Fachhochschule Karlsruhe Fachbereich EIT-N Handbuch Laborplatine - Version 2.4b

Transkript

1 Fachbereich EIT-N Handbuch Laborplatine - Version 2.4b Universelle Laborplatine Handbuch Version 2.4b Dezember 2004 Prof. Dr.-Ing. R.Koblitz Prof. Dr. Koblitz, FH Karlsruhe EIT-N, Moltkestr. 30, Karlsruhe; Tel koblitz@fh-karlsruhe.de Seite 1

2 Fachbereich EIT-N Handbuch Laborplatine - Version 2.4b Inhaltsverzeichnis: 1. Allgemeines Hardware (Laborplatine) Verfügbarkeit der Platine Software auf dem PC Kommunikation mit dem PC Kompatibilität mit früherer Version der Laborplatine 5 2. Die Hardware (Laborplatine) Spannungsversorgung Bestückungsoptionen des Doppelnetzteils Anschlüsse und Bedienungselemente der Laborplatine 8 3. Bestückungsanleitungen Bestückung der Hauptplatine Bestückungspläne für die diskrete Komponenten der Hauptplatine Bestückungsanweisungen für die Hauptplatine Bestückung der Hilfsplatine serielles Interface Bestückungsanleitung für serielles Interface Bestückung der Hilfsplatine USB-Interface Verbindung zwischen Hauptplatine und Interfaceplatine Farbcode Widerstände Update der alten Laborplatine Installation der Software Entpacken der Datei Labor_Platine_22.zip, Inhalt der Ordner Installation von VEE Runtime Installation der Treiber für die USB-Schnittstelle Installation von Intuilink (I/O-Library) Erstellen der Verknüpfung auf dem Desktop Start des Programms Mögliche Fehlermeldungen und ihre Beseitigung Bedienung der Laborplatine Dual-Power-Supply DC-Voltmeter DC-Amperemeter Funktionsgenerator Frei programmierbare Funktion Oszilloskop Bedienungselemente - Hauptmenü Kontrollfelder Ablaufsteuerung (Start, Erase, Stop) Mittelwertbildung (Average) Messung von Kenngrößen (Measure) Color (Hintergrundfarbe des Displays) Screendump Bildschirmdarstellungen (Mode) Setup-Menü Setup-Menü Channel 1 bzw. Channel Setup-Menü Timebase Prof. Dr. Koblitz, FH Karlsruhe EIT-N, Moltkestr. 30, Karlsruhe; Tel koblitz@fh-karlsruhe.de Seite 2

3 Fachbereich EIT-N Handbuch Laborplatine - Version 2.4b Setup-Menü Trigger Setup-Menü FFT Übersichtsmenü für alle Setups Zoom-Funktion (Display) Service-Funktionen Anzeige der Systeminformation Instrumenteneinstellungen (Instrument Settings) Offsetabgleich und Kalibrierung Y1 und Y2-Offset (Oszilloskop) Voltmeter Offset Amperemeter Offset Voltmeter-Kalibrierung (Voltmeter-Calibration) Amperemeter-Kalibrierung (Ampmeter-Calibration) PLL-Abgleich (PLL-Adjustment) Screendump (Oszilloskop) Show/Select all settings Dateiname für die Screendump-Pixel-Datei Dateiname und Syntax für die Ascii-Datei der Messergebnisse Technische Erläuterungen Blockschaltbild der Laborplatine Programmablauf auf dem PC Die Netzgeräte-Funktion DC-Spannungsmessung - Messprinzip Schaltungstechnische Details für die Spannungsmessung Schaltungstechnische Details für die Strommessung Der Funktionsgenerator Das Oszilloskop Auflösung in x- und y-richtung Abtastung bei ein- und zweikanaligem Betrieb Mittelwertbildung (Average-Funktion) Die Messfunktion (Measure) Die FFT-Berechnung Aliasing Leakage Benutzung der Fensterfunktion Berechnung der Verzerrung (THD, Klirrfaktor) Technische Daten Hardware Hauptplatine Hardware Interfaceplatine serielle Schnittstelle Hardware Interfaceplatine USB-Schnittstelle Software, allgemeine Angaben Die Netzgeräte-Funktion DC-Spannungsmessung DC-Strommessung Der Funktionsgenerator Das Oszilloskop Prof. Dr. Koblitz, FH Karlsruhe EIT-N, Moltkestr. 30, Karlsruhe; Tel koblitz@fh-karlsruhe.de Seite 3

4 1. Allgemeines Die Laborplatine ist für Studierende von technischen Studiengänge gedacht, die zuhause praktische Elektronik-Versuche durchführen wollen, die aber aus Kostengründen keinen teuren Messgerätepark anschaffen können. Die Laborplatine realisiert die wichtigsten Geräte, die für eine Schaltungsanalyse notwendig sind. Dies sind ein Doppelnetzgerät für positive und negative Versorgungsspannung, ein DC- Voltmeter und DC-Amperemeter, ein Funktionsgenerator und ein 2-Kanal-Oszilloskop. Es wurde besonderer Wert auf eine preisgünstige Realisierung gelegt und dafür bewusst Abstriche an den technischen Daten vorgenommen. Für Versuche im Grundlagenlabor, oder in Anwendungsgebieten, wo nur mit relativ niedrigen Frequenzen gearbeitet wird, sind die elektrischen Eigenschaften jedoch völlig ausreichend. Damit ist auch der Einsatz in Schulen und technischen Gymnasien möglich. 1.1 Hardware (Laborplatine) Die Laborplatine benötigt eine Spannungsversorgung von 2mal 12V. Hierfür können zwei gewöhnliche Steckernetzteile verwendet werden. Der Anschluss zum PC erfolgt wahlweise über die serielle Schnittstelle oder über einen USB- Anschluss. Auf dem PC werden die Laborgerätefunktionen graphisch dargestellt und können über Tastatur und Maus bedient werden. Die Anzeige der Messergebnisse erfolgt ebenfalls auf dem PC-Monitor. Die Gerätefunktionen sind auf einer Europaplatine (Abmessungen 160mm x 100mm) untergebracht. Über eine 10-poliges Flachkabel mit Pfostensteckern kann wahlweise die Interfaceplatine Serielle Schnittstelle oder USB- Schittstelle angeschlossen werden, die die Kommuniation über die entsprechend Datenleitung zum PC sicherstellt. 1.2 Verfügbarkeit der Platine Die Laborplatine ist als Bausatz erhältlich. Die Hauptplatine ist weitgehend mit SMD-Bauteilen bestückt, und wird mit den SMD-Teilen bestückt geliefert. Die fünf programmierten Mikrokontroller befinden sich ebenfalls als SMD-Bauteile auf der Platine. Über Stiftanschlüsse lassen sich die Mikrokontroller nachträglich umprogrammieren, um z.b. neue Softwareversionen aufzuspielen. Es müssen nur noch die diskreten Koponenten eingelötet werden, wie in der Bauanleitung ausführlich beschrieben ist. Ein versierter Elektroniker benötigt hierzu ca. ½ Stunde. 1.3 Software auf dem PC Die Software auf dem PC ist in der graphischen Programmiersprache HP-VEE geschrieben. Auf dem PC muss die sog. Runtime- Version von HP-VEE und der zugehörige IO- Library Core installiert werden. Die Software ist auf allen PC s lauffähig, die folgenden Voraussetzungen erfüllen: CPU > 200MHz, ca. 20MB freier Speicher, Monitor mit einer Auflösung von 1024x768 Pixels (17" Monitor oder auf Notebook 15"), Betriebssystem: Windows 95, 98 SE, NT, 2000, ME oder Windows XP. Die USB-Version läuft nicht auf Windows 95 und Windows NT, da diese Betriebssysteme die USB-Schnittstelle nicht unterstützen. 1.4 Kommunikation mit dem PC Die Software auf dem PC, die in der Programmierumgebung HP-VEE geschrieben ist, erlaubt in Zusammenhang mit der Intuilink- Software (I/O-Library) den Zugriff auf die serielle Schnittstelle. Ebenso ist der Mikrokontroller auf der Laborplatine auf die serielle Schnittstelle programmiert. Hierzu wird ein serielles Interface benutzt, das als kleine Platine auf die Laborplatine geschraubt wird und über Flachbandkabel mit der Hauptplatine verbunden ist. Der Anschluss an den PC kann dann über diese serielle Schnittstelle erfolgen. Es besteht aber auch die Möglichkeit, die Laborplatine über die USB-Schnittstelle an den PC anzuschließen. Hierzu wird statt des seriellen Interfaces das USB Interface verwendet. Dieses USB-Interface macht nichts anderes als eine Umsetzung von USB auf die serielle Schnittstelle. Neben dem Aufbau und Anschluss dieses USB-Interfaces muss noch der virtuelle COM-Port Treiber auf dem PC installiert werden. Damit wird auf dem PC eine virtuelle serielle Schnittstelle realisiert und man kann die Laborplatine am USB-Anschluss betreiben. Die HP-VEE-Software und die I/O Prof. Dr. Koblitz, FH Karlsruhe EIT-N, Moltkestr. 30, Karlsruhe; Tel koblitz@fh-karlsruhe.de Seite 4

5 Software sowie die Laborplatine selbst sieht nach wie vor nur die serielle Schnittstelle. Allerdings soll ein Nachteil nicht verschwiegen werden: wenn das serielle Protokoll mit dem USB-Interface über den USB-Bus abgewickelt wird, benötigt der PC für die Datenübertragung deutlich länger, als wenn er direkt auf die hardwaremäßig vorhandene serielle Schnittstelle zugreifen kann. Die Wiederholungsrate beim Aufbau des Oslloskop-Displays wird dadurch etwas verlangsamt. Bei einem schnellen Rechner (ab 1GHz aufwärts) fällt diese Verzögerung jedoch kaum ins Gewicht. 1.5 Kompatibilität mit früherer Version der Laborplatine Die erste Version der Laborplatine war ausschließlich mit diskreten Bauteilen bestückt. Diese Platine kann ebenfalls mit der neuesten PC-Software betrieben werden. Die Oberfläche auf dem PC ist identisch, auch die Funktionalität der neuen Platine ist unverändert gegenüber der ersten Version der Laborplatine. Lediglich bei den Kalibrierungsroutinen sind geringfügige Unterschiede vorhanden, die jedoch für das Arbeiten mit der Platine irrelevant sind. Um die alte Laborplatine mit der neuen Software laufen zu lassen, sind geringfügige Änderungen an der Hardware nötig. Ausserdem müssen die 5 Mikrokontroller neu programmiert werden. Eine detailierte Anweisungen zum Update finden Sie im Kapitel 3.5 (Update der alten Laborplatine). Die alte Laborplatine kann nicht mit einem USB-Anschluss ausgestattet werden. Es können jedoch handelsübliche USB-Serial-Converter eingesetzt werden. 2. Die Hardware (Laborplatine) Die Laborplatine besteht aus einer zweiseitigen durchkontaktierten Platine mit den Abmessungen 160mm x 100mm. (Europa-Format). Die Bauhöhe beträgt 28mm ohne Distanzhülsen auf der Unterseite. Sie ist weitgehend mit SMD-Bauteilen bestückt und enthält nur noch wenige diskrete Bauelemente (Relais, Elkos, Spannungsregler, Leistungstransistoren...). Bild 2-1: Laborplatine mit serieller Interfaceplatine Prof. Dr. Koblitz, FH Karlsruhe EIT-N, Moltkestr. 30, Karlsruhe; Tel koblitz@fh-karlsruhe.de Seite 5

6 Für alle IC s einschließlich der Mikrokontroller (AT90S1200 der Firma ATMEL) sind SMD-Ausführung verwendet worden. Eine Ausnahme bildet der Eingangsverstärkers für das Oszillsokop (TL082, 8-pin DIL-Gehäuse) und der PLL-Baustein 74HCT74046A (16-pin DIL-Gehäuse). Damit können diese Bausteine im Fehlerfall leicht ausgewechselt werden. Es wurde darauf Wert gelegt, im wesentlichen billige Standardbauelemente zu verwenden, um die Kosten niedrig zu halten. Die fünf Mikrokontroller können über 3-polige Stiftleisten programmiert werden, um Softwareupdates einspielen zu können. Eine zusätzliche kleinere Platine wird über ein 10-poliges Flachbandkabel mit der Hauptplatine verbunden und beinhaltet je nach Ausführung eine serielle Schnittstelle oder eine USB- Schnittstelle für die Datenübertragung zum PC. Auf dieser kleinen Interfaceplatine befinden sich auch die Anschlüsse zur Spannungsversorgung. Diese Interfaceplatine kann über die mitgelieferten Distanzhülsen auf die Hauptplatine geschraubt werden, wie in Bild 2-1 zu sehen ist. Wenn die Laborplatine in ein Gehäuse eingebaut wird, dann kann man diese Platine auch über Montagewinkel an die Gehäuserückwand anschrauben. 2.1 Spannungsversorgung: Die Hauptplatine selbst benötigt zwei Versorgungsspannungen: +12V, 150mA und 12V, 60mA. Diese Versorgungsspannung wird über Standard-Längsregler auf die internen geregelten Spanungen von 10V, +10V und +5V heruntergeregelt. Die Laborplatine kann daher mit 2 Gleichspannungen +12V..+20V und - 12V...-20V versorgt werden. Wegen der internen Spannungsstabilisierung können die beiden Spannungen ungeregelt sein. Die einfachste (und sicherste) Möglichkeit besteht in der Verwendung zweier Standard-Steckernetzteile, 12V DC, die keine interne Stabilisierung benötigen. Um die Spannungen hinreichend zu glätten, sind auf der Platine noch 2 große Glättungskondensatoren von 2200µF vergesehen. Es besteht weiterhin eine Bestückungsoption auf der Interfaceplatine, bei der noch ein Brückengleichrichter in Form von 4 Dioden 1N4001 eingebaut werden kann. Dann lässt sich die Platine auch mit zwei gegenphasigen Wechselspannungen von V AC versorgen. (oder Trafo mit V mit Mittelanzapfung der Sekundärwicklung). Die Laborplatine selbst benötigt zwar nur einen Strom von +12V, 150mA und 12V, 60mA, man sollte jedoch zwei Spannungen zur Verfügung stellen, die mehr Strom liefern können. Der überschüssige Strom steht dann für die Funktion des Doppelnetzteils zur Verfügung. Verwendet man z.b. zwei Steckernetzteile mit je 500mA, dann kann dem Dual- Power-Supply ein Strom von ca. 150mA entnommen werden. Bei ungeregelten Steckernetzteilen müssen diese Netzteile etwas mehr Strom liefern können, als benötigt. Daher nur ein Strom von 150mA für die Netzteile. Dies ist im Kapitel Technische Erläuterungen näher ausgeführt Die Anschlüsse zur Spannungsversorgung auf der Interfaceplatine können in verschiedenen Ausführungen realisiert werden: eine 5-polige Din-Buchse zum Anschluss eines Doppelnetzteils zwei 3,5mm Buchsen zum Anschluss von Standard-Steckernetzteilen zwei 2-polige Anreihklemmen (Raster 5,04mm) zum Anschrauben der Netzteilleitungen. Diese Option ist vor allem für die Nutzer gedacht, die in ein Gehäuse die Laborplatine und die Netzteile einbauen wollen. Alle drei Anschlussoptionen sind auf der gleichen Interfaceplatine möglich. Wie oben erwähnt kann auf der Interfaceplatine noch ein Brückengleichrichter, bestehend aus 4 Einzeldioden eingesetzt werden, damit man die Laborplatine mit Wechselspannungen versorgen kann. Wenn die Platine mit zwei Gleichspannungen versorgt wird, können die vier Dioden entfallen und es sind für zwei Dioden je eine Kurzschlussbrücke einzusetzen. 2.2 Bestückungsoptionen des Doppelnetzteils Die Einstellung der Spannungen des Doppelnetzteils erfolgt über Längsregler mit je einem PNP und NPN- Leistungstransistor in TO220- Gehäusen. Bei diesen Längsreglern ist auf eine entsprechende Kühlung zu achten. Man hat die Wahl zwischen zwei verschiedenen Kühlkörpern Prof. Dr. Koblitz, FH Karlsruhe EIT-N, Moltkestr. 30, Karlsruhe; Tel koblitz@fh-karlsruhe.de Seite 6

7 Mit einem Kühlkörper aus Alu-Stangenprofil mit den Abmessungen 50mm x 29mm x 12mm und einem thermischen Widerstand von 5K/W kann man dem Doppelnetzteil einen Strom von je 300mA entnehmen. Dieser Kühlkörper wird auf der Hauptplatine liegend befestigt. Bild 2-2: Hauptplatine mit kleinem (oben) und großem (unten) Kühlkörper für das Doppelnetzteil Prof. Dr. Koblitz, FH Karlsruhe EIT-N, Moltkestr. 30, Karlsruhe; Tel koblitz@fh-karlsruhe.de Seite 7

8 Zwischen Platine und Kühlkörper muss eine Distanzhülse von 4-5mm vorgesehen werden, da noch SMD-Bauteile an der Stelle platziert sind, wo sich dann der Kühlkörper befindet. Wem die Montage dieser beiden Kühlkörper zu aufwändig erscheint, oder wem ein Strom von 150mA pro Spannungsausgang genügt, kann auch einen Aufsteckkühlkörper verwenden, der mit mit Steckbeinchen in der Platine arretiert werden kann. Dieser hat einen thermischen Widerstand von nur 18K/W,weswegen der Ausgangsstrom geringer als bei den großen Kühlkörpern ist. Die beiden Optionen sind in Bild 2-2 zu sehen Für beide Kühlkörper sind die entsprechenden Befestigungslöcher in der Hauptplatine vorgesehen. Die Transistoren und Spannungsregler können ohne Verwendung von Isoliermaterial auf die Kühlkörper geklemmt bzw. geschraubt werden. Eine fest eingestellte Strombegrenzung macht dieses Doppelnetzteil kurzschlusssicher. Die Strombegrenzung erfolgt mit den beiden Widerständen R501 und R551 (im Bild rechts neben dem 10-poligen Wannenstecker). Diese beiden Widerstände haben einen Wert von je 4,7Ohm für die kleinen Kühlkörper und je 2,0 Ohm für die großen Kühlkörper. 2.3 Anschlüsse und Bedienungselemente der Laborplatine Um die verschiedenen Anschlüsse platzmäßig unterzubringen mussten diese an der Längsseite der Hauptplatine angeordnet werden. Von links nach rechts findet man folgende Anschlüsse und Leuchtdioden: a) Y1-Eingang des Oszilloskops b) Y2-Eingang des Oszilloskops c) Externer Triggereingang für Oszilloskop d) LED grün diese leuchtet auf, wenn das Oszilloskop getriggert hat (Triggered). e) Ausgang des Funktionsgenerators f) Klemme des DC-Amperemeters g) +Klemme des DC-Amperemeters h) Eingang DC-Voltmeter i) Netzteil, negative Ausgangsspannung j) LED rot (Strombegrenzung) leuchtet, wenn die Strombegrenzung für die negative Ausgangsspannung angesprochen hat. k) Masse l) LED rot (Strombegrenzung) leuchtet, wenn die Strombegrenzung für die positive Ausgangsspannung angesprochen hat. m) Netzteil, positive Ausgangsspannung Je nach Anwendung und Einsatz der Laborplatine können die Anschlüsse a) bis m) in verschiedenen Ausführungen realisiert werden: a) Y1-Eingang des Oszilloskops: Wahlweise kann eine BNC-Printbuchse (liegend), eine 2mm Buchse (Hirschmann) für Printmontage oder gedrehte Stiftfassungen ähnlich einer IC-Fassung (4-polig: 2xEingänge, 2xMasse) verwendet werden. Standardmäßig ist die BNC-Buchse vorgesehen. b) Y2-Eingang des Oszilloskops: Bestükkungsoptionen wie a) c) Externer Triggereingang für Oszilloskop: Bestückungsoptionen wie a) e) Ausgang des Funktionsgenerators: Bestükkungsoptionen wie a) f) Klemme des DC-Amperemeters: Wahlweise kann eine 2mm Buchse (Hirschmann) für Printmontage oder gedrehte Stiftfassungen ähnlich einer IC-Fassung (2-polig: 2xEingänge) verwendet werden. Standardmäßig ist die 2mm-Buchse vorgesehen. g) +Klemme des DC-Amperemeters: Bestükkungsoptionen wie f) h) Eingang DC-Voltmeter: Bestückungsoptionen wie f) i) Netzteil, negative Ausgangsspannung: Bestückungsoptionen wie f), Stiftfassung aber 4-polig k) Masse: Bestückungsoptionen wie i) m) Netzteil, positive Ausgangsspannung: Bestückungsoptionen wie i) Zusätzlich zu den Anschlussklemmen sind noch die 3 Leuchtdioden vorgesehen, die allerdings nicht unbedingt nötig wären, da die entsprechenden Anzeigen auch auf dem PC- Monitor sichtbar sind. Wer will kann diese LEDs auch einfach weglassen Prof. Dr. Koblitz, FH Karlsruhe EIT-N, Moltkestr. 30, Karlsruhe; Tel koblitz@fh-karlsruhe.de Seite 8

9 Als einziges aktives Bedinungselement befindet sich hinter dem Anschluss der positiven Ausgangsspannung m) die Reset-Taste. Wenn man die Platine in eine Gehäuse einbaut, kann man diese Resettaste in beliebiger Ausführung als Schließkontakt (z.b. als Taster mit Einlochbefestigung) auf der Frontplatte anordnen und muss diesen über zwei Kabel an die beiden Leiterbahnen der Resettaste anlöten. 3. Bestückungsanleitungen In den folgenden Kapiteln erhalten Sie alle wichtigen Hinweise zum Bestücken der Hauptplatine und der Interfaceplatine. 3.1 Bestückung der Hauptplatine Nachdem die Platine fertig bestückt ist, kann unter die Laborplatine eine Aluminiumplatte an die Distanzhülsen angeschraubt werden. Damit lässt sich eine gute Abschirmung gegen Störeinflüsse erreichen. Wenn man auf die Oberseite der Platine noch über entsprechende Distanzhülsen (30mm) eine weitere Aluminiumplatte anschraubt, hat man ein einfaches Gehäuse das die Laborplatine wirksam vor Beschädigungen schützt. Die Beschreibung auf den nächsten Seiten beziehen sich auf die Lage der Platine, wie in Bild 3-1 gezeigt. Auf der Platine befinden sich bereits alle SMD-Bauteile. Die Mikrokontroller sind bereits programmiert. Über die Program-mierbuchsen können sie jedoch für spätere Updates nachprogrammiert werden. Es müssen noch die konventionellen Bauteile eingelötet werden. Dies ist auf den nächsten Seiten beschrieben. Wegen der wenigen noch einzulötenden Bauteile wurde auf einen Bestückungsdruck verzichtet. Im einzelnen handelt es sich um die folgenden Bauteile: 7 Widerstände 10 Elektrolytkondensatoren 3 Folienkondensatoren 1 Quartz 12MHz 3 Kondensatortrimmer (TR_Y1,TR_Y2 und TR_VCO) 2 npn-transistoren BF240 1 N-Kanal Sperrschicht-FET BF245B 1 Präzisions-Zenerdiode LM385BZ-1,2 2 IC-Sockel DIL-8 und DIL-16 ein 10-poliger Wannenstecker 9 Miniatur-Reed-Relais Bild 3-1: Hauptplatine von oben gesehen, nicht bestückt, nur SMD-Bauteile Prof. Dr. Koblitz, FH Karlsruhe EIT-N, Moltkestr. 30, Karlsruhe; Tel koblitz@fh-karlsruhe.de Seite 9

10 3 Spannungsregler in TO220-Gehäuse, davon einer mit Kühlkörper 2 Leistungstransistoren in TO220-Gehäuse mit Kühlkörper 1 Resettaster 3 LED s (nicht unbedingt nötig) Anschlussbuchsen für Y1,Y2,Triggerextern und Funktionsgenerator-Ausgang Anschlussbuchsen für Amperemeter, Voltmeter und Netzgerät 5 Programmierbuchsen und eine Doppelbuchse im Sockel des 16-poligen IC s als gedrehte Kontaktbuchsen (diese sind nicht unbedingt nötig, erst bei einem späteren Update der Mikrokontroller und können auch später eingelötet werden) Die Platine ist doppelseitig ausgeführt, mit Lötstopplack auf beiden Seiten. Die Vias (Durchkontaktierungen von der Unterseite auf die Oberseite) sind mit Lötstopplack abgedeckt. Man erkennt diese auf der Platine auch durch ihren kleineren Bohrdurchmesser. In diese Löcher dürfen daher keine Anschlussdrähte von irgendwelchen Bauelementen eingesteckt werden. Die Metallschichtwiderstände haben 5, manchmal auch 6 Farbringe (4 für Wert, 1 für Toleranz und manchmal 1 zusätzlicher Ring für Temperaturkoeffizient), die Farbe des Widerstandskörpers ist im allgemeinen hellblau. In Kapitel 3.5 ist der Farbcode beschrieben. Im Zweifelsfall sollte man die Widerstände vor dem Einlöten mit einem digitalen Ohmmeter ausmessen. Die beiden Widerstände R 501 und R 551 müssen entsprechend dem maximalen Strom des Doppelnetzteils ausgelegt werden. Für die Dimensionierung gilt die einfache Gleichung: R 501 = 0,65V I MAX _ PLUS R 551 = 0,65V I MAX _ MINUS Für die beiden kleinen Kühlkörper wurden zwei Widerstände R 501 = R 551 = 4,7Ω vorgesehen. Damit setzt die Strombegrenzung bei ca. 140mA ein Bestückungspläne für die diskreten Komponenten der Hauptplatine Diese sind auf den folgenden Seiten angegeben. Die Reihenfolge der Bestückung ist beliebig. Ein Vorschlag über die Reihenfolge der Bestückung und besondere Hinweise können dem folgenden Kapitel entnommen werden. Die Stückliste der diskreten Kompenenten ist in Bild 3-2 angegeben Bestückungsanweisungen für die Hauptplatine Es empfiehlt sich, die im folgenden angegebenen Schritte nacheinander durchzuführen. 1.Schritt: Schrauben Sie vier Distanzhülsen 8mm mit beidseitigem Innengewinde in den Löchern 3,4,5,6 mit M3-Schrauben (4mmLänge) an der Unterseite der Platine fest. 2 Distanzhülsen (8mm) mit Gewindestift auf einer Seite stecken Sie von der Unterseite her in die Löcher 1 und 7. Auf die Bestückungsseite werden 4 Distanzhülsen 8mm mit beidseitigem Innengewinde an den Löchern 1,2,7 und 8 angeschraubt. Die Hülsen auf den Löchern 2 und 8 sind von unten mit 4mm Schrauben anzuschrauben. Diese 4 Hülsen auf der Oberseite der Platine dienen der Aufnahme des seriellen- bzw. USB- Interfaces. 2.Schritt: Bestücken Sie die Platine gemäß den obigen 3 Zeichnungen. Folgende Hinweise müssen beachtet werden: Die Platine muss unbedingt isoliert sein, wenn gelötet wird. Also keine Kabel irgendwelcher Art (z.b. zum Netzteil) oder zum PC beim Löten angeschlossen lassen, sonst können durch elektrostatische Entladungen oder kapazitive Ausgleichsströme die IC s zerstört werden. Die liegenden Spannungsregler (µa7805 und µa7910) werden über eine M3- Schraube 8mm mit Mutter an der Hauptplatine festgeschraubt. Es muss zwischen Gehäuse und Platine unbedingt eine metallene Unterlagescheibe eingelegt werden; der Lötstopplack ist mechanisch nicht so widerstandsfähig und kann durch den Anpressdruck leicht beschädigt werden, so dass ungewollte Kurzschlüsse entstehen können. Die Position der Relais ist beliebig, da die 4 Anschlüsse die Reihenfolge Kontakt Wicklung Wicklung - Kontakt haben Prof. Dr. Koblitz, FH Karlsruhe EIT-N, Moltkestr. 30, Karlsruhe; Tel koblitz@fh-karlsruhe.de Seite 10

11 3.2 Stückliste der diskreten Komponenten der Hauptplatine lfd.nr Position Anzahl Beschreibung Wert Spannungsregler 5V positiv, TO Spannungsregler 10V positiv, TO Spannungsregler 10V negativ, TO BD241 1 NPN-Leistungstransistor TO220 oder TIP31 BD241C 5 BD242 1 PNP-Leistungstransistor TO220 oder BC244C BD242C 6 K1 K2 2 Kühlkörper für Leistungstransistoren BD241C/BD242C 7 K3 1 Kühlkörper für Längsregler µa MHZ 1 Quartz HCT-18 12Mhz Quartz 9 R1 1 Reset-Taster TASTER 10 Sockel_8 1 IC-Sockel für Eingangsverstärker TL082 8-pin DIL 11 Sockel_16 1 IC-Sockel für PLL 74HCT4046A 16-pin DIL 12 TL fach Op mit FET-Eingang SO8 TL A 1 High-speed CMOS-PLL bis 20MHz DIL-16 74HCT4046A 14 C104/C204 2 Folienkondensator 250V RM=7,5mm (MKH250) 100nF 15 C404 1 Folienkondensator 63V RM=5mm (MKS-2) 100nF 16 CE1 1 ELKO radial RM=7,5mm Durchm: 16mm, 25V 2200µF 17 CE2 1 ELKO radial RM=7,5mm Durchm: 16mm, 25V 2200µF 18 CE6 1 ELKO radial RM=2,5mm mindestens 16V 47µF 19 CE7 1 ELKO radial RM=2,5mm mindestens 16V 4,7µF 20 CE8 1 ELKO radial RM=2,5mm mindestens 16V 4,7µF 21 CE253 1 ELKO radial RM=2,5mm mindestens 16V 47µF 22 CE311 1 ELKO radial RM=2,5mm mindestens 10V 47µF 23 CE320 1 ELKO radial RM=2,5mm mindestens 16V 47µF 24 CE323 1 ELKO radial RM=2,5mm mindestens 16V 47µF 25 CE423 1 ELKO radial RM=2,5mm mindestens 16V 0,47µF 26 PR-A bis PR-V 5 3-polige Stiftleiste für IN-Circuit-Programmierung PROG 27 R407 1 Metallfilmwiderstand 1%, 250mW 470R 28 R408 1 Metallfilmwiderstand 1%, 250mW 47R 29 R409 1 Metallfilmwiderstand 1%, 250mW 4R7 30 R410 1 Metallfilmwiderstand 1%, 250mW 1R 31 R411 1 Metallfilmwiderstand 1%, 250mW 1R 32 R501 1 Metallfilmwiderstand 1%, 250mW 4R7 33 R551 1 Metallfilmwiderstand 1%, 250mW 4R7 34 ST-10 1 Pfostenstecker 10pin in 2 5er-Reihen ST TR-Y1 / TR-Y2 2 Kondensator-Trimmer 1,2-6pF 36 TR-VCO 1 Kondensator-Trimmer 2-35pF 37 LM385BZ 1 Präzisions-Spannungsreferenz 1,25V, TO93 LM385BZ-1,2 38 BF245B 1 N-Kanal Sperrschicht FET BF245B 39 QN120 / QN220 2 NPN-Transistor f.mittlere Frequenzen TO93 BF Y1-AC / Y2-AC 2 Single-Inline Reed-Relais 5V, 500Ω, 1xEIN RELAIS 41 Y1-LOW/Y2-LOW 2 Single-Inline Reed-Relais 5V, 500Ω, 1xEIN RELAIS 42 Y1-High / Y2-High 2 Single-Inline Reed-Relais 5V, 500Ω, 1xEIN RELAIS 43 I-RANGE-1 bis 3 3 Single-Inline Reed-Relais 5V, 500Ω, 1xEIN RELAIS 44 LED-TRIGG 1 Leuchtdiode 3mm grün low-cost, low-current LED_grün 45 LED-OVM /OVP 2 Leuchtdiode 3mm rot low-cost, low-current LED_rot 46 D Distanzhülsen und Schrauben Montage 47 BU_2mm 1 6 Hirschmann 2mm-Buchsen 2mm-Buchsen 48 BU_BNC 1 4 BNC-Buchsen Printmontage, liegend BNC-Buchse Prof. Dr. Koblitz, FH Karlsruhe EIT-N, Moltkestr. 30, Karlsruhe; Tel koblitz@fh-karlsruhe.de Seite 11

12 Wannenstecker, 10polig, Kerbe nach links µa7805 liegend, Quartz,12MHz angeschraubt, mit Unterlegscheibe TR_Y1, TR_Y2 (1,2-6pF,grau) Pin1 µa7810 mit Kühlkörper, stehend, blanke Seite oben µa7910 liegend, angeschraubt, mit Unterlegscheibe BF245B Pin1 TR_VCO (2,0-35pF, braun od. rot) IC-Sockel-DIL-16 IC-Sockel-DIL-8 LM385BZ-1,2 Resettaste, Abflachung nach unten Programmiersockel NPN-Transistoren BF240 CE1, CE2 (2200µF, 25V, +Pol nach oben) CE423 (0,47µF,+Pol nach oben) CE6,CE253,CE320, CE323 (47µF, > 16V +Pol nach oben) SIL-Reed-Relais CE311 (47µF, 10V +Pol nach oben) CE7,CE8 (4,7µF, +Pol nach oben) Prof. Dr. Koblitz, FH Karlsruhe EIT-N, Moltkestr. 30, Karlsruhe; Tel Seite 12

13 1 7 6 Dimensionierung von R501 und R551: Siehe Text 2 R551 8 R501 BD241C mit Kühlkörper, stehend, blanke Seite nach t C104, C204 : 100nF, 250V, Folie 3 LED grün, langer Draht links R407 = 470Ω,1% R408 = 47Ω,1% R409 = 4,7Ω,1% R410 = 1Ω,1% R411 = 1Ω,1% BD242C mit Kühlkörper, stehend, blanke Seite unten C404 : 100nF 63V, Folie 4 5 LED rot, langer Draht links Die LED s müssen richtig gepolt sein: der lange Draht (+Anschluss) muss links liegen Die Elkos müssen richtig gepolt sein: alle +Anschlüsse müssen oben liegen Die 5 Widerstände R 407 R 411 müssen Metallfilmwiderstände mit einer Toleranz von 1% sein. Es sind die Messwiderstände für das DC-Amperemeter. Von oben nach unten haben Sie die Werte 470Ω, 47Ω, 4,7Ω und zweimal 1,0Ω. Falls der Messbereich falsch gewählt wird, so dass die Widerstände überlastet werden und durchbrennen, können diese Widerstände leicht ausgewechselt werden. Daher wurden hier keine SMD-Widerstände verwendet. Die Halbleiter im TO93 Gehäuse (BF240, LM385, BF245B) müssen richtig positioniert sein. Das TO92-Gehäuse ist zylindrisch mit einer Abflachung an der Seite. Achten Sie darauf, dass die Abflachung gemäß obenstehenden Skizzen nach links zu liegen kommt. Die Resettaste muss mit der Abflachung nach unten eingelötet werden. Die Programmiersockel müssen nicht unbedingt eingelötet werden. Die Mikrokontroller sind bereits programmiert. Erst bei einem Update werden Programmierstifte benötigt. Man kann sie dann immer noch nachträglich einlöten. (Beim nachträglichen Einlöten: Platine muss isoliert sein, kein Anschluss an Netzgeräte oder ähnliches!!) Beim Programmieren wird das PLL-IC im 16-poligen Sockel entfernt und die 2-polige Buchsenleiste innerhalb des 16-poligen IC- Sockels gebrückt. Damit wird sichergestellt, dass der Mikrokontroller FUG_B mit 12MHz getaktet wird. Normalerweise wird dieser durch die PLL getaktet. Beim Programmieren ist aber nicht sichergestellt, dass der VCO eine zum Programmieren ausreichende Frequenz liefert. Der Quartz hat die Bauform HC49U-S. Dies ist ein Metallgehäuse. Damit keine Kurzschlüsse entstehen, sollte der Quartz mit einem geringen Abstand zur Platine (ca. 1mm Abstand) eingelötet werden. Ansonsten könnte ein Kurzschluss über den zerkratzten Lötstopplack mit darunterliegenden Leiterbahnen enstehen. Der Spannungsregler LM7810 (oder µa7810) muss so positioniert werden, dass die blanke Seite nach oben (zum Leiterplattenrand) zeigt Prof. Dr. Koblitz, FH Karlsruhe EIT-N, Moltkestr. 30, Karlsruhe; Tel koblitz@fh-karlsruhe.de Seite 13

14 Einbau der beiden Leistungstransistoren BD241C Laborplatine und BD242C: Eine Verwechslung ist kaum möglich, da neben dem Schraubloch die Transistorbezeichnung in der oberen Metallebene sichtbar Pin1 ist. Die Metallseiten der Transistoren müssen nach unten zeigen. Es können zwei Kühlkörper verwendet werden: den stehenden Kühlkörper V TL082 FI353 mit einem thermischen Widerstand von 18K/W. Bei diesem Kühlkörper kann man dem Netzteil nur einen maximalen Strom von ca. 150mA entnehmen. Daher müssen die Widerstände R 501 und R 551 einen Wert von je 4,7Ω haben. Verwendet man für die beiden Transistoren einen Kühlkörper V 4330N, so kann das Doppelnetzteil einen maximalen Strom von 300mA liefern. Dann müssen die beiden Widerstände R 501 und R 551 einen Wert von 2,0Ω besitzen. Die Dimensionierungsanweisungen waren in Kapitel 3.1 angegeben. Der größere Kühlkörper V 4330N muss mit einer Distanzhülse von 4mm in das zugehörige Bohrloch eingeschraubt werden, da sich unter den beiden Kühlkörpern SMD- Bauelemente befinden: Hülse 4mm Kühlkörper BD242C /BD241C 74HCT4046A Pin1 Bild 3-3: Position der gesockelten IC s Isolierung zwischen Transistorgehäuse und Kühlkörper nötig ist.bei den stehenden Kühlkörpern wird der Transistor (TO220- Gehäuse) in die Befestigungslasche geklemmt. Die zwei Stecklaschen werden durch die Bohrungen in der Platine gesteckt und auf der Lötseite verlötet (bei der verzinnten Version) bzw. umgeknickt (bei der schwarz eloxierten Version). Hierbei sollte man etwas Vorsicht walten lassen, da man zum Umbiegen relativ viel Kraft benötigt und das Werkzeug (z.b. Schraubenzieher) leicht ausrutschen und die Platine beschädigen kann. Es genügt auch, die Kühlkörper einfach nur durch die Platine zu stecken. Die mechanische Stabilität ist auch ohne Umbiegen der Laschen recht befriedigend. 3.Schritt: Einsetzen der IC s: Es müssen die beiden IC s TL082 (8-polig) und 74HCT4046A (16-polig) in die Sockel eingesetzt werden. Achten Sie darauf, dass die IC s, wie auch in den Bestückungsplänen angegeben ist, korrekt eingesetzt werden. Die Skizze in Bild 3-3 macht dies nochmals deutlich. 3mm Schraube + Mutter Leiterplatte Alle verwendeten Kühlkörper (für µa7810, BD241C und BD242C) können ohne Isolierung an das TO220-Gehäuse des Halbleiters aufgesteckt bzw. angeschraubt werden. Die zugehörigen Bohrlöcher für die TO220-Gehäuse liegen auf gleichem Potential wie die Metallgehäuse der Halbleiter oder sind isoliert, so dass keine elektrische Wichtiger Hinweis: Für das 16-polige PLL-IC kann leicht ein falsches IC verwendet werden. Achten Sie darauf, dass unbedingt ein HCT- Typ verwendet wird. Es gibt dieses IC auch als CD4046 oder 74HC4046. Es handelt sich hierbei auch um ein PLL-IC, das aber trotz gleicher Pinbelegung eine wesentlich niedrige Arbeitsfrequenz aufweist. Sie dürfen nur das IC 74HCT4046A verwenden. Entscheidend ist der Buchstabe A neben der Ziffernfolge Falls das falsche IC eingesetzt wird, stimmt die eingestellte Frequenz des Frequenzgenerators Prof. Dr. Koblitz, FH Karlsruhe EIT-N, Moltkestr. 30, Karlsruhe; Tel koblitz@fh-karlsruhe.de Seite 14

15 nicht mit der tatsächlichen Frequenz überein, und es lässt sich die PLL nicht abgleichen. 3.2 Bestückung der Platine Serielles Interface Das Interface befindet sich auf einer kleinen Platine, die über 8mm Distanzhülsen in den Bohrlöchern 1, 2, 7 und 8 der Hauptplatine angeschraubt wird. Gegebenenfalls kann man diese Interfaceplatine auch über zwei Montagewinkel direkt an die Rückwand eines Gehäuses schrauben, so dass die Abmessungen dieses Gehäuses größer als die Laborplatine selbst sein dürfen. Auf dieser Platine ist die D-SUB9 Buchse und der Anschluss zum Netzteil vorgesehen. Über ein 10-poliges Flachkabel mit Pfostensteckern ist die Interfaceplatine mit der Hauptplatine verbunden. Die Stromversorgung kann alternativ über eine 5polige DIN-Buchse: zwei 2-polige Anreihklemmen (Schraubanschluss) oder zwei 3,5mm Klinkenbuchsen erfolgen. Bild 3-4 Schaltbild des seriellen Interfaces Prof. Dr. Koblitz, FH Karlsruhe EIT-N, Moltkestr. 30, Karlsruhe; Tel koblitz@fh-karlsruhe.de Seite 15

16 steht ein N für den npn-transistor BC547B bzw. ein P für den pnp-transistor BC557B. Für die Widerstände können Kohleschicht- (5%) oder Metallfilmwiderstände (1%) verwendet werden. Es kommt hier nicht auf die Genauigkeit an. Die Widerstandswerte können der Stückliste entnommen werden. Für alle diese Anschlussbuchsen sind die ensprechenden Bohrlöcher vorgesehen. Aus Kostengründen ist das serielle Interface mit konventionellen Bauteilen bestückt. Wegen der wenigen Bauteile wurde auch hier auf einen Bestückungsdruck verzichtet. Die Positionsbezeichnung der Widerstände wurde allerdings als Text auf der oberen Metallebene aufgebracht, so dass eine eindeutige Zuordnung möglich ist. Auch bei den Transistoren Das Schaltbild des seriellen Interfaces ist in Bild 3-4 angegeben. Auf dem Interfaceboard befinden sich die Klemmen bzw. Buchsen der Spannungsversorgung sowie die Buchse für den Anschluss des seriellen Kabels. Weiterhin wird die Pegelanpassung zwischen den Signalen der seriellen Schnittstelle (+ - 10V ) und den Pegeln der Mikrokontroller (0..5V) realisiert. Dafür könnte auch eines der bekannten Schnittstellenbausteine wie MAX232 verwendet werden. Da aber eine positive und negative Spannung bereits als Versorgungsspannung für die 4 Gleichrichterdioden 1N4001 als Brückengleichrichter bei AC- Netzteil Zwei 2-polige Schraubklemmen oder Zwei 3,5mm Klinkenbuchse oder DIN5-Buchse D-SUB9 - Buchse R9 R7 R11 R2 R3 R10 R8 R4 R6 R1 R5 R12 ~ - + ~ 1N5400 LED, langer Draht rechts CE1, CE2, 22µF, 25V, +Pol oben QN2, QN1 = BC547B (NPN) QP1, QP1 = BC557B (PNP) LED, langer Draht rechts 2 Dioden 1N4148, Kathode rechts Pfostenstekker, 10pol. Kerbe links Kurzschlussbrücken bei DC-Netzteil 1N5400 Bild 3-5: Bestückungsplan serielles Interface Prof. Dr. Koblitz, FH Karlsruhe EIT-N, Moltkestr. 30, Karlsruhe; Tel koblitz@fh-karlsruhe.de Seite 16

17 Bild 3-6 Stückliste für serielles Interface lfd.nr. Anzahl Position Beschreibung Wert 1 2 QN2 / QN2 NPN-Standardtransistoren BC547B 2 2 QP1 / QP2 PNP-Standardtransistor BC557B 3 2 D1 / D2 Leistungsgleichrichter 100V, 3A 1N D3 / D4 Standarddiode 100V, 100mA 1N D5-D8 4 Gleichrichterdioden 1N4001 (nur für AC- 1N4001 Netzteil) 6 1 R1 Kohle- oder Metallfilmwiderstand 5%, 250mW R2 Kohle- oder Metallfilmwiderstand 5%, 250mW R3 Kohle- oder Metallfilmwiderstand 5%, 250mW 3,9k 9 1 R4 Kohle- oder Metallfilmwiderstand 5%, 250mW 3,9k 10 1 R5 Kohle- oder Metallfilmwiderstand 5%, 250mW 10k 11 1 R6 Kohle- oder Metallfilmwiderstand 5%, 250mW 10k 12 1 R7 Kohle- oder Metallfilmwiderstand 5%, 250mW 8,2k 13 1 R8 Kohle- oder Metallfilmwiderstand 5%, 250mW 10k 14 1 R9 Kohle- oder Metallfilmwiderstand 5%, 250mW 2,7k 15 1 R10 Kohle- oder Metallfilmwiderstand 5%, 250mW 10k 16 1 R11 Kohle- oder Metallfilmwiderstand 5%, 250mW 8,2k 17 1 R12 Kohle- oder Metallfilmwiderstand 5%, 250mW 2,7k 18 2 CE1 / CE2 ELKO radial RM=2,5mm 22µF/25V 19 1 SER-CONN 9-polige Buchse für serielle Schnittstelle DSUB LED-M / P Leuchtdiode 3mm gelb low-cost, low-current LED_gelb 21 1 ST-10 Pfostenstecker 10pin in 2 5er-Reiher ST ST-DIN5 DIN-Buchse 5-polig für Netzteil DIN_5pol 23 1 oder: zwei Anreihklemmen Raster 5,04mm ARK_ oder: zwei 3,5mm Buchsen für DC-Netzteile 3,5mm Laborplatine zur Verfügung steht, wird die Pegelanpassung direkt mit einigen diskreten Komponenten realisiert, was eine kostengünstigere Lösung darstellt. Es sind noch zwei Leuchtdioden für die negative und postitive Versorgungsspannung vorgesehen, die bei korrekt anliegenden Spannungen aufleuchten. Die Dioden D1 und D2 dienen dem Verpolungsschutz. Im Falle einer falschen Polarität wird das Netzgerät (brutal) über die Dioden kurzgeschlossen. Eine Diode in Serie mit dem Netzgerät verbietet sich wegen des Spannungsabfalls. Daher diese zugegebenermaßen etwas brutale Methode. Wenn das Netzgerät eingesteckt werid, und die LED nicht aufleuchtet, ist das Netzteil möglicherweise falsch gepolt. (Der Mittelstift des 3,5mm- Steckers muss der +Pol sein). In diesem Fall das Steckernetzteil schnell ausschalten, sonst wird es überhitzt. Im schlimmsten Fall wird das Netzgerät bei falscher Polung zerstört, was aber gegenüber einer Zerstörung der Laborplatine kostenmäßig als das kleinere Übel angesehen werden kann Bestückungsanleitung für Serielles Interface Die Bestückung der Platine sollte mit Hilfe des Bestückungsplans (Bild 3-5) keine Schwierigkeiten machen. Der 10-polige Pfostenstecker muss so eingesetzt werden, dass die Kerbe links zu liegen kommt Prof. Dr. Koblitz, FH Karlsruhe EIT-N, Moltkestr. 30, Karlsruhe; Tel koblitz@fh-karlsruhe.de Seite 17

18 Bei den beiden Elkos muss der +Pol oben liegen. Achten Sie darauf, dass die Dioden richtig gepolt sind: Richten Sie sich nach dem Aufdruck auf der Platine. Der Kathodenanschluss der Diode entspricht dem Ring auf dem Diodengehäuse. Einbaurichtung der Dioden Wenn kein Brückengleichrichter mit den 4 Dioden 1N4001 eingesetzt wird, müssen gemäß dem Plan zwei Kurzschlussbrücken eingesetzt werden. Die Transistoren liegen in einer Reihe. Links die beiden NPN-Transistoren, rechts die beiden PNP-Transistoren. Das TO93 Gehäuse wird so positioniert, dass die Abflachung nach oben zeigt. Die LED s werden so eingesetzt, dass der lange Draht nach rechts zu liegen kommt (anders als bei der Hauptplatine). Die Position der Widerstände ist aufgedruckt. Die Widerstände liegen im Layout unter dem Seriellen Anschluss direkt nebeneinander. Der Stückliste kann man den entsprechenden Werten entnehmen. Nachstehende Tabelle zeigt die Werte entsprechend der Lage auf der Platine Wert Position Lage auf der Platine 2,7kΩ R12 links 10kΩ R10 2,7kΩ R9 10kΩ R8 8,2kΩ R7 3,9kΩ R4 8,2kΩ R11 10kΩ R6 100Ω R2 100Ω R1 3,9kΩ R3 10kΩ R5 rechts Das USB-Interface ist ebenfalls als Buasatz verfügbar. Die Platine ist bereits mit den SMD- Bauteilen bestückt: Das Schaltbild des USB-Interfaces ist in Bild 3-8 angegeben. Zentrales Element ist der USB Serial Converter der Fa. FTDI (FT232BM), der auf dem USB-Port eine serielle Schnittstelle emulieren kann. Auf dem PC muss hierzu ein Treiber installiert werden, der von der Homepage von FTDI heruntergeladen werden kann. Auf der Internetseite der Laborplatine ist dieser Treiber (virtual Com-Port Driver) ebenfalls verfügbar. Die im Schaltbild angegebene Entkopplungsinduktivität L1 wird durch einen 4,7Ohm Widerstand ersetzt. Der Elko CE1 hat einen beliebigen Wert > 10µF. Die Stückliste der konventionellen Elemente ist in Bild 3-7 angegeben. Der Baustein FT232BM wird über den USB- Bus mit Spannung versorgt. Auch wenn die Laborplatine noch nicht ans Netzteil angeschlossen ist, wird der PC bei Anschluss der Laborplatine übers USB-Kabel die USB- Verbindung zur Laborplatine erkennen. Neben dem FT232BM befindet sich noch ein serielles EEPROM auf der Platine. In diesem EEPROM ist die serielle Adresse (LABPLA24) des USB- Interfaces hinterlegt. Mit dieser Adresse kann der Geräte-Manager auf dem PC die verschiedenen an den USB-Port angeschlossenen Geräte unterscheiden, und es ist eine eindeutige Zuordnung der Laborplatine zu einem COM- Port möglich, auch wenn mehrere Geräte mit dem FT232BM bestückt sind. Der FT232BM ist nämlich ein weitverbreitetes IC zur Realisierung von virtuellen seriellen Schnittstellen an der USB-Schnittstelle. Ohne EEPROM ist eine Unterscheidung zwischen mehreren Geräten, die mit dem FT232BM-Chip ausgestattet sind, nicht möglich. 1.2 Bestückung USB-Interface Prof. Dr. Koblitz, FH Karlsruhe EIT-N, Moltkestr. 30, Karlsruhe; Tel koblitz@fh-karlsruhe.de Seite 18

19 Bild 3-7 Stückliste der diskrete Komponenten für USB-Platine lfd.nr. Anzahl Position Beschreibung Wert 1 2 D1 / D2 Leistungsgleichrichter 100V, 3A 1N D5-D8 4 Gleichrichterdioden 1N4001 (nur für AC- 1N4001 Netzteil) 3 1 R1 Kohle- oder Metallfilmwiderstand 5%, 250mW 4,7 4 1 CE1 ELKO radial RM=2,5mm > 10µF 20µF/25V 5 1 USB-B USB-Buchse TYP B USB-B 6 2 LED-M / P Leuchtdiode 3mm gelb low-cost, low-current LED_gelb 7 1 LED-Trans Optionelle LED zur Beobachtung des Datenverkehrs LED_grün 8 1 ST-10 Pfostenstecker 10pin in 2 5er-Reiher ST-10 9a 1 ST-DIN5 DIN-Buchse 5-polig für Netzteil DIN_5pol 9b 2 oder: zwei DC-Hohlbuchsen 5,1/2,1mm MHz Quartz, 6MHz HC49U normale oder niedrige Bauform 11 1 E93C46 EEPROM, programmiert, 16bit Die Bestückung der Platine sollte mit Hilfe der Stückliste (Bild 3-7), des Schaltplans (Bild 3-8) und der Photos keine Schwierigkeiten machen. Bild 3-8 Schaltbild des USB-Interfaces Prof. Dr. Koblitz, FH Karlsruhe EIT-N, Moltkestr. 30, Karlsruhe; Tel koblitz@fh-karlsruhe.de Seite 19

20 Lage der Kurzschlussbrücken, wenn der Mittelstift der Hohlbuchse der Pluspol ist. Der 10-polige Pfostenstecker muss so eingesetzt werden, dass die Kerbe links zu liegen kommt Achten Sie darauf, dass die beiden dicken Dioden richtig gepolt sind. Der Kathoden-anschluss der Diode entspricht dem Ring auf dem Diodengehäuse. Beim Elkos muss der +Pol oben liegen. Einbaurichtung der Dioden Wenn kein Brückengleichrichter mit den 4 Dioden 1N4001 eingesetzt wird (bei Verwendung eines DC-Netuzteils) müssen gemäß dem Bild zwei Kurzschlussbrücken eingesetzt werden. Löten Sie den Quartz mit etwas Abstand zur Platine ein, damit das Metallgehäuse nicht den Lötstopplack verletzt und dann einen Kurzschluss verursacht. Die beiden DC-Hohlbuchsen für die DC- Netzteile sind so eingesetzt, dass durch geeignete Wahl der Kurzschlussbrücken DC-Netzteile mit +Pol am Innenstift UND DC-Teile mit Minuspol am Innenstift verwendet werden können. Im Photo sind die DC-Hohlbuchsen so geschaltet, dass Netzteile mit Pluspol am Innenstift verwendet weden können. Die nächsten Bilder zeigen die Lage der Kurzschlussbrücken für die verschiedenen Polaritäten der DC-Netzteile: Lage der Kurzschlussbrücken, wenn der Mittelstift der Hohlbuchse der Minuspol ist. Die LED s werden so eingesetzt, dass der lange Draht nach links zu liegen kommt. Die linke LED dient der Anzeige der positiven Versorgungsspannung, die rechte der Anzeige der negativen Versorgungsspannung. Die LED in der Mitte (die im Bild auf der vorhergehenden Seite nicht bestückt ist), blinkt während des Datentransfers zwischen PC und Laborplatine. 3.4 Verbindung zwischen Hauptplatine und Interfaceplatine Die Verbindung von der Hauptplatine zur Interface-Platine erfolgt über ein 10-poliges Flachbandkabel. Es enthält neben den Sendeund Empfangsleitungen die Leitungen der Versorgungsspannungen für die Hauptplatine, da die Spanungsversorgung der Laborplatine über Anschlussklemmen auf der Interfaceplatine realisiert sind. Die beiden Wannenstecker auf der Interfaceplatine und auf der Hauptplatine haben die Aussparung jeweils auf der linken Seite. Das Flachbandkabel wird auf die gespreizten Anschlussstifte gelegt und mit Hilfe des Bügels in diese Kontakte gedrückt, bis der Bügel einrastet. Zusätzlich kann noch das Kabel über den Prof. Dr. Koblitz, FH Karlsruhe EIT-N, Moltkestr. 30, Karlsruhe; Tel koblitz@fh-karlsruhe.de Seite 20

21 Bügel gelegt und der Bügel der Zugentlastung aufgeclipt werden: Flachbandkabel Rote Ader Anschluss an die Spannungsversorgung beschädigt. 3.5 Farbcode Widerstände Stecker von der Anschlussseite aus gesehen Zugentlastung Ausbuchtung Befestigungsclip Stecker Flachbandkabel Kabelverbindung von der Seite gesehen Bei der Herstellung des Verbindungskabels muss unbedingt darauf geachtet werden, dass die beiden Stecker die Ausbuchtungen auf der linken Seite haben, Ausserdem muss darauf geachtet werden, dass das Flachbandkabel nicht verdreht ist, sonst wird die Laborplatine beim In Bild 3-9 ist der Farbcode der Widerständeangegeben. Bei Kohlewiderständen (5%) findet man 4 Farbringe (3 für den Wert und einer für die Toleranz. Die Metallfilmwiderstände (1%) haben 6 Farbringe, wobei für die Zahl 4 Ringe vorgesehen sind, 1 Farbring für die Toleranz und einer für den Temperaturkoeffizient. 3.6 Update der alten Laborplatine Die alte Laborplatine, die ausschließlich mit diskreten Komponenten bestückt war, kann mit der Version 2.2 der Software ebenfalls ohne Einschränkung betrieben werden. Hierzu müssen zunächst die 5 Mikrokontroller mit dem neuen Programmcode programmiert werden. Die entsprechenden HEX-Dateien finden sich im Ordner ASM_ALT_22. Weiterhin müssen noch einige Hardwaremodifikationen vorgenommen werden: Die beiden kleinen Trimmpotentiometer P351 und P361, die sich direkt neben den beiden Kondensatortrimmern befinden, können ausgelötet werden. Wem dies zuviel Arbeit ist, kann diese Potis auch in Mittelstellung bringen Farbe silber 0,01 10% gold Ziffern 0,1 5% schwarz braun % 100 rot % 50 orange gelb k 25 grün k 0,5% blau MEG 0,25% violett MEG 0,1% grau weiß Faktor Toleranz Temperaturkoeffizient / ppm Bild 3-9 Farbcode für Widerstände 10kΩ 5% 47kΩ 1% 56kΩ 1% 50ppm / K Prof. Dr. Koblitz, FH Karlsruhe EIT-N, Moltkestr. 30, Karlsruhe; Tel koblitz@fh-karlsruhe.de Seite 21

22 Das Trimmpoti P201 (direkt neben dem IC) kann ebenfalls asugelötet, oder in Mittelstellung gebracht werden Der Widerstand R255 (100kΩ) muss durch einen Metallfilmwiderstand mit einem Wert von 150kΩ ersetzt werden. Die beiden Keramik-Kondensatoren C3 und C4 werden ersatzlos entfernt. Bild 3-10 zeigt die Position dieser Komponenten. C3 und C4 auslöten R255 (150kΩ) P201 (auslöten) P351, P361 (auslöten) Bild 3-10: Position der zu ändernden Komponenten beim Update der alten Laborplatine Prof. Dr. Koblitz, FH Karlsruhe EIT-N, Moltkestr. 30, Karlsruhe; Tel Seite 22

23 4. Installation der Software Die Datei Labor_Platine_22.zip muss korrekt entpackt werden. In Kapitel 4.1 ist dies beschrieben. Das Programm auf dem PC ist in HP-VEE programmiert. Damit das Programm auf Ihrem PC läuft, benötigen Sie zunächst die sogenannte. Secured run-time Version des Programmcodes. Dies ist die Datei Labor_Platine_22.vxe. Dieser compilierte Programmcode benötigt die Runtimeversion von HP-VEE, die auf dem Rechner installiert werden muss. Damit dann schließlich das Programm auf die serielle Schnittstelle zugreifen kann, muss zusätzlich noch die HP-I/O- Library installiert werden. Diese I/O-Library gibt es kostenlos als Shareware unter dem Namen Intuilink von der Fa. Agilent. Die Softwareinstallation müssen Sie in folgenden Schritte vornehmen: Entpacken der Datei Labor_Platine_22.zip Installation der Runtimeversion HP-VEE Konfiguration der Runtimeversion HP- VEE Installation der I/O-Library (Intuilink) Konfiguration der I/O_Library Verknüpfung erstellen, um die Software bequem von einem ICON auf dem Desktop zu starten 4.1 Entpacken der Datei Labor_Platine_22.zip, Inhalt der Ordner Die Datei Labor_platine_22.zip müssen Sie mit der Option Use Folder Names entpacken, damit die Ordnerstruktur beim Extrahieren der Datei HP_VEE_runtime.zip korrekt aufgebaut wird und nicht die Dateien ohne Orderstruktur nebeneinander in den aktuelle Ordner geschrieben werden. Am Besten extrahieren Sie die Dateien in das Programmverzeichnis, aus dem Sie die Laborplatine später starten wollen. Das wäre z.b. der Ordner C:\Programme\ Nach dem Entpacken dieser Datei wird der Ordner Labor_Platine erzeugt. Sie finden in diesem Ordner folgende Dateien und Unterordner *) : Labor_Platine_22.vxe (Datei) dies ist die Ausführungsdatei für die runtime version HP_VEE. Labor_Platine.ICO (Icon) dies ist das ICON für die Symboldarstellung auf dem Desktop Labor_Platine.run (Verknüpfung). Mit dieser Verknüpfung kann das HP_VEE- Programm Labor_Platine_22.vxe vom Desktop oder aus dem Programmmenü gestartet werden. Last_session.set (Datei) Diese Datei finden Sie zunächst noch nicht. Sie wird vom Programm Labor_Platine_22.vxe erzeugt, nachdem Sie das erste mal die Laborplatine am PC gestartet haben und in der Hauptmenüleiste das Programm mit STOP-Program beendet haben. Die Binär-Datei Last_session.set enthält die aktuellen Einstellungen der Gerätefunktionen (Netzgerät, Volt- und Amperemeter, Funktionsgenerator, Oszilloskop sowie die Position der Geräte-Fenster) zu dem Zeitpunkt, an dem Sie das PC-Programm beendet haben. Dann können Sie bei erneutem Start mit den alten Einstellungen weiterarbeiten. ARBITRARY (Ordner) in diesem Ordner legen Sie die.txt-dateien für die frei programmierbaren Funktionsverläufe des Funktionsgenerators ab. Im Ordner Prof. Dr. Koblitz, FH Karlsruhe EIT-N, Moltkestr. 30, Karlsruhe; Tel koblitz@fh-karlsruhe.de Seite 23 *) falls Sie die Datei Labor_Platine.zip ohne die Option "Pfadnamen angeben" bzw. use Folder Names extrahiert haben, fehlen die Ordner und alle Dateien liegen in einem Ordner. In diesem Fall löschen Sie alle extrahierten Dateien und wiederholen das Entpacken der Datei Labor_Platine_22.zip mit der Option "Pfadnamen angeben"