Fachhochschule Karlsruhe Fachbereich EIT-N Handbuch USB-Interface Version 1.0

Transkript

1 1.1 Allgemeines 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. Leider haben inzwischen immer mehr PC s keinen seriellen Anschluss mehr. Insbesondere Notebooks verzichten aus Platzgründen oft auf diese Schnittstelle. Daher werden von der Industrie Umsetzer angeboten, die an die USB-Schnittstelle angeschlossen werden und die eine serielle Schnittstelle emulieren (Virtueller COM-Port). Man kann die Platine ohne weiteres mit einem solchen Umsetzer betreiben. Um zu einer einfachen Lösung für die Laborplatine zu kommen, kann statt des seriellen Interfaces ein USB-Interface eingesetzt werden. Dieses USB-Interface macht nichts anderes als eine Umsetzung von USB auf die serielle Schnittstelle. Neben dem Aufbau und Anschluss dieses USB-Interfaces muss nur noch der virtuelle COM-Port Treiber auf dem PC installiert werden, und man kann die Laborplatine am USB-Anschluss betreiben. Die HP- VEE-Software und die I/O 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. Zentrales Element des USB-Interfaces 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. 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 dem USB-Interface. 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 sein sollten. 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 Das USB-Interface ist als Bausatz verfügbar. Die Platine ist bereits mit den SMD-Bauteilen bestückt: Das Schaltbild des USB-Interfaces ist in Bild 3.4 angegeben. 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 3.5 angegeben Prof. Dr. Koblitz, FH Karlsruhe EIT-N, Moltkestr. 30, Karlsruhe; Tel koblitz@fh-karlsruhe.de Seite 4

2 3.5 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 des Bestückungsplans (Bild 3-5) des Schaltplans (Bild 3-6) und den Abbildungen keine Schwierigkeiten machen. 3.4 Schaltbild des USB-Interfaces Prof. Dr. Koblitz, FH Karlsruhe EIT-N, Moltkestr. 30, Karlsruhe; Tel koblitz@fh-karlsruhe.de Seite 5

3 verwendet weden können. Die beiden nächsten Bilder zeigen die Lage der Kurzschlussbrücken für die verschiedenen Polaritäten der DC-Netzteile: 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 Kathodenanschluss 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 6MHz-Quartz mit etwas Abstand zur Platine ein, damit das Metallgehäuse nicht den Lötstopplack verletzt und dann einen Kurzschluss verursachen kann. 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 oben nicht bestückt ist), blinkt während des Datentransfers zwischen PC und Laborplatine. 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 (oben) sind die DC-Hohlbuchsen so geschaltet, dass Netzteile mit Pluspol am Innenstift Lage der Kurzschlussbrücken, wenn der Mittelstift der Hohlbuchse der Pluspol ist. Lage der Kurzschlussbrücken, wenn der Mittelstift der Hohlbuchse der Minuspol ist. 4.3 Installation der Treiber für die USB- Schnittstelle Die Installation und die Konfiguration der IO- Library erfolgt in der gleichen Weise, wie in Kapitel 4.3 beschrieben ist. Nur dass das Programm eben nicht über einen hardwaremäßigen sondern über einen virtuellen seriellen Anschluss kommuniziert. Auf dem USB-Interface befindet sich das IC FT232BM der Firma FTDI das die Umsetzung von USB auf den seriellen Eingang der Laborplatine emuliert. Zur ordnungsgemäßen Funktion dieses Bausteins muss der Treiber installiert werden. Hierzu gehen Sie folgendermaßen vor: Entpacken Sie die Datei Drivers_for_FT232BM.zip in einen beliebigen Ordner ihrer Wahl (z.b. unter Windows XP in C:\Drivers\ftdi). In diesem Ordner befinden sich dann 24 verschiedene Dateien. Diese Treiber können Sie auch direkt von der Firma FTDI aus dem Internet beziehen: Prof. Dr. Koblitz, FH Karlsruhe EIT-N, Moltkestr. 30, Karlsruhe; Tel koblitz@fh-karlsruhe.de Seite 6

4 dort laden Sie den Virtual COM Port (VCP) Drivers for Windows 98 / ME / 2000 / XP kostenlos herunter. Nachdem Sie die Dateien entpackt haben, verbinden Sie das USB-Kabel mit dem PC und der USB-Platine. Es für die Installation des Treibers nicht nötig, die Laborplatine mit Spannung zu versorgen. Nach Anschließen des USB- Interfaces erhalten sie die Meldung: bei dem Sie die Option nach dem besten Treiber suchen auswählen. Danach meldet sich der Hardware-Assistent mit der Frage wo er die Treiber suchen soll. Kurz darauf Sie geben jetzt unter Geben Sie eine Position an den Ordnernamen ein, unter dem Sie die Treiber abgelegt haben. Dann bestätigt der Hardware-Assistent den Pfad: die Sie mit Weiter bestätigen. Danach erhalten Sie das Auswahlmenü. Wenn sich der Hardware-Assistent schließlich mit Prof. Dr. Koblitz, FH Karlsruhe EIT-N, Moltkestr. 30, Karlsruhe; Tel koblitz@fh-karlsruhe.de Seite 7

5 (COMx) auf Eigenschaften. Dort wählen Sie das Blatt PORT Settings aus: meldet, ist die Installation erfolgreich abgeschlossen. Die aufgenommenen Screenshots ergeben sich beim Betriebssystem WINDOWS 98 SE. Bei neueren Betriebssystemen (XP) kann die Menüführung geringfügig abweichen. Wenn Sie jetzt unter Systemsteuerung/System nachschauen, sehen Sie, dass beim Gerätemanager unter der Rubrik Anschlüsse (COM und LPT) ein neuer serieller Port eingerichtet wurde, dem eine beliebige COM-Port Nummer zugewiesen wurde. Die Baudrate ist unerheblich, da sie in Kapitel 4.2 (Installation und Konfiguration der Runtime-Version von HP-VEE Version 5.0) eingestellt wurde. Die dort vorgenommene Einstellung hat Priorität. Gehen Sie jetzt in diesem Menü auf Advanced.. und ändern den COM- PORT auf eine Ihnen genehme Nummer (z.b. COM10) Wenn Sie den PC herunterfahren und wieder neu starten, kann es sein, dass je nach angeschlossenen Geräten der Com-Port wieder neu zugewiesen wird, also eine andere Nummer bekommt. Um dies zu vermeiden sollten Sie unbedingt den COM-Port fixieren. Sie gehen dann nach markieren des USB serial PORT Bestätigen Sie mit ok und verlassen dann das Menü. Wenn Sie jetzt das USB Kabel abziehen, verschwindet im Geräte-Manager der COM- Port aus der Liste der Anschlüsse. Nach neuerlichem Einstecken des USB-Kables wird dem USB-Interface immer der oben eingestellte Anschluss (COM10) zugewiesen Prof. Dr. Koblitz, FH Karlsruhe EIT-N, Moltkestr. 30, Karlsruhe; Tel Seite 8