Einführung MiniMEXLE Hardwaremitarbeiter.hs-heilbronn.de/~spohrer/MiniMEXLE... · 2010. 3. 19. ·...

Einführung MiniMEXLE

Hardware

Dr.-Ing. Thomas Pospiech

Raum D137, Tel. -415

19.03.2010Fakultät Technik 1, Mechatronik und Mikrosystemtechnik, EST SS 2010, © T. Pospiech Seite 2

Übersicht / Funktionalität

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Schaltplan MiniMEXLE V3.0

Fakultät Technik 1, Mechatronik und Mikrosystemtechnik, EST SS 2010, © T. Pospiech

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Der Schaltplan bzw. die die einzelnen Baugruppen lassen

sich aufgliedern in:

• Netzteil

• Display (Ansteuerung und Versorgung)

• „Reset-Funktion“ des Mikrocontrollers

• Taster

• Messung von

• Temperatur

• Licht

• Messung von Analogwerten (mit Schutz und Offset )


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…Fortsetzung

• Referenzspannung für Analogwertmessung

• Quarz für Takt des Mikrocontrollers

• Spannungsversorgung des Mikrocontrollers

• SPI-Schnittstelle

• Ausgabe von PWM für

• Buzzer

• Tiefpass-Filtrierung

• Weitere Schnittstellen (1:1)


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Schaltungstechnik - Netzteil

Realisiert mit Spannungsregler 7805 ( stabilisierte 5 V DC).

Dioden D1 und D2 schützen vor Verpolung und falsche

Fremdeinspeisung.

Kondensatoren dienen als „Puffer“ und stabilisieren den

Spannungsregler.


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R2 ist der Vorwiderstand für die LED und „begrenzt“ somit

den Strom durch die LED.

Weitere Spannungsregler:

78xx (positive Spannung)

79xx (negative Sapnnung)

LM317 (variable pos. Spannung)

Festspannungsregler xx steht für

den entsprechenden Sapannungswert


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IADJ < 100 µA

Über R2 kann ein Bereich von

1,2 V bis 37 V für Vout

eingestellt werden.

Iout ≈ 1,5 A

2

1

2125,1 RIR

RV ADJout

Package ist abhängig von

Leistung und Anzahl der

Anschlüsse!


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Schaltungstechnik - Netzteil (Bauformen)


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Schaltungstechnik - Display

Spannungsversorgung VDD ist 5 Volt

R1 (Poti) dient zur Kontrasteinstellung

SJ1 „schaltet“ die Hintergrundbeleuchtung

4 Bit-Ansteuerung (DB4...DB7) über das erste Nibble von

Port 3 (Port-PC) des Mikrocontrollers (Doppelbelegung!)


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Schaltungstechnik - Reset des Mikrocontrollers

„Reset“ erfolgt bei logisch „0“ an Pin 1 des µC

R8 zieht den Pegel auf logisch „1“ (Normalbetrieb)

D5 in Durchlass lädt (über R8) den Elko C7.

Dieser entlädt sich beim Betätigen des Reset-Taster über

R7.

Pin 1 liegt anschließend am „Spannungsteiler“ R8 und R7

und wird logisch „0“.Fakultät Technik 1, Mechatronik und Mikrosystemtechnik, EST SS 2010, © T. Pospiech

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Schaltungstechnik - Reset des Mikrocontrollers

Die Entladezeit wird über Werte von R7 und C7 festgelegt.


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Schaltungstechnik - Taster

Dioden schützen vor Über- und Unterspannung

Rpu ist der interne Pull-up Widerstand (20 kΩ..50 kΩ)

Widerstand vor Taster bildet Spannungsteiler mit Rpu


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Schaltungstechnik – Messung von Licht und

Temperatur

R6 und NTC bilden Spannungsteiler

4,7 kΩ bei 25°C (Datenblatt beachten)

R16 (TP!)

LED erzeugt im Umkehrbetrieb eine

Spannung, die direkt gemessen werden

kann.


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Schaltungstechnik – Messung von analogen

Signalen

D3, D4 und D6 und D7 bilden

Schutzschaltung

C8/C12 und R4,R5/R14,R15

dienen der Entstörung.

Hausaufgabe:

Erläuterung der Funktionsweise von

R10,R11 und C6.

Simulation mit Pspice!


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Schaltungstechnik – Referenzspannung für

Analogwertmessung

L1 und C10 dienen der Unterdrückung von (HF-) Störungen

und stellen einen LC-Tiefpass dar.

C9 stabilisiert und entstört.


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Schaltungstechnik – Taktgenerierung

Taktung des µC über Schwingquarz

Wert und entsprechende Teilung (im µC) ergibt ein gerade

Übertragungsrate für eine serielle Komunikation.

Stabilisierung durch C13 und C14 (standard)

SJ2 (Solder Jumper) für externe Taktung

(auch interne Taktung max. 8 MHz) möglich


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Schaltungstechnik – Taktgenerierung

Angaben für „externe“ Taktung:

Vcc ≥ 1,8 V 0..4 MHz (bei V-Version)

Vcc ≥ 2,7 V 0..10 MHz

Vcc ≥ 4,5 V 0..20 MHz

Maximalwert für Vcc ist 5,5 V


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Schaltungstechnik – Spannungsversorgung µC

C15 stabilisiert und entstört


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Schaltungstechnik – SPI Schnittstelle

Master-Slave Konzept (4-Draht Kommunikation)

MOSI Master Out / Slave In

MISO Master In / Slave Out

SS Slave Select

SCK Serial ClocK


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Schaltungstechnik – SPI Schnittstelle

Programmierschnittstelle

Doppelbelegung PB2 (Applikations-LED3 und SS)

Programmierung erfolgt bei logisch „1“ am Pin 5 von SV1.

LED3 ist dann aus! Reset-Leitung geht an Reset-Pin von µC.

SPI bedeutet Serial Peripheral Interface


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Schaltungstechnik – Ausgabe PWM

PWM bedeutet Puls-Weiten-Modulation

Buzzer bekommt über den Vorwiderstand direkt das

PWM-Signal (Lautstärke konstant, Tonhöhe einstellbar

über PWM).


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PWM bedeutet Puls-Weiten-Modulation

SJ3 und SJ4 „schalten“ global die beiden Tiefpässe

bestehend aus R20 – C16 sowie R23 – C17.


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Tiefpass 1. Ordnung (RC-Glied):


UE UA

R

C

Niederfrequente Wechselspannungen

werden gut Übertragen, während

hochfrequente Wechselspannungen stark

gedämpft werden.

f [Hz]

A [dB]

fg

-20 dB/Dekade

f [Hz]

Phase [Grad]

fg

-90 Grad

Amplitudengang:

Phasengang:

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Tiefpass 1. Ordnung (RC-Glied):


UE UA

R

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A

AE

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sichergibtLaplacemit

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E

A

EA

EAA

EAA

G(s) nennt man Übertragungsfunktion.

Die Funktion beschreibt das Verhalten von Ausgang zu Eingang

Pol- und Nullstellenplan

1

1

T

Polstellen

Nullstellen

s-Ebene

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Hochpass 1. Ordnung (RC-Glied):


Hochfrequente Wechselspannungen

werden gut Übertragen, während

niederfrequente Wechselspannungen stark

gedämpft werden.

f [Hz]

A [dB]

fg

+ 20 dB/Dekade

f [Hz]

Phase [Grad]

fg

+90 Grad

Amplitudengang:

Phasengang:

UE UAR

C

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Hochpass 1. Ordnung (RC-Glied):


UE UAR

C

R

tUti

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A

AAcE

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11

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sichergibthBildbereicintionTransformaLaplaceMit

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Pol- und Nullstellenplan

1

1

T

Polstellen

Nullstellen

s-Ebene

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Schaltungstechnik – Weitere Schnittstellen (1:1)


PINout des gesamten µCs

Spannungsversorgung des Stecker-

netzteil (nach Diode D2).

19.03.2010 Seite 29

Schaltungstechnik – Weitere Schnittstellen (1:1)


Kommunikationsschnittstellen

RS232 braucht für eine Verbindung zu einem PC eine

Pegelanhebung (MAX232). MiniMEXLE MiniMEXLE

direkt möglich.

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