Einführung MiniMEXLE Hardwaremitarbeiter.hs-heilbronn.de/~spohrer/MiniMEXLE... · 2010. 3. 19. · Einführung MiniMEXLE Hardware Dr.-Ing. Thomas Pospiech Raum D137, Tel. -415
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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
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Schaltplan MiniMEXLE V3.0
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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Schaltplan MiniMEXLE V3.0
…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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Schaltungstechnik - Netzteil
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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Schaltungstechnik - Netzteil
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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Schaltungstechnik – Ausgabe PWM
PWM bedeutet Puls-Weiten-Modulation
SJ3 und SJ4 „schalten“ global die beiden Tiefpässe
bestehend aus R20 – C16 sowie R23 – C17.
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Schaltungstechnik – Ausgabe PWM
Tiefpass 1. Ordnung (RC-Glied):
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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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Schaltungstechnik – Ausgabe PWM
Tiefpass 1. Ordnung (RC-Glied):
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UE UA
R
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A
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EAA
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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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Schaltungstechnik – Ausgabe PWM
Hochpass 1. Ordnung (RC-Glied):
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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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Schaltungstechnik – Ausgabe PWM
Hochpass 1. Ordnung (RC-Glied):
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UE UAR
C
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Pol- und Nullstellenplan
1
1
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Polstellen
Nullstellen
s-Ebene
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Schaltungstechnik – Weitere Schnittstellen (1:1)
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PINout des gesamten µCs
Spannungsversorgung des Stecker-
netzteil (nach Diode D2).
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