S«i I iO!&- .-isLi 54 IZQ 60 77 rf-' 76 6 8 12 13 75 84 78 79 Grundlagen Synchronisierung mit Taktgefiihl Praxis Amperestunden-Kontrolleur Universelle SPI-Box FPGA-Kurs (1 ) Die ersten Schritte ... Elektrozaun-Generator Workshop: Halogen-Power Entwicklungstipps: Handy- Codeschloss, Akkuhalter, Alu-Glanz, Elkos formieren, Ringkern-Drahtmenge Technik Sicher & preiswert - Beobachtungen an Elektronikgerdten Enthullungen uber Steckernetzteile Entwickeln fur Mill ionen La borgef luster: 0805 und BGA Der Siegeszug des 6502 E-blocks: Wellen mit C Radio horen mit Matlab Info & Markt Impressum Mailbox elekTermine News Elektrische Sicherheit Vorschau Infotainment Hexadoku Retronik MAILBOX Von Lesern Ur Leser Unter diesem ltd veroffentHchen wir in der Rubrik MailBox Scbaltungon und Ideen von Lesern, die aus verschiedenen Gradefi (Pkrtzbedarf, thema- tische Spezialisierung oJJ nidit zu einem Elektor-Projekt gefuhrt haben beziehungsweise nodi entwkkdf werden mussen. Diesmd gdit es aber um ein Lesrprojekt, das eine Alternative zu einem bereits in ELEKTOR veroffentBchten Bauvorsdtlag darstellt. Nostalgie-Telefon schnuHos Mit viel Freude habe ich im Januar- Heff den Artike! „Nostalgie-Telefon als Handy" gelesen. In der Schal- tung kommen aber mehrere Spezi- albauteile zum Einsatz, die mogli- cherweise nicht so einfach zu beschaffen sind, Anstelle des ver- mutlich nicht ganz billigen GSM- Moduls kann man auch ein norma- ls Handy benutzen. Handys (von sehr alten Exemplaren abgesehen) haben eine serielle Schnittstelle, uber die sie mit AT-Befehlen bedient werden konnen. Hor- und Sprech- kapsel konnen als Headset ange- schlossen werden. Beim dem im Folgenden beschrie- benen Umbau eines alten Telefons zu einem schnurlosen Telefon stand auch ich vor dem Problem, den Wechselstrom-Wecker des Telefons irgendwie mit der zur Verfugung stehenden Batteriespannung zu betreiben. Da meine Bastelkiste kei- nen Boostkonverter hergab, probier- te ich die hier angegebene Schal- tung mit einem NE555 und einem MAX232. Der Telefonwecker wird an die R$232-Ausgange des MAX232, von dem es bekanntlich auch eine 3,3-V-Variante gibt, angeschlossen. Der NE555 erzeugt an Pin 3 ein Rechtecksigna! von ca. 26 Hz, das an den einen Treibereingang des MAX232 direkt und an den ande- ren durch den Transistor negiert her- angefuhrt wird (die Treibereingange des MAX232 haben interne Pullup- Widerstande). Zwischen den beiden Treiberaus- gangen entsteht so eine Spannung wechselnder Polaritat von ca. 25 - 30 V (im Leerlauf gemessen) Dies reicht, um den angeschlosse- nen Wecker ordentlich und zuver- lassig klingeln zu lessen. Ich habe es mit alien meinen alten Telefo- nen getestet. Meine Variante des ELEKTOR-Pro- jekts verwendet kein GSM-Handy, sondern basiert auf dem schnurlo- sen Telefon Gigaset 20 1 0 von Sie- mens. Kernstuck der Zusatzelektro- nik ist ein PIC, der die Wdhlscheiben-lm pulse interpretiert, das Abnehmen und Auflegen des Horers uberwacht und das Umschalten zwischen Horer und externem Headset koordiniert. Der Mikrocontroller steuert zwei Analog- Multiplexer (4051 und 4052) an, die direkt mit den Anschlussen der Tastenmatrix auf der Gigaset-Platine verbunden sind und so Tastendru- cke simulieren. Die Ziffern der Wahlscheibe sind doppelt belegt. Normalerweise ent- sprechen sie den Zifferntasten des schnurlosen Telefons. Aufterdem ist jeder Ziffer eine Sondertaste (z.B. Wahlwiederholung, Kurzwahl usw.) zugeordnet. Um diese zu betatigen, muss man beim Wahlen zusatzlich den roten Knopf (Amtholen-Taste) gedruckt halten. Das schnurlose Telefon ist damit vollstandig uber die Wahlscheibe bedienbar. Die Tasten Auflegen und Abnehmen" werden durch die Telefongabel oder auch uber die Sondertasten- funktion der Wahlscheibe bedient. Auf der rechten Seite des Telefons (gegenuber vom Telefonhoreran- schluss) befindet sich eine RJ45- Buchse. Dort kann man ein Head- set oder ein Ladegerat anschlieBen Fur den Betrieb benotigt das Telefon vier Mignon-Batterien oder -Akkus, die in ein Batteriefach in der Bodenplaite eingelegt werden. Die gesamte Zusatzelektronik benotigt im Ruhezustand (Klingel inaktiv, PIC im Sleep-Modus) nur wenige |jA an Strom. Markus Kochy Weitere Fotos von Markus Kochys schnurlosen) Anti ktele fan giht es als Download hei www.elektor.de l im Inhaltsverzeichnis zu Heft 04/2006 „ MailBox " ankl token). vcc 8 elektor - 4/2006 Bits und Bytes Bei Ihrem FPGA-Board wer- ben Sie im Marz-Heft mit 8 MByte User SRAM. Im Schaltplan sehe ich atierdings zweimal den Baustein CY7C1041CV33, also eln 256Kxl 6 SRAM. Somit ist der Abkurzung MB die volistandige Angabe MByte verwendef , was ober on der fehierhaften Angabe nichts andert. Wir bedauern, doss die Redaktion diesen Fehier bei der Bearbeitung des Be 1 frags ubersehen hat. Auf www.elektor.de wurde das noch vor dem Erstverkaufstag des Marz’Heftes ( 1 5. Februar) berichfigt. Wir sind aber nicht der Meinung , doss das Board dadurch uninter - der gesamte Speicher nur 1 MByte (oder 8 Mbit) groB. Das Gleiche gilt auch fur den Flash: Auch hier wird ein 1 28 k x 8 Baustein verwen- det. Der Speicher ist somit gerade mal 128 kByte groB. Der Konfigurationsspeicher soil 4 MByte sein? 1 28 x 36 Bits sind leider auch nicht 4 MByte... Da frage ich mich als treuer Leser schon: Was ist hier passiert? Das Board hatte technisch gese- hen ein interessantes Projekt werden konnen. So ist es jedoch leider uninteressant und mit 250 € viel zu teuer. Andreas Hellinger Sie haben nattirlich voiiig Rec’hf. was die Angaben zur Speieher- groBe betrifft. Der AT29BV0 1 0A ist ein ? -Mbit-Raustein, und die beiden RAM-Chips bringen es jeweils auf 4 Mbit (im Artikel-Text steht es auch rich fig). Der Fehier ist entstanden, weii im Original des Beitrags for Megabit nicht die korrekte Abkurzung Mb f son- dem MB verwendef wurde (wie so off , siehe hierzu auch www. Jewassoc.com/perfor- mance/ memory/ MB jzs_Mb.htm). MB bedeutef aber bekannfiich Megabyte. Bei der Ubersetzung wurde dann zur Verdeuflichung essanf wird. Die SpeichergroBe ist fur den Zweck voiiig ausreichend, ein Konfigurationsspeicher bend- tigt keine Megabytes. Das FPGA- Modut ist zwar nicht billig , aber keineswegs zu teuer, wenn Sie sich vergieichbare Angebofe ansehen. KriminaKall Audioverstarker Diese Geschichte einer Fehlersuche im Februar-Heft war spannend zu lesen, besonders fur jemanden wie mich, der den groBten Teil sei- nes Berufslebens in Pruffeldern und Testteams (vom Dammerungsschalter bis zum Intelsat) verbracht hat. Nur ein Aspekt bleibt offen oder ist zumindest ungenugend beschrieben: Warum hat die Kiste beim Entwickler Stefan Wicki (der doch ganz sicher kein Hwang-Koreaner ist) offen bar in mehreren Exemplaren einwandfrei funk- tioniert? Ein Gerat mit den bei Ihnen aufgetretenen Macken hatte er doch wohl kaum in *• die Of fentlichkeit gebracht. Also: was war in Aachen anders als in Aargau? Zumindest die Doppel-Aa's konnen es nicht gewesen sein. Was war es also? Helmut Zarzycki Wir den ken, diese Frage beam- wortet die hier anschlieBende Steiiungnahme des Autors mit dem Kommentar des zustandigen Redakteurs, CDAMP - ein© Nachbse Gegen den Bericht uber mei- nen Verstarker („Kriminalfall Audioverstarker" in ELEKTOR 2/2006, Anm.d.Red.) habe ich einige Einwande: • Sie zeigen alle Kurvenfor- men asymmetrisch gegen GND gemessen, das interes- sierende Signal (das an den Lautsprecher gelangt) ist aber das symmetrische (d if fere n- tieile Signal). Dies mussten Sie meiner Meinung nach auch klar so beschriften, sieht man nur die Kurvenformen, so meint man ja das sei ein absoluter "Scheissverstarker". Man miisste mindestens eine symmetrische Kurvenform im Zeitbereich darstellen. • Ich kann mir nun die Ver- zerrungen in der asymmetri- schen Kurvenform erklaren: Die Verzerrungen geschehen bei der Umsetzung der Ein- gangspulse zum Schaltverhal- ten der FETs: 1 . Die Totzeit verursacht Ver- zerrungen 2. Die Einschaltzeit und Aus- schaltzeit der Transistoren ist unterschiedlich und strom- bzw. amplitudenab- hangig. 3. Der High-Side-Transistor wird mit einer etwas klei- neren Spannung einge- schaltet als der Low-Side- Transistor. 4. Dieser (asymmetrischen) Verzerrungen war ich mir vor ihren Messungen nicht bewusst. Die symmetri- schen Verzerrungen wer- den aber vom Feedback gemessen und auskorri- giert. Dies erklart auch, warum Sie bei Ih rer eigenen Schaltung so groBe Auswirkungen der Speisespannung des Treiber- bausteins auf die asymme- trisch gemessene Signalform hatten. Ebenso die Auswir- kungen der Bootstrapkapa- zitat. • Dieser Verstarker wurde fur Laborprojekte entwickelt und ist auch fur das gedacht. Mein einziger Fehier liegt darin, dass ich Verzerrung im Bereich von 0,05% gemessen habe. Ich kann mir das auch nicht erklaren. Eventuell sind einzelne Verstarker-Typen unterschiedlich. Wahrschein- lich werde ich das noch mal genauer untersuchen. • Ich habe diesen Verstarker vor allem bezuglich Le i stung s- dichte optimiert (also nicht bezuglich ' HD). Und bezo- gen auf die Leistungsdichte ist der Verstarker wohl einzigar- tig. Ich personlich finde selbst Verzerrungen von 0,5 % nicht so dramatisch, da Boxen meist wesentlich hohere Ver- zerrungen aufweisen (meh- rere Prozent). 4/2006 - elektor 9 MAILBOX V’ v s.i pr p ani r t ji jlI i , i . rn ¥ K tTlJ I , T ' i fl ' 'V# i * * * 1 1 i' Aus dem ELEKTOR-Elektronik-Forum Quarz und Guarzoszillafror Ich bin ganz neu in die Mirocon- trol lerprog ramm ierung ei ngestiegen . Nun will ich mal erstmd klein anfangen und ein paar Grundschai- tungen aufbauen. Dazu habe ich mir ein ATMEGA8 L 8 8PI, diverses Zubehor und auch ein paar Schalt- pldne besorgt. Aber da ich auch alles verstehen will, ist meine Frage folgende: Wieso ist bei einigen Schaltungen ein Guarzoszillator angeschlossen, bei dem das Signal nur auf XTAL1 eingespeist wird, und bei anderen ist ein Quarz angeschlossen, bei dem das Taktsignal zwischen XTAL1 und XTAL2 eingespeist wird. Wobei es da auch wieder welche mit Kondensatoren und ohne Kon- densatoren gibt. Bei anderen Schaltungen ist ein 3-poliger Kera- mikoszillator angeschlossen. Wo besteht genau der Unterschied zwi- schen diesen Beschaltungen? Ich meine, ein Guarzoszillator ist [a auch teuerer wie ein Keramik- schwinger. Wieso dann nicht immer Keramik? dufy Ein Quarz ist genauer als ein Keramikresonator, aber etwas teuren Microcontroller enthalten eine Oszillatorschaltung , die meist zwei externe Kondensato- ren von 12-33 pF braucht. In einigen Fallen sind die Konden- satoren aber auch schon mit ein - gebaut. Es gibt Keramikresona- toren mit eingebauten Konden- satoren , die haben dann drei Anschlusse. Selten findet man auch Quarze mit drei Anschlus- sen und internen Kondensatoren. Also , der Normal fall ist ein Quarz mit zwei Kondensatoren. Ein integrierter Quarzoszillator wird meist nur dann verwendet , wenn das Signal auch fur andere Teile der Schaltung mit verwendet wird. Burkhard Kainka ESR-C-Multimeter Ich beschdftige mich schon longer mit diesem Projekt. Nur leider zeigfs bei mir immer nur zwei schwarze Balken an. Finde leider keine Einstellungen fur die Configu- ration Bits. Kann mir da wer weiter- helfen? Mandi3325 PS Die ; ipps fur mein letztes Pro- jekt, den SC-Analyser, waren sehr hilfreich, der funkt. jetzt. Vielleicht hast du schon gesehen / dass hier im Forum unter "Mittei- tungen der Redaktion " ein Bei frag zur Selbst-Programmierung steht. k ■ ch hat sich ein (halber) Fehler eingeschlichen: Der Watchdog- Timer muss " disabled " sein, dann ergeben die Einstellungen den angegebenen Hex- Wert 3F72. AuBerdem gibt es hier im Forum noch wichtige Hinweise zur Qszil- lator-Beschaltung und zur Span - nungsversorgung des IC7. Gunter Kostet 6,30 € inki MwSt. Burkhard Kainka Anmerkung der Redaktion: Distri- butor ist: www.glyn.de ECD2-Daten auf Palm Unter www.meyer-velen de/ download/ecd/index.html stelle ich alien Interessierten ein kosten loses Prog ramm zur Verfogung, das ich zunachst fur den eigenen Bedarf erstellt habe Es konvertiert die Daten der ECD2 (ELEKTORs Com- ponents Database-CD, Anm.d.Red.), so dass sie auf dem Palm-PDA angezeigt werden konnen. Es ist zwar nicht perfekt, aber vielleicht fur den ein oder anderen so nutz- In den (erweiterten) FAQs sind (nun) die richtigen Einstellungen angegeben. Jens Nickel (Redaktion) Prolific USB-Chip Ich hab mir mal den Schaltplan vom „Basislager for Aufsteiger" (Application-Board for R8C/13, Anm.d.Red.) angeschaut. Da hab ich den USB-Serial-Chip PL-23 03x von Prolific entdeckt. Kann mir jemand sagen, wo ich den Bau- stein herbekomme und wie viel der ca. kostet? Daniel Gibt es hier: www. ak-modul-bus . com / s tat/ usb_zu_seriell_bridge_ con troller_ pl_2303.html lich wie for mich Karl Meyer Abzocke bei ELECTOR? Wollte gerade das Rohren-Sonder- heft bestellen und musste mit Erschrecken feststellen, dass ELEK- TOR dafor 10 € an Versandkosten berechnet. Dies finde ich, gelinde gesagt, eine uble Abzocke. Am Kiosk erhalte ich das Heft zum Nennpreis Wie viel Rabatt raurnt ELEKTOR obendrein dem Zeitschriftenhandel ein? Oder besteht eine Verpflich- tung, Oniine-Bestellungen so zu ver- teuern? Imagine Im Bestellformular muss bei der Angabe der Adresse unter „Land " Deutschland ausgewahlt werden - sons t werden falschli- cherweise 10 € als Versandkos- ten angezeigt Dies hat schon bei einigen Lesern zu Missverstand- nissen gefuhrt Wir bitten dies zu entschuldigen Die Shop-Software wird jetzt so angepasst , dass „ Deutschland " automatisch (als Voreinstellung) erscheint Jens Nickel (Redaktion ELEKTOR) Ersatzlyp for BB91 1 In einigen (gar nicht so alten) Schal- tungen von ELEKTOR wird die Vari- cap BB91 1 verwendet. Leider wird die nicht mehr hergestellt und ist nir- gendwo mehr zu bekommen. Kennt jemand hier noch eine Bezugsquel- le fur diese Diode oder einen Ersatztyp dafor? Micky Also ich habe vor ein paar Monaten die BB91 1 bei Geist Elektronik (fur teuer Geld) gekauft. Wenn eine Anpassung der Platine auf eine SMD Type machbar ist, dann gibt es bei RS Components und auch bei Con- rad ein paar Typen , die ahnliche Werte haben MichaelH 7-Segment- Dekoder Wer wei!3, wo es den 7-Segment- Dekoder 9368 von Fairchild noch gibt? Display-Anzeige war 0 bis 9 und (wesentiich!) A bis F, ganz abgesehen vom konstanten Strom- ausgang, so dass man die Vor- widerstande for die Segmente spa ren kann Oder gibt es einen anderen Deko- der, welcher A-F anzeigt? Naturlich konnte man das auch mit einem Mikrocontroller bewerkstelligen. T . Gustav Hatte das gleiche Problem, eine vollstandige HEX-Anzeige zu rea- lisieren. Zur Losung habe ich mir einen GAL programmiert , der kann problemlos LEDs am Aus- gang treiben . Die logischen Glei- chungen dazu habe ich auf www.auram de veroffentlicht. Solltest du fertige GALs brauchen, dann melde dich einfach bei mir. Ralf 10 elektor - 4/2006 p und Nachlese I Chameleon-Chip (FPGA-MaduIJ, g ELEKTOR Man 2006, S. 18 Bei den Kurzdaten im Kasten auf S. 1 9 oben sind die Anga- ben MByte zu andern in Mb beziehungsweise "Mbit" (siehe hierzu Leserbrief in dieser Mailbox-Rubrik). I luergierUckgewnnung (Entwkklungstipp), I ELEKTOR Man 2006, S. 63 Die E-Mail-Adresse des Autors wurde falsch angegeben. Die I korrekte Adresse lautet: info@peterlay.info 1 Pneiswerter Webserver durch Router-Hack, 1 ELEKTOR Februar 2006, S. 62 Im Artikef haben sich leider ein paar Fehler eingeschlichen. Auf Seite 63 muss es im Bildtext unten in der Mitte 48 MHz und 1 kO statt 48 kHz und 1 kW heiBen. Auf Seite 64 oben rechts ist erwahnt, dass die Spulen weggelassen werden kon- nen - diese sind dann aber durch Drahtbrucken zu ersetzen. Nahere Infos zum Umbau des Routers: Als Gratis-ZIP bieten wir die Datei flash usbroot-1 .0.bin an. Eine Erklarung gibt der Autor unter dem Link http://sprite . student, utwente . n l/~ jeroen/ pro jects/l b00002 1 /rootfs Zu moglichen Umbau-Problemen siehe auch den Forumsbei- trag: www.elektor.de/ default.a$px?tabid=29&view=topic& forumid=2&postid=3482 FPGA-Experimen^ erplatine, ELEKTOR Man 2006, S, 24 Der Pull-down-Widerstand R49 muss ein Pull-up-Wider$tand sein. Dazu muss der FET 17 ein FDV302P sein und der Wider- stand nach +3,3 V gelegt werden und nicht nach Masse. Die bestuckte ELEKTOR-Platine wird bereits mit dieser Anderung ausgeliefert. Hier noch weitere Ungereimt- heiten in Ihrem Bericht: • Sie haben in dem Artikel haufig von den Ubernahme- verzerrungen gesprochen. Samtliche Verzerrungen, wel- che Sie beschrieben haben, haben aber nichts mit Uber- nahmeverzerrungen zu tun, wie man diese bei Klasse-A- und Klas$e-AB-Verstarkern kennt. • Sie sc h re i ben: Aber ein Ratsel bleibt vorerst ungelost: Warum nur bringt eine Erho- hung der IC-Versorgungsspan- nung eine bessere Ansteue- rung der Endtransistoren?". Die Antwort: durch eine Ver- anderung der Speisespan- nung andern sich auch die Ein- und Ausschaltzeiten der Transistoren und dadurch auch die Signalform. Es tut mir Leid, dass das ganze Projekt nicht ganz so optimal wie gewunschf abge- iaufen ist und bedanke mich fur alle Erkenntnisse aus Mes- sungen. Trotzdem weise ich darauf hin, dass ich den Bericht zuerst gerne gegenge- lesen hatte. Eventuell klappt es ja mat bei einem anderen Projekt. Stefan Wicki Als Ersies mochten wir feststellen , dass es uberhaupt nicht unsere Absicht war ; Ihren Verstarker her- unterzumachen, Der Artikel war als ein Lehrbei spiel fur die Enh wickler unter unseren Lesern gedacht , das Fallstricke bei einem Entwurf aufzeigt. Uber deren Relevanz kann man naturlich ver- se! iedener Meinung sein, fhr Verstarker liefert an den sym- metrischen Ausgangsklemmen tat- sachlich ein brauchbare s Aus- gangssignai, das aber unser Audio-Entwickler Ton Giesberts nicht als HiFi bezeichnen wollte (er orient iert sich dabei naturlich nicht an der DIN 45.500 von 1 97 1 !), Die Messungen und Ruck - sprachen mit Herrn Wicki konnten die schlechten Ergebnisse nicht erkiaren , brachten aber Klarheit da ruber, dass es sich nicht um einen singularen Fehler des getes - teten Exemplars handelte. Der Artikel sollte aufzeigen, web che Problems bei geschalieten Versiarkern mit Pulsbreitemodula- tion auftauchen konnen . Daher warden die Messungen auch massebezogen durchgefuhrt. Dies wurde auch im Text deutlich angegeben . Eine Gegenkopplung sollte man nicht verwenden , um schlechte Eigenschaften der Schaltung zu verschleiern. Mit den Ein- und Ausschaltzeiten der FETs hot unser Entwickler sorgfaltig Rechnung gehalten. Die Problems lagen eindeutig im inneren Aufbau der Inters il-Trei- ber-ICs mit der Boots trap • Kon fi- guration der Ansteuerung des obersten FETs. Unsere Beschreibung sollte Phano- mene aufzeigen , die sich beim Ent- wickeln digifaler Audioverstarker ergeben konnen - mit manchmal tief in der Schaltung oder im Plati- nenlayout verborgenen Ursachen. Wir betonen nochmals: Es war nicht unsere Absicht , diesen Ver- starker schlecht zu machen. Der CDAMP ist ein sehr kompakter und vorbildlich aufgebauter Leis- tungsverstarker ; der for viele Anwendungen sicherlich geeignet ist . Er genugt aber nicht den Anspruchen , die wir for wirklich hochwertige Audioanlagen stellen. Harry Etaggen (Niederlandische Redaktion) • • Uberwlegend Sielter: Zur Jakobsleiter Den genannten Artikel im Marz-Heft finde ich sehr schon, er erinnert mich an vor uber 50 Jahren gemachte eigene Experimente mit Auto- zundspulen und Influenzma- schinen. Zu einem „Van der Graafl hat es dam a Is nicht gereicht. Irgendwie passt ihr Artikel ja auch zur FuBball-WM. Wenn die Spannung beim Elfmeter- duell gerade am hochsten ist, dann schaltet man die „ELEK- TOR-Jakobsleiter" ein - auch dort ist dann absolute Hoch- spannung. Bei den Fernsehzuschauern wird sie aber noch viel hoher, wenn durch die Funkenentla- dungen statt des Elfmeter-Ver- wandlers nur noch schwa rz- weiBe Punkte und Striche zu sehen sind - dje Moglichkeif fur „Anti“FuBball L Terroristen"! Sollte Ihr Labor einmal aus- probieren (aber nur, wenn der Funkstormessdienst Urlaub macht!). Viele GruBe vom Mainzer Karneval! HelauN! Dr. Gotz Corinth MailBox In dieser Rubrik veroffentlichen wir Kritik, Meinungen, Anregungen, Wun- sche oder Fragen unserer Leser. Die Redaktion trifft die Auswahl und behalt sich Kurzungen vor. Bitte geben Sie immer an, auf welchen Artikel und welche Aus- gabe (MonaVJahr) sich Ihr Schreiben oder Mail bezieht. Sie erreichen uns per E-Mail (redaktion@elektor.de) . per Fax (02 41/88 909-77) oder unter der Anschrift: Redaktion elektor Susterfeldstr. 25 52072 Aachen 4/2006 - elektor 11 NEWS eleklermine MARZ 2006 21 . - 23 . Paris, CNIT Paris la Defense RF & Hyper Europe Zu den Tnemen Kommunikation, Mikrowellentechnik, Messtechnik, Komponenten und Faseroptik findet diese jdhrliche Fachmesse staff. www.rfhyper.com 22 . Munchen, M,0,C, Batterien, Ladekonzepte & Stromversor un jsdesign Die Zeitschrift ^Design & Elektronik" veranstaltet diesen jahrlichen Branchentreff. Mit Basiskurs „Li- und Ni-Batterien" fOr Einsteiger. www.elektroniknet.de/termine/batt2QQ6 29 . - 30 . Furstenfeldbruck (bei Munchen), Veranstaltungsforum Purstenfeld Virfuelle Instrumente in der Praxis Konferenz des Messtechnikriesen National Instruments. Mit Vortragen, Ausstellung, Workshops und Schnupperkursen. www.ni.com/qermQny/vip 29 .- 1 . 4 . Frankfurt, Messegelande Prolight and Sound Fachmesse mit den Themenschwerpunkten Licht- und Buhnentechnik, Bescholung, Veranstaltungstechnik und Kommunikation. www.proliqht-sound.com 6 . ■ 9 . Sinshesm, Messegelande Car + Sound Hier gibt's ordentlich was auf die Ohren. Neben Car-Hifi sind auch mobile Multimedlagerate, Navigationssysteme und Alarmanlagen ein Thema. www.ca rsound- messe.de 23 . - 27 . Frankfurt, Messegelande Light + Building Die Flache von 1 10.000 nfi teilen sich die Bereiche licht, Elektrotechnik (mit dem Fokus auf Sicherheitssysteme und Netzwerke) sowie Gebaudeautomation. www.liqht-buildinq.messefrankfurt.com 24 . - 28 . Hannover, Messe Hannover Messe Die bekannteste Industriemesse der Welt ist ein Besuchermagnet. Highlights sind der Bereich Mikrosystemtechnik/Nanotechnologie und die Robofik in Halle 17. www.hann overmesse.de 25 . + 26 . + 27 . Berlin / Frankfurt / Zurich dsPIC Motor Control Workshops Sasco Holz und Microchip bieten diesen eintagigen Workshop an. Nach einer Vorstellung der dsPIC-Controller werden BLDC-Motoren auf Touren gebracht. www.sascoholz.de/(da/sc/de/techevents/0,5225J73,00.html APRIL 2006 MAI 2006 1 • ■ 2 * Fulda, Umweltzentrum Kochfrequenz-Messtechnik und -Abschirmung Workshop fur Baubiologen und interessierte Laien mit den Themen Messtechnik- Grundlagen, Spektru mane lyse, Messgerdte, Abschirmung und Erdung. www.baubiQloQie-reaionaLde/sflminar-hochfreauenz.php 4 » ■ 6 * Stuttgart, Haus der Wirtschaft Elektronik im Kraftfahrzeugwesen Experten von Autoherstellern und Zulieferern referieren und diskutieren iiber Sensorik, Steuerung, Vernetzung und Diagnose. Dazu gibt's Ausfluge. www.steinbeis-symposium.de 5 * ■ 9 . Dortmund, Westfalenhallen Hobbytronic Verbrauchermesse mit Angeboten aus dem Bereich Computer, elektronische Bauelemente, Digitalkameras, Unterhaltungselektronik und Telekommunikation. www.hobbytronic.de Zur Light + Building werden Frankfurter Gebaude stilvoll illuminiert (Bild: Messe Frankfurt / Jochen Gunther) 2 . ■ 5 * Garmisch-Partenkirchen, Kongresszentrum 26. Europische Telemetriekonferenz Themen der englischsprachigen Konferenz sind unter anderem Antennen, elektromagnetische Felder, Sicherheit, Fernmessungen und drahtlose Netzwerke. www.etc 2 Q 06 .de 15 . - 17 . Munchen, International Congress Center ISR/Robotik 06 Sowohl der Internationale (ISR) als auch der deutsche Robotik-Kongress werden in diesem Jahr auf Englisch abgehalten. www .isr-rQbotik-2 006.com 16 . - 19 . Munchen, Neue Messe Automatica Der Name dieser Messe spricht eigentlich fur sich selbst. Hier geht's urn Bestiickung, Robotik, Sensorik, Positionierung, Antriebe und vieles mehr. www.automatica-muenchen de Wahrend der Hannover Messe finden wieder diverse Sonderschauen staff - wie zum Beispiel die ^Wireless Automation". (Bild: Phoenix Contact) 12 elektor - 4/2006 Komplettes Linux-System Gesehen auf der ^Embedded World": Das Fox-Board des italieni- schen Herstellers Acme Systems ist ein komplettes Linux-basiertes Rechnersystem auf einem halben Guadratdezimeter Flache. Mog- lich wurde dies durch das hochintegrierte „Etrax LX 100" Multi-Chip- Mod ul der schwedischen Chipschmiede Axis Communications. Die- ses (urspriinglich fur Webcams entwickelte) Modul enthalt eine mit 100 MHz betriebene 32-bit-RISC-CPU, 4 MByte Flash- speicher, 1 6 MByte SDRAM, einen Ethernet-Trans- ceiver und rund 50 passive Bauteile. Auf dem Fox-Board sind zwei USB- Ports (Full-Speed Host) und ein RS232-Port (TTL- Pegel) untergebracht. Da der Prozessor mit einer MMU ausgestattet ist, kann ein voilwertiges Linux zum Einsatz kommen. Das Board enthalt im Lie- ferzustand bereits ein vorinstalliertes Linux-System Nach dem AnschlieBen ans Ethernet und an die Versorgungs- spannung kann der eingebaute Web-Ser- ver genutzt, eine Dateiubertragung per FTP gestartet oder eine Telnet-Verbindung aufge- baut werden. Mit einer kompletten Open-Source-Entwicklungs Super-Kondensatoren umgebung (auf Basis der Standard GNU Tools und einer vom Chiphersteller zusammengestellten Li n ux-Distri bution) ist die Entwicklung von Anwendersoft- ware ebenso uneinge- schrankt moglich wie die Erstellung von benutzer- spezifischen Ker- nelversio- nen. Das Board kostet beim Distri bu- tor Elektronikladen 1 39 € plus Mehrwertsteuer. Daru- ber h inaus wird mit dem /TUX Case" (siehe Bild oben) ein Gehduse angeboten, das garantiert Aufmerksamkeit erregt! http://elmkro.com/de/foxboard.html thernet-Anbindunq fur uC Distributor Unitronic zeigte auf der „Embedded World" im Februar unter anderem Super- Kondensatoren, Die „Cap-XX" genannten Bauteile zeichnen sich durch ein sehr flaches Gehd use und einen kleinen Innenwiderstand aus. Super- Laps heben die Beschrankun- gen von Batterien bei der Leis- tungs- und Energieabgabe auf. Denn Batterien - insbesondere sind hier NiMH- und Lithium- lonen-Akkumulatoren zu nen- nen - sind mit dem Leistungs- profil vieler Gerate hdufig uberfordert. So arbeiten zum Beispiel GSM- und GPRS-Han- dys im gepulsten Betrieb und brauchen fur kurze Zeit hohe Strome. Bei einer einfachen Batterie bricht hierbei die Spannung ein. Hier kommen Super-Kondensatoren ins Spiel, welche die Strom- spitzen von mobilen Geraten abdecken und die Batterie deutlich entlasten. Andere Applikationen werden durch die Super-Kondensatoren uberhaupt erst moglich. So lasst sich zum Beispiel eine Schaltung an einen USB-Port anschliefien, welche die Grenze von 500 mA nur kurzzeitig uberschreitet. Dies betrifft zum Beispiel GPRS/GSM- Gerate, die im Pulsbetrieb bis zu 1 A ziehen konnen, jedoch im Mittel nur etwa 300 mA benotigen. I Die Super-Caps sind mil Kapazitaten von Q r Q9 bis 2 r 8 F erhaft- Eich, der Innenwiderstand (ESR) iegt be! 12 bis 1 15 mOhm, Die Abmessungen betragen 28,5 mal 17 beziehungsweise 39 mal I 1Z Handys werden unter anderem Kameras, Notebooks, MP3- I Flayer, PDAs und drahtlose Sensoren als Anwendungen genonnt. I http:/ / p5676.typo3server.info/l 94.0.html I Von der koreanischen Firma WIZnet kommen mit dem Chip W3 1 50A und dem Modul NM701 0B neue und erweiterte Versio- nen eines TCP/IP-Hardwired-Stacks auf den Markt (Vertrieb Dacom West). Das Vorgangermodul NM7010A sorgt unter anderem auf dem E-blocks-Modul EB023 fur eine einfache Ethernet-Anbindung. Die Chips von WIZnet haben nicht nur den M AC-Layer und das PHY-Interface Mil in die Hardware integriert, sondern auch den IP- Layer, Dadurch wird kein machtiger Software-Stack mehr benotigt, so dass sich auch kleine Mikrocontroller als Embedded- Server/Clients an das Ethernet anschlieBen lassen. Durch die einfache Anbindung des Chips Liber den Ad res s-/ Da ten- bus ist die ganze Ethernet/lnternetfahigkeit genauso einfach in eine pC-Applikotion zu rntegrieren wie beispielsweise ein LC D-D i splay, Es konnen gleichzeifig vier voneinander unabhangige TCP-Verbin- dungen (Sockets) aufgebau! werden. Dies ermoglicht es einem als Server agierendem Mikrocontroller, mehreren Clients gleichzeitig Doten zur VerFugung zu stellen. Neben den Protokollen TCP, IP, UDP, ICMP und ARP unterstutzt der neue W3150A auch die Profokolle IGMP, PPPoE und Multicast. Die erweiterte Hardwareintegration des TCP-Layers ermoglicht eine noch einfachere Programmierung. Der W3 1 50A verfiigt iiber frei allokierbare 16 kByte Empfangs- und Sende-Buffer. Die NM701 Ox-Module bestehen aus dem TCP/IP-Stack, einem PHY und einer RJ45-Buch$e inklusive Trafo und Sta- tu s-LEDs. Sie lassen sich daher gleich als fertige Netzwerkschnittstelle fur Mikrocontroller nutzen. Auch fur die Software ist gesorgt: WIZnet lie- fert kostenlosen C-Guell- code fur HTTP-, FTP- sowie UDP-Server- und Client-Applikationen. www.wiznet.co.kr www.dacomwest.de 4/2006 - elektor 13 Neuer Business-Katalog von Conrad Mit dem neuen ^Business Kata- log 2006" hat Conrad Electro- nic die bisher umfangreichste Ausgabe veroffentlicht. Der wuchtige Walzer enthalt 75.000 Produkte fur gewerbli- che Kunden, Schulen und Behor- den. Darunter sind 8.000 Neu- heiten - allein in den Warengrup- pen Computertechnik und Gebaudetechnik wurde das Angebot um jeweils uber 20 Sei- ten erweitert. Eines der neuen Produkte ist das GSM-Fernschaltsystem GX105. Mit einem kurzen Telefonanruf oder einer SMS lasst sich zum Beispiel die Temperatur der Hei- zung hdher stellen. Uber zwei Relais kann man aber auch die Alarmanlage ausschalten oder einen Turoffner betatigen. Das Modul ist auBerdem mit zwei digitalen Optokoppler-Ein- gangen ausgestattet, die bei Bedarf Storungs- oder Alarmmel- dungen auslosen (werden an bis zu zwolf Rufnummern plus vier E- Mail-Adressen und vier Faxnum- mern gesendet). AuBerdem ste- hen drei analoge Eingange zur Verfugung. Diese ermoglichen beispielsweise den Anschluss von zwei Temperatursensoren, die mit vier Ausgangen logisch verknupft sein konnen. So lassen sich Temperatur-Differenz-Mes- sungen, Erfassung und Uberwa- chung von lnnen/-AuBentempe- ratur sowie Minimum-Maximum- Vorgaben mit Hysterese realisie- ren. Ein analoger Ausgang kann zusatzlich Steuerungsaufgaben ubernehmen. Vier Ausgange ste- hen daruber hinaus zur Verfu- gung, die mittels SMS ein- und ausgeschaltet werden konnen. Zum Betrieb des Moduls benotigt man lediglich die freigeschaltete SIM-Karte eines beliebigen Netz- betreibers und eine geeignete Stromversorgung, zum Beispiel ein leistungsfahiges Steckernetz- teil. Windows-Software, ein USB- Kabel und eine separate GSM- Antenne werden mitgeliefert. Der Preis betragt 199 € (Artikel- Nummer 1 9 88 88). www.conrad.de www.business.conrad.de Messen und Steuern mit Eagle - und selbst gebautem M 1-Board Im letzten Heft haben wir uber das „MicroSPS"-Konzept der Firma CadSoft berichtet. Eine Messwerterfassung fur mehrere Analogkandle, ein Treppenhaus- automat oder eine Anlagensteu- erung lassen sich auf einfache Weise verwirklichen. Die Pro- grammierung der „SPS // -ahn- lichen Hardware beschrdnkt sich auf das Zeichnen eines Schalt- plans mit dem CAD-Programm Eagle (ab Version 4.14; mit Beschrankungen sogar als Free- ware erhaltlich). Mit einem Simu- lator kann man das Verhalten des „SPS -Programms uberprufen; danach werden die „SPS"-Daten vom PC zur Hardware uberspielt. Eine Hardware zum Selbstbau, welche diese Daten interpretie- ren kann, wurde von Ingo Busker und Holger Buss (Computer Club Ostfriesland) enlwickelt. Auf ihrer Website kann man die Pla- tine bestellen, den Schaltplan und eine Stuckliste gibt's zum Download. Das kompakte Board besitzt acht digitale Ein- und Aus- gange, drei analoge Eingange, einen PWM-Ausgang, eine LCD- Ausgabe, Zahler und viele wei- tere Features. www.mkrosps.com www.cadsoft.de/microsps CLED-Enfwickiungskit Nach Meinung vieler Fachleute gehort den flachen, kontraststar- ken und selbstleuchtenden OLED- Displays (Organic Light Emitting Diodes, also Leuchtdioden aus organischem Material) zumin- dest bei den kleineren Anzeige- Formaten die Zukunft. Sie wer- den bisher hauptsachlich in Mobiltelefonen, MP3-Playern und anderen Kleinstgeraten ein- gesetzt, stehen aber auch bei Messinstrumenten und im Auto- mobilbereich vor dem „Durch- bruch". Fur Entwickler, die OLED-Diplays nutzen wollen, hat Osram Opto Semiconductors ein Entwicklungskit auf den Markt gebracht. Das „Pictiva Referenzdesignkit" enthalt eine Platine mit OLE D-D is- play (Auflosung 1 28 ma! 64 Pixel und Helligkeit 100 cd/m -), 805 1 er-Mikrocontroller und seriel- lem On-Board-Flash-Memory. Mit der mitgelieferten Software und dem PC-Interface lassen sich Firmware und ein GUI (Graphi- cal User Interface) grafisch pro- grammieren und uberspielen. Umfangreiche Unterlagen (Trei- berdaten blatter, Schaltplane, Gerber-Files) und Zubehor run- den das Paket ab. www.osram-os.com / plctiva-oled- displays/i dev@lopment_tools.php 14 elektor - 4/2006 orschung & Technik Von Phil Knurhahn Entwarnung fur Handys? C reidimensionaler Superchip Die Unis Mainz, Heidelberg und Bielefeld haben im Rahmen einer von der Weltgesundheitsorganisation veranlassten Studie untersucht, ob es Korrelationen zwischen der Handynutzung und der Entstehung von Gehirnfurmoren gibt. Zwischen Oktober 2000 und November 2003 wurden insgesamt 844 Patienten mit Gehirntumor erfasst und rriif mehr als 1 .500 V'ergJeichspersonen verglichen, die rein zufallig ausgewahlt wurden. Dabei konnten keine signifikanfen Unterschiede festgesteilt werden, die konkrete Hinweise auf eine Gefahrdung durch Mobiftelefonieren zuiassen wurden. Eine Auswertung nach Nutzungs- haufigkeit brachte keine Auffalligkeilen: \A/eder mobile Gelegenheits- Telefonierer noch intensive Nutzer mit mehr als 30 Minuten taglicher Gesprachsdauer zeigten statistisch relevante Unterschiede, lediglich ffi der Tendenz konnte ein leicht erhohtes Restrisika fur langfdhrige Dauernutzer ermitfelt werden. Die Ergebnisse stimmen mit fruheren Studien in Schweden und Ddnemark u herein. Da das deutsche Ergeb- nis auf einer verhdltnismaBig kleinen Fallzahl beruht, konnen statist!- sche Zufalle mitgewirkt haben. www.kRnik.uni-niainz.de/Pres$edien$t / pm060 1 27__Kcmdystrahlung,pdf http:/ / aje.oxfordjouriials.org/cgi/reprint/ kwj063?ijkey=L5BuWuZFitaslOv&keytype=ref Einen sich selbst orgonisrerenden Superchip aus zehn gestapelten und dunnen Einzdchips hat Professor Mitsumasa Koyariagi von der Tohoku-Universitat auf dem International Electron Devices Meeting (IEDM) in Washington vorgestelft. Die Einzelchips umfassen neben gdngigen digitalen und analogen Schaltungen auch Hochfrequenz- chips, Sensorch ips, MEMS und Schaltungen aus VerbundhaJbleitern. Diese breite Palette unterschiedlicher Schaltungen erwres sich bisher bei der Integration ouf einer Chipebene ols extrem schwierig oder auch unmoglich. Mil der Multilayer-Integration umgeht man einen groBen Teil der Probleme. Die Integration wjrd durch winzige Trdpf- chen aus spezieNen Wirkstoffen ermdglicht, die on vorgegebenen Stellen die verschiedenen Chips elektrisch untereinander verbinden. Auf Waferebene ubersetzi bedeutet dies, dass man 500 Chips auf zwei 8-Zo!T oder 1 2-ZdJ-Wafern innerhalb einer Zehntelsekunde geziell mireinonder kontaktieren konnte — mit einer Genauiqkeit von 100 nm. Jeder der zehn Chips ist auf 30 nm „gedunnC Solasst sich der ^Superchip mit seinen zehn Lagen noch in einem Standard- Gehause unterbringen. www,hureou.tohoku.at.jp/kohyo/kokusai/Jan 1 2.06News.htm http:/ / asio. slarifortf.edu/ events /SprkigO 5 /slides/0 5 1 20 5- Koyanagi.pdf Nanotechnol iogie furs Auge Im neu gegriindeten ^National Center For Design of Biomi rustic Nano- conductors an der University of Illinois in Urbana-Champain sollen revolutionary Ideen fur die Nanamedizin auf den Weg gebrocht wer- den, Eine der ersten Aufgaben slnd „Bio-Batterien", die eine kunstli- che Retina mit Strom versorgen konnen. Die enfsprechende kunstli- che Retina wurde bereits vom Doheny Eye institute an der University of Southern California entwickelt. Die Batterie soil nun im Sandra National Laboratory in Albuquerque enistehen, wo eine Arbeits- gruppe urn die WissenschaRlerin Susan Rempe (Bild: Chris Bur- roughs, Sandia N L] zundchst die theoretischen Voraussetzungen schaffen wird. Die Losung ware ohne Vorbild: Hier soli naturlicher und synthetischer 1 on en tram port auf der Basis von Proteinen in den Zellen genutzt werden. Die Nanobatterie wird dann seitlich am Kopf in der Ndhe des Auges implantfert, www.sandia.gov/news-center/news-releases/ 2006 / comp-soft-math/eye.html ©LEDs mit Pixel-Tre ber? Organischen Displays aus Leuchtdioden (OLED) gehort die Zukunft r wenngleich der Einsotz noch auf kleine Displays wie in Mobiltelefo- nen oder im Auto (Bild: Osram) beschrdnkt ist. Bisher sind die Pixel des Bildschirms und die Ansteuerung der Pixel getrennt. Smnvolf wore es ? wenn man auf der Fldehe ernes Pixels auch die Ansteuerung mit unterbringen konnte. An der Princeton University laufen hierzu Arbei- ten, die den benotigten Dunnfilmtransistor mittels „CVD" (der chemi- se hen Abscheidung aus einem dampfformigen Staff oder Gemisch) auf- bringen, Der Transistor selbst besteht aus nanokristallinem Silizrum, worn it er sich fur gdngige CMOS-Strukturen empfiehlt. Die Forscher verwendeten als Trager eine flexible, durchsichtige Plastikfolie mil mehr als 80 % Transmission. Abhdngig von der angelegten Versor- gungsspannung lessen sich respektable Luminanzwerte erreichen: Bei 22 V etwa 2,000 cd/m 2 , bei 30 V sogar bis zu 14.000 cd/m^ IEEE Electron Device Letter, Vol. 27, No,l, S. 49 panuar 2006) 4/2006 - elekfor NEWS L If 1 1 1 I I H 1 I, 1 WLAN Embedded Die Euric AG bietet m it dem DRCM-81 ein WLAN-802.1 1- b/g-kompatibles Embedded- Modul, das sich durch mini- male Abmessungen von 20 mm x 20 mm x 3,5 mm (L x B x H) auszeichnef. Das Funkmodul unterstiitzt Datenubertragungs- raten von 1, 2, 5,5 und 1 1 Mbit/s im IEEE802. 1 1 b- Modus bzw. 1 bis 54 Mbit/s im IEEE802. 1 1 g-Modus. Im offenen Gelande kann es Ent- fernungen bis zu 200 m uber- brucken. Kompakt und ener- giesparend ist das DRCM-81 sowohl fur den Einsatz in WLAN-Applikationen in Indus- trie-PCs als auch fur Consumer- Anwendungen geeignet. Herzstuck des Embedded- Moduls bildet ein Chipset von Marvell, das aus Transceiver (88W8015) und MAC/Basis- bandprozessor (88W8385) mit ARM9-CPU und integriertem Speicher besteht. Daruber hin- aus sorgt das Embedded-Modul durch 64- und 1 28-bit-WEP- (Wired Equivalent Privacy)-Ver- schlusselung sowie Wi-Fi-Protec- ted-Access (WPA) fur optimale Datensicherheit. Das Modul arbeitet im Prequenzbereich von 2,400 bis 2,497 GHz und ver- fugt Liber 1 4 Kandle. Zur Versor- gung benotigt das Modul eine Spannung von 3,3 V DC. Die Stromaufnahme liegt beim Senden zwischen 285 und 385 mA, beim Empfangen zwi- schen 265 und 285 mA und im Stromsparmodus bei typisch 50 mA. Die Systemintegration des DRCM-81 erfolgt mittels Com- pactFlash(CF)-lnterface. Hierfur stehen die Modi Free(CF)-poll und CF-ACK zur Verfugung. Kontaktiert wird das Modul mit einem 40-poligen Miniaturste- cker (MOLEX B B-Connector), der auch ein problemloses Nachrusten ermoglicht. Fur den Anschluss einer externen Antenne steht ein Miniatur-Coax- Steckverbinder zur Verfugung. Treiber sind sowohl fur Linux im Source-Code als auch fur WinCE v4.2 und WinCE 5.0 Die Firma OKW Gehausesys- teme aus Buchen im Odenwald hat eine neue Auflage (2006/2007) ihres Kunststoffge- hause-Kataloges herausgebracht. Das Verzeichnis umfasst 1 1 6 Sei- ten und bietet einen Uberblick Liber das Sortiment des Herstel- lers. Zu jedem Gehausetyp ent- halt der Katalog Fotos, Angaben zum jeweiligen Produkt sowie Anwendungsempfehlungen. Als Orientierungshilfe fur die Gehauseauswahl dienen ent- sprechende Angaben zur Plati- nengroBe und dem vertieft lie- genden Bedienfeld. Ausfuhrliche Produktzeichnungen gibfs auf einer separat erhaltlichen CD. Dort findet man auch Montage- anleitungen, Materialdatenblat- vorhanden. Das Modul ist ab sofort lieferbar, Muster kosten 42 € (zuzuglich Mehrwert- steuer). www.euric.de ter, Sicherheitsdaten blatter und vieles mehr. Mogiiche kunden- spezifische Modifikationen im herstellereigenen Service-Center werden im Kataloganhang aus- fuhrlich dargestellt. Bohren, Fra- sen, Stanzen, Gewindeschnei- den, Senken, Einkleben, Bedru- cken, Lackieren und Konfektionieren sind ebenso machbar wie die individuelle Spritzfertigung. Seit neuestem gehort auch die Herstellung von Dekorfolien und Folientastaturen zum Angebot. Zur Abschirmung von elektroni- schen Schaltungen hat der Her- steller ein spezielles Bedamp- fungsverfahren entwickelt. www.okw.com A^izDige K0STENL0S •UM*t MB Ein fach Datei senden und ONLINE besfellen: 0£C ^ ; ., Cl -_ j.. [CTP1CJ ^ E»^-PC^ PC8-POOL.COM Gehause-Katalog Design meets funclinr. Okw GFNm S Y S T EME tfil truiLTijpi'i .Hi --T9 Nnctvir IHw KuriiM •■Hwetbej Vintr'Hmpvalw 16 elektor - 4/2006 Neue LiGO*Robofer laufen mit LabVIEW-Derivaf National Instruments und der danische Spielzeughersteller LEGO entwickeln gemeinsam Software fur die nachste Gene- ration der LEGO-„Mindstorms"- Roboter. „Mindstorms NXT" umfasst eine neue Prog ram mi er- umgebung, die auf der grafi- schen Entwicklungssoftware Lab- VIEW basiert und mit PCs sowie Mac-Computern kompatibel isf. Das neue modulare Roboter-Sys- tem, das erstmals auf der Consu- mer Electronics Show in Las Vegas vorgestellt wurde, soil ab August 2006 erhaltlich sein. Die Roboter sind mit einem 32- bit-Prozessor, Bluetooth sowie neuen Motoren und Sensoren ausgerustet. Die auf LabVIEW basierende Software liefert eine intuitive und mit zahlrei- chen Funktionen ausgestattete Programmierumgebung, die eine auf Symbolen beruhende Programmierung uber einfache Mausklicks und „Drag & Drop 77 ermoglicht. Jungeren Anwen- dern sol! die Erstellung eigener Programme so wesentlich leich- ter fallen. Dennoch zielt der LEGO-Ko nzern mit dem flexi- blen System auch auf erwaeh- sene User. Die neue Software soli auch in einer Version fur den Bereich Lehre angeboten werden. http://digIfd.iii.coin http:/ /mindstorm$.lego.com/ default.aspx Zum dritten Mai auf Plate 1 ! EAGLE 4.1 isf Produkt des Jahres 2004 Oie Laser der Fachzeitsdirift FJekt mntk- haben auch die Mac-Version zum besten Produkt in der Kategorie CAE/CAD gewdhlt. Aus gutem Grund die Nummer eins. EAGLE 4.1 Schaltplan ■ Layout ■ Autorouter **em*fe Mm® 1392 € ■ J 5 l«, Platinen, die mit EAGLE entwickelt wurden, befinden sich in Patientenuberwachungsgeraten, Chipkarten, T rocken r asierern . Horgeraten, Autos und Industriesteuerumgen. Sie sind kiein wie ein Daumennagel Oder groli wie ein PC-Motherboard. Sie wurden in Einmannbetneben Oder GroBkonzemer entwickelt. Unter den Fop-1 00-Untemeh m^ in Deutschland durfte es kaum eines geben, in dem EAGLE nicht ' eingesetzt wird, Der entscheldende Grund fur dirt Esnsatz von EAGLE islmeist nicht der gunstige Prefs, sondern die einfache Handhabung. Hinzu kommi der hervorragende Support, der bei CadSoft grundsatzlich kostenios 1st und jut:- i, Kunden unbeschrankE zur Ve ' Diese Knteriei t sind die Kosfenkiller! Windows® Linux® m 4 UXl k t £ tiirtTiii 1 EAGLE 4.1 Light ist Freeware! Zum Tratan und Kir nlcW-kommerde/l* Anwenriungen dDrfan Sin EAGLE Light koatonlos varwwidafi. DI«#b Version isl sof W Flat! nan im ha (ben Europeformvt mrt maximal JJJ* 1 Sign allay am und o m Schaltplan b fail beach rilnkt intaprachan danan d*r ProfmlonalWaraion. Sla ataht mm Download tm Internet bonjlt. Warm Sie sich fOrdJe kommanfajle Ughl-Vtorakm entachelden. bekomman Sis zuoAtrif ch da* Handbuch und die Lironz fUr kommwTiene Anwendung an Un Mm Standard- Vers ton algnet rich fUr Platinen Im Europaformat mit b+* zu vier Slcmallayem. hi dor Professional -Version g(bt at eolche Elntchriinkungen nicht. Stamford www.cadsoft.de CadSoft Computer GmbH Hof mark 2, 04568 Pleiskirchen ^ Tel. 08635-6989-10, Fax -40 E-Mail info@cadsoft.de 222* W € PnofossieKiau 920 € 920 * Preise Layout LayauL-i- ISchsItp-isn ll.dyauifr I Aula router Layout- r5criar[pi^m+ iicrouner AWa Praha inclusive 10% MwSt Upgrade zum Dtftefenzprais JodwrTT EAGLE Fatal In dsr PrnfaMtenal- brw S',and*Tf Aur-tiUTi^ig i iegt Gutiehelr- iitwr fltnc pnafrMflronsii Hifjp t»j iVftmiifeiicmxi L Anzg-:(je Low-cost-FPGAs FPGA + DSP Lattice Semiconductor hat die zweite Generation seiner „ Eco- nomy Plus FPGAs" (ECP2) vorge- stellt. Mit Hilfe der 90 -nm- CMOS-Technologie von Fujitsu in Verbindung mit 300-mm-Wafern konnten die Preise fur groBe Stuckzahlen auf unter 0,50 US-$ pro 1000 Look-up-Tables (LUTs) gedruckt werden. Im Vergleich mit der ersten Generation der ECP-FPGAs bietet die neue Fami- ne eine groBere Anzahi von Logik-Elementen (bis zu 70.000 LUTs), mehr 1 8x1 8-Multiplier (bis zu 88 StOck), eine Steigerung der l/O-Performance urn 50 % und verbesserte Konfigurations- moglichkeiten. Zum ersten Mai sind in dieser FPGA-Klasse Fea- tures wie ein vorbereitetes 400 Mbit/s schnelles DDR2- Speicher-lnterface und eine Ver- schlusselung des Konfigurations- Bitstreams enthalten. Die neuen FPGAs verfugen uber eine maximale Speicherkapa- zitat von uber 5 Mbits RAM. Vor- erst sind sechs Typen mit 6.000 bis 70.000 LUTs geplant, spater werden noch groBere Varianten angeboten werden. Die Bau- steine bieten 12 bis 88 18x18- Multiplier und besitzen 95 bis 628 I/O -Pins. AuBerdem verfugt jedes FPGA uber zwei Delay Locked Loops (DLLs) und zwei bis sechs Phase Locked Loops (PLLs) fur Timing-Prozesse. Die ICs sollen in mehreren Low-cost-Gehause- varianten auf den Markt kom- men (TGFP, PQFP und BGA). Den Anfang macht im ersten Quartal der ECP2-50; die ubri- gen Familienmitglieder sollen im Laufe des Jahres folgen. www.latticesemi.com 4/2006 - elektor SICHERHEIT Von Prof. Dr.-Ing. Martin Ossmann Wie muss man eine Schaltung bauen, damit sie wdhrend des Betrlebs „s cher" ist? Urn das herauszufinden, haben wir einige Gerdte aufgeschraubt. Interessant, zu weichen Losungen Profis kommen, wenn Kostendruck und Miniaturisierungszwang herrschen. Beim Entwurf von Schaltungen und Geraten muss das Ihema „Sicherheif ganz oben stehen. Zum einen soil wdhrend des Betriebs niemand gefdhrdet werden. Dann muss das Gerdt unter alien mdglichen Umstanden „sicher" funktionleren. Und schlieBlich darf es selbst im Fehlerfall nicht zu Schaden kommen - auch nicht an anderen Geraten. Diese und alle anderen Anforderungen an „sein" Gerdt unter einen Hut zu bekommen, ist fur manchen eine ganz schone Herausforderung. Dasselbe Problem haben natur- lich auch industrielle Entwickler, denn Produkte fur End- verbraucher mussen wirklich narrensicher sein. Warum also nicht mal in ein paar Gerdte reinschauen und von den Profis lernen? Kosten sparen Als Erstes wenden wir uns den MaBnahmen zu, die den Menschen vor einem „elektrischen Schlag" schutzen sol- len. Meistens geht es darum, ihn vor der Beruhrung span- nungsfuhrender Teile zu bewahren, wobei die gefahrlich- ste Spannung iiberwiegend die Netzspannung ist. Nor- malerweise sind elektrische Leitungen und Bauteile bereits mit einer Isolation versehen. Die Norm spricht hier von einer „Basisisolation". Heutzutage geht man davon aus, dass die Basisisolation unverldsslich ist und selbst dann keine Gefahr entstehen darf, wenn diese defekt ist. Dies ist durch weitere MaBnahmen (zusdtzliche Isolation, Gehause mit Schutzleiterverbindung und so we iter) in 18 elektor - 4/2006 Form einer Fehlerisolation sicherzustellen. Schauen wir zuerst einmal in einen CD-Spieler (Bild 1). Laut Typenschild (Bild 2 ) handelt es sich um ein Gerat der Schutzklasse II. Es ist also kein Schutzleiteranschluss vorhanden. Wie man sieht, wird das Netzkabel einfach direkt zum Netztrafo gefuhrt. Der Ein-/Ausschalter ist also auf der Sekundarseite zu finden; er kann damit als Niedervoltbauteil ausgefuhrt werden. Allerdings haben die Konstrukteure uberall sorgfaltig auf gute Isolation geachtet. Alle telle, die Netzspannung fOhren, sind extra isoliert. Auch der Trafo hat zwei sorgfaltig getrennte Kammern. So entsteht auch hier keine Schwachstelle, selbst wenn die Lackisolation einer Wicklung schadhaft ist. Primarseitig ist bei diesem Konzept keine Sicherung vorhanden. Auch das ist ein Zugestandnis an den Kosten- druck. Allerdings funktioniert dies nur mit dafur zugelas- senen Transformatoren und entsprechenden Sicherungs- maBnahmen auf der Sekundarseite! Ein Nachteil ist hier naturlich, dass der Netztransformator dauernd in Betrieb ist. Das hat einen hohen Standby-Verbrauch zur Folge. Trafo-Analyse Bei der Isolation von Schaltungen vom Stromnetz erfullen Netztransformatoren eine wichtige Aufgabe. Um klassr- sche 50-Hz-Trafos stcher aufzubauen, verwendef man geeignete Spulenkorper mit Kammern (Bild 1), die in punkta Kriechstrecken und so weiter al en Anforderunger genugen. Nun werden heufzutage aber vielfach Scholt- netzteife eingesetzt, um mit kleineren Transformatoren auskommen zu konnen. Daher wldmen wir einigen Trans formotoren aus Schaltnetzteilen unser Augenmerk. In Bild 3 ist ein Ringkerntrafo zu sehen, der in einem elektronischen Vorschaltgerat for Niedervolt-Halogenlam- pen verwendet wird und die Netztrennung ubernimmt. Die Pri mar wicklung liegt innerhalb der Plastikummanfe- lung. Der spezielle Wickelkorper sorgt dafur, dass sich Primar- und SekundarwEcklung nirgendwo zu nahe kam- men. Abstande in Luft und innerhalb des Isolations materi- als werden dabei unterschiedlicb bewertet. Generell kann man sogen, dass die notige Isolation mit Isolierma- terial leichter zu erbringen ist. Dabei ist aber gleichzeitig cfarauf zu achfen, dass die Luft-Kriechstrecken (so zum Beispiel bei gesteckten Spulenkorpern) long genug sind. Die SekundarwEcklung ist bei diesem Trafo namlich nicht nach einmal extra isoliert. Wenn man auf rebtiv einfache Weise fur ausreichende Abstande sorgen will, kann man auf spezielle Spulenkar- per zuriickgreifen. In Bild 4 ist so ein Korper-Bausatz zu sehen. Primar- und Sekundarwicklung werden auf getrennten Korpern gewickelt. Kragen an den Stirnseiten sorgen fur ausreichende Kriechstrecken. Damit sind die Sicherheitsvorschriften lerchf zu erfullen. Aber man darf die Nachteile nicht auBer Acht lessen. Seiche Spulenkor- per sind teuer; auBerdem fallen die Trofos oft efwos gro- Ber aus als elektrisch notwendig. AuBerdem sind Primar- Biltf 1. Ein Blick in einen CD-Spieler. C € ®PZ, Model No.: CD713/GQ Made Indonesia Designed and developed by Philips, Europe Bild 2. Kennzeichnung der Schutzklasse II. Bild 3, Der Ringkerntrafo in einem „Halogentrafo". Bild 4. Spulenkorper mit eingebauter Isolation. 4/ 2006 -eleklor SICHERHEIT r j j } T Lk Slid 5. Elngebaufer Trafo, Optokoppler mi Y-Kondensatoren. Bild 6. Spezial-HF’Litze mit „Bandierung". Bild 7. Isolationsbarriere zwischen Netz- und Sekundarseite* und Sekundarseite nicht so gut gekoppelt, was gerade bei den bllligen Flyback-Wandlern zusatzliche Designprobleme schafft. Andererseits spart man sich das Einwickeln von Isola- tionsfolien oder das Vergie- Ben. Einen soichen Trafo zeigt Bild 5 im Einsatz. Der dort dargestelite Trafo ist schon relativ klein, wie man im Ver- gleich zum Optokoppler im DIP4-Gehause sieht. Auf dem Bild im Vordergrund sind zwei Y-Kondensatoren und ein Opto- koppler zu sehen. Diese Bau- teile „uberschreiten die Isola- tionsbarriere. Ndheres dazu weiter unten. Selbst gemacht und sicher Urn Isolationslagen oder Spezialspulenkorper zu vermei- den, lassen sich manchmal auch speziell isolierte Drahte verwenden. Es gibt beispielsweise „Triple-lnsulated-Wire", der fur die Netztrennung zugelassen ist (vergleiche unse- ren Arti ke uber ein cleveres Schaltnetzteil in diesem Heft). In Bild 6 ist eine andere Variante zu sehen: HF-Litze wind mit mehreren breiten und dunnen Isolationsfolsen uberlap- pend umwickelt. Mit einem soichen Spezialdraht kann man Trafos mit kleiner Streuinduktivitdt, gleichzeitig aber guter Isolation herstellen. Wenn nun der Trafo ausreichend Isolation gewdhrleistet, muss naturlich auch die Leiterplatte und das restliche Design entsprechend ausgefuhrt werden. Bild 7 zeigt, wie das gemacht wird. Bei diesem Design ist „da$ Innere' die Primarseite. Das Netztei! befindet sich in einem Metallkafig, der mit der Sekundarseite verbun- den ist. Deutlich sieht man die Barriere. Sie ist zusatzlich noch gekennzeichnet, damit auch der Servicetechniker sofort sieht, worum es geht. Ein anderes Detail ist in Bild 8 zu sehen. Hier sind an zwei besonders kritischen Punkten Schlitze in die Leiter- platte gefrdst. Dadurch kann man die Kriechstrecke, die entlang der Oberflache der Leiterplatte lauft, wirksam vergroBern. Denn der gedachte Kriechstrom muss nun urn den Schlitz herum. Dies ist deswegen interessant, weil die Platinenoberflache haufig im Laufe der Zeit verdreckt und vor allem durch Feuchte ihre Isolationseigenschaft verliert. Bild 8. Schlifze dfenen als zusatzliche Barriere. Blick in einen PC Nun wollen wir in ein PC-Netzteil hineinschauen. Klassi- scherweise werden PCs als Gerate der Klasse I mit Schutzleiteranschluss ausgefuhrt. Ein Blick in ein Netzteil mit Metallgehduse ist in Bild 9 zu sehen. Rechts liegt der Kaltgerateanschluss. Deutlich sieht man, dass die Schutz- leiterverbindung nicht einfach gelotet wird, sondern geschraubt und mechanisch zusatzlich gesichert ist. Sol- che MaBnahmen sind notwendig, damit der Schutzleiter seine Funktion wirklich verlasslich erfullen kann. Jetzt werfen wir einen Blick auf den Trafo in diesem Netz- teil (Bild 10) . Ein normaler Kern ist senkrecht stehend zwi- schen zwei Alu-Kuhlblechen eingebaut. Das vordere Kiihl- blech kuhlt den primarseitigen Schalttransistor, das hintere 20 elektor - 4/2006 a im PC-Nefzteil. die sekunddren Gleichrichtcn dioden. All das sifzt so dichf gedrangt, doss der Minirnalab* stand zwischen Alublechen und Trafo nichfausreicht. Urn das Ganze donn doch noch in Ord- nung zu bringen, wurden fver- miftiicb nachtrdglich) zwei durchsichfige Scheiben aus Iso frermatenal zwischen Trafo und Alublech eingeschoben und mit Kleber fjxiert Nicht schdn r aber wjrksam. Be< einem derartrgen Aufbau muss naturllch auch darauf geachlef werden, dass zwi- sc ^ en der Platinenunterseite nefe Isolation bestehf. Oft findet man auch hier IsoLfo 'f n ,' da d,e Luffstr ecke zu gering ist. AbschlieBend noch erniges zu so genannten Y-Kondensatoren. Diese werden uobcherweise zur Entsforung eingesetzt. Dabei ist es fen Iz B Th ^! sch ? c s fnnungsfhhr e nden Scholfungsfei- ■^rh f\f hase ) un L d Schutzerde anzuordnen. In punkto Sl DQh d r ^ S3en sehen. ln all der i Zulassungs- und Prufstempeln ist die Kapazitatsangabe (472 entspricht 4,7 nF) kaum zu enf- fSnG" K ° ndens ? ior auch zwischen Netzspannung hjhrenden Teilen und der Sekunddrseite ° der de , m Met a ^gehause bei Gerdten der Schutzklasse 2 ongeordnet werden Fdllt ein Kondensotor an diese Stelle ous, indem er fur 50 Hz durchlassig wird, so ist die e undarseite mcht mehr gaJvanisch getrennt. Der Defekl ernes einzelnen Bauteils hat also hochst gefdhrliche Aus- w.rkungen! Das erkldrt die hohen Anforderungen. Da die Anschlusse eines Y-Kon delators die Isolationsbarriere ,v rG eiche Biid ^ ,tadS h h obt ” lbil 0Uirefche " dB " ^ »"■ Sicherheit bei Fehlern Fnw u r ^!f Un 9 L irn FehlerFall 1st eine weitere Gefahr die Entfldml 6 ' b TL n lm Extremfdl kann dies ® *ur GTTT 9 Uhre °' ° a L her i5t in vielen Schaltnetzteilen e ne Ubertemperatursicherung eingebaut. In Bild 12 sieht man beispielsweise ein Vorschaltgerdt fur Haloaen tamper, Einer der beiden Leistungstransistoren ist mT emem Temperaturfuhler ausgesfattet, der den Konverfer -oppt, went! die Temperatur zu stark ansteigf. Auch r I °f f »i» SchallneMeil gegen erlast oder Kurzschluss geschuizt werden muss kon- GonG,m 9 D P / e , helfen ' G ? nere[| s.ch ss jsSse,* s;w^s*tr l,te man fiber d -" EiBb “ Btld 13 zeigt hier eine interessante Moqlichkeit Der fusisto, ist ein Wideband, de, den EinSatoom L-egrenzf, Gleichzeitig brennt der Widersfand bei Uber- , aS e ' niert und oh ne Brandgefahr durch. Fur manche Anwendungen ist das eine ideals Losung, (050327]n) Biid 10. Fofien zwischen Trafo und Kiihlkdrpern. Biid 11. Ein zugelassener Y-Kondensator. Biid 12. Vorschaltgerdt fur Halogenlampen. Biid 13. Der „Fusistor" ist Widerstand und Sicherung in einem. 4 2006 elekfor REVERSE ENGINEERING Von Prof. Dr.-lng. Martin OBmann Gam ohne Spezial-ICs ist das hier beschriebene Schaltnetzteil aufgebaut - es lasst sich daher vo Istdndig analysieren und flirs ^Reversed Engineering" nutzen. Erstauniich, wie es den unbekannten Entwicklern gelungen ist, mit ganz wenigen preiswerten Bauteilen eine sehr eistungs ahige Schaltung zu realisieren. Diese Erkenntnisse konnen wir nutzen! 22 elektor ■ 4/2006 Kleine Steckernetzteile (wie zum Beispiel Ladegercite fur Handys) werden zunehmend als Schaltnetzteile gebaut. Seit einiger Zeit sammelt und analysiert der Verfasser sol- che Netzteile. Insbesondere das Steckernetzteil eines chinesischen Herstellers erwies sich als besonders interes- sant und wird im Folgenden ganz genau unter die Lupe genommen. Krdnender Abschluss ist eine kleine Selbst- bauschaltung, die das gleiche Konzept benutzt wie das raffinierte China-Netzteil. Billig, simpel und diskret Das in Bild 1 gezeigte Steckernetzteil ist mit diskreten Komponenten aufgebaut und kommt ohne Spezial-ICs aus. Daher kann man es im Rahmen des „Rever$ed Engi- neerings" vollstandig analysieren. Erstaunlich ist dabei, wie man mit so wenig preiswerten Bauteilen eine derart leistungsftihige Schaltung realisieren kann. Bei der Ana- lyse wird auch Schrift fur Schritt klar, welche Aspekte beim Aufbau derartiger Netzteile eine Rolle spielen. Wir konnen also einiges an interessanten Informationen erwarten. Bild 1 . Diskret aufgebautes Steckernetzteil „Made in China". Einblicke Ublicherweise kann man ein Steckernetzteil in drei Funk- tionsblocke unterteilen: In der ersten Stufe wird aus der Netzspannung eine Gleichspannung gewonnen, In dieser Stufe sind auch diverse Sicherheits- und Filterfunktionen zu finden. Die zweite Stufe ist das eigentliche Schaltnetz- teil, welches Spannungsumsetzung und Netztrennung bewirkt. In der dritten Stufe wird die Ausgangsspannung bereitgestellt und geglattet, daruber hinaus wird die Regelinformation zur Spannungsregelung gewonnen. Die Daten unseres Netzteils sind dem Typenschild zu ent- nehmen. Die Eingangsspannung betragt „ 100-240 Volt AC 50/60 Hz", die Ausgangsspannung wird mit „ 12 Volt max. 1 ,0 A" angegeben. Die Eingangsstufe des Netzteils ist entsprechend Bild 2 aufgebaut. Kondensator Cl liegt direkt und ohne weite- ren Schutz an der Netzspannung, er muss daher ein X- Kondensator sein. Seine Aufgabe ist es, die HF zwischen Netz und Netzteil abzublocken. Als Entladewiderstand ist R1 eingebaut. Da normale SMD-Widerstande nicht fur diese hohe Spannung geeignet sind, ist er als Reihen- schaltung von zwei 470-k-SMD-Widerstanden ausgefuhrt. Fur den Fall, dass einmal etwas richtig schief geht, folgt eine Sicherung. Ein solcher GAU ware zum Beispiel Blitz- einschlag mit hohen transienten Spannungen auf dem Netz. Mit kleinen transienten Pulsen wird der VDR R2 (470 V) fertig. Als Netzgleichrichter dienen vier diskrete Dioden 1 N4007. Manche Hersteller verwenden auch Bruckengleichrichter in SMD-Bauform. Die beiden Kon- densatoren C2 und C3 bilden zusammen den Ladekon- densator. Die Kondensatoren sind 400 V/105 °C-Typen fur eine lange Lebensdauer bei erhohter Temperatur. Inter- essant ist die Anordnung der Common-Mode-Drossel LI (auch „stromkompensiert" genannt) zwischen diesen bei- den Kondensatoren. Vorteilhaft ist vermutlich, dass zwi- schen den beiden Kondensatoren ein nahezu konstanter Gleichstrom flieBt. Dieser ist niedriger als der pulsformige Strom im Bruckengleichrichter. Dementsprechend kann die Drossel etwas „schwacher" dimensioniert werden. Gleichzeitig bildet die Streuinduktivitat dieses „Trafos zusammen mit C2 und C3 vermutlich ein wirksames „Differential-Mode"-Filter. Die Spule LI hat als „Common- Mode -Spule eine Induktivitat von etwa 70 mH auf jeder Seite. Als Trafo gesehen hat sie eine Streuinduktivitat von 460 pH, was fur eine Differential-Mode-Spule wahr- scheinlich ausreicht. Spule LI erledigt also vermutlich zwei Filterfunktionen. Schaut man sich die Platine genauer an, so entdeckt man, dass manche Lerterbahnen geschlitzt sind (Bild 3). Dies ist keineswegs Zufall. Damit wird versucht, den Strom zu zwingen, uber Abblockkondensatoren zu flie- Ben. Im Schaltplan verdeutlicht man das oft durch eine X-formige Linienfiihrung - wie in Bild 2 zu sehen. Diese geschlitzten Bahnen findet man im untersuchten Schalt- netzteil bei verschiedenen Kondensatoren auf der Bild 2. Eingangsstufe des Netzteils. 4/2006 - elektor 23 REVERSE ENGINEERING TECHNIK Bild 3. Geschlitzte Leiterbahnen sollen die Entkopplung verbessern. Bild 4. Das Herzstiick des Sdialtnetzteils. Bild 5. Prinzip des selbstschwingenden Sperrwandlers. Primar- wie auf der Sekundarseite. An C3 steht nach die- ser Filterung die eigentliche Betriebsspannung fur das Schaltnetzteil bereit. Flybatk-Wandler Bei der Analyse eines solchen Schaltnetzteils muss man als Erstes herausfinden, urn welche Art von Grundschal- tung es sich eigentlich handelt. Dazu lokalisiert man die eigentlichen Leistungskomponenten, die meist allein an ihrer GroBe erkennbar sind. Dann versucht man durch Messung oder Datenblattsuche die verwendeten Kompo- nenten (Dioden, Transistoren) zu identifizieren. Urn die Verschaltung des Trafos zu ermitteln, helfen vorerst einfa- che DC-Widerstandsmessungen im eingebauten Zustand. Damit wurde im vorliegenden Fall schnell ermittelt, dass es sich um einen einfachen Sperrwandler (Flyback-Wand- ler) handelt. Dies ist im Bereich kleiner Leistungen die bevorzugte Topologie. In Bild 4 ist das eigentliche Herz des Schaltnetzteils (ohne Sekundarkreis) dargestellt. Die Schaltung besteht im Grunde nur aus zwei Transistoren; sie ist aber ziem- lich trickreich / wie wir noch sehen werden. Das Grundprinzip des Sperrwandlers wird besser in Bild 5 sichtbar. Die zentralen Bauteile sind der aus drei Wicklungen bestehende „Tran$formator", der Transistor T1 und die Diode D1 . Hierbei wird „Transformator" bewusst in Anfuhrungszeichen gesetzt, weil es sich eher um eine „lnduktivitdt mit mehreren Wicklungen" handelt. Am Anfang eines Zyklus ist die Spule (und zwar alle Wicklungen) stromlos, es ist keine Energie gespeichert. Dann wird T1 eingeschaltet. Durch die Eingangs- spannung U in an der Primarwicklung wird die Induktivitat „aufgeladen", wahrend Diode D1 nicht leitet. Jetzt wird im passenden Moment T1 ausgeschaltet, und der Strom wechselt von der Primarseite zur Sekundarseite. Diode D1 leitet und die Induktivitat wird entladen und gibt ihre Energie an den Sekundarkreis ab. Weil in dieser Phase T1 sperrt, heiBt der Wandler ^Sperrwandler". Der Sekun- darstrom sinkt linear ab. Wenn er Null erreicht, schaltet man T1 wieder ein und so fort. Messungen Bisher ist alles Theorie - doch nun soli gemessen werden. Da die Schaltung normalerweise direkt am Netz mit hoher Spannung betrieben wird, sind Messungen nicht ganz ein- fach. Bei Netztrennung durch einen vorgeschalteten Trenn- transfor motor kann man an der Primarseite des Stecker- netzteils mit einem normalen Oszilloskop messen. Man muss aber sehr vorsichtig arbeiten, da man durch keinen FI oder andere MaBnahmen geschutzt ist. Da die Elkos C2 und C3 nicht sehr groB sind, weist die Versorgungsspan- nung eine 1 OO-Hz-Welligkeit (Ripple) auf, die zu verwa- schenen Oszilloskop-Bildern fuhrt. Um das zu beseitigen, wurde die Gleichspannung mit einem ,, dickers" Brucken- gleichrichter und groBeren Elkos (470 pF) selbst neu erzeugt und am Punkt „+l " (siehe Bild 4) eingespeist. Bild 6 zeigt die Spannung uber dem Schalttransistor T1 (obere Spur 1, 10:1 Tastkopf!) sowie den Kollektorstrom durch T1 (untere Spur 2, gemessen mit einer Strom- zange). Die Eingangsspannung (Punkt +1) war bei dieser Messung 326 V. Bei Nennlast (12 V/l A am Ausgang) flieBt ein Eingangsgleichstrom von 44,5 mA. Das ergibt einen Wirkungsgrad von etwa 83 Prozent. Die Frequenz betragt dabei beachtliche 95 kHz Wenn die Diode lei- tet, liegt am Transistor zusdtzlich zur Eingangsspannung die um das Ubersetzungsverhaltnis hochtransformierte Ausgangsspannung! Selbstschwinger In groBeren Schaltnetzteilen ubernimmt oft ein 1C die Ansteuerung der Leistungshalbleiter sowie das Timing und die Regelung. Hier werden alle diese Funktionen von wenigen diskreten Bauteilen erledigt. Zuerst zum Prinzip 24 elektor - 4/2006 anhand von Bild 5. Entscheidend ist die dritte Transforma- torwicklung, die eine Mitkopplung herbeifuhrt. Wir begin- nen die Analyse mit der Annahme, dass T1 gerade ausge- schaltet wurde. Der Spulenstrom flieBt nun durch die Diode D1 und nimmt linear ab. So bald er Nul! erreicht, wird diese Diode sperren. Die Spule bildet mit parasitaren Kapazitaten (von Wicklung und Bauteilen) jetzt einen Schwingkreis, der nun eine Halbschwingung macht. Die Spannung an der Sekundarwicklung sinkt und wird dann sogar negativ. Das fuhrt zu einer positiven Spannung in der dritten (Ruckkopplungs-)Wicklung, was dann den Tran- sistor T1 einschaltet. In der Folge steigt die Spannung in der Primdr- und Ruckkopplungswicklung weiter an, was die Schaltzeit verkurzt. T1 leitet und der Spulenstrom steigt linear - die Induktivitat wird wieder geladen. Nach einer gewissen Zeit wird S2 geschlossen (durch raffinierte Ver- schaltung) und der Basisstrom von T1 sinkt. Dadurch sinkt auch der Kollektorstrom. Dieser Ausschaltvorgang von T1 wird, einmal gestartet, durch die Mitkopplung ebenfalls wieder beschleunigt. Nun kann das Spiel von vorne beginnen. Es bleibt nur noch zu klaren, wie der Transistor T1 nach einer gewissen Zeit ausgeschaltet wird. Die Funk- tion von S2 in Bild 5 ubernimmt in Bild 4 der Transistor T2 Entscheidend sind nun R7 und C6. Nach dem Ein- schalten von T1 liegt an L2B gegen Masse eine positive Spannung. Dadurch wird C6 so lange langsam geladen, bis T2 anfangt zu leiten, so dass sein Kollektorstrom dem Transistor T1 den Basisstrom „raubt". Das fuhrt dann zum Ausschalten von T1 . Die Mitkopplung sorgt wieder fur eine Beschleunigung des Ausschaltens. Bild 7 zeigt die Spannung an der Basis von Transistor T2 (untere Spur 1) sowie den Basisstrom von T1 (obere Spur 2, mit Stromzange gemessen). Transistor T1 wird durch einen Basisstrom von ca. 100 mA eingeschaltet, der eine Zeit lang konstant bleibt. Gleichzeitig steigt die Spannung an der Basis von T2, bis diese ca. 0,8 V erreicht Der Basisstrom beginnt dann zu sinken und wird kurzzeitig stark negativ, weil die Basis-Ladungstrager ausgeraumt werden mijssen. Erst dann schaltet Transistor T1 aus und die Spannung an der Basis von T2 beginnt zu sinken. Anschwingen Fur das Anschwingen der Schaltung sorgt der Wider- stand R4. Da an ihm eine sehr hohe Spannung liegt, 1st er als Reihenschaltung von vier 240-k-SMD-Widerstanden ausgefuhrt. R4 liefert im nicht angeschwungenen Zustand einen Basisstrom fur Tl, der T1 in den inearen Betriebs- bereich mit Verstarkung bringt. Damit R4 das schafft, darf die Basis von Tl aber (fur DC) nicht zu niederohmig mit L2B verbunden sein. Deshalb ist die Kombination aus C 5 und D6 eingebaut. Einerseits kann dadurch die Basis angehoben werden, andererseits ist fur Wechselstrome der Ruckkopplungsweg geschlossen, und die Mitkopp- lung sorgt furs Anschwingen. Bevor wir die Funktion von R3, C4 und 05 erkldren, wollen wir uns noch den Trans- formator ansehen, der das zentrale Bauteil ist. Transformator Der Transformator ist das einzige Spezialbauteil der Schaltung. Ihn sowohl zerstorungsfrei als auch vollstandig zu analysieren ist eine Herausforderung, die mit dem Ausloten anfangt. Zudem sollte man die Parameter des Trafos bei Betriebsfrequenz (also 100 kHz) ermitteln, urn die wirklich relevanten Werte zu erhalten, wofur gute Messtechnik notig ist. Uberschlagige Resultate sind aber Slop f ffl r I > — — — | — i — | — : I — ! — | — 5 ! — J : ! : — f — f — !'W '! aj Chi 1 0,0 V an SQQmA QCM 2 00|is A Chi \ ‘ V a 98. 00 % Bild 6. Spannung und Strom am Schalttransistor. Bild 7. Basisspannung von T2 (unten) und Basisstrom von Tl (oben). auch einfacher zu erhalten: Aus dem Oszillogramm in Bild 6 Idsst sich folgern, dass der Strom in LI .A innerhalb von AT = 1 ,5 fjs bei U = 326 V urn ca. Al = 0,55 A ansteigt. Daraus ergibt sich mit Hilfe von Al = UAT/L ein Wert von L ~ 900 jjH. Eine Messung mit einer Messbru- cke liefert einen Wert von L = 800 |jH. Misst man im Betrieb gleichzeitig die Spannungen an alien drei Wick- lungen mit gut abgeglichenen Tastkopfen, so kann man auch das Ubersetzungsverhaltnis bestimmen. Urn die Windungszahlen herauszufinden, wurden urn den Mittel- schenkel des Trafos funf Windungen dunnen Kupferlack- drahts qewickelt und anschlieBend das Ubersetzunqsver- haltnis zu den anderen drei Wicklungen gemessen 9 bei 100 kHz! Das Ergebnis: LI A = 56 Windungen. L2B = 3 Windungen und L2C = 1 1 Windungen. Damit hat der Kern einen AL-Wert von etwa 800 pH/56 2 = 255 nH/Wdg 2 . Nun konsultiert man diverse Daten- buchervon Kernlieferanten (Epcos, Philips, Vogt, Kaschke). Der Kern E25/9/6 von Philips passt ziemlich gut, mit einem Luftspalt von 200 pm hat er den richtigen AL-Wert. Bei einem Spitzenstrom von I = 0,55 A in der Pri- marwicklung ergibt sich eine maximale Induktion von ca. 200 mT im Kern, was mit modernen Ferritmaterialien bei 1 00 kHz durchaus zu machen ist. Auch die Kernverluste liegen bei diesem Spitzenstrom mit ca. 0,5 bis 0,7 Watt in einem Bereich, den ein Kern dieser GroBe thermisch gut verkraftet. Elektrotechnisch ist der Transformator damit beschrieben, aber bei der praktischen Ausfuhrung gibt es noch Details, die einem Schaltnetzteil-Konsfrukteur das Leben schwer machen. Der Transformator muss namlich die isolation zum Netz sicherheitstechnisch gewahrleisten; Kriechstreckenanforderungen und so weiter sind einzuhal- 4/2006 - elektor 25 REVERSE ENGINEERING Bild 8. Miniaturtrafo mif „triple-i$olated-wire". ten. Dazu werden zum Beispiel Isolations- und Abstands- haltefolien in den Trafo eingewickelt und der Trafo vergos- sen, wie vermutlich auch bei dem untersuchten Netzteil. Bild B zeigt den kleinen Trafo eines 6 V/l ,5A-(9-W-)- Netzteils, der lediglich 13 mm breit und 14 mm hoch ist. Fur die Sekundarwicklung wird bei derartigen Trafos oft ein Spezialdraht verwendet. In Bild 8 erkennt man diesen oft als „triple-isolated-wire" bezeichneten Spezialdraht (zum Beispiel von Furukawa). Der Draht ist dafur zugelassen, die Isolation vom Netz herzustellen. Dazu verfugt er uber drei voneinander unabhangig aufgebrachte Isolationen. Der Draht wird ublicherweise auch nicht am Spulenkorper ange- lotet, weil die Lotstellen als blanke Teile dann schon zu nahe an die Primarwicklung kommen. Die Isolationsforderung fuhrt bei diesen Flyback-Trafos dann oft dazu, dass die Streuinduktivitat relativ groB ist. In dem Moment, in dem die Sekundarseite den Strom ubernimmt, suchtsich die in der Streuinduktivitat gespeicherte Energie einen Weg nach auBen, und zwar im Normalfall durch eine riesige, zerstore- rische Spannungsspitze am Kollektor von T1 . RCD-Snubber Damit diese Energie den Transistor T1 nicht zerstort, wird ein Entlastungsnetzwerk (englisch snubber network) aus R3, C4 und D5 aufgebaut. Diode D 5 leitet die Span- nungsspitze (Peak) an das RC-Netzwerk. Der Kondensator ladt sich auf, und die Energie wird langfristig im Wider- stand verbraucht. Die Diode D5 muss schnell schalten und eine Hochspannungsdiode sein. Als Kondensator wird ein 1-kV-Typ eingesetzt, damit er den Peak ubersteht. Der gekappte Spannungspeak mit der nachfolgenden Oszilla- tion ist in Bild 6 gut zu erkennen. Widerstand R3 ist eine groBe bedrahtete Bauform, die vermutlich bis zu 1 W ver- braten kann. Auch hier entstehen also Verluste, die durch ein gutes Design klein gehalten werden mussen. Sekunddr Als Letztes bleibt noch die Analyse der Sekundarseite (Bild 9). D 7 ist eine 3-A-Schottkydiode, welche die ent- stehende Warme noch ohne zusdtzliche Kuhlung verkraf- tet. Bild 10 zeigt als Beispiel aus einem 2-A-Schaltnetz- teil, wie sich eine Diode durch das Einloten in einen Rah- men auf billige Weise kiihlen lasst Transistor T1 hat beispielsweise ein voll isoliertes Plastikgehause und ist auf einem kleinen Kuhlblech (K 1 in Bild 4) festge- schraubt, das aus EMI-Grunden mit Masse verbunden ist. Immerhin ist der Kollektor von T1 einer der heiBesten Punkte in der gesamten Schaltung! Die Kondensatoren C8 und C9 bilden mit Drossel L3 das Glattungsfilter. Als weitere Common-Mode-Drossel findet L4 Verwendung Zur Verbesserung des EMI-Verhaltens dient weiterhin der Y-Kondensator C 7. Warum dieser sekundar- seitig genau an diesem Punkt angeschlossen ist, wurde nicht untersucht. Vermutlich wirkt er so am besten Z-Diode ZD2 begrenzt im Notfall die Ausgangsspannung, wenn die Regelung bei Lastabriss einmal kurzzeitig nicht schnell genug greifen kann. Urn die einstellbare Z-Diode (Shunt- regler, 1C 1 ) herum findet sich die hdufig anzutreffende Regelung. Uberschreitet die Ausgangsspannung 1 2 V, so beginnt IC1 zu leiten und die LED im Optokoppler OC1 leuchtet. Das fuhrt nun primdrseitig dazu, dass der Photo- transistor als Nebenschluss zu R7 wirksam wird. Dadurch wird C6 schneller geladen und T1 fruher abgeschaltet. Das bewirkt, dass die Induktivitat mit weniger Energie geladen wird. Der Energietransfer sinkt und damit auch die Aus- gangsspannung. Dabei andert sich dann jeweils die Fre- Bild 9 . Die Sekundarseite des Schaltnetzteiis. +i 26 elektor - 4/2006 quenz, die im Leerlauf (der Konverter deckt dann nur seine eigenen Verluste) bis auf 600 kHz ansteigt! Abgekupfert Nachdem wir nun diese Hand voll Bauteile akribisch analysiert haben, konnen wir ahn iche Konverter auch selbst entwerfen. Bild 1 1 zeigt ein einfaches Design fur einen Konverter von 24 Volt nach 5 Volt bei 500 mA. Wurde man dafiir einen 7805 verwenden, musste dieser stolze 9,5 Watt vernichten. Auch wenn der Schaltwand- ler nur etwa 65 Prozent Wirkungsgrad aufweist, ist er trotzdem viel besser als ein Langsregler. Auf ein Snubber- Netzwerk kann die Schaltung verzichten. Wenn die drei Wicklungen schon trifilar gewickelt werden, dann halt der BD237 die Spannungsspitze gut aus. (050352e) Bild 10. Diode mil warme- und stromieitendem Kiihlblechwinkel. +24V Bild 11. Step-down-Konverter von 24 V nach 5 V. Bild 12. Musteraufbau des kleinen Konverters. 4/2006 - elekfor 27 AKKU-QUALITAT Akkukapazitdt nachgemessen Von Fons Janssen Akkus im AA-Format (die so genannten Mignonzellen) sind vielseitig einsefzbar. Doch sind unzdhlige unterschied iche Typen auf dem Markt - und stdndig werden es mehr. Jahr fur Jahr steigen die Kapazitats-Angaben. Doch das will nichts heifien. Um herouszufinden, wie hoch die Kapazitcit einer Zelle wirklich ist und ob diese nicht schon noth wenigen Ladezyklen schwindet, bleibt nur das Messen! Die hier vorgestellte Schaltung kann die reale Kapazitat eines Akkus recht genau erfassen. Selbstverstandlich ist so eine moderne Messlosung PC- gesteuert - Software gehort also dazu. Diese sorgt dafiir, dass die an den PC angesehlossene Messelektronik den zu iiberprufenden (geladenen) Akku wah- rend eines kompletten Entladezyklus genauestens vermisst. Aus den Mess- werten fur die akkumulierte entnom- mene Ladung, die Spannung, den Strom und dem berechneten Innenwi- derstand konnen dann die Eckdaten des Akkus und damit seine Qualitat prazise bestimmt werden. Die Schal- tung eignet sich selbstverstandlich auch fur die kleineren AAA-Zellen. Zentrales Bauteil der Schaltung ist das Akku-Spezial-IC DS2751. Der Herstel- ler Maxim nennt sein Produkt etwas blumig „Battery Fuel Gauge", was in etwa „Tankanzeige fur Batterien" bedeutet. Solche Chips werden zum Beispiel in einem Handy zur Bestimmung der Restlaufzeit ein- gesetzt. Das IC verursacht sehr geringe Verluste und eignet sich prinzipiell nicht nur fur Lilon-Akkus, sondern genauso gut fur NiMH- oder NiCd-Zellen, Hardware Wie in Bild 1 zu sehen ist, macht die Verwendung von ICs ein eigentlich komplexes Messgerat sehr einfach. 28 elektor ■ 4/2006 Der Anschluss an den PC geschieht via USB; wobei der Bus auch gleich fur die Betriebsspannung sorgt. Ein extra Netzteil ist also nicht notwen- dig. IC1 ist ein Low-Drop-Spannungs- regler vom Typ MAX8881EUT33, der stabile 3,3 V aus den vom USB abge- zwackten 5 V generiert. IC2 ist ein USB/l-Wire-Konverter vom Typ DS2490S - zustandig also fur die Kom- munikation zwischen PC und IC3. Letzteres stellt die Akku-Tankanzeige vom Typ DS2751E-025 dar. Bild 1 . Die Schaltung des Akku-Kapazittsmessgerats kommt mit drei ICs aus. IC3 misst die Zellenspannung an Pin 1 sowie den Strom liber einen integrier- ten 25-mG-Widerstand zwischen Pin 7 und Pin 2 (Masseanschluss). Pin 3 wird von der Software gesteuert und schal- tet das Gate von Transistor Tl, der liber R4 den angeschlossenen Akku entladen kann. Bei der typischen Ent- ladespannung von 1,2 V flieBt dem- nach ein praxisgerechter Strom von etwas liber 1 A. Software Um den Entladevorgang und die Mes- sung zu steuern, wurde ein Programm in Visual Basic geschrieben, das von der ELEKTOR-Webseite in Form der Datei „050394-ll.zip“ herunter gela- den werden kann. Zuerst initialisiert das Programm IC3 und schaltet Tl aus. Dann kann eine geladene Akkuzelle angeschlossen werden. Die Software zeigt nun die Leerlaufspannung an (siehe Bild 2a). Startet man einen Messzyklus, dann schaltet die Software Tl ein und ein Entladezyklus beginnt. Danach wer- den jede Sekunde die Spannung und der Strom gemessen. Nach diesen bei- den Messungen wird die Entladung ganz kurz unterbrochen, um zusatzlich die aktuelle Leerlaufspannung zu erfassen (siehe Bild 2b). Um Tiefentla- dung zu verhindern, wird dieser Vor- gang beendet, sob aid die Zellenspan- nung unter 0,8 V fallt. AnschlieBend werden die gemessenen Stromwerte akkumuliert, was die entnommene Kapazitat in mAh ergibt. Selbstver- standlich lasst sich ein Messzyklus auch vorzeitig abbrechen, falls etwas schief gegangen ist. Die aufgezeichne- ten Messwerte konnen in einer Datei archiviert werden. Datenreihen Die gespeicherten Daten lassen sich ganz einfach in Excel (oder einer ande- ren Tabellenkalkulation) einlesen (Bild 3). Im Falle von Excel offnet man die Datei ganz normal (der Dateityp muss auf „Alle lesbaren Dateien“ ein- gestellt sein). Im sich dann zeigenden Import-Dialog wahlt man die Option „Getrennt“ und klickt auf den Knopf „Fertigstellen". Das Datenblatt enthalt dann vier Datenspalten: - ACR [mAh] ist die akkumulierte Kapazitat in mAh; -VI [V] die Leerlaufspannung in V; - V2 [V] die Zellenspannung unter Belastung in V und -I [A] der Entladestrom in A. In einer funften Spalte kann man so ganz einfach den Innenwiderstand R t berechnen. Sein Verlauf ist ein guter Indikator fur die Akku-Gualitat. Die grundlegende Formel R i =UU 0 -Urf/I L ]-R smae kann vereinfacht werden zu R i = l(Ul - U2) / 1] - 25 mQ wobei Vq die Leerlaufspannung, V L die Spannung unter Last und I L der Entla- destrom ist. In die Zelle E3 tippt man also ein „ = (B3-C3)/D3-0,025“. Dann kopiert man die Zelle E3 in die Zwischenablage und setzt diese in den kompletten Rest der Spalte E ein (es geht auch mit „Ausfullen unten"). Mit einer XY-Grafik kann man den Verlauf der Messungen schon veranschau- lichen. Wird fur X z.B. die Kapazitat (Spalte A) gewahlt und die Spannun- gen, der Strom und der Widerstand sind Y-Variablen, dann kann man die Abhangigkeit der letzteren Werte von der entnommenen Strommenge sehr klar sehen. Das Foto ganz vorn zeigt eine solche Grafik. Treiber Um die Kommunikation mit dem PC iiber IC2 zu ermoglichen, miissen erst noch Treiber fur den Betrieb des 1- Wire-Interface (zwischen IC2 und IC3) installiert werden. Man kann diese direkt von der Webseite des Herstel- lers herunter laden ( www. maxim - ic.com/products/ibutton/software/ tmex/). Nach der Installation sollte „ default 1-wire net" gestartet werden, um das IC DS2490S aufzuspiiren. Diese Verbindung wird dann als „ Default 1- Wire net" gesetzt. Andere Akkus IC3 enthalt einen 12-bit-A/D-Konverter. Seine Spannungs-Auflosung betragt 4,88 mV bei einem Messbereich bis maximal 4,5 V (bei groBeren Werten 4/2006 - elektor 29 AKKU-QUALITAT J; AA -C nit c i?Kf Ffe tester. I D S340C I LI5B [ralws|, USE I JSS r l-Wno Her Actiwty jHi — O — © i * — **- 1-Wir* Net Voltage (loactedlJVl |o 000 Voltage ( unloaded) f\ j ji 416 stieeooeeosGASBGi Empty Cell Voltage j\ j |q SOO Current [A] fo Accumulated current i nAn |6y7 00 Stall Meaty raiment Fll° Wise Wet Activity 1-Wire Af&j 16 UU«t>B 0 t» 5 Bfi<;P 51 Xj 5 1=5 1 os 0 voltage [loaded) [Vj p.405 /o If age (unloaded) [Vj 1 167 I f ipfy Cell Voltage [V] |o 800 Current [A] [iT" ^ in i u I ated c-jrre rit | in A n j [ 940 ^ 5 " C ell Voltage [V] Stoat hlfta:ufFTTicnl. Save Dale Adopl-r $9*90* USB | native! UEfil Bfld 2. Screenshots der Software (links: Start, rechts: wahrend einer Messung). muss man anstatt R2 einen Span- nungsteiler einsetzen). Die Auflosung beim Strom liegt bei 0,625 mA und der Messbereich reicht bis 1,9 A. Man kann Kapazitaten bis maximal 8,2 Ah erfassen. Da es sich hier um einen Bild 3. Beispiel einer ExtekTabelle mit den Daten aus einer Messung. akkumulierten Wert aus vielen Einzel- messungen handelt, wird dieser mit der erhohten internen Genauigkeit von 16 bit abgespeichert. Damit ist klar, dass die Schaltung prin- zipiell fiir die Messung einer einzelnen Lilon-Zelle Oder einer Serienschaltung von bis zu drei NiCd- oder NiMH- Akkus eignet. Die Schaltung ist zwar fur eine AA- Oder- AAA-Zelle dimensio- niert, kann aber leicht fiir andere Akkutypen angepasst werden. Einen anderen Entladestrom erhalt man zum Beispiel durch geeignete Werte fur R4 Um die Akkus nicht zu gefahrden, darf man als Entladestrom hochstens den Betrag der so genannten Nominalkapa- zitat C in mA einstellen. Bei der Belast- barkeit von R4 sollte man zudem die entstehende Verlustleistung beruck- sichtigen. Fiir kleinere Akkus ware das Warnhinweis Moderne Akkus konnen bei KurzschKissen extrem hohe Strome liefern und bei einer Lodung mit zu holier Spannung sehr hohe Strome aufnehmen. Mon muss also v or sich tig sein: Zu hohe Strome schaden nicht nur den Zellen - sie konnen auch ein Stuck Draht zum Gluhen bringen. Lithium-Akkus konnen sich entzunden oder sogar explodieren! Man sollte daher unbedingt darauf achten, dass sich das Ladegerat fur die verwendeten Akkus eignet* 30 elektor - 4/2006 IC DS2751E ohne den Zusatz „-025“ geeignet, da diese Variante keinen internen Messwiderstand von 25 mo hat. Man kann stattdessen extern einen groBeren Sensorwiderstand anschlieBen und erhalt dann eine bes- sere Auflosung bei niedrigeren Stro- men. Die Strommesswerte miissen dann allerdings in Excel noch entspre- chend korrigiert werden. Aufbau Da die Schaltung mit nur wenigen Bau- teilen auskommt, wurde eine sehr kleine einseitige Platine dafiir entwor- fen (siehe Bild 5). Alle SMD-Bauteile finden auf der Kupferseite Platz. Nur der Guarz, der Power-FET und die USB-Buchse kommen auf die Bestli- ckungsseite. (0503 94ts) E-Miil von Fons Janssen (Maxim, Benelux) fons_janssen@maximhq.com Llteratur und Links: USB-Interface fur den 1 -Wire-Bus, ELEKTOR 4/2002 MAX8881 Datenblatt: http://pdfserv maxim-ic.com/en/ ds/MAX8 8 80-MAX8881.pdf DS2490 Datenblatt: http://pdfserv.maxim-ic.com/en/ ds/D$2490.pdf DS2751 Datenblatt: http://pdfserv.maxim-ic.com/en/ ds/DS2751 .pdf 1 -Wire/i Button-Software: www.maxim-ic.com/products/ 1-wire/software/ G5G3GA - 1 3 Bild 4. Blockschaltbild de$ DS2751. Bild 5. Kupferseite und Bestuckungsplan der winzigen Platine. Pssst! Maxim/Dallas teiite uns freuttdlicherwerse mit, dass ELEKTOR-Leser, die dieses Akku- Kapaiitdtsmessgerdt bauen wo lien, ein kosten loses Muster unter folgendem Link anfordern konnen: ww w.m Qxim-ic.com/sQmples Beachten Sie bitte, dass das eine freiwillige Leistung des Hersfeilers ist und die Lieferung begrenzt sein kann. Also nicht unbed ingt weifersagen ;-) I Stuckliste Widerstdnde: SMD, Gehauseform 0805 R1 = lk5 R2 = 1 k R3 = 10 k R4 = 1 Q / 2 W R5, R6 = 27 a Kondensatoren: SMD, Gehauseform 0805 Cl = 1 p C2 = 4p7 C3, C5 = 100 n C4 = 10 n C6 .C9 = 33 p i Induktivitdten: L 1 , L2 = BLM21P221SG (Murata, 220 0 bei 100 MHz) Halbleiter: T1 = IRFZ24N IC1 = MAX8881 EUT33 (Maxim/Dallas) IC2 = DS2490S (Maxim/Dallas) IC3 = DS2751E-025 (Maxim/Dallas) Aufterdem: K1 = USB-Buchse, Platinenmontage, Type B Batteriehalter fur eine AA-Zelle (Mignon) Platine EPS 050394-1 PC-Software EPS 050394-1 1 oder kostenloser Download von www elektor de 4/2006 - elektor 31 PRAXIS MIKROCONTROLIER Mikrocontroller schneller flashen Von Dipl.-lng. (FH) Rainer Reusch Viele Mikrocontroller sind zur Programmierung mit e tier SPI-Schn ttstelie ausgestattet. Die Ansteuerung liber eine serielle PC-Schnittstelle und ein poor zusdtzliche Bauteile ist preiswert, aber langsam. Besser ist die bier vorgestellte SPI-Box, die selbst an einem USB/Seriell- Konverter annehmbare Geschwindigkeiten bietet. Im Internet gibt es eine ganze Reihe von Anleitungen dafur, wie man eine serielle oder parallele Schnittstelle mit ein paar zusatzlichen elektronischen Bauteilen in ein „Serial Peripheral Interface" verwandelt. Fur das gele- gentliche Flashen eines Mikrocontrol- lers sind diese Losungen sicherlich gut genug. Doch werden hier eigentlich Schnittstellen zweckentfremdet, die nicht dafur vorgesehen sind. Dies hat ein paar Nachteile. Vor allem ist die Datenubertragung uber die serielle Schnittstelle relativ langsam. Bei der tiblichen iterativen 32 elektor - 4/2006 Master Slave 4 CS ►O SCLK _w- SDI MOSt SDO MiSO 050198-12 Bild 1 . Das SP-Interface kommt mit vier Leitungen zwischen Master and Slave aus. Vorgehensweise (Programmieren, Tes- ten, Programmieren, Testen und so weiter) konnen die wiederholten Pau- sen, die durch das Ubertragen des Programms in den Speicher des Mikro- controllers entstehen, ganz schon ner- ven, Noch schlimmer wird es, wenn man einen der handelsiiblichen Kon- verter von USB nach seriell verwenden muss, weil beispielsweise moderne Notebooks liber solch „altertumliche“ Schnittstellen wie ein serielles oder paralleles Interface erst gar nicht ver- fligen. Bei der Dateniibertragung zum Controller werden namlich immer nur wenige Bytes auf einmal gesendet, was schon durch den USB-Protokoll- Overhead ordentliche Latenzen nach sich zieht und so die Wartezeit bis zum Abschluss des Flashens zusatz- lich verlangert. Die Losung liber die parallele PC- Schnittstelle ist zwar deutlich schnel- ler, aber dafiir riskiert man Defekte am Motherboard des Rechners. Statische Entladungen oder Ruckwirkungen von extern angeschlossener Hardware sind gefahrlich, da fur parallele Schnittstel- len oft kein eigener Interface-Chip ver- wendet wird. Hinzu kommt, dass man einen speziellen Treiber braucht, urn der parallelen Schnittstelle das fur sie ungewohnliche Verhalten beizubrin- gen, Ftir die bereits erwahnten Note- books scheidet diese Losung mangels Parallelport ebenfalls aus. Eine dezidierte Hardware in Form der hier beschriebenen SPI-Box vermeidet bei relativ bescheidenem Aufwand all diese Nachteile. SPI Eine bidirektionale SPI-Schnittstelle verbindet Master und Slave liber flinf Leitungen, namlich vier Datenleitungen plus Masse (siehe Bild 1). Master ist in unserem Fall die an den PC ange- schlossene SPI-Box. Der zu program- mierende Mikrocontroller ubernimmt die Slave-Rolle. Obwohl das Interface hauptsachlich fur die Kommunikation zwischen Controller und Peripherie- Bausteinen und zur Programmierung von bereits in eine Schaltung eingebau- ten Mikrocontrollern (also „in system 11 ) verwendet wird, konnen theoretisch immerhin bis zu 5 Mbit/s ubertragen werden. SPI ist zwar lediglich ein unstandardisiertes, von Motorola ent- wickeltes Bus-System, doch ist auf- grund seiner Einfachheit eine groBe Anzahl von SPI-kompatiblen ICs ver- schiedener Hersteller verfligbar. Die Palette reicht vom Mikrocontroller liber Speicher bis hin zu A/D-Konvertern, Sensoren und sogar Konvertern fur andere Bus-Systeme wie zum Beispiel flir den CAN-Bus. Die SPI-Box eignet sich also nicht nur zur Programmierung von Mikrocontrollern, sondern auch flir die Ansteuerung von SPI-kompatiblen ICs wie EEPROMs und A/D-Wandlern. Die Dateniibertragung geht folgender- maBen vor sich: Will ein Master Daten zum Slave ubertragen, aktiviert er den Slave via Chip- Select- Signal (CS, active low), was von Motorola auch als SS (Slave Select) bezeichnet wird. Auf die SCKL-Leitung legt er den Takt und libertragt die Daten synchron auf der SDO-Leitung (Serial Data Out), welche entsprechend mit SDI (Serial Data In) auf der Slave-Seite verbunden ist. Die Verbindung Master-SDO mit Slave-SDI wird von Motorola auch als MOSI (Mas- ter Out Slave In) bezeichnet. Der Datenfluss in die andere Richtung erfolgt liber Slave-SDO nach Master- SDI und wird demgemaB auch als MISO (Master In Slave Out) bezeichnet. SPI arbeitet mit gewohnlichen 5-V- Logikpegeln. Soli ein Master mit meh- reren Slaves kommunizieren, braucht er flir jeden Slave eine eigene CS-Leitung, wahrend die Daten wie bei einem Bus an jedem Slave anliegen. Im Prinzip ist also alles ganz einfach. Fragen und Antworten Bleibt die Frage, wieso zweckentfrem- dete serielle Schnittstellen als SPI- Ersatz so langsam sind. Um die SPI- Leitungen nachzubilden, mlissen neben TX und RX auch die Handshake- Leitungen einzeln angesteuert wer- den. Dafiir ist die Hardware einer seriellen Schnittstelle aber nicht opti- miert, weshalb sich damit keine hohen Datenlibertragungsraten realisieren lassen. Messungen an aktuellen PCs haben ergeben, dass die minimale Impulsbreite einer Handshake-Leitung bei ca. 40 (is liegt. Das entspricht einer Frequenz von etwa 12 kHz. Da aber Takt plus Daten erzeugt werden mus- sen, kommt man real auf noch deutlich geringere Werte. Aus diesem Grund ergeben sich schon bei wenigen hun- *h dert Byte Ubertragungszeiten von etlichen Sekunden. Noch schlimmer wird es mit handelsiiblichen USB/Seriell-Konvertern. Hier liegen die Latenzen flir die Ansteuerung einzel- ner Leitungen schon im Millisekunden- Bereich, was zu vdllig unangemessen langen Programmierzeiten flihrt. Besser ist es also, eine serielle Schnitt- stelle ganz bestimmungsgemaB zur Dateniibertragung zu verwenden und die Kommunikation zwischen RS232 und SPI-Bus liber einen Mikrocontrol- ler als RS232/SPI-Interface abzuwi- ckeln. Der Mikrocontroller ist namlich zu sehr schnellen Pegelanderungen an seinen Ausgangen befahigt. Und genau das ist es, was die SPI-Box im Kern ausmacht. Nun konnte man eine SPI-fahige Pro- grammier-Hardware auch einfach „fer- tig“ kaufen. So bietet zum Beispiel Atmel ein „AT 89 ISP Tool 11 an. Warum also kompliziert (selbst gebaut), wenn es auch einfach (gekauft) geht? Die 4/2006 - elektor 33 MIKROCONTROLLER Bild 2. Die Schaltung der SPI-Box besteht neben einem Afmel-Mikroeontroller aus laufer Standard-Bauteilen. Vorteile einer Selbstbaulosung beste- hen hauptsachlich in einer hoheren Flexibility und breiteren Einsetzbar- keit (fur Atmels RISC-Controller gibt es wieder ein anderes System zu kau- fen...). AuBerdem kann man beim Selbstbau noch eine Menge dazuler- nen, und auBerdem ist die SPI-Box schlicht und einfach preiswerter als eine kaufliche Losung, Die Box Wie schon ansatzweise beschrieben, handelt es sich bei der SPI-Box um eine Art Seriell/SPI-Konverter. Kern der Schaltung in Bild 2 ist IC5, ein 8051-kompatibler Mikrocontroller AT89C2051 von Atmel. Mit einem 22,1184-MHz-Guarz (XI) getaktet ergibt sich einerseits eine prazise Baudrate der seriellen Schnittstelle von 115.200 Baud und andererseits ist der Controller auch schnell genug, um hohe Ubertragungsraten auf seiner SPI-Seite zu erreichen. Die Verbindung des Controllers zum PC erfolgt iiber den Pegelwandler MAX232 (IC1). Zur Fehlerminimierung wird bei der seriellen Verbindung ein Hardware-Handshake verwendet und somit auch RTS an IC1 gefiihrt. Die Anbindung an den (erweiterten) SPI-Bus erfolgt uber neun Inverter (IC4 und IC6) und den invertierend geschal- teten Transistor Tl. Die mit den Dioden D5...D10 realisierten Klemmschaltun- gen verhindern Beschadigungen durch zu hohe Pegel Oder statische Entladun- gen. Die restlichen Open-Collector- Inverter treiben drei LEDs zur Anzeige der Betriebszustande. Wie an dem Ste- cker K2 zu sehen ist, verfiigt die SPI- Seite der Box neben den vier eigent- lichen SPI-Leitungen uber ein paar zusatzliche Signale, die bei Bedarf fur die komfortable Ansteuerung externer Hardware zur Verfugung stehen. Der Reset-Baustein IC3 sorgt fur defi- nierte Anfangszustande der Schaltung und uberwacht die 5-V-Leitung. Einer seiner Ausgange steuert die grime LED an, die dann leuchtet, wenn die Box betriebsbereit ist. Leuchtet D4 nicht, fehlt die Stromversorgung oder aber die 5 V liegen nicht innerhalb zulassiger Toleranzen. Die rote LED D3 leuchtet nur, wenn gerade Daten iiber die SPI-Leitungen geschickt werden. Die gelbe LED D2 wird sowohl vom PC als auch direkt von der Software des Controllers IC5 gesteuert. Nach dem Einschalten ist sie zunachst dunkel. Die zur Box geho- rige PC-Software schaltet sie ein, um zu signalisieren, dass die Verbindung zwischen PC und Box hergestellt ist. Wahrend ein Befehl verarbeitet wird, wird die LED durch IC5 kurzzeitig aus- geschaltet. Ist sie dunkel, so werden nach einem vom PC gesandten Befehl noch Datenbytes erwartet. Netzteil und Aufbau Die Box wird iiber ein handelsiibliches Steckernetzteil mit Gleichspannungen 34 elektor - 4/2006 lild 3. Die doppelseitige Platine der SPI-Box kann mit ff normalen" Baufeilen bestiickf werden. 4/2006 - elektor 35 Bild 4. Die bestuckte Musterplatine. zwischen 9 V und 15 V versorgt. Prak- tischerweise sind auf der Platine (Bild 3), gleich zwei Buchsen dafiir vor- gesehen. Mochte man eine externe Hardware an die Box anschlieBen, kann die Stromversorgung liber ein passendes Kabel mit zwei NV-Steckern durchgeschleift werden und man braucht nur ein Netzteil. Die mit dem Spannungsregler IC2 auf 5 V stabilisierte Versorgungsspan- nung ist auf einen Kontakt von K2 gelegt. Die Box selbst benotigt weni- ger als 100 mA, Sollte die 5-V-Leitung aber extern belastet werden, dann empfiehlt sich ein Klihlkorper flir IC2. Ansonsten gibt es nicht viel zu sagen. Die Platine ist zwar doppelseitig, aber fur die Bestiickung mit normal groBen Bauteilen vorgesehen, sodass keine SMDs von Hand gelotet werden mlis- sen. Speziell fur IC5 empfiehlt sich eine Fassung, da dieser Mikrocontrol- ler erst programmiert sein muss (und dies nicht „in system" geschehen kann), bevor er in der Schaltung sei- nen Dienst versieht. Bild 4 zeigt die bestuckte Platine, die gut in ein Gehause von OKW passt (siehe Sttick- liste und Fotos). Lediglich an den bei- den Enden miissen passende Durch- briiche fur die Stecker und Buchsen sowie L5cher fur die drei LEDs gebohrt werden. Stuckliste Widerstande: I Rl, R5 R7, R9, R1 2, R14 = 10 k I R2 = 820 H I R3 = 1 k8 I R4 = 680 a R8, Rl 1 = 1 M Rl 0 = 4k7 Rl 3 =470 Q R15 = 100Q ■ Kondensatoren: C1...C5, C10= 10 p/35 V radial C6 = 1000 p/35 V axial C7, C9 = 22 p C8, Cl 2. ..Cl 7 = lOOn Cl 1 = 1 00 p/16 V radial Cl 8 = 47 p Halhlelter: D1 = 1N4001 D2 = LED gelb, I ow current D3 = LED rot, low current D4 = LED griin, low current D5, D6, D9, D10 = BAW76 D7 = 1N4148 D8 = Z-Diode 3V9, 400 mW !C1 = MAX232ACPE IC2 = 7805 IC3 = TL7705ACP IC4 = 74LS06 IC5 = AT89C2051-24PC (EPS0501 98- 41) * IC6 = 74HC14 T1 = BC558C Aufterdem: XI = Quarz 22, 1 1 84 MHz Bui, Bu2 = NV-Buchse 2,1 mm, gewinkelt, fur Piatinenmontage K1 = Sub-D-Buchse 9-polig, gewinkelt, fur Piatinenmontage K2 = Wannenstecker 10-polig, gewinkelt IC-Fassungen fur IC4, IC5 und IC6 Klihlkorper fur IC2 (TO-220-Gehause) Gehduse TOPTEC 1 54F (OKW) Steckernetzteil mit NV-Stecker 2,1 mm (Minuspol auBen), 8 ... 1 5 V DC, 300 mA Platine 0501 98-1 (erhaltlich uber www.elektor de)* Bin- und Hex-Datei sowie Readme mit Konfigurationsbits und PC-Software als Gratis-Download auf der Elektor- Website (www.elektor.de) 36 elektor - 4/2006 Anschliisse AT89S8252 SPI-Box D> Flashboard SPI-Box ' > >5 Wee Bild 5. Belegung der Verbindungskabel zwischen SPI-Box und dem 89S252-Flashboard bzw. dem AVRee-Board. Die Verbindung von Box und PC erfolgt uber ein handelsiibliches serielles Ver- langerungskabel (Stecker und Buchse neunpolig, 1:1 beschaltet). Die zu programmierenden Gerate wer- den uber ein entsprechend belegtes Flachbandkabel an K2 der Box ange- schiossen. Die zusatzlichen Signale an K2 erlauben den problemlosen Anschluss des popularen AT89S8252- Flashboaids aus ELEKTOR 12/2001, da sich die Signale an Pin 1...9 von K2 und die der neunpoligen Sub-D-Buchse voll entsprechen. Ftir andere Entwick- lungssysteme muss naturlich auch ein entsprechendes Kabel angefertigt wer- den. Bild 5 zeigt die Belegungen fur das erwahnte Flashboard und das AVRee-Board aus ELEKTOR 3/2003. Test Leider sieht man sich vor dem ersten Test einem klassischen Henne-Ei-Pro- blem gegeniiber. Jedenfalls dann, wenn kein fur den Mikrocontroller IC5 geeignetes Programmiersystem oder ein Einfachst-Programmer zur Verfu- gung steht. SchlieBlich muss der Con- troller erst programmiert werden, bevor man mit der SPI-Box loslegen kann. Fur einfache Programmer gibt es aber jede Menge Vorschlage im Inter- net. Noch einfacher: Im Elektor-Shop ist unter der EPS-Nummer 050198-41 auch ein fertig programmierter Con- troller erhaltlich. Wer den Controller selbst programmieren mochte, findet die Firmware (Binar- und Hex-Datei sowie Readme mit den Konfigurations- bits des Controllers) in der Zip-Datei 050198-11, die man von der ELEKTOR- Website www.elektor.de herunterla- den kann. Nach Bestuckung der Platine und Uberprufung der getanen Arbeit wird die Box mit dem seriellen Verlange- rungskabel an einen PC angeschlos- sen. Beim Anlegen der Versorgungs- spannung muss die grime LED leuch- ten, wahrend die rote und gelbe LED nur kurz aufblitzen. Nun wird die notwendige Software auf dem PC installiert. Das Programm „ SPIBox_Setup.exe “ ist ebenfalls in der Zip-Datei 050198-11 auf der Elektor- Website enthalten. Diese Programmda- tei ist auch auf der Website des Autors zu finden. Nach dem Start dieses Installers findet man unter „c:\Programme\SPI-Box\“ das Programm „SPIBox_Test.exe“. Die Dateien „SPIBox Test DEU“ und „ SPI- Box, dll“ miissen sich im gleichen Ord- ner befinden. Bild 6 zeigt das Fenster des Testpro- gramms. Wird die richtige serielle Schnittstelle ausgewahlt und der But- ton „Verbinden“ geklickt, dann leuch- B d 6 . Dialog-Box des Testprogramms. 4/2006 ■ elektor 37 p MIKROCONTROLLER tet die gelbe LED und in der Status- zeile erscheint die Firmware-Version. Man kann jetzt davon ausgehen, dass die SPI-Box im Prinzip funktioniert. Um die Funktion der SPI-Seite der Box zu uberprufen, kann man an die entspre- chenden Pins von K2 ein Voltmeter oder besser noch ein Oszilloskop anschlieBen. In der Rubrik „Grundeinstellungen" wird festgelegt, ob die drei SPI- Anschlusse „SCKL", „MOSr und „MISO“ LOW- oder HIGH-aktiv sein sollen. Ublicherweise mussen sie SPI-Box und Software Ohne die passende (Windows-) Software ist die schonste SPI-Box zu nichts nijtze. Wer eigene Programme schreiben mochte, findet auf der ELEKTOR-Website neben dem Software-Download auch ein umfangreiches PDF-Dokument zur Software mit vielen weiteren detaillierten Informationen, Screenshots und Tabellen Auf der Website des Autors [3] findet man ebenfalls Erlduterungen zur SPI-Box und das Angebot von betriebsfertiger Software fur bestimmte Anwendungen. Basis aller Programmiersoftware ist die Windows-DLL „SPIBox.dII", die schon mit dem Testprogramm installiert wurde. HIGH-aktiv sein. Wenn aber einzelne Leitungen invertiert sind (beim Flashboard z.B. MOSI und MISO), muss man die Logik andern. Uber die Checkboxen „CS“ und „ Reset" wer- den die gleichnamigen Ausgange gesteuert (beides Reset-Ausgange). Die Box erlaubt es, beim Schreib- /Lesevorgang die SPI-Geschwindig- keit einzustellen. Im Programm erfolgt diese Einstellung uber die „SCKL-Zykluszeit\ Daruber hinaus gibt es noch eine reine Schreibfunk- tion, die mit recht hoher Geschwin- digkeit arbeitet. Fur das Lesen der MISO-Leitung kann man wahlen, ob der Pegel auf der Leitung wahrend oder nach dem Takt abgetastet wird. Die in der Box vorhandenen Grund- einstellungen konnen abgefragt und im Testprogramm geandert werden. Damit sie wirksam sind, mussen sie in die Box zuriickge- schrieben werden (Button „Einstel- lungen als Standard 11 ). Diese Einstel- lungen bleiben erhalten, so lange Betriebsspannung an der Box liegt. Nach diesem Testlauf kann man mit der eigentlichen Programmiersoftware aibeiten, die wesentlich mehr Moglich- keiten bietet. Auf der ELEKTOR-Web- site und auf der Homepage des Autors finden sich hierzu noch viele weitere Hinweise und Informationen (siehe Kasten „ SPI-Box und Software 11 ). (Q50'198tse) Literatur und Links: [1] WWW mct.de/faq/spi.html [2] http:/ / de.wikipedia.org/wiki/ Serial_Peripheral Interface [3] http:/ / rewebih-weingarten.de/ elektor/de/ projekte/SPIBox/ index.html [4] 89S8252 Flash-Board, ELEKTOR 12/2001 AVRee, ELEKTOR 3/2003 38 elektor - 4/2006 GRUNDIAGEN SERIELLE VERBINDUNGEN Von Prof. Dr. Bernd vom Berg und Dipl.-Ing. Peter Groppe Serielle synchrone Datenubertragungsver- bindungen zwischen Mikrocontroller und externen eripherie-Bausteinen sind in den letzten Jahren immer mehr in Mode gekommen, zumal mlftierweile Daten ber- tragungsraten von Iber 10 MB t/s mig- iich geworden sind. clock SCLK Firmen wie Analog Devices, Atmel, Burr-Brown, Maxim/Dallas, Microchip und andere stellen heutzutage eine Vielzah! Liber einen Kurzstreckenbus ansteuerbarer Chips mif den unterschiedlichsten Funktionen her. Dieser Artikel beschreibt ausfuhrlich die Grundlagen der seriel- len synchronen Datenubertragung. Das Grundproblem Wenn es darum geht, zusatzliche externe Peripherie-Bau- steine an einem Mikroconiroller anzuschlieBen, bieten sich dem Anwender zwei Moglichkeiten, die direkt vom verwendeten Mikrocontroller abhdngen: Hon mif den On-Chip-Peripherie-Einheiten verwendet wer- den, nicht aber nach auBen gefuhrt sind. An den externen Pins dieses geschlossenen Mikrocontrollers sind daher nur die Ein/Ausgange der On-Chip-Baugruppen angeschlos- sen, externe, parallel angesteuerte Erweiterungsbausteine konnen somit nicht hinzugefugt werden. Daruber hinaus ergibt sich noch ein weiterer haufig zu beachtender Punkt, namlich die Lange der Verbindung zwischen Mikrocontroller und den externen Einheiten. • einige Zentimeter bis einige zehn Zentimeter, wenn sich die Bausteine auf einer Platine befinden, • Der Mikrocontroller stellt die drei fur den Anschluss externer Bausteine notwendigen Bussysteme (Daten-, Adress- und Steuerbus) als mehr oder weniger getrennte Anschlusspins nach auBen hin zur Verfugung. An solche offenen Mikrocontroller konnen dann eine Vielzahl exter- ner Peripherie-Bausteine parallel Liber die drei Bussys- teme angeschlossen werden. • Der Mikrocontroller ist so klein und kompakt, dass die drei notwendigen Bussysteme zwar intern zur Kommunika- • einige Meter, wenn sich die Bausteine in einem Gerdt, einem Schaltschrank oder einem Steuerpult befinden oder • einige zehn Meter bis hin einigen Kilometern, wenn sich die Bausteine in einer Fabrikhalle, einem Fabrikge- lande, einem Zug oder einem Container-Schiff befin- den. Der Einsatz von parallelen Bussystemen mit sehn bis 20 parallel gefuhrten Leitungen kommt hierbei aus vielfaltigen 40 elektor - 4/2006 Grunden nicht in Frage (uberbruckbare Entfernungen, Stor- sicherheit, Kosten, technische Realisierbarkeit, etcetera). Ein kleiner Nachteil dieser Datenubertragungsmethode liegt in der reduzierten Datenubertragungsgeschwindig- keit. Acht Bits parallel zu ubertragen geschieht nun ein- mal schneller als acht Bits nacheinander zu ubertragen. Alierdings sind die seriellen Bussysteme mittlerweile so schnell geworden, dass diese Problematik immer mehr in den Hintergrund trift. So sind beispielsweise moderne, seriell angesteuerte Festplatten schnell, schneller als ein alter parallelen 16-bit-Bus. Die Synchronisation des Datentransfers Ein zu losendes Kernproblem beim synchronen Daten- transfer ist die Synchronisation der Datenubertragung zwi- schen Sender und Empfanger (Bild 1). Der Sender gibt die zu sendenden Bits mit einer bestimmten Geschwindig- keit nacheinander auf die Sendeleitung. Woher weiB der Empfanger, wann er ein neues Bit einlesen soil? Er darf kein Bit ubersehen, aber auch nicht ein und das- selbe Bit doppelt oder mehrfach lesen. Der Empfanger benotigt also weiter gehende Informationen daruber, wann ein gultiges Bit an seinem Eingang anliegt und wann er es ubernehmen kann. Die einfachste Losung sieht nun so aus, dass der Sender Zusatzinformationen (Zusatzsignale) an den Empfanger ubertragt, die eindeutig angeben, wann ein Bit zum Einle- sen am Empfangereingang anliegt. Dieses Zusatzsignal ist nichts anderes als ein Taktsignai, das uber eine weitere Leitung vom Sender zum Empfanger ubertragen wird. Der Empfanger konnte nun wie folgt reagieren: Immer wenn eine sieigende Impulsflanke auf der Takt- beziehungsweise Synchronisationsleitung erscheint , liegt ein gultiges Bit an meinem Empfangseingang und ich kann diesen Leitungszustand (High- oder Low-Pegelj lesen. Bei der fallenden Flanke des Synchronisationsim- pulses mache ich nichts , denn in dieser Zeit schickt der Sender erst einmal ein neues Bit auf die Leitung. Serielle Datenubertragung In den letzten Jahren hat sich aber eine alternative Verbin- dungsart entwickelt, die immer mehr und immer schneller an Bedeutung gewinnt: die seriellen synchronen/asyn- chronen Punkt-zu-Punkt-Ubertragungen und die seriellen synchronen/asynchronen Bussysteme. Hierbei erfolgt der Datenaustausch zwischen den Teilnehmem nicht mehr Byte-parallel, sondern Bit-seriell: Die einzelnen Bits eines Bytes werden zeitlich nacheinander ubertragen. Solch ein Verfahren erspart zum einen eine Vielzahl von Verbindungsleitungen zwischen den Bausteinen, anderer- seits konnen durch den Einsatz von Pegelwandlern bezie- hungsweise Leitungstreibern groBe und groBte Entfernun- gen uberbruckt werden. Letztendlich reichen somit zwei bis vier normale digitale l/O-Leitungen zur Realisierung eines bidirektionalen Datentransfers aus, der daher auch einfach mit einem offenen oder geschlossenen Mikrocon- troller bewerkstelligt werden kann, sofern noch freie digi- tale I/Os vorhanden sind. Die seriell empfangenen Daten werden somit nach und nach in ein mehr oder weniger breites Schieberegister I 1 - V Bild 1. Synchronisation des Datentransfers zwischen Sender und Empfanger. 4/2006 - elektor 41 SERIELLE VERBINDUNGEN GRUNDLAGEN Hid 2. Die Verhindurtgen be! der seriellen synchronen Datenubertragung. Master ( Mikro - controller) Digitals i/O-Ports SO CLK SI cs Oaten zum Slave » Takt (SCLK) Daten zum Master Slave Chip Select Slave (Serielle Periphene-Einheit) Auswertung bzw Weiterverarbeitung der empfangenen Daten SI Schieberegister CLK — *■ Taklsteuerung SO CS 040241 - 1 - 12 Bid 3. Die Bestimmung der vorderen und der hinteren Flanke ernes Taktitnpulses. * CPOL = 0 Ruhclsgo SCLK \_F Vordere Flanke (Leading Edge) Steigend CPOL = 1 Ruhelage \ SCLK l Vordere Flanke (Leading Edge) Fallend leysnwEi Hlntere Flanke (Trailing Edge) Fallend 040241 ■ 1 - 13a f Hintere Flanke (Trailing Edge) Steigend 040241 - 1 - 13b eingetaktet. Sind alle Bits Libertragen worden, so werden sie im Empfanger von den nachgeordneten Stufen ausge- wertet und weiterverarbeitet. Zur Realisierung dieser seriellen/ taktsynchronen Datenubertragung sind daher mindestens eine Daten- und eine Taktleitung notwendig. Eine andere Methode/ um fur die Synchronisation des Datentransfers zwischen Sender und Empfanger zu sor- gen, wird bei der seriellen/ asynchronen Datenubertra- gung realisiert/ deren bekannteste Vertreter die COMx- UART-Schnittstellen beim PC und der CAN-Bus sind. Hier- auf wird in diesem Artikel jedoch nicht naher emgegangen. Serielle synchrone Datenubertragung Bild 2 zeigt das heute libliche Interface bei einer seriel- len synchronen Punkt-zu-Punkt-Datenijbertragung zwi- schen einem Master- und einem Slave-Baustein. Beide Stationen konnen uber zwei getrennte Leitungen gegen- seitig Daten austauschen, aber nur eine Station erzeugt fur beide Transferrichtungen den Takt. Diese Station wird daher (Takt-) Master genannt (meist der Mikrocontroller). Er bestimmt uber diesen Takt die Schnelligkeit (Bitrate) der Ubertragung/ die naturlich den maximalen Transfer- wert des Slaves, meist eine Periphene-Einheit, nicht uber- steigen darf. Die charakteristischen Besonderheiten hierbei sind: • Uber die Taktleitung (S)CLK (Serial Clock) gelangt der zentrale Master-Takt zum Slave-Baustein. Mit diesem Sig- nal wird das Slave-Schieberegister getaktet. • Vom SO (Serial Out)-Anschlu$$ des Masters werden die Bits seriell uber den SI (Serial ln)-Anschluss des Slaves in dessen Schieberegister eingetaktet, nach Beendigung des Datentransfers daraus entnommen und intern im Slave weiterverarbeitet (Kommandos und Nutzdaten). • Der Slave selber fullt nun, wenn er dem Master mit Daten antworten soil, sein internes Schiebregister mit den Antwortbits auf und lasst diese dann im Mastertakt Liber seinen SO-Ausgang zum Sl-Eingang des Masters ubertra- gen. Stellt der Slave keine besonderen Daten fur den Master zur Verfijgung, so werden einfach die (beliebi- gen) im Schieberegister stehenden Bits ausgetaktet. Es wird also eine Vollduplex-DatenLibertragung realisiert: Der Master sendet Liber SO Daten an den Slave und empfangt gleichzeitig uber SI Daten vom Slave. • Die vierte Leitung CS (Chip Select fur den Slave) dient zur Auswah des gewunschten Slaves, wenn mehrere Slave-Einheiten im System vorhanden sind. Dazu aber spdter mehr. Zu beachten ist, dass der SO-Anschluss beim Slave natur- lich nur dann existiert, wenn der Slave auch fur eine Datenausgabe vorgesehen ist (und auch nur dann beno- tigt man beim Master einen Sl-Eingang) Ein kleines Bei- spiel soil dieses verdeutlichen Ein seriell ansteuerbarer LED-Display-Treiber-Baustein nimmt nur Daten vom Master entgegen, die dann deko- diert und auf dem Display dargestellt werden. Hier ist kein SO-Anschluss beim Slave notwendig, da keine Daten an den Master zuruckgeschickt werden. Das serielle synchrone Interface hat dann nur drei Anschlusse. Ein seriell ansteuerbarer Temperatur-Sensor dagegen braucht in der Regel immer einen SO-Anschluss, denn er soil ja auf Befehl des Masters die Temperatur ermitteln und den Wert Liber seinen SO-Anschluss zum Master schi- cken. Hier besteht das serielle Interface aus (maximal) vier Leitungen. CPOL und CPHA Betrachtet man den Ablauf der Datenubertragung etwas naher, so stellt man fest, dass es vier verschiedene Vari- anten gibt, die Daten auszutauschen. Zur Charakterisie- rung dieser unterschiedlichen Modi der seriellen synchro- nen Datenubertragung werden ganz aligemein die bei- den Beschreibungsparameter CPOL und CPHA benutzt, die den Ruhezustand der Taktleitung und die Taktflanken- 42 elektor ■ 4/2006 ^ Tabelle 1 , Die vier Modi einer seriellen synchronen Datenubertragung vom Master zum Slave. CPOL CPHA J Synchroner Modus (auch "SPI(Serial Peripheral lnterface)-Modus" genannt) 0 0 Modus 0 Slave ubernimmt die Daten mit der vorderen Flanke, also mit der steigenden Flanke Master gibt die Daten mit der hinteren Flanke aus, also mit der fallenden Flanke des vorhergehenden Impulses. o \ i i I — Modus 1 Slave ubernimmt die Daten mit der hinteren Flanke, also mit der fallende Flanke. Master gibt die Daten mit der vorderen Flanke aus, also mit der steigenden Flanke des gleichen Impulses. 1 „ 0 Modus 2 Slave ubernimmt die Daten mit der vorderen Flanke, also mit der fallenden Flanke Master gibt die Daten mit der hinteren Flanke aus, also mit der steigenden Flanke des vorherigen Impulses 1 1 1 : J l lli — i m Modus 3 Slave ubernimmt die Daten mit der hinteren Flanke, also mit der steigenden Flanke Master gibt die Daten mit der vorderen Flanke aus, also mit der fallenden Flanke des gleichen Impulses. zuordnung beim Datenaustausch festlegen. Betrachten wir daher die Taktieitung SCLK. Sie kann in ihrer Ruhelage (vor Beginn eines Datentransfers) genau zwei Zustande einnehmen, die durch den Parameter CPOL (Clock Polarity) beschrieben werden. • CPOL = 0: Der Ruhezustand auf der Taktieitung ist ein Low-Pegel (0 V) und somit beginnt der serielle synchrone Datentransfer immer mit einer steigenden Taktflanke. • CPOL = 1 : Der Ruhezustand auf der Taktieitung ist ein High-Pegel (+5 V) und somit beginnt der serielle syn- chrone Datentransfer immer mit einer fallenden Taktflanke. Der Taktimpuls hat - ganz allgemein betrachtet - eine vor- dere Flanke (Leading Edge) und eine hintere Flanke (Trai- ling Edge), bei denen "etwas passieren kann". Die Bezeichnungen sind zwar auf den ersten Blick etwas ungewohnt, haben aber eine maBgebliche Bedeutung bei der Beschreibung der synchronen Datenubertragung. Betrachten wir nachfolgend zunachst den Datentransfer vom Master zum Slave uber die SO/SI-Leitung, so muss man noch weitere Festlegungen treffen, die die exakten Zeitpunkte der Datenubergabe regeln: • Bei welcher Taktflanke darf der Slave den Zustand an seinem Si-Pin als ein gultiges Bit lesen? • Bei welcher Taktflanke gibt der Master ein neues Bit an seinem SO-Pin aus, das bei der nachfolgenden Taktflanke dann vom Slave gelesen werden kann? Hier sind ebenfalls zwei verschiedene Varianten moglich, die durch den zweiten Parameter CPHA (Clock Phase) festgelegt werden. Jetzt muss man allerdings zusatzlich auch noch den Zustand von CPOL beachten, denn von dessen Wert ist es abhangig, wie die vordere Flanke beziehungsweise die hintere Flanke des Taktimpulses ganz konkret ausse- hen (Bild 3). Bei CPOL = G steigt die vordere und fallt die hintere Flanke. Bei CPOL = 1 ist es genau umgekehrt. Mit diesen Festlegungen hat der Parameter CPHA folgende Bedeu- tung: • CPHA = 0 Der Slave ubernimmt die Daten von seinem Sl-Eingang bei der vorderen Taktflanke. Das ist bei CPOL = 0 die steigende Flanke und bei CPOL = 1 die fallende Flanke des Impulses. Der Master muss daher vorher, also mit der hinteren Flanke des vorhergehenden Impulses, dieses Datenbit schon auf seinen SO-Ausgang gelegt haben. • CPHA = 1 Der Slave ubernimmt die Daten von seinem Sl-Eingang bei der hinteren Taktflanke. Das ist bei CPOL = 0 die fal- lende Flanke und bei CPOL = 1 die steigende Flanke des Impulses. Der Master muss daher vorher, also mit der vor- deren Flanke des selben Impulses, dieses Datenbit auf seinen SO-Ausgang gelegt haben Mit diesen beiden Parametern CPOL und CPHA lassen sich nun die vier verschiedenen Ubertragungsfalle eines seriellen synchronen Datenaustausches beschreiben (Tabelle 1) Diese vier Modi sind vollstandig inkompatibel zueinan- der! Man muss immer sehr genau darauf achten, in wel- chem Modus der Slave (Peripherie-Baustein) arbeitet, damit man den Master (Mikrocontroller) entsprechend programmieren kann. Ein Beispiel soli das alles etwas klarer machen. Wir betrachten dazu den Modus 0 (CPOL = 0, CPHA = 0) in Bild 4. Die drei Kernpunkte hierbei sind: 1 . Die Ruhelage der Taktieitung ist Low (0 V). 2. Der Slave ubernimmt die Daten mit der steigenden Taktflanke. Zu diesem Zeitpunkt muss das zu lesende Bit bereits stabil am Sl-Eingang des Slaves anliegen 3. Der Master andert die Daten bei der fallenden Takt- flanke beziehungsweise andert die Daten auf jeden Fall vor der nachsten steigenden Taktflanke (diese Taktflanke erzeugt er ja selber). Kommt Ihnen diese exakt-formale Beschreibung des Datentransfers zu unhandlich vor, so lasst sich das auch fur die tagliche Praxis etwas griffiger beschreiben. Bei der seriellen synchronen Datenubertragung mussen Sie beim jeweils eingesetzten Slave-Baustein folgendes beachten bzw aus dem Datenblatt ermitteln: 1 . Wie sieht der Ruhezustand der SCLK-Leitung aus (Low- oder High-Pegel)? 4/2006 - elektor 43 GRUNDLAGEN SERIELLE YERBINDUNGEN Bid 5. Die Erweiterung zum seriellen Bus. Bild 6. Die Kaskadierung von Slaves. 2. Mit welcher Flanke ubernimmt der Slave die Datenbits von der Datenleitung (steigende oder fallende Flanke)? 3. Mit welcher Flanke muss dementsprechend der Master vorher die Daten auf die Datenleitung geschrieben haben (steigende oder fallende Flanke)? Haben Sie diese drei Punkte geklart, so konnen Sie sehr einfach den Mikrocontroller entsprechend programmie- ren. Eins mussen Sie jedoch beachten: Sehr oft finden Sie bei Mikrocontrollern mit On-Chip-Synchron-Interface beziehungsweise bei den Slave-Bausteinen die Bezeich- nungen CPOL, CPHA, (SPI) Modus, Leading Edge, Trai- ling Edge oder vordere/hintere Flanke. Dann mussen Sie sich klar sein, was das alles bedeutet und wie Sie die Datenubertragungssoftware zu gestalten haben. Der Datentransfer vom Slave zum Master (also Slave-SO- Ausgang und Master-SI-E ingang) geschieht nun ganz dhnlich: Die Bits werden aus dem Slave mit der jeweils ersten auf die Eintakt-Flanke folgenden Flanke ausgetak- tet. Taktet der Master ein Bit in den Slave mit der steigen- den Flanke ein, so wird am Slave-SO-Pin ein Bit mit der nachsten Flanke, also mit der fallenden Flanke ausgetak- tet und umgekehrt. Der serielle synchrone Bus Man kann diese Punkt-zu-Punkt-Verbindungen auch zu einem seriellen Bussystem mit mehreren Slave-Stationen erweitern, in dem man wie in Bild 5 d iese einfach paral- lel an die Takt- und Datenleitungen anschlieBt Das setzt jetzt allerdings voraus, dass jeder einzelne Slave indivi- duell angesprochen werden kann, damit immer nur genau ein Slave-Chip die fur ihn bestimmten Daten emp- fangen kann. Der Master muss fur jeden Slave einen digitalen Ausgang zur Verfugung stellen, uber den der Slave aktiviert wird (Chip Select Eingang beim Slave, meistens Low aktiv, also CS). Erst nach der Slave-Freigabe darf mit der seriel- len Datenubertragung begonnen werden. Am Ende des Datenaustausches wird der Slave ubertragungstechnisch wieder deaktiviert und kann die gesendeten Daten aus- werten, Besitzt der Slave einen SO-Ausgang, so werden die Daten aus dem internen Schieberegister dort ausgetaktef, solange das CS-Signal aktiv ist. Ohne SO-Ausgang blei- ben die Bits im internen Schieberegister und werden von den nachfolgenden Bits einfach uberschrieben. Erst wenn CS deaktiviert wird, beginnt die Auswertung der im Schieberegister vorliegenden Datenbits. Die Daten werden in der Regel byteweise ubertragen. Dabei kann der Datentransfer zum/vom Slave entweder am rechten Ende des Bytes (also mit dem Least significant bit LSB zuerst) oder am linken Ende mit dem most signifi- cant bit MSB beginnen Den Takt des Masters bestimmt die Datenubertragungsge- 44 elektor - 4/2006 | Tabelle 2. Vor- und Nachteile von synchron ansteuerbaren Slaves im Busbetrieb Standard -Bus system Vorteile: Slaves individuell ansprechbar Auch fur Slaves ohne SO-Ausgang geeignet. Datenijbertragung an die Slaves mit der maximalen Geschwindigkeit ohne zusatzlichen Datentransfer-Overhead moglich. Nachteile Fur jeden Slave zusatzlich eine digitale 1/0-Leitung (CS-Leitung) am Master notwendig, oder alternativ Aufbou einer CS-Logik. Kaskadiertes Bussystem Varteile Nur eine CS-Leitung fur alle Slaves notwendig. Exakt gleichzeitiges Ansprechen aller Slaves moglich, d h. gleichzeitige Auswertung der ubermittelten Daten, sobald C$ deaktiviert ist. Geringster Hardwareaufwand; sinnvoll einsetzbar wenn die Schnelligkeit des Datentransfers kein entscheidendes Kriterium ist Nachteile Nur fur Slaves mit SO-Ausgang geeignet. Erheb icher Datentransfer-Overhead, wenn Daten an nur einen Slave gesendet werden sollen. Der langsamste Slave bestimmt die maximale Datenubertragungsrate schwindigkeit, sie darf aber die maximal zulassige Takt- geschwindigkeif des Slaves nicht uberschreiten. Notfalls muss auf der Masterseite die Taktperiode (Taktbreite) durch Warteschleifen verldngert werden. Ein zu langsa- mer Takt macht im Allgemeinen nichts aus, da die Daten- ubertragung ja fiankengesteuert ist und es den Slaves meistens egal ist, wie viel Zeit zwischen den Flanken ver- geht, solange letztendlich die richtige Anzahl von Flan- ken (Bits) ubertragen wird. Kaskadierung von Slaves In vergangenen Zeiten, als es noch viele bunte Wildwie- sen gab, haben kleine und groBere Kinder aus Ganse- blumchen hubsche Blumenketten geflochten. Kaskadiert man nun mehrere Slave-Bausteine datenmaBig so wie in Bild 6 dargestellt, so sieht das ebenfalls wie solch eine Blumenkette aus und daher spricht in diesem Fall man von einer Ganseblumchen-Ketten-Anordnung der Slaves oder englischsprachig von einer Daisy-Chain-Con figura- tion. Kaskadierung bedeutet, dass die Datenspeicher alter Sla- ves datenmaBig in Reihe geschaltet sind. Die Slaves sind hier alle an einer CS-Leitung angeschlossen, werden also alle gleichzeitig freigegeben. Der jeweils vorhergehende 50- Datenausgang ist zusdtzlich mit dem nachfolgenden 51- Dateneingang verbunden. Dabei werden alle Bits nacheinander durch alle Slaves hindurch geschoben. Werden die Daten beim Master benotigt, so wird der letzte SO-Ausgang am 31-Eingang des Masters ange- schlossen. Ansonsten bleibt diese Verbindung offen und die Daten Fallen vom letzten SO-Ausgang in's Leere, Die ganze Anordnung wirkt damit wie ein groBes riesiges Schieberegister, das aus einer Vielzahl (drei oder mehr) kteiner Schieberegister zusammengesetzt ist. Gehen wir einmal dovon aus, dass jeder der drei Slaves ein 8 Bit breites Schieberegister besltzt. Salieri nun Daten fur den dritten Slave gesendet werden, so muss der Master 1 . CS aktivieren 2. die 8 Bits fur den Slave 3 austakten 3. noch 16 Bits hinterher schieben, damit die 8 Bits fur den Slave 3 auch dort ankommen. 4. CS wieder deaktivieren Und schon hat man ein weiteres kleines Problem: Es soil- ten ja nur neue Bits fur den Slave 3 ubertragen werden, die Slaves 1 und 2 sollen nicht mit (neuen) Daten versorgt werden. Um eine unerwunschte Auswertung dieser gesendeten Daten zu verhmdern, gibt es so genannte NO P-Daten bytes (no operation). Wenn dieses Bytemuster im Schieberegister des Slaves steht, wird gar nichts gemacht, wenn CS deaktiviert wird: Der Slave andert sei- nen aktuellen Zustand nicht. In unserem Beispiel muss man daher folgende 24 Bits ubertragen. 1 . CS aktivieren 2. 8 neue Nutzbits fur Slave 3 austakten 3. Zwei Nop-Bit-Muster fur Slave 2 und 1 hinterher schie- ben. 4. CS wieder deaktivieren Bei Deaktivierung von CS am Ende des Datentransfers reagiert nur Slave 3 wie gewunscht, die anderen Slaves nicht. Sollen dagegen fur alle drei Slaves gleichzeitig gul- tige Daten ubertragen werden, so sendet man die ent- sprechenden Bitmuster einfach hintereinander aus. Kaskadierte Slaves werden in der Praxis oft bei groBeren (mehrzeiligen) LED-Displayeinheiten eingesetzt. Jeder Slave ist zum Beispiel als Treiberbaustein fur eine Zeile des Displays zustandig. Bei der Kaskade ist wie beim Bus die Anzahl der Slaves theoretisch unbeschrankt, in der Praxis kostet ein Daten- transfer umso mehr Zeit, desto mehr Slaves vorhanden sind. Tabelle 2 zeigt die Vor- und Nachteile der mog- chen Zusammenschaltung von Slave-Chips. ( 040241- 1) rg Welterfuhrende Uteratur i I [1] Bern vom Berg, Peter Groppe, Joachim Klein C-Programmierung fiir 805 ler Band 1 : Der Einstieg - Band 2: Die ON-Chip-Peripherie - Band 3: Externe Peripherie - Elektor Verlag Aachen [2] PalmTec unter www.palmtec. de 4/2006 - elektor 45 In der letzten ELEKTOR haben wir ein universelles FPGA-Modul und eine Experimentierpla ine mit vielen Funktionen vor estellt. In unserem mehrteiligen tors zeigen wir, wie sich digitale Logik-Schaltunjen entwerfen und mit FPGAs realisieren Qassen. Der ers e Teil beschdf tigt Jen Grundelementen der digitalen chaltungs eel nik. und B keinen Einfluss haben, so lange an Eingang C das Signal „0“ liegt. Von Paul Goossens Das auffalligste Merkmal einer digita- len Schaltung ist die Tatsache, dass die Schaltung (normalerweise) nur mit zwei Spannungspegeln arbeitet. Die Spannungspegel werden mit „High“ (Hoch) und „Low“ (Niedrig) bezeich- net. „High“ gibt an, dass das Potential (die Spannung) eines Signals hoher als ein vereinbarter Wert ist, und „Low" gibt an, dass dieser Wert niedriger als der vereihbarte Wert liegt. Anstelle der Begriffe „High“ und „Low i0 sind auch die Zahlenwerte „ 1 und „0“ gebrauchlich. In der Regel entspricht eine „1“ dem hohen Spannungspegel, mit einer „0“ ist der niedrige Span- nungspegel gemeint. Bestimmte Bau- steine verarbeiten solche „binaren“ Signale - und liefern als Ergebnis ebenfalls „High oder „Low '. UND-Gatter Erstaunlicherweise lasst sich die gesamte digitale Schaltungstechnik auf drei Grundelemente zuruckfuhren. Auch die komplexesten digitalen Bau- steine bestehen aus Kombinationen dieser drei Elemente! In Bild 1 sind die entsprechenden Sym- bole und die zugehorigen Eigenschaf- ten dargestellt. Die Funktionen AND (= UND) und OR (= ODER) konnen unendlich viele Eingange haben, wah- rend die Funktion NOT (Inverter) stets nur einen einzigen Eingang hat. Alle drei Grundfunktionen haben immer nur einen einzigen Ausgang. Der Ausgang der Funktion AND ist nur dann „1“, wenn alle Eingange gleichzeitig „1" sind. Oder anders beschrieben: Der Ausgang ist nur dann „0“, wenn mindestens ein Ein- gang „0“ ist. Beide Aussagen beschreiben, wie aus Bild 1 hervor- geht, das gleiche Verhalten. Notation In Bild 1 sind in der obersten Zeile die Bezeichnungen der Grundfunktionen angegeben. In der Zeile unter den Schaltungssymbolen stehen die Sym- bole der Verkniipfungsoperatoren in „Boolescher Schreibweise". Mit Hilfe solcher Verkniipfungsoperatoren las- sen sich alle binaren Schaltungen nach mathematischen Grunds atzen beschreiben. Wie die folgende Zeile in Bild 1 zeigt, sind die resultierenden Booleschen Gleichungen sehr einfach aufgebaut. Unter diesen Gleichungen sind die so genannten Wahrheitstabel- len angegeben, die das Verhalten einer aus Verknupfungen bestehenden Schaltung noch anschaulicher beschreiben. In den linken Spalten ste- hen die moglichen Kombinationen der Eingangssignale, in der rechten Spalte steht das resultierende Ausgangssig- nal. Zum Beispiel ist der Ausgang des AND-Gatters nur dann ,,1“, wenn die drei Eingangssignale „1 sind (die AND- und die OR-Funktion sind hier mit drei Eingangen dargestellt, die Anzahl der Eingange kann jedoch zwi- schen zwei Eingangen und unendlich vielen Eingangen liegen). Wahrheitstabellen konnen oft kleiner und ubersichtlicher gestaltet werden, indem man ein Symbol einfuhrt, das so viel wie „beliebig“ Oder „hat keinen Einfluss “ bedeutet. Dies ist das Sym- bol „X“, es wird auch , .Don't care" genannt. Der zweiten Wahrheitstabelle der AND -Funktion ist zu entnehmen, dass die Signale an den Eingangen A ODER-Gotter und Inverter Der Ausgang eines OR-Gatters ist „1“, wenn an mindestens einem Eingang eine „1“ liegt. Oder anders ausge- driickt: Der Ausgang eines OR-Gatters ist nur dann „0“, wenn samtliche Ein- gangssignale „0“ sind. Ubrig bleibt noch die dritte Grundfunk- tion, der Inverter, auch mit „NGT U (NICHT) bezeichnet. Hier liefert der Ausgang dasjenige binare Signal, das ,,komplementar‘‘ zum Eingangssignal ist. Eine „0“ am Eingang ergibt eine „1“ am Ausgang - und umgekehrt. Auch diese Grundfunktion ist in Bild 1 dargestellt. Experimentierplatine Nun kommen wir zur Praxis. Die Grundfunktionen wollen wir auf der FPGA-Experimentierplatine umsetzen. In Bild 2 ist die Schaltung dargestellt, die mit dem FPGA realisiert werden soli. Als Eingangssignale dienen die Signale der vier auf der Experimentier- platine befindlichen Drucktaster, wah- rend die sieben LEDs die Ausgangs- signale sichtbar machen. Die notwendigen Dateien sind Bestandteil des Software-Pakets, das zu dieser Folge des FPGA-Kurses gehort Die Software lasst sich kosten- los von der ELEKTOR- Web site (www.elektor.de; die FPGA-Seite errei- chen Sie uber den entsprechenden Button im Menu rechts) herunterladen. Mit der Installationsroutine Setup.exe kann man die Software leicht installie- ren, Nachfolgend setzen wir voraus, dass die Software im vorgegebenen AA elektor - 4/2006 Ordner C:\altera\FPGA_course\l\exl installiert ist, und dass auch das FPGA-Modul und die Experimentier- platine nach den Anweisungen in den zugehorigen Beschreibungen instal- liert wurden. DoppeUdicken Sie auf die Datei exl.qpf im Ordner C:\altera\FPGA_course\ l\exl. Dadurch startet das Programm Quartus. Das Projekt, das zu diesem Beispiel gehort, wird geoffnet. Auf dem Bildschirm erscheint die Schaltung, die in Bild 2 wiedergegeben ist. An den Eingangen liegen die Signale SWITCH 1 ... SWITCH4, sie werden von der Software an die Eingange des FPGAs auf dem FPGA-Modul gelegt. Gleichzeitig verbindet die Software die Ausgange mit den LEDs LED1 ... LED7. Das Programm Quartus erzeugt nun eine Datei, mit der die Schaltung im FPGA abgebildet werden kann. Dazu muss man im Menu Processing die Auswahl Start Compilation anklicken. Nach kurzer Wartezeit erscheint die Meldung, dass die Compilierung erfolgreich beendet ist. Wie die erzeugte Datei in das FPGA- Modul ubertragen wird, ist in dem zum FPGA-Modul gehorenden Beitrag auf unserer Website beschrieben. Der ein- zige Unterschied besteht darin, dass das FPGA hier mit der Datei exl.sof konfiguriert werden muss. Praxis Nachdem das FPGA konfiguriert ist, kann die Schaltung erprobt werden. Bezeichnung: Englische Bezeichnung Elektrisches Symbol lEC-Symbol: Boolesche Funktion: Boolesche Gleichung: Wahrheitstabelle UND AND IC1 Q A B C & Q = A * B * C A B C Q 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 A B c Q X X 0 0 X 0 X 0 0 X X 0 1 1 1 1 A B C A B C ODER OR IC2 IC2 >1 Q = A + B + C A B C Q 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 — 1 1 1 A B c Q 0 0 0 0 X X 1 1 X 1 X 1 1 X X 1 NICHT NOT/INV IC3 IC3 Q = A A Q 0 1 1 0 060025-11 Q Bild 1 Die logischen Grundelemenfe der digitalen Schaltungstechnik. 4/2006 - elektor 47 FPGA Bild 2. Dos erste Beispiel - ols Schaltung dorgestellt. Die Drucktaster SI ... S4 steuern die Signale SWITCH1 ... SWITCH4. Wenn ein Taster gedruekt wird T geht das zugehorige Signal von „0 U auf „1“. Ini Ruhezustand zieht ein Pulldown- Widerstand (R5 ... R8) den Eingang nach Masse. Die Ausgange LED1 ... LED7 steuern liber ein Treiber-IC (IC7) die LEDs D8 ... D14. Auf der Experimentierpla- tine sind die LEDs mit ,,1“ bis „7 i4 bezeichnet. Aus unserer Beispiel-Schaltung (in Quartus) geht hervor, dass LED1 unmittelbar vom Signal SWITCH1 gesteuert wird, so dass diese LED beim Driicken von Taster SI aufleuch- tet. Das Gleiche gilt fur Taster S2 und LED2. Dagegen zeigt LED3 ein anderes Ver- halten, weil diese LED von den Signa- len SWITCH 1 und SWITCH2 liber ein OR-Gatter gesteuert wird. Das hat zur Folge, dass LED3 aufleuchtet, wenn entweder Taster SI oder Taster S2 (oder gleichzeitig SI und S2) gedruekt werden. Mit LED4 las st sich die Funktion eines AND-Gatters testen. Die LED leuchtet nur dann auf, wenn Taster SI und Tas- ter S2 gleichzeitig gedruekt werden. LED 5 wird liber ein AND-Gatter mit vier Eingangen gesteuert, so dass diese LED nur aufleuchtet, wenn alle vier Taster SI ... S4 gleichzeitig gedruekt werden. Die nachste LED (LED6) demonstriert die Funktion eines OR-Gatters mit vier Eingangen. Hier genligt es, nur einen einzigen Tas- ter zu driicken, um die LED aufleuch- ten zu lassen. Bleibt noch LED7, sie veranschaulicht die NOR-Funktion. LED7 leuchtet auf, wenn LED6 nicht aufleuchtet, also wenn kein Taster gedrlickt ist. Uberzeugen Sie sich selbst! Selbst entwerfen Ziel unseres Kurses ist der selbststan- dige Entwurf von logischen Schaltun- gen - und das Realisieren dieser Schal- tungen durch die Konfiguration eines FPGAs. Dazu sind nicht nur Kennt- nisse der digitalen Elektronik erforder- lich. Auch der Umgang mit Quartus will geubt sein. Der beste Weg dorthin ist die Praxis - trotzdem kann es nicht schaden, zuvor das zugehorige Tutorial durchzuarbeiten. Ferner enthalt der Ordner C:\altera\FPGA course\ex2 ein PDF-Dokument mit einer Schritt-fur- Schritt- Anleitung , die beim Entwurf der Beispiel-Schaltung Hilfestellung leistet. Wir empfehlen, dieses Doku- ment sorgfaltig durchzuarbeiten und das Beispiel in Bild 2 ein zweites Mai zu entwerfen. Auf diese Weise uben Sie nicht nur den Umgang mit Quartus. Sie lernen auch, das Programm so zu konfigurieren, wie es die Experimen- tierplatine und das Programmier-Inter- face erfordern. LEDl = SWITCH1 LED 2 = SWITCH2 LED 3 = SWITCH 1 + SWITCH2 LED 4 = SWITCH 1 * SWITCH2 LEDS = SWITCH1 * SWITCH2 * SWITCH 3 * SWITCH4 LED 6 = SWITCH 1 + SWITCH2 + SWITCH3 + SWITCH4 LED 7 = LED 6 ODER LED 7 = (SWITCHl + SWITCH2 + SWITCH 3 + SWITCH4) 'A*B' = 'A AND B' 'A+B ' = 'A OR B' A = 'not (A)' 060025- 13 Bild 3. Erstes Beispiel in Boolescher Notation. 48 elektor - 4/2006 Boolesche Algebra Die logischen Funktionen, die in Bild 2 in Form einer Schaltung dargestellt sind, konnen auch mit Hilfe der Boole- schen Algebra beschrieben werden. In Bild 3 sind die sieben Funktionen in dieser Schreibweise aufgelistet. Boole- sche Gleichungen lassen sich auch in Quartus verwenden. Dazu wird die Programmiersprache VHDL genutzt, die eigens zur Beschreibung digitaler Schaltungen geschaffen wurde. Aus den Programm-Zeilen in VHDL erzeugt die Software die Datei, welche den FPGA konfiguriert. Das Ersteilen der Schaltung als Grafik und das Beschrei- ben der Schaltung in VHDL flihren beide zum gleichen Ziel. Beispiel Der Ordner C:\altera\FPGA_course\ex3 enthalt die zum nachsten Beispiel geho- renden Dateien. Nach einem Doppel- klick auf ex3.qpf startet Quartus und ladt dieses Projekt. Der Unterschied zum vorangegangenen Beispiel besteht darin, dass in exS.bdf (giafische Darstel- lung der Schaltung) alle Eingange und Ausgange mit einem groBen Rechteck verbunden sind. Das Rechteck synibo- lisiert den Block, der die Eingangssig- nale verarbeitet und die Ausgange steuert. Ein Doppelklick auf das Recht- eck offnet das Dokument, in dem beides spezifiziert ist. Dabei kann es sich um eine weitere grafische Darstellung oder um eine Funktionsbeschreibung in VHDL handeln. In diesem Fall besteht die Beschreibung aus VHDL-Code. In VHDL werden alle Elemente, die auf das Zeichen „ — “ folgen, als Kommen- tare betrachtet. Kommentare haben keinen Einfluss auf das Dokument, sie konnen jedoch fur das Verst andnis auBerordentlich hilfreich sein. Der Aufbau eines VHDL-Dokuments wird erst spater naher erklart, an die- ser Stelle soli Folgendes genugen In Zeile 29 erhalt das Projekt den Namen ex3_VHDL, gefolgt von der Definition der verwendeten Eingange und Aus- gange. Die Signale INI ... IN4 sind als E ingangs signale (IN) und die Signale OUT1 ... OUT7 sind als Ausgangssig- nale (OUT) definiert. Mit dem nachfol- genden Teil des VHDL-Dokuments wollen wir uns spater beschaftigen. Gleichungen Auffallend im VHDL -Dokument sind die Zeilen 57 bis 63. Hier sind die Boo- FPM Die ELEKTOR-FPGA-Experimentierplatine Von Paul Goossens VGA Lifl uJ^verliytr VOA.Ai.ifgc.pg ubar lIM Texl und Grir.fik ^ujT den j'C BildschirTi d'j> Lcn mi C?=r £>!pertmerlierT 3 la: 1 e vtP-tnrds-n enujlt ^1 J* r e-t f Skh* S«il* 2d Swh* Sflire 2d Drucktaster DIP-Schalter Fs TJS4 mch nmer eine clphr, JT? V,I Jen rAim-5-dirilorn riscF? Tai'olui ien j l- vm'a 7wo:i.e (as. s ch OpTonfa oequem genugen e riuche Dru^lrltrfr?' 71, „nd ah’ ! '"ha'ie n 5i*h* Sana 26 Siehe Sclfc 26 leschen Gleichungen wiederzufinden, die schon aus Bild 3 bekannt sind. fQei- nere Unterschiede bestehen lediglich darin, dass das Zeichen „ = “ durch „< = “ ersetzt ist, was so viel wie „wird“ bedeutet. Das Operator-Zei- chen lasst sich durch „and“ erset- zen, und an Stelle von „ + “ darf „or“ stehen. In Zeile 63 wird nicht die Gleichung „0UT7 <= not (0UT6)“ verwendet. Stattdessen ist die Gleichung voll aus- geschrieben. Die Schreibweise „0UT7 <= NOT (0UT6)“ ware theoretisch ebenfalls korrekt. Leider durfen in VHDL Ausgangs signale nicht als Ein- gangssignale interner Logik-Blocke benutzt werden. Im weiteren Verlauf des FPGA-Kurses wird noch deutlich werden, weshalb es diese Vorschrift gibt - und wie sie sich mit einem ein- fachen Kunstgriff umgehen lasst. Auch das dritte Beispiel sollten Sie wie beschrieben compilieren und auf der Experiment ierplatine ausprobieren. Anpassett Im Ordner ex4 befindet sich noch ein Dokument, das Schritt fur Schritt beschreibt, wie sich das gerade behandelte Beispiel in Quartus gra- fisch ersteilen lasst. Die Konstruktion von Blocken und der hierarchische Auf- bau von Projekten stehen im Mittel- punkt dieser Lektion - dazu kommen weitere Fahigkeiten und Moglichkei- ten von Quartus. Schon deshalb sollten Sie die Ubungen nicht uberschlagen. VHDL ist eine „machtige“ Sprache, von der hier nur ein erster, sehr unvoll- kommener Eindruck vermittelt werden kann. Es ist jedoch schon jetzt deutlich geworden, dass sich die Entwick- lungszeit mit VHDL erheblich verkur- zen lasst. Soil beispielsweise LED D1 (OUT! im VHDL -Dokument) nur dann aufleuchten, wenn Taster SI und Tas- ter S4 gleichzeitig gedriickt sind, kann man das VHDL-Dokument ganz ein- fach andern. Die in Zeile 57 stehende Anweisung wird einfach durch „0UT1 <= INI and IN4;“ ersetzt. Probieren Sie dies aus, indem Sie nach der Ande- rung eine neue Compilierung durch- fiihren und das FPGA neu konfigurie- ren! Will man die Anderung grafisch durch- fuhren (wie im ersten Beispiel), ist der Arbeitsaufwand hoher. Ein groBeres Projekt kann sich schnell zu einem Labyrinth aus Verbindungen und Logik-Elementen entwickeln. Dadurch geht die Ubersichtlichkeit verloren, und das Projekt ist nur noch schwer iibersehaubar. In VHDL ist das Verhal- ten der Schaltung (unterstiitzt von hil- freichen Kommentaren) wesentlich transparenter. Ausblick In der nachsten Folge des FPGA-Kur- ses ist die Siebensegment-Anzeige an der Reihe. AuBerdem beschreiben wir den Einsatz von Speicherelementen. Hinzu kommen elementare Rechenope- rationen. Inzwischen konnen Sie im Forum (www.elektor.de) liber FPGAs, liber unser FPGA-Modul, die Experi- mentierplatine und natlirlich auch liber diesen FPGA-Kurs diskutieren. ( 06 Q 025 gd) Die zu dieser Folge des FPGA-Kurses gehorende Software kann kostenlos von der ELEKTOR-Website heruntergeladen werden (www elektor.de; die FPGA- Seite erreichen Sie uber den entspre- chenden Button im Menu rechts). Die Datei hat die Nummer 060025-1-1 1 . 4/2006 - elektor 49 HAUS & GARTEN Arger mit fremden Tieren auf Ihrem Grundsfuck? Ihre vierbeinigen Lieblinge reiften offer mal aus? Der hier vorgestellte Elektrozaun-Generator setzt dem 1 reiben ein Ende. Zum Einsatz kommen der bekannte 555 und eine 2 undspu ie. elektor - 4/2006 f S Altere ELEKTOR-Leser erinnern sich vielleicht noch an die auf der Bande- role abgedruckten „Wegwerfschaltun- gen” aus den Siebzigern. Einer der damaligen Beitrage beschaftigte sich mit einem Generator fur einen Elektro- zaun. 35 Jahre spater prasentieren wir den modernisierten Nachfolger der Schaltung (Tipps zum Aufbau des Elektrozauns findet man im Internet, siehe zum Beispiel den Link unten). Die Generatoren sind zwar in robuster, wasserdichter Form auch im Handel erhaltlich (zum Beispiel in Laden fur Landwirtschafts-Zubehor); aber gerade bei solch einer einfachen Schal- tung gibt es fur Elektroniker naturlich keine Alternative zum Selbstbau! Klein aber wirkungsvoll Wie in Bild 1 zu sehen ist, erfordert der Aufbau des Generators nur wenige Bauteile. Bis auf die Ziindspule, die man am giinstigsten beim (Auto-)Schrotthandler erwerben kann, ist alles Standard. Das Prinzip der Schaltung ist schnell erklart. Kernstiick (IC1) ist das altbe- kannte Timer-IC mit der Bezeichnung 555, das hier als Oszillator mit einstell- barem Puls-Pausenverhaltnis einge- setzt wird. Da wir lange Pausen- (0) und kurze Pulszeiten (1) benotigen, wurden in das frequenzbestimmende Netzwerk zwei Dioden (D2 und D3) mit aufgenommen. Mit dem Schiebeschalter SI lassen sich drei Puls-Pausenverhaltnisse aus- wahlen, indem innerhalb der Wider- standskette Rl, R2 und R3 jeweils andere Verbindungspunkte angezapft werden. Der Ausgang des 555 steuert einen Leistungs-MOSFET (Tl), der die Pri- marseite der Spule wahrend der kur- zen Puls-Zeit des Oszillators (Zustand „1“) mit Masse verbindet. Dadurch entstehen an der Sekundarseite der Spule kurze Hochspannungsimpulse. Uber D6 wird die Betriebsspannung vom Akku entkoppelt und mit C7 und C8 gepuffert. Dadurch erfolgt bei zu geringer Akkuspannung kein Reset des Timer-ICs. Dies wurde namlich eine zu schnelle Folge der Entlade- Impulse nach sich ziehen. Damit der Wert von C7 nicht allzu groB sein muss, wurde ein TLC555 statt der Standardversion des 555 eingesetzt. Bleibt noch zu erwahnen, dass Dl, R7 und D5 zur Anzeige der Betriebsspan- nung dienen. ■ Technische Daten • Entlade-Energie in drei Stufen ein- stellbar: 250 mj, 400 mj und 450 mj. I • Geringe Stromaufnahme: 25 mA, 70 mA oder 150 mA, abhdngig von der Entlade-Energie. • Lange Betriebsdauer: 50, 20 oder 8 Tage, abhdngig von der Entlade-Energie (mit 45 Ah Akku und 2/3 Entladung). | • Zeit zwischen zwei Impuisen: 1 1 ,5 s. Einfache Anpassung mit R5 | moglich. • Pulsdauer jeweils 16,5 , 24 und 3 1 ms. I • Stromaufnahme der I Steuerschaltung maximal 1,6 mA. Aufbau Bild 2 zeigt das Layout der Schaltung. Zum Aufbau gibt es eigentlich nur zu sagen, dass die Drahtbriicke bei D2 nicht vergessen werden darf. Noch ein paar Hinweise zu den ver- wendeten Bauteilen: Fur den Zeit bestimmenden Kondensator C4 schla- K1 +12V * — Q_ © 12V K2 \a © Dl 1 TOV 0W5 R7 JF I 06 ± 1M4002 9 — *- Cl f IB C2 S3V Do R3 lflC-j 63V' SI .A i a S1.B Nh. D2 R4 ‘ — -=-0 86 D4 H im h -T 2x 1N4148 OS Jl I K3 □o) (15) C6 100n C7 tOOn 47)1 23V 6 D|$ 1C1 TLC55S TR OUT THR C4 1^5 CV 470 a is Zundspufe K4 O 0 ) IRFP460 r 1 Tl F DA 3 Z : 5 C3 1 Dn 1N40G7 QSQ24B - 1 1 Bild 1. Ein 555-TimeMC ist hier als astabiler Multivibrator geschaltet. 4/2006 - elektor 51 HAUS & GARTEN iiid 2. Die Platine 1st erfreulkh kompakt, wenn man von der etwas groOeren Spde einmcl absieht. Biid 3. Die Zundspule. Primdre und sekundare Spule besitzen denselben Massepunkt. gen wir eine MKT-Version vor. Dies ga- rantiert eine langere Lebensdauer und einen geringeren Leckstrom als bei einem Elko. R7 kann je nach der gewunschten Helligkeit der LED ver- andert werden. Falls C5 schwer erhaltlich sein sollte, lasst sich auch ein alternativer Wert von 470 nF (bei ebenfalls 630 V Spannungs- festigkeit) einsetzen. Wichtig: In diesem Fall rniissen R1 gleich 8k2 und R2 sowie R3 gleich 4k7 gewahlt werden. Eine Alternative zum MOSFET ist zum Reispiel der 20N60. Den MOSFET haben wir ubrigens nicht direkt auf die Platine montiert, sondern mit Schrau- ben und Abstandshaltern ein paar Millimeter uber der Platine „schwe- ben“ lassen. Dies bewirkt eine bessere Kiihlung. Sollte die Zeit zwischen den Pulsen zu lang sein, so kann R5 durch eine Drahtbriicke ersetzt werden. Rei der Spule (Biid 3) muss es sich urn eine Version fur elektronische Ziindun- gen handeln. Rei dem von uns verwen- deten Typ betragt der Widerstand der Primarwicklung 0,7 Q und die Indukti- vitat 5 mH. Um die Spule gegen einen Schaltungs- fehler zu schiitzen, ist eine Sicherung sehr zu empfehlen. Sollte namlich der Oszillator aus irgendeinem Grund sei- nen Dienst einstellen und der MOSFET dadurch im leitenden Zustand verblei- ben, so kann der vollstandige Akku- strom durch die Spule flieBen und diese zerstoren oder sogar in Brand setzen. Zur weiteren Erhohung der Zuverlassig- keit der Schaltung lotet man das IC am besten ohne Fassung direkt auf der Pla- tine ein. Die Kontakte einer Fassung kon- nen namlich dort, wo die Schaltung aller Voraussicht nach eingesetzt wird (nam- lich im Freien), sehr leicht oxidieren. Auch beim Schalter werden zwei Schaltkontatoe gleichzeitig verwendet, damit die Wahrscheinlichkeit einer schlechten Verbindung geringer wird. Da der Schalter nach dem Einbau gut zu bedienen sein muss, lotet man ihn am besten auf der Leiterbahnseite fest. ( 050248 ) Tipps zum Aufbau des Zauns gibt's zum Beispiel unter: www.gs-zaunsysteme.de/Zaunsysteme/ Zaunaufbau/zaunaufbau.html Bauteile-Liste Widerstiinde R1 = 15 k R2, R3 = 6k8 R4 = 1 M R5 = 390 k R6 = 470 Q R7 = 560 Q Kondensatoren: C 1 , C2 = 1 00 p. / 63 V radial C3 = 10 n C4 = 1 p5 MKT, Raster 5 / 7,5 mm C5 = 220 n / 630 V MKT, Raster 22,5 / 27,5 mm, Abmessungen: 1 1 x 30 mm C6, C8 = 100 n C7 = 47 (T / 25 V radial Halbleiter: D1 = 10V/0W5 D2, D3 = 1N4148 D4 = 1 N4007 D5 = low-current LED D6 = 1 N4002 T1 = IRFP460PBF (500 V / 20 A, T0247AC), z.B. Digi-Key IRFP460PBF ND IC1 = TLC555CP (kein NE555!) Aufterdem: K1 . ,K4 = Autostecker vertikal, 2-Pin- Printmontage SI = Schiebeschalter zur Platinenmontage, 2x3 (zwei Mutterkontakte, drei Steilungen) z,B. Conrad 708097-62 Schmelzsicherung 4 A/T (+Halter) 12-V-Spule (+ Zundkerzenkabel ausreichender Lange) | 1 Drahtbriicke (direkt neben D2) j Platine 050248-1 erhaltlich unter | www elektor.de. | elektor - 4/2006 TECHNIK MIKROCONTROILER Von Jens Nickel L . J f ' Nkht nur in unseren Schaltungen, ouch in hundertlausemltach verkauhen Elektrogeriiten sleeken Mikrocontroller und ausgefeilte Programme. Doeh wie entwiekeln Profis, wenn es urn sechsstellige Sliickmhlen gehl? Wir haben den bekannlen Hausgeriilehersleller Miele besucht - und interessnnte Entdeckungen gemncht! Gutersloh ist nicht gerade eln Ort, den man mil aufre- genden teehnischen Innovationen verbindet. Die meisten Deutschen werden nicht einmal wissen, wo die Stadt uberbaupt liegt - und im Ausiand kennt man sie uber- haupt nicht. Ganz onders ist das mit der Firma Miele, die hier schon seit fast hundert Jahren ihren Hauptsitz hat. Den Hausgerotehersteller darf man mit Fug und Rechl als weltbekannt bezeichnen - exportiert er seine Staubsauger, Wasch- und Spulmaschinen, Trockner und Herde doch in uber 150 Lander. Reinhild Portmann von der Miele-Pressestelle, die wir an diesem kalten Januar- tag in Gutersloh treffen, kann dazu noch vieles ergan- zen. So hat das Unternehmen mit rund 1 5.000 Mitarbei- tern im letzlen Jahr 2,26 Milliarden Umsatz erzielt. Pro- duziert wird in Deutschland und Osterreich, wobei in Gutersloh Waschmaschinen und Trockner vom Band rol- len. Und naturllch ist auch die Rede von der besonderen Qualitat und Langlebigkeit der Gerdte. Ein Anspruch, fur den Kunden in oiler Welt dann auch gerne etwas tiefer in die Tasche greifen. elektor - 4/2006 Profis iiber die Schulter geschout „Unsere Waschmaschinen sind fur 10.000 Betriebsstun- den, also 20 Jahre Nutzung ausgelegf", prdzisiert Miele-Manager Josef Avenwedde bei unserem Gesprdch. Der Leiter der Elektronikentwicklung erlautert uns auch, wie der Kundendienst funktioniert. Bei Bedarf kann der Servicefechniker sogar Parameter wie Wasch- zeiten, Solldrehzahlen oder Wossertemperaturen anpos- sen (Bild 1). Denn wahrend der Jangen Nutzungsdauer einer Waschmaschine konnen ja Waschmittel auf den Markt kommen, mif denen nocfi wassen und energiespa- render gearbeitet warden kann. Die Gerdte sind hierzu mit einer optischen Schnittstelle innerhalb der Bedien- blende ausgestattet. Avenweddes Mitarbeiter Ernst Hokamp, der an diesem Nachmittag unser drifter Gesprachspartner ist, erkldrt uns deren Aufbau. „lnner- halb einer Reihe Kontroll-LEDs haben wir einfach eine Leuchtdiode durch einen Fototransistor ersetzt", so der Leiter der Elektronik-Produktgruppe Waschen. Eine der LEDs fungiert als Sender. Stolz sind die beiden leitenden Entwickler vor allem darauf, dass diese Losung nur einen minimalen Bauteileaufwand erfordert. Denn auf dem hart umkompften Gebrauchsgutermarkt spiirt naturlkh auch eine Firma, die sich als Premiumhersfeller versteht, den Koslendruck. So leisfet sich Mieie zwar als einziger in der Branche eine ergene Elektronikfertigung. Dennoch warden rund 20 % der Phtinen von externen Dienstleis- tern bestuckf. „Denn so muss sich auch unsere Produk- fion dem Markt stellen", erlautert Avenwedde. Vorreiter bei SMDs 1 989 war Mieie der erste Hausgerafehersteller, der SMD-Bauteile nutzte. Um die Kosfenvorfeile voll aus- schopfen zu konnen, wurde sogar der Prog ramm-Dreh- wahlschalter - Pflichtbauteil jeder Waschmaschine - auf Oberflachenmonfage getrimmt. Da es keine mechani- schen SMD-Losungen zu kaufen gab, entwickelten die Guterloher eine optoelektronische Variante. Dabei wird das Lichf kreisformig angeordneter SMD-Leuchtdioden iiber einen Lichtleifer auf einen SMD-Fototransisfor gefuhrt, der die Drehbewegung detektiert. Mitfe der Achtziger hielten Mikroconfroller in die Waschmaschinen Einzug (siehe dazu Bild 2). „Zuerst haben wir die Controller fast ausschl ieBI ich zur Motor- steuerung eingesefzt", erinnert sich Avenwedde. Vorher wurden Triacs und Thyrisforen mit diskreten Bauteilen angesteuert. Die ersten in grofieren Stuckzahlen einge- setzten Mikroconfroller bezog der Hausgeratehersteller von der Firma SGS Thomson. Der 8-bit-Chip verfugte iiber 4 kByte Rom und wurde in Assembler program- miert. 1992 sfieg man auf einen 8’bitter von Mitsubishi um. Filr den M37451 (mit 6502-Kern!) hatten die Japa- ner eigens einen „$frukturierten Assembler" entwickelt, der schon Elemente einer Hochsprache aufwies. Auch Hokamp erzahlt gern von den Zeiten, die seine ersten Jahre bei Mieie waren. Schmunzelnd erinnert sich der Entwickler an so manchen Kollegen, der damals noch Bild 1 . Uber die optische Schnittstelle der Waschmaschine (hier vom Saugnapf des Interfaces verdeckt) lessen sich neue Programmparameter einspielen - so mm Beispiel, wenn effizientere Waschmittel auf den Markt kommen. Bild 2, Technischer Fortschrift: In den letzten 20 Jahren hat die Zahl der Funktionen in den Miele-Geraten stark zugenommen (hier sind die Features der aufwdndigeren Wasch- und Spulmaschinen zusammengefasst). Leistungsfdhigkeit und Speicher der verwendeten Mikroconfroller mussten naturlkh mitwachsen. Entwicklung der ^Controller in Abhangigkeitder Funktionalitaten 0 |*fScher DWS Amcnjif L cucFitdJ UiiJehi t HunJiininrien [Jiuck-, ReSTfpLfrtrt€ RftsflBucMiu l(-npn/£*iJi TtiirifMHvinir .1 HTtyle Speichw 6 Jahre * — G J 2 I>ta 5 J a hre Atprutiuin. Display OplisuiliHi DWS ) eucMtliQden Srt tihfl mulraftiijJh t Fl-!r! : ;rnjf I 12 OrriCh Ijivvaei HMtllMlSStFf 48 HUytf; SptMrhiH' SSltjlC OTBh43fuck -Staler Grafeschfis Displjp Hapa/flives loticri Triltuanij SpruhaErnttretiwlg EWatfum V u J._ m&B&m . I RftfM 512 KByiM SfH3ir:HF!f 16 Bit t£C WHelftgjHnms Ontfi Drigi sister Grafts nhj-7, DksriPfiy KBpaajjptsTpudi pwteifaR tvitffdP j dal u SdUEH.-rMitf I r Lrljciiicj S[tru*Kn5ri
  • rozessor keine Verwendung mehr gibt. Viele tausend inthusiasten, verteilt uber den gesamten Globus, arbeiten Licht dieser Welt erblickte, mussten einige Hindernisse aus dem Weg geraumt werden. Die Entwickler des 6502 hatten zunachst die Absicht, einen Mikropro- zessor mit der Bezeich- nung 6501 auf den Markt zu bringen. Der 6501 glich dem 6800 von Motorola aufs Haar, und das war sicher kein Zufall. Beide Mikroprozessoren stammten aus den Kop- fen der gleichen Entwickler! Kurz nachdem Motorola den 6800 auf den Markt gebracht hatte, war es zu einem Eklat zwischen dem Konzern und den 6800-Entwicklern gekommen. Dies hatte zur Folge, dass fast alle an der Entwicklung beteiligten MitarbeEter gleichzeEflg ihren Hut nahmen und zu MOS Technology wechselten, MOS, in diesen Jahren der mdchtigste Konkurrent von Motorola, hatte die Star ken des 6800 erkannt und sann auf ein Konkurrenzprodukt. Der konkurrierende Mikroprozessor sollte pinkompatibel zum 6800 sein. Die von Motorola zu MOS ubergelaufenen Entwickler machten sich sofort ans Werk, und es entstand der 6501 . Der Preis dieses neuen, zum 6800 totsdchlich pinkompatiblen Mfkropro zessors lag ein deutliches Stuck unter dem Preis des Kon- kurrenz-Produkts. Der Grund war einfach: Es waren kaum Entwicklungskosten angefallen. Motorola lieB die Sache nicht auf sich beruhen und drohte damit, gegen MOS massiv juristisch vorzugehen. Daraufhin anderte MOS lediglich die Pin-Belegung des 6501 . Der abgewandelte Mikroprozessor erhielt die Tvoenbezeichnuna 6502. Allerdings passte der 6502 60 elektor - 4/2006 von MOS jetzt nicht mehr in Boards, die fur den 6800 von Motorola ausgelegt waren. Motorola begnugte sich mit dem Zugestandnis von MOS, die Pin- Befegung zu andern, und nahm von dem angedrohten Rechtsstreit Abstand. Da fur den 6502 noch keine Boards existierten, musste sich MOS etwas einfallen lassen, um den neuen Prozes- sor zu pushen. Der erste Single-Board-Computer mit dem 6502 war der „KIM-1 " (Bild 1). Sein Arbeitsspeicher war 1 KByte groB. Die Hersteller von Home-Computern erkannten schnell die enormen Moglichkeiten, die in dem 6502 steckten. In den USA gelang dem 6502 der Durchbruch, als der Apple II und die Atari-Modelle 400 und 800 auf den Markt kamen. In Europa ebnete Commodore mit den Home-Computern VIC-20 und Commodore 64 den Weg. Der legendare Commodore 64 arbeitete mit einer modifi- zierten Version des 6502, die 6510 hieB. Dieser Home- Computer wurde weltweit mehr als 25 Millionen Mai ver- kauft. Die Anzahl der weltweit absetzten 6502-Mikropro- zessoren wird auf uber hundert Millionen Stuck geschatzt! Auch in ELEKTOR erschienen in diesen Jahren verstarkt Bauprojekfe, in denen der 6502 im Mittelpunkt stand. Ein Highlight war Im jahr 1980 der ELEKTGR-Junior Compu- ter". Er wurde zu einem besonders erfolgreichen Lebr- un d Lemsysfem. Drei Jahre spafer veroffentlichte ELEKTOR nach und nach einrge Hardware-Komponenten fur den Selbstbau, aus denen nach dem Baukasten-Prinzip ein in sich abgerundetes 6502-System zusammengestellt wer- den konnte. Dieses System erhielt 1985 den Namen r ,Oktopus 65". sche Operationen durchgefuhrt werden konnen. Die beiden ande- ren Register, X und Y genannt, haben die Funktion von Index-Registern. Durch die hohe Anzahl der verfugbaren Adressierarten kann der 64 KByte groBe Speicherbereich sehr effizient mit Zwei-Byfednstrukfionen, bestehend aus Opcode und Operand, adressrert werden. Zum Beschreiben des ges- □ mten 64-KByte-Speichers genugen Zwei-Byte-lnstruktio nen (Opcodes und Operanden) mit einer Lange von ins- gesamt 19 Byte. Wer weiB, wie's geht r kann dem Autor dieses Beitrags eine Mail schicken (rsluman@gmail.com) . Der 6502 existiert in zwei weiteren Versionen mit unter- schiedlichen Modifikationen; Die Version 6507 war das Herz des Spiele-Computers Atari VCS 2600, wahrend die Version 6510 millionenfach im Commodore 64 ihren Dienst tat, Ubrigens war der Commodore 64 der erste Home-Computer, der die intelligent© Methode des „Bank switching' 7 anwendete. Das bedeutet, dass Segmente innerhalb des 64-KByte-Adressbereichs doppelt belegt waren. im Adressbereieh der l/O-Ports war auch ein Teil des RAM zuganglich; zwischen I/O und RAM konnte man beliebig umschalten. NachbiSdurig Ein guter Weg, die Eigenschaften des 6502 kennen zu lernen, ist die Erprobung dieses Mikroprozessors in der Praxis. Auch wenn man keinen Original-6502 besitzt, gibt es verschiedene Moglichkeiten. >; Tec hnische Details Der 6502 ist ein 8-bit-Mikroprozessor und besteht aus rund 4.300 Transistoren. Seine Betriebsspannung betragt 5 V. Der Adressbus ist 1 6 bit breit, so dass bis zu 64 KByte Speicher im Bereich hex. 0000.. .FFFF adres- siert werden konnen. Die Taktfrequenz betragt zwar „nur" 1 MHz, doch der 6502 arbeitet im Gegensatz zum Z80 ohne Mikrobefehlscode-lnstruktionen. Deshalb ist seine Geschwindigkeit mit der Geschwindigkeit eines Z80 vergleichbar, der mit der Taktfrequenz 4 MHz arbei- tet. Der Befehlssatz des 6502 umfasst nur 56 Instruktionen. Da die RAM-Speicher in den siebziger Jahren schneller als die Prozessoren waren, statteten die Entwickler den 6502 mit nur drei acht Bit breiten Registern aus. Der Akkumulator ist das einzige Register, mit dem algebrai- I Bild 2 , Maftgeschneidert fur Studfen und Experi- ment© mit dem 6502: Der 6502-Makro- Assembler und -Simulator von Michal Kowalski. 4/2006 - elekfor 61 MIKROCONTROLLER VILT- CM .---ii il.ilo: rtl IMSs fc?wd. SO fpi Bild 3. Der aus olten Zeiten vertraute Start-Bildschirm des Commodore-64, hier emuliert von einem modernen PC. r* ■i'J.inc' |j fl !»=? COMttQDORL £1 BASIC U2 ***** 64K RAM SVSTEM 39911 BASIC 9V 3 ES FRFL 16 FOR 1-0 TO 255 20 POKE 532 SO, I 30 POKE 53291 < I 40 acxt 1 RUM IjTTlI L Biid 4. le von zwei Piatinen, ius denen der diskret mfgebaute 6502 von Meter Muller besteht. (Quelle: Website „Dieter's Hobby Projects" [3]) Emulator Ein Emulator ist ein Programm, das eine so genannte „Vi rtuelle Maschine" bereitstellt. Ein Computer-System bil- del da bei ein fremdes System perfekt nach. Da die Nach- btldung in alien Details mit dem Original identisch ist, lauft die fur das Original-System geschriebene Software auch zusammen mit dem Emulator. SogaT eventuelle Hard- oder Software-Entwicklungsfehler des Original-Sys- tems sind im Emulator vorhanden, Fiir fast alle Systeme aus den siebziger und achtziger Jahren existieren inzwi- schen gute Emulatoren. Oft erhalt man mit der Emulator- Software popular© Programme aus der Blutezeit der Ori- ginal-Systeme, so dass der Emulator sofort ausprobieit werden kann. Die Zeiten, in der die alten Applet, Atari- und Commodore-Computer Millionen Menschen begei- sterten, leben mit den Emulatoren wledet auf. Ein bekanntes Emulator-Programm, das durch seine Viel- seitigkeit auffdllh ist VICE. Die Abkurzung VICE steht fur f ' t Versatile Commodore Emulator"; zu finden ist VICE auf der unten angegebenen Website [2]. VICE emuliert alle bekannten Com modo re-System e, darunter noturlich auch den Commodore 64. Die Emula- tion arbeitet so perfekt, dass prak- tisch alle fur den Commodore 64 geschriebenen Programme pro- blemlos unter VICE laufen. Nach dem Start von VICE erscheint zuerst das bekannte blaue Marken- zeichen des Commodore 64 auf dem Bildschirm (Bild 3), und anschlieBend hat man einen tau- schend echten Commodore 64 vor sich. Sogar die Tastatur ist umbe- legt, sie ist mit der Original-Tasta- tur des Commodore 64 identisch. Daruber hinaus werden auch das Disketten-Laufwerk, das Kassetten- Deck und sogar „Turbolader" per- fekt emuliert. Simulator Der 6502 lasst sich problemlos mit einer Simulator-Sott- ware nachbilden. Ein Beispiel fur ein gutes Simulator-Pro- gramm ist der d>502 Simulator (Bild 2J, der kostenlos von der unten angegebenen Website [1 \ herunter gela den werden kann. Bild 5. Auf „FPGA Arcade" [5] wird diverse 6502- Hardware durch FPGAs nachgebildet. k * _l:M ."J Prop'AmmaDls SHl-Inn HnuditfSIB Pam BsSyAMiTKJdH l!iV 31 »•!£ und5[lj51 M 1 “TlVt ■ i. i-rm.-llhlr MB h flc jfl BrtPffl H HI EE3£ Nachbildung durch Hardware Den 6502 kann man naturlich auch mit diskreten Kompo- nenten wie 7400-Logik-lCs, RAMs und EPROMs „nach- empfinden". Diesem Ziel widmete sich der 6502-Freak Dieter Muller. Er realisierte sein Vorhaben, wie Bild 4 zeigt, mit ungefahr 40 ICs auf zwei Piatinen. Die wichtig- ste Konzession, die dabei unumganglich war, ist ein vom Original abweichendes Timing. Der diskrete 6502 von Dieter Muller beherrscht jedoch alle 6502- und 65C02- Opcodes in gleicher Weise wie sein Vorbild. Naheres ist auf der Homepage von Dieter Muller zu erfahren [3], Eine andere Herangehensweise ist die Nachbildung durch ein FPGA. In FPGAs sind programmierbare logische Ein- heiten integriert, die einen 6502 ohne groBe Muhe simu- tleren konnen. Sogar mehrere 6502-Exemplare lassen sich in modernen FPGA-Typen muhelos unterbringen. Die Orga- nisation Opencores hot sich zum Ziel gesetzt, die unter schiedlichsten Mi kroprozessoren durch FPGAs nachzubil- den [4]. Dort ist der 6502-Code etwas versteckt unter der Bezeic inung „T65 * zu finden. Unter einer anderen Adresse [5], die zum gleichen Ziel fuhrt, sind auch die modifizierten Versionen des 6502 berucksichtigt (Bild 5). Kreative Anwendungen Der 6502 war ein vielseitiger, leistungsstarker und gleich- zeitig kostengunstiger Mikroprozessor. Auch die elektor - 4/2006 Zusammenarbeit mit peripheren Bausteinen war unkom- pliziert. Nicht zuletzt aus diesen Grunden isf er auch heute noch Mittelpunkt vieler (im Internet veroffentlichter) Selbstbau-Projekte. Die Mehrzahl dieser Projekte sind Computer-Systeme mit dem 6502 als Mikroprozessor, es gibt aber auch eine Reihe bemerkenswerter Anwendun- gen anderer Art ... Der 6502 im Spielcasino Auf die Idee, dass man mit Hilfe des 6502 muhelos viel Geld gewinnen konnte, kamen zwei amerikanische Stu- denten in Kalifornien; sie gaben sich den klangvollen Namen „Eudaemons", Zwei mit dem 6502 auFgebaufe Schaltungen wurden In Schuhe eingebaut, beide Sfu- denten trugen je einen der praparierten Schuhe. Am Roulette-Tisch im Spielcasino wippte der erste Student mit dem FuR im Rhythmus des sich drehenden Roulette- Rads. Der 6502 errechnete aus diesen Bewegungen an Hand eines revolutionaren Algorithmus, wohin die Kugel rollen wird. Diese Information wurde drahtlos an den Schuh des zweiten Studenten weiter gegeben und dort in Vibrationen umgesetzt. Fur den zweiten Studen- ten war es nicht schwer, auf die Gewinn bringende Zahl zu setzen. Ein Roboter mit Augen Mike Naberezny nutzte vier Infrarot-Sensoren des Typs GP2D02 von Sharp und einen 6502, urn seinem Roboter das Sehen beizubringen. Die einzige Beschaftigung des 6502 ist das zyklische Abfragen der Sensoren, wobei ,/High" fur „nahes Hindernis" steht, wahrend „Low // „fer- nes Hindernis" bedeutet. Die Information wird an das Roboter-System weiter gegeben und dort verarbeitet. Im Internet sind zahlreiche weitere erstaunliche Projekte dokumentiert [6]. (050316gd) ! 2 KByte Speicher? ! | Mehr als genug! ! Der erste Computer, in dem der 6502 seinen Dienst tat, war der weltbekannte Spiele-Computer VCS 2600 von Atari. Obwohl der 6502 bereits der preiswer teste Mikroprozessor seiner Klasse war, druckte Atari den Preis weiter nach unten. Atari orderte eine spezielle Version des 6502, den 6507 Diese Version konnte statt 64 KByte nur 8 KByte adressieren, was jedoch fur die Entwickler des Atari VCS 2600 kein Problem war. Speicher war namlich zu jener Zeit so teuer, dass Computer-Spiele niemals mehr als 2 KByte belegt hatten! Links: [1] http://home pacbell.net/michaf_k/6502.html [2] www.viceteam.org [3] http://people freenet.de/dieter.02/m02.htm [4] http://opencores.nnytech.net [5] www.fpgaarcade.com/ [6] www 6502 org [7] www micronas.com/products/by_function/ cdc_l 607f-e/ productjnformation/index html [8] www renesas com/fmwk j$p?cnt=740 family_ landing. jsp&fp=/ products/mpumcu/740_family/ [9] www renesas.com p i I Auf den Spuren des 6502 Von Gunther Ewald i DreiBig Jahre spater mag man es kaum glauben, doch auch heute noch werden Mikrocontroller mit 6502-Kern produziert. Beispiele sind verschiedene kostengunstige Controller von Micronas und Renesas Diese Versionen wurden fur einfache Steuerungsaufgaben entwickelt. Micronas produziert unter anderem den WDC65C816, der vorzugsweise in Automotive- Anwendungen eingesetzt wird. Nahere Informationen enthalt die Website von Micronas [7] Renesas hat den 6502-Kern in die Produkte seiner Typenreihe 740 integriert. Diese Controller sind trotz ihres erweiterten Befehlssatzes zum Opcode des originalen 6502 kompatibel. Der Ubergang zu bleifreien Produkten hat die Typenreihe zwar etwas ausgedunnt, doch zum Lieferprogramm von Renesas gehoren auch heute noch 37 Controller-Typen mit 6502-Kern [8]. Fur den Einsatz in Hobby-Anwendungen sind diese Controller allerdings weniger geeignet, da fur die Entwicklung immer ein Emulations-Controller und ein Emulator notwendig sind. Einen Controller-Simulator (zeitbegrenzt auf vier Monate Laufzeit) mit l/O-Simuiation, Interrupt-Simulation, Execution Cycle Measurement, RAM Monitor Display und Coverage Measurement stellt Renesas kostenlos auf seiner ■Hi ' 4 f Mi 3 | f |nw J MVjnw flRc m x i pts j a* '■iTT 1 - IM tiFt imb I.CWIjf id L.cmn Plfr 1..CFWJ1 upn ndhrrrr iH r. j : til' ! : B L La Lke* pi^Kf s^lrnnkaAli | It wkiu lHi> r I Bit |KFP Imilmm m Fctfji-ipp-iaa 1 *t*ln clack final • II I '.nJ4iila --mud Midi- > -I *1 I I rUAi ifid ♦ JIW.s IM Mi j n ± Hfl * £ A ~T tt* A ,r R MU 1' r i&r HI W m KZ IM KM I’d nr ft* - pp ifP rr ?r ±Y +, 1 1 K ll> Ml JP w TO s ■Hfl : H » ** m Hu Ml HU UH ”P ip fW Si n && : i ■ i ■ w HU HU HU m Hfl Hd M 1 dd m Htl i'll HU JB w TH ,b. H i •M HI m Hu HU HH \W iW BP ■rt-H mV i HP kV HH HU HFi |W dU dd r ifd i. UK w VY m BP dU ■Vi HU i up •v an Wl ‘UJ 'Hu |M ■rfd llri KN l iWIM ■■ ■* m 1*0 m dd diJ Ml HI! m If * R „ ■ Website zur Verfugung [9]. Controller mit 6502-Kern werden heute von Wasch- und Spulmaschinen-Herstellern in moderne Produkte eingebaut. Auch in Messgeraten, Bedienterminals sowie in Briefmarken- Automaten sind sie zu finden. Ferner ubernehmen diese Controller Nebenaufgaben in Personen-Aufzugen. Sie verrich- ten i hr Werk in Fahrrad-Ergometern ebenso wie hinter den Armaturenbrettern von Fahrzeugem 4/2006 - elektor 63 WORKSHOP ] Oicsei Hetztei! wefden wir uns vofticKmen. So eine Sironwersorgung tsl fiir nkht mol 20 € m haben - oder awcb gratis, wenn man seinen Alt-PC ausschlachtet. |*#ir ‘ EH] 1 r,:| " ■ mm* ■ | -*■ F M ^ _ **? ,* ZSOVAGi * A 3 50 W M AX tioWMAX) in: ffa^ardous voltages Inside. Do not romi Wo i/sflrfiovlcoabfe parts Inside* Return to service center for repair when need Q-tec. The Netherlands Removal of label voids warranty 2* Satte 1 5 A an 1 2 V bedeuten 1 80 W fiir unsere Halogenbeleuchtung. Halogen-Power Halogenlampen sind recht preiswert. Hangt man sie im halben Dutzend an dicken Spann- drahten auf, sind sie auch ein Blickfang im Wohnzimmer. Jedoch kommt der mitgeiieferte Trafo schon bei kleinen Erweiterungen an seinen Grenzen. Da haben wir eine Li>sung! Die im Handel erhdltlichen Sets zur Halogenbeleuch- tung sind meist auf 75 Watt begrenzt. Das ist genug, um eine gemutliche Zimmereeke zu beleuchten, doch zur Illumination eines ganzen Raumes reicht es nicht aus. Schuld daran sind meist die Trafos, deren Leistung sehr knapp bemessen ist. Zum Gluck bietei die modern© Computertechnik hier einen Ausweg: Der „Energiehunger" heutiger PCs ist so hoch, doss Netz- 5 . Hier werkeln zwei Chips: Der T 1494 sorgt fur die Schelt sign ale; deF Viedach-Koniparmor LM 339 detektiert Uberspanmmg und Uberlastung. Auf eine Erkennung der Unterspanming wurde verzichtet. 6. Hoch diese zwei Kontakte verbinden - und das ATX-Netzteii lauft. elektor - 4/2006 3. Die Sfromversorgung - im jungfrdulichen Zustand. 4. Am 5-V-Ausgang ist schon ein Lastwider stand angesthlossen - darum brauchen wir uns also nichf mehr zu kiimmern. Von Jeroen Domburg & Thijs Beckers telle mit einer lerstung von bis zu einem Kilowatt (!) nicht i/bertrieben sind. Doch so viel Power ist gar nicht vonnofen; Auch PCs m it weniger starken Netztellen sind fur unsere Zwecke durchaus branch bar; so zum Beispiel das AT(X)-Netzteil aus dem ausgeschlachteten Alt PC, das nufzios in der Abstelfkammer herum liegt. Mit ihm lassen sich Halogenleuchten mit bis zu 200 Watt versorgen. Doch wie bringt man solch ein Computernetzteil dazu, dass es die benotigten 12 V liefert? Theoretisch liefert das Netzteil zwar diese Spannung, doch wie so oft gibt es vor dem praktischen Einsatz noch ein paar kleine Hurden zu uberwinden. So viele Probleme ... Bei Computernefzteilen handelt es sich um Schalfnetz- feile. Diese mussen beim Betrieb an alien (also auch den nicht verwendeten Ausgangen) standig belastet werden, da die interne Regelschaltung ansonsten nicht mehr funk- tioniert. Diese Belastung ist bei einigen Netzteilen bereits in Form von Lastwidersfanden eingebaut. Bei den Netzteilen, die nichf uber diese Lastwiderstande verfugen, kann es erforderlich sein, die ungenutzten 3,3-V- und 5-V-Ausgange mit einem Lastwiderstand von 7 . Es ist oft gar nidit so einfoch, den Sdttrtz gegen Uberbstung zu finder* - siehe Tewf, In unserem fatl muss Pin 4 van LIYI339 oberholb l f l V bleiben, sonst schidgt die Stromversargung Alarm. 8. Eine simple Kontrolle mit einem bpf-Knndensatar am 3,3‘V-Ausgang zeigf uns, dass wir mit unserer Vermutunq riditig liegen. Der Kondensatar verzogert das Sinken der Spannung lange genug, um den Schutz zu uberlisten. 4/2006 - elektor 65 WORKSHOP 9. Bei so vielen Lompen kommt ein ganz schoner Einschaltstrom zusammen. etwa 10 Cl/3 W abzuschlieBen. Ob solch ein Wider- stand wirklich notig ist, merkt man fruh genug: Liefert das Netzteil nach dem Einschalten (und nach dem Verbinden des Power-Sou rce-On-Ansch I usses mit Masse) am 1 2-V- Ausgang gar kerne, eine unstabile, erne zu hohe oder zu nledrige Spannung, dann ist ein Widerstand am 3 r 3- und am 5-V-Ausgang erforderlich, Halogenlampen konnen [e nach Betriebszustand vollig unterschiedliche Innenwiderstande aufweisen. Nach dem Einschalten ist der Gluhdraht zunachst kalt, besitzt einen niedrigen Widerstand und verbraucht im Gegensatz zu anderen Lampentypen ein Vielfaches des Stromes, dei im warmen Zustand fliefit. Naturlich miissen ouch PGNetzterle mit hohen Einschalt- stromen (zum Beispiel beim Anlaufen der Festptafte) zurechtkommen, dock im Gegensatz zu Halogenlampen sind hohe Einschaltstrome bei Computern nur Fur Sekun- denbruchteile erforderlich* Bet einem Satz Halogenlam- pen konn dteser hohe Strombedarf jedoch durchaus fur mehrere Sekunden andauern* Darauf sind Gomputernetz- teile nicht vorbereitet, so doss erne interne Netzfeilsiche- rung den Lichtergbnz erst gar nicht entstehen lasst. Ein drittes Hindemis: Computernetzteile uberwachen die Verteilung der von ihnen gelieferten Strdme an den ein- zelnen Ausgdngen. Da wir nur den 1 2-V-Ausgang mit moglicherweise bis zu mehreren hundert Watt belasten, konnte das daraus resultierende Ungleichgewicht even* tuell fur eine auf etwa 1 1 V reduzierte Spannung am 1 2-V-Ausgang sorgen. 1 +12V © H-r to chip O* Bildl. Prinzip der Klemmschaltung. 0651 14*11 1 0* Die Me s sung zeigt u n$ f doss die Lampen mini me! 1 1 A ziehen* Genau korrnen wii's mckt sageti - denn des Multimeter „geht" eigentlidi nur bis hochstens 1 0 A ... Da Computer im Gegensatz zu Halogenlampen durch zu geringe Versorgungsspann ungen Schaden erleiden kon- nen, befinden slch in den rneisten PC-Netzleiien zusdtzli- che Slcherungen gegen Unterspannungen. Sie sorgen fiir das Abschalten des Netzteils, wenn die Versorgungs- spannung unter einen bestimmten Wert sinkt. ...und die Losungen Das zuerst geschilderte Problem kann, wie schon erwahnt, ganz leicht mit Lastwiderstanden gelost werden. Doch ohne einen kleinen, „kreativen Eingriff in die Netz- teilschaltung zum Umgehen der genannten Sicherungen kommen wir nicht herum, wenn wir ein PC-Netzteil in ein „halogentaugliches" Netzteil umbauen mochten. Das Innenleben eines ATX-Netztei Is macht auf den ersfen Blick einen komplizierten Eindruck, doch wenn man sich erst einmal einen Uberblick verschafft hat, ist es gar nicht mehr so schwer, sich zurechtzufinden. Auf der Platine des Netzteils befinden sich zwei vonein- ander getrennte „Regionen", deren Grenzen sich am Feh- len von Leiterbahnen an einer bestimmten Stelle des Boards leicht erkennen lasstv Die „Hochspannungsabteilung" ist durch einen Beretch gekennzeichnet, in dem sich eine Sicherung und wahr- scheinlich auch bis zu zwei Kondensatoren mit einer Spannungsfestigkeit von 200 V oder mehr befinden. Die* sem Bereich sollten Sie moglichst fembleiben, da auch nach dem Abschalten des Netzteils hier noch fur mehrere Minuten eine Spannung vorhanden sein kann, die dem unvorsichtigen Elektrcniker beim Beruhren zumindest einen heftigen Schreck versetzen konnte. Der Niederspannungsbereich ist weniger gefdhrlich - zum Gluck ist das auch der Teil, an dem wir uns zu schaF- fen machen mussen. Er ist zumeist durch zwei ICs gekennzeichnet, von denen das eine oft mit solch interes- santen Namen wie „Switched mode Pulse Width Modula- tion Control Circuit" versehen ist. Beim anderen 1C handelt es sich normalerweise um eine Reihe von Komparatoren, die dafiir sorgen, dass das Netzteil beim Unter- oder Uberschreiten kritischer Span- nungsschwellen ausgeschaltet wird. Das beschriebene Unterspannungsproblem ist bei solch einem PC-Netzteil recht einfach zu losen. Hierzu muss man nur den Operationsverstarker finden, der an einem Eingang iiber einen Spannungsteiler mit der 12-V-Span- elektor - 4/2006 1 1. So simpel kann Modeling sein: Der LM339 wird mit einem l-pF-Elko'clien zwischen Pin 4 und Befriebsspannung versehen. nung und an einem zwei ten Eingang miteiner Referenz- spannung verbunden ist (siehe dazu unseren Kasten). Nun unterbricht man die Verbindung zur Referenzspan- nung, legf den Eingang an Masse und hat das Problem - mit efwas Gluck - gelost. Hat man aus Versehen die Uberspannungsregelung anstatt der Unterspannungsrege- lung deaktiviert, funktioniert das Netzteil aber leider nicht mehr und der Versuch muss, diesmal mit den richtigen Komponenten, wiederholt werden. Es gibt auch Netzteile mit nur einem 1C, in dem sowohl der PWM-Regler als auch die Ober-/Unterspanungsde- tektoren untergebraeht sind. Die gebrduchlichste Losung zur Umgehung dieser Uberwaehungssehaltungen ist eine Klemmschaltung (siehe Bild 1). Der Trick funktioniert nach folgendem Prinzip: Wahrend des Einschaltens des Netzteils wird der Kondensator bis auf einen Wert von fast 12 V geladen. Wenn die 1 2-V-Versorgungss pan nung durch das Aufheizen der Hologenlampen fur eine gewisse Zertabsinkt, stellt der Kondensator (10...100 pF| die notwendige Span nung zur Verfugung, um ein Abschalten der Sicherung zu verhindern. Und wenn gar keine Sicherung gegen Unterspannungen zu finden ist? Keine Sorge; Bei dlteren Netzteilen kann es schon mal vorkommen, dass aus Kostengrunden auf solch eine Sicherung verzichtet wurde. Fur Fortgeschrittene Nach erfofgreicher Stilllegung der Unterspannungssiche- rung wenden wir uns dem Schutz gegen Uberlastung zu, die uns allerdings vor etwas hohere Anforderungen stellt. Aus diesem Grund sollte man zuerst prufen, ob der fol- gende Eingriff ins Netzteil wirklich notwendig ist. Mit ein wenig Gluck lassen sich auf der Netzteilplatine drei Trafos und vielleichf noch eine Entstorspule finden, die an dieser Stelle jedoch nicht beachtet werden soil, Der groBte Trafo leistetdie Hauptarbeit, ndmlich das Umformen der 230 V in eine niedrigere Spannung. Einer der kleineren Trafos sorgt fur die Ubertragung des PWM-Signals zur Hochspannungseinbeit. Diesen Trafo erkennf man moistens daran, dass sich zwei kleine Tran- sistoren in seiner unmittelbaren Nahe befinden, die Liber jeweils einen Anschluss mit dem Trafo verbunden sind. Der zweite, kleinere Trafo dient zur Leistungsmessung. Er funktioniert wie folgt: Die Primarspule dieses Trafos befin- Schaltnetzteile Ein Computernetzteil ist im Prinzip nichts anderes als ein heute in vielen Geraten verwendetes Schaltnetzteil - auf Grund der zahlreichen Ausgange und elektronischen Sicherungen ist es nur etwas komplexer aufgebaut. Schaltnetzteile basieren auf der Tatsache, dass der Wirkungsgrad von Trafos mit zunehmender Frequenz steigt. Aus diesem Grunde wird die Netzspannung, bevor sie uberhaupt an einen Trafo gelangt, zuerst gleichgerichtet und geglattet, so dass eine Gleichspannung von etwa 340 V entsteht Diese Spannung wird mittels mehrerer Leistungstransistoren zu einer Wechselspannung im Kilohertz-Bereich zerhackt Die Wechselspannung wird als ^modified square wave" bezeichnet. Uber einen Trafo wird das Rechtecksignal schlieBlich auf die verschiedenen, vom PC benotigten Spannungen herunter transformiert, gleichge- richtet und den verschiedenen Baugruppen im PC zugefuhrt. Wie erfolgt nun die Spannungsstabilisierung in solch einem Netzteil? Viele Hersteller verwenden dazu einen PWM- Generator (Pulsbreitenmodulation) Bekanntlich lasst sich die Energie eines Rechtecksignals durch das Verandern des Puls-Pausen-Verhaltnisses vergroBern oder verringern - und damit auch die Spannungen am Ausgang des Netzteils. Das Bild verdeutlicht, dass eine Verlangerung der Zeit T on gegenuber der Zeit T a ff die effektive Energieubertragung zur Sekundarspule vergroBert. Dadurch erhohen sich auch die Spannungen an den 1 2-V- und den 5-V-Ausgangen. t'off Ton 'off ► Qfl5m-12 Das 1C, in welchem sich der PWM-Generator befindet, beherbergt in den meisten Fallen auch noch einen oder zwei Differenzverstarker. Die Eingangsspannungen an die- sen Verstarkern beeinflussen das Puls-Pausen-Verhaltnis des Rechtecksignals Der invertierende Eingang des Verstdrkers ist meist uber einen Spannungsteiler mit den 5/1 2/3, 3-V- Versorgungsleitungen verbunden An den nichtinvertieren- den Eingang ist eine Referenzspannung angeschlossen. Sinkt die Spannung an einem der Netzteil-Ausgange plotz- lich, so wird die Spannung am invertierenden Eingang des Differenzverstarkers geringer, Daraufhin andert der PWM- Generator seine Pulsbreite so lange, bis die Spannung am invertierenden Eingang des Differenzverstarkers (die ein MaB fur die Ausgangsspannung ist) wieder den gleichen Wert wie die Spannung am anderen Eingang besitzt. Dies erklart auch, warum einige Netzteile in unbelastetem Zustand nicht funktionieren: Der PWM-Generator besitzt meistens Grenzen, innerhalb derer er seine Pulsbreite anpassen kann. Bei unbelastetem Ausgang musste T on eigentlich den Wert Null annehmen. Dazu ist der PWM- Generator jedoch nicht in der Lage, was dazu fuhrt, dass das Netzteil selbsttatig eine Sicherung zum Ausschalten in Gang setzt, 4/2006 - elektor 67 PRAXIS WORKSHOP det sich in Serie mit der Primdrspule des Haupttrafos. Wird der Strom durch den Haupttrafo groBer, so flieBt auch mehr Strom durch den kleinen Trofo und die Span- nung an der Sekundarwicklung steigt an. Die zweite Aufgabe dieses Trafos bestent in einer „Boot- strap"-Funktion. 1st das Netzteil nicbt eingeschaltet, so erhait der PWM-CKip noch keine Versorgungsspannung. Da her wird auch noch keine Niederspannung erzeugt, ohne die der PWM-Chip jedoch nicht funktioniert. Um dies zu verhindern, wird vom Leistungsmesstrafo eine Spannung abgezweigt. Das Ganze nennt man „Boot- strap". Das bedeutet, dass der Chip erst mal ein wenig Spann ungsvorschuss erhalten muss, damit a!le nachfol- genden Vorgange in Schwung kommen. Zur Messung des Stroms auf der Hochspannungsseite wird die Spannung am Leistungsmesstrafo zunachst gleichgerichtet. Dies geschiehl meist dadurch, dass die Enden der beiden auBersten Wicklungsanschlusse uber eine Diode nach Masse gefuhrt werden. Die Spannung an der mittleren Anzapfung wird dann mit einem Konden- sator geglattet und uber ein Widerstandsnetzwerk an den PWM-Chip oder an einen der Komparatoren geleitet. In diesem Falle geniigt das VergroBern des Gldttungskon- densators, um die ursprunglich geplante Zeitspanne zu verlangern, die einen hoheren Entnahmestrom erlaubT Um den Schutz gegen Uberlastung zu finden, hilft natiir- lich auch ein Studium des Schaltplans. Falls man den nicht hot, geht es auch anders. Man belastet die Strom- versorgung bis zum Anschlag und schout, welche Ein- gange des Komparators schon „gefahrlich dicht beiein- ander liegen. VVelche Spannung verandcrt sich dann, wenn die Belastung wegfallt? In unserem Fall (siehe Bild- strecke) muss Pin 4 von LM339 oberhalb 1,1V bleiben. Sonst schlagt die Stromversorgung Alarm. Leider funktianieren nicht aile Netzteile gleich. Einige Netzteile verwenden den dritten Trafo als Mini-Schalt- netzteil fur eine 5-V-Stondby-Versorgung. Man erkennt diese Variante an einem Optokoppler am Trafo. In diesem Fall wird der Strom mit einem Extra- Anschluss am Haupttrafo gemessen. Und schlieBlich gibt es auch Netzteile ohne Uberstromsicherung. Wie auch immer: Endlich ist das Netzteil bereit, einen Satz Halogenleuchten zu betreiben. Doch wie viele eigentlich genau? Das hdngt naturlich vom Strom ab, den das Netzteil an seinem 1 2-V-Ausgang maximal liefern kann. Bei einem durchschnittlichen, preiswerten Netzteil sind das bis zu 1 5 A, was eine Gesamlleistung von knapp 200 W ermoglicht. ( 065114 ) Uber den Autor Jeroen Domburg studisrt Eleklrotechnik on der ^Soxton HogeschooT in Enschede (Niederlaride)* Als begeisterter Freizeit-Elektroniker beschaftigt er sich unter anderem mH Mikrocontrollern und Computem, In dieser Rubrik stellt er eiqene Entwicklungen und Modifikotionen zum Nachbau vor. Atizsiqb ■ eiektronik, die begeisiert 3 309 Schaltungen 544 Selten (kartoniert) Format 14 x 21 cm ISBN 3-89576-1 63-X € 32,00 (D) € 32,90 (A) CHF 54.90 309 Schaltungen - das zehnte Buch innerhalb der „Dreihunderter-Reihe“. 309 Schaltungen und neue Konzepte in einem Buch sind ein (fast) unerschopflicher Fundus zu alien Bereichen der Elektronik: Audio & Video, Spiel & Hobby, Haus & Hof, Prozessor & Controller, Messen & Testen, PC & Peripherie, Stromversorgung & Ladetechnik sowie zu Themen, die sich nicht katalogisieren lassen. 309 Schaltungen - enthalt viele komplette Problemlosungen, zumindest aber die Idee hierzu. Nicht zuletzt sind die 309 Schaltungen der AnstoB zu ganz neuen Uberlegungen. 309 Schaltungen - sind eine Zusammenfassung der Beitrage aus den Halbleiterheften 2003 bis 2005. Die Halbleiterhefte sind die jahrlichen Doppelausgaben Juli/August der Zeitschrift Elektor. DER ELEKTOR- KLASSIKER SCHLECHTHIN Jetzt direki beim Verlag ordern mit der Bestellkarte am Heftende Oder: Elektor- Verlag GmbH SusterfeldstraBe 25 • 52072 Aaciien Tel. 02 41/88 909-0 * Fax 02 41/89 909-77 vertrieb@elektor.de • www.elektor.de Schweii:Thati AG iridusSrisstraflft M *CH-fi2E5 Hittklrch Tel 041/919 G6-6S ■ Fax 041/91 9 66-77 beslcl^ng^thalJ.ch Q&terrelch: Alpha Suchhandel Wiecin-nr HauptstraOe 144- ■ A- 1050 Wren Tel. 01/505 77 45 * Fax 01/585 77 45 20 alpha @austrot±ata,al Weitere Infos unter www- el ektor.de elektor - 4/2006 ENTWICKLUNGSTIPPS Handy-Codeschloss Von Heikki Kalliola Einfachheit ist bei diesem Code- schloss das hervorstechendsfe Merkmal, dass es zugleich sicher und komfortabel machf. Es ist durch sein minimalisiertes „User Interface" praktisch unsichtbar! Die meisten Codeschlosser wer- den entweder durch eine Magnet- streifen-Karte (die man verlieren kann) oder durch eine vierstellige Zahl aktiviert. Die Zahlencode- Variante verfugt daher uber eine Tastatur. Was eigentlich nicht unbedingt sein muss: Man kann gut auf eine Tastatur verzichten, da jeder moderne Mensch sowieso immer eine Tastatur mit sich herum tragt. Nutzt man das Handy zur Eingabe, so muss das Codeschloss lediglich uber ein kleines Mikrofon als Interface ver- fugen, das man leicht nahezu unsichtbar installieren kann. Das Schloss lauscht dann auf die vom Handy abgesonderten Wahl- tone (DTMF) und reagiert auf einen voreingestellten vierstelligen Code. Die Mikrofonkapsel kann leicht h in- ter einem unauffalligen kleinen Punkt verschwinden, der in Wahr- heitein kleines Loch ist und zusatz- lich noch in einem Muster getarnt werden kann. Das Handy kann "Offline" verwendet werden, da mit keine Telefonkosten entstehen. Zur Schaltung: Das Elektref-Mikro- fon Micl ist uber den Verstdrker T1 mitdem Eingang (Pin 2) eines DTMF-Receiver/Decoders (IC7) verbunden. Vier Ausgdnge (die Pins 1 1 .*.14) liefern den binaren Code des Tastendrucks, wenn das Flag „valid digit present" (Pin 1 5) aktiv wird. Diese Daten sind mit den Eingangen von zwei doppelten Schieberegis- tern (1C 1 und IC2) verbunden. Jede positive Flanke des Flags tak- tet die Daten eine Stufe welter. Die Registerausgdnge sind mit vier BCD/Dezimal-Dekodern (IC3.. IC6) verbunden. Nach vier Tastendrucken sind die Schieberegister geladen und der Code liegt dezimalisiert an vier zehnpoligen Dip-Schaltern. Passt der Code zu den Schalterstellun- gen, dann liegen an den Eingan- gen der AND-Gatter IC9.A und IC9.C (damit auch an IC9.B) HIGH-Pegel an: Das Codeschloss ist aktiviert. SI ist fur die erste und entsprechend S4 fur die letzte eingegebene Ziffer zustdn- dig. Fur ,,3519" zum Beispiel muss bei SI der Schalter Nr. 3 geschlossen sein. Die „0" wird nicht verwendet. Damit das Codeschloss bei kor- rekter Eingabe nicht permanent aktiviert bleibt, ist mit IC8 ein monostabiler Multivibrator vor die Relais-Steuerstufe T2 geschaltet. Die Anzugszeit von RE1 kann durch PI bis auf maximal etwa funf Sekunden eingestellt werden. Fur C4 empfiehlt sich eine bipo- lare Ausfuhrung. Parallel zum Relais ist noch eine LED mit Vor- widerstand als Indikator geschal- tet. Platziert man diese passend beim Mikrofon, dann leuchtet bei richtiger Eingabe das Loch. Die ,,Reichweite" des Mikrofons liegt bei ca. 20 cm. (050077 ts) 4/2006 - elektor 69 ENTWICKLUNGSTIPPS TECHNIK Wie viel Draht fur einen Ringkern? Zu den „muhsamen" Bauelemen- ten der Elektronik gehoren mit Sicherheit die Ringkerne. Wer schon einmal einen Ringkern bewickelt hat, wird dem zustim- men - insbesondere, wenn mehr als nur einstellige Windungszahlen zu wickeln waren. Wir geben hier eine Anleitung, die das Problem zwar nicht lost, aber die Arbeit erleichtert. Zuerst werden die tatsdchlichen Ring- kern-Abmessungen mit einer Schieblehre festgestellt. Das ist schon deswegen nolwendig, weil viele Ringkerne von den Anga- ben in den Datenbldttern urn zehntel Millimeter abweichen. Die MaBe, urn die es geht, sind die Hohe H, die Breite B und der Innendurchmesser D (Bild 1). Die Breite B ist folglich gleich der Halfte von AuBendurchmesser minus Innendurchmesser, Eine weitere wichtige GroBe ist der Draht-Durchmesser d Hier muss auch die isolierende Lackschicht berucksichtigt werden, die den Kupferd raht umgibt. Ublicher- weise ist die Lackschicht 0,05 bis 0,1 mm dick Fur jede Windung muss dieser Wert zwei Mai in Ansatz gebracht werden. Wenn die Bezugslinie die Mittellinie ist (Bild 2), dann gilt: H 2 = H + d B 2 = B + d Die Drahtlange einer einzelnen Windung betragt: 2 x (H 2 + B 2 ) Fast immer kommt es darauf an, ob die Windungen als einlagige Wicklung gewickelt werden kon- nen. Dazu muss die maximale Anzahl der Windungen je Wickellage berechnet werden. Infolge des nicht unendf ich klei- nen Drahtdurchmessers und der Lackschicht ist der effektive Innen- durchmesser kleiner als der am Ringkern gemessene Wert (Bild 3). Die Krummung hat zur Folge, dass der Verlust groBer als ein Drahtdurchmesser ist. Da vor allem dicker Draht niemals voll- standig am Kern anliegt, wird vom Innendurchmesser zur Sicher- heit zwei Mai der Drahtdurchmes- ser abgezogen: D 2 = D - 2d Die Anzahl der Windungen ergibt sich aus dem Kreisumfang, berechnet mit dem effektiven Durchmesser, geteilt durch den Drahtdurchmesser: (re x D 2 ) / d Die Drahtlange fur eine Wickel- lage ist dann: (tc x D 2 ) / d x 2 x (H 2 + B 2 ) Abhdngig von den Spannungen an den Wicklungsanschlussen kann der effektive Innendurchmes- ser wegen des erforderlichen Iso- lierabstands noch kleiner sein. Wenn der Wickelraum nicht aus- reicht, gibt es die Moglichkeiten, enlweder einen groBeren Ring- kern oder einen Draht mit kleine- rem Durchmesser zu verwenden. Ein kleinerer Drahtdurchmesser ist bei hohen hindurchflieBenden Stromen allerdi ngs keine echte Alternative. Wenn mehrere Lagen gewickelt werden mussen, kann man in der Berechnung ndherungsweise den doppelten Drahtdurchmesser einsetzen. Noch ein Tipp aus der Praxis: In die Gesamtlange des Drahtes gehen auch die Langen der Drahtenden ein, die fur den Anschluss notwendig sind. Blei- ben sie unberucksichtigt, stimmt enlweder die Windungszahl nicht oder die Wicklung muss neu gewickelt werden. ( 06003 Igd) 1 H Selbst gebauter Akku-Halter Nicht selten kommt es vor, dass ein Akku aus einem Laptop, einem Handy oder einem ande- ren Gerdt mit einem Labor-Netz- gerat aufgeladen werden muss. Das kann zum Beispiel nolwendig werden, wenn das zugehorige Ladegerat defekt ist oder fehlt. Der Akku eines Handys kann so tief entladen sein, dass der vom Stecker-Netzteil gelieferte Lade- strom nicht ausreicht, urn den Akku zu neuem Leben zu erwe- cken. In solchen Fallen istVorsicht oberstes Gebot. Es ist wichtig zu wissen, welche Behandlung der Akku vertrdgt und was den Akku schadigt. Dieses Thema soil an dieser Stelle jedoch nicht weiter vertieft werden. Fast alle Akkus, die in Laptops oder Handys ihren Dienst tun, stel- len die Verbindung zum Gerdt uber Kontaktfldchen her. AuBer- halb des Gerdts ist der Anschluss schwierig. Man konnte zwar Kabel anloten, falls das Material der Kontaktfldchen das Loten erlaubt, doch meistens ist dies keine gute Losung Im ELEKTGR-Labor wenden wir eine ebenso einfache wie univer- selle Methode an: Ein Stuck Lot- punktraster-Platine, einige Lotstifte 70 elektor - 4/2006 und ein paar Paket-Gummibdn- der genugen. Zwei Lotstif+e wer- den im Abstand der Akku-Kontakt- fldchen in die Platine eingesetzt und auf der Kupferseite verlotet. Danach lotet man dort die Anschlussleitungen an. Der Akku wird so auf die Platine gelegt, dass beide Akku-Konta ktflachen an den Lotstiften anliegen. Fur den notigen Anpressdruck sorgen die Paket-Gummibander, die um Akku und Platine herum geschlun- gen werden. Noch eine wichtige Warnungi Der improvisierte Akku-Halter ein- schlieBlich Akku mussen standig im Auge behalten werden. Kurz- schlusse sind unbedingt zu ver- meiden. Insbesondere wenn der Akku-Typ nicht bekannt ist, muss man Ladestrom und Ladespan- nung standig kontrollieren! (06003 2gd) Von einem Funkamateur erhielten wir den fur uns uberraschenden Tipp / dass sich Oxid und Schmutz von Aluminium-Oberfid- chen bequem mit Hilfe von Back- pulver entfernen lassen. Zum Bei- splel erhalten die Platten alter, luft- isolierter Drehkondensatoren neuen Glanz, wenn man sie mit einer aus Backpulver und Wasser bestehenden Losung behandelt. Eine kurze Recherche bei Goo- gle mit den Suchwortern „ baking powder aluminum cleaning"' ergab, dass Backpulver in der Welt der alternativen Reinigungs- mittel offensichtlich eine wichtige Roile spielt. Eine Losung aus vier Kaffeeloffeln Backpulver auf 1 I Wasser soil sich zum Beispiel als Universal-Allesreiniger eignen. AuBerdem fanden wir bei Goo- gle zahlreiche Rezepte fur spe- zielie Reinigungsmittel, bei denen Backpulver zu den Zuta- ten gehort. Mit diesen Spezial- reinigern lasst sich den Beschrei- bungen nach fast Alles und Jedes aufpolieren. Wir hatten zwar keinen alten Drehkondensator zur Hand, um den Tipp auszuprobieren, doch unsere Versuche an einem Teekes- sel aus Aluminium bestdtigten, dass eine Backpulver-Losung tat- sachlich ein erstaunlich wirksa- mes Reinigungsmittel ist. (0600 3 3gd) Weblinks: www. frugalfun. com/bakingsoda.html www.frugolfun.com/cfeonsers.html http://parents.berkeiey.edu/advice/ household/jewelry.html http://ezinearticles.com/7Baking-Soda-for- Cleaning&id=10i68 Alte Elkos neu ormieren Elkos verandern ihre Eigenschaf- ten, wenn sie uber Jahre hinweg unbenutzt auf Lager liegen oder wenn sie in Oldtimer-Geraten ein- gebaut sind, die hauptsachlich dekorativen Zwecken dienen. Diese Elkos haben oft so gelitten, dass sie den normalen Anforde- rungen nicht mehr ohne weiteres standhalten. Die positive Elektrode von fabrik- neuen Elkos ist mit einer sehr dun- nen Oxid-Schicht uberzogen, die als Dielektrikum zwischen den Elektroden dient. Die Oxid- Schicht wird im normalen Betrieb (wenn am Elko regelmaBig Span- nung anliegt) durch den Leck- strom aufrechterhalten. Wenn ein Elko uber lange Zeit hinweg „unbeschaftigt" bleibt, wird die Oxid-Schicht allmahlich abge- baut, so dass der Elko mehr oder weniger kurz geschlossen ist. Legt man an den Elko in diesem Zustand die voile Nennspannung, steigt der Strom sehr stark an. Die innere Elko-Temperatur kann so hohe Werte erreichen, dass das Dielektrikum verdampft, Im Extremfall kann der Elko explod ie- ren. Elkos mit niedrigert Kapazitdten und Spannungen lohnen die Muhe des Wiederauffrischens nicht. Diese Elkos sind so preis- wert, dass es sinnvoller ist, sie durch neue Exemplare zu erset- zen. Ein Sonderfall ware zum Bei- spiel ein historischer Empfanger, der moglichst originaigetreu erhalten oder restauriert werden soli. Axiale Elkos werden zunehmend seltener, aus neuer Fertigung wer- den sie kaum noch angeboten. GroBere Elkos, zum Beispiel fur den Einsatz in Hochvolt-Netztei- len, sind nach wie vor relativ teuer, so dass sich hier Rettungs- versuche lohnen konnen. Dies ist ubrigens die Gruppe der Elkos, die schon fur manchen „Knallef- fekt" gesorgt hat ... Derartige Effekte lassen sich ver- meiden, wenn man bei der Wiederbelebung von Elkos behut- sam vorgeht, Wichtig ist hier, dass die Oxid-Schicht sehr lang- sam neu aufgebaut wird. Der Elko wird uber einen hohen Widerstand (zum Beispiel 1 MH) mit einem Labor-Netzteil verbun- den. Die Spannung wird zuerst auf ein Viertel der nominalen Elko-Spannung eingestellt; gleich- zeitig wird die Spannung am Elko gemessen. Moglicherweise dauert es Stunden, bis der Elko aufgeladen ist und die Elko-Span- nung den Wert der Ladespan- nung erreicht Danach kann die Ladespannung schrittweise erhoht werden, wobei stets gewartet werden muss, bis sich die beiden Spannungen wieder angeglichen haben. Die Prozedur wird so lange fortgesetzt, bis die nomi- nale Elko-Spannung erreicht ist. Die Chance, dass am Ende der Bemuhungen der Erfolg steht, ist relativ groB. Geduld und Umsicht fuhren auch hier zum Ziel! (06003 4gd) 4/2006 - elektor 71 ■M E-BLOCKS Von John Dobson lm letzten Beitrag haben wir mit einem Flowcode-Programm sinusformige Signale erzeugt. Bekanntlich wird das erstellte Flussdiagramm zundchst in and dann in Assemble gewandelt. Fur zeitkritische Anwendungen ist es aber aucifl moglich, C-Code dir el in de integrieren. Dabei kann man sogar nod etwas C lernen! Um ausfiihrbaren Mikrocontroller-Code zu generieren, werden die Flussdia- gramme von Flowcode in einer bestimmten Art und Weise vorverar- beitet. Schritt 1 Als erstes wird ein Flussdiagramm in originaren, zeilenorientierten C-Code umgesetzt. Das Zahler-Programm „COUNTERl.FCF“ eignet sich gut zum Vergleich von Flussdiagramm und resultierendem C-Code. Bild 1 zeigt die Variable „COUNT“, deren Wert auf „0“ gesetzt wird. Dann gibt es noch das Schleifen-Icon „WHILE 1“ - eine Endlosschleife, da das Argument 1 immer wahr ist. Innerhalb der Schleife befinden sich weitere Icons. „COUNT wird hier inkrementiert. Nach einer Wartezeit von einer Sekunde wird der Wert an Port C ausgegeben. Schritt 2 Wenn man mit dem Windows Explorer das Verzeichnis offnet, in dem die Flowcode-Datei „C0UNTER1.FGF gesichert wurde, kann man eine ganze Reihe weiterer Dateien sehen. Eine davon ist „COUNTERl.C“, das Aquiva- lent des Flussdiagramms in C. Offnet man diese Datei mit einem Editor, kann man den resultierenden C-Code (Bild 2) inspizieren. Zunachst sieht man, dass Flowcode zu Reginn einige fur den C -Compiler not- wendigen Konst ant en definiert. Die Deklaration „char PORTC@0x07;‘‘ ist so ein Beispiel. Der C-Variablen „PORTC“ wird hexadezimal („0x“) die Adresse („@“) „07“ zugewiesen. Auf die gleiche Weise wird die Variable s; TRISC“ (das „data direction register" eines PIC) deklariert. Die Software soli fur einen Mikrocontroller vom Typ 16F877 passen, weshalb die hexadezi- male Adresse ,,87" gewahlt wurde. Viele andere spezifische Funktionen (wie zum Beispiel die Taktrate und die Pins des internen USART) werden ganz ahnlich deklariert. Nicht benutzte Deklarationen werden einfach „aus- kommentiert" : Laut C -Konvention wird jede Zeile, die mit beginnt, vom Compiler als Kommentar gesehen und somit ignoriert. Da das Programm keine Makros oder elektor - 4/2006 Subroutinen enthalt, bleiben die ent- sprechenden Bereiche im C-Code leer. Es existiert aber noch eine Variable „FCV_COlHNfT 1 ‘ vomTyp „char" (ASCII- Zeichen). Diese Variable entspricht der , .COUNT 11 -Variable im Flussdiagramm. Ein erster Hinweis darauf, wie man C- Code in Flussdiagramme einbettet. Alle Flowcode-Variablen erscheinen nach der Umsetzung in C mit dem Pra- fix „FCV_“, dem Akronym fur „ Flow- Code Variable". Wenn eingebetteter C- Code demnach Zugriff auf eine Flow- code-Variable benotigt, muss einfach „FCV_" vorangestellt sein. Nach dem Abschnitt mit den Varia- blendeklarationen kommt die erste Zeile ..richtiges" C: Void main() { Dabei handelt es sich um die ubliche Deklaration der Funktion ..main" - dem eigentlichen Hauptprogramm. Sie ent- spricht funktional dem „ START "-Icon in Flowcode. Die leeren Klammen zei- gen, dass nichts an diese Funktion ubergeben wird. Der auszufuhrende Code wird durch ein Paar geschweifte Klammern „{ ...Code... }" eingeschlos- sen. Nun folgen weitere Deklarationen. Zum Beispiel muss man beim ADC die entsprechenden Pins als analoge Ein- gange festlegen und Timer sowie Interrupts aktivieren. Diese Deklaratio- nen erfolgen innerhalb der Funktion ..main", damit sich die Werte wahrend des Programmlaufs von Flowcode durch den Benutzer verandern lassen. Im Hauptprogramm wird zunachst „FCV_COUNT" der Wert „0" zugewie- sen - ganz analog dem Flussdia- gramm. Als nachster Befehl folgt der Schleifenaufruf ..WHILE (1)". Das wei- tere Programm findet sich innerhalb der zur Schleife gehorenden geschweiften Klammern - es wird also ewig wiederholt. Innerhalb der Klam- mern geht es weiter mit der Inkremen- tierung von „FCV COUNT" und der einsekundigen Verzogerung. Jede Zeile C-Code muss mit einem Semiko- Bild 1 . Ein einfacher Zdhler in Flowcode. Bild 2. Das Aquivalent von COUNTER l.FCF in C. 4/2006 - elekfor 73 E-BLOCKS Ion abgeschlossen sein. Nun folgt die Zeile „TRISC=0x00“. Jetzt wird „TRISC“ (dem fiir die Richtung der I/O- Pins zustandigen Register) der Wert „00“ (hex) zugewiesen. Dies befiehlt dem Mikrocontroller, alle Pins von Port C als Ausgange zu betrachten (,,FF“ wiirde alle Pins als Eingange definieren). Die letzte Zeile der Schleife schreibt den Wert von „COUNT“ nach Port C. Die allerletzte Zeile ist erklarungsbe- durftig: Falls ein Flussdiagramm keine Endlosschleife enthalt, wiirde dieser letzte Befehl sicherheitshalber endlos wiederholt. Die Zeile entspricht dem „ENDE“-Icon des Flussdiagramms. Falls ein C-Programm nicht iiber eine solche Sicherheitsschleife verfiigt, wiirde das Programm nach Abarbei- tung aller Befehle schlicht weiter sei- nen Befehlszahler erhohen und versu- chen, die dort nicht vorhandenen Befehle auszufiihren. Irgendwann lauft der Befehlszahler iiber und landet bei der Adresse ,,0000“. Dann beginnt das Programm von vome — ohne Auftrag. C ist ja als schwer les- und wartbar verschrien. Aber wie man sieht, kann ein Programm mit etwas Sorgfalt auch leserlich gestaltet werden. Geschwindigkeit Der Zweck von eingebettetem C-Code ist es, die Geschwindigkeit des erzeugten Programms an zeitkritischen Stellen zu erhohen. Das funktioniert deshalb, weil der zu einem Icon geho- rende C-Gode fur alle moglichen Anwendungsfalle konzipiert wurde. Somit enthalt er meist auch Teile, die innerhalb des bestimmten Programms iiberfliissig sind. Zur Demonstration schauen wir uns die Datei „SINE WAVE GEN.FCF" vom letzten Beitrag an und untersuchen, wo Opti- mierungen vorgenommen werden konnten, Das Flowcode-Icon „DAC_SEND_CHAR“ produziert bei- spielsweise eine Menge C-Zeilen, worin vielfaltige Variablen deklariert und Adressen referenziert werden. Da Flowcode ja nicht wissen kann, was der Programmierer als Nachstes vor- hat, werden bei jeder Benutzung von Hardware alle notigen Register und Schnittstellen neu initialisiert. Fur die konkrete Anwendung ist dies aber nicht komplett notwendig. Hier konnte man also Code einsparen. Der erste Schritt zu einem schnelleren Programm kann also sein, den C-Code des Icons „DAC_SEND_CHAR" abzu- specken. Der Weg ist folgender: Im Flussdiagramm wird dieses Icon durch ein C-Icon ersetzt. In dieses C-Icon wird jetzt genau der C-Code kopiert, der dem Icon „DAC_SEND_CHAR“ entspricht. Diesen Code-Schnipsel „klaut“ man sich einfach aus einem vorhergehenden Compilerlauf (mit dem alten Icon im Flussdiagramm). Als nachstes erzeugt man den fur den Mikrocontroller lauffahigen Code, flasht diesen und uberpruft, ob alles noch so lauft wie es soli. So kann man sicherstellen, dass man beim Kopieren keine Zeile zuviel oder zuwenig mitge- nommen hat. Jetzt kann man an den Variablendekla- rationen drehen. Fiir Optimierungen muss man nicht zwingend jede Zeile C vollkommen verstehen. In einem Test wurde von den 34 Zeilen des Codes von „DAC_SEND_CHAR“ sukzessive eine Zeile auskommentiert und iiber- priift, ob das Programm immer noch funktioniert. Es stellte sich her aus, dass das Programm mit nur noch neun Zeilen voll funktionsfahig war! Das so gesauberte Programm mit der neuen Bezeichnung „SINC3.fcf“ kann unter dem Dateinamen „065032-ll.zip“ von der ELEKTOR-Webseite herunter geladen werden (siehe rechts). Ungliicklicherweise wurde der mit die- sem Programm erzeugt C-Code zwar kurzer - die Datenausgabe via DAC aber nicht schneller. Der Grund hierfiir liegt in der Kommunikation via SPI. Der Flowcode-Befehl „DAC_SEND_ CHAR" benotigt leider zwei Byte, um ein 8-bit-Datenwort zu iibertragen. Die niederwertigsten vier Bits des ersten Bytes iibertragen das hoherwertige Nibble der Daten und das restliche Nibble geht mit dem zweiten Byte auf Reisen. Die librigen Bits beinhalten Steuerinformationen. Das Icon „DACJSEND_CHAR" verwendet die Variable „OUTVAL" auf folgende Weise: dac val = (FCV_OUTVAL & OxFO) > 4; sspbuf = dac_val; delay__us(3); dac val = (FCV_OUTVAL & OxOF) << 4; sspbuf = dac_val; delay_us(3); Die erste Zeile loscht die vier nieder- wertigen Bits von „OUTVAL" via AND- Operation mit dem Wert „F0“ (= binar 11110000) und verschiebt das Ergebnis um vier binare Stellen nach rechts („> 4"). In der nachsten Zeile wird das Register „SSPBUF" mit dem Resultat geladen. Eine weitere Zeile lasst das Programm fur 3 /is pausieren. Der Inhalt des Registers wird automa- tisch via SPI gesendet. Analog dazu funktioniert der zweite Teil mit dem librigen Nibble von „OUTVAL“. „ SSPBUF" ist der serielle Buffer des Mikrocontrollers. Es braucht 3 jus, um dessen Inhalt auszulesen, da der Inhalt Bit fur Bit iiber den SPI-Bus geschoben wird. Die Pause von 3 /is verhindert, dass wahrend des Auslesevorgangs Daten iiberschrieben werden konnen und Chaos fiber den SPI-Bus kommt. Daher bleibt es bei 6 jJs pro iibergebe- nem Byte. Die Maximalfrequenz wird also vom SPI-Bus begrenzt! Und mit 6 jxs und 256 Samples pro Welle kommt man nach wie vor auf eine Maximalfre- quenz von 650 Hz. Immerhin wird jetzt weniger Speicherplatz belegt, was fiir Erweiterungen ganz niitzlich sein kann. ( 065032 ) Verfugbare Programme: COUNTER!. fcf SINC3.fcf Die Programme sind in der Datei 065032-1 1 .zip enthalten, die unter www.elektor.de kostenlos downloadbar ist (im Menu auf „Zeitschrift", danach auf ,,2006" und „E-blocks: Wellen in C" klicken). Beitrage dieser Reihe: „E-blocks - Elektronik ,en bloc' ", ELECTOR 11/2005 „ E-blocks und Flowcode", ELEKTOR 12/2005. „E-blocks im Cyberspace", ELEKTOR 1/2006 „E-biocks mit CAN", ELEKTOR 2/2006 „E-blocks schlagen Wellen", ELEKTOR 3/2006. Alle erhdltlichen E-blocks-Module und nutzliche Informationen finden Sie auf unserer E-blocks-Seite unter www.elektor.de (erreichbar uber das Menu rechts). k — — — — — — — — — — — — elektor - ELEKTRISCHE SICHERHEIT Ale dektrischen Gerdte mussen so konstruierT sein, doss sie die Bedingungen der DIN VDE 01 00 ff erfDllen. Die Vorschriften soflen der Gefahr eines elektrischen Stilla- ges bei bestimmungsgemdfiem Gebrauch und im Fehler- fall vorbeugen Dazu muss die Beriihrung von Teilen, die spannungsfiihrend sind oder bei einem Fehler span- nungsfuhrend werden konnen, durch den Einsatz von Kapselung oder Abdeckungen oder durch das Anbringen dieser Teile an unzugdnglichen Stellen ausgeschlossen werden Eine Alfernafive stellt die Beschrdnkung von Sponnungen und Sfrdmen an absichflich oder zufallig berdhrbaren Teilen durch erne Spannungs- und/oder Sfrombegrenzung oder Erdung dar. Die Hohe des Stroms, der fOr den menschlichen Korper gefdhrlich werden kann, schwankt individuell |e nacb Art des Anschlusses an den Korper, der Frequenz und der Zeitspanne des Stromfiusses. Ein Korperstrom gro- fler als 30 mA sollte in jederri Fall durch geeignete Schutzmaflnahmen vermieden werden. Gerdte mit Netzsponnungsanschluss werden in drei Schutzklassen (EN 60335-1, VDE 0700-1) eingeteilt, wobei die entsprechenden Netzteile zusdtzlich zur Basisisolierung mit einer weiteren an die jeweilige Schutzklasse angepassten SchutzmaBnahrne verse- hen sein mussen, • Klasse I Gerdte der Schutzklasse I sind dadurch gekennzeich- net, dass ihre berdhrbaren leitfdhigen Teile, die im Falle des Versogens der Basisisolierung beruhrgefohrlich wer- den konnen, mit dem Schutzleiter des Netzes (unter Umstanden Ober ein flexibles Kabel) verbunden sind So kann kein Teil beini Ausfoll der Basisisolierung span- nungsfuhrend werden Hat das Gerdt eine abnehmbare Anschlussleitung, dann muss der Geratestecker einen voreilenden Schutzkont- akt haben Der grOn/gelbe Schutzleiter dorf niemols fdr eine Nnlzkabal mil gcJiLtfcliOltflrUi'iQ Sihiic?. Ici-Dr- jnch'iiRi A bK n ntew r Ho tfj n u ng h | y a a. mit Scrh*jftmNf- VEfE iunckri t wHipnlignr rch tmUul C - 1 Has. iin[j Lmlls'ii^i’n Gpnni: rWESlEoknr rrH Scni.”h(5n(fikF IWliljanKi'DrrTTnr^f ivrll Trwinungi k::I; J 11 III. Gerctl der Schutzklasse I. Bid 2. Gere? der Schutzklasse II. aridere Aufgabe als fOr die des Schutzleiters eingesetzt werden und keinen kleineren Querschnitt als die Ver- sorgungsleiter haben. Zusdtzlich zu dieser McBnahme konnen Gerdte der Schutzklasse I Teile mit doppelter oder verstarkter Isolierung entholten Auch Teile, die mit Schutzkleinspannung oder durch Schutzimpedanz geschiitzt sind (wenn leitfdhige Teile beru'hrt werden mussen), sind moglich. • Klasse II Gerdte der Schutzklasse II haben keinen Schutzleiteran- schluss, Der Schutz hdngt nichf nur von der Basisiso- lierung, sondern auch von zusdtzlichen MaOnahmen ab Diesesind: Isolierstoffumhillung: Alle leitfdhigen, berdhrungs- gefdhrlichen Teile sind vom dauerhaften Isolierstoffge- hduse umschlossen, Es mdssen alle leitfdhigen und niebt leitfdhigen Teile (Schrauben, Nieten, etc,), die die IsolierstoffhOlle durchstoBen, innen mit doppelter oder verstarkter Isolierung abgedeckt sein So ginge die Schufzisolierung verloren, falls z B, eine Kunststoff- schraube durch eine metallische ersetzt wOrde Metallumh Hung: Hier besteht dos dauerhofte Gehause aus Metall, den zusdtzlichen Schutz erhdlt man durch eine innere und durchgangige, doppelte oder verstarkte Isolierung Drltte Moglichkeit: Das Gerdt enthdlt eine Kombi- nation aus diesen beiden Varianten • Klasse III Gerdte der Schutzklasse III werden aus- schliefilich aus besonders zuverldssigen Stromquellen mit Schutzkleinspannung gespeist Orts- veranderliche Transformatoren zur Speisung soldier Gerdte mussen mit sicherer Trennung gemdfi EN 60742 (EN 61558, VDE 0570, VDE 0551) ausge- fOhrt sein BetriebsmoBig Spannung fuhrende Teile ddr- fen nicht mit dem Schutzleiter oder mit aktiven Leitern anderer Stromkreise verbunden sein. Stecker an Gerd- ten der Schutzklasse III dOrfen keinen Schutzleiteran- schluss haben und auch nicht in Steckdosen fOr hohere Spannung passen Wenn die Versorgungsspannung unter 25 V Wechselspannung oder unter 60 V Gleich- spannung liegt, kann auf jeglichen BerOhrungsschutz verzichtet werden. Gerdte der Schutzklasse III, bei denen grbBere Sponnungen auftreten (bis maximal 50 VAC oder 120 VDC, den Maximalwerten der Schutzklasse III), mussen mit einem Schutz gegen direktes BerOhren versehen sein. irvTiiTTv • Nelzeitifihrung In der Praxis betreffen diese Sicherheiteregeln vor allem den Umgang mit der 230-V-Netzspannung Oberstes Gebot sollte es sein, die netzspannungsfOhrenden Teile so kompakt und stabil wie moglich zu halten. Dies kann durch komplefte Netzspannungsgerdtestecker (siehe Bid 3) errelcht werden Diese Stecker sind mit Bild 3. Geratestecker und -kupplungen nach EN 60320 (VDE 0625). bzw ohne Schutzleiteranschluss und teilweise mit inte- grierter Primarsicherung und Netzschalter oder -filter im Handel erhdltlich. Verzichtet man auf diese Gerdte- stecker, dann muss das Netzkabel mit einer wirksamen Zugentfastung ausgestattet sein Bei Klasse-I-Gerdten wird der gelb/grune Schutzleiter direkt neben der Ein- fOhrung an die PE-Klemme angeschlossen, diese hat eine leitende Verbindung zum Gehause und - wenn moglich - auch zum Transformatorkern. • Schalter Der Netzschalter muss eine Spannungsfestigkeit von 250 VAC haben. Dieser Wert ist Oblicherweise auf der Ruckseite des Schalters neben dem Bemessungsstrom aufgedruckt. Weiterhin gibt der eingeklammerte Wert den Bemessungsstrom bei induktiver oder kapozitiver Last an Beim Anschluss eines Motors muss also der eingeklammerte Wert beachtet werden. Die auf den Schaltern angegebene Spannung ist die Schcltspan- nung und betrifft nicht den Beruhrschutz Im Bereich des Netzteils sollten nur Bauteile (Netzschalter, Siche- rungsschalter etc ) mit VDE-Zeichen verwendet werden, da nur dieses Zeichen die Einhaltung der Kriech- und Luftstrecken nach auBen gorantiert Alle Netzschalter sollten zweipolig sein. Es gibt zwar Ausnahmen fur diese Regel (Steckernetzteile, etc ), die aber beim Gerdteselbstbau eigentlich kaum Einsparmdglichkeiten bieten. Schmelzsicherungen und Bauteile von Netzent- storfiltern mOssen nicht, konnen und sollten aber mdg- lichst mit ausgeschaltet werden • Verdrahtung Die interne Verdrahtung der netzspannungsfOhrenden Teile erfordert erhohte Aufmerksamkeit. Die aktiven Leiter mussen einen Querschnitt von mindestens 0,75 mm 2 haben und entsprechend mehr |e nach Geratebemessungsstrom (Nennstrom) Der Schutzlei- ter hat den gleichen Querschnitt, Aus SicherheitsgrOnden sind hier doppelt isolierte Netzkabel (H05VV-F) ein- fach isolierten (H05V-F, VDE 0292, HD 21 /22) vor- zuziehen Die Adern sollten an der KabeleinfOhrung auf entsprechende Netzanschlussklemmen gelegt oder mit Flachsteckern am Geratestecker angebracht bzw an Platinenklemmen festgeschraubt werden, Keinesfalls sollte man das Netzkabel direkt an eine Platine loten oder einer mechanischen Spannung aussetzen Litzenenden, die in einer Klemme verschroubt werden, mussen einen SpleiBschutz (AderendhOlsen) haben Verzin- nen und Verdrehen ist als Spleilkhutz ungeeignet und unzulassig, weil das Lot kalt Men kann. Bei Klasse-I-Gerdten ist dorauf zu achten, dass der Schutzleiter mit alien beruhrbaren leitfdhi- gen Teilen, also auch Potentio- meterachsen und Kuhlkorpern verbunden ist, Weiterhin ist for eine ausrei- chende EnMung elektronischer Baugruppen zu sorgen. Lassen Sie niemals eine Schmelzsiche- Bedingt kurzschlussfeste Transformatoren haben eine eingebaute Temperatursicherung (Temperaturbegren- zer) oder sie mussen mit einer definierten Sicherung beschaltet (geschutzt) werden, Nicht kurzschlussfeste Transformatoren mussen nach Herstellerangaben eingangs- und ausgangsseitig abge- sichert werden Bei der Verdrahtung der Eingangsseite (Netzseite) eines Transformators muss man die aktiven Leiter zusdtzlich so befestigen, dass sie unter keinen Umstan- den die Sekunddrseite berOhren konnen (Sicherheits- abstande groBzOgig dimensionieren, > 1 cm) Sportransformatoren sollten nicht fOr die Versorgung von Geraten verwendet werden, weil bei ihnen die galvanische Trennung zwischen Ein- und Ausgangsseite fehlt. Je nacb Bauart konnen Transformatoren auch schon in die Schutzklassen I bis III eingeteilt werden, was den Geratebau zusdtzlich erleichtert Priilen, Wesson und Tesfun Elektrische Gerdte mussen in regelmdBigen Zeitabstdn- den, die sich nach der Gebrauchshdufigkeit richten, sicherheitstechnisch OberprOft werden Darunter fdllt die Durchgdngigkeit des Schutzleitersystems (PrOfstrom 25 A, Schleifenwiderstand < 0,1 Q alternafiv nach VDE 0701), aber auch der Zustand und feste Sitz der internen Verdrahtung Bei Eingriffen in dos Gerdt zu Mess-, Test- oder Repora- turzwecken mussen besondere Sicherheitsvorkehrun- gen getroffen werden. Das Gerdt versorgt man dann moglichst Ober einen Trenntransformator gemdfi EN 61558 An einen Trenntransformator darf nur ein Verbraucher (max. 1 6 A) angeschlossen werden. Aufier- dem sollte jeder Arbeitsplatz mit einem Personenschutz- schalter ausgestattet sein Eirt F eh lerstro m-Sch utzsch □ I- ter (Fl-Schalter) mit einem Auslosestrom von 30 mA verspricht ebenfalls ausreichende Sicherheit, (060037-1 e) rung weg, die im Schallplan vorgegeben ist. Bei Eigenkon- strukilonen sollte derMaximalstrom der trdgen Primdrsi- cherung etwa 25 % Ober dem Bemessungsstrom liegen Muss sekundar abgesichert werden, ist der Moximal- strom der schnellen (bei induktiver oder kapazitiver Belastung auch mitteltrdgen oder trdgen) Sicherung gleich dem Bemessungsstrom des Gerdtes zu wohlen • Transformatoren Aus SicherheitsgrOnden sollte man beim Selbstbau eines Gerdtes nur Sicherheitstransformatoren bzw Trenntransformatoren nach VDE 0570 (EN 61558) oder Netzteile nach EN 60950 einsefzen, Diese Trans- formatoren tragen folgende Symbols: t 1 ’ Sicherheitstransformator, kurzschlussfest Trenntransformator, nicht kurzschlussfest Bild 4. Belspfel fiir ein Klasse-ll-Geraf. 1 Netzkabel mit angegossenem 2-poligen Eurostecker 2 ZugeniTastung 3 Sichewngshalfer 4 zweipoliger Netzschalter (fur Klasse II geeignet) 5 Anschluss am Netzschalter durch Flachstecker und Zugentlastung 6 Netzkabel mit doppelter Isolierung 7 Abstand zwischen Prime ranschlussen zum Transforma- torkern oder anderen Bauteilen mindestens 6 mm (bei Sekundarspannungen < 250 V) 8 Kabel mit mindestens 0,75 m 2 Kupferquerschnitt bei Stromaufnabme < 6 A. 9 Platine wird sicher om und in ausreichendem Abstand (> 6 mm, Lotpickel, Durchbiegung berucksichtigen) vom Gebauseboden befestigt 1 0 Beriihrbare Teile (Potentiometerachsen, Buchsen) durfen leitend mit dem Gehause verbunden werden 11 Kunststoifgehduse Bei Metallgehdusen ist eine doppelte Isolation des Primar- vom Sekundiirkreis nofwendig 4/2006 - elektor 75 Von Wolfgang Hartmann und Burkhard Kainka DRM steht fur Kurz-, Mittel- und Langwellen-Programme in nie da gewesener Qualitat. Wit dem Open-Source"-Empfdnger Diorama der TU Kaiserslautern lessen sich DRM- Sendungen am PC entschlusseln und sogar aufnehmen. Interessanf m die Implementierung in MATLAB - so bekommt man einen Einblick, wie die Signalverarbeitung funktioniei Bildl. Uber das Control-Panel kann man sich zustifz- liche Informationen anzeigen lassen. Diorama Control Panel nr* Core Services ] Control j p| Signal mfo P Record siput P Service 1 ■ — 'i Breate j p InpUt spectrum “j Flip spectrum fcj Service? g Synchronisation j EqufltiZflfion ; Service 3 Step p| Cbsnrai estjrrtattori p Channel ttecodfrg P Service 4 Q ConsteMlorts P Source decoding p PlaybacK Ex* j SNR spectrum P Record Verbose iQ Max Iter \2 ~ j About ■ p mput fife: Brgwse j Storage path: — Browse * Slid 2. Hler die Anzeige der Signal-lnformationen. Bilcf 3. Das Eingangsspektrum vermittelt einen anschaulichen iindruck des Signals. Der D i g i talrad i o-Sta nd a rd DRM (Digital Radio Mondiale) machf's moglich; Kurz-, Mittel- und Langwellensender konnen in einer bislang niebt fur moglich gebaltenen Qualitat emp- Fangen werden. Da, es an Hardware leider noch mangelt, bietet sich der Ausweg PGEmpfartg (zum Beispiel uber den ELEKTOR-Empfdnger [1]) und Decodlerung per Software an. „ Diorama" helBt ein vollstandiger und echtzeitfahiger „Open-Source J '-5olWare-Erripfanger, der am Lehrstuhl fur Nachrichtentechnik der TU Kaiserslautern von Torsten Schorr und Andreas Dittrich entwickelt wurde [2]. Das Programm kann ahnlich wie die Software DReaM der TU Darmstadt verwendet werden, benotigt aber die mathematische Soft- ware-Umgebung MATLA8 beziehurtgsweise eine entspre- chende Loufzeitumgebung, Die MATLAB-Imple men tier ung hat den Vorteil, dass der Decodierungsprozess jederzeit angehalten und die nahezu kompletfe Signalverarbeitung naehvollzogen werden kann. Eigenschaften der Software sind: • Echtzeitfdhige Decodierung von DRM-Signalen • Unterstutzt MATLAB ab Version 5.2 (Release 10) • Optionale graphische Benutzeroberflache fur Einstellun- gen und Anzeigeoptionen • Anzeige von Eingangsspektrum, Systemparameter, Syn- chron isationsi nformationen f Signalstorabstande usw. • Verarbeiten von bereits aufgenommenen DRM-Signalen • Audio-Aufnahme des Eingangs- und Ausgangsdatensfroms Erste Erfahrungen Fur Anwender, die keine Vollversion von MATLAB besitzen, gibt es eine Alternative: Eine direkt ausfuhrbare Version von Diorama (.exe), die nur eine Laufzeitumgebung von MAT- LAB, den MCRInstaller benotigt. Diese Version wurde hier unter Windows XP getestet. Nach dem Start van Diorama.exe lauft das Programm im Hintergrund in einem Kommando-Fenster. Zusotzlich erscheint auf dem Bildschtrm das Diorama Control Panel, welches man aber schliefien kann, so dass der Decoder komplett „ver$cbwmdet'\ Die Abstimmung des Empfangers erfolgt extern und benotigt ein zusatzliches Programm wie zum Beispiel DRM. exe fur den DRM-RX von ELEKTOR [1]. Uber das Control-Panel (Bild \) kann man sich zusatzliche Informationen anzeigen lassen. ,, Signal info [Bild 2) zeigt die empbngene Station, die verfugbaren Dienste [Services) und weltere Daten wie zum Beispiel den Signolstorabsfand des empfangenen Signals, Das Input-Spektrum (Bild 3) ver- 76 elektor - 4/2006 I Konzept und Ziele Von Torsten Schorr und Andreas Dittrich Ziel der Entwicklung von Dioromo ist die Analyse und Decodierung eines real empfangenen DRM Signals, Diese soil auch schrittweise erfol- gen konnen, um die Arbeitsweise eines Empfangers 2 u veranschou- lichen. Fur die einfache Bearbeitung der empfangenen Daten wurde die mathematische Softwareumgebung MATLAB gewahlf, da sie eine inter- pretierte skriplahnliche Program miersprache zur Verfiigung sfellt, deren Aborbeitung schrirtweise erfolgen kann und damit einfaches Debuggen und auch eine schrittweise Program menfwickluna ermoglichl Daruber hi nous bietet MATLAB diverse niilzliche Werkzeuge zur mathemafischen S ignalvera rbeitung und Funktbnen, die der Visualisierung der bearbei- teten Daten dtenen. Bei geeigneter Berucksichtigung der internen Signalverarbeilung von MATLAB wahrend der Programmerstellung und Verwendung von nativem Code fur ausgewdhlfe rechenintensive Programmteile ist die Abarbeitung unfer MATLAB ausreichend schnell, um ein DRM-Signal in Echtzeitzu oecodieren und aas gewonnene Audiosignal auszugeben, Neben der inlerpretierten Abarbeitung des Programms in der MATLAB- Umgebung besteht die Moglichkeit, miltels MATLAB-Compiler den Pro- grammtext in lauffdhige Bindrdateien umzuwandeln. Je noch MATLAB- Version werden die einzelnen Programmteile dann entweder in ein MAT- tAB-eigenes Format oder in Laufzeitbibliotheken [DLLs] umgewandelt die dann zusammen mit der frei erhaltliehen Laufzeitumgebung wie eine' gewohnliche Anwendung geslortet werden konnen. In beiden Fallen ent- steht also eine ausfiihrbore EXE-Datei. Die erforderiiche Laufzeitumge- bung beinhaltet die B.bliotheken mit den Srgnaiverarbeitungs- und Visua- lisierung stools bzw. den virtuellen Prozessor fur das MATIAB-eigene For- mat und muss parallel zu Diorama install iert werden. bomit stehen quasi zwei Varianten von Diorama zur Verfiigung: Zum einer. eine Sammlung von Skripten, die in einer installierten MATLAB- Umgebung ausgefuhrt werden konnen, so dass die Vorteile der MATLAB- Obetflache genutzt werden, Zum anderen eine compilierte Version, die nichl auf MATLAB, sondern nur ouf eine kleinere und im Poke) mit Dio- rama kostenlose Laufzeitumgebung angewiesen ist. Die ersfe Variante bietet die grolite Flexibilitat, setzt aber eine MAT- LA B-insta II ation voraus, Der Nutzer kann bei dieser Variante Diorama jederzeit anhalten und die internen Daten beobachten, was dutch die mitgelieferten Visualisierungstools vereinfacht wird. Dabei konnen die Module schrittweise abgearbeitet oder Breakpoints gesetzt werden, bis zu deren Auftreten Diorama frei Iciuft. Dadurch wird eine Art Echt- zeit-Debugging erreicht. Auberdem ist es mdglich, einrach und schnell Anderungen am Programm vorzunehmen, die ohne Neucampilieren .jeim nachsten Start von Diorama angewendet werden. Der Varteil fur die Forschung liegt darin, dass das Enfwickeln und das Testen neuer Algorthmen zur Verbesserung des DRM-Empfangs vereinfacht wird. AuRer in der Forschung ist auch der Einsatz in der Lehre sinnvoll, da mil Diorama grundlegende, aber auch anspruchsvollere Algorithmen der Nachrichtentechnik veronschaulicht und experimentell eingesetzt werden konnen. Somit konn Diorama beispielsweise als Bestandteil in stud ien beg leitenden Laborpraktika Fur Studenten der Nachrichtentech- nik verwendet werden. Die Aktivitaten zu DRM knupfen an fruhere Arbeiten auf dem Gebiet der funkbasierten Kommunikotionssysteme an, die am Lehrstuhl fur Nachrichtentechnik der TU Kaiserslautern durchgefuhrt wurden. Neben Forschungen zu GSM [Global System For Mobile Communications] sind dabei insbesondere Arbeiten zu DAB (Digital Audio Broadcasting) und dem Meh rtragerve rfahren COFDM (Coded Orthogonal Frequency Divi- sion Multiplex) zu nennen, die in Kooperation mit dem Forschungsver- bund Medientechnik Sudwest und der Deutschen Telekom entstanden sind, Ebenfalls in Zusommenarbeit mit der Deutschen Telekom wurden Unfersuchungen Fur das terrestrische Digital Video Broadcastina (DVB-rj durchgGfOhrt, mSttelt ernen anschaulichen Eindruck des von der Soundkarte gerade aufgenommenen Signals. In den „Signal constellations iBilcf 4J sieht man die einzelnen Empfangssymbole als Konsfellafionspunkte in der i/Q-Ebene entprechend dem jeweiligen Modulationsformat (zum Beispiel 64-QAM), Die Qua I i tat und Sicherheit der Decodierung ist vergieichbar mit DReaM. Falls ein Signal mongels Storabstond in den nicht mehr decodierbaren Zusfand absinkt, fiigt die Software kunstlicbe rauschahnliche Gerausche ein, so dass man den Zustand von einer normolen Modulationspause unterschei- den kann. Eine besondere Starke des Programms 1st die Verorbeitung der Daten-Services, Empfdngt man zum Beispiel den Journa- line-Service der Deutschen Welle, dann wird im Hinfergrund ein Verzeichnis mit empfangenen FfTML-Seiten angezeigt. Man kann also nachtraglich aile Informationen in Ruhe mit einem beliebigen Internet-Browser lesen. Empfangene Bilder werden in einem Verzeichnis obgelegt und konnen spafer betracntet werden. ( 050207 - 1 ) Literatur und Links [1] Burk hard Koirtka: „DRM-Empfanaer im Selbstbau” ELEKTOR, 3/2004, S. 14 [2] http:/ / nt eit .uni-kl.de/forschung/diorama Signdt Consul laltons imaginary sail Q**c 0 ax « ■ -T . - 0 rttogram 0 ® * 10 Bifd 4. Die ^Signal Constella- tions" werden drei- dimensional dargestellt. 4/2006 - elektor RETRONIK INFOTAINMENT Antike On-Board-Diagnostik Von Jan Buiting Seufzen Sie auch beim Gedan- ken an alte Zeiten? Als ein Mann noch Herr seines Automo- bils war und nichf Sklave eines Multi-Mikroprozessor-Systems auf vier Radern? Metallische Gerau- sche aus Richtung Motor, sagende Gesange vom Getriebe oder ein Rattern des linken Vorderreifens - das waren in den 50ern und 60ern doch keine wirklichen Probleme. Ein Hammerschlag hier, etwas Draht dort - schon lief das Auto wie- der. Und lief und lief und lief ... Den abgebildeten Elektrik-Tester „PrufRex" erhielt ich von einem freundlichen Herrn in die Hand gedruckt, der nicht die leiseste Ahnung haffe, wofur das Ding gutsein konnte. Die (fruher) hell- grune Kiste mit den MaBen 44 x 27 x 20 cm wog gut 1 0 kg - und schien in ordentlichem Zustand sowie komplett zu sein. Dieses Geraf erlaubte eine ein- drucksvolle Zahl von Tests an der Elektrik von Vier- und Zweira- dern, ja sogar von Mopeds! Die Testprozeduren - und entspre- chende VorsichfsmaBnahmen - sind in einem wundervoll illus- trierten Handbuch beschrieben, das unterm Deckel klemmte. Zum Test von Zundspulen konnte man diese an spezielle Kontakte anschlieBen, die intern zu einem Unterbrecher fuhrten, der von einer richtigen kleinen Nocken- welle gesteuert wurde. Die Nockenwelle wiederum saB auf der Achse eines Gleichstrommo- tors. So konnte man wunderbar unterschiedliche Motordrehzah- len simulieren! Die erzeugten Zundfunken waren durch eine auf Bakelit montierte Funkenstre- cke sicht- und horbar. Die Stre- cke war - sicherheitshalber mit einer Hand! - von 2,5 mm an aufwarts einstellbar. Man vergro- Berte die Funkenstrecke, bis die Funken ausblieben. Anschlie- Be nd wurde soweit zuruck gestellt, bis die Funken wieder einsetzten. Die Strecke war der Zundspannung proportional. Ein Zentimeter entsprach 1 0 kV - das war fur damalige Motoren in Ordnung. Selbstverstandlich verfugt die Messkiste auch u ber eine ein- gebaute Hochleistungszund- spule, die es auf gut 25 kV brachte und mit der sich sowohl kaputte Zundkerzen als auch „schlechte" Kondensato- ren (parallel zum Unterbrecher bei Schwunglicht-Magnetzun- dern von kleinen Zweitakt- Motoren) aufspuren lieBen. Zundkerzen lieBen sich in ein spezielles Gehause mit Sicht- scheibe schrauben, in welchem (mit einer eingebauten Luft- pumpe) ein Druck von 15 bar erzeugt werden konnte. Die Verhaltnisse im luftverdichten- den Ottomotor waren so prim a zu simulieren. Damit konnte man Leckagen und sonstige Storphanomene bei alten Zund- kerzen diagnostizieren. Auch zur Uberprufung der Spannungsfestigkeit und Kapa- zitat von Kondensatoren lieB sich die eingebaute Hochspan- nung nutzen. Dabei wurde die Spannung mittels ohmscher Belastung auf niedrigere Werte gedruckt. So lud sich der zu tes- tende Kondensator auf rund 300 V auf. Via Glimmlampe war zu verfolgen, wie lange er die Ladung halten konnte. Der- selbe Aufbau wurde (mit Hilfe Idngerer isolierter Kabel) zum Aufspuren von Isolationsfehlern im Hochspannungsteil der Zund- anlage genutzt. Denn feuchter Schmutz und Alters- oder Hltze- bruche der Isolation waren die typischen Probleme beim Anspringen, Daruber hinaus konnte man mit dem Geraf noch allerhand anachronisfi- sche Tests an Lichtmaschinen und Anlassern durchfuhren. „PrufRex y/ lieB sich nicht nur mit 6 V oder 1 2 V versorgen. Der Spannungswahlschalter erlaubte sogar recht ungewohnliche 4 V! Den eingebauten Elekfromotor kann man laut Handbuch auch als eine Art akustischen Span- nungsprufer gebrauchen - was nach heufigem Empfinden wohl eher ein Missbrauch ware. Praktisch ist das Ganze - aber auch schon skurril. Ein altes Test- gerat fur Oldfimer also. Denn dass eine moderne Auto-Elektrik das Testen mit 3 A und mehr Anlaufstrom schadlos ubersteht, wollen wir mal beweifeln ... ( 065022 ) % Vonkbrug In der Rubrik "Retronik" stellen wir Historisches und Antikes aus der Welt der Elektronik vor Bitte senden Sie Ihre E-Mail mit dem Betreff "Retronik" an: redaktion@elektor.de - darunter naturlich auch legendare Elektor-Projekte aus dem vorigen Jahrhundert. Beitrdge, Vorschldge und Anfragen sind willkommen. 4/2006 - elektor 79 VORSCHAU 3 rt /it '1 4 1 i i V i f 1 Qf 1 1 , i il Stand-alone-EOBD-Analyser Mil dem in alien neueren Autos vorgeschriebenen EOBD-Diagnose-Ansthluss lessen sich viele interessante Dalen ausle- sen, wenn man ein passendes Interface hat — in Verbindung mil PC oder notebook. Noth praktisctier als der ELEKTOR- EOBD-Analyser (Halbleiterheft 2005) ist der neue Stand-alone-Analyser, der sich sowohl als Handgerat als auth fiir den Einbau ins Fahrieug eignet. Die EOBD-Daten warden mil einem ATMegal 6 ausgewerfel und auf einem LCD mil 4 x Z0 Zekhen dargestellt. Kurzschluss-Sucher Mit diesem aufiergewohnlichen Testgerat lassen sich Kurzschlusse und Unterbrechungen auf Leiterplatten aufspuren. Das gilt fiir selbst gedtzte Platinen genau so wie fiir industriell gefertigte - und funktioniert sogar bei bereits bestiickten Platinen. Lassen Sie sich iiberraschen! Leiterplatten und Lot-Technik In mehreren Artikeln befassen wir uns mit Lei- terplatten-Prototyping, der bleifreien Lottech- nik und den sich daraus ergebenden Konse- quenzen sowie mit Lotwerkzeugen und Hilfs- mitteln. Ein besonderes Highlight ist die Bauanleitung fiir einen LED-bestiickten Leiter- plattenbelichter. Anderungen vorbehalten! Elector Mai 2006 .eiseheint axn 12 April 2006. Elektoi gibt es im Bahnhofsbuchhandel, Elektronik-Fachhandel, an ausgewahlten Kiosken und garantieit beim Presse-Fachbendler. Ein Verzeichnis finden Sie unter: iitr p://wvyw. bla.uarcilQbus.ds Sie kdnnen Elektpr auch ditekt bai wnw ^ J efrtobde bestellen. PRESSE R8C-Entwicklungs- Wettbewerb Wer entwickelt die interessan- teste, origirtellste und praktisch- ste Anwendung mit dem R8C-Mikrocontroller? Mitmachen lohnt sich: Es gibt viele attraktive Preise zu gewin- nen - und Ruhm und Ehre durch die Prasentation in ELEKTOR und auf der Website... Die Elektor- Website - Service & News! In dem projektorientierten System hat man alles, was zu einem Projekt gehort, auf einer Seite im Blick: Artikel-Download im PDF-Format, Software-Download, Bestellmoglichkeiten und auch Korrekturen und Erganzungen. Unser Service: • Mikrocontroller-Experten-Forum • Leser-Forum • Elektronik-News • Onl ine- Shop • Kosten loser Newsletter • FAQs Die Top- 1 0" Down loads der letaten zwef Monate: • Der R8C und seine Familie • OBD-2-Analyser • SMD-Lotofen • Visual Basic ohne Stress • Hexadoku • Baukastensystem fiir Elektroniker • DCC- Prog rammer • Barometer und Hohenmesser • HiFi-Rohrenendstufe mit ELI 56 • ClariTy 2 x 300 W Klasse-T-Verstarker ektor «1«Mronth. dto & u er i IlMne 1 IrtttiiJttlft | f als Oszifloskop!? iyiMHrifpfririft-urt [ fantlrt | ^ 1 ^* WJ 1 E-tamnen im t IrWwr inline v BausHlze A Module llir Warenkorlt isl leer! 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