。
模拟机车:国车主要都是模拟车,绝大部分的模拟车内部都留有数码升级(DCC升级)的接口,目前国车主要的接口有8pin、21pin(MTC)两种接口。对于不同的接口应该购买对应接口的数码芯片进行数码化的升级。
数码机车:原厂内置了数码芯片,只要放在数码轨道上将控制器调整的对应控制地址就可以控制机车(默认控制地址是3)
数码音效机车:原厂内置数码音效芯片,功能上比普通数码车多了音效功能,操作上和数码芯片类似。

怎么数码化升级(重要提醒!手直接触摸芯片前应该释放手上静电避免损坏芯片)

升级前的准备工作:要确定想要升级数码化机车芯片插槽类型,根据类型购买对应插槽芯片。
升级过程需要拆开机车外壳,拆解方式每个车每个厂家都有所不同,请看厂家说明书。
9.jpg 10.jpg 11.jpg
8pin插口(插口上有模拟电路插针)
21pin(MTC)插口
22pin(Plux22)插口
以上是3种常见的插口类型;8pin很容易识别;21pin(MTC)显著特点是主板上有的是立针;22pin(Plux22)显著特点是主板上有的是插槽。
对应3种芯片的样子

12.jpg 14.jpg 13.jpg
8pin芯片
21pin(MTC)芯片
22pin(Plux22)芯片

8pin芯片插入前应该先移除插口上的模拟电路接口板/针,在插的时候注意方向,一般主板会标数字1或者数字8注意芯片插板上有些会写数字,写了数字的对应插入即可。没写数字的可以通过线的颜色区分。数字8对应的线缆颜色一定是红色、数字1对应的线缆颜色一定是橙色。这是DCC NMRA规范规定的颜色,每个厂家芯片都会如此。
15.jpg



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发表于 2017-1-19 17:01:25  | 显示全部楼层
本帖最后由 oliver89 于 2017-1-19 17:52 编辑

【首先回答恒速芯片是什么意思。恒速芯片顾名思义表示恒定速度;控制器控制速度不变一台没有挂载车辆的机车头在轨道上跑的速度为A,如果他挂载了比较多的重物控制器控制速度如果不改变那么他在轨道上跑的速度会低于A值,此时芯片有恒速功能,芯片会感知速度变慢会自动增大速度保持在原来的A值上,这就是芯片的恒速功能】
5211芯片说明书有如下描述:
3.png 5211一共有4个物理的输出接口分别是OUT1~4;OUT1对应前行方向大灯,OUT2对应逆行方向大灯,OUT3、OUT4对应的是预留的物理功能输出口(比如可以利用他输出附加的灯光等)。由表中看出CV33功能定义为FL(正向灯),FL控制的输出口是OUT1,实际操作的反馈就是:当机车处于芯片定义的正方向时,按下F0,控制器实际按下的的是正向灯FL键OUT1输出口通电,正向大灯点亮。
从out1~out4分别对应的是Bit0~3位,因此上图状态下读取CV33=1,CV34=2,CV35=4,CV36=8。说到这里相信也知道怎么修改功能F键与之对应的物理输出口的设置了。RL如果同时控制OUT1、2,CV34=3就行了。
如果知道CV29=53,怎么反推二进制数值。
首先观察53处于Bit0~Bit7对应的十进制数的哪个区间。32<53<64,小于64那么Bit6=0,Bit7=0,大于32那么Bit5=1;然后用53-32=21,16<21<32,21大于16那么Bit4=1;然后用21-16=5,4<5<8,5小于8那么Bit3=0,5大于4那么Bit2=1;然后用5-4=1,1≤1<2,1小于2那么Bit1=0,1=1那么Bit0=1。最后规整:00110101,就知道Bit5、4、2、0开启。
CV19 重连地址怎么用:
编程轨编程与主轨编程(POM)。
  编程轨模式编程是不会识别轨道上多个芯片,是只管读或者写CV值。在此模式下读取、修改CV会使车抖动,灯光闪烁,能够读取CV的控制器可以读取到芯片中CV值。
  主轨编程模式下(POM)修改CV是针对当前控制地址下的芯片修改,不会对轨道上其他机车芯片修改。此模式下只能修改CV(不能修改CV1),不能读到CV值,修改时机车不会像编程轨读取时车辆有反馈。
  CV19是组合地址:利用CV19可以控制机车速度,原地址可以控制灯光与音效。
现在操作,轨道上有A、B两车。A车已经设置好机车地址CV1=1;B车已经设置好地址CV1=2。把控制器的编程模式切换到POM模式,控制器控制地址要选择A车的地址,编辑CV19=8(可任意),然后控制器控制地址选择B车地址,编辑CV19=8(与A车值一样)。在控制器控制地址切换到8,这时发现A、B两车速度都受控于地址8,原机车地址可以控制机车的灯光与音效。这样就实现重连效果。特别提示,如果机车车型不同,重连在一起跑容易伤及踏面的胶圈(如果有)和车辆的传动系统。

CV17、CV18长地址使用:
CV1在NMRA标准定义中BIt7位置必须为0,因此最大值只有127。如果地址想超过127数值(128~10239之间)必须使用长地址也就是CV17与CV18组合的长地址。如果想使用长地址,那么CV29bit5位应该开启。
怎么计算,举个栗子:想设置4007这个地址
首先看4007在下表哪个区间,在CV17=207这个区间,那么CV17=207,记住CV17=207这行的起始数3840。
4.png
CV18取值:4007-3840=167,CV18=167。
如何反算地址,举个栗子:CV17=196,CV18=147。还是查上表CV17=196这行起始数值是1024,用1024+147=1171。那么CV17=196、CV18=147组合地址数值为1171。

===============================芯片针脚的功能定义===========================

先说最常用的8pin接口定义:
1.jpg

8.jpg
8.png
实际针脚图片
8pin产品外包装标准示意图
8pin接口针脚间距2.54mm (1/10英寸),是常见电子元件的标准IC插座。
紫色线不焊接在8pin板上,不同厂家芯片可能会有可能不会有。

现在流行的21针芯片:21针分为MTC接口、Plux接口。
21MTC针脚定义,欧洲定义编号NEM660:
9.jpg
10.jpg
11.jpg
典型21pinMTC接口芯片
21pinMTC芯片外包装标识
     
          NMRA电气接口草案(S-9.1.1)已经明确注释从2010年开始21pinMTC不推荐将其设计在新的机车电路板上(我就不理解国车用的21PINMTC接口是为了什么)。推荐更有灵活便捷设计的Plux形式。
Plux为了区别于21pinMTC设计,将11号不使用针脚移至中间,同时芯片上设计插针,电路板上设计插槽。(21pinMTC 11号针脚在左下侧,芯片上设计插槽,电路板上设计插针)
Plux形式 欧洲定义编号:NEM 658
接口形式示意图,可见PLux有共用基础,灵活扩展。
9.png
Plux芯片平面示意图,芯片大小不同但是有共用部分,适用于N、TT、HO比例。
1.png
针脚定义:
2.png
图中绿色为Plux8、黄色为Plux16、最外为Plux22。
1.jpg
Plux22针芯片的产品示意图

还有6pin芯片接线介绍 欧洲NEM651:
3.png
6pin芯片没有单独的正极,通过左侧轨道接地实现正极功能
2.jpg
4.png
实际针脚图片
6pin产品外包装标准示意图
        
6pin接口针脚间距1.27mm (1/20英寸),是常见电子元件的标准IC插座。

==============================芯片上常见的问题==============================
速度级:
关于芯片描述中经常出现的速度级,速度级是控制时对速度控制的细度。把芯片设定的0~最大速度之间划分若干份,目前标准划分有14级、28级、128级。分级越高对速度控制越为精细、准确。有些比较老的芯片只支持14级控制,如果控制器在28或128级控制模式下芯片表现的功能可能会不正常,这时候需要将控制器的速度级调整到14级。速度级控制的实现需要芯片支持也需要控制器支持,是双向的。不过目前常见的控制器基本都支持的。
速度表控制模式:
普通速度级与速度大小之间是线性关系(参见CV6设置的图片),高级玩家想要更加细微的控制方式,速度表控制模式就是为此而生。28级速度表:
5.png
速度表模式有28个可以调整CV67-CV94,可以自由设计变化曲线。虽然可调CV只有28个,在128级控制速度模式芯片会根据28级速度表内插计算出128级的速度表。
普通控制器调整速度曲线很麻烦一个一个改,如果你控制器够好可以连接电脑,通过电脑端软件(如JMRI) 调整会方便许多。
EMF、PWM:
这是芯片中经常出现的字眼。PWM中文名称“”脉冲宽度调制”,是一种“速度”调制方式。芯片控制电机时改变电压比较麻烦,利用断续供电的方式改变供给电机的平均功率,实现改变速度的目的。因为开关电路比模拟电路控制方便,且效率高。PWM 改变功率的方式是通过改变占空比,也就是供电时间和断电时间之比。
EMF:利用直流电机的原理以及 PWM 调速的特征(断续供电),测量电机在断电时惯性运动产生的电势,计算转速,此方式称为 EMF ,其优点在于不用增加结构上的装置。
通过这两个控制、侦测方式可以实现芯片对电机的负载补偿,也就是我们说的恒速效果。
既然是PWM驱动,某些模型厂商电机特殊,需要配置不同的电机参数:
仅仅以LokSound V4.0芯片列举的参数举例,不同厂家不同芯片,同种厂家不同芯片请注意查看相应的说明书,下表不能使用。
3.jpg
####################################模型跑步机#############################
跑步机叫法很形象,个人觉得对于数码爱好者喜欢总是调试芯片参数,需要试运行的有个跑步机算是必备。
跑步机目前分几种形式:可调滚轴的、固定滚轴的、智能跑步机
可调滚轴跑步机:
4.jpg 5.jpg
固定滚轴跑步机:
6.png
Smartrail智能跑步机
7.jpg
跑步机可让模型原地运转起来,特别是蒸汽机车在跑步机上开动,欣赏机械眼前运动的感觉特别棒,同时也是试车检验芯片功能参数的好平台。
跑步机的选择。HO比例的蒸汽模型会有两种驱动方式。一种是机车驱动轮驱动--前驱车;另外一种是煤水车有驱动力,而机车锅炉下的“驱动轮”是没有动力输出的--后驱车,平时在轨道奔跑煤水车推动着前车走,动轮也会跟着一起运动看不出什么破绽。前驱车无论是在滚轴、智能跑步机上都能欣赏到动轮转动;而后驱车在滚轴跑步机上比较尴尬,因驱动轮没动力在跑步机上就是静止状态,只有在智能跑步机上后驱车的前动轮才会运动。




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发表于 2017-7-13 14:39:33  | 显示全部楼层
真是难得给力的帖子啊。
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发表于 2017-1-19 17:00:13  | 显示全部楼层
本帖最后由 oliver89 于 2017-1-19 17:48 编辑

至于21pin(MTC)芯片、22pin(Plux22)芯片主板上或芯片上预留了防呆设计,插的时候注意观察不要用蛮力问题都不会很大。
其他几种类型的芯片:
16.jpg 1.jpg 18.jpg
6pin芯片(多见Fleischmann机车内)  Plux16芯片(多见PIKO车内)  Plux12芯片
     
当然数码音效芯片还会带一个喇叭的。

国内目前能买到的常见芯片品牌:
2.jpg 3.jpg
国产的:动芯道岔
德国:ESU品牌

21.jpg 22.jpg
ROCO品牌10746
百万城芯片

数码芯片选择:
普通数码芯片可以选择动芯52XX系列,5211是入门级的性价比不错。对功能要求高点的可以选ESU的LokPilot V4.0。百万城的44915就真的不要买了,两个字垃圾。
数码音效芯片:数码音效适合国车音效的只有动芯的5313。
1.jpg
德国ESU音效芯片价格贵,音效都只有外车的,买最好买LokSound V4.0。好消息是最近有国内大神做了一些ESU用的国车音效包,ESU的虽然贵但是效果杠杠的。
2.jpg
啰嗦一句经常见到的问题:“这个数码芯片和某个控制器兼容吗?”~~只要芯片、控制器符合DCC协议的标准不会有这样的问题。
===========================================数码机车的操作========================================
数码机车简单行驶操作很容易,可以参看红柄中文说明书和z21中文说明书。
功能按键简单说明:目前标准定义的功能按键有30个,其中F0按键包含了正向和反向灯(FL、RL当机车正向行驶正向灯亮,反向行驶反向灯量是自动切换的),然后再是F1~F28。F0标准定义的都是头灯,F1、F2等其他功能按键根据芯片厂家设置不同而不同。
怎么在一个轨道上分别控制两台不同机车?更改两车芯片地址CV1不相同后,在控制器上选择对应的控制地址就好了。
这里就需要了解CV的相关知识。
CV全名:Configuration Variables。(讨厌的全名又来了,英语白痴看着很烦 我也是英语白痴)
中文译名:配置变量
简单的说就是通过改变对应CV的参数实现芯片内置不同的功能。火车模型数码世界生产厂家多,之前各有各的标准互不兼容,对玩家来说就很痛苦为了解决这个问题诞生了NMRA组织,NMRA制定了一系列的通用规范。其中就包括CV值定义的规范(S-9.2.2)。
CV值规范中一共有1024个,也就是有1024个可编辑变量。这么多吓死人,其实平时接触到最常用的CV值也就是10个左右很容易。
CV1 定义的意义是:芯片地址。比如轨道上有两台机车,想通过控制器单独操作每一台机车,那么我们要对每一台机车芯片赋不同的地址值。比如A车CV1=1(CV1赋值为1);B车CV1=2(CV1赋值为2)。那么操作控制器的时候选择地址为1的机车,然后对他发出一些指令,那么这时候A车就应该按指令反馈动作,B车应该是不会有任何反应的。
怎么编辑CV1? 我拿Z21白盒举例。首先打开手机或pad上的z21APP,连接上z21.
编辑CV时一定要确保轨道上只有一台需要编辑CV的车辆,其他机车必须拿开轨道。
选择编程

3.jpg
选择编程轨道编程
4.jpg
在CV地址栏中填写1(意思就是需要编辑CV1这个变量),这时候可以点读取,读取出的CV1已经拥有的值会显示在CV值这一栏中,如图中是2那么意义就是CV1这个变量目前赋予的值是2,简单写就是CV1=2。如果想改变机车地址,就在CV值栏中填入想要的地址值再点击编程,如果成功Z21会提示(填写的值必须在1~127之间)。
5.jpg

以上就是编辑CV1的过程,很简单不难理解。
还有其他常用的CV值:
CV2--电机驱动起始电压
CV3--加速时间
CV4--减速时间
CV5--电机驱动最高电压
CV6--电机驱动中间电压
CV7--软件版本号(不支持修改)
CV8--厂家编号(不支持修改,但CV8=8是恢复出厂设置)
CV17-扩展地址高位
CV18-扩展地址低位
CV19-重连地址
CV29-机车模型运行配置参数
CV17、18、19以后会专门讲到怎么使用
============================================CV编辑的进阶=======================================
CV3、CV4的解释:个人翻译是加速/减速时间,反应到模型操作中来就是从速度级A值上升或下降到速度级B值,这个过程中延时的大小。举个栗子:当CV3=0时,机车从静止加速到控制器指定的速度,需要1s。当CV3=3时,这个过程就需要1+3*m(s),m是一个系数,每个厂家会有点不一样。
CV5调节会影响机车最高行驶速度,想要机车最高速度跑快点可以把这个参数调大点。
CV6调节会影响加速曲线,如下图(借用5211说明书)
1.png CV6在速度级中间(x轴)他的大小决定速度曲线形状,模拟真车速度变化曲线。
CV8读取出来的值是厂家编号,这个值是不能更改的,但是给CV8=8会将芯片的设置恢复到出厂状态。
以上说的都是一些CV值对应单一功能的。
在CV列表中很多值要实现几种功能,那么几种功能是怎么实现?
都过开启或关闭Bit位来实现。
拿CV29举例:
说明书对CV29的描述:
Bit0 ,设置机车模型运行方向位。 0表示默认前进方向,1表示与默认前进方向相反;
Bit1, 机车模型头灯所在信息包。0 表示在14 级速度包,1 表示在功能包中,一般情况下该 CV 值无需用户修改;
Bit2 :是否支持模拟控制,默认为 0(关闭)
Bit3,保留设置;
Bit4,速度表开关,0 表示关闭,1 表示开启;
Bit5,扩展地址是否启用,0表示关闭, 1 表示开启。
Bit6、Bit7暂无意义
Bit是什么玩意?有点懵逼。
每个CV值在芯片中是由8个bit位组成,如图:
6.jpg
从右到左是 BIt0、1、2、3、4、5、6、7
每个Bit位相当于一个小开关,某一Bit位为0时表示关闭这个功能,为1时表示打开这个功能。(Bit位是二进制只有0和1)
那我们输入用的是十进制,怎么实现控制他们?
Bit位与十进制转换关系:
Bit 0 = 1;Bit 1 = 2;Bit 2 = 4;Bit 3 = 8;Bit 4 = 16;Bit 5 = 32;Bit 6 = 64;Bit 7 = 128
举个栗子:
我要开启CV29中Bit 0、2、4 、5位的功能,也就是这些BIT位值为1,其他Bit位值为0。反应成二进制就是:00110101
换算过程如下:

2.png
也就是CV29=53表示开启了Bit 0、2、4 、5位的功能。
以上就是修改CV数值的方法,不是很难。
再拿DXDC 5211恒速DCC解码芯片举个栗子



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本帖最后由 oliver89 于 2017-1-19 17:43 编辑

动芯5211低速表现(CV只修改了CV2、CV5,其他默认)


CMR DF4D测试 电机噪音很小 低速基本平稳

百万城SS3测试 电机噪音很小 低速基本平稳

百万城上游蒸汽机车1029 低速还可以 噪音有点大
极低速性能不仅仅是考验电机,更考验芯片的性能,芯片调教不好电机再好都是假的。
8.jpg 9.jpg 10.jpg 11.jpg 12.jpg

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学习了,迫切想请教的是,我的黑盒Z21,为什么一切连接正常,默认也能运行的情况下,实施编程,但无论是接主轨还是编程轨,读出的CV值都是255呢?而且读机车的轨道也是现实16868,不知是否机器问题,如是,怎么默认情况下又可以操作机车声效呢,盼解答,谢谢
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