ElekTrack. GPS-Peilsender. Einer für alles! USBprog Programmer, Wandler, Interface. Das Beste aus zwei Welten

Transkript

1 G3078 E Oktober 2007 (D) 6,50 CHF 12,50 (A, B, L) 7,15 ElekTrack GPS-Peilsender Einer für alles! USBprog Programmer, Wandler, Interface Das Beste aus zwei Welten Mugen - Der Hybridverstärker Saubere Netz-Power für Stereo und Surround Heizung steuern mit ATmega

2

3

4 Electronics Worldwide Haben Sie bemerkt, dass Elektor den Untertitel gewechselt hat? Während der zurückliegenden Jahrzehnte hatten wir die Zeile, die auf der Titelseite unter dem Namenszug elektor steht, schon mehrfach ausgetauscht. In Deutschland begann Elektor im Jahr 1970 sachlich und emotionslos als Fachzeitschrift für Elektronik ; zuletzt brachten wir unseren Lesern die Elektronik, die begeistert näher. Für Leser der englischsprachigen Ausgabe war Elektor Leading the way, die französische Redaktion ließ sich von Imaginative beflügeln, und in den Niederlanden war unsere Zeitschrift eine Platform voor electronica. Der Namenszusatz einer Zeitschrift hat eine wichtige Funktion. Er soll treffend und zielsicher die inhaltliche Thematik umschreiben, oft drückt er auch das Selbstverständnis des Magazins aus. Nun also lautet unser Untertitel Electronics Worldwide. Für unseren Leserstamm ist es eigentlich selbstverständlich, dass unser Fachgebiet weltweit übergreifend ist. Auch unter dem neuen Zusatzetikett werden wir monatlich aktuelle Informationen, Grundlagen, Entwicklungstrends, Selbstbauprojekte und einiges mehr präsentieren. Electronics Worldwide soll gleichzeitig signalisieren, dass Elektor weltweit tätig ist und dies noch weiter ausbauen will. Der Fortschritt der technischen Entwicklung macht eben nicht an Ländergrenzen halt. Das Internet gibt dem Zusammenwachsen der Informationsgesellschaft entscheidende Schübe. Grund genug, dass Elektor jetzt mit einer brandneuen, internationalen Website startet. Die Familie der nationalen Elektor-Websites wächst, in Vorbereitung sind Auftritte in spanischer und chinesischer Sprache. Elektor erreicht schon jetzt jeden Monat rund zwei Millionen Leser. Electronics Worldwide gilt daher auch für die Verbreitung unserer Zeitschrift! In diesem Monat gehen wir übrigens einen weiteren Schritt in Richtung Internationalisierung. Der niederländische Name Elektuur wird von dem internationalen Titel Elektor abgelöst. Die Geburtsstunde von Elektuur schlug ja 1964 in den Niederlanden, die deutsche Ausgabe Elektor folgte dann sechs Jahre später. Inzwischen halten Sie die Nummer 442 in den Händen. Für uns ist dies Lob und Ansporn zugleich. Wisse Hettinga ElekTrack Spurensuche mit GPS GPS-Navis sind zur Zeit äußerst beliebt. Eine Positionsbestimmung ist aber auch in Alarmanlagen von vielen teuren Fahrzeugen integriert. Da dies eine ziemlich kostspielige Angelegenheit ist, haben wir uns an einen eigenen und preiswerten Entwurf gemacht: den ElekTrack. Die Übermittlung der Positionsdaten erfolgt dabei per SMS. Ein wie auch immer gearteter Wertgegenstand lässt sich dann auf einfachste Weise per Handy lokalisieren! 42 Low-cost-Heizungsregelung Nur mit einem Kesselthermostat geregelte Heizungsanlagen gehen sehr verschwenderisch mit Energie um. Eine neue Anlage erfordert aber erhebliche Investitionen. Einen sehr preiswerten und dennoch effizienten, komfortablen und flexiblen Upgrade ermöglicht unsere Heizungsregelung mit Außentemperatursensor und vielfältigen Programmiermöglichkeiten. Das mit einem Mikrocontrollerboard und wenigen peripheren Bauteilen realisierte Projekt freut nicht nur den Geldbeutel, sondern auch die Umwelt! Audioverstärker gibt es in vielen Konfigurationen: mit Transistoren, mit FETs, ICs oder Röhren. Der hier vorgestellte Verstärker wurde als Kombination von Transistor- und Röhrentechnik entworfen und vereint die Vorteile, die beide Welten bieten. So werden im Eingangsbereich Röhren verwendet, im Leistungsteil aber moderne Transistoren, die einen Lautsprecher direkt und ohne aufwendige Ausgangstrafos ansteuern können. Das Resultat ist ein Hybrid -Verstärker, der sich hören lassen kann!

5 INHALT 38. Jahrgang Oktober 2007 Nr Universal-Programmer 36 Ein neuer Mikrocontroller und schon wieder ein neuer Programmer? Wer sich heute mit Controllern befasst, verfügt oft über ein ganzes Arsenal von Platinen und Adaptern zur Programmierung unterschiedlicher Chips. Hinzu kommt, dass viele Simpel-Programmer aus dem Internet und ältere kommerzielle Exemplare Schnittstellen voraussetzen, über die moderne PCs und Notebooks schon längst nicht mehr verfügen. Schluss damit - hier kommt unser USBprog! Sozusagen als Zugabe ist das kompakte Board auch noch als USB-I/O- und USB/RS232-Interface zu verwenden. 20 Mugen - Hybrid-Audioverstärker Technik 34 Entwicklungstipp: Mini-DI 48 EasyControl-I/O 58 ICs für USB/Seriell-Konverter 68 Entwicklungstipp: Batterieenergie-Resteverwertung 70 Laborgeflüster: Datenbücher 72 Blendende Technik High-Tech-Solarmobil Info & Markt 6 Impressum 8 Mailbox 11 News Praxis 20 Hybrid-Audioverstärker 30 Störungsfrei genießen Netzfilter für saubere Audio-Power 36 ElekTrack 42 Low-cost-Heizungsregelung 52 USBprog 64 Brainwashed Flash Multifunktions-LED-Lampe 16 Elektor Electronics Worldwide 76 Review: Hydra Game Development Kit 84 Vorschau Infotainment 78 Hexadoku 79 Retronik: Revophone (1922)

6 ELEKTOR ELECTRONICS WORLDWIDE elektor international media Eine multimediale und interaktive Plattform für jeden Elektroniker - das bietet Elektor International Media. Ob Anfänger oder Fortgeschrittener, ob Student oder Professor, ob engagierter Profi oder leidenschaftlicher Hobbyist: Hier finden Sie wertvolle Informationen, Inspiration für die eigenen Entwicklungen, Unterstützung bei der Ausbildung und nicht zuletzt eine gute Portion Unterhaltung. Gedruckt und im Web. Analog und digital. In Theorie und Praxis. United Kingdom Netherlands Germany France China Portugal Spain Greece Sweden Finland IMPRESSUM 38. Jahrgang, Nr. 442 Oktober 2007 Erscheinungsweise: 11 x jährlich (inkl. Doppelheft Juli/August) Elektor möchte Menschen anregen, sich die Elektronik zu Eigen zu machen durch die Präsentation von Projekten und das Aufzeigen von Entwicklungen in der Elektronik und technischen Informatik. Elektor erscheint auch in Englisch, Französisch, Niederländisch, Spanisch und weiteren Sprachen. ELEKTOR ist in über 50 Ländern erhältlich. Verlag Elektor-Verlag GmbH - Süsterfeldstraße 25, Aachen Tel / Fax 02 41/ Technische Fragen bitten wir per an redaktion@elektor.de zu richten. Internationale Chefredaktion Mat Heffels, Wisse Hettinga Redaktion Elektor Deutschland Ernst Krempelsauer (Chefredakteur, v.i.s.d.p.) Jens Nickel ( redaktion@elektor.de) Internationale Redaktion Harry Baggen, Thijs Beckers, Jan Buiting, Guy Raedersdorf Redaktionssekretariat Hedwig Hennekens Labor/Technische Redaktion Antoine Authier (Ltg.), Ton Giesberts, Paul Goossens, Luc Lemmens, Jan Visser, Christian Vossen Grafische Gestaltung und Layout Giel Dols, Mart Schroijen 6 elektor - 10/2007

7 FERNLEHRGANG EVENTS Einstieg in die Welt der Mikrocontroller Elektor-Fernlehrgang Sind Sie Auszubildender, Schüler, Student oder nur einfach interessiert an der Mikrocontroller-Technologie? Dann ist dieser Fernlehrgang für Sie das Portal in die faszinierende Welt dieser zukunftsorientierten Technik! NEU! Der Fernlehrgang besteht aus: 6 Lehrbriefen (Inhalt siehe unter die monatlich verschickt werden einschließlich Sammelordner 1 Mikrocontroller-Board, der sich aus einem Grund-Board mit angestecktem Digital/Analog-Adapter und einem Zusatz-Board mit Porterweiterungen, I 2 C-Buscontroller, Temperatur-Sensoren zusammensetzt 1 ganztägigen Abschluss-Workshop. Grund-Board Beginn: 15. Oktober 2007 (ein späterer Einstieg ist jederzeit möglich) Dauer: 6 Monate Das GESAMTE Fernlehrgangspaket kostet Zusatz-Board nur 299,- Weitere Infos unter Geschäftsführer/Herausgeber: Paul Snakkers Marketing/Vertrieb (Leitung): Carlo van Nistelrooy Kundenservice/Auftragsabwicklung (Leitung): Anouska van Ginkel Anzeigen: ID Medienservice Tel / Fax 05 11/ elektor@id-medienservice.de Es gilt die Anzeigenpreisliste Nr. 37 ab Vertriebsgesellschaft: IPS Pressevertrieb GmbH Postfach 12 11, Meckenheim Tel / Fax / elektor@ips-pressevertrieb.de Internet: Vertrieb Österreich Pressegroßvertrieb Salzburg/Anif - Niederalm 300 Tel. +43/62 46/ Der Herausgeber ist nicht verpflichtet, unverlangt eingesandte Manuskripte oder Geräte zurückzusenden. Auch wird für diese Gegenstände keine Haftung übernommen. Nimmt der Herausgeber einen Beitrag zur Veröffentlichung an, so erwirbt er gleichzeitig das Nachdruckrecht für alle ausländischen Ausgaben inklusive Lizenzen. Die in dieser Zeitschrift veröffentlichten Beiträge, insbesondere alle Aufsätze und Artikel sowie alle Entwürfe, Pläne, Zeichnungen einschließlich Platinen sind urheberrechtlich geschützt. Ihre auch teilweise Vervielfältigung und Verbreitung ist grundsätzlich nur mit vorheriger schriftlicher Zustimmung des Herausgebers gestattet. Die veröffentlichten Schaltungen können unter Patent- oder Gebrauchsmusterschutz stehen. Herstellen, Feilhalten, Inverkehrbringen und gewerblicher Gebrauch der Beiträge sind nur mit Zustimmung des Verlages und ggf. des Schutzrechtsinhabers zulässig. Nur der private Gebrauch ist frei. Bei den benutzten Warenbezeichnungen kann es sich um geschützte Warenzeichen handeln, die nur mit Zustimmung ihrer Inhaber warenzeichengemäß benutzt werden dürfen. Die geltenden gesetzlichen Bestimmungen hinsichtlich Bau, Erwerb und Betrieb von Sende- und Empfangseinrichtungen und der elektrischen Sicherheit sind unbedingt zu beachten. Eine Haftung des Herausgebers für die Richtigkeit und Brauchbarkeit der veröffentlichten Schaltungen und sonstigen Anordnungen sowie für die Richtigkeit des technischen Inhalts der veröffentlichten Aufsätze und sonstigen Beiträge ist ausgeschlossen elektor international media b.v. Druck: Thieme Rotatie, Zwolle (NL) ISSN / elektor 7

8 MAILBOX BRIEFE S IDEEN OBD-3 OBD, Zwischen Ökologie, Markt und Big Brother, Elektor 6/07, S. 35 Mit OBD-3 gibt es also die Möglichkeit, Daten drahtlos vom fließenden Verkehr zu erfassen. Städte und Gemeinden (bzw. deren Vertreter) reiben sich bei diesen Aussichten wahrscheinlich schon die Hände, weil sich hier eine wunderbar kostengünstige Einnahmequelle erschließt. Schließlich lassen sich nach und nach sämtliche Radarfallen abschaffen. Die Autos melden selbstständig, wie schnell sie fahren und eine Überschreitung der erlaubten Höchstgeschwindigkeit wird dann auch gleich vollautomatisch geahndet. Am besten mit einem Zentralregister, hinterlegter Bankverbindung und Einzugsermächtigung. Ich frage mich auch, welchen echten Vorteil eine Werkstatt von einer drahtlosen Datenübertragung hat. Sicherlich ist das Einstecken eines Steckers ein Zeitaufwand von einigen Sekunden, aber ob das den Mehraufwand für eine Funkübertragung und die Aufgabe eines weiteren Stücks der ja eigentlich gesetzlich garantieren informationellen Selbstbestimmung rechtfertigt, wage ich sehr zu bezweifeln. Aber irgendwie erklärt uns bestimmt irgendwann irgendein Politiker, warum das die Terrorgefahr einschränken kann. Marc Schneider Noch eine Idee, wie OBD-3 den Werkstätten nützen kann: Da die Zuverlässigkeit von KFZs immer mehr zunimmt, könnten die Werkstätten ihre Lehrlinge mit einem drahtlosen OBD- 3-Analyser durch die Strassen ziehen und Visitenkarten mit aufgedruckter Diagnose unter die Scheibenwischer zu klemmen lassen. Zum Beispiel: Die Tenside in der Wischflüssigkeit Ihrer Scheibenwaschanlage überschreiten in Kürze das Haltbarkeitsdatum Doch Scherz beiseite: Der OBD-3-Ansatz stammt aus Kalifornien und geistert schon seit bald 10 Jahren durchs Internet. Der Fokus liegt auf einer Vereinfachung der in vielen US-Staaten vorgeschriebenen regelmäßigen OBD-Tests. Bis zu einem neuen OBD-Standard, der auch Telemetrie beinhaltet, scheint es aber auch in den USA noch ein weiter Weg zu sein siehe pdf. Und bis der dann nach Europa kommt, dauert es noch ein paar Jahre länger Magnetometer-LEDs Das Magnetometer aus Heft 5/2007 ist tatsächlich extrem empfindlich, nur ist bei mir die LED10 die empfindlichste, während LED1 als letzte aufleuchtet. Dem Text nach hatte ich etwas anderes erwartet. Liege ich irgendwo falsch? Jens-Ulrich Lummerzheim 0R 0k C8 100n C12 R12 470n 47k 10k R10 5 IN 6 DIV HI 7 REF OUT 8 REF ADJ 4 MD SEL 9 DIV LO 2 V+ 3 IC4 LM3914N 47k R13 +12V LED10 10 LED9 11 LED8 12 LED7 13 LED6 14 LED5 15 LED LED2 LED3 18 LED1 1 V- Die Schaltung funktioniert bei Ihnen richtig. LED D10 (am Ausgang LED1 des LM3914) ist nur Betriebsanzeige (steht auch im Text) und leuchtet immer. Die eigentliche LED-Skala beginnt unten mit D9 (zweitniedrigster Ausgang LED2 von IC4) und endet oben mit D1 (Höchstwert-Ausgang D10 des LM3914). Wir geben zu: Es wäre logischer gewesen, bei der Bauteilnummerierung die LEDs in der Reihenfolge der IC-Ausgänge zu benennen. Unterschiedliche LC-Displays beim Akkulader Die Akkuzentrale aus Heft 4/2007 verwendet das übliche LC-Display mit 2 x 16 Zeichen. Normalerweise gibt es bei diesen Displays trotz zahlreicher verschiedener Hersteller and Quellen keine Probleme mit der Kompatibilität. Aber Ausnahmen bestätigen bekanntlich die Regel... Ich habe für den Nachbau des Akkuladers ein solches ganz normales, zweizeiliges Display (gekauft bei Bürklin) verwendet. Auf meinem Display war aber immer nur eine Zeile aktiv. Zunächst suchte ich den Fehler in der Software (Timingprobleme), doch das Programm funktionierte einwandfrei. An der Anzeige konnte es auch nicht liegen, denn zwei andere kompatible Anzeigen verhielten sich in der Akkuzentrale genauso einzeilig, während alle drei Anzeigen in einer anderen Applikation einwandfrei funktionierten. Einen Programmierfehler in der von einem Profi (Florent Coste) entwickelten und im Elektor-Labor getesteten Firmware hielt ich auch für ausgeschlossen. Also blieb mir D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 D9 D10 C15 100u 16V nichts anderes übrig, als die Anzeige mit dem Controller noch einmal separat aufzubauen and die Angelegenheit mit einem kleinen Testprogramm zu untersuchen. Die Hardware funktionierte auch sehr schnell, aber die Bedienung der Entwicklungsumgebung inklusive Emulator für den ST7FMC2S4 war eine echte Herausforderung... Im 4-bit-Mode brachte ich die Anzeige im Testaufbau mit dem ST7FMC2S4 endlich zum Funktionieren. Ich hatte das Problem nun so weit eingekreist, dass alles auf einen Bug bei der Initialisierung der Anzeige hindeutete. Nach Durchforsten des Programms entdeckte ich die Initialisierung der Anzeige and stellte fest, dass der der erste Befehl, der die Anzeige in den 4-bit-Mode bringt, als 4-bit-Initialisierung ausgegeben wird. In einem Datenblatt einer ähnlichen Anzeige hatte ich aber gelesen, dass der erste Befehl ein 8-bit-Befehl sein muss Was tun, wenn aber nur vier Leitungen verwendet werden? Das Kommando zur Initialisierung des 4-bit- Modes ist 28H. Mit 20H wird der 4-bit-Mode gewählt, und mit 28H der 4-bit-Mode und 2-Zeilen-Modus. Also kam mir die Idee, zuerst nur in einem Kommando-Schreibbefehl 20H auszugeben (an den oberen 4 Bits 2, die unteren 4 Bits waren auf Massepotential und somit 0, also gleich einem 8-bit-Befehl 20H). Mit zwei weiteren Kommando-Schreibbefehlen wurde das Kommando 28H zur Anzeige gesandt, gefolgt von den anderen Kommandos (ebenso in jeweils zwei Schritten). Und siehe da: Nach dem Laden des modifizierten Programms in den Controller der Akkuzentrale zeigte das Display korrekt in zwei Zeilen an. Die Rücksprache mit dem Autor (Florent Coste) bestätigte meine Vermutung, dass er eine Anzeige verwendet haben musste, bei der dieses Problem nicht auftrat. In seinem Prototyp war es eine WM-D1602Z-1GNNa von Wintek, die eine reine 4-bit-Schnittstelle aufweist. In meinem Fall handelt es sich um eine MDLS16265SS mit 8/4-bit-Schnittstelle. Diese weit verbreiteten 8/4-bit-Anzeigen sind meist mit dem KS0070B oder dem HD44780UA als LCD-Controller bestückt. Die Programmänderung im Einzelnen: Wie schon beschrieben, wird die Anzeige mit dem Befehl 28H initialisiert, wobei 20 für die Initialisierung im 4-bit-Modus steht und das vierte Bit (1..8 Bits) den 2-Zeilen-Modus bewirkt (wenn High). Nach meiner Recherche verlangt die 8/4-bit-Anzeige zuerst einen 8-bit-Befehl 20H zur Initialisierung, der die Anzeige in den 4-bit-Mode versetzt. Anschließend kann dann der 2-Zeilen-Mode (28H) in einem 2 ½-Byte Befehl übertragen 8 elektor - 10/2007

9 werden (die unteren 4 Bits der Anzeige liegen ja auf Masse). Im Programm muss deshalb vor den 28H-Befehl einfach ein 20H-Befehl als 1-Byte-Befehl gesetzt werden. Dieser Befehl befindet sich im Programm main.c und ruft die Initialisierung in LCD.C auf: LCD _ Init(); // init LCD Dies ist die Initialisierungsroutine in LCD.C: void LCD _ Init(void) { LCD _ Timer = 50; // 100 ms timeout SetBit(LCD _ Flag,LCD _ OK); while (chk _ busy() == TRUE) { if (LCD _ Timer == 0) { Beep _ LCD _ Fault(); } } /* geändert im Programm */ LCD _ send _ inst _ spez(); LCD _ send _ inst(lcd _ ON); LCD _ send _ inst(lcd _ Clear); } /* geändert im Programm*/ void LCD _ send _ inst _ spez(void) { int i; /* erstes mal Anzeige im 8-Bit-Mode initialisieren, 1 Befehl zur Anzeige*/ BitClr(RW); data _ bus _ load((u8)(0x20>>4)); // 4 bits communication protocol selektieren BitClr(RS); BitSet(E); Nop(); BitClr(E); BitSet(RS); for (i=0;i<=255;i++) Nop(); // Delay /* zweites mal im 4-Bit Mode initialisieren, 2 Nippel zur Anzeige */ BitClr(RW); data _ bus _ load((u8)(0x28>>4)); // 4 bits communication protocol BitClr(RS); BitSet(E); Nop(); BitClr(E); BitSet(RS); data _ bus _ load((u8)(0x28&0x0f)); // 1 line BitClr(RS); BitSet(E); Nop(); BitClr(E); BitSet(RS); while (chk _ busy()== TRUE) {}; } Die Änderung lässt sich aber nur ausführen, wenn der Mikrocontroller mit einer Programmierschnittstelle versehen wird (siehefoto), über die dann das Programm geändert werden kann. Die JTAG- Schnittstelle ist im Datenblatt von ST zum ST7MC1/ST7MC im Kapitel 4.4 (ICC INTER- FACE) erklärt. Mittels eines JTAG-Interfaces, z.b. indart von SofTec Microsystems ( html?type=browse&title=isp+debuggers/ +Programmers) kann der Controller dann neu programmiert werden. Jürgen Rieger Audio-Netzfilter In der Fachpresse ist immer wieder einmal die Rede von Netzfiltern, um einem hochwertigen Audio-Equipment die letzten Feinheiten zu entlocken. Einschlägige Anbieter schalten denn auch Inserate für sündteure Steckdosenleisten. Ist das Voodoo oder nicht? Seit ich diesbezügliche Schilderungen auch aus meinem Bekanntenkreis höre, denke ich, da könnte was dran sein. Daher meine Frage an Sie: Wäre so eine gefilterte Dosenleiste nicht auch mal ein lohnenswertes Selbstbauprojekt für so manchen Leser? Man könnte es im Gegensatz zum Fertigprodukt individuell an seine Gegebenheiten und Bedürfnisse anpassen (z.b. Einbau ins selbstgezimmerte Rack) und dabei noch den einen oder anderen Euro sparen! Eine Dimensionierung für z.b. 1 kw und Zusatzfilterung für digitale Geräte würde vermutlich für die meisten Anwender passen. Ich vermute mal, dass in den schicken Fertigleisten auch nur Standard- Bauteile verbaut sind, das Material sollte erhältlich sein. Hierbei kommt mir auch Ihre Class-D - Endstufe in Erinnerung. Nur kann ich nicht beurteilen, ob deren Filterplatine diesen Zweck bereits erfüllen würde. Was halten Sie davon? G. Barth Das ist eine interessante Frage. Einerseits: Wir haben es schon lange aufgegeben, den Diskussionen über die klanglichen Unterschiede zwischen verschiedenen Kupferlegierungen Beachtung zu schenken. Das gilt im Prinzip auch für das den Netzfiltern zugeschriebene klangliche Feinheitsverbesserungspotential, unabhängig davon, ob Standard- Bauteile oder elektronische Wünschelruten verbaut werden Andererseits: Eine saubere Stromversorgung ist sicher kein Fehler und kann zumindest den Störabstand verbessern. Da unser Stromnetz immer schmutziger wird (jede Menge Störsignale), kann man einem Netzfilter die Sinnhaftigkeit nicht ganz absprechen. Und wie es der Zufall will, stellen wir in dieser Ausgabe ein Audio-Netzfilter zum Selbstbau vor 8, 16, 24 oder mehr Servomotoren mit einem Mikrocontroller ansteuern Zum Ansteuern von Servomotoren ist alle 20 Millisekunden ein Impuls erforderlich, dessen Breite zwischen 1 und 2 ms variiert. Ein solcher Impuls kann zum Beispiel einfach mit dem bekannten Timer 555 erzeugt werden. Auch für einen Mikrocontroller ist das Ansteuern von bis zu zwei Servomotoren nicht wirklich kompliziert. Zum Ansteuern einer größeren Anzahl muss man jedoch die Trickkiste öffnen. Was ist das Problem? Die Zeit! Um mit einem Mikrocontroller alle 20 ms einen Impuls zwischen etwa 1 und 2 ms zu erzeugen, könnte man den eingebauten Timer des Controllers verwenden. Dieser Timer liefert uns alle 20 ms einen Interrupt. Das kann mit dem in Listing 1 abgedruckten Pseudocode erfolgen (dabei geht es um den C-Code für einen PIC16F690; aber bis auf Timing und Ports ist es bei anderen Controllern das Gleiche). Mit kleinen Änderungen kann dieser Code verwendet werden, um maximal 10 Servomotoren anzusteuern. Um dieses Ziel zu erreichen, verwenden wir ein Array von Servotimern und ändern die Interrupt-Zeit in 2 ms (Listing 2). Dieser Code sieht auf den ersten Blick ganz gut aus; es sind jedoch einige (kleine) Nachteile damit verbunden, nämlich: Die Output-Bits eines Controllers sind meist nicht als Array zu indizieren (kleines Problem), aber mit Hilfe einer Maske am Output-Port kann man damit leben. Mehr als 10 Servomotoren geht nicht, weil wir alle 20 Millisekunden einen Impuls von maximal 2 Millisekunden (10 = 20/2) benötigen. Wenn alle 10 Servomotoren zu 100 % angesteuert werden, bleibt keine Zeit für die 10/ elektor 9

10 MAILBOX BRIEFE S IDEEN Listing 1 int servotime1; // Timeout für Servo 1 On_20_milli_Seconden: Output1 = true WaitMicroSeconds(servoTime1) Output1 = false Return // Interruptroutine aus OnInit: InitTimer() // warte 1,5 ms // setze Timer auf 20 ms und // setze Interruptvektor servotime1 = 1500 // zwischen 1000 und 2000 while( 1 ) // Code um servotime1 anzupassen key = getkey() if ( key = KEY _ UP && servotime1 < 2000) servotime1 = servotime1 + 1 if ( key = KEY _ DOWN && servotime1 >= 1000) servotime1 = servotime1-1 loop Listing 2 int servotime[10] int currentservo = 0; // und andere Dinge zu erledigen // Timeout für Servos On _ 2 _ milli _ Seconden: Output[currentServo] = true WaitMicroSeconds(servoTime[currentServo]) // warten Output[currentServo] = false currentservo = currentservo + 1 if (currentservo == 10 ) currentservo = 0 Return // Interruptroutine aus OnInit: servotime[0] = 1000 servotime[1] = 1100 servotime[8] = 1800 servotime[9] = 1900 Schleife im Vordergrund übrig. Dadurch ist es nicht mehr möglich, die Motorpositionen anzupassen (großes Problem!). Statt für jeden Servomotor einen separaten Impuls zu erzeugen, können wir auch eine Maske über 8 (16 oder...) Bits erzeugen und diese Maske bezüglich der Zeit anpassen. Am Anfang setzen wir daher alle anzusteuernden Servomotor-Ausgänge auf 1, und mit jedem Zeitschritt schalten wir die Servo-Ausgänge wieder aus (siehe Listing 3). Im Vordergrund können dann die Zeitschritte und die Masken berechnet werden. K. Wessing Updates und Ergänzungen Spulen-Checker, Induktivitätsmessgerät 0,1 μh bis 100 mh, Elektor Juni 2007, S. 50 Damit Low Battery nicht zu früh angezeigt wird, muss R2 mit 56 k (statt 10 k) bestückt werden. LED-Treiber PR4401, Elektor September 2007, S. 22 Bedauerlicherweise ist bei der auf das Heft aufgeklebten LED-Treiber-Platine auf dem Versandweg öfter die Ferritkappe der Induktivität beschädigt worden (kleines Stück abgebrochen). Für die Funktion der Schaltung ist das kein Problem. Durch die etwas verringerte Induktivität (schlimmstenfalls etwa 15 statt 18 μh, zulässig sind minimal 10 μh) wird der LED-Strom etwas größer und die LED leuchtet unmerklich heller. In den wenigen Fällen, in denen die Spule nicht mehr funktionsfähig war, haben wir eine neue LED-Treiber-Platine kostenlos zugesandt. while( 1 ) // Code um servotimes anzupassen loop MailBox Listing alle Motoren aus On_20_milli_Seconden: schalte alle Motoren an \ warte d0 Mikrosekunden schalte Motor 0 aus warte d1 Mikrosekunden schalte Motor 1 aus warte d2 Mikrosekunden zwischen schalte Motor 2 aus 1 und 2 ms schalte Motor 6 aus warte d7 Mikrosekunden schalte Motor 7 aus / In dieser Rubrik veröffentlichen wir Kritik, Meinungen, Anregungen, Wünsche oder Fragen unserer Leser. Die Redaktion trifft die Auswahl und behält sich Kürzungen vor. Bitte geben Sie immer an, auf welchen Artikel und welche Ausgabe (Monat/Jahr) sich Ihr Schreiben oder Mail bezieht. Sie erreichen uns per redaktion@elektor.de, per Fax (02 41/ ) oder unter der Anschrift: Redaktion Elektor Süsterfeldstr Aachen 10 elektor - 10/2007

11 MESSEN & AUTOMATISIEREN INFO & MARKT Neues Modul für XI-Control Vier unabhängige Analogausgänge Wer selbst Mess- und Steuerungs-Software entwickeln will, nutzt Programmiersprachen, doch die sind mitunter schwierig zu erlernen. Viel komfortabler ist das Tabellenkalkulationsprogramm Excel, das häufig auch zur Auswertung der Messergebnisse verwendet wird. Hier setzt das System XI-Control der Firma Engineering & Control Systems an (Vertrieb bei Reichelt). Mit der System-Software (VBA-Makros) wird Excel zur Mess- und Automatisierungs-Software. Will man zum Beispiel Ports ansteuern, so müssen nur entsprechende Anweisungen in eine Tabelle geschrieben werden. Messergebnisse werden direkt in ein Excel-Sheet eingelesen. Zum System gehören verschiedene bestückte Platinen, die Ein- und Ausgänge und vieles mehr bieten. Mit dem XI-Control Midi-Modul 01 ist nun ein weiteres Board erschienen, das auf einem Microchip- Controller (16F877) basiert und unter anderem 16 digitale Ein-/Ausgänge bietet. Als Spezialität besitzt das Board vier unabhängige Analog-Ausgänge. Die üblichen Mikrocontroller sind meist nur mit zwei PWM-Analog- Ausgängen (PWM = Puls-Weiten-Modulation) ausgestattet. Benötigt man ein schön glattes Signal, wird man um eine Filterstufe mit OpAmp nicht herumkommen. Für ein optimales Ergebnis muss diese gut auf das Ausgangssignal abgestimmt werden. Hiermit lassen sich Genauigkeiten von unter 0,1 % erreichen, die man allerdings nur in den seltensten Fällen benötigt. Beim Midi-Modul 01 kommt dagegen eine Modulationsart zum Einsatz, die DRC genannt wird, was für Digital-Ausgang mit RC-Filter steht. Hiermit lässt sich viel einfacher eine analoge Ausgangsspannung realisieren, als mit PWM. Das Ausgangssignal ähnelt von der Form her einem Sägezahn, mit einem Elko beziehungsweise einem weiteren RC-Filter erhält man auf einfache Weise eine geglättete Ausgangsspannung. Leicht verschmerzen lässt sich, dass die Einschwingzeit (z.b. von 0,3 V bis 4,7 V) mit rund 0,4 bis 1,5 s vergleichsweise lang ist; Spannungen sehr nahe an (0 V) oder VCC (5V ) lassen sich überdies weniger genau einstellen beziehungsweise besitzen einen höheren AC-Anteil (Ripple). Mit nur einem Elko (der serielle Widerstand ist auf dem Midi 01 Modul bereits eingebaut) wird beim neuen Board ein Ripple von 30 mv (220 μf) beziehungsweise 200 mv (47 μf) erreicht. Schaltet man eine weitere RC-Kombination hinzu (siehe Schaltbild), lassen sich die Werte leicht auf rund 5 mv (47/0,1 μf, 130k) verbessern. In letzterem Fall empfiehlt sich ein nachgeschalteter Buffer (OpAmp). Das XI-Midi 01 Modul ist bei Reichelt (und beim Hersteller XI-Control) erhältlich. Der Preis wird bei Reichelt mit 137,90 Euro inklusive Mehrwertsteuer angegeben. Anzeige Neuer Reichelt-Katalog Der Elektronik-Distributor Reichelt hat seinen Katalog neu herausgebracht. Die Ausgabe 09/2007 enthält wieder viele interessante Neuheiten und attraktive Produkte aus den Bereichen Bauelemente, Messtechnik, PC und Zubehör, Unterhaltungselektronik und vielen mehr. Neben dem gedruckten Katalog gibt es auch eine Online- Version, in der wirklich geblättert werden kann. Gegenüber der elektronischen Suche im Online-Shop bietet diese virtuelle Ausgabe gerade Internet-Einsteigern eine einfachere Orientierung. Der gedruckte Katalog kann kostenlos auf der Herstellerwebsite angefordert werden. (070613) FUNKtioniert! 10/ elektor 11

12 INFO & MARKT FORSCHUNG & TECHNIK Morsen aus dem All Studenten-Satellit Compass-1 startet Ganz hoch hinaus wollen Studenten der Fachhochschule Aachen mit ihrem Projekt Compass-1. Alles dreht sich um einen kleinen Würfel von 10 cm Kantenlänge einen Kleinstsatelliten der so genannten Cubesat-Klasse, dessen Gewicht auf 1 kg limitiert ist. Das Projekt, das vor vier Jahren startete und an dem insgesamt rund 30 Studenten beteiligt waren, tritt nun in die entscheidende Phase: Der Kleinstsatellit wurde Ende Juli verpackt und nach Toronto versandt. Eine kanadische Firma organisiert den Start mit einer indischen Rakete vom Typ PSLV. In diesen Tagen (Ende September) soll Compass-1 mit anderen Cubesats und einem großen Satelliten vom südindischen Weltraumbahnhof Sriharikota in die Erdumlaufbahn befördert werden. Dazwischen kommen könnte allerdings noch der alljährliche indische Monsunregen: Setzt er schon vor dem geplanten Starttermin ein, so muss das Ganze auf Januar nächsten Jahres verschoben werden. 10 Minuten Kontakt Sieht man von möglichen Unbilden des Wetters ab, so ist das Studenten-Team sehr zuversichtlich, dass die Mission wie geplant verläuft aufwendige Vibrations-, Vakuum-, Funk- und Thermaltests mit einem baugleichen Ingenieursmodell des Satelliten verliefen jedenfalls optimal. Für mindestens sechs Monate soll der rund 7 km/s schnelle Satellit Bilder zur Erde funken, die er mit einer - aus einem Handy ausgebauten - VGA-Kamera aus rund 600 km Höhe aufnimmt. Der Satellit ist mit je einer Dipol und einer Monopol-Drahtantenne ausgestattet, die beim Start noch wie Spiralfedern aufgerollt sind und von einem Stück Angelschnur zusammengehalten werden. Die Forschung Nanofußballspiel Von Phil Knurhahn Das National Institute of Standards and Technology (NIST) veranstaltete Anfang Juli im Rahmen des RoboCup in Atlanta (Georgia) das erste Nano-Fußballspiel. 16 kleine Fußballfelder auf einem Chip erlaubten den Wettbewerb mit den kleinsten Robotern, die je gebaut wurden (Bilder: NIST). Fünf Teams waren angetreten: Zwei von der Carnegie-Mellon-Universität in Pittsburgh, je eines von der ETH in Zürich, der U.S. Naval Academy in Annapolis und der Simon Fraser University (Burnaby, Kanada). Die einige hundert Mikrometer kleinen Nanorobots werden unter einem Mikroskop ferngesteuert und auf einem Monitor dargestellt. Drei der fünf Roboter werden durch elektrische Signale bewegt, zwei durch wechselnde Magnetfelder. Preisgekröntes 3D-Rundum-Display Studenten haben sich einen cleveren Auslösemechanismus einfallen lassen: Wird der kleine Würfel im All aus seinem Trägersystem ausgeklinkt, so schmilzt eine Spule die Angelschnur einfach durch! Da die Übermittlung eines Fotos zur Erde knapp eine Stunde dauern wird, die studentische Bodenstation bei einem Überflug aber nur rund acht bis zehn Minuten Kontakt zum Satelliten hat, werden allerdings ein paar Erdumkreisungen benötigt, bis ein Bild empfangen ist (die Fotos kann man sich dann unter ansehen). Zusätzlich wird der von Hochleistungssolarzellen versorgte Compass-1 die wichtigsten Parameter wie Zellen-Strom, Temperatur auf jeder Seite und weitere Daten zur Erde funken und zwar im Morsecode, so dass Funkamateure in aller Welt die Daten empfangen und auf einfache Weise auswerten können. Dass dies klappt, kann das Team anhand anderer Cubesats demonstrieren, die bereits die Erde umrunden. Eine Richtantenne auf dem Dach, ein Steuergerät für deren Ausrichtung, zwei handelsübliche Transceiver (Icom 820) sowie zwei PCs - fertig ist die Kontrollstation. Die gegenwärtigen Positionen der Satelliten kommen übrigens (kostenlos) von der NASA und der nordamerikanischen Luftverteidigungsbehörde NORAD per Internet ins Haus. GPS für den Weltraum Neben der Kamera hat der kleine Satellit noch ein weiteres Experiment an Bord, nämlich einen GPS-Empfänger. Die Deutsche Luftund Raumfahrtagentur DLR wird hiermit eine selbst entwickelte Software testen, mit der das satellitengestützte Positionierungssystem auch für den Weltraum tauglich gemacht werden soll. Im Gegenzug Ein 17-jähriger Amerikaner hat den mit US-$ dotierten Preis President s Scholarship des IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers, New York) gewonnen. Er erfand einen 3D-Farbbildschirm, der von allen Seiten her betrachtet werden kann. Dafür montierte er einen Bildschirm und einen Digital Light Projector (DLP) auf eine sich schnell drehende Plattform. Während der Rotation werden schmale, leicht veränderte Querschnitte von Bildteilen so rasch projiziert, dass das Auge sie nicht mehr getrennt auflöst und glaubt, ein Bild in drei Dimensionen zu sehen. Diese Arbeit beeindruckte die Jury, zumal ein DLP-Chip von TI im Wege des Reverse Engineering so umgebaut werden musste, dass er für diese Aufgabe geeignet war. SRAM-Speicher in 32-nm-Technologie Das im Juni 2006 unter der Führung von STMicroelectronics gestartete PullNano-Projekt konnte jetzt erstmals ein statisches RAM (SRAM) mit 32-nm-Strukturen demonstrieren. Die dabei verwendeten Transistoren unterscheiden sich grundlegend von solchen in 45- nm-technik: Sie arbeiten in SOI-Technologie (Silicon-on-Insulator), verwenden ein metallisches Gate und eine High-k -Gate-Isolierung. Es ist das erste Mal, dass alle diese drei Basistechniken gemeinsam in einem Baustein zum Einsatz kommen. Die Forscher gehen davon aus, dass mit der Nutzung der gerade fertigungsreif gewordenen Airgap -Technologie von IBM der Aufbau noch bis 22 nm herunter geshrinkt werden kann. Das PullNano-Projekt läuft noch bis November 2008 und vereint 35 Partner aus 12 Ländern in Europa. Laptop-Laden ohne Kabel Auf der IEDM 2006 hat die Universität von Tokyo ein Powerblatt zum Laden von Mobilgeräten vorgestellt. Dieses Energieübertragungs- Blatt ist 1 mm dick und mit einem Array von 8 x 8 Transferzellen ausgerüstet. Es enthält Sensorzellen aus organischen Transistoren sowie Stromübertragungseinheiten, die mit kleinen Kupferspulen arbeiten. 12 elektor - 10/2007

13 trägt die DLR einen Teil der Startkosten, die im mittleren fünfstelligen Bereich liegen. Ein anderer Teil wird von der Fachhochschule beigesteuert. Darüber hinaus beteiligte sich auch die Industrie an dem Projekt, hauptsächlich mit Bauteilen und Komponenten. Bei den elektronischen Bauteilen handelt es sich übrigens ausschließlich um Katalog-Ware, also nicht um weltraum-zertifizierte Sonderanfertigungen. Genauso verhält es sich mit den eingesetzten LiPo-Akkus (2 x 1,2 Ah). Um diese vakuumtauglich zu machen, hat das Team sie kurzerhand in Kunststoff eingegossen. Eine elektrische Heizung hält die Stromspeicher auf Temperaturen oberhalb des Gefrierpunktes. Besonders interessant ist die Lageregelung des Satelliten: Fünf Sonnensensoren (jeder davon enthält einen 8051er kompatiblen Controller) bestimmen die Ausrichtung relativ zur Sonne; eine weitere Messgröße ist das Erdmagnetfeld. Ein HCS12 von Motorola berechnet aus diesen Daten die Orientierung. Da der Cubesat keine Steuerraketen besitzt, wird die Lage mittels dreier (selbst gewickelter) Spulen korrigiert, die den Satelliten im Erdmagnetfeld wie eine Kompassnadel ausrichten (daher der Name Compass ). Nun wird es also spannend: Ob der kleine Satellit tatsächlich starten kann, stand bei Redaktionsschluss noch nicht fest das hängt wie beschrieben von den indischen Wettergöttern ab. Elektor drückt jedenfalls die Daumen und wird selbstverständlich unter aktuell berichten! (070448) Stromversorgung, LiPo-Akkus, Lageregelung, Transceiver, Kamera, Heizung und Steuerung all das musste in einem Würfel von 10 cm Kantenlänge Platz finden (Bild: Team Compass-1/FH Aachen). Anzeige Dieser Erfolg hat ein Team des Massachusetts Institute of Technology (MIT) nicht ruhen lassen. Dort entwickelte man ein drahtloses Ladegerät, das über eine Distanz von 2 m hinweg 60 W an elektrischer Leistung transferiert. Da das mit Radiowellen nicht funktioniert, arbeitet man mit magnetisch gekoppelter Resonanz. WiTricity nutzt zwei Kupferspulen, welche auf Grund ihres Aufbaus die gleiche Eigenresonanz haben (Bild: MIT). Die Sendespule überträgt nun keine elektromagnetische Strahlung, sondern benutzt ein magnetisches Wechselfeld mit einigen Megahertz. Die Empfangsspule arbeitet auf der gleichen Feldfrequenz - die Rückverwandlung in elektrische Energie ist konventionelle Technik. Benutzt man Spulen mit einem Laptop-ähnlichen Durchmesser, dann kann man omnidirektional einen ganzen Raum füllen. Das gilt selbst dann, wenn zwischen den Sende- und Empfangsspulen keine Sichtverbindung besteht. In der Zukunft ließe sich der Bedarf an Batterien verringern, wenn eine solche Technik in Häuser fest eingebaut würde: Jede Art von Mobilgeräten könnte dann ohne eine eingebaute Energiequelle auskommen. Elektro-Porsche Studenten des Massachusetts Institute of Technology (MIT) bauen mit Hilfe verschiedener Institute gegenwärtig einen Porsche 914 zum Elektroauto um (Bild: MIT/Donna Coveney). 18 Hochleistungsbatterien im Wert von mehr als US-$ und ein geeigneter Elektromotor werden dem Sportwagen rasante 50 bis 60 PS (36 bis 44 kw) verleihen. Die maximale Geschwindigkeit dürfte dabei zwischen 70 und 100 km/h liegen. Mit einer kompletten Batterieladung wird man etwa 100 km weit kommen. Dann braucht man eine Steckdose - und etwa fünf Stunden Ladezeit, um wieder weiterfahren zu können. (070431) 10/ elektor 13

14 INFO & MARKT CHIPS & CONTROLLER PSoC Express Version 3.0 Cypress hat Version 3.0 des grafischen Designtools PSoC-Express für die PSoC -Mixed- Signal-Bausteine angekündigt. Das Embedded-Design soll sich deutlich vereinfachen, da diese Version eine Art Echtzeit -Tuning von Anwendungen erlaubt. Applikationsdaten lassen sich über eine I2C-/USB-Brücke überwachen, die mit dem jeweiligen Ziel-Board verbunden wird. PSoC-Express übernimmt dabei die Erfassung und Aufzeichnung der Daten und ermöglicht dem Anwender das Auswählen von Variablen, das Einstellen von Abtastraten und das Beobachten der aktualisierten Variablenwerte in Echtzeit. Noch während die Applikation auf dem Ziel-Board läuft, kann der Anwender die Konfigurationen anpassen und eine Feinabstimmung der System-Performance vornehmen. Darüber hinaus zeichnet sich PSoC Express 3.0 durch eine neue Benutzeroberfläche aus, die sich am Look-and-Feel von Microsoft Visual Studio orientiert. Sie ermöglicht ein einfaches Andocken von Fenstern, eine Platzierung von Treibern nach dem Drag-and-Drop-Verfahren und ein einfaches Wechseln von einem Fenster zum anderen. In der neuen Version enthalten sind überdies neue Funktions-Treiber, darunter Support für High-Brightness-LEDs, ein neuer Wireless-Treiber und ein LCD- Treiber. Die neue Version der Designsoftware lässt sich kostenlos von der Hersteller-Website herunterladen. Anzeige Erster Stratix-III-FPGA Mit dem EP3SL150 wird Altera das erste Mitglied seiner 65-nm- Stratix III FPGA-Familie ausliefern. Mit 150K Logikelementen und der laut Hersteller geringsten Leistungsaufnahme aller hochleistungsfähigen programmierbaren Logikbausteine eignet sich der EP3SL150 für eine breite Anwendungspalette wie Hochleistungscomputer, Netzwerkinfrastruktur und modernste Bildverarbeitungsgeräte. Stratix III-FPGAs sollen im Vergleich zu konkurrierenden Lösungen sowohl eine um 45 Prozent geringere Leistungsaufnahme als auch eine um 25 Prozent höhere Geschwindigkeit bieten. Die Chips können als bisher einzige programmierbare Logikbausteine außerdem bereits mit DDR3-SDRAM-Speicher zusammenarbeiten. Eine weitere innovative Eigenschaft sind Stromspar-Features, welche die Leistungsaufnahme deutlich senken. Jeder programmierbare Logic Array- (LAB), DSPund Speicher-Block kann unabhängig voneinander für den Betrieb im High-Speed- oder Low-Power-Mode programmiert werden. Die Power- Play-Funktion der Designsoftware Quartus II steuert automatisch jeden Block gemäß seiner Performance-Anforderungen. Eine weitere einzigartige Funktion zur Leistungseinsparung ist die wählbare Core- Spannung. Diese bietet dem Designer die Wahlmöglichkeit zwischen 1,1-V-Core-Spannung für Applikationen mit hoher Geschwindigkeit oder 0,9 V für eine möglichst geringe Leistungsaufnahme. Single Board Computer Die von taskit entwickelte Panel-Card ist ein universell einsetzbarer Single-Board-Computer mit einem kontrastreichen 3,5 -TFT-Farbdisplay. Aufgrund der kompakten Bauweise die Leiterplatte ist an die Größe des Displays angepasst lässt sich die Baugruppe sehr leicht in mobile Geräte integrieren. Das TFT ist platzsparend auf der Rückseite der Platine befestigt und bietet mit einer Auflösung von 320 x 240 Pixeln bei 24 bit Farbtiefe eine sehr gute Darstellung und Ablesbarkeit. Basis des Computers ist ein AT91SAM9261-Controller von Atmel. Sein 240 MHz schneller ARM926EJ-S Prozessorkern verfügt über die neuartige ARM-Jazelle-Technologie, welche die Prozessor-Performance bei der Ausführung von Java-Programmen erheblich verbessert. Zwei 40-polige Buchsenleisten (Raster 2,54 mm) übertragen sämtliche Signale zu den Schnittstellen. Zu den unterstützten Interfaces gehören 4 x USART, 2 x SPI, I2C, SSC, USB 2.0 Full Speed (2 x Host und 1 x Device), SD/MMC-Card sowie 10/100 MBit/s Ethernet. Insgesamt stehen zwei Modifikationen zur Auswahl: Die Panel-Card mit 3,5 TFT, Ethernet, 32 MB SDRAM Arbeitsspeicher und 16 MB Flash- Memory und eine Version mit 64 MB SDRAM und 64 MB Flash. Mit dem freien Betriebssystem Linux 2.6.x und dem Bootloader U-Boot erhält man zudem eine kostengünstige und sichere Softwarelösung. Für die sofortige Inbetriebnahme der Panel-Card ist das Starterkit Panel-Card erhältlich. Es enthält die Panel-Card mit 3,5 TFT, das Evaluation Board, die zum Anschluss benötigten Kabel mit Netzteil und eine Software-CD mit Linux, U-Boot, der kompilierten Toolchain, Jam VM sowie der Grafik-Library Nano- X Window. produkte/panel-card/ index.htm 14 elektor - 10/2007

15 elektermine OKTOBER Stuttgart, München Lattice-Synplify-Seminar Distributor Spoerle veranstaltet dieses kostenlose Nachmittagsseminar. Man erhält einen Überblick über die Signalverarbeitung mit FPGAs und den DSP-Synplify-Produkten. semiconevents/0,5034,3611,00.html 9. Nürnberg Kooperationsforum Leistungselektronik Experten berichten über Trends in der Leistungselektronik, über neueste passive Bauelemente, über Verbindungstechnologien und thermisches Management. de/leistungselektronik Stuttgart Semicon Europa 2007 Alles rund um die Halbleiter- und Solarzellenproduktion gibt s auf dieser Messe zu sehen. Packaging, Testen und MEMS sind nur einige der Schwerpunkte München ARM-Entwicklerforum Veranstaltet von der Fachzeitschrift Design&Elektronik: Ein technisches Update zum Thema ARM für Systementwickler speziell zu neuen ARM-basierten Chips München Entwicklerforum Embedded Linux Ebenfalls von der Design&Elektronik organisiert. Neben Grundlagen stehen Tools, die Treiber-Entwicklung, das Debugging, rechtliche Fragen und mehr auf dem Programm Baden-Baden Elektronik im Kraftfahrzeug Die VDI-Tagung ist ein Branchentreff mit Tradition. Im Mittelpunkt stehen Themen wie Energieeinsparung, Sicherheit, Testen und Fehlerdiagnose Fürstenfeldbruck Virtuelle Instrumente in der Praxis Konferenz des Messtechnikriesen National Instruments. Mit Vorträgen, Ausstellung, Workshops und Schnupperkursen. Die Leser der Zeitschrift Elektronik haben in den letzten Jahren jede neue EAGLE-Version zum Produkt des Jahres gewählt. Aus gutem Grund die Nummer eins. EAGLE 4.1 Schaltplan Layout Autorouter Platinen, die mit EAGLE entwickelt wurden, befinden sich in Patientenüberwachungsgeräten, Chipkarten, Trockenrasierern, Hörgeräten, Autos und Industriesteuerungen. Sie sind klein wie ein Daumennagel oder groß wie ein PC-Motherboard. Sie wurden in Einmannbetrieben oder Großkonzernen entwickelt. Unter den Top-100-Unternehmen in Deutschland dürfte es kaum eines geben, in dem EAGLE nicht eingesetzt wird. Der entscheidende Grund für den Einsatz von EAGLE ist meist nicht der günstige Preis, sondern die einfache Handhabung. Hinzu kommt der hervorragende Support, der bei CadSoft grundsätzlich kostenlos ist und jedem Kunden unbeschränkt zur Verfügung steht. Diese Kriterien sind die wahren Kostenkiller! EAGLE 4.1 Light ist Freeware! Zum Testen und für nicht-kommerzielle Anwendungen dürfen Sie EAGLE Light kostenlos verwenden. Diese Version ist auf Platinen im halben Europaformat mit maximal zwei Signallayern und ein Schaltplanblatt beschränkt. Alle anderen Features entsprechen denen der Professional-Version. Sie steht zum Download im Internet bereit. Wenn Sie sich für die kommerzielle Light-Version entscheiden, bekommen Sie zusätzlich das Handbuch und die Lizenz für kommerzielle Anwendungen. Unsere Standard-Version eignet sich für Platinen im Europaformat mit bis zu vier Signallayern. In der Professional-Version gibt es solche Einschränkungen nicht. CadSoft Computer GmbH Hofmark 2, Pleiskirchen Tel , Fax info@cadsoft.de GRATIS GRATIS für Windows Linux Mac Preise Light Standard Professional Layout Layout+ Schaltplan Layout+ Autorouter Layout+ Schaltplan+ Autorouter Alle Preise inklusive 19% MwSt. Upgrades zum Differenzpreis Jedem EAGLE-Paket in der Professional- bzw. Standard- Ausführung liegt ein Gutschein über eine professionell gefertigte doppelseitige Europakarte bei. Windows ist ein eingetragenes Warenzeichen der Microsoft Corporation. Linux ist ein eingetragenes Warenzeichen von Linus Torwalds. Mac ist ein eingetragenes Warenzeichen der Apple Computer, Inc Duisburg, Stuttgart, München Tech Trends 2007 Veranstaltet von EBV. Aus den Sessions (von FPGAs über LEDs bis Motorsteuerungen) kann sich jeder sein individuelles Programm zusammenstellen Dresden Mikrosystemtechnik-Kongress Der VDE und das Bundesforschungsministerium sind die Veranstalter. 250 Beiträge stehen auf dem Programm des Kongresses, der nicht umsonst in Silicon Saxony stattfindet Nürnberg Von ElektroG nach EUP und REACH Die VDI-Tagung gibt Hilfestellung sowie Handlungsempfehlungen und bietet Erfahrungsberichte. Thema sind auch innovative Recyclingtechniken Köln, Hannover, Nürnberg STR-9-Workshop Hitex, STMicroelectronics und Spoerle veranstalten diesen Workshop rund um den ARM-basierten Controller STR9. Achtung: Anmeldeschluss ist der 30. September! München DSP for FPGAs Viertägiger Intensivkurs zur digitalen Signalverarbeitung mit programmierbarer Logik. Mit praxisnahen Software-Design-Übungen. seminar_dsp-fpga.htm München Systems Internationale Fachmesse für IT, digitale Medien und Telekommunikation mit umfangreichem Kongressprogramm. Im Vordergrund steht der Business-to-Business-Sektor Hannover Interradio 2007 Spezial- und Flohmarkt für Amateurfunkgeräte, Amateurfunkzubehör und im Amateurfunk eingesetzte Computer. Dazu gibt s Vorträge. Anzeige 10/ elektor 15

16 Elektor Electronics W INFO & MARKT ELEKTOR Die Elektor-Residenz : Hier beginnt ein neues Kapitel der Elektor-Geschichte! Von Wisse Hettinga Seit mehr als 40 Jahren begleitet Elektor seine Leserinnen und Leser auf Entdeckungsreisen durch die Welt der Elektronik. Die Reise begann in den Niederlanden, schnell folgten weitere europäische Länder. Das außergewöhnliche Verlagskonzept hat die Bewährungsproben der vergangenen Jahrzehnte überstanden. Längst wurden kontinentale Grenzen überschritten, Elektor ist heute weltweit aktiv. Electronics worldwide dieses Label ist Programm. Wenn heute unter gestandenen Elektronik-Fachleuten der Name Elektor fällt, werden nicht selten Erinnerungen an zurückliegende Zeiten wach: Das war ja schon damals die Zeitschrift, die ich las, zum Beispiel als ich meinen ersten Audio-Verstärker baute, den ersten Schritt in die digitale Welt unternahm, und auch mein erster Computer war ein Projekt aus Elektor. In den 43 Jahren seit der ersten Ausgabe in den Niederlanden hat Elektor Geschichte geschrieben und eine enorme Popularität erreicht. Während der mehr als vier Jahrzehnte ist Elektor seinen Grundsätzen treu geblieben. Zum Beispiel werden alle Bauprojekte gründlich getestet und praxiserprobt, die Nachbausicherheit hat höchsten Stellenwert. Der Leser macht sich mit neuen Technologien vertraut, indem er neue Technologien anwendet und einsetzt. Neue Technologien waren es auch, die unser Konzept in den achtziger Jahren erschütterten. Die rasant fortschreitende Digitaltechnik, die hochintegrierten Spezialchips, die Miniaturisierung der Bauteile zur SMD-Bauform stellten den Selbstbau in Frage. Die Preise käuflicher elektronischer Geräte und Systeme sanken rapide, so dass der Selbstbau aus der Sicht der Kostenersparnis nicht mehr attraktiv war. Nicht mehr attraktiv? Das stimmt natürlich nicht, denn das Bauen, Experimentieren, Probieren und die Freude über den Erfolg haben nichts von ihrem Reiz eingebüßt und dazulernen werden Sie immer. 16 elektor - 10/2007

17 orldwide Erfolgsgeschichte Die Elektor-Erfolgsgeschichte wurde überwiegend außerhalb der Grenzen des Landes geschrieben, in dem Elektor zur Welt kam. Nachdem 1970 zum ersten Mal eine deutschsprachige Ausgabe erschienen war, schnellten die Auflagenzahlen in ungeahnte Höhen. Es sollte nicht lange dauern, bis Ausgaben in Englisch und Französisch folgten, in Vorbereitung ist gegenwärtig eine verlagseigene Ausgabe in spanischer Sprache (in der Nachfolge einer Lizenzausgabe). Mit dieser Vielsprachigkeit sowie mit Lizenzen an Verlage, die unsere Zeitschrift in eigener Regie in vielen weiteren Sprachen herausbringen, erreicht Elektor ein weltweites Publikum, das rund zwei Millionen Leser umfasst. Maßgeblich unterstützt werden die Aktivitäten durch unsere Website in fünf Sprachen, unser breites Buchangebot und das Veranstalten von Events, auf denen viele Gleichgesinnte zusammentreffen. Unter der Post, die uns täglich erreicht, sind nicht selten Zuschriften, die aus den entlegendsten Weltregionen stammen. Darauf dürfen wir nicht nur stolz sein, wir sehen hier auch ein gutes Omen für das Expandieren in weitere Länder der Erde. Zielrichtung sind zurzeit Osteuropa und China. Es dürfte nur eine Frage der Zeit sein, bis Elektor auch in chinesischer Sprache erscheint. Wegen der fortschreitenden Internationalität haben wir die niederländische Ausgabe Elektuur in Elektor umbenannt, und der Verlag firmiert nun unter dem Namen Elektor International Media. Ernst Krempelsauer ist Chefredakteur der deutschsprachigen Elektor- Ausgabe, seit 33 Jahren beim Verlag und eines der Urgesteine unter den Elektronikredakteuren. Seine Leidenschaft gilt der (erfolgreichen!) Suche nach neuen Ideen und Projekten. So gehen das R8C-Board, die RFID-Karte und auch die LED-Treiber-Platine des September-Hefts auf sein Konto. Bob van der Horst, der Elektuur 1964 gründete, sagte damals: Unser Konzept ist praxisorientiert, wir wollen uns von den theorielastigen Blättern abheben und sie praxisnah ergänzen. An dieser Zielsetzung hat sich bis heute kaum etwas geändert. Wir wollen informieren, inspirieren und Impulse zum praxisbezogenen Umgang mit der Elektronik geben. Wir erreichen dieses Ziel nicht zuletzt, weil wir von unseren Lesern tatkräftig unterstützt werden. Der technischen Entwicklung folgend wandte sich Elektor während der zurückliegenden Jahrzehnte stärker der professionellen Elektronik zu. Die schon in ihren Anfängen recht anspruchsvolle Hobby-Zeitschrift Elektor ging mit der Zeit und entwickelte sich fort. Vom Hobby zum Beruf Elektor hat sich zu einer Special-interest -Zeitschrift gemausert. Eine ganze Lesergeneration ist fachlich mit Elektor gewachsen, und nicht wenige Leser der ersten Stunde haben ihr Hobby zum Beruf gemacht. Die Grenzen zwischen Beruf und Freizeit verschwimmen, wenn sich gestandene Profis Inspirationen und pfiffige Ideen in Elektor holen. Schon auf der Website werden hunderte große und kleine Bauprojekte präsentiert, und so manches Elektor-Projekt stand Pate bei der Entwicklung eines kommerziellen Produkts. Im traditionellen Verbreitungsgebiet ist Elektor schon lange fest etabliert, die Zukunft liegt außerhalb der westeuropäischen Grenzen. Das Interesse an moderner Als Physiker unter den Ingenieuren ist der Redakteur Jens Nickel seit 2005 bei Elektor unter anderem für die News und die (natur-)wissenschaftlichen Storys zuständig. Nebenbei programmiert und pflegt er unsere Redaktions- und Planungsdatenbank, die immer größer und komplexer wird 10/ elektor 17

18 INFO & MARKT ELEKTOR Diese (illegale) Kopie beweist, dass Elektor auch im Iran Interesse findet Elektronik wächst insbesondere in den osteuropäischen Ländern sowie in China. Der Nachholbedarf ist unverkennbar. Die Internationalisierung bis hin zur Globalisierung kommt allen Lesern zu Gute. Die Erfahrung hat gezeigt, dass Expansionen in andere Länder befruchtend zurückwirken. Die Internationalität gehört bei Elektor zum selbstverständlichen Alltagsgeschäft. Die deutsche, englische, französische und niederländische Redaktion arbeiten auch örtlich im gleichen Haus, eine spanische Redaktion wird das Quartett erweitern. Die Hauptbeiträge sind Monat für Monat in allen Sprachen inhaltlich gleich. Aus der originären Sprache, in der ein Beitrag verfasst wurde, wird er in die anderen Sprachen übersetzt. In eigener Regie produzieren die vier Redaktionen länderspezifische Marktinformationen und Leserrubriken. Die mehrsprachige Website ist zu einem unverzichtbaren, zum Teil eigenständigen Bindeglied zwischen Elektor und seinen Lesern geworden. Das Elektor-Labor Alle Bauprojekte, die wir veröffentlichen, alle Schaltungen, die wir entwickeln, alle Module, die wir unterstützend zum Selbstbau anbieten, werden im Elektor-Labor auf Herz und Nieren geprüft. Es liegt in der Natur der Sache, dass die Labor-Mitarbeiter auch einen fast kontinuierlichen Strom von technischen Leserfragen beantworten müssen. Das Elektor-Labor ist als wichtiger Bestandteil des Gesamtkonzepts auch eine ständige Quelle der Inspiration. Neue Bauelemente erwachen hier zum Leben, Anwendungsideen werden entwickelt (und manchmal auch wieder verworfen). Oft sind Mitarbeiter von Unternehmen der Elektronik-Branche Gast des Elektor-Labors. Man spürt, dass sie sich zwischen den Schaltungsaufbauten, Messgeräten, Kabeln und Lötstationen zu Hause fühlen. In unserem neuen Domizil, das wir in Kürze beziehen werden, ist auch Platz für ein erweitertes Audio-Labor. Dort können die Eigenschaften von Audio-Systemen unter anderem mit einem Analyzer des Typs Audio Precision System Two ergründet werden. Ein weiteres wichtiges Betätigungsfeld des Elektor-Labors ist das Entwerfen der zu den Bauprojekten gehörenden Platinen. Vor kurzem wurde die Platinen-Entwicklung vollständig auf den Altium Designer umgestellt. Das Elektor-Labor ist ferner eine wichtige Brücke zu Unternehmen, die sich mit dem Entwickeln elektronischer Systeme beschäftigen. Neue Formen der Zusammenarbeit sind uns stets willkommen. Elektor live Als typisch für Elektor können die Live-Events betrachtet werden, die Elektor über das Jahr verteilt meist in Zusammenarbeit mit Unternehmen oder Institutionen veranstaltet. Hier kann es zum Beispiel um Gebiete wie die Audio- Technik, die Robotik oder die Domotik gehen. Auch Leser- Exkursionen zu entwickelnden und produzierenden Unternehmen der Elektronik-Branche gehören zum Elektor-Programm. Mit verschiedenen Unternehmen bestehen enge Kooperationsabsprachen für das Veranstalten von Events und Seminaren. Dort erhält der interessierte Leser unmittelbaren Zugang zu Informationen über neue Produkte und Anwendungen. Die Nachfrage nach Teilnehmerplätzen übersteigt manchmal die Möglichkeiten. Umzug ins Schloss Der harte Kern der Macher von Elektor besteht aus ungefähr 45 Männern und Frauen, sie agieren in dem kleinen Städtchen Beek, tief im Süden der Niederlande und nicht weit von Aachen. Bob van der Horst, der 1964 Elektuur gründete, wohnte in Beek und errichtete in den siebziger Jahren unmittelbar hinter seinem Wohnhaus ein modernes Verlagsgebäude. Das Gebäude ist inzwischen zu eng und nach 35 Jahren stark erneuerungsbedürftig. Doch ein neues Domizil ist gefunden: Ein richtiges Schloss im nicht weit entfernten Limbricht bietet viel Platz und eine repräsentative Umgebung für die neuen Aktivitäten. Optimistisch in die Zukunft Damals wie heute liegen Elektors Zukunftsperspektiven jenseits nationaler Grenzen. Die Expansion in weitere Länder und neue Regionen bleibt eine Erfolg versprechende Strategie für die Zeitschrift. Die Elektronik ist nicht an Ländergrenzen gebunden, und Entwickler arbeiten heute weltweit zusammen. Electronics worldwide ist Realität! (070661)gd 18 elektor - 10/2007

19 Termine für Elektor Nr. 11 / 2007 Anzeigenschluss: Erscheinungs termin: Anzeigen: Verlagsbüro ID Telefon: (0511) service@id-medienservice.de Internet: 10/ elektor 19

20 PRAXIS AUDIO MUGEN Hybrid Aud Das Beste aus zwei Welten Von Wim de Haan Audioverstärker gibt es in vielen Konfigurationen, mit Transistoren, mit FETs, ICs oder Röhren. Der hier vorgestellte Verstärker wurde als Kombination von Transistor- und Röhrentechnik entworfen. Er vereinigt die Vorteile, die beide Welten bieten. So ist die Bezeichnung Hybrid nicht fehl am Platze. Das Resultat ist ein Verstärker mit audiophilen Eigenschaften. Die Röhre erlebt seit Jahren ein Comeback in der Audio-Welt. Viele kommerzielle und Selbstbau-Röhrenverstärker jüngeren Datums zeugen davon, obwohl der Preis im Vergleich zu transistorisierten Geräten wegen der erforderlichen Hochspannungs- und Ausgangstrafos relativ hoch ist. Vor allem ein hochqualitativer Ausgangstransformator stellt eine große Investition in den guten Klang dar. Diese Bauanleitung bietet eine preisgünstige und gewiss nicht schlechtere Lösung des Problems, indem sie zwar im Eingangsbereich Röhren verwendet, im Leistungsteil aber die Röhren und den Ausgangstrafo durch eine Schaltung mit modernen Transistoren ersetzt, die einen Lautsprecher direkt ansteuern kann. Die Steuerschaltung Der Verstärker in Bild 1 besteht aus einem Spannungs- und einem Stromverstärker. Der Spannungsverstärker, auch Steuerschaltung genannt, ist mit den beiden Röhren V1 und V2 und einigen wenigen zusätzlichen Bauteilen realisiert. Die Steuerschaltung sorgt für eine ausreichende Spannungsverstärkung des Eingangssignals um die in der Praxis üblichen db. Die Stromabteilung mit den beiden Endtransistoren Q4 und Q5 steuert keine Spannungsverstärkung bei, sondern fungiert als reine Leistungsstufe zur Ansteuerung der 4-- oder 8--Lautsprecher. Der Spannungsverstärker muss etwa 25 V eff an den Stromverstärker liefern, um die Endstufe vollständig aussteuern zu können. Wichtig ist, an diesem Punkt eine möglichst niedrige Verzerrung des Audiosignals zu erreichen, da der Verstärker keine Über-alles-Gegenkopplung besitzt. Außerdem gilt es zu beachten, dass die Steuerschaltung die 10-k-Impedanz ansteuern kann, die durch die Parallelschaltung von zwei 20-k-Widerständen ((R11+P3)//R16) gebildet wird. Diese Impedanz könnte man durch Bootstrapping oder durch den Einsatz von MOS- FETs als Treiber erhöhen, doch passen weder Bootstrapping noch MOSFETs zu diesem Verstärkerkonzept. Der Autor hat in anderen, völlig mit Röhren ausgestatteten Projekten einige Erfahrung mit Steuerstufen gesammelt, die eine hohe Signalspannung mit niedriger Verzerrung liefern müssen. Das so genannte Long-tail- Konzept ist geradezu prädestiniert für diese Anforderungen, zudem fungiert es gleichzeitig auch als Phasendreher und bietet einen kleinen Trick, den wir später noch verraten werden. Die als long-tailed pair schon seit 1936 bekannte Schaltung lässt sich als Differenzverstärker betrachten, der die Differenz zwischen zwei Steuergittern verstärkt. Am linken Eingang wird das Eingangssignal angeboten, während der rechte Eingang hier auf Masse liegt. Das resultierende Ausgangssignal folgt dem Eingangssignal in verstärkter Form. Ein Pluspunkt dieser Konfiguration ist die Möglichkeit, dem rechten Eingang ein Gegenkopplungssignal anzubieten, das vom originalen Eingangssignal abgezogen wird. Das Resultat dieser Gegenkopplung ist eine Verminderung der Verzerrungen. Die gemeinsamen Kathoden beider Hälften der ECC83 können als dritter Eingang gesehen werden, der eine lokale Gegenkopplung von 6 db bewirkt. Die Schaltung weist zwei Ausgänge auf, die um 180 Grad phasenverschoben sind. Die linke Anode ist in Phase zum Eingangssignal, die rechte Anode ist verschoben. Normalerweise verwendet ein long-tailed pair einen gemeinsamen Kathodenwiderstand (davon leitet sich auch der Name ab), hier allerdings übernimmt eine Stromquelle diese Aufgabe. Die Eigenschaften der Schaltung (insbesondere die Verzerrungswerte) verbessern sich durch den hohen dynamischen Innenwiderstand R i der Stromquelle, darüber hinaus lässt sich der Strom für die ECC83 leicht mit einem Trimmpoti einstellen. Die ECC83 ist dank der hohen Verstärkung von 100 und durch ihre gute Erhältlichkeit die ideale Wahl für diese Anwendung. Warum muss aber die Verstärkung so hoch sein? Das long- Mugen Hybrid Amp Mugen (mu-gen) ist ein japanisches Wort, das am besten mit unendlich oder endlos übersetzt werden kann. Endless ist auch ein Stück auf der Live-CD Changeless des Keith Jarrett Trios. Dieses Werk inspirierte den Autor zum Entwurf des Verstärkers Mugen. Bild 1. Der Hybrid-Verstärker besteht aus einer Röhren-Vorstufe und einer Leistungsendstufe mit Transistoren. 20 elektor - 10/2007

21 overstärker R8 2k43 JP1 6V3 V2 4 V1 392k 47 R1 R2 1k R C14 100n 6V3 274 R9 V1.A V 150k R10 R3 2W ECC V1.B LED V +190V 8 C13 50V 3 Q6 +307V 150k +1V6 TP3 R4 2W R5 1k 2 2x BC550B Q7 P1 2k C12 100n 182 1k5 R24 R U1 V2.A R6 7 LM D4 Cfb 56p V 1N k R th = 21K/W C39 25V C1 100n 400V ECC88 10 Optionales FB zum Verstärkerausgang (6 db FB) R7 3W C11 50V +310V C V C V 18k P2 5k 20k R11 R16 P3 5k TP2 R TP1 Q1 BD139 R R12 1k C4 270 C8 270 R20 1k Q2 2SC2073 Q4 R14 22 R Q3 2SA940 Q5 R18 22 R SC5200 R W R SC1815BL 4W R45 Qbax 100 2SC5200 D2 UF4007 D3 UF R23 2W C7 100n C5 100n C9 100n C V Einschalt- und DC-Überwachung RLY1-Schaltung RLY1 C V +38V LS -38V / elektor 21

22 PRAXIS AUDIO Spezifikationen (gemessen ohne Über-alles-Gegenkopplung) Eingangsempfindlichkeit: 825 mv (8 ) 770 mv (4 ) Eingangsimpedanz: 300 k Verstärkung: 29 db (23 db mit Gegenkopplung) Ausgangsleistung (THD=1%): 70 W an W an 4 THD+noise bei 1 W/8 : < 0,1 % bei 10 W/8 : <0,15% Dämpfungsfaktor: 20 (bei 8 Last) tailed pair besitzt eine lokale Gegenkopplung von 6 db. Ein normaler Verstärker mit der ECC83 und geerdeter Kathode kann gut 35 db verstärken. Die hier eingesetzte Long-tailed-pair- Schaltung verstärkt um etwas mehr als 29 db. Ursprünglich sollte der Verstärker überhaupt keine Über-alles-Gegenkopplung besitzen. Es wurde hier aber die Möglichkeit eingebaut, durch einen Jumper eine Über-alles-Gegenkopplung mit 6 db zu aktivieren. So kann man selbst bestimmen, ob man eine Gegenkopplung einsetzt oder nicht. Die Eingangsempfindlichkeit beträgt auch mit Über-alles-Gegenkopplung für alle Anwendungen ausreichende 23 db. Hier steckt der eingangs erwähnte Trick: Bei einer herkömmlichen Widerstandsverstärker-Schaltung ist eine Über-alles-Gegenkopplung nicht auf die übliche Manier durchführbar, indem das Ausgangssignal zur Kathode zurückgeführt wird. Das Ausgangssignal befindet sich in Phase mit dem Eingangssignal, sodass eine Mitkopplung auftritt. Das Signal des Long-tailed pair an V1b ist aber in Gegenphase und erlaubt daher eine Über-alles-Gegenkopplung. Über-alles-Gegenkopplungen in Audioverstärkern sind Gegenstand zahlreicher kontroverser Diskussionen. Die Erfahrungen des Autors zeigen, dass ein stark gegengekoppelter Verstärker weniger offen und frisch klingt als einer ohne Gegenkopplung. Ein wenig Gegenkopplung von 6 db scheint ein guter Kompromiss zu sein. Die ECC83 hat den Nachteil einer relativ hohen Ausgangsimpedanz. Des- halb ist ein Kathodenfolger nachgeschaltet, der die Endstufe gut ansteuern kann. Der Kathodenfolger besitzt eine niedrige Ausgangsimpedanz von weniger als 500, während die Ausgangsimpedanz des Long-tailed pair etwa 50 k beträgt. Nach eingehenden Analysen wurde eine ECC88 als würdig empfunden, die Aufgabe als Kathodenfolger zu übernehmen. Die Röhre ist so eingestellt, dass eine maximale Anodenspannung von 130 V DC nicht überschritten wird. Die eingesetzte E88CC von JJ verträgt sogar eine Anodenspannung von 220 V gemäß den Vorgaben der E88CC von Philips. Der hohe Wert des Kathodenwiderstands der ECC83 erlaubt eine direkte Kopplung mit der ECC83. Die ECC88 stellt sich dank der starken Gleichspannungs-Gegenkopplung über den Kathodenwiderstand R7 von selbst ein. Ein weiterer Vorteil des eingesetzten Kathodenfolgers ist, dass die Kathodenspannung im kalten Zustand 0 V beträgt. Beim Aufheizen der ECC88 steigt die Kathodenspannung gleitend auf ihren Sollwert von ungefähr +194 V DC. Die Koppelkondensatoren laden sich langsam auf, sodass Störgeräusche vermieden werden. Eine deutliche Verbesserung lässt sich erzielen, wenn man den Kathodenwiderstand R7 durch eine Stromquelle ersetzt. Mit einer IXYS-Stromquelle (IX- CP10M45) bleiben die Verzerrungen bis zu einer Ausgangsleistung von 45 W unter 0,1% (ohne Gegenkopplung)! Dieses IC ist allerdings schwer zu beschaffen, sodass diese Möglichkeit nicht genutzt wird. Der hier vorgestellte Verstärker ist aus praktischen Überlegungen mit Röhren von JJ ausgerüstet, da diese aus aktueller Produktion stammen und deshalb gut erhältlich, recht preiswert und dennoch qualitativ hochwertig sind. Die 6N1P wird oft als Ersatz für die ECC83 angesehen, aber im Mugen- Verstärker ist der Einsatz nicht möglich, da mit dieser Röhre nicht mehr akzeptable Verzerrungswerte gemessen wurden. Eine interessante und einfache Modifikation ist dagegen mit der 5751 an Stelle der ECC83 denkbar. Beide Röhren sind direkt austauschbar. Die Verstärkung liegt ein wenig niedriger, was aber keine Probleme macht. In Hörtests konnte die Kombination einer 5751 (ECG/Philips, NOS) mit einer JJ ECC88 überzeugen. Wenn der Verstärker auf eine ECC83 abgeglichen ist, 22 elektor - 10/2007

23 stellt sich beim Wechsel auf eine 5751 eine Spannung von ungefähr 2,2 V an TP3 ein. Die Koppelkondensatoren Die Signalverbindung zwischen Röhren- und Transistorteil verläuft über zwei hochwertige Koppelkondensatoren. Sie dürfen auf keinen Fall weggelassen beziehungsweise überbrückt werden, beträgt die Kathodenspannung der ECC doch immerhin rund +194 V DC. Dennoch ein heißes Eisen und bei vielen Audiophilen ein rotes Tuch: Koppelkondensatoren haben leider oft einen entscheidend schlechten Einfluss auf die Klangqualität des Verstärkers, das haben auch wir in vielen Hörsitzungen deutlich zu spüren bekommen. Schließlich wurden Typen aus der ClarityCaps SA-Serie erwählt. Das Preis/Leistungsverhältnis ist ordentlich, die SA-Serie ist für sehr hohe Arbeitsspannungen bis 600 V und damit für Hochspannungsanwendungen mit Röhren hervorragend geeignet. Das Platinenlayout ist auch für entsprechende Typen von Wima und Solen ausgelegt, die eine Arbeitsspannung von wenigstens 400 V DC aufweisen. Der Koppelkondensator bildet mit der Eingangsimpedanz des Transistorteils ein RC-Filter 1/(2x3,14x3,3Fx10k). Die Kapazität von 3,3 μf ergibt eine untere Grenzfrequenz von deutlich weniger als 10 Hz. Die Stromabteilung Der Strom- beziehungsweise Leistungsteil des Verstärkers verwendet Transistoren. Üblich sind MOSFETs aus der BUZ900P- oder 2SK1058-Familie, doch beim Mugen-Audioverstärker fiel die Wahl auf bipolare Typen. Die Treibertransistoren sind alte Bekannte und werden oft in Audioverstärkern eingesetzt. Sie besitzen ausgezeichnete Spezifikationen für Audioanwendungen und sind darüber hinaus preiswert. Die Endtransistoren vom Typ 2SC5200 sind speziell für Audioanwendungen entworfen und können deshalb mit außerordentlich guten Leistungen bei der Audiowiedergabe aufwarten. Sie sind gut erhältlich (achten Sie aber darauf, dass Sie sich keine Piratenprodukte einhandeln) und dank ihres großzügig bemessenen SOAR-Bereichs sehr robust. Der 2SC5200 ist in zwei Versionen (Suffix O und Y) erhältlich, die sich in ihrem hfe-bereich unterscheiden. Beide Versionen sind in unserer +42V LM317 Anwendung brauchbar, allerdings sollten alle Endtransitoren des Verstärkers das gleiche Suffix aufweisen. Die Leistungsabteilung besitzt eine gewöhnliche quasi-komplementäre Ausgangskonfiguration mit zwei identischen NPN-Ausgangstransistoren. Diese Konfiguration mag altmodisch erscheinen, sind doch moderne Verstärker echt komplementär mit einem NPN- und einem PNP-Transistor ausgestattet. Der quasi-komplementäre Ausgang wurde in den 70ern und Anfang der 80er Jahre gerne eingesetzt, weil es damals noch keine komplementären PNP-Transistoren gab (oder sie sehr teuer waren). Merkwürdigerweise haben quasi-komplementäre Ausgangskonfigurationen einen schlechten Ruf, doch völlig zu Unrecht, denn mit einem quasi-komplementären Aufbau lassen sich hervorragende Resultate erzielen. Der größte Pluspunkt ist natürlich, dass beide Endtransistoren nahezu identisch sind, anders als dies auch bei modernen Komplementärpärchen der Fall wäre. Nicht ohne Grund finden sich in modernen High-end-Verstärkern immer noch eine NPN-oder PNP-Konfiguration am Ausgang, beispielsweiseise beim Hersteller Naim. Auch der brandneue Denon D5 1N4001 U2 Rth = 21K/W C V Verstärkerausgang 2x 47 25V 3k3 100k R27 R33 C19 C20 R34 100k 182 R26 100k C V R35 RLY1 = Amplimo LR 24V D6... D8 = 1N4148 RLY1 Q8 BS170 D6 1M 1M 330k R28 R29 R30 D8 PMA1500AE verwendet eine quasikomplementäre NPN-Ausgangsstufe mit zwei N-FETs der UHC-Serie (Ultra High Current). Die gewählte Betriebsspannung für den Leistungsteil ist mit 38 V DC optimal für unsere Endstufe und hoch genug, um problemlos 8-- und auch 4--Lasten ansteuern zu können. Schaltungsdetails C V 2x BC547B R31 Widerstand R1 fungiert als Gitterableitung für V1a. Der Wert ist nicht kritisch, dennoch ist dieser Widerstand essentiell, denn ohne diesen Widerstand könnte die Röhre keine negative Spannung für ihre DC-Einstellung bilden. R2 bildet mit der Eingangskapazität der ECC83 einen Tiefpass und unterdrückt so Schwingneigung. Dies gilt auch für R5 in Verbindung mit der Eingangskapazität der ECC88. Die Anodenwiderstände R3 und R4 sind so dimensioniert, dass die Anoden von V1 auf einer Spannung von gut +190 V liegen. Damit wird ein korrekter Anodenstrom von 0,8 ma erreicht. Die Verlustleistung bleibt so sicher innerhalb der erlaubten Grenzen der Röhre. 10M D7 Q Bild 2. Die Schaltung sorgt für eine Einschaltverzögerung und schützt die Lautsprecher vor Gleichspannungsfehlern am Verstärkerausgang. +24V 1k R32 Q10 10/ elektor 23

24 PRAXIS AUDIO Amplimo 3N604 NETZ 230V F1 400mA T rosa F2 siehe Text * 115V schwarz 1A6 T weiß 115V braun T1 T2 rot 250V gelb violett 30V violett blau 6V3 grau 28V D9...D12 = BY V * C23 2n2 * C29 2n2 D9...D12 B1 R W C V B2 +360V * C V DF06M 600V - 1A C V * C31 C25 100n R37 1W R38 1W U3 C22 100n Z1 D13 1N4007 C32 SK104 14K/W TL783 82k R40 3W +42V 110V 1W3 C33 6V3 6V3 330 C34 R V C V 150k +38V R42 1k 1W R43 1k 1W R41 3W C27 400V C V L 400V +310V R gegenkommt. Zwar wären die Verzerrungen bei einem höheren Strom eine Winzigkeit geringer, aber durch die höhere Verlustleistung wäre die Röhre auch deutlich schneller verbraucht. Q1 bestimmt den Ruhestrom der Endtransistoren und muss für eine gute Temperaturstabilität in der Nähe der Endtransistoren montiert werden. Der Ruhestrom ist minimal, wenn der Schleifer von P2 in Richtung des Kollektors von Q1 gedreht ist. Für eine stabile und genaue Einstellung sollte P2 ein hochwertiges 10-Gang-Trimmpoti sein. R11+P3 und R16 bestimmen nicht nur die Gleichspannungseinstellung des Ausgangs, sondern auch die Eingangsimpedanz des Stromteils von ungefähr 10 k (20 k//20 k). Würde man MOSFETs in der Schaltung einsetzen, könnten die Widerstände hochohmiger ausfallen. Hier ist das aber nicht möglich, da für Q2 und Q3 ein ausreichender Basisstrom fließen muss. R12/C4 und R20/C8 bilden zusätzliche, aber unentbehrliche Entkopplungsnetzwerke. C4 und C8 sind mit 270 μf dimensioniert, es dürfen aber auch μf sein. Mit P3 wird der Gleichspannungsoffset der Endstufe auf null abgeglichen. Eine aktive DC- Regelung in Form eines Integrators mit Opamp kommt hier nicht in Frage, da eine solche Schaltung nach Beobachtung des Autors die Klangqualität des Verstärkers mindert. NETZ 230V Amplimo V C30 2n2 400V - 35A * B3 400V - 35A Bild 3. Das Netzteil liefert vier verschiedene Spannungen. 2n2 * C35 2n V C V V C V V C V -38V Der Long-tailed pair rund um V1 verwendet eine Stromquelle, die mit Q6 und Q7 aufgebaut ist. Die LED sorgt für die Referenzspannung. Der Strom ist einfach mit P1 einzustellen und beträgt ungefähr 1/P1. Die Stromquelle verwendet eine separate Spannungsversorgung mit einem LM337, der 12 V liefert. Die Über-alles-Gegenkopplung wird dem Long-tailed pair am Steuergitter von V1.b angeboten. Das Verhältnis von R8 und R6 bestimmt den Gegenkopplungsgrad (hier +6 db). Als Option kann ein kleiner Kondensator (56 pf) parallel zum Gegenkopplungs- Widerstand geschaltet werden, um die Stabilität zu erhöhen. Die Einstellung der ECC88 wurde so gewählt, dass bei einer effektiven Anodenspannung von etwa +115 V DC ein Strom von ca. 9 ma fließt. Die Verlustleistung ist mit 1 W gering, was der Lebenserwartung der Röhre sehr ent- Q2 und Q4 bilden einen Darlington, der für ausreichende Stromverstärkung sorgt. Bei Q3 und Q5 verhält es sich ähnlich, nur wird diese Zusammenstellung Sziklai-Paar genannt, weil es einem PNP-Transistor entspricht. Die quasi-komplementäre Schaltung verwendet eine nach Peter Baxandall benannte Baxandall-Diode zur Linearisierung und besseren Symmetrierung, wie sie in Elektor schon 1972 (!) beim Equa-Verstärker eingesetzt wurde. Allerdings suchen Sie das Diodensymbol im Schaltplan vergeblich, weil ein als Diode geschalteter Transistor (Qbax) diese Aufgabe übernimmt, und zwar besser als eine echte Diode: Der Verzerrungsanalyser zeigte bei einer Diode 0,22%, bei dem hier eingesetzten 2SC1815-BL nur 0,08% an (bei 1 W). Die O-, Y- und GR-Versionen dieses Transistors funktionieren zwar auch, bringen aber keine besseren Verzerrungswerte als eine Diode. Bei einer höheren Leistung (über etwa 5 W) gleichen sich die Verzerrungswerte an. Statt des 2SC1815BL kann auch ein 2SC2073 (schlechter) oder eine 1N4007 (noch 24 elektor - 10/2007

25 Bild 4. Die Verstärkerplatine kann in zwei Teile getrennt werden, wenn es die Anordnung der Platinen im Gehäuse erforderlich macht. schlechter) eingesetzt werden. Durch die inhärente lokale Gegenkopplung ist die Ausgangsstufe sehr stabil, was die Temperaturdrift und den Ruhestrom betrifft. Als Emitterwiderstände sind induktionsfreie MOX-Typen Pflicht (Intertechnik bietet eine Reihe mit geringen Abmessungen). Das Zobel-Netzwerk R23/C7 am Verstärkerausgang sorgt für Stabilität über 100 khz. Um Oszillationen vorzubeugen, verfügen alle Transistoren der Ausgangsstufe über einen Basiswiderstand (R13, R17, R14 und R18), wobei die Widerstände für die Treibertransistoren R13 und R17 unnverzichtbar sind. Der Wärmewiderstand des Kühlkörpers für jede Endstufe sollte 0,7 K/W oder geringer sein, um jegliche Gefahr einer Überhitzung auszuschließen. Die Einschalt- und DC-Sicherungsschaltung in Bild 2 ist mit Relais RLY1 und dem MOSFET Q8 aufgebaut. Sie wurde schon einmal im High-end- Poweramp (Elektor 3/2005) eingesetzt. Die Einschaltverzögerung beträgt etwa 30 s. Bei einer gefährlich hohen Gleichspannung am Ausgang trennt ein für Audio-Zwecke optimales Relais die Lautsprecher vom Verstärker. Optional (und nicht eingezeichnet) ist ein LR-Netzwerk in Reihe mit dem Ausgang, das den Verstärker auch für Lautsprecher mit unter Umständen kapazitivem Verhalten optimiert. Die 4-μH-Spule besteht aus 16 Windungen mit 0,75-mm-Kupferlackdraht und 6,3-mm-Wickeldorndurchmesser. Parallel zur Spule ist ein Widerstand 15 /2 W geschaltet. Das Netzteil Die Hochspannungsabteilung (Bild 3) verwendet ein Regler-IC TL783 mit einer Eingangsspannung von ungefähr +360 V DC. Der verwendete Ringkern- Hochspannungstrafo von Amplimo sorgt für diese Spannung auf etwas unorthodoxe Weise: Die 250-V-Wicklung ist so großzügig bemessen, dass sie von den Röhren so gut wie nicht belastet wird. Dadurch erhält man eine Sekundärspannung, die deutlich höher ist als die nominellen 250 V. Dies ist bei Verwendung eines anderen Trafotyps zu berücksichtigen. Der TL783 erhält einen kleinen, isoliert angebrachten Kühlkörper. Der Widerstandsteiler R39/R40 stellt den Spannungsregler auf eine Ausgangsspannung von circa +360 V ein. R41 entlädt die Elkos nach dem Ausschalten. R40 und R41 müssen 3 W verheizen können. R42/C27 und R48/C28 sind zusätzliche RC-Netzwerke, die den linken und den rechten Kanal entkoppeln. Die resultierende Hochspannung für V1 und V2 beträgt ungefähr +310 V DC. Wenn für C23 kein WIMA FKP1 Typ zur Verfügung steht, sollte der Kondensator ganz weggelassen werden. Die 30-V-Wicklung wird zur Versorgung der Einschaltverzögerung benötigt. Die Heizwechselspannung kann nicht direkt auf Masse bezogen werden (an der Kathode der ECC88 liegt nämlich nicht Massepotential, sondern eine Spannung von +195 V), so dass ein Kondensator (C15, auch 0,47 μf möglich) für die Massekopplung sorgt. Diese floatende Methode funktioniert gut und respektiert die maximale Heizspannung der ECC88. R36 bestimmt die Höhe der Heizspannung, die möglichst genau 6,3 V betragen sollte. Das Netzteil ist für Stereo geeignet, kann aber auch nur eine Mono-Endstufe versorgen. Bei Stereo-Betrieb mit einem Trafo kann man (muss aber nicht) R37, R38 und C15 nur auf einer Verstärker-Platine montieren. Die 38-V-Versorgung für den Transistorteil ist einfach, aber effektiv aufgebaut: Ein Ringkerntrafo mit 2 x 28 V AC sekundär ist, was die Ausgangsleistung betrifft, optimal. Wenn man die üblicheren Typen mit 2 x 25 V AC verwendet, fällt die maximale Ausgangsleistung etwas geringer aus. Die beiden 2,2-μF-Kondensatoren (Wima FKP-1) sorgen für eine zusätzliche Entkopplung. Aufbau Die Bilder 4 und 5 zeigen die Platinen für den Mono-Verstärker und das Netz- 10/ elektor 25

26 PRAXIS AUDIO Bild 5. Die Kapazitäten auf der Netzteilplatine sind für einen Stereo-Verstärker ausreichend. Stückliste Verstärker und Spannungsversorgung (für einen Stereo-Verstärker müssen alle Verstärker- Bauteile zwei Mal angeschafft werden) Widerstände: (1% Metallfilm 600 mw, wenn nicht anders angegeben) R1 = 392 k R2,R5,R12,R20,R32 = 1 k R3,R4 = 150 k/2 W (BC PR02 Serie) R6,R15,R19,R45 = 100 R7 = 22 k/3 W (BC PR03 Serie) R8 = 2k43 R9 = 274 R10 = 560 R11 = 18 R13,R17 = 392 R14,R18 = 2,2 R16 = 20 k R21,R22 = 0,22 /4 W (Intertechnik MOX) R23 = 10 /2 W R24,R26 = 182 R25 = 1k5 R27 = 3k3 R28,R29 = 1 M R30 = 330 k R31 = 10 M R33, R34, R35 = 100 k R36 = selbst zu bestimmen (0,22 mit 3N604) R37,R38 = 100 /1 W (siehe Text) R39 = 330 R40 = 82 k/3 W R41 = 150 k/3 W R42,R43 = 1 k/1 W R44 = 4,7 P1 = 2 k,15-gang-trimmpoti, T93YB (Vishay) oder 3296Y (Bourns) P2,P3 = 5 k,15-gang-trimmpoti, T93YB (Vishay) oder 3296Y (Bourns) Kondensatoren: C1 = 100 n/400 V DC C2,C3 = 3,3 /400 V DC (ClarityCap SA 630 V Audiograde Kondensator) C4,C6,C8,C10 = 270 /50 V (Panasonic FC, Farnell-Bestellnr ) C5,C9,C12,C14,C22 = 100 n/50 V C7 = 100 n (Vishay MKP-1834, Farnell Bestellnr ) C11,C16,C17 = 10 /50 V C13 = 47 /50 V C15 = 1 /250 V (z.b. Wima Folienkondensator, siehe Text) C18 = 22 /63 V C19,C20 = 47 /25 V C21 = 220 /50 V C23 = 2n2 (Wima FKP-1/700 V AC, siehe Text) C29,C30,C31,C35 = 2n2 (Wima FKP-1/ 700 V AC ) C24 = 150 /450 V C25 = 100 n/450 V DC C26 = 10 /400 V C27,C28 = 22 /400 V C32,C33,C34,C36,C37,C38 = 4700 /63 V (BC056, 30x40 mm, z.b. Conrad Bestellnr ) C39 = 10 /25 V Cfb = 56 p (optional) Halbleiter und Röhren: D1 = nicht erforderlich D2,D3 = UF4007 (evt. 1N4007) D4,D5 = 1N4001 D6,D7,D8 = 1N4148 D9,D10,D11,D12 = BY228 D13 = 1N4007 LED1 = LED 5 mm, rot Z1 = Z-Diode 110 V/1,3 W Q1 = BD139 Q2 = 2SC2073 Q3 = 2SA940 Q4,Q5 = 2SC5200 Q6,Q7 = BC550B Q8 = BS170 Q9,Q10 = BC547B Qbax = 2SC1815BL U1 = LM337 U2 = LM317 U3 = TL783 (Texas Instruments) V1 = ECC83 (u.a. JJ Electronics) V2 = ECC88 (u.a. JJ Electronics) Außerdem: B1 = Brückengleichrichter 600 V/1 A (DF06M) B2,B3 = Brückengleichrichter 400 V/35 A T1 = Netztrafo, sek. 30 V V + 6,3 V (Amplimo Typ 3N604) T2 = Netztrafo, sek. 2 x 28 V AC, 300 VA (Amplimo Typ 78057) RLY1 = Ausgangsrelais 24 V (z.b. Amplimo Typ LR) Kühlkörper für U3, SK104 25,4 STC K/W (z.b. Conrad ) Kühlkörper für U1 und U2, FK137 SA 220, 21 K/W (z.b. Conrad ) Kühlkörper für Q4 und Q5, 0,7 K/W oder länger Röhrenfassung Noval für Platinen zur Aufnahme von V1 und V2 Verstärkerplatine EPS (mono) Spannungsversorgungsplatine EPS Mögliche Bezugsquellen Ringkern-Netztrafos und Ausgangsrelais ClarityCap SA Kondensatoren Hersteller: Distributor (D, A, CH): 26 elektor - 10/2007

27 teil. Die Layouts können von der Elektor-Website heruntergeladen werden. Für einen Stereoverstärker benötigen Sie mindestens eine Netzteil- und zwei Verstärkerplatinen. Die Stückliste zeigt einige Bauteile mit sehr spezifischen Beschreibungen oder Typennummern. Wenn Sie diese und keine Ersatztypen einsetzen, holen Sie das Maximum aus dem Verstärker, ansonsten müssen Sie mit Qualitätseinbußen rechnen. Der Aufbau des Netzteils bereitet keine Probleme. Für die Spannungs- und Masseanschlüsse sind gutqualitative Flachstecker zu verwenden, dann wird die Verdrahtung sehr bequem. Die Verstärkerplatine kann in zwei Teile getrennt werden, sodass sich der Leistungsteil direkt am Kühlkörper und der Vorverstärker an anderer Stelle montieren lässt. Die Kabelverbindungen zwischen beiden Teilen müssen aber so kurz wie möglich gehalten werden. Bild 6 macht deutlich, wie die Transistoren des Leistungsteils montiert werden müssen (allesamt isoliert). Die Transistoren werden zunächst auf dem vorbereiteten Kühlkörper angebracht, dann die Beinchen abgewinkelt und die Platine am Kühlkörper festgeschraubt. Erst wenn alles sicher befestigt ist, werden die Transistoren verlötet. Bild 6. So werden die Transistoren des Leistungsteils montiert. Beim Musteraufbau wurde ein (leider sehr teures) Gehäuse mit zwei großen Kühlkörpern an den Seiten verwendet, das die ganze Elektronik problemlos aufnimmt (Bild 7). In Gehäusemitte sind die beiden Trafos und die Gleichrichterbrücken für die 38-V-Versorgung zu sehen, und über T1 befindet sich die Netzteilplatine. Netzteil und Verstärkerplatine besitzen verschiedene Masseanschlüsse. Um Erdschleifen zu vermeiden, dürfen die Massepunkte von 38 V, von +42 V und von +310 V nicht untereinander verbunden werden. Stattdessen führt man sie separat zu einem zentralen Massepunkt (Bild 8). Der 4,7--Widerstand R44 zwischen Eingangsnull und Masse ist optional und kann durch eine Brücke ersetzt werden, beim Musteraufbau war er allerdings notwendig, um auch das leiseste Brummen auszumerzen. Alle verwendeten Abstandsröllchen sollten aus Kunststoff bestehen, da bei metallischen Ausführungen die Gefahr von Kurzschlüssen zwischen Leiterbahnen und Gehäuse besteht. 10/ elektor 27

28 PRAXIS AUDIO Auf der Primärseite des Netzteils benötigt man eine Netzspannungseingangsbuchse, einen doppelpoligen Netzschalter mit Lampe und zwei Sicherungshalter für die Trafos. Werfen Sie dazu auch einen Blick auf die Elektor-Sicherheitsseite ( de/sicherheit). Abgleich Vor dem ersten Einschalten sollten nochmals alle Bauteile und Verbindungen kontrolliert werden. Überprüfen Sie die Isolation der Transistoren untereinander und zum Kühlkörper (manchmal können stehengebliebene Grate einen Kurzschluss verurachen). Wenn auch noch die Polarität der Elkos und die Platzierung der Röhren (ECC83 und ECC88 dürfen nie vertauscht werden!) stimmt, kann der Abgleich beginnen. Der Verstärker hat drei Abgleichpunkte: P1 stellt den Strom durch die ECC83 ein. P2 ist für den Ruhestrom durch die Endtransistoren zuständig. P3 beeinflusst die Gleichspannungseinstellung am Ausgang. Vor dem Einschalten dreht man den Schleifer von P2 zum Kollektor von Q1 (geringster Ruhestrom). Dazu findet man auf der Platine die beiden Messpunkte TP1 und TP2. P1 stellt man (am besten vor dem Einlöten) auf etwa 800. Nach dem Einschalten gleicht man es so ab, dass das DVM an TP3 eine Gleichspannung von +1,6 V anzeigt. Diese Spannung ist nicht kritisch, sollte aber in einer Spannung von +195 V (±5%) über R7 resultieren. Die ebenfalls davon abhängige Anodenspannung von V1b soll bei rund +190 V liegen. Ohne Eingangssignal und ohne Last gleicht man nun P2 und P3 ab. Mit P3 gleicht man die Offsetspannung am Ausgang auf ein Minimum ab. Dabei darf der Wert zwischen 50 mv und +50 mv fluktuieren. Zur Ruhestromeinstellung mit P2 misst man den Spannungsabfall am Emitterwiderstand R21 (oder R22) und stellt das Timmpoti so ein, dass das Messgerät mv Bild 7. Ein Blick in den vollständig aufgebauten Verstärker. 28 elektor - 10/2007

29 anzeigt, was einem Ruhestrom von ma entspricht. Nach einer Aufwärmzeit von etwa 15 Minuten müssen alle Werte kontrolliert und gegebenenfalls beigestellt werden. In der nächsten Stunde sollte man den Abgleich noch ein paar Mal überprüfen. Zwischendurch kann man auch etwas Musik hören, sicherheitshalber über einen möglichst preiswerten Lautsprecher Zur Beachtung! Seien Sie vorsichtig beim Messen. An vielen Punkten der Schaltung beziehungsweise der Platinen liegt Hochspannung. Auch nach dem Abschalten kann noch einige Zeit eine gefährliche Restpannung vorhanden sein. Ein- und Ausgangsverbindungen dürfen nur bei abgeschaltetem Verstärker eingesteckt oder abgezogen werden, sonst gefährden Sie Ihre Lautsprecher! Resultate Trotz der fehlenden Über-alles-Gegenkopplung sind die Verzerrungswerte recht gering, sie liegen bei kleinen Ausgangsleistungen unter 0,1 %. Dieser respektable Wert wird durch die sorgfältige Dimensionierung und die Wahl der Bauteile erreicht. Auch der Dämpfungsfaktor bleibt im Rahmen, was ja bei Endstufen ohne Gegenkopplung oft ein Problem darstellt. Über die Klangeigenschaften eines Verstärkers zu reden und zu schrei- ben, ist wegen der Subjektivität jeder Wahrnehmung nicht unproblematisch. Dennoch hier ein kleiner Versuch: Der Verstärker ist in der Lage, einen prächtigen Studiosound wiederzugeben. Die Bässe werden gut kontrolliert und das dynamische Verhalten ist überzeugend. Da der Mugen-Verstärker auch ehrlich klingt, also keinen übertriebenen Röhrensound produziert, ist der Hörgenuss groß. Vorstufe in Röhren- und Endstufe in Transistortechnik: Der Mugen-Verstärker bietet das Beste aus zwei Welten, und dies zu Kosten, die nicht mit der Venunft kollidieren... (070069)rg Chassis Masse -LS Eingangssignal R44 = 4Ω7 Widerstand um Masseschleife zu vermeiden Bild 8. So werden die verschiedenen Masseanschlüsse im Gehäuse zu einem zentralen Massepunkt geführt, der den Kontakt mit dem Gehäuse herstellt. 10/ elektor 29

30 PRAXIS SPANNUNGSVERSORGUNG Störungsfrei genießen Netzfilter für saubere Audio-Power Von Joost Waegebaert Beim Anhören seiner Lieblings-CD kann dem Audio-Liebhaber manchmal auffallen, dass die Wiedergabe beim letzen Mal irgendwie besser war oder dass es diesmal viel besser klingt als letzte Woche. Der Unterschied in der Wiedergabequalität kann nicht direkt auf die Bestandteile der sorgfältig zusammengestellten Audiokette zurückgeführt werden, und dies erfüllt den Audiophilen mit einigem Ungebehagen. Um alle technischen Ursachen auszuschließen, benötigt man ein effektives Netzfilter. Das Schöne am Audio-Hobby ist die Freiheit, die Bestandteile der Audiokette so lange selbst zu bauen, zu modifizieren oder auszutauschen, bis die gesamte Installation perfekt klingt. Das Erreichen dieses Ziels ist nicht wissenschaftlich festzustellen, sondern eine subjektive Angelegenheit, die Anlass zu zahlreichen und kontroversen Diskussionen und Meinungen gibt. Diese Diskussion soll nicht Inhalt dieses Artikels sein, wir konzentrieren uns vielmehr auf das eingangs genannte Phänomen: Warum klingt dasselbe Quellmaterial mal besser, mal schlechter? In Rauschen verhüllt... Natürlich spielt beim Hören von Musik die Gemütsverfassung des Hörers eine wichtige Rolle. Kann es aber auch eine technische Ursache für die Unterschiede im Klangeindruck geben? Eine mögliche elektrische Ursache, die oft vergessen wird, ist die Qualität der Energieversorgung der Audiokette aus dem Stromnetz. Die Zahl der Geräte, die am häuslichen 230-V-Netz angeschlossen ist, steigt von Tag zu Tag. Viele moderne Geräte verwenden sehr effektive Schaltnetzteile, die konstruktionsbedingt ein kräftiges Rauschen generieren. Beispiele sind Computer, Fernsehgeräte, Batterielader und so weiter. Selbst vorausgesetzt, dass diese Geräte den europäischen EMV-Bestimmungen entsprechen, verunreinigen sie das Netz mit einer bestimmten Menge an Störungen. Bei mehreren Geräten kann sich die Summe dieser Interferenzpegel zu erheblichen Werten steigern. Andere Störquellen sind Geräte zur Lichtnetzkommunikation (Alarmanlagen, Fernbedienungen, Daten- und Audiosignalübertragung) und dergleichen) auf den für diese Zwecke zugelassenen Frequenzen von ,5 khz. Außerdem findet sich stets auch eine U2 C1 15n L1 2mH L2 C3 2n2 C2 100 R1 2mH 2n2 L5 100nH R3 1 C4 15n L3 2mH L4 2mH C6 2n2 C5 2n2 100 R2 U Bild 1. Das elektrische Ersatzschaltbild mit zwei Geräten, die parallel an einem Netzfilter angeschlossen sind. Bild 2. Der Strom, der durch C2 fließt, ist eine Folge der Interferenzquelle U elektor - 10/2007

31 Der Autor hat beim Aufbau des Filters zwei Trafos parallel geschaltet, um die Bauhöhe des Filtergehäuses klein zu halten. Anzahl von tradionellen Verunreinigern im Haus, wie zum Beispiel Lampendimmern, Elektromotoren, Leuchtstofflampen und so weiter. Angesichts dieser Vielzahl potentieller Störenfriede kann die Stromversorgung der kostbaren Audio-Gerätschaft sehr stark verunreinigt sein. Bei solchen Störungen sind die Mühen der Audioentwickler vergebens, die viel Aufwand treiben, um für ein Audiosignal eine Dynamik von 100 db zu realisieren (dies entspricht einem 1/10 5 tel eines typischen Audiosignals von 2 V RMS, nämlich 20 V). Es ist durchaus vorstellbar, dass die Verunreinigung der Netzspannung bis zur Signalkette eines Audiogeräts durchdringt und einen optimalen Betrieb verhindert. Eine Lösung Um ungewünschte Interferenzen aus der Netzspannung zu entfernen, ist der Einsatz eines klassischen käuflichen Netzfilters (Bild 1) nahliegend. Es besteht aus einer Spule und ein paar X- und Y-Kondensatoren. Das ist zwar eine bewährte Technik, die ihren Nutzen tagtäglich beweist, erscheint aber für Audio-Zwecke wenig geeignet. Zwar entfernt der X-Kondensator alle Gegentakt-Störungen und kommt damit den Anforderungen von Audiogeräten entgegen, der Y-Kondensator aber bereitet Probleme. Dieser Kondensator leitet normalerweise Gleichtaktstörungen (Interferenzen) nach Masse ab, der Strom durch den Erdleiter kennt aber keine vorgeschriebene Richtung. Es ist deshalb kein Grund erkennbar, warum Störsignale, wie sie stets auf dem Erdleiter vorhanden sind, nicht über den Y-Kondensator zur Audiokette vordringen könnten! Bei einem klassischen Netzfilter ist die Spule in Reihe zur Last geschaltet. Auf den ersten Blick (ins Datenblatt) und angesichts der zu vernachlässigenden Impedanz der Spule bei 50 Hz mag dies nicht als Problem erscheinen, doch gelten die Datenblattwerte nur für gleichbleibende Lasten. Bei einem Audioverstärker, der ein dynamisches Musikstück wiedergibt, kann von einer konstanten Last aber keine Rede sein. Der Leistungsbedarf eines Verstärkers folgt der Dynamik des Signals, und dann macht sich das Netzfilter doch negativ bemerkbar: Es beschränkt die Geschwindigkeit, mit der das Verstärkernetzteil auf die Netzenergie zugreifen kann, und dies hat hörbare Folgen. Eine bessere Lösung Das Filter in Bild 3 ist parallel zum Netz geschaltet. Es handelt sich um eine Art von frequenz-selektivem Kurzschluss für genau die Störsignale, die wir eliminieren wollen. Übersetzt nach Impedanz soll das Filter für die Frequenzen der Störsignale einen möglichst niedrigen Wert bieten. Das Reihennetzwerk L1+C1 besitzt eine Impedanz, die bei der natürlichen Frequenz (1/2L1C1) gegen null geht. Um Oszillationsneigungen des LC- Netzwerks vorzubeugen, wurde Widerstand R1 hinzugefügt. Dadurch wird die Impedanz bei höheren Frequenzen verringert. C2 bietet höheren Frequenzen einen noch besseren Kurzschluss. Die Wahl der Resonanzfrequenz von L1+C1 wurde in den für Audio wichtigen Frequenzbereich gelegt, sodass die Störunterdrückung optimal ist. Die Resonanzfrequenz muss natürlich weit von 50 Hz entfernt sein. Da die Resonanzspitze einer solchen LC-Kombination sehr schmalbandig ist, ist der Einsatz mehrerer LC-Kombinationen mit unterschiedlichen Resonanzfrequenzen (zum Beispiel im Abstand von einer Oktave) sinnvoll. Doch diesen breiten Frequenzbereich mit niedriger Impedanz erkauft man sich nicht nur mit einem voluminösen und schweren Netzfilter-Gehäuse, sondern tatsächlich auch mit vielen Euro. So beschränkt sich unser Filter auf eine einzige LC-Kombination, die zwar nur einen beschränkten Einfluss auf die Übertragungscharakteristik zu haben scheint, aber sich als sehr nützlich bei der Unterdrückung der Folgen von Netzspannungs-Dropouts erweist. Mehr Verbesserungen Bis hierhin unterdrückt das Filter lediglich Gegentakt-Interferenzen, Gleichtakt-Störungen werden nicht beein- 10/ elektor 31

32 PRAXIS SPANNUNGSVERSORGUNG flusst. Y-Kondensatoren sind (wie erläutert) nicht zur Lösung des Problems geeignet. Warum also kein Trenntrafo, 230 V rein, 230 V raus und die Sache ist erledigt? Auch dies führt nicht zum Ziel, die Gleichtakt- Interferenzen würden durch die parasitäre Kapazität zwischen primärer und sekundärer Wicklung dringen und an der Sekundärseite des Trafos erscheinen. Zwar gibt es gute (und teure) Transformatoren mit mehreren Abschirmungen zwischen den Wicklungen, die die Interferenzen gravierend verringern könnten, doch sie würden sie nach Masse abführen müssen, wodurch eine ungewünschte kapazitive Kopplung zwischen Erde und der Sekundärseite des Filters gegeben wäre. Eine andere Herangehensweise, um mit den Gleichtakt-Verunreinigungen aufzuräumen, ist der Einsatz eines Mittelabgriffs auf der Sekundärseite des Transformators. Der Mittelabgriff wird mit dem Erdleiter verbunden, sodass die Gleichtakt- Spannungen an den äußeren Wicklungsenden in Gegenphase sind und sich so aufheben (Bild 4). U2 ist die Gleichtakt-Störquelle. Durch die parasitären Kondensatoren (C1 und C2) steht das Signal auch an den Ausgängen und damit über der C1 C2 U R4 100 L1 3mH Bild 3. Ein paralleles Filter erzielt bei Audioanlagen die besseren Resultate. U1 R1 U2 1M C1 20p L1 22mH C2 20p L3 5mH5 L2 5mH5 R2 C n Bild 4. Diese Schaltung unterdrückt Gleichtaktstörungen effektiv. R2 Last R2 an. Durch die Anordnung des Transformators sind die Signale aber um 180 phasenverschoben und verschwinden dann auch vor der angeschlossenen Last. Der ideale Transformator für dieses Filter soll eine sehr geringe Kapazität zwischen den Wicklungen in Kombination mit einer begrenzten Bandbreite um 50 Hz aufweisen ein Filter in sich und unbezahlbar. Aber auch mit zwei Standard-Transformatoren lässt sich etwas anfangen, wenn man sie Rücken an Rücken schaltet. Bild 5 zeigt die vollständige Schaltung des Netzfilters. Sie bietet noch eine zusätzliche Filterung mit C3 zwischen den Transformatoren. Varistor R2 schützt vor Netzspannungsspitzen. Es ist übrigens nicht sinnvoll, auch Varistoren zwischen Phase und Nullleiter zu schalten, da Varistoren parasitäre Kapazitäten in der Größenordnung von 350 pf aufweisen, die wiederum eine Art Y- Kondensatoren darstellen. Auch der Versuchung, man könne den verunreinigten Erdleiter überhaupt nicht mehr mit den Geräten verbinden, muss widerstanden werden: Der Erdleiter muss angeschlossen bleiben, um bei einem Isolationsfehler zu schützen. S1 F1 K1 5A T R2 C1 3 C2 TR1 1 8 P1 S2 2 7 C3 TR2 8 1 S2 P1 7 2 C4 K2 230V S14K250 R1 L P2 6 S S1 P2 100n 230V F2 3H5 5A T TR1, TR2: 2x 115V / 2x 25V / 500VA Bild 5. Die vollständige Schaltung des Netzfilters. Stückliste Widerstände: R1 = 22, 1 W R2 = Varistor 250 V, z.b. Epcos S14K250, siehe [3] Kondensatoren: C1 = μf 250 VAC, z.b. Typ B32360A4305J080 von Epcos, siehe [1] C2 = μf 250 VAC, z.b. Typ B32360A2106J050 oder B32360A2156J050 von Epcos, siehe [1] C3 = μf, 100 VAC, siehe [4] C4 = 100 nf, 250 VAC X-Kondensator Außerdem: L1 = mh 50Hz-Entstörspule, z.b. 4EM4700-0CB00 von Siemens, siehe [2], Seite 24. F1, F2 = Sicherung 5 A träge TR1, TR2 = Transformator primär 2 x 115 V, sekundär V, VA 32 elektor - 10/2007

33 Bauteile Es ist sicher nicht überflüssig, darauf hinzuweisen, dass das gesamte Netzfilter mit dem 230-V-Netz verbunden ist. Es liegen lebensgefährliche Spannungen an den Bauteilen. Man darf sie keinesfalls berühren, solange Netzspannung anliegt, und auch nach der Trennung vom Netz kann noch einige Zeit gefährliche Spannung an den Kondensatoren liegen! Die Bauteile für das Filter sind nicht in jedem Versandkatalog erhältlich. Die Kondensatoren stammen beispielsweise aus der Reihe Power electronic capacitors for General purpose applications [1] von Epcos. Die Spule findet man unter der Bezeichnung Single Phase Reactor [2] im Siemens-Katalog. Als Transformator kann jeder Netzspannungstyp eingesetzt werden, der primär zwei 115-V-Wicklungen und sekundär eine Spannung von V bei einer Leistung von VA aufweist. Beim Prototyp haben wir zwei Ringkerntransformatoren eingesetzt, um die Bauhöhe und das Gewicht des Filters im Rahmen zu halten. Außerdem besitzen Ringkerntransformatoren ein geringes magnetisches Streufeld. Resultate Die ersten Hörtests führten nicht zu Jubelarien im Tonfall der in manchen Audio-Foren so gepflegten Fachsprache wie die Höhen erscheinen viel offener im Raum, die Bässe tiefer, breiter, schneller, höher.... Zur Überzeugung, dass das Netzfilter sinnvoll ist, kamen wir erst, als wir es wieder aus der Audiokette entfernt hatten. Der Klang war deutlich anders, vor allem die Höhen profitierten vom Einsatz des Filters. Als technische Zeitschrift können wir natürlich auch mit einigem Zahlenwerk aufwarten. In Bild 6 ist die Übertragungscharakteristik des Filters eingezeichnet. Die Kurve d B r -30 A k 2k 5k 20k 40k Hz Bild 6. Die Übertragungscharakteristik des gesamten Filters zeigt, dass hohe Frequenzen stark unterdrückt werden d -55 B Elektor A-A FFT SPECTRUM ANALYSIS 5k 10k 15k 20k 25k 30k 35k 40k 45k Hz Bild 7. Eine FFT eines Rechtecksignals mit einer Frequenz von 1 khz. Die charakteristischen ungeraden Harmonischen nehmen mit steigender Frequenz ab. Elektor A-A FFT SPECTRUM ANALYSIS d -55 B k 10k 15k 20k 25k 30k 35k 40k 45k Hz Bild 8. So erscheint das Rechtecksignal aus Bild 7 am Filterausgang. Es ist gut zu erkennen, dass die höheren Harmonischen deutlich an Amplitude verlieren. Das 1-kHz-Signal ist hier gegenüber Bild 7 um etwa 15 db abgeschwächt. zeigt, dass die Filterwirkung schon bei sehr niedrigen Frequenzen einsetzt. Oberhalb von 5 khz geht es mit den Störungen rapide bergab, hohe Störfrequenzen werden sehr effektiv gefiltert. In den Bildern 7 und 8 ist zu sehen, wie das Filter ein Rechtecksignal von 1 khz (Bild 7) filtert (Bild 8) und auf diese Weise für eine saubere Netzspannung sorgt. So wird effektiv verhindert, dass ungewünschte Signale über die Netzteile der Audiogeräte das Audiosignal beeinflussen können. Fazit Der Einsatz eines käuflichen Netzfilters hat meistens nicht den gewünschten positiven Einfluss auf die Versorgung von Audiogeräten. Schuld daran sind in der Regel die Y-Kondensatoren, die Störungen auf der Erdleitung ungefiltert zur Netzspannung durchreichen. Durch einen anderen Aufbau des Filters lassen sich jedoch befriedigende Resultate erzielen. An Hand der Resultate des vorgestellten Audio-Netzfilters lässt sich abschätzen, ob der Einsatz eines solchen Filters im konkreten Fall sinnvoll ist oder nicht. Sicherlich ist der Gewinn an Qualität nicht mit dem durch bessere Verstärker und Lautsprecher vergleichen, aber ein Gewinn ist es doch! Weblinks (070135)rg [1] B3236X.pdf [2] cd-static/material/catalogs/ e86060-k2803-a101-a pdf [3] var_01/ pdf [4] b32320_22.pdf 10/ elektor 33

34 TECHNIK ENTWICKLUNGSTIP Mini-DI Von Florian Gerstenlauer Mit DI ist eine DI-Box gemeint. Die Abkürzung steht für Direct Injection. Der Begriff stammt aus der Tontechnik. Was sich dahinter verbirgt, ist nichts anderes als ein Wandler, der ein unsymmetrisches Tonsignal (massebezogen) in ein symmetrisches Signal (erdfrei) umsetzt. So etwas wurde in Elektor ja schon öfter beschrieben. Im einfachsten Fall verwendet man dafür einen Übertrager. Für eine elektronische Lösung benötigt man eine Schaltung mit einem Differenz- Ausgang. Dafür gibt es spezielle ICs wie zum Beispiel den SSM2142 von Analog Devices. Es geht aber auch mit einer diskreten Schaltung mit zwei Transistoren, die im vorliegenden Fall verwendet wurde. Dabei konnte der Aufbau auf einer SMD-bestückten Platine (siehe Fotos) so klein gehalten werden, dass die Schaltung in einen 6,3- mm-klinkenstecker von Neutrik passt (es gibt sicher auch passende Stekker anderer Hersteller). Der größte Vorteil dieser Lösung besteht darin, dass nur ein einziges Kabel auf der Bühne verlegt werden muss und keine weiteren Geräte im Weg herum stehen. Die Schaltung besteht hauptsächlich aus dem diskreten Differenzverstärker T1/T2, der das 22k R11 C V R5 68k R4 4k7 R3 270 R7 560 T2 T1 2x BC850C 5k6 R1 unsymmetrische Linesignal in ein symmetrisches (Mikrofon-)Signal wandelt. Die Stromversorgung der Schaltung erfolgt über die bei heutigen Mischpulten übliche Phantom-Power (Phantomspeisung für Mikrofone) mit 48 V. Diese 48 V werden im Mixer über zwei 6,81-k-Widerstände auf die beiden (symmetrischen) Adern der Mikrofonleitung gelegt. Diese Widerstände sind somit die Kollektorwiderstände der beiden Transistoren des Differenzverstärkers. R2, R9 und R10 stellen die durch C2 gefilterte Biasversorgung von ca. 22 V zur Verfügung. Die Basis von T1 liegt direkt an dieser Spannung, die Basis von T2 über R4. Das Linesignal wird durch den Spannungsteiler R4/R5 und den Eingangswiderstand von T2 um den Faktor 16 abgeschwächt und damit auf einen für Mikrofonverstärker verarbeitbaren Pegel gebracht. C1 dient zur DC-Entkopplung des Eingangs. 270 R6 100n 22k R2 22k k R10 R9 47 C2 25V R n R11 sorgt dafür, dass C1 auch dann geladen wird, wenn kein Ausgang angeschlossen ist. Die Werte von R4, R5, R11 und C1 können je nach Einsatzzweck variiert werden, wobei sich die in der Schaltung an- NEG POS gegebenen Werte als sinnvoll erwiesen haben. Eventuell ist bei der Verwendung mit semiprofessionellem Equipment eine geringere Dämpfung und eine höhere Eingangsimpedanz gewünscht. Dann sind R11 und R4 zu erhöhen. Soll die MiniDI direkt an einen Lautsprecherausgang angeschlossen werden, so muss R5 entsprechend hochohmiger sein. Dabei kann C1 verkleinert werden. R8 dient als Groundlift, wobei diese Bezeichnung etwas zu viel verspricht. Um Brummen zu vermeiden, reicht es jedoch, dass dieser Widerstand deutlich größer ist als der Übergangswiderstand des Klinkensteckers. 10 sind somit völlig ausreichend. Der parallel geschaltete Kondensator dient dazu, das durch R8 in den Schirm gerissene Loch für HF zu überbrücken. Der BC850C ist ein auch in SMD-Ausführung gut erhältlicher NPN-Transistor mit U CES = 50 V, niedrigem Rauschen und hoher Verstärkung. Wer eine höhere Spannungsfestigkeit benötigt, kann auf den BC846B mit gleicher Anschlussbelegung und einer U CES von 80 V zurückgreifen. Das Layout der SMD-Platine ist bei downloadbar. (070147e) 34 elektor - 10/2007

35 NEU electronics worldwide 415 Seiten (kartoniert) Format 17 x 23,5 cm ISBN e 54,00 CHF 91,80 10/ elektor 35

36 PRAXIS GPS ElekTrack Spurensuche mit GPS Von Chris Vossen Satellitennavigation per GPS ist beliebt. So beliebt, dass der allseits bekannte europäische Marktführer TomTom sogar den Börsengang wagen konnte. Eine Positionsbestimmung per GPS ist aber auch in Alarmanlagen von Luxuskarossen und anderer teurer Fahrzeuge integriert. Da dies eine ziemlich kostspielige Angelegenheit ist, haben wir uns an einen eigenen und preiswerten Entwurf gemacht: den ElekTrack. Jeder will heutzutage alles über die Position wissen. Wo befindet sich das Paket mit der bestellten Ware? Wurde das ausgeliehene Buch wieder in der Bibliothek abgegeben? Ist der Flieger, auf den ich warte, schon eingetroffen? Die Technik der Positionsbestimmung und Navigation hat in den letzten Jahren eine solch rasante Entwicklung genommen, dass es kaum eine Anwendung gibt, für die sich noch keine Lösung finden lässt. Big Brother Viele Menschen werden bei diesem Thema ein wenig nervös und fürchten den alles beobachtenden Big Brother, doch manchmal ist eine elektronische Positionsbestimmung nicht nur nützlich, sondern auch gewünscht. So bieten zum Beispiel einige Hersteller von Luxus-Automobilen einen optionalen Diebstahlschutz mit GPS zur Lokalisierung gestohlener Fahrzeuge in ganz Europa an. Derartige Systeme müssen die Daten an eine zentrale Meldestelle weitergeben, so dass gestohlene Fahrzeuge auch tatsächlich verfolgt werden können. Nicht nur teure Personenfahrzeuge, auch viele moderne Lastwagen und Kurierdienste nutzen ein solches System. Auch teure Baumaschinen werden zunehmend mit einem GPS-Trackingsystem ausgestattet. Natürlich besitzt nicht jeder Elektor- Leser einen Jaguar XJ oder eine Caterpillar D9. Doch das bedeutet nicht, dass sich keine sinnvolle Anwendung für einen GPS-Tracker finden ließe, zum Beispiel auch bei einem ganz normalen (und trotzdem klaugefährdeten) VW T4, einem Segelboot oder einem Motorrad. Auch den Privatdetektiven unter den Elektor-Lesern dürften sich Anwendungsmöglichkeiten eröffnen. ElekTrack bietet Ihnen die Möglichkeit, mit GPS-Tracking zu experimentieren. Da die Schaltung eine große Zahl von winzigen und schwer handhabbaren SMDs aufweist, ist ElekTrack als komplett bestücktes Modul erhältlich. ElekTrack-Trick Was muss eine Schaltung in ihrer einfachsten Ausführung können, um dem Anwender eine Position zur Verfolgung mitzuteilen? Für die Positionsbestimmung ist GPS praktisch konkurrenzlos. Damit kann das ElekTrack fast überall auf der Welt seinen Standort ermitteln, und dies zurzeit auch ziemlich genau. Bis zur Inbetriebnahme eines neuen Positionierungssystems wie Galileo ist auch keine bessere Lösung vorstellbar. Zur Übermittlung der Positionsdaten kommt das Short Message System SMS zum Einsatz. Damit werden die Daten zwar nicht live übermittelt, aber die Übermittlung ist fast immer und überall möglich. Eine andere und komfortable Variante, GPS-Daten zu übertragen, bietet das GRPS-Netzwerk. GRPS arbeitet mit einer direkten Verbindung zum Internet, sodass jeder Computer mit Internetzugang die Positionsdaten ohne nennenswerte Zeitverzögerung empfangen und darstellen kann. Die Daten lassen sich dann auch in Echtzeit in einer Datenbasis speichern. Bild 1. Die Schaltung des ElekTrack besteht im Wesentlichen aus der Kombination eines GSM-Moduls mit einem GPS-Modul. 36 elektor - 10/2007

37 Wir haben uns dennoch für die SMS-Variante entschieden, weil das System deutlich einfacher ist und für den Empfang ein Mobiltelefon ausreicht. Dazu sind in der Schaltung ein GPS- und ein GSM-Modul erforderlich. Das GSM stammt vom Hersteller Wavecom und trägt die Bezeichnung Q2686. Dieses Modul verfügt über einen eigenen Mikrocontroller, der sich mit dem OpenAT-Code von Wavecom ansprechen lässt. Dadurch ist das Projekt viel kompakter, als wenn man ein Stand-alone-Modem einsetzt, das mit der erforderlichen Peripherie (Mikrocontroller und mehr) ergänzt werden muss. Die für den Versand von Kurzmitteilungen erforderliche Funktionalität ist im Wavecom-Modul schon komplett vorhanden. Als GPS-Modul wird Copernicus von Trimble verwendet, das Nachfolgemodell des bekannten Lassen iq, das schon im GPS-Empfänger für USB (Elektor Mai 2005) zum Einsatz kam. Die Elektronik Die Schaltung in Bild 1 zeigt die Elektronik rund um das GSM-Modul. Das GPS-Modul ist über einen logischen Pegelwandler (IC3) am UART2 des Modems angeschlossen. Mit T3, T4 und T5 ist ein Detektor aufgebaut, der ermittelt, ob die Antennenschaltung korrekt angeschlossen oder offen oder kurzgeschlossen ist. Über T1 und T2 bezieht die aktive Antenne ihre Betriebsspannung. Zum Betrieb der Schaltung werden zwei Versorgungsspannungen benöti- 4V3 1V8 2V8 R2 R7 3V3 56R2 2x T3 MMBT3906 T4 4k7 T1 T2 R10 100k IRLML6402 BC848 10R R5 R3 1N4148 K1 4k7 D4 R11 10 VPP 4 VCC 1 IO 6 9 RST 3 CLK 5 2 Simcard Holder K4 1 1k L3 100nH C7 C8 100n 18p R4 R6 1k T5 1V8 10k R8 MMBT k R9 ESDA6V1SC6 D1 9 RESERVED 10 BOOT 11 XRESET C1 100n 3V3 VCC 12 XSTANDBY 16 PPS 19 TXD-B 24 3 RF-IN IC4 TXD-A 23 5 LNA Copernicus GPS Receiver 8 7 SHORT RXD-A 21 OPEN RXD-B D2 C10 100n DALC208 C2 470p 1V8 VL 3 8 IVCC1 1 OVCC2 100k R1 4V3 VCC 7 6 THREE-STATE IC3 K5 C9 100n OVL1 5 IVL2 4 MAX3375E 470R R25 470R D3 1V8 9 SIM_VCC 11 SIM_IO 12 SIMPRES 13 SIM_RST 14 SIM_CLK VBATT 1 VBATT 2 VBATT 3 VBATT 4 19 ON_OFF 17 FLASH LED 15 BUZZ_OUT 16 BOOT 18 /RESET 20 BAT_TEMP 21 AUX_ADC 22 SPI1-CS 23 SPI1-CLK 24 D12 SPI1-I 25 SPI1-IO 28 SPI2-CS SPI2-CLK 27 SPI2-I SPI2-IO 34 MIC2N 35 SPK1P 36 MIC2P 37 SPK1N 38 MIC1N 39 SPK2P 40 MIC1P 41 SPK2N TXD2 RXD2 32 CTS2 33 RTS2 42 GPIO0 43 GPIO IC2 VCC_1V8 5 BAT_RTC 7 CHG_IN 6 CHG_IN 8 VCC_2V8 10 Wavecom Q PCM_OUT 80 PCM_CLK 79 PCM_IN 78 PCM_SYNC 77 DTR1/GPIO41 76 CTS1/GPIO39 75 DSR1/GPIO40 74 RXD1/GPIO37 73 RTS1/GPIO38 72 TXD1/GPIO36 71 DCD1/GPIO43 70 RI1/GPIO42 69 ROW0/GPIO9 68 ROW1/GPIO10 67 ROW2/GPIO11 66 ROW3/GPIO12 65 ROW4/GPIO13 64 COL4/GPIO8 63 COL3/GPIO7 62 COL2/GPIO6 61 COL1/GPIO5 60 COL0/GPIO GPIO24 58 GPIO22 57 USB-DM 56 GPIO23 55 USB-DP 54 GPIO2 53 VPAD-USB 52 GPIO1 51 INT0 50 INT1 49 GPIO20 48 GPIO21 47 SDA 46 GPIO19 45 SCL 44 DI0 DI1 DI2 K3 R17 10 INVALID 1 EN R15 3V3 14 VCC 15 C4 2 C1+ FORCEOFF 16 V n 4 C1-5 C5 C2+ IC1 100n 6 C2-11 T1IN T1OUT 13 MAX3221E 9 R1OUT R1IN 8 10k 2V8 2V8 R18 7 V- FORCEON 12 C3 100n L1 BLM21B102 L2 BLM21B102 C6 100n R19 4k7 4k7 4k7 RXD_IN TXD_OUT Vbat C15 100n 250V D6 L4 BLM21P300S RS3K R13 D7 SM8S33A 3k3 C16 C17 4u7 22n 50V BOOST 6 680n 3 VIN SW 2 L5 SW 5 47uH 4 VIN BIAS 10 IC5 15 SHDN LT VC FB 12 C18 220p SYNC D5 C11 1N4148 D8 30BQ060 12k7 4k99 R12 R14 4V3 C12 100u 10V 4V3 IC6 C19 C13 100n 1u 16V 1 VIN VOUT 5 LP ON/OFF NC 4 3V3 C14 10u 10V K2 Vbat EXT_INPUT1 EXT_INPUT2 EXT_INPUT3 TXD_OUT RXD_IN R21 82k R20 82k R16 82k T6 MMBT3904 R24 C22 D9 10n 1N k T7 T8 MMBT3904 MMBT3904 R23 C21 D10 10n 1N k R22 C20 D11 10n 1N k / elektor 37

38 PRAXIS GPS gt. Der Buck-Konverter LT3430 (IC5) arbeitet auf einer Frequenz von 200 khz und ist mit R12 und R14 auf eine Ausgangsspannung von 4,5 V eingestellt. IC6 erzeugt die Betriebsspannung für das GPS-Modul. Es verwendet als Eingangsspannung die 4,5 V des Buck-Konverters und stellt am Ausgang stabile 3,3 V zur Verfügung. Mit T6, T7 und T8 sind drei identische Pegelwandler aufgebaut, die hohe Eingangsspannungen auf Werte reduzieren, die innerhalb der Spezifikationen des GSM-Moduls liegen. IC1 ist ein klassischer RS232-Konverter, der unter anderem eine Verbindung mit einem PC erlaubt. Mit der entsprechenden Software lässt sich das Modem bequem am PC konfigurieren. Natürlich können an IC1 auch eigene Anwendungen angeschlossen werden. D1 und D2 sichern den Eingang des GSM-Moduls vor statischen Entladungen, wie sie auftreten können, wenn man eine SIM-Karte in den Slot steckt. LED D3 zeigt den Status der GSM-Verbindung an: Leuchtet die LED kontinuierlich, ist das Modem noch nicht im GSM-Netzwerk angemeldet. Erst wenn sie zu blinken beginnt, kann man von einer erfolgreichen Anmeldung ausgehen. LED D12 zeigt den Status des GPS-Moduls an. Anschlüsse Die Spannungsversorgung ist für Eingangsspannungen von +12 V (Auto) und von +24 V (LKW) geeignet. Im Funktionstest arbeitete ElekTrack bis zu einer unteren Grenze von +8 V einwandfrei. Beim Senden von Daten treten kurzzeitige Stromspitzen auf, und im Mittel beträgt die Leistungsaufnah- me des Moduls etwa 500 mw. Eine 9- V-Blockbatterie wäre schon nach etwa zwei Stunden leer, eine Motorrad-, Auto- oder gar Lkw-Batterie hält natürlich tage- bzw. wochenlang durch. Es gibt in der Software auch Einstellungen zur Verringerung des Stromverbrauchs. So kann man das GPS-Modul mit einem bestimmten SMS-Befehl in den Schlaf versetzen und mit einem anderen Befehl wieder aktivieren. Natürlich verfügt das Modul auch über Antennen-Anschlüsse für das GPS- und das GSM-Modul. ElekTrack besitzt auch einige logische Eingänge, an die man beispielsweise eine Alarmanlage anschließen kann. Eine Spannung, die höher ist als ca. +8 V, triggert den digitalen Eingang des GSM-Modems, so dass in diesem Moment eine Kurzmitteilung an eine gespeicherte Telefonnummer geschickt wird. Diese Funktion ist aber (noch) nicht in der Software implementiert, wird aber vielleicht in einer späteren Firmware-Version aufgenommen. Hier müssen Sie zunächst noch selbst programmieren. Das ElekTrack-Modul kann mit verschiedenen Befehlen eingestellt werden. Voraussetzung ist eine serielle Verbindung zwischen Modul und PC. Ein Programm wie Hyperterminal von Windows ist ausreichend, um Elek- Track zu konfigurieren. Die serielle Schnittstelle muss wie in Bild 2 eingestellt werden. Starten Zunächst überprüft man, ob die SIM- Karte mit einem Pincode gesichert ist. Dazu gibt man den Befehl at+cpin? ein. Wenn das Modem mit +CPIN: READY antwortet, bedeutet dies, dass die SIM-Karte keinen Pincode fordert. Erhält man dagegen die Meldung +CPIN:SIM PIN dann ist die Karte gesichert, sodass man zuerst den Pincode entfernen muss. Die Firmware unterstützt keine automatische Anwendung eines beliebigen Pincodes, noch nicht, denn in zukünftigen Firmware-Versionen könnte diese Funktion durchaus eingebaut sein. Kontrollieren Sie deshalb gelegentlich unsere Website auf Software-Updates! Gibt man at+cpin=0000 als Befehl ein (wobei 0000 der Pincode der SIM-Karte sei), erhält man ein OK. Dann schaltet man die Frage nach dem Pincode ab. Dies geht wie folgt: at+clck= SC,0, elektor - 10/2007

39 0000 ist wieder der Pincode der SIM- Karte. Das Modem antwortet wiederum mit OK. Um zu überprüfen, ob das Modem sich nun automatisch beim Netzwerk anmeldet, gibt man at+cfun=1 ein und setzt damit das Modem zurück. Nach einer knappen Minute sollte die obere LED (D12) blinken, ein Beweis, dass das Modem mit dem Netzwerk kommuniziert. Man kann den Status jederzeit mit dem Befehl at+cops? Besser als GPS Das Global Positioning System, kurz GPS, war ursprünglich für militärische Anwendungen gedacht. Da aber auch immer mehr zivile Anwendungen eine genaue Positionsbestimmung erfordern, wurde das GPS schrittweise für jedermann freigegeben. Zunächst zierten sich die Militärs und stellten dem zivilen Nutzer nur ein verfälschtes (ungenaues) Satellitensignal zur Verfügung, doch vor einigen Jahren (zur Amtszeit Bill Clintons) wurde auch diese Einschränkung aufgegeben, so dass jetzt jeder Anwender die GPS-Daten mit guter Genauigkeit empfangen und seine Position auf 3 m genau bestimmen kann. Die maximale Auflösung hängt von der Anzahl der sichtbaren Satelliten ab und auch davon, ob ein WAAS- oder EGNOS-Signal empfangen wird oder nicht. WAAS und EGNOS stehen für Systeme, die in Kombination mit dem GPS eine noch genauere Positionsbestimmung ermöglichen. WAAS ist die Abkürzung für das nordamerikanische Wide Area Augmentation System, EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay Service) ist das europäische Gegenstück. Dabei handelt es sich um ein Netz von Satelliten und Bodenstationen, die ein GPS-Korrektursignal generieren, das eine im Mittel fünf Mal präzisere Positionsbestimmung erlaubt. Ein Empfänger, der WAAS/ EGNOS unterstützt, gibt in mehr als 95 % der Fälle eine Position mit einer Abweichung von weniger als 3 m an. EGNOS besteht zurzeit aus drei geostationären Satelliten und einer Anzahl von über ganz Europa verteilten Bodenstationen. Eine Bodenstation kennt natürlich ihre exakte eigene Position und wertet die Informationen aller anderen Bodenstationen aus. Sollten die Satellitensignale beispielsweise durch atmosphärische Einflüsse streuen, erzeugt EGNOS ein Korrektursignal, das über die geostationären Satelliten versendet wird. Dieses Signal folgt dem Standard des GPS-Signals, sodass jeder WAAS unterstützende GPS-Empfänger auch die EGNOS-Korrekturdaten auswerten kann. EGNOS ist ein gemeinsames Projekt von ESA, Eurocontrol und der Europäischen Kommission, das nicht nur mit dem US-amerikanischen GPS, sondern auch mit dem im Prinzip vergleichbaren russischen Glonass-Navigationssystem funktioniert. Die EGNOS-Satellitennummer für Europa ist 33. Meist geben GPS-Geräte (mit der Angabe differential oder Differential GPS ) an, dass sie ein Korrektursignal empfangen. In Asien gibt es auch ein Korrektursystem (MSAS), das auf die gleiche Weise funktioniert. 10/ elektor 39

40 PRAXIS GPS Bild 2. Für die serielle Kommunikation werden diese Parameter verwendet. überprüfen. Das Modem antwortet mit +COPS: 0,2,20408 OK schalten von ElekTrack sollte sich nun das Modem automatisch mit dem Netzwerk verbinden. Sicherung Das Modem ist mit einem Kennwort gesichert. Standardmäßig lautet das Kennwort elektor. Man kann das Kennwort mit: at+password? abfragen, das Modem reagiert mit der Meldung +PASSWORD: elektor Dann verändert man das Kennwort (z.b. auf gpsmodul ) mit dem Befehl: at+password= gpsmodul Achtung: Die Anführungsstriche sind mit einzugeben, sonst erhält man eine Fehlermeldung! Das Kennwort darf maximal 20 Zeichen lang sein. GPS-Status Das GPS-Modul ist am seriellen Port des Modems angeschlossen. Die aktuelle Firmware bietet zwei Befehle, um die Daten des GPS-Moduls abzufragen. Der erste Befehl lautet: ist hier nur ein Beispiel für die bei jedem Provider unterschiedliche Operator-Nummer. Beim nächsten Einat+gpshealth? Eine mögliche Antwort des Modems lautet zum Beispiel: Rcvr status code = 0x01 (Don t have GPS time yet) Receiver health byte = 0x11 Battery backup: BBRAM not available at start-up Antenne feedline fault: Antenna line open/short Type of fault: Open detected OK Bei dieser Antwort kann man davon ausgehen, dass das GPS-Modul noch keine gültigen Koordinaten erkannt hat. Kein Wunder, denn es wird ein Fehler im Antennenstatus gemeldet. Eine offene Verbindung weist wahrscheinlich darauf hin, dass die GPS-Antenne gar nicht angeschlossen ist. Wäre der Antenneneingang kurzgeschlossen, so würde als Meldung Short Circuit erscheinen. Man schließt die Antenne an, wiederholt den Befehl und erhält nun als Antwort: Rcvr status code = 0x00 (Doing position fixes) Receiver health byte = 0x01 Battery backup: BBRAM not available at start-up Antenne feedline fault: OK OK Der Antennenstatus ist jetzt offensichtlich in Ordnung. Der Receiver-Statuscode gibt die Meldung aus, dass eine Position bestimmt werden konnte. Wenn das Modul gerade eingeschaltet wurde, führt der Statuscode auch die Anzahl der empfangenen Satelliten auf. Gleichzeitig mit dem korrekten Empfang einer Position beginnt die untere LED D3 zu blinken. Leuchtet die LED kontinuierlich, ist irgendetwas nicht in Ordnung. Es kann dann sein, dass der Receiver zu wenige Satelliten empfängt, aber auch ein falscher Anschluss der Antenne kann die Ursache sein. Bild 3. Die Bestimmung der Position der künftigen Elektor-Verlagszentrale ist für ElekTrack überhaupt kein Problem. In Betrieb Meldet das GPS-Modul, dass es eine Position ermittelt hat, wollen wir natürlich den Längen- und den Breitengrad wissen. Dazu gibt man den Befehl at+gpsposition? ein und erhält als Antwort die Koordinaten in der Form von: 40 elektor - 10/2007

41 Long: E; Lat: N; OK Die Position wollen wir natürlich nicht nur lokal, sondern auch und vor allem teleabfragen. Damit nicht jeder das Modul abfragen kann, indem er eine Kurzmitteilung zu ElekTrack schickt, wird ein Kennwort eingesetzt. Dazu schickt man eine Kurzmitteilung info:<password>:<phonenum> oder INFO:<password>:<phonenum> zum Modul. Achtung: info muss entweder vollständig in Groß- oder in Kleinbuchstaben geschrieben werden. An Stelle von <password> gibt man das Kennwort ein, das mit dem at+password-befehl vorgegeben wurde. Der Term <phonenum> ist optional. Normalerweise wird die SMS an den Sender zurück geleitet, nur wenn man die Koordinaten an eine andere Nummer verschicken will, füllt man diesen Parameter aus. Nach einigen Sekunden verschickt ElekTrack eine Kurzmitteilung mit den Daten für Längen- und Breitengrad sowie Höhe. Aus diesen Daten lässt sich die Position, an der sich ElekTrack gerade befindet, eindeutig bestimmen. Diese Bestimmung kann zum Beispiel online mit Hilfe von [2] (Bild 3) und [3] erfolgen. ElekTrack ist als vollständig aufgebautes Modul über den Elektor-Shop (siehe Anzeige in dieser Ausgabe) und über zu beziehen. Feedback über Ihre Ideen, Anwendungen und eventuell neu implementierte Funktionen in der Software ist willkommen. Wir können solche neuen Funktionen in die Firmware aufnehmen, die wir dann aktuell auf der Elektor-Website zum (natürlich kostenlosen) Download bereitstellen. Links: [1] Galileo_(Satellitennavigation) [2] [3] (040161)rg Praxisprobleme Jeder, der Erfahrung mit dem Entwickeln von Software hat, weiß, dass kleine Bugs im Programmcode unvermeidlich sind. Zu Beginn der Programmierphase hatten wir Probleme mit dem Versenden von Kurzmitteilungen, der SMS-Service des Modems wollte partout nicht funktionieren. Nach Stunden des Datenblattstudiums kamen wir auf die simple und (deshalb?) brillante Idee, eine andere SIM-Karte auszuprobieren. Also schnell in den nächsten Telefonladen und eine neue SIM-Karte besorgt, und siehe da: ElekTrack funktionierte auf einmal ohne weitere Änderungen in Hard- oder Software einwandfrei. Das hat uns natürlich sehr verwundert, und wir wollten die Angelegenheit nicht auf sich beruhen lassen. Durch eine Nachfrage beim Lieferanten des Modems stellte sich heraus, dass in der Firmware des Modems ein Fehler stecken musste, sodass bei einigen SIM- Karten die Anmeldung des SMS-Services nicht korrekt durchgeführt wurde. In der aktuellen Firmware-Version ist dieser Bug beseitigt. Ein Software-Entwicklern vielleicht bekanntes Problem ist die Datenreihenfolge im Speicher. Die Breiten- und Längenangaben werden vom GPS-Modul im Bogenmaß (Radiant) als Double-Fließkommazahl ausgegeben. Dabei arbeitet das GPS-Modul im Little-Endian-Modus (die niederwertigsten Bytes werden an die niedrigste Speicheradresse geschrieben), das GSM-Modul hingegen im Big-Endian-Modus, was bedeutet, dass es die höchstwertigen Bytes an der niedrigsten Speicheradresse erwartet. Beim Einlesen der GPS-Daten in Form von ASCII-Werten muss das GSM-Modem daher die Reihenfolge der Bytes umdrehen. Wenn man aber Little-Endian-Bogenmaß-Werte mit einem Big-Endian-Prozessor umrechnet, geht das Ergebnis gründlich daneben. Im Nachhinein mag man sich darüber amüsieren, aber zuerst hat uns dieser Fehler doch einiges Kopfzerbrechen bereitet. 10/ elektor 41

42 PRAXIS HAUSTECHNIK Low-cost-Heizungsre Minimaler Aufwand, hoher Ertrag Von Ingo Busker und Holger Buss Nur mit einem Kesselthermostat und ohne Außentemperaturfühler geregelte Heizungsanlagen gehen sehr verschwenderisch mit Energie um und sind deshalb nicht mehr zeitgemäß. Eine neue Heizungsanlage erfordert aber erhebliche Investitionen. Einen sehr preiswerten und dennoch effizienten, komfortablen und flexiblen Upgrade ermöglicht die hier vorgestellte Heizungsregelung, die sich mit einem Mikrocontrollerboard und wenigen peripheren Bauteilen realisieren lässt. Das freut nicht nur den Geldbeutel, sondern auch die Umwelt! Ältere Heizungsanlagen besitzen oft keinen Außentemperaturfühler, sondern nur einen manuell einstellbaren Kesselthermostaten, um die Boilertemperatur der herrschenden Großwetterlage anzupassen. Die Raumtemperatur wird dann über einen mehr oder weniger komfortabel einstellbaren Raumthermostaten bestimmt. Das ist nicht nur umständlich, sondern auch unwirtschaftlich. Wer stellt schon ständig die Kesseltemperatur von Hand auf die Temperaturverhältnisse ein? Bei einem Wetterumschwung sitzt man entweder im Kalten oder der Kessel heizt sinnlos vor sich hin, während die Heizung kaum noch Energie benötigt. Auch eine manuelle Absenkung der Temperatur bei Nacht und bei Abwesenheit funktioniert manuell meist nur sehr unvollkommen, so dass erhebliche Einsparpotentiale nicht genutzt werden. Aus Alt mach Neu Angesichts steigender Energiepreise macht sich ein Hausbesitzer natürlich Gedanken, wie er mit seiner einfachen, doch eigentlich gut funktionierenden Heizungsanlage verfahren soll. Raus damit und für mehrere tausend Euro komplett erneuern oder so umrüsten, dass die bestehende Anlage im Rahmen ihrer Möglichkeiten mit einem Minimum an Energie auskommt? Für die zweite Variante präsentieren wir hier eine Heizungsregelung mit Außentemperatursensor und vielfältigen Programmiermöglichkeiten. Zwar macht auch diese Heizungsregelung aus einem Heizungsboliden der 60er Jahre kein Energiesparwunder, aber für neuere, einfach ausgestattete Heizungsanlagen ist sie sehr wohl geeignet. Der Autor konnte nach dem Einbau der Regelung in seine 70er-Jahre- Heizung den Gasverbrauch um 40 % (!) senken. Die Kosten für die Heizungsregelung liegen deutlich unter 100, so dass sich diese Investition in kürzester Zeit bezahlt macht. Die Entwickler der Hard- und Software sind Absolventen der E-Technik (FH Emden) und schon seit Jahren im Computer-Club Ostfriesland engagiert. Elektronik-Projekte gehörten schon zu C64-Zeiten dazu. Aktuelleren Datums ist die Entwicklung des kompakten und preiswerten Einplatinencomputers AVR-Ctrl, der als Basis für verschiedene Projekte (darunter der Heizungsregelung) auf ihrer Web-Site [1] eingesetzt wird. Eine unbestückte Platine für AVR-Ctrl ist auch im Elektor-Shop erhältlich. Das Mikrocontroller-Board Wie schon der Name vermuten lässt, basiert der AVR-Ctrl auf einem AVR- Controller von Atmel. Das Board kann mit unterschiedlichen AVR-Typen bestückt werden. Für die Heizungsregelung wurde die Firmware zuerst für den AT90S/ATmega8535 entwickelt. In der aktuellen Version kommt jedoch der neuere ATmega32 zum Einsatz. Da die AVR-Ctrl-Platine der Autoren unverändert verwendet wird, entspricht die Bauteilnotation im Schaltplan Bild 1 nicht ganz dem gewohnten Elektor-Standard. Der Temperatursensor IC3 (DS18S20) und der IR-Empfänger SFH (D2) sind mit Sternchen markiert. Diese Bauteile werden für die Heizungsregelung nicht benötigt und können weggelassen werden. Im Mittelpunkt der Schaltung steht der ATmega32-Controller IC1 mit Quarz Q1 (plus C1, C2), der mit einem RS232-Pegelwandler (IC2 mit C6...C9) für den Kontakt mit dem PC, einem Anschluss für ein LC-Display (LCD1) und einem 8-fach-Leistungstreiber ULN2803 (IC4) verbunden ist. Letzterer verleiht dem Port PB die nötige Power, um LEDs und Relais ansteuern zu können. Der Status der Heizungsregelung wird von einem 10-LED-Bargraph (RN1 enthält die Vorwiderstände) angezeigt. Die Firmware der Heizungssteuerung verwendet davon allerdings nur fünf LEDs (via PB0... PB4). Anstelle des Bargraphs mit RN1 könnte man auch fünf einzelne LEDs Bild 1. Schaltplan der AVR-Ctrl-Platine. 42 elektor - 10/2007

43 gelung 5V S21 PA2 PA1 1 3 S5 RN2 5V IC3 1 DQ 2 S1 4k7 DS18S20 5V S2 8x 100k R4 * * * Optional ONEWIRE 5V S3 PC3 MO MI SCK PD3 PD4 PD5 PD6 PD7 R3 10k S4 S5 S1 S2 S3 S4 AIN1 PA2 PA1 DIGIN1 RESET IR 3 5V PB AIN1 PB0 (XCK/T0) PA0 (ADC0) PB PA1 PB1 (T1) PA1 (ADC1) PB PA2 PB2 (AIN0/INT2) PA2 (ADC2) PB S5 PB3 (AIN1/OC0) PA3 (ADC3) PB S1 PB4 (SS) PA4 (ADC4) PB S2 PB5 (MOSI) PA5 (ADC5) PB S3 PB6 (MISO) IC1 PA6 (ADC6) PB S4 PB7 (SCK) PA7 (ADC7) ATmega32 RXD RS PD0 (RXD) PC0 (SCL) TXD R/W PD1 (TXD) PC1 (SDA) IR EN PD2 (INT0) PC2 (TCK) DIGIN1 PD3 (INT1) PC3 (TMS) ONEWIRE D4 PD4 (OC1B) PC4 (TDO) PD D5 PD5 (OC1A) PC5 (TDI) PD D6 PD6 (ICP) PC6 (TOSC1) PD D7 PD7 (OC2) PC7 (TOSC2) RESET 2 1 5V D2 9 RESET 11 * SFH VCC AVCC V XTAL2 C1 22p AREF 32 Q1 8MHz 13 LCD1 R2 XTAL1 C2 22p 220 RS R/W EN J LCD V D3 1N PB7 PB6 PB5 PB4 PB3 PB2 PB1 PB0 C6 100n RXD TXD C7 100n D4 D5 D6 D7 C11 22u 20V N1 12V MC7805E 1 3 C3 100n 2 IC4 1 IN1 OUT IN2 OUT IN3 OUT IN4 OUT IN5 OUT IN6 OUT IN7 OUT IN8 OUT8 11 ULN2803A 9 K 10 1 C1+ V+ 2 IC2 V- C10 100n 100k VCC 16 R1IN 13 T1OUT 14 3 C R1OUT 10 T1IN 9 T2IN R2OUT 7 R2IN T2OUT 8 4 C2+ 5 MAX232CWE C2-15 R1 C9 B0 B1 B2 100n 5V C8 5V 5V C4 C5 C12 100n 100n 22u 20V 5V 1 B3 B4 B5 B6 B7 JP RN1 9x 470 D1 DC-10EWA 12V S20 S13 K2 S12 12V 6 100n / elektor 43

44 PRAXIS HAUSTECHNIK Stückliste Widerstände: R1 = 100 k R2 = 220 R3 = 10 k R4 = 4k7 RN1 = SIL-Widerstandsarray 10x470 RN2 = SIL-Widerstandsarray 8x100 k Kondensatoren: C1,C2 = 22 p C3 C10 = 100 n C11,C12 = 22 μ/20 V Halbleiter: D1 = DC-10EWA LED-Bargraph (Kingbright) (D2 = SFH506-36, 36-kHz-IR-Empfänger, Infineon)* D3 = 1N4001 N1 = MC7805BTE (Fairchild Semiconductor) IC1 = ATmega16-32 (programmiert ) IC2 = MAX232CWE (Maxim/Dallas Integrated Products) (IC3 = DS1820 (Maxim/Dallas Integrated Products)* IC4 = ULN2803A (u.a. ST, TI, ON) Bild 2. Bestückungsplan der doppelseitigen Platine. Außerdem: Q1 = Quarz 8 MHz, HC-49U K2 = Relais 1xÖffner, 12 V/2 A (z.b. Reichelt FIN V) S1 S5 = Drucktaster ITT Schadow (Reichelt DIT 1 XX) (alternativ: Dreh- Inkrementgeber mit Druckfunktion) LCD = LC-Display 2x16 Zeichen mit LSI KS0070B (z.b. Displaytech 162CBCBC bei Reichelt) mit Buchsenleiste und Adapterleiste 1x14-polig JP1 = Wannenstecker, 2x5, gewinkelt JP14 = Mono-Klinkenbuchse 3,5 mm für Platinenmontage (z.b. Reichelt: ESB35) S12, S13, S20 = Platinenanschlussklemme, 2-polig, RM5 S21 = Platinenanschlussklemme, 3-polig, RM5 DIL-IC-Fassungen 16-, 18- und 40-polig (je 1 Stück) Extern: K3, K4 = Relais 1xÖffner, 12 V/2 A 1-poliger Kippschalter R8,R10 = 1k5 R9,R11 = KTY81/110 (NXP) Platine (siehe Elektor-Shopanzeige und Programmierter Controller * siehe Text mit Vorwiderständen anschließen. Auf der Eingangsseite finden sich fünf Taster (S1...S5) mit Pullup-Widerständen (RN2), mit denen die Heizungsregelung bedient werden kann. Alternativ zu den Tastern unterstützt die Software auch den Einsatz eines Dreh- Inkrementgebers mit Tastfunktion, den man an S21, den analogen Eingang des Controllers anschließt. Abgerundet wird die Controllerschaltung von 44 elektor - 10/2007

45 einer einfachen +5-V-Spannungsregelung (N1). Dort werden auch die +12 V für die Relaisspulen bereitgestellt. Dieses schon einfache Controllerboard kann weiter reduziert werden: Die Heizungsregelung ist nämlich sowohl lokal über die Taster (oder Dreh-Inkrementgeber) als auch über den PC (oder sogar über eine zweite AVR-Ctrl-Platine) programmierbar. Verzichtet man auf eine lokale Programmierung, entfallen die Taster und das Display. Falls man die Programmierung per PC oder zweiter AVR-Ctrl nicht benötigt, so ist der MAX232 samt C6...C9 überflüssig. Das Widerstandsarray RN2 muss aber immer bestückt werden, damit die In Bild 3 sind die wenigen für die Heizungsregelung erforderlichen externen Bauteile eingezeichnet. Dabei handelt es sich um einen KTY81/110-Sensor für die Kesseltemperatur (R9 mit Vorwiderstand R8) und einen zweiten (R11 mit Vorwiderstand R10) für die Außentemperatur. Diese Sensoren werden direkt mit den Controllereingängen PA1 beziehungsweise PA2 verbunden. Die Anschlusspunkte liegen auf der Platine zwischen dem Mikrocontroller und der Klemme S21 und stellen auch +5 V und Masse zur Verfügung. Die Vorwiderstände R8 und R10 werden auf der Platine zwischen 5-V- und PA1- bzw. PA2-Anschlusspunkt gelötet, während die Sensoren (R9 und R11) über abgeschirmtes Kabel mit PA1 bzw. PA2 und Masse verbunden werden. S20 (+12V) +12V () (IC4 p. 14) (IC4 p. 13) S13 PB3 PB2 PA1 manual auto +T 5V 1k5 D4 1N4007 R8 R9 K3 KTY81/110 PA2 +T 5V 1k5 D5 1N4007 R10 R11 Bild 3. Die externen Bauteile der Heizungsregelung. K4 KTY81/ Eigenschaften der Heizungsregelung Regelung der Kesseltemperatur abhängig von der Außentemperatur Anzeige der Verbrauchswerte der letzen 5 Tage im Display 3 Betriebsarten (Nacht, Tag, abwesend) Download aller gespeicherten Daten per serieller Schnittstelle Für jede Betriebsart frei einstellbare Regel-Kennlinien Insgesamt 64 Timer programmierbar (in 2 unabhängigen Gruppen) Je 4 Timer für Werktags und jeden Wochentag einzeln Automatische Nachtabsenkung Wasserpumpe abschaltbar Übersichtliche Menüführung Nachlauf der Wasserpumpe etwa bei Umschalten in Nachtbetrieb Abspeicherung von Tages-Verbrauch und Tages-Durchschnittstemperatur für 130 Tage Alle Einstellungen und Verbrauchswerte werden im EEPROM gespeichert Optionale Bedienung per Inkremental-Drehgeber Manuelle Umschaltung des Betriebsmodus (Nacht, Tag, Abwesend) per Taster Notausschalter überbrückt Regelung Remote-Display per serieller Schnittstelle Controller-Firmware inklusive Quellcode und Windows-Software kostenlos verfügbar Eingänge des Controllers definiert auf Masse liegen. S1 hat in der Heizungsregelung übrigens keine Funktion. Auf der doppelseitigen Platine (Bild 2) können für alle ICs mit Ausnahme des Spannungsreglers Fassungen verwendet werden. Nach der Bestückung und einer Sichtkontrolle der Lötarbeiten sollte man die Spannungsversorgung testen (5 V und Masse an den entsprechenden Pins aller IC-Fassungen überprüfen). Ist der Test erfolgreich verlaufen, kann man die ICs und das LCD in die Fassungen stecken und die Versorgungsspannung wieder einschalten. Auf dem Display erscheint dann eine Begrüßungsmeldung. Integration Der Außentemperatursensor R11 wird an einer geeigneten Stelle (beschattet, auf der Wetter- oder Ostseite des Gebäudes) im Außenbereich angebracht. Eine gut abgeschirmte Verbindung (Abschirmung auf Masse) ist Pflicht, dennoch sollte die Leitung zur Controllerplatine so kurz wie möglich gehalten werden. Den Kesseltemperatursensor R9 bringt man dort an, wo der Vorlauf den Kessel verlässt. Hier dürfte sich in den meisten Fällen auch der heizungseigene Sensor (meist ein Kapillarröhrchen, das zum Kesselthermostat führt) befinden. Es ist ausreichend, den KTY81 mit einem Kabelbinder fest am Vorlaufrohr zu fixieren. Auch hier ist eine abgeschirmte Verbindung zum Controller erforderlich. Auf der Ausgangsseite steuert die Heizungsregelung je ein Relais für den Brenner und die Pumpe. Ein weiteres Relais (zum Beispiel für eine Erweiterung mit Warmwasserschalter) befindet sich mit K2 schon auf der Platine. Die Platzierung von Sensoren und Relais hängen von der jeweiligen Anlage ab. Jede Heizungsanlage sieht anders aus, Kesselthermostat, Pumpe und Vorlaufaustritt unterscheiden sich. Wichtig ist nur, die entscheidenden Kabelverbindungen der Heizung zweifelsfrei zu Bild 4. Der KTY81-Sensor wird über abgeschirmtes Kabel angeschlossen. 10/ elektor 45

46 PRAXIS HAUSTECHNIK identifizieren. Ausserdem sollte sichergestellt werden, dass der Heizungskessel grundsätzlich mit niedriger Kesseltemperatur betrieben werden darf. Nun wird es spannend der Umbau beginnt. Als erstes identifizieren wir in der alten Heizungsanlage den Thermostat, der die Temperatur des Kessels überwacht. Er öffnet ein Relais, das den Brenner abschaltet, wenn die Solltemperatur erreicht ist. Ein Leiter der Verbindung zwischen Relais und Brenner wird aufgetrennt und unser Relais eingeschleift. Dreht man nun den alten Thermostat auf Maximum, bleibt dessen Relais permanent eingeschaltet, sodass unser Relais die Steuerung des Brenners übernimmt. Die Funktion des alten Thermostats bleibt aber prinzipiell erhalten! Sollte die neue Heizungsregelung versagen, schließt man über den Not-Schalter (manual/auto in Bild 3) die Unterbrechung (deaktiviert also die Heizungsregelung), damit der alte Thermostat wieder die Steuerung übernehmen kann. Auf die gleiche Weise schalten wir ein zweites Relais in die Stromversorgung der Wasserpumpe. Dies senkt den Stromverbrauch und gleichzeitig den Geräuschpegel der Heizung (besonders nachts). Wer will, kann mit dem dritten Relais K2 auch noch die Warmwasserversorgung nachts abschalten (hier ist allerdings keine Notabschaltung vorgesehen). Die Beschaltung der externen Relais ist in Bild 3 deutlich angegeben. Bei den Freilaufdioden D4 und D5 parallel zu den Relaisspulen muss man auf die Polarität achten (die Kathoden liegen über den Schalter manual/auto an +12 V). Der Schaltkontakt des Warmwasserrelais steht an Klemme S12 zur Verfügung. Alle Relais müssen berührsicher in eigene kleine Gehäuse eingebaut sein. Eine Zugentlastung für die Heizungskabel ist anzuraten. Die Verbindungen der Controllerschaltung zur Außenwelt können über unterschiedliche Steckverbindungen laufen. Die Autoren haben sämtliche Leitungen zu den Sensoren und den Relais über einen einzigen Sub-D-Stecker geführt. Dies ist zwar praktisch, aber auch sportlich zu löten. Software Natürlich funktioniert die Heizungsregelung nur, wenn der Mikrocontroller IC1 programmiert ist. Wer den ATmega32 nicht selbst programmieren möchte, kann auf einen bereits programmierten Controller im Elektor-Shop zurückgreifen. Man muss es aber nicht. Die Firmware ist nämlich als Download-File auf der Elektor-Website kostenlos verfügbar, und der Controller verfügt über eine Programmierschnittstelle. Sie befindet sich neben dem Quarzoszillator des Controllers und besteht aus den vier Controller- Leitungen MOSI, MISO, SCK, Reset und Masse. Über diese Schnittstelle lässt sich der Controller in der Schaltung programmieren. Daher auch die Bezeichung ISP-Schnittstelle (für In-System-Programmable). Ein einfacher Programmieradapter für ATmega-Controller wurde zuletzt beim Mini-Mega-Board für ATmega16 und ATmega32 in Elektor beschrieben. Auch die Autoren haben auf Ihrer Homepage eine Beschreibung zur ISP-Programmierung (mit PonyProg) [2] und stellen zusätzlich zur Firmware für den ATmega32 auch eine Version für den AT90S8535 zur Verfügung (allerdings nur auf Deutsch, während der Download für den ATmega32 bei www. elektor.de auch eine englischsprachige Version enthält. Es sind sowohl Quellcode als auch Hex-Files verfügbar. Zusätzlich gibt es noch zwei Fernsteuerprogramme, eines zur Fernsteuerung an einem zweiten AVR-Ctrl und ein Windows-Programm zur Fernsteuerung mit dem PC. Letzteres bietet folgende Möglichkeiten: Visualisierung der Betriebspunkte der Heizungsregelung Anzeige der gespeicherten Verbrauchswerte Einstellung von Parametern zu Optimierung der Regelung Parameter mit drei Tasten Die Programmierung einer flexiblen Regelung nur mit drei Tastern (alternativ: Drehgeber mit Drucktaster) und einem kleinen LC-Display ist natürlich nicht ganz selbsterklärend. Bezeichnet werden die Tasten mit - (S2), + (S3) und Enter (S4) (entsprechend linke/rechte Drehung und Druck auf den Dreh-Inkrementgeber). Die folgende Beschreibung verwendet für die Angabe der Displayanzeige folgende Abkürzungen bzw. Symbole: Tk = Kesseltemperatur Ta = Außentemperatur Ts = Soll-Kesseltemperatur (Regelwert) * = Symbol für die Betriebsart auf dem Display (Sonne = Tag, gefüllter Kreis = Nacht, nicht gefüllter Kreis = Abwesend) Status-Menü Do 15:31 * 67% Ta=+ 3 Tk=+ 50 C Zeigt Wochentag und Uhrzeit, dann ein Symbol für die Betriebsart. Oben rechts steht der Verbrauch in Prozent, also die Zeit, die der Brenner an diesem Tag im Betrieb war. In der zweiten Zeile folgen Außen- und Kesseltemperatur. Zeitweise wird anstatt Ta die Soll-Kesseltemperatur Ts angezeigt. Tasten: - / + : Menü verlassen Enter: Uhrzeit und Wochentag stellen Timer-Setup-Menü WT *07:00 *08:00 1 *17:00 *22:00 Oben links steht der Wochentag (Mo - Fr, Sa, So und WT für Wochentags). Es folgen die Timerzeiten. Das Symbol vor jeder Zeit gibt die entsprechende Betriebsart an (z.b. Sonne 07:00 = ab 7 Uhr auf Tag-Betrieb). Für jeden Tag sind bis zu 4 Timerzeiten einstellbar. Man verlässt das Menü, wenn man einmal durch alle Wochentage geblättert hat. Tasten: - / + : Wochentag wechseln Enter: Timerzeit wählen (mit - / +) Ein Pfeil zeigt die Auswahl, dann Enter zum Ändern Timer einstellen Mo 07:00 * Mode Tag Hier kann man die Zeit und die Betriebsart (Tag, Nacht, Abwesend, Inaktiv) einstellen. Tasten: - / + : Werte ändern Enter: Okay Schaltgruppen-Menü Es werden in der Software zwei Sätze von Timerzeiten verwaltet, zum Beispiel für Schichtarbeit. 46 elektor - 10/2007

47 Tasten: - / + Gruppe wählen Enter: verlassen Kennlinien - Menü * 79 bei bei +21 Hier können für jede Betriebsart die Kennlinienpunkte eingetragen werden. Links oben steht die maximale und unten die minimale Kesseltemperatur und rechts jeweils die Außentemperatur. Natürlich ist in der Software eine entsprechende Hysterese eingebaut, sodass der Brenner nicht ständig an- und ausgeht. Am einfachsten kann man die Kennlinien interpretieren, wenn man das Windows-Programm verwendet. Tasten: - / + : Betriebsart wechseln Enter: Wert bearbeiten Wasserpumpen - Menü Pumpe aus * Nacht Tk < +33 C Für jede Betriebsart wird hier eine Kesseltemperatur eingestellt, unterhalb der die Wasserpumpe abgestellt wird. Auch hier gibt es eine Hysterese. Wenn man das Ausschalten verhindern will, setzt man die Temperatur einfach auf einen hohen Wert (zum Beispiel 80 C). Tasten: - / + : Wert ändern Enter: Betriebsart wechseln Verbrauchs-Menü Für jeden Tag wird der Verbrauch in Prozent und die Durchschnittstemperatur (Außen) gespeichert. Hier kann man die Werte für die letzen fünf Tage anschauen. Im EEPROM werden circa 120 Tage gespeichert, die Werte können aber nur mit der Windows-Software gelesen werden. Modus (Taste S5) Diese Taste erlaubt es, unabhängig von Menüs, Tageszeiten und Wochentagen zwischen den Betriebsarten zu springen. Bild 5. Darstellung der Temperaturverläufe im Windows-Programm. den Parametern spielen und sich die Folgen in der Kurvenschar ansehen. Das Fernsteuerprogramm (Bild 6) ist über Verbrauch erreichbar. Die Einträge werden hier ähnlich wie bei der lokalen Parametrierung vorgenommen. Die gespeicherten Verbrauchswerte können nicht nur angezeigt, sondern auch im mit Excel kompatiblen Format gespeichert werden. Die COM-Einstellungen sind unter Setup zu finden und zu ändern. (060325)rge [1] Homepage der Autoren: AVR-Ctrl-Projekt: avr-ctrl.php Heizungsregelung: heizung.php [2] Über ISP und PonyProg: isp.php#lpt Parameter unter Windows einstellen Die Bedienung und Parametrierung der Heizungsregelung ist mit dem Windows-Programm (Bild 5) natürlich wesentlich komfortabler und auch überschaubarer. Hier kann man schön mit Bild 6. Das Fernsteuerprogramm unter Windows. 10/ elektor 47

48 TECHNIK E-BLOCKS EasyControl I/O ECIO: ein preiswertes PIC18-Entwicklungssystem mit USB Von John Dobson Wer sich mit Mikrocontrollern von Microchip auskennt, der weiß, dass einige PICs mit eingebauter USB-Unterstützung ausgestattet sind. Braucht es für diese Controller tatsächlich ein spezielles Entwicklungssystem? Eigentlich nicht - oder doch? Früher war vielleicht nicht alles besser, aber sicher einiges einfacher. Alle PCs bis auf die mit Apfel-Logo verfügten über eine parallele und mindestens eine serielle Schnittstelle. Ein Mikrocontroller wurde mit Hilfe des Parallel- Ports programmiert und danach konnte die damit bestückte Schaltung dank integriertem USART (Universal Serial Asynchronous Receiver Transmitter) problemlos mit dem PC via serieller Schnittstelle kommunizieren. Dann kam USB (sogar in apfelartigen PCs), um uns allen das Leben leichter zu machen. Und schon wurden die ersten legacy free PCs und Laptops um die antiken Sub-D-Buchsen für serielle und parallele Schnittstellen erleichtert. Zum Programmieren von Mikrocontrollern braucht man heute also zwingend einen Programmer mit USB-Anschluss. Glücklicherweise haben viele moderne Mikrocontroller bereits einen USB-Port integriert. Mittlerweile kann man also den via USB programmierten Controller einfach via USB mit dem PC Daten austauschen lassen. Oder etwa nicht? Fakt ist, dass man keinen Mikrocontroller ganz einfach über seinen USB-Anschluss programmieren kann, denn wenn er aus der Fabrik kommt, kann er mangels Software noch überhaupt gar nichts. Also ist es naheliegend, ihn zunächst mit einem Minimal-Programm, dem Bootloader, auszustatten. Anschließend ist dann ein USB-Mikrocontroller tatsächlich dazu in der Lage, sich via USB mit neuer Software zu versorgen. Man kann dann die eigentliche Firmware ganz leicht updaten, ohne erst einen expliziten Programmer bemühen zu müssen. Schaltungs-Details Innerhalb der Microchip PIC18er-Serie wurde eine Reihe von Mikrocontrollern aufgelegt, die eine USB-Schnittstelle integriert haben. Besonders interessant sind die 40- und die 44-Pin-Typen des 18F4455 und der Typ 18F2455 mit 28 Pins. Solch einen PIC zum Leben zu erwecken, ist simpel: Man beende WOW, schließe ICQ und fokussiere BRAIN um von Web 2.0 auf HARDWARE. Dann schließt man den Controller mit zwei Leitungen, Masse und +5 V an USB an, klemmt einen 4-MHz-Taktgeber an zwei Pins und schließt noch einen Reset-Taster an fertig. Normalerweise liefert ein USB-Port bis zu 500 ma mit 5 V. Das reicht für fast alle existierenden Mikrocontroller und sogar noch für Zusatzhardware. Manche USB-Hubs ohne eigenes Netzteil liefern aber nur ca. 100 ma pro Port - besonders, wenn an anderen Ports schon kleine Stromfresser saugen. In diesem Fall kann also eine externe 5-V-Versorgung notwendig werden. 250 ma Belastbarkeit reichen für die meisten kleineren Mikrocontroller- Schaltungen aber aus. 48 elektor - 10/2007

49 VDD_USB J4 VDD_EXT VDD VDD_USB C2 C3 VDD_USB VDD_EXT 10n 10n J2 150 R4 10k R J3 MCLR A0 A1 A2 A3 A4 A5 E0 E1 E2 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D MCLR/VPP/RE3 RB7/KBI3/PGD RA0/AN0 RA1/AN1 RA2/AN2/VREF-/CVR RB4/KBI0/AN11/CSSPP RA3/AN3/VREF+ RB3/AN9/CCP2A/VPO RA4/0CKI/C1OUT/RCV RB2/AN8/INT2/VMO RA5/AN4/SS/HLVDIN/C2OUT RB1/AN10/INT1/SCK/SCL RE0/AN5/CK1SPP RB0/AN12/FLT0/INT0/SDI/SDA RE1/AN6/CK2SPP RC7/RX/DT/SDO RE2/AN7/OESPP RC6/TX/CK RD0/SPP0 RC2/CCP1/P1A RD1/SPP1 RC1/T1OSI/CCP2B/UOE RD2/SPP2 RC0/T1OSO/T13CKI RD3/SPP3 RD4/SPP4 U1 PIC18F4455QFN RB6/KBI2/PGC RB5/KBI1/PGM RD5/SPP5/P1B RC4/D /VM RD6/SPP6/P1C RC5/D+/VP RD7/SPP7/P1D VUSB B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0 C7 C6 C2 C1 C0 J1 +5V D D+ R2 R k SW2 D1 RESET LED_SMD 6 OSC1 OSC X MHz C1 220n 5 USB-B Bild 1. Schaltung der ECIO-Version für den 18F4455-Controller. Bild 1 zeigt die Schaltung des ECIO40P, der mit der 44- Pin-Variante des PIC18F4455 bestückt ist. LED D1 zeigt an, wenn der USB-Stecker eingesteckt ist und mit dem Power-Jumper kann man zwischen externer und Stromversorgung via USB wählen. Die Schaltung für den 28- Pin-Controller ECIO28P ist sehr ähnlich - es gibt einfach weniger I/O-Leitungen. Und so erklärt sich das Akronym ECIO: Easy Control I/O. Bootloader-Details Der Bootloader für ECIO-kompatible Systeme sollte einfach und effektiv sein: Ein einziger Schalter ist für Reset und Programmierung ausreichend. Wenn der Reset-Taster betätigt wird, dann schaut der zuerst gestartete Bootloader nach den USB-Leitungen. Wenn er einen aktiven USB-Anschluss erkennt, dann startet der Bootloader ein Download-Programm, das die vom PC gesendeten Daten in Empfang nimmt. Ohne USB-Verbindung übergibt der Bootloader die Kontrolle an das eigentliche Programm. Das Verfahren ist tatsächlich so einfach anzuwenden, wie es sich anhört. Ergänzend zum Bootloader benötigt man noch ein auf dem PC laufendes Programm, das den Mikrocontroller gegebenenfalls mit neuer Firmware versorgt. Passend zu den verschiedenen Ausgaben von Elektor zeigt Bild 2 die Oberfläche des in Deutsch, English, Französisch, Niederländisch und Spanisch erhältlichen und unter Windows laufenden Programms. Man kann damit eine Datei auswählen und zum Mikrocontroller übertragen. Zusammenwirken Für eine noch einfachere Nutzung wurde eine Platine entwickelt, die schon mit bestücktem PIC, USB-Buchse, Takt- Bild 2. Die Software zum Übertragen der Firmware läuft unter Windows. 10/ elektor 49

50 TECHNIK E-BLOCKS Bild 3. Fotos der Module ECIO40P und ECIO28P. ECIO40 CONNECTIONS ECIO28 CONNECTIONS VDD USB /RESET RA0/AN0 RA1/AN1 RA2/AN2 RA3/AN3 RA4/AN4 RA5/AN5 RE0/AN5 RE1/AN6 RE2/AN7 RD0 RD1 RD2 RD3 RD4 RD5 RD6 RD ECIO40P VDD EXT RB7 RB6 RB5 RB4 RB3/AN9 RB2/AN8/INT2 RB1/AN10/INT1/SCK RB0/AN12 RC7/RX/SDO RC6/TX/CK RC2 RC1 RC0 VDD USB /RESET RA0/AN0 RA1/AN1 RA2/AN2 RA3/AN3 RA4/AN4 RA5/AN ECIO28P VDD EXT RB7 RB6 RB5 RB4 RB3/AN9 RB2/AN8/INT2 RB1/AN10/INT1/SCK RB0/AN12 RC7/RX/SDO RC6/TX/CK RC2 RC1 RC0 Bild 4. Anschlussbelegungen von ECIO28P und ECIO40P. Module Die Preise für die ECIO-Module beginnen bei 29,50 Euro. Weiter gibt es auch noch ein Bundle aus einem ECIO40P, einer Experimentierplatine, je einem LED-, Schalter-, LCD-, Relais- und einem Opto-Isolator-Board zusammen mit Flowcode Professional mit einem speziellen Leser-Rabatt von 30 % auf den Listenpreis. Dieses Paket ist eine ideale Grundlage für Projekte wie zum Beispiel einen ECIO-basierten PLC. Modul/Bundle Preis () ECIO28P 29,50 ECIO28P (4 Stück) 89,95 ECIO40P 36,50 ECIO40P (4 Stück) 112,00 E-blocks Adapter-Board 36,50 E-blocks ECIO Starter-Pack 299,00 Alle Preise inklusive MwSt. Weitere Module finden Sie unter geber und Reset-Taster daherkommt. Wie Bild 3 zeigt, sehen beide Varianten wie ein großes Nicht-SMD-IC aus. Die Pin-Zahl der Pseudo-ICs ist in ihrer Bezeichnung enthalten und man kann die Platinchen als eine Art IC mit USB-Anschluss in beliebige Schaltungen integrieren. Für beide ECIO-Varianten gibt es ein passendes E-blockskompatibles Board, womit die E-blocks-Reihe schon wieder verlängert wurde. Die Diagramme in Bild 4 zeigen die Pinbelegungen der Module ECIO28P und ECIO40P als eine Art simplifizierte Repräsentation der doch reichlich komplexen Chips. Das 40-Pin-Modul verfügt über 6 Bit von Port A, 5 Bit von Port C und 3 Bit von Port E, aber über die vollen 8 Bit der Ports B und D. Port C ist deshalb nicht voll verfügbar, da seine Bits 3, 4 und 5 für USB zuständig sind. Das Modul ECIO28P verfügt, wie schon erwähnt, über weniger I/O-Leitungen. Software-Entwicklung Die ECIO-Module können mit jeder Software verwendet werden, die Dateien mit Maschinen-Code für die 18er PICs erstellen kann. Wenn man also über eine IDE oder einen Compiler/Assembler für die 18er-Serie der PICmicro-Controller verfügt, dann ist man schon komplett ausgestattet. Man muss bei der Software-Entwicklung lediglich berücksichtigen, dass der Bootloader den Adressraum von 0x000 bis inklusive 0x7FF für sich beansprucht, sodass eigene Programme bei der Startadresse 0x800 beginnen müssen. 50 elektor - 10/2007

51 Wer noch über keine geeignete Entwicklungsumgebung verfügt, braucht nicht zu verzweifeln: Für beide ECIO-Module steht eine freie Version der Software Flowcode zur Verfügung, die für einfachere Programme vollkommen ausreicht. Gegenüber der Vollversion ist sie lediglich in den folgenden Aspekten beschränkt: Maximal 2 KB erzeugter Code, ein reduzierter Umfang an Komponenten, maximal 64 verwendete Flussdiagramm-Symbole in einem Programm und die Lizenzeinschränkung für den privaten Gebrauch. Selbstverständlich kann ein jederzeitiges mögliches Upgrade auf Version 3.2 alle Limitierungen beseitigen und die Unterstützung für Feinheiten wie den CAN-Bus, Bluetooth, TCP/IP und mehr hinzufügen. Besitzer von Version 3.0 erhalten das Upgrade in Verbindung mit einem ECIO40P kostenlos. Prototyping mit ECIO28P Die Realisierung einer Schaltung mit einem ECIO-Modul könnte einfacher kaum sein: Man verwende eine E-blocks-Adapter-Platine oder eine Experimentierplatine (Bild 5). Mit einem Preis von nur 29,50 Euro gehört das ECIO28P zu den eher günstigen Fertiglösungen für USB. Bei größeren Projekten oder wenn komplexere Systeme miteinender verbunden werden sollen, ist eventuell eine E-blocks-Adapter-Lösung hilfreich. An diese Platine können eine Vielzahl anderer Module (von ein paar LEDs bis hin zu einem CAN-Bus-System) angeschlossen werden. Voraussichtlich in der nächsten Elektor-Ausgabe wird gezeigt, wie man mit einem ECIO- Modul einen voll funktionalen PLC (Programmable Logic Controller) realisieren kann. ( I) Anzeige D u r c h b l i c k e r Bild 5. Die Verwendung eines ECIO-Moduls mit einer Experimentierplatine. 10/ elektor 51

52 PRAXIS MIKROCONTROLLER USBprog Open-Source- Universalwerkzeug AVR-Prog USB-RS232-Inte Von Dipl.-Inf. (FH) Benedikt Sauter in Zusammenarbeit mit Dr. Thomas Scherer Ein neuer Mikrocontroller und schon wieder ein neuer Programmer? Wer sich heute mit Controllern befasst, verfügt oft über ein ganzes Arsenal von Platinen und Adaptern zur Programmierung unterschiedlicher Chips. Damit macht der USBprog Schluss! Und als Zugabe ist er auch noch als USB- I/O- und USB/RS232-Interface zu verwenden. Eigenschaften und Funktionen: - USB-Schnittstelle - Software für Windows und Linux - Programmer für AVR-Prozessoren - Programmer für ARM-Prozessoren - USB zu RS232-Wandler ohne Treiber - JTAG-Schnittstelle - USB-I/O-Interface (10 Leitungen + LED) USB serial Da es zur einigermaßen flotten Datenübertragung zwischen USB und Zielsystem sowieso sinnvoll ist, einem USB-fähigen Schnittstellen- Chip einen dezidierten Mikrocontroller an die Seite zu stellen, der die beschleunigte Kommunikation mit dem zu programmierenden Mikrocontroller übernimmt, kann man gleich zu einem leistungsfähigen Exemplar greifen und etwas Intelligenz hineinpacken. Dann kann man die Daten in einem Rutsch in den Speicher des Mikrocontrollers übertragen und dieser übernimmt dann den Rest: Die Simu- USB- Bridge IC2 USBN9604 USBprog 8-bit-Bus Auch Benedikt Sauter als Entwickler dieses Projekts störte es, dass quasi jeder Mikrocontroller einen eigenen Programmer erfordert. Das kostet unnötig Platz und ist auch weder ökonomisch noch ökologisch. Hinzu kommt, dass viele Simpel-Programmer aus dem Internet und ältere kommerzielle Exemplare Schnittstellen voraussetzen, über die moderne PCs und Notebooks schon länger nicht mehr verfügen. Das gilt für parallele Druckerschnittstellen ebenso wie für die altgediente serielle RS232-Schnittstelle. Peripherie muss heute zwingend via USB anschließbar sein. Firmware IC1 ATmega32 Bootloader serial 8-bit-Bus serial 8 bit parallel Bild 1. Das Blockschaltbild von USBprog zeigt die Kombination einer USB-Bridge mit einem Mikrocontroller. Bei serieller Peripherie würden zwar USB/Seriell-Konverter helfen, doch häufig sind diese Umsetzer sehr langsam, wenn die Software auch die Steuerleitungen der seriellen Schnittstelle anspricht. Die Übertragung einiger KByte in den Speicher eines Mikrocontrollers kann zu einer Minuten dauernden Geduldsprobe werden, was bei der Software-Entwicklung und besonders beim Debuggen ganz schön nervt. Gute (also schnelle ) USB/Seriell-Konverter kosten hingegen leicht mehr als das hier vorgestellte MacGyver-Multitool [1] für die Mikrocontroller-Welt. Alleskönner? Angesichts dieser Ausgangslage liegt es auf der Hand, all diese Probleme auf einmal zu lösen. Und das ist tatsächlich möglich: 52 elektor - 10/2007

53 rammer rface & Linux Linux Windows ARM-Programmer USB-I/O-Interface USBprog USBprog JTAG-Interface Tabelle 1. Die über die Projektseite erhältliche Firmware (Stand 08/2007, wird ständig erweitert) Nr. Firmware Beschreibung Status 1 AVRISP-MK2-Klon Nachbildung des originalen AVRISP MK2 stabil 2 OpenOCD-Adapter Adapter für ARM7 und ARM9 beta 3 AT89-Programmer Entstanden für das AT89S8252 Board von Elektor beta 4 SimplePort 8 I/O-Leitungen ansteuerbar via C, Python und Java stabil 5 JTAG-Adapter Universeller USB-JTAG-Adapter mit C-Bibliothek beta 6 USB/Seriell-Wandler USB/RS232-Konverter (läuft ohne extratreiber!) pre-alpha 7 JTAGICE-MK2-Klon Nachbau des originalen JTAGICE mk2 Entwicklung (erste Funktionen) 8 XSVF-USB-Player Universal XSVF Player Konzept & Basisquelltext steht 9 Blink-Demo Einfaches Blink-Demo (LED blinkt) stabil 10 PIC-Programmer Basierend auf Odyssey für Linux und Windows Konzept & Basisquelltext steht 11 BDM-USB Interface Interface, Debugging von 68er Prozessoren Konzept & Grundstruktur steht 12 MSP430-JTAG Interface für stromsparende Controller von Texas Instruments Konzept & Grundstruktur steht lation einer Programmier-Schnittstelle und den Datentransfer zum Ziel- System (siehe Bild 1). Doch es wird noch besser: Ist dieser Mikrocontroller mit einem Bootloader als Grundprogramm ausgestattet, dann ist es mit der geeigneten Software vom PC aus jederzeit möglich, die eigentliche Firmware des Mikrocontrollers direkt via USB und ohne einen Programmer in seinen Speicher zu laden. Genau diese Fähigkeit ermöglicht nun nicht nur bequeme Firmware-Updates, sondern macht das Gerät zum Universalwerkzeug. Auf diese Weise kann nämlich Firmware mit den unterschiedlichsten Funktionen in den Mikrocontroller des USBprog gepackt werden, und USBprog verwandelt sich vom AVR-Programmer in einen Programmer für ARM7/9-Controller oder in ein USB-Schaltinterface. Und da der verwendete Controller im USBprog auch einen UART eingebaut hat, kommt die Funktionalität eines USB/Seriell-Konverters ebenfalls gratis hinzu! Open-Source Dass die schönste Hardware ohne Software nur ein Stück nutzlose Elektronik ist, gilt ganz besonders für das Konzept von USBprog. Ohne passenden Bootloader und ohne geeignete Firmware für all die denkbaren Funktionen bleiben diese graue Theorie. Der Hinweis auf die Möglichkeit, sich die Software selbst zu schreiben, hilft da nicht wirklich weiter. Das war natürlich auch dem Entwickler klar, der aus diesem Grund mehr als nur die notwendigen Treiber für den USB-Betrieb von IC2 und den Bootloader für IC1 auf seiner Projekt-Webseite [2] und auch bei zum Download bereitstellt. Ein Blick auf Tabelle 1 zeigt eine Liste passender Firmware, die ständig erweitert wird. Darunter sind sehr interessante Dateien, die USBprog in einen Klon des In-System-Programmers MK2 von Atmel verwandeln. Man kann dann ohne Probleme die von Atmel kostenlos angebotene Entwicklungs- 10/ elektor 53

54 PRAXIS MIKROCONTROLLER VCC VCC VCC C4 R1 C3 C11 C7 C6 C9 C10 C8 100n 10k 1u 100n 1u 100n 100n 100n 100n VCC MBRS130T3G K1 USB 5 6 D VUSB PC0 PC1 PC2 PC3 PC4 PC5 PC6 PC7 R4 1k5 C5 1u 26 D0/SO 27 D1 28 D2 1 D3 2 D4 3 IC2 D5 4 D6 5 D7 USBN9604SLB 10 9 D- 8 D+ V3.3 XIN C1 15p VCC 12 R3 1M Y1 24MHz DACK 24 RESET 6 INTR 22 CS 19 RD 20 WR/SK A0/ALE/SI DRQ 23 CLKOUT 18 MODE0 15 MODE1 14 A 7 XOUT C2 15p PB3 PB1 PB2 100R 100R 100R JP3 2 R13 4 R15 6 R D1 MBRS130T3G K2 JP2 PD0 PD1 PD2 PD3 PD4 PD5 PD6 VUSB 1 R8 100R 3 R9 100R 5 R10 100R 7 R11 100R 9 R12 100R MOSI PB5 PB4 RST PB0 SCK PB7 MISO PB6 VCC 5 VCC 17 VCC 38 AVCC PD0 (RXD) PC0 (SCL) PD1 (TXD) PC1 (SDA) PD2 (INT0) PC2 (TCK) PD3 (INT1) PC3 (TMS) PD4 (OC1B) PC4 (TDO) PD5 (OC1A) PC5 (TDI) PD6 (ICP) PC6 (TOSC1) 16 IC1 26 PD7 (OC2) PC7 (TOSC2) 8 RESET 4 7 XTAL1 XTAL2 AREF 29 ATmega32L-8MU PB PB0 (XCK/T0) PA0 (ADC0) PB PB1 (T1) PA1 (ADC1) PB PB2 (AIN0/INT2) PA2 (ADC2) PB PB3 (AIN1/OC0) PA3 (ADC3) PB PB4 (SS) PA4 (ADC4) PB PB5 (MOSI) PA5 (ADC5) PB PB6 (MISO) PA6 (ADC6) PB PB7 (SCK) PA7 (ADC7) PB A 39 A PC0 PC1 PC2 PC3 PC4 PC5 PC6 PC7 RESET 10k R2 JP1 VCC 10k R7 JP4 AUX 274R R5 LED1 LED2 rot 274R R6 POWER grϋn Bild 2. Der Schaltplan des USBprog ist nicht wesentlich komplexer als das Blockschaltbild. umgebung AVR-Studio [3] und auch andere Software verwenden, die den AVRISP-MK2 unterstützt. heit zu erweitern. Eine kleine Fangemeinde zu USBprog existiert bereits. Um die bei Open-Source-Projekten aber oft (zu) hohe Einstiegsschwelle zu reduzieren, steht auf der Projektseite auch Software zur Verfügung, die nicht nur den ATmega32 neu flashen kann, sondern auf Knopfdruck auf der Projektseite nachschaut, ob neue Firmware dazugekommen ist und diese gegebenenfalls nachlädt. Das Gantungen ist gedacht. Neben einer obligatorischen Funktion als Programmer mit JTAG-Interface ist zurzeit auch die Kompatibilität zu weiteren Controller- Familien in Arbeit. Eine andere Firmware ermöglicht es, ARM7- oder ARM9-Controller mit Hilfe der Software-Umgebung OpenOCD [4] zu programmieren und zu debuggen. Auch an die Verwendung als USB/Seriell-Konverter oder als einfaches USB- Interface mit zehn digitalen I/O-Lei- Tabelle 2. Belegung der Pins von K2 je nach aufgespielter Firmware. Pin Nr. Alle Software liegt - ganz im Sinne des Open-Source-Gedankens - als offener Quelltext vor. Jeder ist herzlich dazu eingeladen, den Fundus an möglicher Firmware zum Wohle der Allgemein- AVRISP-MK2- Klon OpenOCD- Adapter AT89- Programmer SimplePort JTAG-Adapter USB/Seriell- Wandler JTAGICE- MK2-Klon K2 #1 MOSI TDO MOSI Port 1 TDO TDI K2 #2 VCC VREF VCC VCC VREF VCC VREF K2 #3 SRST Port 2 SRST K2 #4 TRST Port 3 TRST K2 #5 Reset TMS Reset Port 4 TMS TCK K2 #6 Port 5 K2 #7 SCK TCK SCK Port 6 TCK TMS K2 #8 Port 7 K2 #9 MISO TDI MISO Port 8 TDI TDO K2 #10 JP3 RX SRST Port 9 RX JP3 TX TRST Port 10 TX 54 elektor - 10/2007

55 ze gibt es übrigens nicht nur für Windows, sondern auch für Linux, und sogar an eine OS-X-Version ist gedacht. Hardware Bild 2 zeigt die Schaltung des USBprog. Sie ist nicht sehr viel komplizierter als das Blockschaltbild. Die komplette Schaltung wird direkt aus der USB-Buchse des PCs versorgt, was bei weniger als 100 ma Gesamtstromaufnahme problemlos möglich ist. D2 schützt den speisenden PC vor eventuellen Überspannungen durch die an USBprog angeschlossene Hardware. Bild 3. Die zweiseitige USBprog-Platine ist weitgehend SMD-bestückt. man könnte hier zum Beispiel gut einen zusätzlichen Taster anschließen. Aufbau & Bootloader Da USBprog mit einer doppelseitigen Platine und etlichen SMD-Bauteilen realisiert wird, werden sicherlich viele Leser gerne auf den im Elektor-Shop erhältlichen Bausatz mit bereits weitgehend bestückter Platine zurückgreifen. Lediglich die Buchsen und Pfostenstecker sind noch selbst zu löten. Wer daran Freude hat, der kann die Platine (Bild 3) mit Hilfe der Layouts (Download bei Stückliste Widerstände: R1, R2, R7 = 10 k, SMD 0603 R3 = 1 M, SMD 0603 R4 = 1k5, SMD 0603 R5, R6 = 274, SMD 0603 R8...R15 = 100, SMD 0603 Kondensatoren: C1, C2 = 15 p, SMD 0603 C3, C5, C7 = 1 μ, SMD 0603 C4, C6, C8...C11 = 100 n, SMD 0603 Halbleiter: IC1 = ATmega32L-AU, QFP 12x12 (Atmel) IC2 = USBN9604SLB (National Semiconductor) D1, D2 = MBRS130T3G, SMB DO214AA LED1 = LED rot, SMD 0603 LED2 = LED grün, SMD 0603 Außerdem: Y1 = Quarz, 24 MHz, HC49/4 K1 = USB-Buchse, Typ B für Platinenmontage K2 = 10-poliger DIL-Wannenstecker, gewinkelt für Platinenmontage JP1, JP4 = 2-poliger SIL-stecker JP2 = 3-polige Stiftleiste, einreihig JP3 = 4-polige Stiftleiste, einreihig Platine (Layouts und Bestellung via SMD-bestückte Platine mit allen zusätzlichen Bauteilen ( , siehe Elektor-Shop-Anzeige) IC2 ist eine spezialisierte USB-Bridge, die mit USB 1.1 full speed kompatibel und mit der Möglichkeit der DMAbasierten Datenübertragung recht flott unterwegs ist. Der Takt des externen 24-MHz-Quarzes wird intern verdoppelt und kann mit programmierbarer Frequenz auf CLKOUT gelegt werden, womit dann IC1 getaktet wird. Ein zweiter Quarz erübrigt sich dadurch. Die meiste Firmware taktet IC1 mit seiner Maximalfrequenz von 16 MHz. IC1 und IC2 sind durch einige Steuerleitungen und durch einen 8 bit breiten Bus miteinander verbunden. Die Pins des parallelen Ausgangs K2 und von JP3 werden von der Firmware nach Bedarf mit den geeigneten Funktionen belegt (siehe Tabelle 2). Ist JP1 gesteckt, dann kann über Pin 5 von K2 die Reset- Leitung von IC1 von außen gesteuert werden, was zum externen Programmieren (Bootloader) von IC1 erforderlich ist. Mit JP2 kann man wählten, ob an SV2 angeschlossene Hardware entweder direkt von den 5 V der USB-Schnittstelle versorgt werden soll oder ob der PC doch besser via D1 geschützt sein soll. D1 und D2 sind wegen des geringeren Spannungsabfalls Schottky-Dioden. JP4 steht für individuelle Zwecke zur Verfügung, Bild 4. Ein Screenshot von usbprog-gui.exe unter Windows. auch selbst anfertigen oder bei www. thepcbshop.com bestellen und komplett von Hand bestücken. Nach erfolgreicher Bestückung (Bild 5) steht man erst mal vor einem Henne- Ei-Problem: Bevor man bequem via USB die gewünschte Firmware flashen kann, muss zuerst einmal der Bootloader in IC1 gespeichert werden, der das USBbasierte Flashen erst ermöglicht. Port B von IC1 weist als zweite Funktion die nötigen Anschlüsse zur Programmierung auf, und diese sind auch schon alle an K2 herausgeführt. Wer jetzt nicht eh schon über einen AVR-Programmer verfügt oder sich einen bei einem Freund oder Bekannten ausleihen kann, der hat vielleicht Zugang zu einem PC mit Parallel-Schnittstelle. Über diese Druckerschnittstelle kann man nämlich IC1 auch mit einer schnell zusammen gestrickten Einfachst-Schaltung [5] programmieren. Die 10/ elektor 55

56 PRAXIS MIKROCONTROLLER Über den Autor Benedikt Sauter ist leidenschaftlicher Open-Source-Hardware- und Softwareentwickler und kümmert sich auf der Projektseite um den Ausbau und die Pflege der mit USBprog möglichen Anwendungen. Tabelle 3. Die für den ATmega32 zu setzenden Fuses. Nr. Fuse Wert Beschreibung 1 BODLEVEL 1 keine Brown-Out-Detection 2 BODEN 0 keine Brown-Out-Detection 3 SUT0 0 Startup-Time = 6 CLK + 64 ms 4 SUT1 1 Startup-Time = 6 CLK + 64 ms 5 CKSEL externer Takt 6 CKOPT 1 externer Takt 7 OCDEN 1 On-Chip-Debug disable wichtig wegen Port C 8 JTAGEN 1 JTAG aus 9 SPIEN 0 serial program download enabled 10 EESAVE 1 Chip erase löscht auch EEPROM 11 BOOTSZ Boot start address = $ BOOTRST 1 nur bei usbprog_base.hex sonst BOOTRST = 0 Datei usbprog_base.hex wird hierzu mit AVR-Studio, AVRDUDE oder anderer AVR-Software auf den ATmega32 übertragen. Außerdem müssen die Fuses anhand von Tabelle 3 gesetzt werden. Ist der Bootloader erst einmal drauf und sind die Fuses gesetzt, dann ist USBprog einsatzbereit. Software Wie schon erwähnt, gibt es für Linux und Windows sowohl eine Kommandozeilen-Version als auch ein richtiges Programm zum bequemen Umflashen von USBprog. Für Windows findet sich auf der Projektseite [2] ein Installationsprogramm mit der Bezeichnung Installer.exe. Wenn diese Datei unter Windows ge- startet wird, dann wird neben der Kommandozeilen-Version usbprog.exe und der Version mit grafischer Oberfläche usbprog-gui.exe auch der passende Treiber installiert. Schließt man USBprog jetzt an eine USB-Schnittstelle an, sollte der Treiber-Wizard von Windows USBprog erkennen und diesen Treiber automatisch aktivieren. Die Software für Linux kommt aufgrund der vielen unterschiedlichen Architekturen nicht als fertig kompiliertes Programm. Hier muss wie üblich das komplette Software-Archiv von [2] herunter geladen und wie folgt vorgegangen werden: 1. Entpacken mit tar xvzf usbprog. tar.gz. 2. In das Verzeichnis usbprog wechseln. 3. Vorbereitung der Kompilierung mit dem Befehl./configure 4. Start der Kompilierung mit dem Befehl make. 5. Installation mit dem Befehl make install (als root ausführen!) Für den Mac existiert im Moment noch kein USBprog-Flash-Programm. Ein als AVRISP-MK2-Klon geflashter USBprog lässt sich aber immerhin mit der Freeware AVRDUDE [6], einem Kommandozeilen-Programm für Mikrocontroller von AVR, einsetzen. Auf der Projektseite [2] sind immer die aktuellen Neuerungen in Sachen USBprog zu finden. (060244e) Weblinks Bild 5. Dieses im Elektor-Labor gebaute Muster entspricht schon fast dem Serienstand [1] MacGyver: [2] Projektseite: und bei [3] AVR-Studio: [4] OpenOCD: [5] Parallel-Programmer: [6] AVRDUDE: [7] WinAVR: [8] ATmega32-Datenblatt: prod_documents/doc2503.pdf 56 elektor - 10/2007

57 10/ elektor 57

58 TECHNOLOGIE USB/UART USB/Seriell-ICs Eine Auswahl- und Überlegenshilfe Von Antoine Authier Erste Chips zur Überbrückung der technologischen Kluft zwischen USB und althergebrachten seriellen Schnittstellen erschienen schon Anfang Mittlerweile gibt es schon die fünfte Generation dieser Bridge-ICs, und mit jeder Evolutionsstufe wurden sie schneller, zuverlässiger und brachten mehr Funktionen mit und natürlich auch umfangreichere Treiber. Mit Hilfe solcher ICs kann man serielle Geräte im Full-Duplex-Asynchronbetrieb - ob RS-232-kompatibel oder nicht an einen PC mit USB-Schnittstelle anschließen. Die zugehörigen Treiber gibt es in der Regel in zwei Varianten: Eine emuliert einen traditionellen COM-Port bei Windows, Linux und sogar bei OS X (das überraschenderweise so etwas noch kennt). Auf diese Weise kann alte Hardware weiter von alter Software angesteuert werden, die USB noch nicht kennt. Die zweite Variante bietet Hochgeschwindigkeits-Datentransfer (Stichworte: direct block transfer und bulk mode ), indem größere Puffer im Speicher angelegt werden und möglichst lange auf konventionelle RS- 232-Signalisierung verzichtet wird. Mit vielen Modellen sind leicht Transferraten von über Baud möglich. Die drei wichtigsten Hersteller in diesem Marktsegment sind FTDI (Future Technology Device International), American Silicon Laboratories (kurz Silabs) und Taiwanese Prolific Technology (kurz Prolific). FTDI Die beiden neuesten ICs von FTDI sind die Chips FT232R und FT2232D. Der VCC 48MHz Baud Rate Generator 3V3OUT USBDP USBDM 3.3 Volt LDO Regulator USB Transceiver with Integrated Series Resistors and 1.5K Pull-up Serial Interface Engine (SIE) To USB Transceiver Cell FIFO TX Buffer 128 bytes USB Protocol Engine Internal EEPROM UART FIFO Controller VCCIO UART Controller with Programmable Signal Inversion and High Drive TXD RXD RTS# CTS# DTR# DSR# DCD# RI# CBUS0 CBUS1 CBUS2 CBUS3 CBUS4 USB DPLL 3V3OUT OSCO (optional) OCSI (optional) Internal 12MHz Oscillator Clock Multiplier / Divider FIFO RX Buffer 256 bytes 48MHz RESET# 24 MHz 12 MHz 6MHz To USB Transceiver Cell RESET GENERATOR TEST 58 elektor - 10/2007

59 Typ FT232R bringt einen USB/UART (Universal Asynchronous Receiver/ Transmitter) mit und arbeitet auch synchron im bit bang -Modus. Dieser spezifische Modus erlaubt die Ansteuerung von acht high-speed I/O-Leitungen. Ein Konfigurations-EEPROM und die notwendigen USB-Abschluss-Widerstände sind zusammen mit einer Taktschaltung im IC enthalten und vereinfachen so die Schaltung und reduzieren den Platzbedarf auf der Platine. Der Chip stellt ein Taktsignal zur Verfügung, das vom internen Takt abgeleitet und einstellbar auf 6, 12, 24 oder 48 MHz zum Takten externer Logik geeignet ist. Während der Herstellung wird jedes IC mit einer einzigartigen Identifikationsnummer (FTDIChip-ID) versehen. FTDI ist genau auf diese technische Errungenschaft sehr stolz, da somit gleichzeitig ein hardware-basierter Kopierschutz realisiert werden kann. Die Treiber für diese Chips gibt es von FTDI frei und kostenlos für Windows, Linux (im Moment nur für die älteren Kernel-Versionen 2.4.x) und Mac. Bill Ryder ist der Initiator von Virtual COM for Linux ( sourceforge.net) und koordiniert die Entwicklung. Sein Treiber ist schon ab Version in den Kernel eingebunden und für die Peripherie /dev/tty- Erfahrungsbericht gut und zuverlässig. Auch die verfügbaren Windows-Treiber sind sehr gut dokumentiert. Die Datenflusskontrolle arbeitete nicht richtig. Dieses Problem konnte dank des technischen Supports aus den USA schnell beseitigt werden. Leider gab es für den Linux-Treiber keinen Source-Code. Die Anpassung kostete daher unnötig viel Zeit und erforderte etwas Inspiration und Reverse-Engineering. Bei der Synchronisation der seriellen Schnittstelle erzwingt USB die Übertragung in Paketen, was zu Verzögerungen bei der Datenübertragung von einigen ms führt. Dennoch sind die erzielbaren Datenraten weit höher als bei konventionellen seriellen Schnittstellen. Frederic, R&D Inventel, Paris. Der Typ FT2232D bietet hingegen gleich zwei unabhängig konfigurierbare USB-UART/FIFOs (First In-First Out). Damit werden die folgenden Modi unterstützt: UART-Interface, FIFO, bit bang, JTAG-kompatibles synchrones Interface, I 2 C und SPI-Bus. Gerade die letzten drei Modi machen dieses IC zur bevorzugten Lösung für die Anbindung einer großen Menge unterschiedlicher Chips. Insbesondere das JTAG-Interface erlaubt das einfache Debuggen und Programmieren JTAG-kompatibler Mikrocontroller. USBx verantwortlich, wenn ein IC von FTDI unter Linux angeschlossen wird. In Sachen Macintosh wird nicht nur OS X, sondern sogar noch die Uralt- Variante OS 8 unterstützt. Mittlerweile wurden etliche weitere Implementierungen und Ergänzungen geschrieben. Intra2net bietet zum Beispiel eine spezielle Library für den Betrieb im bit bang -Modus (www. intra2net.com/de/produkte/opensource/ftdi/). Diese Library basiert auf dem libusb -Standart und arbeitet bislang FTDI Chips sind weit verbreitet und in den meisten selbst gebauten USB- Projekten zu finden. Bei einer Internet- Recherche stößt man deshalb auch auf sehr viele Informationen zu diesen ICs. Nachdem es in den letzten Jahren um die Erhältlichkeit dieser Chips manchmal nicht sehr gut bestellt war, hat FTDI die Distributionskanäle neu organisiert, und heute sollten die ICs leicht und zu vernünftigen Preisen erhältlich sein. Interessant ist auch der USB- Host-Controller Vinculum, die neueste Entwicklung aus dem Hause FTDI. Silabs Silicon Laboratories hat drei ICs in Sachen USB/Seriell-Konversion im Programm: Die Chips CP2101, CP2102 und 10/ elektor 59

60 TECHNOLOGIE USB/UART FTDI Silicon Laboratories Eigenschaften FT232R FT2232D CP2101 USB-Standard 2.0 full-speed 2.0 full-speed 2.0 full-speed EEPROM (in Byte) 1024 extern 512 Sende-Puffer (in Byte) Empfangs-Puffer (in Byte) Unterstützte Daten-Bits 7 und 8 7 und 8 8 Unterstützte Stop-Bits 1, 2 1, 2 1 Unterstütztes Parity Handshake Baudrate even, odd, none, mark, space Hardware oder Software X-on X-off RS232: 300 bps 1 Mbps RS485: 300 bps 3 Mbps even, odd, none, mark, space Hardware oder Software X-on X-off RS232: 300 bps 1 Mbps RS485: 300 bps 3 Mbps Suspend & Resume ja ja nein Konfigurierbare Datenraten (nicht-standard) ja ja nein Konfigurierbarer Time-Out für Empfang ja ja nein Frei verfügbare I/O-Leitungen 5 konfigurierbar konfigurierbar nein Konfigurierbare Spannung der I/O-Leitungen 1.8, 2.8, 3.3, 5 V 3.3, 5 V nein Dynamischer Stand-by-Betrieb nein ja nein RS-232-Protokoll ja ja ja RS-422-Protokoll ja ja nein RS-485-Protokoll ja ja nein anderer serieller Bus - JTAG, I²C, SPI - Block-Transfer-Modus ja, bit bang ja, bit bang ja Interner Takt 6, 12, 24, 48 MHz nein - Integrierter USB-Abschluss (Impedanz) ja nein ja even, odd, none Hardware und Software 300 bps kbps Versorgungsspannung 3,3 V, 5,25 V 4,35 V, 5,25 V 3,0 V, 3,6 V Versorgung via USB ja ja ja Seriennummer FTDIChip-ID nein nein Gehäuse QFN-32 SSOP-28 LQFN-48 QFN-28 Treiber Virtueller COM Port (W/L) D2XX (W/L) Virtueller COM Port (W/L) D2XX (W/L) Virtueller COM Port (W/L) USBXpress (W) CP2103. Das Modell CP2101 ist das Basis-IC. Es bietet alle Gundfunktionen eines USB/Seriell-Konverters in einem 28-poligen Gehäuse mit nur 5 mm Kantenlänge. Das IC ist USB-2.0-kompatibel, allerdings full-speed, was maximal 12-Mbps im USB-Zweig bedeutet. Es enthält einen voll integrierten Taktgenerator und erlaubt den USB- Anschluss ohne externe Widerstände. Zu Konfiguration dient ein 512-Byte- EEPROM. Sein serieller Zweig ist RS- 232-kompatibel. Der Einsatz als Brücke zwischen USB und seriellen Anschlüssen gestaltet sich daher sehr einfach. Bei den Typen CP2102 und CP2103 handelt es sich um verbesserte und vor allem erweiterte Nachfolger. So ist das auf Bytes vergrößerte EEP- ROM nun gegen Überschreiben schützbar. Der Typ CP2103 wurde zudem um vier unabhängige I/O-Leitungen erweitert, deren Ausgangsspannung mit Hilfe externer Versorgung anpassbar ist. Außerdem unterstützt das IC auch RS-485 und verfügt über dynamischen Stand-by-Betrieb via USB. Auch von Silabs gibt es zwei Arten von Treibern: Die COM-Port-Emulation ist sowohl für Windows, Linux und Mac verfügbar als auch für Linux-Kernel der Versionen 2.4 und 2.6. Bei PCs mit dem Apfel drauf gibt es Treiber für OS X und für OS 9. Als virtueller COM- Port unterstützt der UART alle RS-232- Funktionen inklusive Handshake. Der Typ CP2103 unterstützt auch RS-485 und steuert zudem vier GPIOs (General Purpose Input/Output). Der lediglich für Windows verfügbarer Treiber USBXpress unterstützt den Chip direkt und ohne Umwege über serielle Emulationen. In Sachen Linux ist es noch wichtig zu wissen, dass es sich um closed source handelt - der Quellcode also nicht offen gelegt ist. Allerdings hat Craig Shelley einen neuen Treiber geschrieben, dessen Quell-Dateien verfügbar 60 elektor - 10/2007

61 Prolific Moschip CP2102 CP2103 PL2303 PL2313 MSC7820 MSC full-speed 2.0 full-speed 2.0 full-speed 1,1 2.0 full-speed 2.0 full-speed OTP* + extern OTP* + extern extern I²C extern I²C / / , 6, 7 und 8 5, 6, 7 und 8 5, 6, 7 und 8-5, 6, 7 und 8 5, 6, 7 und 8 1, 1.5 und 2 1, 1.5 und 2 1, 1.5 und even, odd, none, mark, space even, odd, none, mark, space Hardware und Software Hardware und Software even, odd, none, mark, space Hardware oder Software X-on X-off Hardware und Software Hardware und Software Hardware und Software 300 bps 1 Mbps 300 bps 1 Mbps 75 bps 6 Mbps bis to 1 Mbps 50 bps 6 Mbps 50 bps 6 Mbps ja ja ja - ja ja ja ja - - ja ja ja ja nein nein 1,8 V Vdd nein ja ja - ja ja ja ja ja ja ja ja nein nein nein - ja ja nein ja nein - ja ja ja (japanisch) - - ja ja ja ja nein nein nein nein ja ja ja ja - - 3,0 V, 3,6 V 3,0 V, 3,6 V 3,6 V, 5,5 V 3,3 V, 5,5 V 4,5 V, 5,5 V 4,5 V, 5,5 V ja ja nein nein ja QFN-28 QFN-28 QFN-32 SSOP-28 LQFP-48 SSOP-28 LQFP-48 LQFP-64 Virtueller COM Port (W/L) USBXpress (W) Virtueller COM Port (W/L) USBXpress (W) Virtueller COM Port (W/L) Direkte Zugriff (noch zu testen) - Windows/Linux/Mac Windows/Linux/Mac sind - leider befindet er sich noch im Entwicklungsstadium. Trotz dieser Einschränkungen kann man sagen, dass die Webseite von Silabs ein umfangreiches und detailliertes Angebot an Informationen und Software bereithält. Prolific Prolific hat zwei Neuentwicklungen im Programm: Die ICs PL2303X und PL2313 unterstützen eine oder sogar gleich zwei serielle Interfaces. Der Typ PL2303X ist kompatibel mit den 12 Mbps von full-speed bei USB 2.0. Das IC verfügt über eine interne Taktschaltung für einen externen 12-MHz- Quarz und unterstützt das RS-232-Protokoll. Über zwei extra Leitungen kann z.b. ein serielles EEPROM angeschlossen werden. Mit Hilfe von einmal beschreibbaren Speicherzellen kann die Konfiguration vorgenommen werden, USB-Daten wie VendorID und ProductID lassen sich damit ebenfalls fixieren. Platz für eine Seriennummer ist ebenfalls vorhanden. Bei Verwendung eines externen EE- PROMs können diese Daten selbstverständlich auch modifiziert werden. Das IC PL2313 fußt vermutlich auf einem älteren Kern, da es nur USB- 1.1-kompatibel ist, was aber angesichts der möglichen 12 Mbps auf der USB-Seite keinen Unterschied zu USB 2.0 full-speed macht. Es übersetzt eine USB-Schnittstelle in zwei serielle RS-232-Schnittstellen mit einem gleichzeitigen Datenstrom von jeweils bis zu 1 Mbps. Auch dieses IC verfügt über eine integrierte Taktschaltung für einen externen Quarz, zwei für den Anschluss eines seriellen EEPROMs geeignete Leitungen, einen einmal beschreibbaren Speicher, integrierte USB- Abschluss-Widerstände und insgesamt zwölf I/O-Leitungen. Als eine Art Bonus ist es zu etlichen japanischen Handy-Interfaces wie imode und CDMA-1 10/ elektor 61

62 TECHNOLOGIE USB/UART kompatibel. Beim Betrieb unter Windows müssen zuvor die nötigen Treiber installiert werden, da sonst eine automatische Installation nicht funktioniert. Die Datenblätter für Prolific-Produkte sind neben dem Source-Code und den Treibern via zwei oder gleich vier serielle Schnittstellen, unterstützen die Protokolle RS-232, RS-422 und RS-485 und machen sogar IrDA möglich. Kompatibel zum 12-Mpbs-Betrieb von USB 2.0 bieten sie bis zu 6 Mbps auf den seriellen Schnittstellen. Neben einem externen Eigene Identität Wenn im EEPROM Daten wie VendorID und/oder ProductID geändert werden, kann man in ein Problem hinein schlittern: Die Treiber erkennen das Gerät dann unter Umständen nicht mehr. Die Personalisierung durch Registrierung einer eigenen VendorID ist normalerweise kein preiswertes Vergnügen. Man muss mit Kosten von etwa 2000 $ rechnen, die von der Regulierungsinstanz ( erhoben werden. Man kann aber auch Blöcke zu zehn VendorID/ProductIDs von für lediglich 29,95 britische Pfund (ca. 44,50 ) erstehen. Von FTDI gibt es für Firmen das Angebot, einen Satz von acht ProductIDs zu bekommen, die zusammen mit der FTDI-eigenen VendorID (0x0403) verwendet werden können. support Download USB and Firewire USB to I/O Port Controllers von der Prolific-Webseite erhältlich. Der COM-Port-Treiber für Linux wurde von Greg Kroah-Hartman entwickelt. Außer für Windows und Linux gibt es Treiber für OS 9 und OS X. Andere... Interessanterweise bietet auch ein indischer Halbleiter-Hersteller eine recht breite Palette an USB-ICs. Die beiden neuesten Produkte von Moschip Semiconductor Technology Ltd. sind die ICs MCS7820 und MCS7840. Sie bieten Quarz kann ein serielles EEPROM über I 2 C angeschlossen werden. Treiber gibt es für Windows, Linux und OS X. Bislang sind Chips dieses Herstellers in Europa eher selten anzutreffen. Mit K-micro gibt es noch einen amerikanischen Außenseiter, der aber eher spezialisierte Chips anbietet und daher nicht so von allgemeinem Interesse ist. Seine Produktpalette kann man auf seiner Webseite studieren. Übersicht und Tipps Um die Qual der Wahl für eigene Projekte zu erleichtern, haben wir die auf- geführten Chips und Ihre Eigenschaften in einer Tabelle zusammengefasst. Zum Schluss noch folgende Warnung, die auf Erfahrungen mit FTDI-ICs basiert (und möglicherweise auch für andere gilt): Die gleichzeitige Installation des virtuellen COM-Port-Treibers und des Treibers für direkten Zugriff auf den Chip ist nicht möglich. Bei der Installation des einen wird man um die Deinstallation des anderen Treibers gebeten. Wenn das verwendete IC zwei serielle Schnittstellen bietet, benötigt man auch zwei COM-Port-Treiber zu deren Betrieb. Webl inks ( I) elektor - 10/2007

63 Achtung: Elektor-Abonnenten erhalten 5% Rabatt!

64 PRAXIS RECYCLING Brainwashed Flash Aus einem billigen Kamerablitz wird eine Multifunktions-LED-Lampe Von Michael Gaus und Bernhard Kaiser Kaum zu glauben: In einem billigen Handy-Kamerablitz haben die Autoren einen kleinen 8-bit-Controller von Freescale entdeckt, der mit 4 kb Flash ausgestattet ist und sich in-circuit programmieren lässt. Ein selbstgebauter Programmieradapter und ein wenig kostenlose Software aus dem Internet - und dem Umbau zur Multifunktions-LED-Lampe steht nichts mehr im Wege! Dank des Foto-Handy-Booms werden kleine, aufsteckbare Kamerablitze inzwischen für eine Handvoll Euros angeboten. Da sie ein paar (sehr helle) LEDs und die Treiberschaltung enthalten, lässt sich so etwas prima als Basis für eine LED-Taschenlampe, eine Signalleuchte oder ähnliches verwenden. Zur Beschaltung der nötigen Steuerungselektronik gibt es ein paar Beschreibungen im Internet, durch die sich unsere Autoren inspirieren ließen [1]. Doch ist dies noch nicht alles: Da selbst zum einfachen Blitzen ein wenig Logik benötigt wird und sich Handy-Zubehör beim Mobiltelefon in den meisten Fällen mit einer Kennung anmeldet, findet sich meist auch ein kleiner Mikrocontroller in den kleinen Aufsteckteilen. Wer beim Controller nun an ein maskenprogrammiertes No-Name- Produkt denkt, den belehren wir zumindest beim Blitz MPF-10 KRY von Sony Ericsson eines besseren. Hier ist ein handelsüblicher 8-bit-Controller von Freescale eingebaut, der immerhin 4 kb Flashspeicher aufweist und sogar in-circuit-programmierbar ist. Und das schreit ja geradezu danach, dort einmal ein selbst gemachtes Progrämmchen einzuladen! Damit wird nicht nur die ganze externe Steuerungselektronik überflüssig, woraus folgt, dass das Original-Gehäuse weiterverwendet werden kann. Es sind auch eine ganze Reihe von Features auf einfachste Weise realisierbar: Konstantlicht, gedimmtes Licht, Blinklicht oder ein Stroboskop. Die Beispiel-Software unserer Autoren enthält alle diese Funktionen, so dass sich das projektierte LED-Lämpchen beispielsweise als Mehrfunktionen-Taschenlampe, Niedrigenergie- Hausaußenbeleuchtung, USB-Leuchte für Laptops, programmierbares Stro- MC68HC908QT4 V DD 1 PTA5/OSC1/AD3/KBI5 2 PTA4/OSC2/AD2/KBI4 3 PTA3/RST/KBI3 4 8 V SS 7 PTA0/AD0/TCH0/KBI0 6 PTA1/AD1/TCH1/KBI1 5 PTA2/IRQ/KBI2/TCLK PDIP/SOIC Bild 1. Den verwendeten Aufsteckblitz kann man für ein paar Euro im Internet beziehen. Bild 2. Die Pinbelegung des kleinen 8-bit-Controllers. Bild 3. Der Step-Up-Wandler ist zwischen den passiven SMD- Bauteilen zu sehen. 64 elektor - 3/2007

65 boskop oder als Signalblitz für Jogger oder Radfahrer nutzen lässt. Noch mehr Anwendungen ergeben sich, wenn die weißen LEDs durch farbige LEDs ersetzt werden. Hardware Programmieradapter J V CC C4 C3 Bild 4. Das Schaltbild des Blitzes ist sehr einfach - die Funktionen stecken in den ICs. J2 V CC 14 IC2 7 SUB-D C6 100n C5 1 25V V CC C3 1 25V C2 C T1OUT T2OUT IC1 C1 T1IN T2IN R1IN R2IN R1OUT R2OUT 12 9 C IC2.C 9 8 EN IC2 = 74HC V+ C4 1 25V MAX232 V- 2 6 C1+ C2 IC2.D TA EN R2 1k 10k C1 R2 1 25V C2 1 25V 10k D1 6 R1 9V1 400mW IC2.A IC1 1 7 PTA0 6 PTA1 5 PTA2/IRQ 4 PTA3/RST 3 PTA4 2 PTA5/OSC1 IC2.B 4 EN IC Der verwendete Aufsteckblitz ist ein Massenprodukt von Sony Ericsson und trägt die Typenbezeichnung MPF-10 KRY (Bild 1). Bezogen werden kann er beispielsweise über einige Internetshops oder auch bei einem bekannten Internet-Auktionshaus (einfach nach der Bezeichnung MPF-10 suchen). Je nach Anbieter werden die Module schon für unter einem Euro angeboten. Der erwähnte Mikrocontroller firmiert unter der Bezeichnung MC68HC908QT4 und weist neben 4 kb Flash auch noch 128 Bytes RAM und einen internen 3,2- MHz-Oszillator auf (Bild 2 zeigt die Pinbelegung). Daneben enthält der Kamerablitz sechs weiße ultrahelle LEDs, einen Taster und einen Step-up-Wandler, den man in Bild 3 zwischen den passiven SMD- Bauteilen erkennt. Wie man im recht einfachen Schaltbild in Bild 4 sieht, war es das im Wesentlichen auch schon. Die Leuchtdioden sind bei Anlegen der Versorgungsspannung nicht aktiv. Der Enable-Eingang des Step-up-Wandlers und somit auch die LEDs werden über den Portpin PTA4 des Mikrocontrollers geschaltet; bei HIGH-Pegel leuchten die Leuchtdioden auf. Durch die Ausgabe eines PWM-Signals lassen sich die LEDs auch gedimmt betreiben. Der Bedientaster ist am Portpin PTA3 angeschlossen, bei gedrücktem Taster wird hier ein LOW-Pegel gelesen. Dies kann im Programm für Sonderfunktionen verwendet werden. Der Kamerablitz ist im Handybetrieb für eine Versorgungsspannung von 3,6 V ausgelegt. Da die Controllerversorgungsspannung laut Datenblatt [2] von 2,7 V bis 5,5 V variieren kann, konnten die Autoren die vorhandenen Blitzmodule im Bereich von 3,0 V bis 5,5 V erfolgreich testen. Als Stromaufnahme bei eingeschalteten LEDs wurden noch moderate 180 ma (bei 3,6 V) gemessen. Wegen des eingebauten Step-up- Wandlers, der die in Reihe geschalteten LEDs mit einem konstanten Strom von rund 27 ma und einer Gesamtspannung von knapp 20 V versorgt, gibt es keine erkennbaren Helligkeitsunterschiede über den genannten Versorgungsspannungsbereich. Damit lässt sich der Kamerablitz optimal von Batterien speisen. Es können beispiels- Step-Up- ENABLE Wandler IC3 10 MHz EN V CC 5 8 MC68HC908QT OUT D1...D6 = LED weiß Bild 5. Zur Umprogrammierung ist ein relativ einfacher Programmieradapter notwendig, der im Wesentlichen aus einem RS232- Pegelwandler besteht. V CC 10k R1 8 V CC V CC D1 D2 D3 D4 D5 D6 V CC 10k R3 V CC J3 Kamerablitz 3/ elektor 65

66 PRAXIS RECYCLING Bild 6. Die Programmierung erfolgt über die Kontaktleiste des Handyblitzes. Den abgebildeten Gegenstecker kann man sich im Internet besorgen. Bild 7. Einen passenden Gegenstecker kann man sich auch aus einer SMD-Leiterplatte selbst anfertigen. Bild 9. Wenn das Fenster Power Cycle Dialog erscheint, muss die Versorgungsspannung kurzzeitig aus- und wieder eingeschaltet werden. weise drei Alkaline-Zellen mit 1,5 V bis auf 1,0 V entleert werden. Programmieradapter Zur Umprogrammierung des kleinen Controllers ist ein relativ einfacher Programmieradapter notwendig. Dieser besteht im Wesentlichen aus einem RS232-Pegelwandler (siehe Bild 5). Möchte man mehrere Kamerablitze programmieren, so bietet es sich an, die vorhandene Kontaktleiste zu verwenden, da sämtliche für die Programmierung benötigten Anschlüsse auf diese Leiste herausgeführt sind. Zur Kontaktierung dieser Leiste besorgt man sich über das Internet [3] einen passenden Gegenstecker (siehe Bild 6), der als Handy-Ersatzteil unter dem Namen Anschlussleiste für Sony Ericsson T68 Handy firmiert. Aus einer SMD-Leiterplatte kann man sich so einen Stecker mit einem Rasterabstand von 0,9 mm auch selbst anfertigen (Bild 7). Die Spannungsversorgung im Betrieb kann dann entweder über einen weiteren Gegenstecker erfolgen; die Drähte lassen sich aber auch direkt an den Controller anlöten, wozu natürlich ein Öffnen des Gehäuses nötig ist (siehe Kasten). Compiler Bild 8. Bei Verwendung der seriellen Schnittstelle sind eine Reihe von Einstellungen vorzunehmen. Bild 10. Das Programmierfile wird über SS ausgewählt. Gelöscht wird der Baustein mit EM und programmiert mit PM. An Software werden lediglich ein Compiler und eine passende Programmiersoftware benötigt. Zur Erstellung eines Programms (oder der Abänderung unseres Beispielprogramms MULTILED.C) lässt sich der Freeware- Compiler SDCC [4a], aber auch die Entwicklungsumgebung Code- Warrior von Freescale nutzen, die in Elektor März und April 2007 beschrieben wurde [4b]. Für Windows-Systeme ist in [4a] sdcc-win32 als Download auszuwählen. Der Quellcode der C-Datei lässt sich mit einem einfachen Texteditor wie Notepad erstellen beziehungsweise bearbeiten. Bei selbst geschriebenen Programmen sollte man beachten, dass Variablen mit near deklariert werden müssen, damit diese im internen RAM landen, also zum Beispiel: unsigned char near ctest; Beim Programmstart muss man den Watchdog abschalten mit: CONFIG1 = 0x01; // disable Watchdog Der Compiler wird mit einer kleinen Batchdatei aufgerufen (die Datei haben wir praktischerweise gleich in das Software- Zipfile miteingepackt, das man von der Elektor-Website downloaden kann [5]): 66 elektor - 3/2007

67 Warnung Beim Umgang mit diesem Kamerablitz ist Vorsicht geboten. Durch die eingebauten ultrahellen LEDs kann das Auge geschädigt werden. Deshalb niemals aus kurzer Entfernung oder über einen längeren Zeitraum in die Lichtquelle blicken! sdcc -mhc08 --out-fmt-s19 - -code-loc 0xEE00 --stackloc 0xFF MULTILED.C pause 0xEE00 ist die Startadresse des internen Flash-Programmspeichers. Der Stack startet ab Adresse 0xFF im internen RAM und läuft abwärts. Programmierung Aus dem Quellcode erzeugt der Compiler nun mehrere Dateien, unter anderem eine.s19-datei. Diese wird für die Programmierung des Controllers verwendet. Zuerst ist das Tool PROG08SZ Programmer von PEMICRO [6] zu installieren. Zum Download dieser No-Cost- Software muss über die Login-Seite ( New account ) ein kostenloser Zugang eingerichtet werden. Anschließend kann man die Installationsdatei prog08sz_interactive_install.exe herunterladen. Dabei sind bei Verwendung der seriellen Schnittstelle eine Reihe von Einstellungen vorzunehmen, die man im Screenshot (Bild 8) sieht. Nachdem man an den Kamerablitz die Spannungsversorgung und den Programmieradapter angeschlossen hat, muss man den Button Contact target with these settings betätigen. Anschließend öffnet sich ein neues Fenster, in dem der Controllertyp ( 908_qt4.08P ) auszuwählen ist. Wenn das Fenster Power Cycle Dialog (siehe Bild 9) erscheint, muss die Versorgungsspannung kurzzeitig ausund wieder eingeschaltet werden. Nun geht es an die eigentliche Programmierung. Zuerst wird das entsprechende Programmierfile (in diesem Beispiel MULTILED.S19 ) über die Programmierfunktion SS ausgewählt (siehe Bild 10). Gelöscht wird der Baustein mit EM und programmiert mit PM. Mittels VM (Verify) lässt sich überprüfen, ob das Ganze fehlerfrei funktioniert hat. Beispielprogramm Die Autoren haben ein kleines, aber feines Beispielprogramm geschrieben, das man sich (Quellcode und Hexdatei) von der Elektor-Website kostenlos downloaden kann [5]. Das Programm MULTILED.C verfügt über zwei Modi. Der Modus Konstantlicht/gedimmtes Licht lässt die LEDs mit maximaler Helligkeit leuchten, wenn die Versorgungsspannung eingeschaltet, aber die eingebaute Taste nicht gedrückt wird. Wird diese betätigt, geht der Strahler in den Dimmbetrieb. Dabei wird der Step-Up-Wandler zyklisch über den Enable-Eingang ein-/ausgeschaltet. Bei gedrückter Taste wird die Helligkeit durch Verkleinern der On/Off-Phase immer weiter reduziert. Nach Erreichen des geringsten vorgesehenen Helligkeitswertes strahlt das Licht wieder mit der maximalen Helligkeit. In den Modus Blink-/Stroboskopbetrieb gelangt man, wenn die Versorgungsspannung bei gedrückter Kamerablitztaste angelegt wird. Durch eine weitere Betätigung der Taste lässt sich die Frequenz zwischen 60 verschiedenen Werten umschalten. Weblinks (070479) [1] Infos zum Kamerablitz und Inspiration zum Projekt: [2] Datenblatt des Controllers: doc/data_sheet/mc68hc908qy4.pdf [3] Steckverbinder für die Flashprogrammierung des Kamerablitzes: (Suchbegriff: Anschlußleiste t68 ) [4a] C-Compiler SDCC (Freeware): php?group_id=599 [4b] Freescale-SpYder-Projekt in Elektor: [5] Das Programm MULTILED.C ist von der Elektor-Website kostenlos downloadbar: [6] Programmiersoftware: url= download_file.cfm?download_id=83 Öffnen des Gehäuses Während man zur Programmierung einen selbstgemachten Gegenstecker oder gar eine fliegende Verdrahtung nutzen kann, muss die Spannungsversorgung mechanisch gesichert sein. Hier bietet es sich an, das Gehäuse zu öffnen und die Drähte an den Mikrocontroller anzulöten. Natürlich erfordert aber auch der Austausch der weißen durch farbige LEDs ein Öffnen des Gehäuses. Die Demontage wird in zwei Schritten durchgeführt. Die Abdeckung mit Reflektor ist im Gehäuse eingeclipst. Drückt man ein Messer oder einen Schraubendreher in die Nut ein, so kann man die Abdeckung abheben. Der Kamerablitz ist nun in zwei Teile zerlegt. Um an die Elektronik zu gelangen, muss die Rückwandabdeckung entfernt werden. Dazu müssen die vier Kreuzschlitzschrauben reflektorseitig gelöst werden. Die Spannungsversorgung wird direkt an die Mikrocontroller-Versorgungspins angelötet. Schließt man das Gehäuse wieder, so ist eine gute Zugentlastung sichergestellt. 3/ elektor 67

68 PRAXIS DESIGN-TIPPS Batterieenergie-Resteverwertung Von Alexander Pozhtikov Wer hat keine Schublade mit einer Sammlung von Batterien, bei denen man beim besten Willen nicht mehr weiß, ob sie voll, halb leer oder ganz leer sind? Anders als bei einer Badewanne mit lauwarmem Wasser, deren restliche thermische Energie man leider nicht so einfach in eine Tasse heißen Kaffees verwandeln kann, lässt sich die Restenergie von Batterien durchaus in Akkus sammeln und so nützlichen Zwecken zuführen. Hierzu muss allerdings die Spannung der Quelle höher als die der Senke sein. Eine einfache Serienschaltung diverser Oldies reicht leider nicht ganz. Belastet man inhomogene alte Batterien in Reihenschaltung, dann ist irgendwann der Punkt erreicht, an dem die erste Zelle schlapp macht. Die Spannung bricht ein und durch den Spannungsabfall an ihrem Innenwiderstand (der Strom fließt wegen der anderen Batterien weiter) findet schließlich sogar eine Umpolung statt. Dadurch kann die Batterie undicht werden und auslaufen oder sich im ungünstigsten Fall explosionsartig verabschieden. Man braucht also eine Schaltung, die merkt, wann es mit jeder einzelnen Zelle zu Ende geht und über dieses Versagen informiert. Außerdem sollte die Schaltung eine Umpolung verhindern, damit man nicht mit Argusaugen auf irgendwelche LEDs schielen muss, sondern zwischendurch auch noch etwas anderes tun kann. Die Schaltung in Bild 1 erfüllt diese Wünsche. Alle Batterien sind alte Schubladenbewohner! Den Exemplaren BT1, BT2 bis BT16 wird ihre Restenergie entzogen. Die Summe ihrer Innenwiderstände entscheidet über den Stromfluss. Angst muss man keine haben. Bei einem Experiment mit immerhin 16 hintereinander geschalteten alten Batterien wurden zwei kleine AAA-NiMH-Akkus (700 mah) aufgeladen. Dabei zeigte sich, dass der Strom über die Klemmen K1/K2 maximal nur 200 ma erreichte. 1 <+30V 3 IC1 12 BT17 1V5 IC1... IC4 = LM339N BT18 D15 1N5817 D16 1N5817 Die anderen Batterien in der Schaltung sind nur zur Unterstützung notwendig und können richtig alt sein, da sie kaum belastet werden. BT17 und BT18 sorgen für eine höhere Versorgungsspannung der Komparatoren (sie soll mindestens 2 V über der Spannung an der Kathode von D1 liegen). Sie werden mit etwa 1 ma belastet. BT19 bis 2 BT22 liefern den Strom für die LEDs und werden normalerweise überhaupt nicht belastet. Um sicher zu sein, dass sie nicht leer sind, kann man S1 betätigen. Dann sollte D34 leuchten. Je vier Komparatoren befinden sich in einem IC LM339 und beobachten die Spannung der jeweiligen Batterien. Mit vier ICs kommt man so auf maximal 16 zu entladende Batterien. Man kann natürlich auch nur zwei 3 IC4 12 1V5 D1 1N5817 D2 1N5817 BT1 R1 1k BT2 R15 1k BT15 R16 1k BT16 1k R IC4.D IC4.C IC1.B IC1.A 2 Unterlegscheiben Draht R k R k ICs verwenden und sich auf acht Batterien beschränken. Normalerweise liefert jeder Komparator ein High an seinem Ausgang, solange seine Batterie Spannung führt. In dem Moment, in dem sich eine Umpolung der Batterie durch Entleerung abzeichnet, wird der Komparatorausgang Low und seine LED leuchtet bei Betätigung von S1. Damit aber eine 1 2 S2 "STROM" R32 1k R33 1k Dummy-Batterie M1 A D17 D18 D32 D33 Rundholz Schraube BATTERIE-TEST S1 +6V BT19 1V5 BT20 1V5 BT21 1V5 BT22 1V5 R7 1k D34 BATTERIE-TEST K1 Akku K vollständige Umpolung verhindert wird, ist jeder Batterie eine eigene Schottky-Diode parallel geschaltet. Sie begrenzt negative Spannungen auf ca. 0,2 V und sorgt dafür, dass die anderen Batterien fleißig weiter Energie abgeben können. Der fließende Strom wird durch M1 angezeigt, das zur Vermeidung von Verlusten mit S2 überbrückt werden kann, wenn man die Anzeige nicht benötigt. Bereits leere oder fehlende Batterien können durch Batterie-Dummys ersetzt werden. Diese bestehen aus passend zurechtgestutzten Holzdübeln mit Schräubchen an den Enden und einem Stück Draht (siehe Bild 2). Elektrisch gesehen handelt es sich um Drahtbrücken zwischen den beiden Polen der Dummy-Zelle. ( I) 68 elektor - 10/2007

69 +

70 TECHNIK LABORGEFLÜSTER Datenbücher Abschied von bedrucktem Papier Von Luc Lemmens Dieses Laborgeflüster wurde einen Monat vor dem geplanten Umzug unserer niederländischen Redaktionskollegen geschrieben. Über diesen Standortwechsel nach mehr als vierzig Jahren ist an anderer Stelle in dieser Ausgabe noch ausführlicher zu lesen. Bei Umzügen ist es ein Gebot der Vernunft, möglichst viel vom angesammelten und mitgeschleppten Ballast zu entsorgen, bevor die Umzugskisten gepackt werden. Das Aussortieren von Altem und Überflüssigem wird oft von nostalgischen Erinnerungen an gute alte Zeiten begleitet. Doch der Lauf der Welt und das Fortschreiten der technischen Entwicklung lassen sich nicht aufhalten. Was schon seit vielen Jahren unbenutzt im Schrank liegt oder verstaubt im Regal steht, wird mit sehr großer Wahrscheinlichkeit nie wieder gebraucht werden. Trotzdem fällt es nicht leicht, sich von Überholtem und Unnötigem zu trennen, insbesondere wenn man bedenkt, was die heute wertlosen Altlasten seinerzeit gekostet haben Die recht stattliche Datenbuchsammlung wurde fast vollständig zum Opfer der Aufräumaktion. Die in alten Zeiten heiligen Bücher der Elektronik traten ihren letzten Weg an. Wir hatten sie während der zurückliegenden Jahre nur noch sehr selten zur Hand genommen, deshalb wurde ihnen im neuen Domizil keinen Platz zugewiesen. Kostbar waren die Datenbücher zu den Zeiten, in denen es sogar für Entwickler nicht so einfach war, von möglichst allen relevanten Bauelementen wie ICs, Transistoren und Dioden aktuelle und verbindliche Unterlagen zu haben. Freizeit-Elektroniker konnten damals von einem solchen Schatz nur träumen, was auch daran lag, dass die Bauelemente-Hersteller teilweise unangemessen hohe Preise für ihre Datenbücher verlangten. Doch auch sie folgten dem Trend der Zeit und änderten ihre Preispolitik, ähnlich wie zum Beispiel bei den Entwicklungstools für Mikrocontroller. Was früher fast unbezahlbar war, kann heute oft kostenlos aus dem Internet heruntergeladen werden. Nach der Erfindung der Daten-CD erschienen viele Datenbücher auf diesem Medium, denn es lässt sich kostengünstiger vervielfältigen und vertreiben und beansprucht weniger Platz in den Regalen. Während unsere Datensammlung auf CDs in jener Zeit rasant wuchs, wurde der Bestand an gedruckten Datenbüchern immer seltener aktualisiert und ergänzt. Das hatte einen einfachen Grund: Die Bauelemente-Hersteller brachten kaum noch gedruckte Datenbücher heraus. Dem Trend der Zeit folgend stehen Dokumentationen zu elektronischen Bauelementen heute praktisch jedem Interessierten über das Internet zur Verfügung. Alle Hersteller (bis auf wenige Ausnahmen) pflegen Produkt-Websites, von denen Datenblätter, Anwendungsbeispiele, Ergänzungen, Berichtigungen und vieles mehr heruntergeladen werden kann. Die Online-Dokumente sind fast immer auf dem neuesten Stand, während Datenbücher und Datenblätter in gedruckter Form schon kurz nach ihrem Erscheinen überholt sein konnten. Die Hersteller-Website gibt meist auch Auskunft darüber, ob das betreffende Bauelement gegenwärtig und in naher Zukunft noch produziert wird. Das ist natürlich sehr wichtig, wenn Bauelemente für Geräte- Neuentwicklungen ausgewählt werden sollen. Welche Daseinsberechtigung haben heute noch voluminöse Datenbuch-Bibliotheken in Entwicklungslaboren und mehr oder weniger umfangreiche Datenbuch-Bestände beim Freizeit-Elektroniker? Es gibt noch Gründe, die für das gedruckte Datenbuch sprechen, und sie sind überwiegend praktischer Natur. Nichts liest sich so bequem wie ein altmodisches Buch. Unabhängig von Computer und Bildschirm kann man schnell von den vorderen zu den hinteren Seiten wechseln, und man kann Notizen und Anmerkungen an den Seitenrand schreiben. Elektronische Datenblätter können zwar auch ausgedruckt werden, so dass sie wieder ihre konventionelle Form annehmen. Schwieriger ist diese Rückführung zu alten Formaten bei komplexeren Bauelementen, deren PDF-Dokumente oft mehrere hundert Seiten umfassen. Der Papier-, Tinten- und Tonerverbrauch ist enorm, ganz zu schweigen vom Zeitaufwand, der für die Herstellung eines handlichen Nachschlagewerks nötig ist. Das traditionelle gedruckte Datenbuch hat folglich trotz aller modernen Medien noch immer seine Berechtigung. Auf der anderen Seite ist auch das Interesse der Hersteller verständlich, Aktualität und geringe Kosten sind so starke Argumente, dass technische Dokumentationen fast nur noch als PDF-Dateien erscheinen. Ein anderer Grund, einige alte Datenbücher doch noch aufzuheben, ist der Informationsumfang, insbesondere bei Dokumentationen diskreter Bauelemente. Das Datenblatt des Transistors BC557 in einem Datenbuch von Philips aus dem Jahr 1987 enthält 15 Diagramme, in denen die Charakteristiken des BC557 grafisch dargestellt sind. Zum Datenblatt des gleichen Produkts vom gleichen Hersteller aus dem Jahr 1999 gehört nur noch ein einziges Diagramm, es stellt die Abhängigkeit des Parameters h FE vom Kollektorstrom I C dar. Sicher ist der BC557 kein Transistor, dessen Domäne kritische analoge Applikationen sind. Eine stark differenzierte Dokumentation ist in der Regel entbehrlich. Doch das zunehmende Ausdünnen und Abmagern der Dokumentationen ist ein Trend, der in den letzten Jahren bei vielen diskreten Bauelementen zu beobachten war. Unser Altpapier-Container war im Zuge der Aufräumaktion mehrfach randvoll gefüllt. Um ihn von der Stelle zu bewegen, mussten drei starke Männer Hand anlegen. Haben wir ausnahmslos alle einstigen Schätze der Altpapier-Verwertung überlassen? Nein, natürlich haben einige ELEKTOR-Mitarbeiter den einen oder anderen Schatz geborgen und in ihre private Sammlung aufgenommen. Vielleicht aus Nostalgie, vielleicht aber auch in der Hoffnung, dass die geretteten Schätze irgendwann zu begehrten Sammlerstücken avancieren... (075086)gd 70 elektor - 10/2007

71 KLEINANZEIGEN KLEINANZEIGEN KLEINANZEIGEN KLEINAN- Lorenz-Entwicklung.de LEITERPLATTENBESTÜCKUNG SMD u. bedrahtet, gute Qualität, niedriege Preise, schnelle Lieferzeiten. VTS-Elektronik. Tel / Fax / Röhrenverstärker-Trafos/ Bausätze oder Telefon Entwicklung individueller Software für Industrie, Forschung und Büro / oder LEITERPLATTENFERTIGUNG Bestückung, Montage. Angebot an fordern unter Fax 06645/7164. Fa. LEISE Schulstraße 21, Engelrod Preiswerte elektronische Bauteile Entwicklung industrietauglicher Elektronik, Hard- und Software / oder kostenlose-platinen-software.de Elektronikfertigung Audioentwicklung ASSEMTEC.de Das Elektronikverzeichnis Alles rund um die Spule: Drähte und Litzen in kleinen und großen Mengen. Isoliermaterialien, Klebebänder, Tränklacke, Vergussmasssen, Ferrite und Eisenspulverkerne, Spulenkörper. Lasershows als Hobby??? Leiterplatten-Service Tel /420-4 Fax: Leiterplaten, Einzelstücke und Kleinserie. HM-Elektronik, Schrecksbach Hans.Merle@t-online.de -> Ing.-Büro für Elektronik und Nachrichtentechnik SMD-Adapterplatinen, SMD-Lochrasterplatinen, Verbindungskabel für EvalBoards, (Aluminium)platinen für Hochleistungs-LEDs und LED-Treiber erhalten Sie bei Fa. GK Technik, Augsburg. Tel: , Fax: , smd-welt@web.de www: gk-technik.com LTP-Filme, cadgrafik-bauriedl.de Bauteile und Zubehör ab Lager. Österreich Preisgünstige Elektonikbauteile zusätzlich über Auslaufartikel zum Super-Sonderpreis. HW/SW-Entw. -> Elektronische Bauteile, AVR und ARM Mikrocontroller und verschiedenste AVR Mikrocontroller-Boards Leiterplattenfertigung z.b. 8,98 incl. MwSt + Versandkosten, ohne Bohrung, einseitig, 35μm, 1,5mm, bis 50x70mm. Analoges Modulsystem, Format-kompatibel, über 60 Module, Elektor-Bausätze 1986 bis heute! Sie erhalten von uns Teilesätze, Platinen, Disketten, CDs, programmierte Kontroller zu (fast) allen Projekten aus Elektor sowie in alle Bücher inunserem Online-Shop Geist-Electronic-Versand GmbH Hans-Sachs-Str. 19 D VS-Schwenningen Tel.: 07720/36673, Fax.../36905 Online-Shop: ID Medienservice Podbielskistraße 325 D Hannover Erscheint in der nächsterreichbaren Ausgabe. Ausschneiden und in einem Briefumschlag an obenstehende Anschrift senden. Eine Bitte: Deutlich schreiben! Gewerbliche Kleinanzeigen kosten je Zeile oder angefangener Zeile 10,- plus MWST. Die Druckzeile zählt ca. 40 Zeichen, einschl. Wortzwischenräume. Nur gegen Vorauszahlung! 10/ elektor 71

72 TECHNIK SOLARENERGIE Blendende Te Das High-Tech-Solarmobil der Von Elkin Coppoolse Alles begann im September letzten Jahres; mittlerweile stecken mehr als Mannstunden im Solarmobil des Solar Team Twente (Niederlande). Das Solarauto folgt einem gewagten Konzept: Es funktioniert wie eine Sonnenblume! Um eine möglichst hohe Leistung bei der World Solar Challenge 2007 in Australien zu liefern, wurde das Solarmobil mit nachgeführten Solarzellen und integrierten Fresnel-Linsen ausgestattet. Solarmobil mit niedrigem Gewicht und geringem Luftwiderstand in Verbindung mit einer hohen Effizienz. Das Solar Team Twente [2] hat ein Konzept gewählt, das sich fundamental von den Entwürfen anderer Teilnehmer unterscheidet. Ein Solarmobil, das während des Rennens auffällt und mit innovativen Techniken glänzt, sollte die Chancen des Twente Solar Teams auf einen Platz auf dem Treppchen vergrößern. Highlights sind zwei innovative Technologien, die das Angebot an Treibstoff, also die einfallende Solarenergie sehr effizient nutzen: ein nachgeführtes Solarmodul und ein spezielles Linsensystem. Das Solarauto mit dem nachgeführten Solarmodul. CAD-Zeichnung der Spezialkonstruktion mit Fresnel-Linsen. Wegen einiger Regeländerungen bei der World Solar Challenge 2007 [1] ist es ein Stück spannender geworden, ein echtes Siegermobil zu bauen. Viele teilnehmende Teams konzentrieren ihre Bemühungen auf ein Gekippte Flügel Die gut 2000 Gallium-Arsenid-Triple-Junction-Solarzellen des Solarmobils Twente One befinden sich auf dem höchsten Teil des Fahrzeugs, den Flügeln. Das Besondere an diesen Flügeln ist, dass sie sich um ihre Längsachse drehen können. Der Aluminiumflügel wurde mit dem Computerprogramm Ansys [3] entworfen und optimiert und besitzt eine vollständig tragende Struktur. Das Rennen führt das Team von Nord- nach Südaustralien, die Sonne bewegt sich während der Renntage also stets von links nach rechts. Wenn man dafür sorgt, dass die Solarzellen immer lotrecht zur Sonne stehen, ist die Energieausbeute maximal. Das liegt nicht nur an der stets groß bleibenden effektiven Fläche; da auch die Reflektionsverluste bei senkrechtem Einfall geringer sind, entnimmt die Solarzelle den einfallenden Sonnenstrahlen mehr Energie. Das Nachführen des Solarpanels funktioniert nach einem einfachen Prinzip, aber die Implementierung in das Solarmobil bringt einige Herausforderungen mit sich. Auf dem Chassis des Fahrzeugs sind Rollenstangen (vergleichbar mit Überrollbügeln) angebracht, auf denen der Solarflügel montiert ist. Durch Kugelscharniere (rod-ends) am Flügel ist es möglich, diesen über die Halterung am Fahrzeug dem Sonnenstand nachzuführen. Dies ist keinesfalls 72 elektor - 10/2007

73 hnik Uni Twente Handarbeit für den Steuermann ; ein Aktuator, befestigt am Flügel und am Chassis, dreht den Flügel stets nach dem Sonnenstand. Der Aktuator wird mit einem PWM-Signal angesteuert, das die gleiche Schaltung erzeugt, die auch für den Betrieb des Armaturenbretts zuständig ist. Im Begleitfahrzeug sitzt der Stratege, der bestimmt, wie das Solarpanel gedreht werden muss. Der dort eingegebene Wert wird zur Autoelektronik gesendet, worauf sich das Panel wie gewünscht positioniert. Fresnel-Linsen Fresnel-Linsen sind eine spezielle Art von Linsen, wie man sie beispielsweise in Overhead-Projektoren findet. Allerdings wurden die Linsen für den Twente One so gestaltet, dass sie keinen Brennpunkt, sondern eine Brennlinie aufweisen. Da die Solarzellen in diesem verstärktem Lichtbündel liegen, ist die Intensität größer. Die neuen Regeln der Challenge schreiben eine maximale Panelfläche von 6 m² vor, doch durch den Trick mit den Linsen erreicht man eine Energieausbeute, die einem Solarpanel mit einer Fläche von etwa 7,5 m² entspricht! Wegen der Bewegung der Sonne fällt die Brennlinie der Fresnel-Linsen nicht immer auf die darunter montierten Solarzellen denn die Nachführung ist konstruktionsbedingt nur in einem bestimmten Winkelbereich wirksam. Darum wurde ein System entwickelt, das die Solarzellen zusätzlich unter den Linsen bewegen kann. Die Zellen sitzen auf einem Träger, der sich über eine Spindelkonstruktion, also eine lange Schraube mit Elektromotor, verschiebt. Der Motor wird von einer speziell für diesen Zweck entwickelten Schaltung angesteuert. Damit die Elektronik weiß, wo das Sonnenlicht am konzentriertesten ist, wurde eine Reihe von Fotodioden an einen Mikrocontroller angeschlossen, der die Position der höchsten Lichtintensität ermittelt. Ein PID-Regler-System sorgt dann dafür, dass sich der Motor des Trägers an die günstigste Stelle bewegt. Das System arbeitet völlig autonom. Diese neue und innovative Technik wurde vom Solar Team Twente zum Patent angemeldet und könnte in vielen zukünftigen Anwendungen zum Einsatz kommen. Halbleiter Die Solarzellen sind vom GaAs-Typ (Gallium-Arsenid) und weisen einen Wirkungsgrad von über 27 % auf. Sie sind mit einer internen Sicherung versehen: Die Zelle, die den niedrigsten Strom liefert, bestimmt den Strom durch den Rest des Panels. Um zu verhindern, dass das gesamte Panel ausfällt, wenn eine Zelle unbrauchbar geworden ist, wurde an jede Zelle eine parallele Diode geschaltet. Dies garantiert auch, dass bei einer kurzzeitigen Abschattung der Wirkungsgrad nicht völlig in die Knie geht. Um die Effizienz des Solarantriebs zu maximieren, werden Maximum Power Point Tracker (MPPT) eingesetzt, die für ein optimales Verhältnis von Strom und Spannung der Solarzellen sorgen. Wenn das Solarpanel nur mit einem niedrigen Strom belastet wird, steigt zwar die Spannung, doch bleibt das Produkt von Strom und Spannung niedrig. Werden die Solarzellen mit einem hohen Strom belastet, sackt die Spannung und damit auch die abgegebene Leistung. Das Optimum liegt irgendwo dazwischen und wird Maximum Power Point genannt. Der MPPT bestimmt ein paar Mal pro Sekunde den MPP und liefert die gewünschte Spannung und einen Strom, der vom Lichteinfall auf das Panel abhängig ist. Eine weitere Funktion der Steuerelektronik ist die Start-up- Box. Die wichtigste Funktion dieser Box ist das Vorladen des Solarmobils. Wenn das Mobil gestartet wird, hängen alle (ziemlich kräftigen) Kondensatoren an den Versorgungsspannungseingängen der Teilschaltungen parallel an der Batterie. Sie würden für einen enorm hohen Einschaltstrom sorgen, der die Kontakte des Start-Schalters und der Relais glatt zusammenschweißen könnte, sodass das Solarmobil nicht mehr abschaltbar wäre. Die Start-up-Box sorgt aber dafür, dass zwischen Solarpanel und Batterien ein Widerstand geschleift wird, der den Einschaltstrom auf ein sicheres Maß begrenzt. 10/ elektor 73

74 TECHNIK SOLARENERGIE Rahmenkonstruktion des Twente One. Akkus Um die Energieversorgung des Solarmobils zu unterstützen, sind Lithium-Polymer-Akkus mit mehr als 5 kwh Kapazität in Reihe geschaltet. Die Gefahr bei in Reihe geschalteten Batterien besteht immer darin, dass die Akkus aus der Balance geraten können, also dass die Akkus Wissenswertes Die Leistung, welche die Solarautos benötigen, um eine Geschwindigkeit von 130 km/h zu erzielen, entspricht etwa der eines Wasserkochers oder eines Staubsaugers. Umgerechnet in Pferdestärken sind dies ungefähr 2,5 PS. Ein moderner PKW benötigt etwa 1500 m Verdrahtung, der Twente One nur 100 m. Der Twente One besitzt 29 Computer, darunter ein Bordrechner, Mikrocontroller und ein Batterie-Management-System. Die Akkus des Solarmobils besitzen eine Ladekapazität, die der von etwa 2200 Handyakkus entspricht. Das niederländische Solarteam hofft auf einen Platz auf dem Siegertreppchen. unterschiedliche Ladungszustände aufweisen. Dadurch hat man es auch mit unterschiedlichen Spannungen und Impedanzen zu tun. Wenn der Strom durch die Impedanz begrenzt wird, kann es dazu kommen, dass einzelne Batterien falsch herum geladen werden, was im Extremfall zum Entflammen oder gar zur Explosion der Batterien führen kann. Damit dies nicht geschieht, überwacht ein Battery Management System (BMS) alle Zellenspannungen und schlägt Alarm, wenn eine Unter- oder Überladung von Batteriezellen droht. Das Solarmobil wendet die Technik des regenerativen Bremsens an, bei welcher der Motor als Generator fungiert. Der Akku wird durch das Solarpanel aufgeladen, wenn der Stromverbrauch der Motoren niedriger ist als die Stromlieferung des Panels. Das Ganze ist in zwei sehr stabile Gehäuse eingebaut. NTC-geregelte Ventilatoren sorgen für einen Luftstrom durch diese Gehäuse. Diese Regelung ist ein Bestandteil des BMS. Im Akku-Gehäuse steckt auch ein Shuntwiderstand, der das BMS darüber informiert, wieviel Ladung zum Akku geführt und wieviel abgegeben wird. Dies ist wichtig, kann doch das BMS so abschätzen, wann der Akku voll und wann er leer ist. Kommunikation Um alles ansteuern zu können, ist eine gute Kommunikation zwischen den Komponenten erforderlich. Dazu wird ein CAN-Bus eingesetzt, der alle erforderlichen Steuerungselemente auf dem Armaturenbrett verbindet. Allerdings kennen nicht alle Komponenten dieses handliche Protokoll, sodass einige Interface-Schaltungen entworfen werden mussten, um die nötigen Signale zu erzeugen. Während des Rennens müssen auch diverse Bedingungen analysiert werden. Dazu schickt ein ganzes Arsenal von Sensoren fast 200 Messsignale auf den CAN-Bus des neuen Twente One: Die Reifentemperatur wird mit Infrarot- Sensoren gemessen, die Temperatur der Zellen mit Thermokopplern, die Belastung des Federsystems mit Potentiometern, die Motor-Betriebsdaten mit einem Mikrocontroller und so weiter. Die Messdaten werden komplett zum Begleitfahrzeug gesendet, so dass der Stratege die Konsequenzen ziehen kann. Um all diese Messwerte korrekt zu verwalten, wird CRO- NOS von IMC [4] eingesetzt. Dieser clevere Apparat verfügt über die nötigen Ein- und Ausgänge, die mit Hilfe von DSPs gelesen beziehungsweise gesteuert werden. Viele Berechnungen können programmiert, viele Parameter vom Strategen über drahtlose Verbindungen abgefragt werden. Daraus kann er die optimalen Fahrbedingungen bestimmen und neue Parameter zum Twente One senden. Speed! Ein CSIRO Surface Motor [5] setzt die eingefangene elektrische Energie in Bewegung um. Dabei handelt es sich um einen 6-kW-Elektromotor mit Permanentmagnet, der im Hinterrad montiert ist. Der Motor weist ein nahezu konstantes Drehmoment über den gesamten Drehzahlbereich auf. Da der Motor direkt auf der Hinterachse montiert ist, gibt es keinerlei Energieverluste durch Wellen. Der Wirkungsgrad des CSIRO ist mit 98 % noch etwas höher als der des NGM-Motors (94 %), der vom Twente Solar Team bei vorherigen Rennen verwendet wurde. Dieser Motor hat sich bei der World Solar Challence 2005 schon ausnehmend gut bewährt und fungiert beim diesjährigen Rennen als Reservemotor. Der CSIRO-Motor wird als Bausatz geliefert, der aus einer Spule, zwei Magnetringen und einem Sensorplatinchen für die Hall-Sensoren besteht. Während des Entwurfs mussten elektrotechnische, mechanische und strategische Aspekte gleichzeitig berücksichtigt werden, eine echte Herausforderung! Interessant ist, dass der Motor des Solar Team Twente ein wenig kleiner ist, als es für die Anwendung eigentlich 74 elektor - 10/2007

75 Zwei Konzepte im Vergleich Nuna4 Twente One Abmessungen (LxBxH) 472 x 168 x 110 cm 500 x 180 x 140 cm Gewicht (ohne Fahrer) < 190 kg < 230 kg Anzahl Räder 3 3 Besonderheiten Sehr leichte Konstruktion Nachgeführtes Solarpanel Linsensystem mit Fresnel-Linsen und bewegten Solarzellen Geschwindigkeit Solarzellen Motor Keine Angabe 2318 GaAs-Triple-Junction-Zellen Wirkungsgrad: >26 % InWheel Direct Drive Elektromotor Biel/CSIRO Wirkungsgrad % Gemittelt km/h Maximalgeschwindigkeit 120 km/h 2073 GaAs-Triple-Junction-Zellen Wirkungsgrad > 27 % InWheel Direct Drive Elektromotor CSIRO/NGM Wirkungsgrad % Steuerung Lenkrad aus Kohlefaser Lenkrad aus Alurohr (Größe einer DVD-Box) Karosserie Radaufhängung Kohlefaser und Twaron (Aramidfaser) Integrierter Rollkorb Vorderradaufhängung: Doppelte A-Arme aus Kohlefaser und Aluminium Kohlefaser-Stoßdämpfer Leichtgewicht-Aluminiumfelgen Keramische Lager Hinterradaufhängung: Liegende Gabel aus Kohlefaser Aluminium-Anschlussflansche Kohlefaser-Konstruktion (Body) Boxkonstruktion aus Aluminiumplatten Rollbügel aus Chrom-Molybdänstahl Vorderradaufhängung: Doppelte A-Arme aus Chrom-Molybdänstahl Liegende Rennstoßdämpfer Leichtgewicht-Alumiumfelgen Keramische Lager Hinterradaufhängung: Führungsarm-Konstruktion aus Chrom-Molybdänstahl Reifen Michelin Solar Radial 16 (Slicks) Bridgestone/Maxxis radial 14 (Slicks) Bremsen Vorne: Leichtgewicht, spezielle Bremsscheibe mit Brembo-Bremsbacken Leichtgewicht Aramid-Bremsleitungen Hinten: Regeneratives Bremsen über Motor Vorne: Bremsscheiben Flugzeug-Bremsleitungen Hinten: Regeneratives Bremsen über Motor Luftwiderstandsbeiwert 6-fach geringer als normale Autos 5-fach geringer als normale Autos Telemetrie WiFi-Verbindung mit Begleitfahrzeug Drahtlose Verbindung mit Begleitfahrzeug erforderlich wäre. An Stelle von 16 ist das Gehäuse auf 14 reduziert. Wenn der Motor nämlich schneller dreht, steigt der Wirkungsgrad und im Endeffekt fährt das ganze Solarmobil effizienter, auch wenn es so an Spitzengeschwindigkeit verliert. Der Wettbewerb Natürlich ruhen sich die anderen Teams nicht auf ihrem Lorbeer aus, Studenten aus der ganzen Welt zermartern sich ihre Köpfe, um die Siegchancen ihres Solarmobils zu erhöhen. Zum Vergleich haben wir die Spezifikationen des Twente One neben denen des Delfter Modells Nuna4 in einer Tabelle aufgeführt. Wir werden vom Ablauf der World Solar Challenge 2007 berichten und sind gespannt, wer sich am Ende durchsetzen wird. [1] [2] [3] [4] [5] (070468)rg 10/ elektor 75

76 INFO & MARKT PRODUKTREPORT Hydra Game Develo Spiele entwickeln für den Propeller- Von Luc Lemmens Wir stellen hier ein Entwicklungssystem vor, das wie üblich ein Board mit einem Controller und einigen peripheren Komponenten umfasst. Der Entwickler kann sich durch einfache Anwendungen mit dem System vertraut machen. Dennoch weicht das damit verfolgte Lernziel vom Gewohnten ab: Das Hydra-Kit ist für das Entwickeln von Computerspielen gedacht. Von den gewohnten Mikrocontroller-Entwicklungssystemen unterscheidet sich das Hydra Game Development Kit in einiger Hinsicht. Wegen seiner Multitasking-Fähigkeiten ist der Propeller-Chip von Parallax für den Einsatz in Spielkonsolen prädestiniert. Dort müssen diverse Aufgaben zeitlich parallel ausgeführt werden, zum Beispiel das Steuern von Bild und Ton, das Abarbeiten von Suchalgorithmen und das Durchführen von Berechnungen. Im Propeller-Chip befinden sich acht 32-bit-Prozessorkerne, die voneinander unabhängig unterschiedliche Aufgaben übernehmen können. Entwickler, die bisher nur mit klassischen Controllern in Berührung kamen, müssen zwangsläufig umdenken. Der Propeller-Chip gehört einer Controller-Klasse mit anderer Architektur an. Dokumentation Gleich nach Öffnen der Verpackung folgt die erste Überraschung: Zum Hydra-Kit gehört eine umfangreiche gedruckte Dokumentation, ein rund 800 Seiten starkes englischsprachiges Begleitbuch. Auf Papier gedruckte Handbücher sind heute eher selten, doch die Produkte von Parallax unterscheiden sich auch in dieser Hinsicht von anderen Systemen, bei denen man manchmal recht mühsam auf den beigelegten CDs nach dem Begleitmaterial suchen muss. Parallax empfiehlt dem Entwickler, zuerst das Handbuch durchzuarbeiten und erst dann zur Tat zu schreiten. Der Umfang des Begleitbuches wirkt vielleicht im ersten Moment abschreckend, doch der Inhalt ist verständlich geschrieben, und einige wissenswerte Hintergrundinformationen lockern die Theorie auf. Dazu gehört zum Beispiel ein Kapitel, das die Meilensteine der Spielcomputer-Geschichte Revue passieren lässt. Der Inhalt des gedruckten Begleitbuchs ist als Datei auch auf der beigelegten CD zu finden. Die CD enthält außerdem die Software für die Spiele-Entwicklung, ergänzt durch viele Programmbeispiele und diverse Extras. Ein Extra ist das E-book The Black Art of 3D Game Programming. 76 elektor - 10/2007

77 pment Kit Chip Eigenschaften USB-Programmierschnittstelle Debug-Indikator Anschlüsse für zwei Game-Controller (NES Gamepad) Composite Video-Ausgang (PAL/NTSC) VGA-Ausgang Audio-Ausgang (mono) PS2-Tastatur- und Maus-Anschluss Game-cartridge-, EEPROM- und Erweiterungsport Serieller Netzwerkanschluss Entwicklungsumgebung für Windows 2000, XP und Vista Dieses Buch galt vor rund einem Jahrzehnt als Standardwerk für Spiele-Programmierer und enthält viele auch heute noch relevante Grundlagen- und Praxisinformationen. Der erste Teil des gedruckten Begleitbuchs macht den Leser mit der Architektur des Propeller-Chips vertraut. Er führt den Leser in die speziell für den Propeller entwickelte Programmiersprache Spin und in die Propeller-Assemblersprache ein. Im zweiten Teil, der ungefähr die Hälfte des Buchs umfasst, geht es endlich zur Sache: Das zentrale Thema ist die Programmierung von Spielen. Nach einer kurzen Einführung werden Themenbereiche behandelt, die von der Eingangssignal-Verarbeitung über Grafiken, Figurgestaltungen, Klänge und Animationen bis hin zur künstlichen Intelligenz reichen. Alles, was zum Programmieren von Computerspielen dazugehört, wird umfassend beschrieben. Hydra-Controllerboard Der Propeller-Chip ist die zentrale Komponente des Hydra- Kit, doch zu einem Spielcomputer gehört natürlich mehr. Auf dem Board sind außer dem Controller diverse Schnittstellen und Optionen implementiert (siehe Kasten). Die meisten bedürfen sicher keiner näheren Erklärung. Das Begleitbuch erläutert alle Systemkomponenten, hier sollen nur einige Besonderheiten erwähnt werden. Der Debug-Indikator besteht aus nur einer LED, sie kann beim Debuggen beispielsweise das Durchlaufen einer bestimmten Programmschleife signalisieren. Diese Debugging- Methode erscheint etwas simpel und antiquiert, doch leider unterstützt die Propeller-Entwicklungsumgebung (noch) keine komfortablere Debugging-Methode. Wenn einfache Bugs in der Software beseitigt werden müssen, wird auch diese Methode zum Ziel führen. Die LED wird von einer Propeller-Portleitung gesteuert, das Programm kann sie innerhalb jeder beliebigen Programmphase ein- oder ausschalten. Der Game-Cartridge-, EEPROM- und Erweiterungsport ist als 20-poliger Card-edge-Steckverbinder (0,1 Inch) ausgeführt, über den die meisten für den Anschluss externer Hardware notwendigen Leitungen zugänglich sind. Außer den Betriebsspannungen liegen hier acht I/O-Leitungen, die Hydra-Net-Leitung (siehe unten), der Reset, der I 2 C-Bus sowie mehrere serielle Signalleitungen an. Über eine Betriebsspannungsschleife wird dem Controller das Vorhandensein externer Hardware signalisiert. Zum Lieferumfang des Hydra-Kit gehört ein leeres Cartridge-Board für den Aufbau externer Hardware sowie eine Mini-Platine mit einem 128-KB- EEPROM und einem kleinen Lötpunktfeld. Der Hydra-Net-Anschluss stellt mit wenig Aufwand eine einfache serielle Verbindung zwischen zwei Hydra-Systemen her. Für die Kommunikation wird lediglich ein gewöhnliches vieradriges Telefonkabel mit RJ11-Steckern benötigt. Zubehör Bestandteile des Hydra-Kits sind außer den notwendigen Kabeln auch eine Maus, eine Tastatur, ein Gamepad sowie ein für die USA ausgelegtes Steckernetzteil. Importeur Antratek steuert einen 230-V-Umformer bei, so dass das Hydra-Kit auch am europäischen 230-V-Stromnetz betrieben werden kann. Das Hydra-Kit enthält alles, was für den Soforteinstieg notwendig ist. Doch bevor man konkret zur Tat schreitet, sollte man den Rat von Parallax befolgen und das Begleitbuch durcharbeiten. Erfahrungen im Umgang mit einer höheren Programmiersprache sind sowohl für das Verständnis der Theorie als auch für die Praxis nützlich. Entwicklungsumgebung Parallax hat die Entwicklungssoftware auf der CD eigens für den Propeller-Chip entwickelt, sie läuft unter Windows 2000, XP und Vista. Die Software lässt sich unkompliziert installieren und bedienen. Die Programmiersprache Spin hat den Charakter einer Mischung aus Pascal, Basic und Assembler, sie ist leicht und schnell erlernbar. Ein Programm für den Propeller-Chip besteht in der Regel aus einem Modul in Spin und einem zweiten Modul in Assembler. Die Assemblersprache ist zwar komplizierter, doch verglichen mit Spin nimmt das Ausführen von Assembler-Modulen wesentlich weniger Zeit in Anspruch. Zeitkritische Prozesse wie das Generieren von Videosignalen sollten daher immer in Assembler programmiert werden. Ohne die Assemblersprache lassen sich schnelle Spielabläufe generell nicht realisieren. Im gedruckten Begleitbuch wird das Programmieren in Assembler etwas stiefmütterlich behandelt. Hilfestellung für die Assemblerprogrammierung geben andere Dokumente auf der CD und auf der Website von Parallax. Übrigens kann auch die zum Hydra-Kit gehörende Entwicklungssoftware frei von der Parallax-Website heruntergeladen werden. Gesamteindruck Das Hydra Game Development Kit ist ein in sich abgerundetes Paket zum Entwickeln von Spielen und anderen Anwendungen für den Propeller-Chip von Parallax. Die Hardware stößt vor allem hinsichtlich des Speicherumfangs vergleichsweise schnell an ihre Grenzen. Spiele auf dem Niveau des aktuellen PC- oder Konsolen-Standards lassen sich mit dem Hydra-Kit nicht entwickeln. Dagegen eignet sich das Kit hervorragend zum Erlernen der Techniken, die Grundlage von Spielen und ähnlichen Anwendungen sind. Für den Start braucht man eigentlich nur noch einen Bildschirm, dafür genügt ein Standard-VGA-Monitor oder ein TV-Gerät mit Composite-Eingang. Der Preis für das Hydra- Kit liegt bei etwa 180 Euro, wobei man die Alleinstellung des Propeller-Chips mit seinen acht 32-bit-Prozessorkernen berücksichtigen muss. Weblinks (070241)gd 10/ elektor 77

78 INFOTAINMENT RÄTSEL Hexadoku Sudoku für Elektroniker Für alle Rätselfreunde kommt diesen Monat wieder ein neues Hexadoku, so dass die Gehirnzellen auch schön fit bleiben. Ganz besonders geeignet ist dieses Training natürlich für verregnete Herbstnachmittage. Die Lösung sollten Sie unbedingt einsenden denn so haben Sie die Chance, einen der Preise zu gewinnen: Ein E-blocks Starter Kit Professional und drei Elektor-Gutscheine! Die Regeln dieses Rätsels sind ganz einfach zu verstehen: Bei einem Hexadoku werden die Hexadezimalzahlen 0 bis F verwendet, was für Elektroniker und Programmierer ja durchaus passend ist. Füllen Sie das Diagramm mit seinen 16 x 16 Kästchen so aus, dass alle Hexadezimalzahlen von 0 bis F (also 0 bis 9 und A bis F) in jeder Reihe, jeder Spalte und in jedem Fach mit 4 x 4 Kästchen (markiert durch die dickeren schwarzen Linien) genau einmal vorkommen. Einige Zahlen sind bereits eingetragen, was die Ausgangssituation des Rätsels bestimmt. Wer das Rätsel löst - sprich die Zahlen in den grauen Kästchen herausfindet - kann wie jeden Monat einen Hauptpreis oder einen von drei Trostpreisen gewinnen! MITMACHEN UND GEWINNEN! Unter allen Einsendern mit der richtigen Lösung verlosen wir ein E-blocks Starter Kit Professional im Wert von 365,75 EINSENDEN Schicken Sie die Lösung (die Zahlen in den grauen Kästchen) per , Fax oder Post an: Elektor - Redaktion Süsterfeldstr Aachen Fax: 0241 / hexadoku@elektor.de Als Betreff bitte nur die Ziffern der Lösung angeben! Einsendeschluss ist der 1. November 2007! und drei ELEKTOR- Gutscheine im Wert von je 50. Der Rechtsweg ist ausgeschlossen. Mitarbeiter der in der Unternehmensgruppe Segment B.V. zusammengeschlossenen Verlage und deren Angehörige sind von der Teilnahme ausgeschlossen. DIE GEWINNER DES ALPHANUMSKIS STEHEN FEST! Die richtige Lösung (siehe unten) ist: LVC4ZM1. Das E-blocks Starter Kit Professional geht an: Stephan Hruschka aus Erkrath. Gutscheine über je 50 gehen an: Eberhard Müller, Rolf Renken und Ernst Theis. Herzlichen Glückwunsch! 2 5 A P 9 R O 3 D C B 4 0 S H 1 Z W K Y M E 7 N I U J G 6 X T F Q V L 8 D 6 L U 3 T 1 Q R 5 9 X M G J A F 2 C H Z B 8 P Y 4 K S O V I E 0 7 N W O 8 H 4 Z E G W T 7 A 0 V 6 K U Y B D 1 3 J I F P L C Q N R 5 X M 2 9 S 7 X 0 M K S L P 6 H Y 2 8 N C 9 I Q V 5 A O U T B 3 W Z E F G J 1 R D 4 G Q N B J 1 I E F 8 U V 4 5 D P 3 L 0 S R 9 X W 7 T 2 A H M Y 6 O K C Z F C W V Y I Z S K N J M E O T X 7 R L 6 Q G D U P H 3 A B H 1 D Y N 4 B J X T 2 U S M O Z C V G E K 8 P A Q 5 L I 0 3 F W R 5 I Z L M Q K C A D O 8 H U 2 Y 4 9 W F T R N 1 6 G S B P 7 X 3 E 0 J V X V 8 C Z M G R W E Q 0 B 6 7 I L U 3 Y N A F J T O K D P 1 S H 0 P E T W B Q 9 S L N 6 X F 3 7 A 1 5 M J Z C V H Y R 4 D K 8 U 2 I G O J R 3 7 O G W H Y 1 F E I P L K T 5 X D S V M C U B Z A N 4 Q K A 6 S F U V I 3 0 P 7 D J N R G 8 O B 4 Q 9 H 2 1 X E Z W M 5 T L Y C S W 1 5 B F J G 0 Q T P 9 4 Z I 2 C 6 7 N 3 R 8 M H E X A D O K U Y V L A 3 V I 7 8 F O M W H N R X P L U S T G 2 Y D K 0 B Q J C Z E 9 4 J N G 0 6 D U B Z L M E Y Q X C W H O K 7 I V 2 P A R 3 S F T E L K Z U M C X I R 4 5 A D B G N 3 9 P V F S J T Q O W 8 Y H 2 7 P 2 C O D H E Y 8 3 S 1 Q K V T 6 7 A 0 I 5 4 U L J G F R Z 9 B N W X M 6 Y T Q R X 9 V 2 K 7 A J W F O 0 H Z L B M 1 E 3 C 4 U S N D G I P S K 5 D M 2 J Y R F G H 7 V O I E U P 1 Q 9 X W A L B 8 N C 4 Z T 6 T M X A I N U 1 C P W Z B S K 4 V 0 H J L 5 F Q Y 9 G R 7 D O E 2 Y H 9 F L 2 0 B 5 S Q G Z T E C M D I N O X A P R 7 4 W V 8 U K J 1 U 7 E Q P 8 N 9 O L K F R X M W 6 C Y D Z V 3 T J I H 0 S G B A V G B 6 C J H T 4 E X 3 L 0 Y W P A R 8 F 7 K Z O D N 2 U S Q M I W Z 4 R 8 O D A 7 6 V I N 1 9 J Q U S 2 5 T G B E K 0 H M C 3 Y L X P F 8 T V Y 0 N 9 K J 7 Z A Q W P B 3 E S M X D O U 6 L 5 C I R F H G R B G 9 S 5 T L V U C O Y 2 M 4 H N 1 Z D K W 6 J I 7 3 F 0 E 8 X A Q P Q O F 3 6 L 7 8 W 2 M D C B G E 1 T P 9 Y 4 0 I R X H N K A Z S V J 5 U N 7 I W P A R F G X E S 6 9 U J O H L V C 4 Z M 1 Q B 2 T Y D 3 K Z D M X 0 C 3 6 P 4 I H K V R F L J U A G 2 5 Q W S T 8 Y E 1 O 9 B 7 N U J Y H E K 5 Z Q A 1 B 3 I X S D O 8 T 7 N F R V P 9 C G 2 L 4 W M 6 0 M F U 8 H Y N R 1 J 3 C T 7 W D K G 2 4 X V O 5 S E B P I L 6 A Z Q K R J V 3 A M B G D Y P L S 6 9 E H Q 8 I Z 0 F N 1 O W T 7 2 C 5 U X B S Q G X W P U O Z 5 T 1 C 0 3 J F N R 9 6 E M A 2 Y 7 4 H V L K 8 I D I 9 5 D T 6 S 7 E F 0 W 2 Q 8 H V M Y C 1 A L G U R Z K X J P N B 4 O 3 C E O 2 A Z X K L I 6 Q U Y 5 N R 4 3 J W P B 7 G 0 8 D V 9 S H F T M 1 L N P H V 8 9 O A I B X Z F K U D T S C M Q J W G E R Y 78 elektor - 10/2007

79 RETRONIK INFOTAINMENT Das Revophone (1922) Von A. W. Simpson Meine ersten Erfahrungen mit einem Detektor-Empfänger datieren auf meine Kindheit in den späten 30ern, als mein Vater eines Tages mir und meinem Bruder ein solches Gerät zeigte. Es war beeindruckend: Stimmen und sogar Musik kamen aus einer kleinen Holzkiste bzw. aus einem für mich damals sehr schweren Kopfhörer. Da wir zuhause weder Radio noch Grammophon hatten, war das ein epochales Erlebnis. Ich erinnere mich speziell an das Hören von verschiedenen Programmen mit kräftigem Fading. Es wurde laut und wieder leise und manchmal kamen zwei Sender gleichzeitig. Vermutlich war es also abends. Ein paar Jahre später stieß ich nochmals auf meines Vaters altes Radio und war fasziniert von seiner Leistung und seiner Einfachheit. Detektor-Radios brauchen schließlich keine Batterien. Kristall-Detektor-Empfänger wurden seit dem zu meiner Leidenschaft. Hier allerdings geht es um ein noch einfacheres Gerät als damals: Das Revophone, das ich erst kürzlich erworben habe. Das Radio war mit seinem Ohm-Kopfhörer absolut im Originalzustand, sichtlich nicht oft in Betrieb und hatte praktisch unberührt mehr als 80 Jahre verschlafen! Sein Mahagoni-Gehäuse macht auch heute noch etwas her. Auf Gehäuse und Kopfhörer bedeutet eine Marke (das BBC-Symbol auf dem Foto), dass die Gerätschaft von keinem geringeren als dem Post Master General abgesegnet wurde. In der Kiste befindet sich eine abstimmbare Spule zwischen den Anschlüssen für Antenne und Erde. Mit Hilfe der beiden Drehschalter kann daher die Parallelresonanz eines Schwingkreises passend zum gewünschten Sender eingestellt werden. Die Spule besteht aus einer zylindrischen Wicklung mit 55 mm Durchmesser, 85 mm Länge und 12 Anzapfungen. Letztere sind mit den beiden sechsstufigen Drehschaltern verbunden. Die Anzapfungen sind so gewählt, dass sich eine Grob- und eine Feineinstellung ergibt. Insgesamt kann die Induktivität zwischen 30 und 350 μh gewählt werden, was zusammen mit der Kapazität einer typischen Drahtantenne etwa den Mittelwellenbereich abdeckt. Das einzige andere elektronische Bauteil ist der Kristall-Detektor. Aus heutiger Sicht handelt es sich dabei um eine Art Punkt-Kontakt-Schottky-Diode, die das Antennensignal für den Kopfhörer gleichrichtet. Der andere Kopfhöreranschluss liegt an der Erde. Der Kristall besteht aus einem Klümpchen Bleiglanz (PbS, [1]) mit ca. 5 mm Durchmesser, das mit einer bei 70 C schmelzenden Legierung [2] in eine Messinghülse gelötet wurde. Eine drehbare, gefederte Kupferspitze erlaubt es, auf dem Kristall einen Punkt zu suchen, bei der sich eine gute Gleichrichtung (Lautstärke) ergibt. Das Suchen nach einem solchen Punkt ist eine knifflige Angelegenheit und nur für geduldige Personen zu empfehlen. Im linken Teil des Gehäuses ist ein Fach zur Ablage des Kopfhörers. Eine Art Bedienungsanleitung mit Diagramm befindet sich auf der Innenseite des Deckels. Die hier empfohlene Antenne wäre allerdings dem Post Master General zu lang und somit damals in England illegal gewesen, da Antennen für Privatpersonen nicht über 100 Fuß (30 m) haben durften ;-) Sobald ich diesen Schatz in meinen Händen hielt, führte ich einen ersten Test durch, indem ich den Detektor versuchsweise durch eine moderne Germanium-Spitzen-Diode vom Typ OA91 ersetzte. Nach dem Anschluss an eine Langdrahtantenne und Erde konnte ich auf Anhieb vier Mittelwellensender laut und klar empfangen. Den stärksten Empfang bescherte ein Watt-Sender in 24 km Entfernung. Auch mit dem originalen Detektor war es mir möglich, regionale Mittelwellensender zu empfangen. Nicht schlecht für ein 85 Jahre altes Stück Elektronik! Was vielleicht überrascht ist, dass wir Detektor-Enthusiasten meinen, dass sich mit Bleiglanzdetektoren auch heute noch besserer Empfang realisieren lässt als mit den modernsten Dioden. Auf der anderen Seite ist eine moderne Diode schon bequemer, da man nicht ewig auf der Kistall-Oberfläche herumstochern muss, wobei die kleinste Erschütterung das gefundene Optimum sofort wieder zerstört. Ein ebenfalls interessanter Aspekt dürfte sein, dass mit Sicherheit kein aktuelles Radiogerät die nächsten 80 Jahre funktionsfähig überstehen wird die Detektor- Empfänger aber mit dann über 160 Jahren immer noch vor sich hindudeln könnten (wenn es dann noch MW-Sender mit AM gibt). Das gilt ganz besonders für Radios mit digitalem Innenleben. Da ist in 10 Jahren nichts mehr mit Reparatur schon gar nicht originalgetreu. Einen Detektor hingegen kann man notfalls mit einem Taschenmesser wieder in Gang bringen. Solange das Holzgehäuse nicht von Termiten gefressen wird und das Messing nicht komplett korrodiert ist, wird es funktionieren. Im Falle großer Naturkatastrophen könnte so ein Empfänger noch nützliche Dienste erweisen, da er keine Batterien benötigt. Ein EMP (elektromagnetischer Puls) durch eine Nuklearexplosion kann Röhren, Transistoren und ICs zerstören. Auf einem Kristall wird man aber immer einen neuen Punkt finden, der gleichrichtet. Vielleicht sollten vom Katastrophenschutz noch ein paar Detektor-Empfänger angeschafft werden... Links: [1] de.wikipedia.org/wiki/ Blei%28II%29-sulfid [2] de.wikipedia.org/wiki/ Woodsches_Metall ( I) Retronik ist eine monatliche Rubrik, die antiker Elektronik und legendären ELEKTOR-Schaltungen ihre Referenz erweist. Beiträge, Vorschläge und Anfragen schicken Sie bitte an: editor@elektor.com 10/ elektor 79

80 SHOP BÜCHER Starke Stücke Die ganze Welt der Elektronik in einem Shop! NEU! Test... 1, 2, 3... Test Mikrofone in Theorie und Praxis Das Geheimnis des guten Klangs liegt im Zusammenspiel von Mikrofon, Aufnahmeraum und Instrument. Das richtige Mikrofon am richtigen Ort ist der Schlüssel zur gelungenen Aufnahme. Dieses Buch vermittelt die Grundlagen von Mikrofontechnik und Studioakustik sowie die Anwendung im Tonstudio, auf der Bühne und bei der Filmtonproduktion. 278 Seiten (kart.) ISBN ,80 CHF 59,20 Überarbeitete und erweiterte Neuauflage Bestseller! Der einzig wahre Realist Computer Vision Bücher Neues vom Top-Autor H.-J. Geist Photovoltaik-Anlagen Dieser Ratgeber wendet sich an alle, die sich für die Technik, Planung, Montage und den Profit von Solarstromanlagen interessieren. Angefangen mit den Grundlagen der solaren Stromerzeugung über die Funktion und Dimensionierung von Leitungen, Wechselrichtern, Ladereglern und Akkus bis hin zu Photovoltaik-Generatoren, die Sie für den Einsatz in netzgekoppelten Anlagen oder Inselanlagen benötigen, enthält dieses Buch viele wichtige und gewinnbringende Informationen. 160 Seiten (kart.) ISBN ,90 CHF 33,90 Computer Vision ist das wohl spannendste Gebiet der Bildverarbeitung und die Zahl der Anwendungen in der Robotik, Automatisierungstechnik und Qualitätssicherung nimmt stetig zu. Leider gestaltet sich der Zugang zu diesem Forschungsbereich bisher nicht einfach. Interessierte müssen sich zunächst durch viele Bücher, Publikationen und Software-Bibliotheken arbeiten. Mit dem vorliegenden Buch dagegen fällt der Einstieg leicht. 319 Seiten (geb.) ISBN ,80 CHF 72,80 Preisänderungen und Irrtümer vorbehalten! 80 elektor - 10/2007

81 Schluss mit Phonen und Simsen Java ME fürs Handy Viele Handys verfügen über eingebaute Zusatzfunktionen wie GPS-Navigation oder MP3-Player. Eine der interessantesten Zusatzfunktionen ist die Möglichkeit der Java-Programmierung. Hiermit lassen sich gerade in den Bereichen Elek tronik und Computertechnik viele Anwen dungen finden, die ein Mobiltelefon zum praktischen Helfer für den Laboralltag machen. 203 Seiten (kart.) ISBN ,80 CHF 50,70 Von Mikro zu Makro Programmiertechniken für AVR-Mikrocontroller Dieses neue Buch behandelt Softwaretechniken, die es gestatten, auch anspruchsvollere Programme für AVR-Mikrocontroller zu entwickeln. Im ersten Teil wird auf die Harvard-Architektur der Controller und die daraus resultierenden Programmiertechniken eingegangen. Im zweiten Teil des Buches wird die Arithmetik der Controller analysiert. 214 Seiten (kart.) ISBN ,80 CHF 67,70 Die neue Elektroniker-Fibel Visual Basic für Elektroniksteuerungen und Entwicklung Der PC wird schon lange nicht mehr nur als einfacher Computer verwendet, sondern hat sich zu einem Universal werkzeug entwickelt. Dieses neue Buch richtet sich an diejenigen, die vorhandene oder selbstgebaute Hardware über den Computer steuern wollen. Der Einsatz von Visual Basic für die schnelle Entwicklung von Elektronikapplikationen öffnet Ihnen neue Möglichkeiten. 510 Seiten (kart.) ISBN ,00 CHF 100,30 Wie zugeschnitten XP optimieren für Sound & Video Für viele Anwender ist Windows XP das Betriebssystem ihrer Wahl, um eine Multimedia-Workstation zu betreiben. In diesem Buch bietet der Autor Tipps zum Windows- Tuning für solche Workstations. Dabei erläutert er gezielt spezielle Anforderungen und Themen, wie Latenzen oder Pops und Glitches. Die wiedergegebenen Tipps basieren entweder auf den praktischen Erfahrungen des Autors im eigenen Projektstudio oder auf intensiver Recherche. 220 Seiten (kart.) ISBN ,80 CHF 50,70 Weitere Informationen zu unseren Produkten sowie das gesamte Verlagssortiment finden Sie auf der neu gestalteten Elektor-Website: Elektor-Verlag GmbH Süsterfeldstraße Aachen Tel. +49 (0) Fax +49 (0) Sprichwörtlich phänomenal Supraleiter im Experiment Ohne Fachkenntnisse der theoretischen Physik werden in diesem neuen Buch die fundamentalen Kenntnisse über Supraleiter verständlich erklärt. Anhand von Experimenten beschreibt der Autor einige Phänomene der Supraleiter anschaulich und leicht nachvoll ziehbar. Der Umgang mit flüssigem Stickstoff und der Einfluss tiefkalter Temperaturen auf einige elektronische Bauteile werden ebenfalls demonstriert. 128 Seiten (kart.) ISBN ,90 CHF 33,90 nur 19,90 10/ elektor 81

82 SHOP CD- & DVD-ROMs, BAUSÄTZE & MODULE Jetzt auch als Modul erhältlich! CD- & DVD-ROMs Bestseller! Volle Werkzeugkiste Ethernet Toolbox Diese neue CD-ROM enthält Datenblätter von ethernetfähigen Mikroprozes soren, Mikrocontrollern, Hubs, Switches, Umsetzern aller Hersteller. Neben der technischen Dokumentation, wie z. B. application notes, Protokolle (field bus, TCP/IP, usw.) für Netzwerkverbindungen mit den Normen IEEE und natürlich finden Sie auch praktische Tools, um sofort arbeiten zu können. Außerdem umfasst die CD-ROM alle Elektor-Artikel zum Thema Ethernet (inkl. Mini Web-Server) mit Platinen layout und Software. Alle Artikel von 2006 auf CD-ROM Aus der Longseller-Reihe Elektor-CD 2006 Die neue Elektor-CD 2006 enthält alle Elektor-Beiträge des Jahrgangs Sie verfügt über eine sehr übersichtlich gestaltete HTML-Benutzeroberfläche, die archiv umfassende Inhalts übersichten und Recherchen ermöglicht. ISBN ,50 CHF 45,10 Kompakter OBD-2- Analyser (Elektor Juni 2007) Tiefe Einblicke in die moderne Autoelektronik vermittelt unser neuer Analyser, der alle OBD-2-Protokolle automatisch erkennt. Das Handheld-Gerät kommt gänzlich ohne PC-Unterstützung aus, ist einfach zu bedienen und ermöglicht es, die Fehlercodes unabhängig von der Werkstatt auszulesen und den Fehlerspeicher und die MIL-Anzeige des Fahrzeugs zurückzusetzen. Bausatz mit allen Bauteilen inkl. Platine, Gehäuse mit Frontfolie, OBD-Kabel und Montagematerial Art.-Nr ,95 CHF 136,00 ISBN ,50 CHF 46,80 Fertig bestückte und getestete Platine mit Gehäuse und OBD-Kabel Art.-Nr ,00 CHF 151,30 NEU! Topseller! Alle Elektor-Artikel der 90er-Jahre auf DVD Elektor-DVD Diese DVD-ROM enthält alle Elektor-Ausgaben der Jahr gänge 1990 bis 1999 in digitaler Form (komplett und in gleicher Ansicht wie die Printausgabe) im druckfähigen PDF-Format mit allen Themen im Original-Layout. Ideal zum Archivieren, Lesen, Ausdrucken und Durchsuchen. Ein Muss für jeden Elektor-Leser! Zusätzlich fi nden Sie gratis auf dieser DVD die komplette CD-ROM-Reihe The Elektor Data sheet Collection 1 bis 5 (im Wert von über 90,-) mit originalen und vollständigen Datenblättern zu Halb leitern, Speicherchips, Mikrocontrollern u. a. Vierkanal- Logik-Analysator (Elektor September 2007) Zur Kontrolle digitaler Signale ist im Elektronik-Labor ein Logik-Analysator unabdingbar, zumal immer mehr Schaltungen von einem Mikrocontroller gesteuert werden. Wir bieten hier ein solches Messgerät mit Batteriebetrieb an, das einfach aufzubauen ist und dennoch die meisten in der Praxis vorkommenden digitalen Signale messen und speichern kann. Bausatz mit allen Bauteilen inkl. Platine, Gehäuse und graphischem LC-Display (64 x 128 Pixel) Software Defined Radio (mit USB-Interface) (Elektor Mai 2007) Der PC-gestützte Rundfunkempfang liegt im Trend. Denn für SDR braucht man nur wenig Hardware, dafür aber eine ausgefeilte Software. Unser SDR-Projekt zeigt, was heute machbar ist. Das Ergebnis ist ein universeller Empfänger von 150 khz bis 30 MHz, der für DRM und AM-Rundfunk optimiert ist, aber auch Einblicke in die Welt des Amateurfunks ermöglicht. Fertig bestückte und getestete Platine Bausätze & Module ISBN ,00 CHF 151,30 Art.-Nr ,50 CHF 191,30 Art.-Nr ,00 CHF 178,50 Preisänderungen und Irrtümer vorbehalten! 82 elektor - 10/2007

83 Lieferprogramm Oktober 2007 (Nr. 442) Mugen Hybrid-Audioverstärker Platine Verstärker...29, Platine Stromversorgung...27,95 ElekTrack Fertig bestückte Platine, GPS/GSM-Antenne, Kabel u.gehäuse...399,00 Low-cost-Heizungsregelung Platine...13, Programmierter Controller ATmega32-16PU...22,95 USBprog Platine...siehe Bauteilsatz mit SMD-bestückter Platine u. übrigen Bauteilen...32, Software-CD...7,50 September 2007 (Nr. 441) Vierkanal-Logik-Analysator Platine...siehe Software-CD...7, Progr. Controller PIC18F4580-I/P...18, Bausatz mit allen Bauteilen inkl. Platine, Gehäuse, graph. LCD...112,50 Tilt-Gamepad Software-CD...7, Progr. Controller ATMega8-16PI...8, Platine teilbestückt mit Sensor...27,50 Juli/August 2007 (Nr. 439/440) Stereo-Hör-Sensor Progr. Controller PIC16F ,50 Propeller Prototyping Board für Boe-Bot Platine...15,95 Serieller Anschluss für Propeller Platine...siehe Roboter-Navi Progr. Controller ATmega ,95 MotorBox Platine...siehe Progr. Controller PIC16F628-04/P...21,50 Akku-Doppel (Akku-Umschalter) Platine...7,50 Lithium-Lader Platine...9,95 Einfache USB-Experimentierplatine Progr. Controller PIC18F ,95 Juni 2007 (Nr. 438) Funk-Variometer Sender und Empfänger (2 Platinen)...17, Software-CD...7, Progr. Controller ATtiny15PC...14,50 2,4-GHz-Spektrum-Analyser Platine...11, Software-CD (für Linux und Windows)...7,50 Kompakter OBD-2-Analyser Bausatz mit allen Bauteilen inkl. Platine, Gehäuse mit Frontfolie, OBD-Kabel u. Montagematerial...79, Fertig bestückte u. getestete Platine mit Gehäuse u. OBD-Kabel...89,00 Linux-Oszilloskop Software-CD...7,50 LCD-Induktivitäts-Messgerät 0,1 μh 100 mh Platine...10, Software-CD...7, Progr. Controller ATmega48...7,50 Mai 2007 (Nr. 437) Software Defined Radio Platine...siehe Software-CD...7, Platine bestückt und getestet...105,00 ATtiny als RDS-Testsender Progr. Controller ATtiny ,00 Bestseller Computer Vision ISBN ,80 CHF 72,80 Bücher CD- & DVD-ROMs Bausätze & Module Java ME fürs Handy ISBN ,80 CHF 50,70 Visual Basic für Elektroniksteuerungen u. Entwicklung ISBN ,00 CHF 100,30 XP optimieren für Sound & Video ISBN ,80 CHF 50,70 Supraleiter im Experiment ISBN ,90 CHF 33,90 Ethernet-Toolbox ISBN ,50 CHF 46,80 Elektor-CD 2006 ISBN ,50 CHF 45,10 Elektor-DVD ISBN ,00 CHF 151,30 ECD 3 ISBN ,50 CHF 41,70 Elex-DVD ISBN ,00 CHF 39,10 Kompakter OBD-2-Analyser Art.-Nr ,95 CHF 136,00 Vierkanal-Logik-Analysator Art.-Nr ,50 CHF 191,30 g-kraft-messer Art.-Nr ,25 CHF 26,00 Software Defined Radio Art.-Nr ,00 CHF 178,50 Micro-Webserver Art.-Nr ,95 CHF 289,00 Bestellen Sie jetzt einfach und bequem online unter oder mit der portofreien Bestellkarte am Heftende! Elektor-Verlag GmbH Süsterfeldstraße 25, Aachen Tel. +49 (0)241/ Fax +49 (0)241/ vertrieb@elektor.de 10/ elektor 83

84 INFO & MARKT VORSCHAU Flash-Board mit USB Flash-Controller lassen sich bequem programmieren - sie eignen sich daher für die schnelle Software-Entwicklung genauso wie für die Ausbildung. Bisher wurden die Programmdaten meist über die serielle Schnittstelle geschickt, doch insbesondere Laptops haben meist nur noch USB-Schnittstellen. Unser vielseitig einsetzbares Flash-Board ist die Lösung. Herzstück ist der AT89C5131A, ein erweiterter 8051-Controller mit 80C52-Kern und Fullspeed-USB. Sozusagen als Zugabe enthält der Baustein ein fertiges Update-Interface, mit dem neue Firmware geladen werden kann. Darüber hinaus liefert Atmel mit dem kostenlosen Programm FLIP gleich die passende Software. Man muss also nur noch den passenden Code bereitstellen, schon kann es losgehen! Günstiger Webserver Per Webserver sind beliebige Daten von Kameras, Loggern, eigenen Schaltungen und vielem mehr von überall her auf der Welt abzurufen. Wer mag, stellt von hier aus sogar seine eigene Homepage ins Netz. Kein Wunder, dass unsere Webserver-Projekte zu den beliebtesten Elektor-Artikeln zählen. Und hier ist eine neue Lösung! Unser Mini-Webserver basiert auf einem ATMega32 und wird auf clevere Weise ans Netz angeschlossen: Die Controller-Platine besitzt nämlich einen ISA-Slot zur Aufnahme einer alten und daher besonders günstigen Netzwerkkarte. Auf einer SD-/MMC-Card lassen sich beliebige Inhalte bereitstellen. Und dass es bei einem solchen Projekt noch jede Menge Möglichkeiten für eigene Erweiterungen gibt, versteht sich ja wohl von selbst! Messen und Steuern mit USB Viele Elektroniker nutzen ihren Computer nicht nur als Rechenknecht und Schreibmaschine, sondern auch zum Messen, Steuern und Regeln. Auch für diese Anwendungen setzt sich die USB-Schnittstelle immer mehr durch. Unsere USB-I/O- Platine, die wir im nächsten Monat vorstellen, besitzt acht digitale Eingänge, acht digitale Ausgänge sowie zwei Analog- Ausgänge mit einer Auflösung von 10 bit. Für Messungen sind acht analoge Eingänge mit 10 bit und einem Spannungsbereich von 0 bis 5 V vorgesehen. Herzstück des Boards ist ein in C programmierter PIC18F4550 von Microchip. Die Stromversorgung erfolgt über den USB-Anschluss. Änderungen vorbehalten! Die Elektor-Website - Service & News! Die neu gestaltete Elektor-Website mit neuen und verbesserten Funktionen und noch mehr Nutzwert: ELEKTOR November 2007 erscheint am 24. Oktober ELEKTOR gibt es im Bahnhofsbuchhandel, Elektronik-Fachhandel, an ausgewählten Kiosken und garantiert beim Presse-Fachhändler. Ein Verzeichnis finden Sie unter: Sie können ELEKTOR auch direkt bei bestellen. Übersichtliches und einheitliches Design Einfache und schnelle Suchfunktion Individuelle Voreinstellungen Elektor-Credits (Guthaben-Punkte) Illustrierte News-Seiten RSS-Feed für Forum und News Neuer FAQ-Teil Willkommen auf der neuen Elektor-Homepage! 84 elektor - 10/2007

85 Datum, Unterschrift BLZ *Dieses Angebot gilt nur, wenn Sie während der letzten 12 Monate noch nicht Abonnent waren. Konto Bank Zahlungsweise Rechnung Bankeinzug Wenn Sie innerhalb von 1 Woche nach Erhalt der dritten Ausgabe nichts von mir hören, möchte ich Elektor im Jahresabonnement für nur g 67,75 weiter beziehen. Ich erhalte die nächsten 3 Ausgaben für nur g 12,50 pünktlich und zuverlässig frei Haus*. Ja, ich möchte Elektor kennenlernen! Datum, Unterschrift (11 Hefte / inkl. Doppelheft Juli/August) pünktlich und zuverlässig frei Haus beziehen*. Im Vergleich zum Einzelheftkauf am Kiosk spare ich beim Standard-Abonnement e 8,85 (bei der PLUS-Variante sogar bis zu e 29,-). Als Dankeschön erhalte ich den attraktiven 1 GB MP3-Player (sofort nach Zahlung der Abonnementsrechnung) gratis zugeschickt. Elektor-Bestellkarte 10/2007 BLZ Konto *Das Abonnement verlängert sich automatisch um 12 Monate, wenn nicht spätestens zwei Monate vor Ablauf schriftlich gekündigt wird. **Diese CD-ROM wird Ihnen sofort nach Erscheinen (Februar 2008) zugeschickt. Bank Zahlungsweise Rechnung Bankeinzug Ja, ich möchte Elektor im Jahresabonnement 10/07 10/07 Jahresabonnement-PLUS (inkl. Jahrgangs-CD-ROM 2007**) für nur g 77,70 Jahresabonnement-Standard für nur g 67,75 Bitte wählen Sie Ihr Jahresabonnement aus: Diesen Streifen an den unten stehenden Streifen kleben! Ich bestelle folgende Elektor-Produkte: Bezeichnung Preis Anzahl Gesamtpreis High-End-Röhrenverstärker e 54,00 Photovoltaik-Anlagen e 19,90 Vierkanal-Logik-Analysator e 112,50 Java ME fürs Handy e 29,80 Supraleiter im Experiment e 19,90 Elektor-Gesamtkatalog 2008 zzgl. Porto- und Versandkosten g 5,00 GESAMTBETRAG g Datum: Unterschrift: Tragen Sie bitte Ihre Anschrift auf der Rückseite ein! Diesen Streifen an den oberen Streifen kleben! NEU NEU NEU NEU

86 Fordern Sie jetzt den neuen Elektor- Gesamtkatalog 2008 GRATIS an! Bücher CD-ROMs DVDs Sonderhefte E-blocks Module Bausätze Fax electronics worldwide Der Katalog kann auch jederzeit im Elektor-Online-Shop als PDF- Datei heruntergeladen werden. -deze serie wordt gebruikt bij achtergrondkleuren -kleur rood kan ook in blauw Hier ist meine Anschrift: Innerhalb Name, Vorname Deutschlands kein Porto Straße, Nr. nötig! PLZ, Ort Land Antwort Geburtstag Telefon Elektor-Verlag GmbH Süsterfeldstraße Aachen Hier ist meine Anschrift: Name, Vorname Straße, Nr. PLZ, Ort Land Geburtstag Telefon Hier ist meine Anschrift: Name, Vorname Straße, Nr. PLZ, Ort Land Geburtstag Telefon Innerhalb Deutschlands kein Porto nötig! Antwort Elektor-Verlag GmbH Süsterfeldstraße Aachen Innerhalb Deutschlands kein Porto nötig! Antwort Elektor-Verlag GmbH Süsterfeldstraße Aachen

87 INSERENTENVERZEICHNIS OKTOBER 2007 Bauer Elektronik Beta-Layout Cadsoft Computer Circuit Design Decision-Computer EMIS Eurocircuits Fujitsu Microelectronics GTU Laser Technik Haase Computertechnik Hacker Datentechnik HM Funktechnik Intronix Test Instruments Kleinanzeigen National Instruments Redline Reichelt , 3, 57 Schaeffer AG Simple Solutions / elektor

88