Universelle I/O-Box
Werbung
G3078 E www.elektor.de November 2007 (D) E 6,50 • CHF 12,50 • (A, B, L) E 7,15 electronics worldwide USBDatensammler Universelle I/O-Box echnisch top Tivolitoder Technik-Flop? Flashboard mit USB Haussteuerung mit Router Wettbewerb erzeugen und Notebook gewinnen! Strom 3-2:86512815/ #)5,-9:73)::-5 !6473-::9=9:-4 !$-9:73)::-5 5 % (# ' ##! ##! # #$-9:73)::-5 ' ##! #$# # # ?-9:73)::-5 874 ##%! ##% %$& %$& @ 0 B /75? 784 98 % C >E 00 ?388 1 @ 623% //13 B44? ( E 538 238 "" ! @ B12777>/44? ??6 J ##@ 45 "I % //>1; # @ ?2 % D@ 28'288 %' % 0#E 3>E F% / %I"< @ / 45 G3 7988= 33 - / 45 G3 7988 3 3 368 368 % C % C >E 00 ?388 1 E 00 ?388 1 @ 3H 623% //13 B44? ( .@ E 538 238"" ! @ # +DC4>E 3 J ##@ 0 D0/0 C4 //='>1 # @ 62 % D@ 28'288 %' % E 3>E F% / %I"< $$1973)= $$1973)= K N@ 2498 H 2868 H -#@ 788 B'"L (+.@ 988@2 1#@ 6 " C@ ' K N@ 2398 H 2835 H -#@ 368 B'"L (+.@ ?88@2 1#@ 9 " C@ ' !):+02)*-3 ):)*-3#$! $!):+02)*-33 .)+0#:-+2,69-53-19:- #:86497)8/-8A:.B8#:)5,=-8A:=-8A:- 7688 EM 1 ' ! / &" 5>> ) "" . +" D %. M # + #N / + " ! #" . ("> 548 H" $ . " #" +" D +> %I>. !$ !$ !$ !$" !$"$ ):1:9 !$ !$"$ ):)*-3*1:9##$!!1 !$" !$" !$" /-28-;>:-):!):+02)*-3 86: !$(" !$(" ):86996<-8,)7:-8 " ##(!$" %#)*-3 C ># %># %#&-83A5/-8;5/ > >% )9:-8#3)<-#:-+2,69-53-19:- .)+0-8A:-4)5)/-8 > + # " ," " ' 1 + 2 3 ! +>! > B" ! 0 " % " * "@ A 26 " M " > ' > %# . - ! (" . ! !# # @*-897)55;5/9;5,31:>9+0;:> $19+09:-+2,69-53-19:-5 6,-8.)+0 ! + # # . + > " 5688 @ 36 D># C##> # " ( 378 24 ' 7498 $ * (@ 26 " -86728>28 . &%1) $ &) ! " # $ % & ' " ( ) *+# + #" " , - . /# 0!" . + 1 ## ( ## 2 34563 &-1 27849: ;) 6,/21429*5524*1 @DH !(/0H$+6 ?H!%/0H5C$(+6 C 5#+ &* 0CH )B , '< -(42%&-1'2&4) +)*'0(.0,%-&'32,.//0'+1 1:1*21 -021)&!"3*-(,*4 G ,,9!+(50H %"!!(; +4'5C&5 #+4&5C/* /* +'% "2(.*/ &-18&4)*24(*" &'5*!(6,,9 H +1"-F /:" &&50H 3R E .= R ,;1!;/!;CC ! 6;1,1N/.C& %F,,911(#''#&$$ 0,"GR?,;1", .*50H w www.reichelt.de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hat´s in a name? Seit dem Oktoberheft heißt auch die niederländische Elektor-Ausgabe Elektor und nicht mehr – wie schon seit 1964 – Elektuur. „What´s in a name?, könnte man da mit Shakespeare fragen. Aber auch: Wo kommt der Name her? Von Elektuur ist es bekannt: Elektuur hieß ursprünglich „Elektronica Wereld“ (Deutsch: Elektronik-Welt). Weil die amerikanische „Electronic World“ daran Anstoß nahm, bekam die Zeitschrift nach einer Leserbefragung den Titel „Elektuur“ - im Niederländischen eine Wortkombination aus Elektronik und Lektüre („lektuur“). Die Entstehung des Titels „Elektor“ ist leider nicht überliefert. Als Elektuur 1970 in Deutschland an den Start ging, war der Titel jedenfalls nicht „Elektüre“, sondern Elektor. Seither gab es schon viele Deutungsversuche. Nahe liegt die Idee, dass in Anlehnung an E-Lektüre der E-Lektor Pate stand, was ja auch einigermaßen passt. Dass der Name „Elektor“ in Polen öfter anderweitig verwendet wird (z.B. durch das Hotel Elektor in Krakau), liegt daran, dass „Elektor“ dort die Bezeichnung für einen Kurfürsten ist. Auch im Englischen bedeutet „Elector“ Kurfürst sowie Wahlmann und ganz allgemein Wähler. Eine neue Wendung brachte vor kurzem der Zufallsfund einer Webseite über ein leicht esoterisches Sommerjugendlager namens „Camp Elektor“ nebst „Elektor Academy“ an einem etwas abgelegenen Waldsee in Pennsylvania. Dort erfährt man, dass Elektor im (Alt-)Griechischen „beaming sun”, also „strahlende Sonne“ bedeutet. Dieser Pfad führte mich mit Google schnell zu einer neuen Entdeckung (Zitat*): „Elektron, Elektrizität, Elektronik und andere Wörter, die mit Elektr… beginnen, stammen alle vom griechischen Wort „Elektor“ ab“. Wir haben es ja schon immer gewusst: Elektronik fängt mit Elektor an! Ernst Krempelsauer *Quellen: www.energyquest.ca.gov/story/chapter02.html www.ieee.org/web/aboutus/history_center/ early_history_electricity.html www.laketeedyuskung.com/html/campset.html Daten sammeln über USB analog, digital und bidirektional 18 Messsysteme für den Anschluss an den PC haben in Elektor schon lange einen festen Platz. In der Vergangenheit waren Schaltungen mit RS232-Schnittstelle aktuell; inzwischen ist der USB-Port zu einer digitalen Universalschnittstelle geworden. Mit unserer Controller-Schaltung können digitale und analoge Steuersignale über den USB-Port empfangen und ausgegeben werden. Es stehen acht digitale Eingänge und acht digitale Ausgänge bereit. Ferner sind acht analoge 10-bit-Eingänge für Spannungen im Bereich 0...5 V und zwei analoge 10-bit-Ausgänge vorhanden. Die Schaltung lässt sich leicht aufbauen und bei Bedarf auch in ein größeres Mess- oder Steuersystem integrieren. INHALT 38. Jahrgang November 2007 Nr. 443 24 8051 goes USB Flash-Controller lassen sich bequem programmieren - sie eignen sich daher für die schnelle Software-Entwicklung genauso wie für die Ausbildung. Bisher wurden die Programmdaten meist über die serielle Schnittstelle geschickt, doch insbesondere Laptops haben oft nur noch USB-Schnittstellen. Unser vielseitig einsetzbares Flash-Board ist die Lösung. Herzstück ist der AT89C5131A, ein erweiterter 8051-Controller mit 80C52-Kern und Fullspeed-USB. Sozusagen als Zugabe enthält der Baustein ein fertiges UpdateInterface, mit dem neue Firmware geladen werden kann. Darüber hinaus liefert Atmel mit dem kostenlosen Programm FLIP gleich die passende Software. Man muss also nur noch den passenden Code bereitstellen, schon kann es losgehen! Praxis 9 Leserschaltung: E-Diktator 18 Datenakquisition über USB 24 USB-Flashboard 30 Telefon-Leitungsumschalter 36 Kopfhörerverstärker mit Raumklangeffekt 46 Alternative Domotik-Zentrale 54 Rennbahn-Timer 62 Workshop Technik 40 Perpetuum Calculum 30 Telefon-Leitungsumschalter Immer mehr Provider stellen ihren Kunden zusätzlich zum Internet-Zugang auch die Möglichkeit der Internet-Telefonie zur Verfügung. Zu den vorhandenen Telefonen kommt dann aber oft ein weiteres Gerät hinzu. Das kostet Platz auf der Schreibtischfläche, und auch der Komfort leidet, weil zwei Apparate bedient werden müssen. Abhilfe schafft ein elektronischer Umschalter, der zwei Verbindungswege bedarfsabhängig auf einen Apparat führt. Unsere Schaltung arbeitet dabei ganz ohne Mikrocontroller und funktioniert sogar bei Stromausfall! Elektor-Intel-„unplugged“-Rennen 42 Tivoli – I lov´ it 44 Laborgeflüster 50 Empfang mit G8JCFSDR Software für den Elektor-SDR 58 Entwicklungstipps 66 E-blocks Tachometer und Timer 70 Jedermann-CAD Entwickeln mit KiCad Info & Markt 8 46 Haus-Steuerung mit dem Breitband-Router In zwei Beiträgen aus dem Jahr 2006 haben wir aus einem preiswerten Router der Marke „Sweex“ einen einfachen Webserver gemacht. Diesmal wird ein gebräuchlicher Drahtlos-Router zur zentralen Steuerung eines Domotik-Systems umgebaut. Verglichen mit dem PC hat der Einsatz eines Routers einige Vorteile. So liegt zum Beispiel der Energiebedarf wesentlich niedriger. Mailbox 11 News 74 Konkurrenz für HD-DVD und Blu-ray 76 Review: LogicSim Freier Logik-Simulator in Java 84 Vorschau Infotainment 78 Hexadoku 79 Retronik: ESC „Semafoon” Pager ELEKTOR ELECTRONICS WORLDWIDE elektor international media Eine multimediale und interaktive Plattform für jeden Elektroniker - das bietet Elektor International Media. Ob Anfänger oder Fortgeschrittener, ob Student oder Professor, ob engagierter Profi oder leidenschaftlicher Hobbyist: Hier finden Sie wertvolle Informationen, Inspiration für die eigenen Entwicklungen, Unterstützung bei der Ausbildung und nicht zuletzt eine gute Portion Unterhaltung. Gedruckt und im Web. Analog und digital. In Theorie und Praxis. English German Dutch French Chinese Portugal Greek Spanish Swedish Finnish IMPRESSUM 38. Jahrgang, Nr. 443 November 2007 Erscheinungsweise: 11 x jährlich (inkl. Doppelheft Juli/August) Elektor möchte Menschen anregen, sich die Elektronik zu Eigen zu machen – durch die Präsentation von Projekten und das Aufzeigen von Entwicklungen in der Elektronik und technischen Informatik. Elektor erscheint auch in Englisch, Französisch, Niederländisch, Spanisch und weiteren Sprachen. ELEKTOR ist in über 50 Ländern erhältlich. 6 Verlag Elektor-Verlag GmbH Tel. 02 41/88 909-0 - Süsterfeldstraße 25, 52072 Aachen Fax 02 41/88 909-77 Technische Fragen bitten wir per E-Mail an [email protected] zu richten. Internationale Chefredaktion Mat Heffels, Wisse Hettinga Redaktion Elektor Deutschland Ernst Krempelsauer (Chefredakteur, v.i.S.d.P.) Jens Nickel (E-Mail: [email protected]) Internationale Redaktion Harry Baggen, Thijs Beckers, Jan Buiting, Guy Raedersdorf Redaktionssekretariat Hedwig Hennekens Labor/Technische Redaktion Antoine Authier (Ltg.), Ton Giesberts, Paul Goossens, Luc Lemmens, Jan Visser, Christian Vossen Grafische Gestaltung und Layout Giel Dols, Mart Schroijen elektor - 11/2007 FERNLEHRGANG Elektor-Fernlehrgang NE U! Einstieg in die Welt der Mikrocontroller EVENTS Bestandteile des Fernlehrgangs: Sind Sie Auszubildender, Schüler, Student oder nur einfach interessiert an der Mikrocontroller-Technologie? • 6 Lehrbriefe, die monatlich im Abo verschickt werden einschließlich Sammelordner • 1 Mikrocontroller-Board, das sich aus einem Grund-Board mit Real Time Clock, alphanumerischem LC-Display, Watchdog und vieles mehr zusammensetzt. Für die ersten Schritte gibt es noch eine kleine Digital/ Analog-Adapter-Platine, die an das Grund-Board angesteckt wird. Dann ist dieser Fernlehrgang für Sie das Portal in die faszinierende Welt dieser zukunftsorientierten Technik! In einer weiteren Ausbaustufe kann das Grund-Board auf ein Zusatz-Board mit Porterweiterungen, I²C-Buscontroller, Temperatursensoren und mehr gesteckt werden (das Zusatz-Board gehört nicht zur Grundausstattung des Fernlehrganges) oard Grund-B • 1 ganztätiger Abschluss-Workshop mit Zertifikataushändigung. Beginn: 5. November 2007 (ein späterer Einstieg ist jederzeit möglich) Dauer: 6 Monate Das GESAMTE Fernlehrgangspaket kostet Board Zusatz- nur F399,- Weitere Infos unter www.elektor.de/tfh Geschäftsführer/Herausgeber: Paul Snakkers Marketing/Vertrieb (Leitung): Carlo van Nistelrooy Kundenservice/Auftragsabwicklung (Leitung): Anouska van Ginkel Anzeigen: ID Medienservice Tel. 05 11/334 84-36 - Fax 05 11/334 84-81 E-Mail: [email protected] Es gilt die Anzeigenpreisliste Nr. 37 ab 01.01.2007 Vertriebsgesellschaft: IPS Pressevertrieb GmbH Postfach 12 11, 53334 Meckenheim 11/2007 - elektor Tel. 0 22 25/88 01-0 - Fax 0 22 25/88 01-199 E-Mail: [email protected] Internet: www.ips-pressevertrieb.de Vertrieb Österreich Pressegroßvertrieb Salzburg/Anif Tel. +43/62 46/37 21-0 - Niederalm 300 Der Herausgeber ist nicht verpflichtet, unverlangt eingesandte Manuskripte oder Geräte zurückzusenden. Auch wird für diese Gegenstände keine Haftung übernommen. Nimmt der Herausgeber einen Beitrag zur Veröffentlichung an, so erwirbt er gleichzeitig das Nachdruckrecht für alle ausländischen Ausgaben inklusive Lizenzen. Die in dieser Zeitschrift veröffentlichten Beiträge, insbesondere alle Aufsätze und Artikel sowie alle Entwürfe, Pläne, Zeichnungen einschließlich Platinen sind urheberrechtlich geschützt. Ihre auch teilweise Vervielfältigung und Verbreitung ist grundsätzlich nur mit vorheriger schriftlicher Zustimmung des Herausgebers gestattet. Die veröffentlichten Schaltungen können unter Patent- oder Gebrauchsmusterschutz stehen. Herstellen, Feilhalten, Inverkehrbringen und gewerblicher Gebrauch der Beiträge sind nur mit Zustimmung des Verlages und ggf. des Schutzrechtsinhabers zulässig. Nur der private Gebrauch ist frei. Bei den benutzten Warenbezeichnungen kann es sich um geschützte Warenzeichen handeln, die nur mit Zustimmung ihrer Inhaber warenzeichengemäß benutzt werden dürfen. Die geltenden gesetzlichen Bestimmungen hinsichtlich Bau, Erwerb und Betrieb von Sende- und Empfangseinrichtungen und der elektrischen Sicherheit sind unbedingt zu beachten. Eine Haftung des Herausgebers für die Richtigkeit und Brauchbarkeit der veröffentlichten Schaltungen und sonstigen Anordnungen sowie für die Richtigkeit des technischen Inhalts der veröffentlichten Aufsätze und sonstigen Beiträge ist ausgeschlossen. © 2007 elektor international media b.v. Druck: Thieme Rotatie, Zwolle (NL) ISSN 0932-5468 7 MAILBOX BRIEFE · E-MAILS · IDEEN Boykott von B&O? 180 nH und niedriger ergaben „No value“ (Oszillator schwingt nicht). Nachdem ich C7 und C6 gegen hochwertige SMD-Kondensatoren ausgetauscht hatte, funktionierte die Kalibrierung einwandfrei. Der Messbereich startet jetzt auch etwas unterhalb von 100 nH. C6 ist definitiv (wie im Schaltplan angegeben) 4n7, da ja auch 100 nH mit 4n7 eine Resonanzfrequenz von etwa 7,3 MHz ergibt. In der Stückliste steht C6 fälschlich mit 4μ7. Ich freue mich jeden Monat auf Elektor, und das war auch beim Septemberheft 2007 so. Es gefiel mir auch sehr gut, bis ich den Artikel über die Audio-Verstärkermodule gesehen habe. Kein Wort über die innovativen ICEPower-Blocks von B&O aus Dänemark! Ich Die Anzeige bleibt jetzt sehr stabil. Das Gerät lief über Nacht mit dem 220-nH-Kalibrierkondensator und zeigte auch am Morgen noch genau 220 nH. Norbert Kohns, DG1KPN Auf dieser Seite die Rubrik „USB Products“ auswählen und auf der Folgeseite nach „USB Product IDs“ suchen. Hier sind dann beide Angebote (10 bzw. 100 PIDs) zu finden und auch direkt zu bestellen. Ich denke, diese Information kann für einige Leser interessant (und kostensparend) sein. Torsten Albrecht Ersatz-LED-Treiberplatine Der Ersatz der defekten LED-Treiberplatine vom Septemberheft ist bei mir unbeschädigt angekommen. Die neue Platine wurde gleich von mir mit zwei weißen LEDs und einer anderweitig schon ausgewechselten Microzelle versehen, und die LEDs leuchten jetzt schon den zweiten Tag. Vielen Dank nochmals für Ihre Mühe. Ruprecht Hayna Wie schon im letzten Heft berichtet, haben wir in den Fällen, in denen die mit dem September-Heft gelieferte LED-Treiberplatine durch Transportschäden nicht mehr funktionsfähig war, eine neue Platine kostenlos zugesandt. Wir möchten nochmals klarstellen, dass die Induktivitäten vom Hersteller (Würth Elektronik) fehlerfrei geliefert wurden und dass auch bei der Bestückung der Platinen durch ECS einwandfrei gearbeitet wurde. Die aufgetretenen Beschädigungen sind ausschließlich auf zu starke mechanische Beanspruchung (Druckund Schlagbelastung) bei der Distribution der Zeitschrift zurückzuführen. USB-PIDs noch günstiger Im Artikel über USB/Seriell-ICs (Eektor 10/07, S. 62) findet sich der Hinweis, dass man Blöcke von 10 Produkt ID‘s (PIDs mit entsprechender Vendor ID VID) bei einem Onlineshop in England für umgerechnet etwa 45 € kaufen kann. Ich habe mich vor einiger Zeit ebenfalls mit dem Thema beschäftigt und diesen Shop auch gefunden. Allerdings ging meine Suche noch etwas weiter und ich fand eine Bezugsquelle, bei der man Blöcke von 10 PIDs für 24,99 € und Blöcke zu 100 PIDs für 112,46 € erwerben kann. Es handelt sich um einen niederländischen Shop mit der Adresse: www.voti.nl/shop/catalog.html. 8 bin verblüfft und ringe immer noch nach Luft. ;-) Wie ist es nur möglich, dass man bei einem solchen Artikel die ICE-Power-Blocks einfach „übersieht“? Klavs Rommedahl (Dänemark) Wir haben die ICE-Power-Blocks weder absichtlich noch unabsichtlich übersehen, aber unseres Wissens werden diese Module, nur an Gerätehersteller geliefert. Für den Artikel wurden aber nur Module ausgewählt, die nicht nur für Industriekunden erhältlich sind. Falls noch jemand ein Qualitätsproblem bei C6 und C7 haben sollte, ist Ihr Tipp sicher sehr hilfreich. Der Stücklistenfehler ist zum Glück „harmlos“, weil die Angabe im Schaltplan stimmt und ein Elko für C6 gar nicht auf die Platine passt. Ein Blick auf das Foto der Musterplatine (Bild 3 im Artikel) beseitigt jeden Zweifel. Kalibriertipp für den Spulenchecker Beim Kalibrieren des Spulencheckers aus Elektor 06/07 mit den benötigten Spulen 22 μH und 220 nH bekam ich bei 220 nH immer die Meldung „Out of range“. Bei 22 μH ging es ohne Probleme. Die Werte der verwendeten Referenzspulen wurden mit einem LCR- Messgerät von HP auf 1 % genau ausgemessen. Spulen mit einem Wert von elektor - 11/2007 Audio-Test-CDs Um auch ohne PC auf die Schnelle testen zu können, suche ich eine Test-CD mit Terzband-Rauschen. Vor ein paar Jahren gab es solche CDs noch (u.a. von Stax). Heutzutage findet man nur noch Programme mit Testsignalen via PC-Soundkarte. Wer hat noch eine Test-CD? Joop Joosten Es lässt sich doch noch etwas finden: Bei www. rainfall.com/cdroms/pink_noise.htm und www.rivesaudio.com/software/TestCD.html kann man noch Test-CDs bestellen. Updates und Ergänzungen Software Defined Radio, Elektor Mai 2007, S. 18 Für den Elektor-SDR-Empfänger gibt es neben den bereits im Artikel angegebenen Programmen jetzt eine weitere interessante Software: SoDiRa ist ein Software-Radio von Bernd Reiser, das neben AM und FM auch DRM dekodiert. Außerdem liest das Programm DCF77-Signale und AMSS-Kennnungen und hat zusätzlich einen wirksamen AM-Sendersuchlauf. Bisher wurden von Leser-Schaltung E-Diktator Von Alexander Pozhitkov Von diesem E-Diktator haben auch die besorgtesten Demokraten nichts zu befürchten. Er ist ein Sprachspeicher auf der Basis eines Mikrocontrollers, der über eine sehr intuitive Benutzer-Schnittstelle verfügt. Der E-Diktator ist wirklich sehr einfach zu bedienen. Nach dem Einschalten kann er direkt gespeicherte Nachrichten wiedergeben oder neue Nachrichten aufzeichnen. Alle Sprachnachrichten werden in nichtflüchtigem Speicher abgelegt. Zum Aufzeichnen neuer Nachrichten wird der E-Diktator mit K1 die serielle Schnittstelle eines PCs angeschlossen. Mit Hilfe eines Terminal-Programms (z.B. HyperTerminal) und den Einstellungen 19200, 8, N, 1 kann man direkt loslegen. Dazu braucht man keine speziellen Kommandos. Einfach Text eingeben. Jedes übertragene Zeichen wird als Echo vom E-Diktator zurückgegeben. Man gibt also die zu speichernde Nachricht ein oder überträgt gleich eine Text-Datei (via „Send Text File“ vom Transfer-Menü in HyperTerminal) an den E-Diktator. 11/2007 - elektor dem Programm der Elektor-DRM-Empfänger (3/04) und der DRT1 unterstützt. In der Version 1.03 wurde das Programm auch für den Elektor-SDR (05/07) angepasst. Radio-Fans finden nun alles in Einem: Abstimmung über den USB, AM und einen DRM-Decoder. Speziell für den ElektorEmpfänger werden die Schaltflächen „att“ (Abschwächer) und „ant“ (Antenneneingang) aktiv. Download von SoDiRa: www.dsp4swls.de/sodira/sodira.html Einfache USB-Experimentierplatine, ELEKTOR Juli/August 2007, S. 54 Der Schaltplan enthält einen Zeichenfehler: Kondensator C6 (100 n) muss an Pin 18 (VUSB) von IC1 (PIC18F4550) angeschlossen sein und nicht, wie irrtümlich gezeichnet, an Pin 26 dieses ICs. Positionierung mit Fotodioden-Arrays, Elektor Juli/August 2007, S. 11 In die Typenbezeichnung der TI-Sensoren in der Tabelle hat sich ein Buchstabendreher eingeschlichen. Richtig ist TSLxxx (z.B. TSL1301) und nicht TLSxxx. Textabschnitte werden durch ein CarriageReturn-Zeichen (CR) abgeschlossen. Der Textumfang wird lediglich durch den Speicher des EEPROMs IC1 auf 4 KB begrenzt. Nachdem die Nachrichten im E-Diktator abgelegt sind, kann man mit den Tasten „Nächste“, „Wiederholen“ und „Letzte“ bequem durch die einzelnen Meldungen navigieren. Der Sprach-Prozessor und das EEPROM sind per SPI-Interface über die Pins RC3, RC4 und RC5 an den Mikrocontroller angebunden. Die einzelnen ICs werden mit Hilfe der Ausgänge RC0 und RC2 selektiert. Die Wiedergabe des Audiosignals erfolgt über einen direkt an den Sprachprozessor angeschlossenen kleinen 8-Ω Lautsprecher. Der Sprach-Prozessor IC3 ist von Winbond und wird in vier Versionen hergestellt: Männliche oder weibliche Stimme in englischer oder chinesischer Sprache. Über SPI werden sowohl Daten als auch Steuer- und Status-Informationen übertragen. An anderen Pins kann der aktuelle Status des Prozessors abgelesen werden, von denen E-Diktator nur den Anschluss mit der Bezeichnung „Ready“ (RDY) verwendet. Die Widerstände R7...R12 dienen als Span- Spulen-Checker, Induktivitätsmessgerät 0,1 μH bis 100 mH, Elektor Juni 2007, S. 50 C6 hat den im Schaltplan angegebenen Wert von 4,7 nF. Durch ein Versehen wurde in der Stückliste ein Wert von 4,7 μF angegeben. MailBox In dieser Rubrik veröffentlichen wir Kritik, Meinungen, Anregungen, Wünsche oder Fragen unserer Leser. Die Redaktion trifft die Auswahl und behält sich Kürzungen vor. Bitte geben Sie immer an, auf welchen Artikel und welche Ausgabe (Monat/Jahr) sich Ihr Schreiben oder Mail bezieht. Sie erreichen uns per E-Mail [email protected], per Fax (02 41/88 909-77) oder unter der Anschrift: Redaktion Elektor Süsterfeldstr. 25 52072 Aachen nungsteiler, um die 5-V-Logik mit dem 3,3V-Pegel der Eingänge des Sprach-Prozessors kompatibel zu machen. Der Open-DrainAusgang des Sprach-Prozessors (MISO) hat keine Probleme mit 5 V und erlaubt daher die direkte Verbindung mit dem Mikrocontroller. RDY ist ein Open-Drain-Feedback-Anschluss, der Low wird, wenn der interne Puffer des Sprach-Prozessors voll ist. Leider ist RDY nicht für 5-V-Logik geeignet, weshalb der Transistor T1 eine Pegelanpassung vornehmen muss. Die Software wurde in Assembler mit Hilfe der IDE von Microchip geschrieben. Das Programm betreibt den PIC eventgesteuert. Direkt nach dem Start wird eine EventSchleife angesprungen, die so lange läuft, bis sie durch das Eintreffen von Daten im UART-Puffer oder durch einen Tastendruck unterbrochen wird. Nachrichten aufzeichnen Wenn Daten im UART-Puffer ankommen, dann schaltet das Programm automatisch in den Aufzeichnungs-Modus um. In diesem Modus wird jedes im UART-Puffer angekommene Zeichen als Echo wieder an den PC zurück geschickt und gleichzeitig 9 · E-MAILS · IDEEN via SPI im EEPROM gespeichert. Das EEPROM kann aufgrund seiner Organisation nur maximal 64 Bytes in Folge empfangen. Wenn eine Seite zu 64 Byte voll ist, benötigt das EEPROM etwa 5 ms, um diese Daten zu speichern. Während das EEPROM seine Schreibarbeiten erledigt, schiebt der PC allerdings unter Umständen unbekümmert weitere Daten nach. Diese Daten werden dann im RAM des Mikrocontrollers so lange zwischengelagert, bis das EEPROM wieder bereit ist neue Daten aufzunehmen. Die zwischengespeicherten Daten werden dann an das EEPROM übertragen. Anschließend kehrt der Mikrocontroller wieder zu seinem Standardverfahren zurück, in dem er die Daten Byte für Byte vom UART abholt und zum EEPROM weiterschiebt. Der Aufzeichnungsmodus wird beendet, wenn eine Zeitüberschreitung (timeout) auftritt. Nachrichten wiedergeben Jeder Tastendruck wird als Event registriert. Bei einem solchen Event wird die Schleife verlassen und in den Modus zur Sprachausgabe gesprungen. Der Mikrocontroller erhält einen Pointer zur aktuellen Nachricht. Bei Betätigung des Tasters „Wiederholung“ holt sich der Controller den Text ab dieser Adresse aus dem EEPROM. +5V C7 RA4/T0CKI RD4 RA5/AN4 RD3 21 IC4 RD2 20 19 RC1 RD0 RC2 PIC16F877A 33 34 35 36 37 39 40 7 6 R9 15 6k8 17 18 TX/RC6 RB3/PGM RX/RC7 16 6k8 R7 24 RC5 RB2 RB6/PGC RE1/WR/AN6 RB7/PGD RE2/CS/AN7 OSC1 12 13 14 14 6k8 SPK+ VFS SCLK VDX MOSI SPK- WTS701BM RST 26 8 9 10 52 BC109B RDY ATTCAP AUX IN AUX OUT 15p R10 R12 8.0MHz C2 R5 9 VSSA XT0 10 7 XT1 X2 VSSA 8 2 10k R8 10k 15p VSSA C15 31 C6 C5 VOR ZURÜCK WIEDERHOLEN SS T1 10k S3 33k 13 25 MISO 26 10k S2 CS 46 LS1 4 5 42 25 100n S1 100n INT VCLK OSC2 X1 100n R2 48 IC3 R11 23 RE0/RD/AN5 C13 16 RC4 RB5 12 C11 33k 10k 3 15 RB1 R18 10k 10k 10k R17 6 RB4 38 R16 11 4 5 RC3 INT/RB0 100n 5 25AA256 4 RC0 RD1 R6 C10 VCCA RD5 SI SO 6 27 40 54 36 44 C14 100n R4 C12 C8 C9 10p 10p R3 10k 22 RA3/AN3 SCK CS R13 7 10k 27 RA2/AN2 RD6 HLD VSSD 28 RD7 2 IC1 VCCD 3 WP VCCD 2 RA0/AN0 RA1/AN1 29 +3V R1 3 1 30 Die Software zu dieser Leserschaltung kann kostenlos von unserer Webseite www.elektor.de herunter geladen werden. Dazu in der oberen Menüleiste zuerst „Zeitschrift“ auswählen, dann „November 2007 selektieren und in der Inhaltsliste zu diesem Heft auf „Mailbox“ klicken. 8 32 MCLR/THV (060352-I) +5V 100n 1 Beim Betätigen von „Nächste“ oder „Zurück“ wird entsprechend durch das EEPROM gescrollt, um zur passenden Nachricht zu springen. Mit der richtigen EEPROM-Adresse wird dann wie zuvor beschrieben fortgefahren. Da sich EEPROM und Sprach-Prozessor den SPI-Bus teilen, muss der PIC den Text zunächst in seinem internen RAM zwischenspeichern und dann Stück für Stück zum Sprach-Prozessor übertragen. Während der Sprach-Prozessor den aktuellen Text inter- +5V 11 pretiert und ausgibt, kann der Mikrocontroller schon das nächste Stück der Nachricht vom EEPROM holen und zwischenspeichern. Diese Vorgehensweise wird bis zum Ende der Nachricht beibehalten. Dann springt die Software wieder in ihre Eventschleife zurück. VSSD BRIEFE 33k MAILBOX 4M7 +5V 24,576MHz 2 C1+ IC2 1 PC C1– 6 14 2 7 7 13 3 8 T1OUT T1IN T2OUT T2IN R1IN R1OUT R2IN R2OUT 8 C2+ 4 9 1 3 11 15 C2– VC3 6 IC5 NTE956 +3V +5V 10 R15 12 9 4 C1 MAX232 5 +5V C4 10M 150 7 V+ 16 K1 5 10M R14 220 7 10M 060352 - 11 SUB D9 10M 10 elektor - 11/2007 MESSEN & AUTOMATISIEREN Logging-Multimeter Von Fluke kommen zwei neue Multimeter, mit denen Daten protokolliert werden können. Das Logging-Multimeter Fluke 287 für Elektronikanwendungen dokumentiert die Leistung elektrischer Systeme und bietet eine Trenddarstellung. Das LoggingMultimeter Fluke 289 für den Industrieeinsatz enthält wichtige Zusatzfunktionen wie Tiefpassfilter und einen Niederohm-Messbereich. Das Messgerät ist zur Fehlersuche in der Elektronik, bei der Prozessautomation, bei der Energieverteilung und an elektromechanischen Anlagen geeignet. Beide Multimeter können Messwerte unbeaufsichtigt und im mobilen Einsatz aufzeichnen. Die Protokolldaten lassen sich mit und ohne PC auswerten. Wandler bringt serielle Geräte ins Netzwerk NienTech hat einen Schnittstellenwandler entwickelt, der Geräte mit RS232/422/485-Interface in ein TCP/IP-Netzwerk integriert. „LANMaxi/RS232/422/485“ ermöglicht es, Geräte über das Netzwerk oder Internet aus der Ferne zu administrieren, zu überwachen, zu kontrollieren und dergleichen mehr. Mit Hilfe der beiliegenden Software lassen sich bis zu 256 virtuelle COM-Ports pro PC einrichten, so dass vorhandene PC-Software weitergenutzt werden kann. Die Konfiguration des Wandlers kann auf mehrere Arten erfolgen, beispielsweise seriell (RS232), per Webbrowser (HTTP), per Telnet, per virtuellem COM-Port oder mit einer speziellen KonfigurationsSoftware. Zum Lieferumfang gehören Treiber für Windows 98, ME, LabVIEW 8.5 Mit LabVIEW 8.5 hat National Instruments die neueste Version seiner grafischen Designplattform für Mess-, Prüf-, Steuer- und Regelanwendungen veröffentlicht. Aufbauend auf der fast 10-jährigen Geschichte der Multithreading-Technolgie vereinfacht die Software jetzt die Entwicklung von Multicore- sowie FPGA-basierten Anwendungen. Gleichzeitig wird LabVIEW auch immer weiter für Embedded- und industrielle Anwendungen erschlossen. Dies ist zum einen dem neuen Statechart Design Module für die Modellierung und Implementierung des Verhaltens ereignisbasierter Systeme und zum INFO & MARKT Die beiden Messgeräte bieten eine Echteffektivwertmessung von Spannung und Strom mit sehr hoher Genauigkeit und einem Anzeigeumfang von 50.000 Digits. Die Multimeter verfügen über einen Kapazitätsmessbereich von 50 mF und können bis zu 10 A (bzw. 20 A für die Dauer von 30 Sekunden) messen. Das Multimeter Fluke 287 bietet eine Bandbreite von 100 kHz bei Wechselspannungs- und -strommessungen und eine Grundgenauigkeit von 0,025 % bei Gleichspannung. Eine Funktion zur Temperaturmessung über Thermoelement Typ K ist enthalten. Das Multimeter Fluke 289 verfügt über einen 50-Ohm-Widerstandsbereich mit einer Auflösung von 1 mOhm und einem Messstrom von 10 mA. Dies ist besonders hilfreich bei Messungen und Vergleichen von Motorwicklungswiderständen oder Kontaktwiderständen. Ein Tiefpassfilter stellt eine präzise Spannungs- und Frequenzmessung an Antriebssteuerungen mit regelbarer Drehzahl und anderen elektrischen Geräten sicher, bei denen Oberwellen die Grundfrequenz überlagern. www.fluke.de 2000, XP und Vista, Konfigurationssoftware, Schraubklemmen für die seriellen Anschlüsse sowie ein RS232Anschlusskabel. www.nientech.de anderen neuen I/O-Bibliotheken und Analysefunktionen für industrielle Überwachungs-, Steuer- und Regelaufgaben zu verdanken. Mit der parallelen Datenflussprogrammierung von LabVIEW können Anwendungen leicht an Multicore- und FPGA-basierte Architekturen für Datenstreaming, Steuerung, Regelung, Analyse und Signalverarbeitung angepasst werden. Aufbauend auf den MultithreadingFähigkeiten früherer Versionen skaliert LabVIEW 8.5 Anwendungen basierend auf der Anzahl der verfügbaren Cores und bietet verbesserte Treiber und Bibliotheken. Damit wird der Durchsatz von RF-, digitalen Hochgeschwindigkeits-I/O- und Mixed-Signal-Testanwendungen optimiert. Darüber hinaus bietet LabVIEW 8.5 mit der Umgebung LabVIEW Real-Time symmetrisches Multiprocessing (SMP). Damit können Designer von Embedded- und industriellen Systemen Tasks auf mehrere Cores verteilen, ohne dass dies auf Kosten des Determinismus geht. Mit der neuesten Version von LabVIEW lassen sich Programmcodeabschnitte manuell spezifischen Prozessor-Cores zuweisen, um Echtzeitsysteme genau abzustimmen oder zeitkritische Codeabschnitte auf einem dedizierten Core auszuführen. Die Parallelität der Software macht LabVIEW auch zur idealen Plattform für die Entwicklung von FPGA-Anwendungen. LabVIEW 8.5 vereinfacht die Programmierung von FPGAs mit dem verbesserten FPGA Project Wizard noch weiter. Dieser Assistent automatisiert die I/O-Konfiguration, die IP-Entwicklung und die gesamte Erstellung von gängigen I/O-, Counter/Timer- und Encoder-Anwendungen. www.ni.com/labview/d/ 11/2007 - elektor 11 INFO & MARKT CHIPS & CONTROLLER Flashdrive für Mikrocontroller Von Fred Dart (FTDI) und SPI umzuschalten ist. Eine zweifarbige Leuchtdiode ist für die Power- und Statusanzeige zuständig. Obwohl USB-Flashdrives schon seit einigen Jahren verfügbar sind, waren sie bisher auf Plattformen mit ausreichender ReNur ein PIC-Mikrocontroller und chenleistung (wie PCs und 32einige zusätzliche Komponenbit-Controller) beschränkt. Ein ten sind nötig, um das VDRIVE2USB-Host-Controller-Baustein Modul in einen Flash-basierten von FTDI ermöglicht es jetzt, Datenlogger zu verwandeln. USB-Flashlaufwerke über MiBild 2 zeigt die Schaltung einer krocontroller anzusprechen. einfachen Anwendung. Das ACDer „Vinculum VNC1L“ genannte Eingangssignal ist an den 10-bitBaustein verfügt über ein USBADC des PICs angeschlossen. Host-Interface und unterstützt Der PIC nimmt eine vordefinierte die bekanntesten USB-GeräteNummer von Samples auf und klassen wie Massenspeicher, schreibt die entsprechenden Drucker und HIDs (zu denen u. a. ASCII-Werte in eine CSV(comma Tastaturen, Mäuse und Joysticks separated value)-Datei auf dem Bild 1. Das VDRIVE2-Modul im kompakten Gehäuse. gehören). Zum Ansteuern von USB-Flashlaufwerk (welches an USB-Flashdrives greift der Baudas VDRIVE2-Modul angeschlosstein mit einfachen Befehlen auf die FAT-Dateistruktur zu. Der Chip sen ist). Die DOS-ähnlichen ASCII-Befehle des „Vinculum“ vereinfabesitzt einen 8-bit-Kern mit 32-bit-Coprozessor, einen Dual-DMAchen das Handling von Dateien. Controller, 64 kByte eingebauten Flash-Programmspeicher und 4 kByte internen Daten-SRAM. Er verfügt über zwei Slow/Full-SpeedEin erweiterter ASCII-Befehlssatz steht für die Test- und EntwickHost/Slave-USB-Ports, UART, SPI und parallele FIFO-Schnittstellen. lungsphase mittels Terminal zur Verfügung, während eine verkürzAuch zwei PS2-Keyboard- und Maus-Ports sowie bis zu 28 GPIO-Pins te Hexadezimalversion für die Zusammenarbeit mit einem Mikrosind enthalten. Derzeit beherrscht der Controller Slow/Full-Speedcontroller entwickelt wurde. Derzeit umfasst der Befehlssatz fünf USB 2.0 mit bis zu 12 MBytes/s und kann an jegliche USB 2.0 sowie Kategorien: „Directory“, „File“, „Power Management“, „Debug“ und auch an ältere USB-1.1-Peripherie gekoppelt werden. Für USB-Flash„Sonstige“. In der Tabelle sind einige Beispiele aufgeführt. drive-Anwendungen ist dies mehr als ausreichend; darüber hinaus (070030-I) wurde das IC hinsichtlich Größe, Kosten und Leistungsaufnahme für den Embedded-Bereich optimiert. Die Leistungsaufnahme liegt bei 25 mA während des Betriebs; 2 mA sind es im Standby-Modus. Der „Vinculum“ stattet nun auch solche Geräte, die nicht über die notwendigen Hardware-Ressourcen verfügen, mit einer USBHost-Funktion aus. Viele Verbraucher- und Industrieprodukte, wie beispielsweise Haushalts- und Messgeräte, lassen sich jetzt mit USB-Peripheriegeräten verbinden. Für Produktentwickler hat der Hersteller das VDRIVE2-Modul herausgebracht. Das Modul (Bild 1) besteht aus einem Vinculum IC, einem USB-A-Anschluss und einigen zusätzlichen Komponenten – alles „verpackt“ in einem kompakten Gehäuse. Erforderlich sind nur vier Signalleitungen, die 5-V-Betriebsspannung und ein Masseanschluss. Die so genannte „Vinculum Disk Interface Firmware Spezifikation (DIFS)“ macht es möglich, dass die I/O-Schnittstelle über einen Jumper zwischen UART 12 Bild 2. So einfach ist es, das VDRIVE2-Modul an einen PIC anzuschließen. Beispiele aus dem Befehlssatz Erweiterter ASCII-Befehl für den Terminal-Modus Hexadezimal-Befehl für den Mikroprozessor-Modus Funktion DIR<cr> $01,$0D Listet das aktuelle Verzeichnis MKD<cr> $07,$20,<name>,$0D Neues Verzeichnis CD<sp><name><cr> $02,$20,<name>,$0D Wechseln zum neuen Verzeichnis <name> Kategorie “Directory” (Beispiele) Kategorie “File” (Beispiele) RDF<sp><size in hex (4 bytes)><cr> $0B,$20,size in hex(4 bytes),$0D Liest Datenpakete der Anzahl <size in hex> aus der geöffneten Datei OPW<sp><name><cr> $09,$20,<name>,$0D Öffnet eine Datei für das Beschreiben mit dem Befehl WRF Kategorie “Power management” (Beispiele) SUD<cr> $15,$0D Diskette in Sleep-Modus versetzen WKD<cr> $16.$0D Diskette reaktivieren elektor - 11/2007 Entwicklungstool für Funk-Applikationen PSoC-Starterkit im USB-Stick-Format Texas Instruments hat ein neues Entwicklungstool für stromsparende Funk-Applikationen wie Sensor- und Messeinrichtungen, Sicherheitssysteme und mehr vorgestellt, das einen Ultra-Low-Power-MSP430Mikrocontroller und Low-Power-Wireless Funkbausteine miteinander kombiniert. Das neue eZ430-RF2500-Entwicklungstool wird im handlichen USB-Stick-Format angeboten und bietet bei einem Preis von nur 49 Dollar zwei Mikrocontroller-basierte RF-Target-Boards sowie einen passenden Emulator zum Debuggen bz w. Programmieren. Das USB-StickInterface wird an einem USBPort ohne zusätzliche Treibersoftware angeschlossen und ist direkt mit einem aufgestecktem eZ430-RF2500T-MCU-RF-Target-Board verbunden. Zum eZ430-RF2500-Kit gehören neben zwei Target Boards auch ein Batteriepack, mit dem ein Target-Board als Standalone-System betrieben werden kann. Die wichtigsten Pins des Controllers auf den RF-Targets sind in einem 0,1-Zoll-Rastermaß in Form von Lötpunkten nach außen geführt und erlauben den einfachen Anschluss externer Komponenten oder die Einbindung in bestehende Systeme. Zu den Features gehören außerdem zwei programmierbare LEDs zur Statusanzeige und ein Taster. Von Cypress kommt ein PSoC(Programmable System-on-Chip™)-Starter-Kit im USB-Stick-Format. Zusammen mit dem grafischen Embedded-System-Designtool PSoC Express™ lässt sich mit Berührungs-, Temperatur, Umgebungslicht- und Näherungssensoren arbeiten, ohne dass C oder Assemblercode geschrieben oder debugged werden muss. Darüber hinaus können Entwickler mit einer Vielzahl weiterer Designs, die im Internet verfügbar sind, experimentieren oder auch eigene Designs erstellen. Das PSoC FirstTouch Starter Kit besteht aus zwei kleinen Platinen - einer Hauptplatine, die per USB an einen Host-Computer angeschlossen wird, und einer abnehmbaren Multifunktions-Erweiterungskarte. Letztere beherbergt die Ein und Ausgänge für die zahlreichen vom Kit unterstützten Applikationen. Das PSoC FirstTouch Starter Kit ist ab sofort im Online-Shop des Herstellers und bei den Distributions-Partnern für 29,95 Dollar zu haben. www.ti.com/ez430-rf www.cypress.com/go/firsttouch Anzeige 32-bit-Socket-Computer mit 2-GB-Flash-Disk Mit der „SCB9520“-Serie bietet Synertronixx eine neue Baureihe von S ocketComputern im DIL-64-Format an, welche etwa die halbe Größe einer Scheckkarte besitzen und mit einer 2-GB-Flash-Disk ausgestattet sind. Basierend auf einem mit 520 MHz getakteten 32-bit-PXA270-XScale-Controller verfügen die Einplatinen-Computer über bis zu 32 MB NORFlash und 128 MB Low-Power-SDRAM. Die Boards werden mit vorinstalliertem Bootloader u-boot, Realtime Linux 2.6.20, Telnet-, SCP-, FTP- und HTTP-Servern sowie den TCP/IP-Sicherheitsstacks ssh und ssl ausgeliefert, so dass einer sofortigen Inbetriebnahme nichts entgegensteht. Dank der geringen Leistungsaufnahme (1,2 W typisch) sind die Computer zudem für Green- und Eco-Designs interessant. Als Schnittstellen stehen ein 10/100-Mbit-Fast-Ethernet-LAN mit On-Board-Übertragern, zwei UARTs, I2C, jeweils ein USBHost- und Devicecontroller (Low- und High-Speed) sowie ein universelles 16-bit-Businterface zur Verfügung. Für den schnellen Einstieg bietet der Hersteller ein Rapid-Development-Kit an, bestehend aus dem Socket-Computer SCB9520, einem Evaluierungsboard, einer GNU-Cross-Entwicklungsumgebung, Linux 2.6.20, einem IEEE802.11b/g WLAN-Adapter und Treibersupport für Flash, USB, I2C, UARTs, Ethernet und WLAN. www.synertronixx.de 11/2007 - elektor Oculus Optikgeräte GmbH in Wetzlar ist seit über 110 Jahren Entwickler und Hersteller augenärztlicher Geräte, die weltweit im Einsatz sind. Mit der Tätigkeit als Ingenieur (m/w) in der Entwicklungsabteilung für augenärztliche Diagnosegeräte haben wir einen der interessantesten Arbeitsplätze für einen kreativen und ehrgeizigen Ingenieur der Elektro- und Informationstechnik anzubieten. Unter Anwendung der Technologien Feinmechanik, Elektrotechnik/Elektronik, Optik und PC-Technik werden in unserem Unternehmen Geräte entwickelt, die den Augenärzten und Augenoptikern verlässliche Daten zur Diagnose von Augenerkrankungen und zur Korrektur von Fehlsichtigkeiten liefern. Der oder die ideale Bewerber-in haben ein einschlägiges Ingenieurstudium oder vergleichbare Qualifikationen als Basis und zusätzlich höchstes Interesse und Freude daran sich in diese vielschichtigen Technologiefelder einzuarbeiten. Wir freuen uns auf Ihre Bewerbung mit Angabe Ihrer Gehaltsvorstellung und des frühesten Eintrittstermins. Richten Sie Ihre Bewerbung per Post an unsere Personalabteilung zu Händen Herrn Loh oder per e-mail an [email protected] Oculus Optikgeräte GmbH • 35549 Wetzlar • GERMANY Tel. ++49-641-2005-0 • Fax ++49-641-2005-155 • www.oculus.de 13 INFO & MARKT SICHERHEITSSYSTEME Extra Sicherheit für externe Speicherlösungen Von Mark Schultz (leitender Applikations-Ingenieur bei Cypress) Da transportable Speichermedien wie Festplatten und USB-Sticks „alte“ Datenträger wie CD und DVD zunehmend ersetzen und so große Datenmengen unterwegs sind, wird der Punkt Sicherheit vertraulicher Daten im Falle eines Diebstahls immer wichtiger. Biometrische Sicherheitslösungen werden zunehmend praktikabel, da Sie den Anwender nicht mit neuen Passwörtern und komplizierten Einlog-Prozeduren nerven. Gebräuchliche biometrische Verfahren stützen sich auf Fingerabdrücke, die Muster von Retina und Iris, Unterschriften-Analyse, Hand-Geometrie und neuerdings das Venenmuster von Hand und/oder Fingern. Als Beispiel sind die mittlerweile marktreifen Systeme zur Erkennung von Fingerabdrücken sehr einfach in der Handhabung und ausreichend sicher. Identifikation und Sicherheit Heutzutage gibt es Passwörter noch und nöcher. Diese Passwörter erfordern aber, dass sie irgendwo abgelegt, also gespeichert werden müssen, was teilweise einem „Trick 17“ mit eingebauter Selbstüberlistung gleichkommt. Dongles sind eine teuere Alternative, die fast noch leichter verloren gehen oder geklaut werden können, wie das Trägermedium der Daten selbst. Biometrische Verfahren kann man nicht verlieren oder vergessen und sind durch Massenproduktion der Hardware mittlerweile relativ preiswert geworden. Die Sicherheit der Daten selbst wird in der Regel durch Verschlüsselung und gelegentlicher Manipulation an den Laufwerks-Eigenschaften hergestellt. Die Verschlüsselung kann in Software oder Hardware ausgeführt werden. Extra Hardware bedeutet höhere Kosten und im Falle von Flash-Speicher erhöhter Platzbedarf. Software-Verschlüsselung ist in der Regel bei großen Datenmengen langsam und zäh. Manipulationen am Laufwerk verhindern das unerlaubte Mounten und generieren so Sicherheit. Eines dieser als „Locking“ bezeichneten Mechanismen ist „ATA Security“ – ein Feature, das alle modernen Festplatten bieten. Mit Hilfe eines 32 Byte langen Passworts wird das Laufwerk in einen„Secure“-Modus versetzt. Nach erneutem Hochfahren des Laufwerks bleibt es ohne die erneute Übermittlung des Passworts stumm und liefert keine Daten mehr. Da nur der Mikrocontroller im Gehäuse dieses Passwort kennt, kommt ein Dieb auch mit dem Ausbau und dem Betrieb des Laufwerks an einem anderen Controller nicht weiter. spezialisierten Coprozessor an Bord. Auch die Art der eingesetzten USB-Verbindung zum PC kann mit „Printer“, „Storage Class“ und „Human Interface Device Class“ variieren. Die Alternativen haben Vorund Nachteile, kommen jedoch alle mit vorhandenen Windows-Treibern aus und erfordern so keine extra Installation. Innerhalb der Hardware findet man Interfaces wie SPI oder einen parallelen Bus mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten und von der Bildverarbeitung abhängigen Eigenschaften. Sensoren mit Coprozessor erfordern lediglich einige hundert kbit/s. Muss der PC rechnen, können schon Übertragungsraten bis 6,5 Mbit/s notwendig werden. Den hier eingesetzten Sensor gibt es sowohl mit SPI als auch mit parallelem Bus. Technik Eine typische portable Speicherlösung basiert auf einer NotebookFestplatte im 2,5”-Format oder kleiner. Hinzu kommen ein Gehäu- Sensor Ctrl/Stat Fingerprint Sensor Port C EZ-USB FX2-LP Port B ATA Low Byte Port D ATA High Byte Port A ATA Ctrl/Stat IDE Interface Sensortypen Manche Sensoren für Fingerabdrücke benötigen PC-gestützte Bildverarbeitung und andere Fabrikate haben für diesen Zweck einen 14 Bild 1. Blockschaltbild des EZ-USB FX2-LP mit Fingerabdrucksensor. elektor - 11/2007 se mit USB/ATA-Konverter und gegebenenfalls ein extra Netzteil. Hier noch einen Fingerabdruck-Sensor unterzubringen ist keine allzu schwere Übung. Im Folgenden wird gezeigt, wie ein USB/ATAKonverter auf der Basis des Cypress Chips EZ-USB FX2-LP um einen Sensor vom Typ Authentec AES2510 (ein Sensor mit einer ScannerZeile zum „Drüberziehen“ eines Fingers erweitert wird. Der Sensor AES2510 hat keinen Coprozessor, was die schon erwähnte hohe Datenrate von 6,5-Mbit/s erfordert, damit die Bilddaten beim Drüberstreichen des Fingers über die Scannerzeile ausreichend schnell zum PC gelangen können. Dies ist kein wirkliches Problem, da der Datentransport via FX2-LP locker mit den wesentlich höheren Datenraten der Festplatte fertig wird. Da die CPU des PCs die Bildverarbeitung übernimmt, kommt es im Zuge der Datenübermittlung zum mehrfachen schnellen Umschalten des USB-Controllers zwischen dem Transport von Festplatten- und Scanner-Daten. Um dies zu ermöglichen, wird das Interface des FX2-LP leicht modifiziert. Die Blockschaltung in Bild 1 zeigt die grundlegende Anordnung der Lösung. Implementierung Die Cypress-Lösung mit EZ-USB FX2-LP von Bild 1 enthält eine „USB 2.0 Serial Interface Engine“, einen erweiterten 8051 Mikrocontroller und ein „General Purpose Interface“ (GPIF). Das GPIF ist eine „statemachine“ deren Interface Daten mit bis zu 96 Mbit/s transportieren kann und für diverse Zwecke konfigurierbar ist (ATA, NAND, Utopia, EPP und Compact-Flash). Da es sich beim GPIF um eine RAM-basierte State-Machine handelt, können diverse Steuer-Datensätze kopiert werden, was sein Interface via Firmware rekonfigurierbar macht. Da das GPIF direkt mit den FX2-LP-FIFOs verbunden ist, muss durch die Firmware keine Datenmanipulation vorgenommen werden. Das GPIF erlaubt hier die Modi PIO-Read und -Write sowie UDMARead und -Write bei der ATA-Schnittstelle. Hinzu kommen nun noch die Kommandos für den Fingerabdruck-Sensor. Die Firmware für die Festplatten-Funktionen ist vom Mass-Storage-Referenz-Design des CY4611 abgeleitet. Die Routinen für den Sensor stammen aus der Code-Bibliothek seines Herstellers. Aufgrund der Controller-Hardware ist die AES2510-Variante mit paralleler Schnittstelle am besten geeignet. Seine I/O-Ausstattung enthält einen Daten-Bus mit 8 bit Breite plus sechs Steuerleitungen: RD, WR, CS, A0, INT und PWR_CTRL. Das niederwertige Byte am ATA-Daten-Bus teilen sich ATA-Gerät und Sensor. Kollisionen werden dann mit geeigneten Chip-Select-Leitungen verhindert. Zur Steuerung des Sensors und für seine Status-Informationen sind mit dem Port C des FX2-LP noch Leitungen verfügbar. Die Kommunikation zwischen Sensor und PC-Software wird über das so genannte „SCSI Pass Thru Interface“ (ein Protokoll für Massen- Biometrie-Anwendung Öffentlicher Speicherbereich speicher von Windows) abgewickelt. Damit wird den Sensor-Daten die USB-Schnittstelle des vorhandenen Massenspeichers zugänglich und man benötigt keinen extra Device-Driver. Bei einem Pass-Thru-Befehl übernimmt der Teil der Firmware die Regie, der für den Sensor zuständig ist. Hierzu wird dann als ersten Schritt das GPIF mit neuen Steuerdaten versorgt und so die bisher gültigen Daten für die ATA-Schnittstelle mit denen für den Sensor ersetzt. Anschließend erledigt die Firmware die nötigen Lese- und Schreiboperationen bezüglich des Sensors und wenn der Pass-Thru-Zyklus abgeschlossen ist, werden die Steuerdaten für die ATA-Schnittstelle wieder auf ihren alten Platz im RAM des GPIF abgelegt. Die Oberfläche Ein typisches gesichertes Laufwerk enthält drei Partitionen mit einer Aufteilung wie in Bild 2 dargestellt. Eine Partition enthält das Biometrie-Programm. Diese Partition emuliert normalerweise eine CD-ROM, da: 1. der Auto-Run-Modus damit bei Windows besser als mit einer normalen Festplatten-Partition funktioniert und 2. eine CD-ROM schreibgeschützt ist und somit das Biometrie-Programm nicht versehentlich gelöscht werden kann. Eine der beiden verbleibenden Partitionen ist ungesichert. Hier können Daten ohne jede biometrische Sicherung geschrieben und gelesen werden. Nur die letzte Partition ist der geschützte Bereich der Festplatte. An diese Daten kommt man nur durch Authentifizierung mittels Fingerabdruck heran. Bei Anschluss einer solchen gesicherten Festplatte an einen PC wird automatisch das Biometrie-ProAnzeige gramm aus der emulierten CDROM-Partition gestartet. Das Programm verarbeitet die vom Sensor übertragenen Bildinformationen sowohl für die erstmalige Absicherung als auch für die spätere Authentifizierung via Pass-Thru-Modus. Die Verifikation eines Benutzers läuft über einen Vergleich des gerade vom Sensor eingelesenen mit einem zuvor abgelegten Fingerabdruck. Bei Übereinstimmung wird die geschützte Partition via ATA-Security freigeschaltet und gemountet. Der Anwender kann diese Partition so lange verwenden, bis die Festplatte entweder wieder vom PC getrennt oder ausgeschaltet wird. Die Zusatzkosten der biometrischen Sicherung sind mit unter € 6,00 recht niedrig. Lösungen für Flash-Speicher befinden sich gerade in der Entwicklung. (070422-I) Geschützter Speicherbereich Weitere Informationen Cypress EZ-USB FX2-LP: Bild 2. Die drei Partitionen eines gesicherten Laufwerks. 11/2007 - elektor www.cypress.com 15 INFO & MARKT SEMINARE Praxisseminar des Elektor-Verlags und der National Instruments Electronics Workbench Group electronics worldwide In Zusammenarbeit mit der National Instruments Electronics Workbench Group organisiert Elektor am 29. November 2007 ein Praxisseminar für seine Leser. Das Seminar konzentriert sich auf Multisim 10 für Design, Simulation und Messung elektronischer Schaltungen. Die Teilnehmer haben reichlich Gelegenheit, diese Techniken am PC selbst auszuprobieren. Elektronik-Entwicklung Computer Aided Design (CAD) und die Simulation elektronischer Schaltungen ist heute ein unverzichtbarer Teil der Schaltungsentwicklung. So werden potenzielle Designfehler früh erkannt, lange bevor ein realer Prototyp erstellt wird. Bei diesem Seminar werden Ihnen Spezialisten der National Instruments Electronics Workbench Group zeigen, wie Simulation und virtuelle Instrumente Sie beim Designprozess unterstützen und Entwicklungszeit einsparen können. Auf dem Programm stehen auch die Erstellung von neuen Bauteilen inklusive SPICE-Modellen sowie anAnzeige spruchsvolle Analysemethoden wie etwa die Monte-Carlo-Analyse. Erläutert wird dies anhand der Software Multisim 10. Im Rahmen des Seminars erleben die Teilnehmer auch, wie Messungen an Schaltkreisen durchgeführt werden. Die so gewonnenen Daten werden anschließend mit den entsprechenden Simulationswerten verglichen und, wenn nötig, in den nächsten Simulationszyklus mit eingebunden. Am Seminarort stehen Computer bereit, so dass die Teilnehmer das Gelernte sofort in die Tat umsetzen können. Themen Folgende Themen werden behandelt: Einführung in die SPICE-Simulation mit Multisim für die Schaltplanentwicklung Erstellung interaktiver Simulationen mit NI LabVIEW und virtuellen Instrumenten Verwendung realer Stimulusdaten in Simulationen Verschiedene Analysearten (AC, DC, Monte Carlo etc.) Verifizierung des Prototypendesigns durch die Eingabe von Simulationsergebnissen in reale Schaltungen Verwendung von Ultiboard für das Leiterplattenlayout Verwendung der NI Educational Laboratory Virtual Instrumentation Suite (ELVIS) für die Entwicklung eines Schaltplans und dessen Anbindung an einen PC Anmeldung Wenn Sie an diesem Seminar teilnehmen möchten, können Sie sich über das Formular auf der Elektor-Website (www.elektor.de/ ni-praxisseminar) anmelden. Die Teilnehmerzahl ist auf 24 Personen begrenzt. Sollten sich mehr als 24 Personen zum Seminar anmelden, behält sich Elektor die Auswahl der Teilnehmer vor. Für Elektor-Leser, die beruflich mit Design und Entwicklung elektronischer Schaltungen zu tun haben, ist die Teilnahme kostenfrei. Das Seminar findet am 29. November in Stuttgart statt. Eine Anfahrtsbeschreibung für die Anreise mit dem Auto oder mit öffentlichen Verkehrsmitteln wird den Teilnehmern rechtzeitig vor der Veranstaltung zugestellt. (070492-I) Agenda 8.30 – 9.00 9.30 12.30 13.15 – 15.15 15.30 16 Empfang und Registrierung Beginn des Vormittagsprogramms Mittagessen Nachmittagsprogramm Informelle Diskussion mit Spezialisten von NI elektor - 11/2007 Die Leser der Zeitschrift Elektronik haben in den letzten Jahren jede neue EAGLE-Version zum Produkt des Jahres elekTermine gewählt. NOVEMBER 2007 6. - 8. Stuttgart Vision Internationale Fachmesse für industrielle Bildverarbeitung und ID-Technologien. Komponenten (zum Beispiel Kameras) sind ebenso zu sehen wie Komplettlösungen. www.vision-messe.de 6. - 8. München Microchip Masters Laut Microchip eine Mischung aus Seminaren (33 in 5 Schwierigkeitsgraden) und „informellen Abendveranstaltungen“. Für Kunden, Distributoren, Designer u.a. http://techtrain.microchip.com/ eumasters 6. + 8. + 13. + 15. Leipzig / Hannover / Seligenstadt / Reutlingen Spoerle ARM Roadshow Im 32-bit-Segment ist die ARMTechnologie zu einer Art Industriestandard geworden. Vier Experten referieren auf dieser kostenlosen Ein-Tages-Veranstaltung. www.spoerle.de/cda/ newsevents/0,5028,3691,00.html 7. - 8. Aus gutem Grund die Nummer eins. 8. Workshop MikrocontrollerApplikation/Eingebettete Systeme Die in Branchenkreisen sehr bekannte FH Mittweida veranstaltet diesen Workshop für Entwickler und Anwender von Mikrocontrollern und Embedded-Systemen. www.htwm.de/tagungen 13. + 14. +15. Hamburg / Düsseldorf / Berlin LabViewTage Präsentiert wird die neueste Version der grafischen Entwicklungsumgebung LabVIEW. Schwerpunkt sind die interaktiven Assistenten für Einsteiger. http://sine.ni.com/apps/utf8/nievn. ni?action=display_upcoming&site=NIE& country=DE&node=163200 11/2007 - elektor für Windows® Linux® Mac® EAGLE 4.1 Light ist Freeware! IS AT Zum Testen und für nicht-kommerzielle GR Anwendungen dürfen Sie EAGLE Light kostenlos verwenden. Diese Version ist auf Platinen im halben Europaformat mit maximal zwei Signallayern und ein Schaltplanblatt beschränkt. Alle anderen Features entsprechen denen der Professional-Version. Sie steht zum Download im Internet bereit. Wenn Sie sich für die kommerzielle Light-Version entscheiden, bekommen Sie zusätzlich das Handbuch und die Lizenz für kommerzielle Anwendungen. Unsere Standard-Version eignet sich für Platinen im Europaformat mit bis zu vier Signallayern. In der Professional-Version gibt es solche Einschränkungen nicht. Preise CadSoft Computer GmbH Hofmark 2, 84568 Pleiskirchen Tel. 08635-6989-10, Fax -40 E-Mail : [email protected] GR Light Standard Professional Layout Layout+ Schaltplan Layout+ Autorouter Layout+ Schaltplan+ Autorouter www.cadsoft.de München Mittweida bei Dresden Schaltplan · Layout · Autorouter Platinen, die mit EAGLE entwickelt wurden, befinden sich in Patientenüberwachungsgeräten, Chipkarten, Trockenrasierern, Hörgeräten, Autos und Industriesteuerungen. Sie sind klein wie ein Daumennagel oder groß wie ein PC-Motherboard. Sie wurden in Einmannbetrieben oder Großkonzernen entwickelt. Unter den Top-100-Unternehmen in Deutschland dürfte es kaum eines geben, in dem EAGLE nicht eingesetzt wird. Der entscheidende Grund für den Einsatz von EAGLE ist meist nicht der günstige Preis, sondern die einfache Handhabung. Hinzu kommt der hervorragende Support, der bei CadSoft grundsätzlich kostenlos ist und jedem Kunden unbeschränkt zur Verfügung steht. Diese Kriterien sind die wahren Kostenkiller! Wireless Congress Themen: UWB, Bluetooth, SicherheitsApplikationen, RFID, drahtlose Netzwerke, ZigBee und vieles mehr. www.wireless-congress.com EAGLE 4.1 49 ¼ 238 ¼ 476 ¼ 476 ¼ 952 ¼ 476 ¼ 952 ¼ 714 ¼ 1428 ¼ Alle Preise inklusive 19% MwSt. Upgrades zum Differenzpreis IS AT Jedem EAGLE-Paket in der Professional- bzw. StandardAusführung liegt ein Gutschein über eine professionell gefertigte doppelseitige Europakarte bei. Windows ist ein eingetragenes Warenzeichen der Microsoft Corporation. Linux ist ein eingetragenes Warenzeichen von Linus Torwalds. Mac ist ein eingetragenes Warenzeichen der Apple Computer, Inc. Anzeige 13. - 16. München Productronica Internationale Messe der industriellen Elektronik-Fertigung mit den Bereichen Leiterplatten und Baugruppen, Halbleiter- und Displayfertigung, Messen, Prüfen und mehr. www.productronica.com 15. - 18. Stuttgart Hobby & Elektronik / Modell Süd Bau & Bahn Computer, PC-Zubehör und -Spiele, Elektronik, Telekommunikation sowie Multimedia sind die Schwerpunkte. Mit der Modellbau Süd und einer Spiele-Messe unter einem Dach. www.messe-stuttgart.de/hobby/ 26. - 28. Mailand (Italien) ID World 2007 RFID, Biometrie und Smartcards stehen im Mittelpunkt der Veranstaltung (Ausstellung und Konferenz). Neben der Technik geht’s auch um wirtschaftliche und soziale Aspekte. www.idworldonline.com 27. Frankfurt am Main RoHS-Anwendertag Auf der vom ZVEI veranstalteten Tagung wird es um die Stoffe in Elektronik-Produkten und Praxis-Erfahrungen mit der Verordnung gehen. www.zvei.org/index.php?id=882 27. - 28. Düsseldorf Innovative Beleuchtung mit LED VDI-Tagung mit Ausstellung. Themen: Architektur, Allgemeinbeleuchtung, Außenbeleuchtung, netzunabhängige Beleuchtungssysteme und mehr. www.wissensforum.de/index. php?id=188 27. - 29. Nürnberg SPS/IPC/Drives Internationale Messe und Kongress zum Thema elektrische Automatisierung mit den Bereichen Motoren, Sensoren, Steuerung, Interfaces, Software und weitere. www.mesago.de 29. Stuttgart Elektor/NI-Praxisseminar Auf dem von Elektor veranstalteten Seminar zeigen Experten von National Instruments, wie Simulation und virtuelle Instrumente den Entwickler beim Designprozess unterstützen können (siehe Seite 16). www.elektor.de/NI-Praxisseminar 17 PRAXIS DATENAKQUISITION Datenakquisition üb Von José Luis Rupérez Fombellida Die ControllerSchaltung für die Datenakquisition über den USBPort stellt acht digitale Eingänge und acht digitale Ausgänge bereit. Ferner sind acht analoge 10-bit-Eingänge für Spannungen im Bereich 0...5 V und zwei analoge 10-bit-Ausgänge vorhanden. Der verwendete Controller ist der USB-fähige PIC18F4550, er wird in C programmiert. Die Stromversorgung übernimmt der USB-Host. Messsysteme für den Anschluss an den PC haben in ELEKTOR schon lange einen festen Platz. In der Vergangenheit waren Schaltungen mit RS232- oder Druckerschnittstelle sowie Steckkarten für den ISA-Bus aktuell. Inzwischen ist der USB-Port zu einer digitalen Universalschnittstelle geworden. Mit der hier vorgestellten Controller-Schaltung können digitale und analoge Steuersignale über über den USB-Port empfangen und ausgegeben werden. Die Schaltung lässt sich leicht aufbauen und bei Bedarf auch in ein größeres Mess- oder Steuersystem integrieren. USB überall Zweifellos sind RS232, ISA und auch die Centronics-Druckerschnittstelle nicht mehr Stand der Technik, wenn es um den Anschluss digitaler oder analoger Messsysteme an den PC geht. Das aktuelle Zauberwort heißt USB, denn die hohe Übertragungsgeschwindigkeit und der bequeme Anschluss bei laufendem PC sind wesentliche Vorteile. Wenn allerdings Treibersoftware 18 selbst geschrieben werden muss, zeigt der USB-Standard seine Komplexität. Es kostet meistens einige Anstrengungen, bis das PC-Betriebssystem ein gültiges USB-Device erkennt. In diesem Beitrag beschreiben wir, wie der PC über den USB-Port mit der übrigen Welt verbunden werden kann, wir gehen kurz auf die Arbeitsweise der USB-Schnittstelle von Mikrocontrollern ein, und wir realisieren ein kostengünstiges System, mit dem der USB-Port zum mehrkanaligen digitalen und analogen Eingang und Ausgang des PCs wird. Vertreter dieser ControllerKlasse ist der PIC 18F4550 aus der PIC-Familie von Microchip. Für diesen Controller spricht unter anderem, dass eine umfangreiche Softwaresammlung frei verfügbar ist. Eine weitere willkommene Eigenschaft für Anwender, die nicht zu den SMDFreunden gehören, ist seine Bauform im DIP40-Gehäuse. PIC 18F4550 mit USB Die Schaltung für die Datenakquisition mit dem PIC4550 ist in Bild 1 zu sehen. Außer dem Controller (IC1) und den externen Komponenten des Taktoszillators (X1, R5, C5, C6) sind vier Kontaktleisten (K1, K3, K4, K5), drei Status-LEDs (D1...D3) und die USB-Buchse K2 vorhanden. An den Anschlüssen liegen folgende Signale (zugehörige Controller-Anschlüsse in Klammern): Mikrocontroller mit USB-Schnittstelle können den Anschluss eines externen Systems an den USB-Port des Host stark vereinfachen. Diese Controller sind meistens sowohl hardware- als auch softwaremäßig auf diesen Einsatzzweck zugeschnitten. Was hinter den Kulissen im Controller geschieht, muss man nicht unbedingt wissen, um ein externes System mit Erfolg über USB mit einem PC zu verbinden. Ein Hardware elektor - 11/2007 er USB Analog, digital und bidirektional! +5V +5V 10K R1 10n K2 R3 27R K4 23 RC4 24 RC5 25 RC6 26 RC7 R4 27R VSS 12 LED1 LED0 D1 18 PIC18F4550 R7 D2 RB0 RB1 RB2 RB3 RB4 RB5 RB6 RB7 R5 1M C5 20MHz 2 3 4 5 7 8 9 10 AN0 AN1 AN2 AN3 AN4 AN5 AN6 AN7 AN0 AN2 AN4 AN6 33 34 35 36 37 38 39 40 RB0 RB1 RB2 RB3 RB4 RB5 RB6 RB7 RB0 RB2 RB4 RB6 K5 1 3 5 7 9 2 4 6 8 10 AN1 AN3 AN5 AN7 2 4 6 8 10 RB1 RB3 RB5 RB7 +5V K3 1 3 5 7 9 +5V +5V R8 X1 1k 1k R6 VUSB 32 IC1 15 RC0 CCP2 16 RC1 CCP1 17 RC2 5 6 1 2 3 4 +5V 2 CCP2 4 6 8 10 AN0/RA0 AN1/RA1 AN2/RA2 AN3/RA3 AN4/RA5 AN5/RE0 AN6/RE1 AN7/RE2 6 1k C4 CCP1 1 3 5 7 9 RD0 RD1 RD2 RD3 RD4 RD5 RD6 RD7 RA4 VSS +5V * 19 20 21 22 27 28 29 30 OSC2 RD0 RD1 RD2 RD3 RD4 RD5 RD6 RD7 MCLR 31 L1 RD1 RD3 RD5 RD7 470n 14 +5V 1 2 4 6 8 10 1 3 5 7 9 C2 OSC1 RD0 RD2 RD4 RD6 C1 100n VDD K1 100n VDD C3 13 S1 11 R2 470R C6 * siehe Text D3 22p 22p 070148 - 11 Bild 1. Zentrales Bauelement ist der Mikrocontroller PIC18F4550 von Microchip. K1 = Digitaler 8-bit-Ausgang, TTLkompatibel (RD0...RD7). K2 = USB-Buchse für die Verbindung mit dem Host-PC (RC4 und RC5). K3 = Digitaler 8-bit-Eingang, TTLkompatibel (RB0...RB7). K4 = Zwei analoge Ausgänge, Spannungsbereich 0...5 V (RC1 und RC2). K5 = Acht analoge Eingänge, Spannungsbereich 0...5 V (AN0/RA0... AN7/RA7). An den Leitungen RB0...RB7 liegen Controller-interne Pullup-Widerstände, dies sind die digitalen Eingangsleitungen. Die Auflösung der analogen Ausgangssignale beträgt 10 bit. Diese Signale sind pulsbreitenmoduliert (PWM), die Frequenz beträgt 2,9 kHz. Bei Bedarf können diese Signale durch einfache RC-Glieder gesiebt werden. Die Ausgangsgleichspannung U0 nach der Siebung ergibt sich aus U0 = 5 · D, wobei D der im Bereich 0...1 variierende Duty-Cycle des PWM-Signals ist. Auch die analogen Eingangssignale werden mit 10 bit aufgelöst. Die Frequenz des externen Quarzes X1 ist 20 MHz, der Controller generiert 11/2007 - elektor jedoch intern mit Hilfe einer PLL ein Taktsignal mit der Frequenz 48 MHz. Diese Frequenz ist die vierfache Frequenz der USB-Busfrequenz von 12 MHz (USB full speed = 12 Mbit/s). Die LEDs D1 und D2 signalisieren den USB-Status, während D3 das Vorhandensein der Betriebsspannung bei Verbindung mit dem Host anzeigt. Induktivität L1 wirkt zusammen mit C4 überlagerten Störsignalen entgegen. Mit Taster S1, verbunden über R2 mit Eingang MCLR des Controllers, kann ein Controller-Reset herbeigeführt werden PIC-Firmware Hinter unkomplizierter ControllerHardware verbirgt sich häufig eine komplexe Software. Die Firmware für dieses Projekt wurde mit Hilfe von zwei Tools geschrieben, die Microchip frei zur Verfügung stellt: IDE MPLAB V7.5 und C18 Student Edition V3.02. Auf der Website von Microchip [1] sind Anleitungen für die Installation und Anwendung beider Programme zu finden. Der Quellcode der vom Autor geschriebenen Firmware ist nicht mit dem Vorschlag von Microchip identisch. Die gesamte ProjektSoftware kann als ZIP-Datei (07014811.zip) kostenlos von der Elektor-Website [2] heruntergeladen werden. Die ZIP-Datei enthält unter anderem die drei Ordner „driver“, „firmware“ und „PC“. Der Inhalt ist vor allem für Leser gedacht, die sich mit dem Themenkomplex C, PICs und USB auseinander setzen möchten. Ein Auszug aus dem C-Quellcode ist in Bild 2 wiedergegeben. Daraus geht auch die notwendige Fuse-Konfiguration des PIC hervor. Sie ist relevant, wenn man den PIC nicht programmiert erwirbt, sondern selbst programmiert. Der Firmware-Ordner enthält den vollständigen Quellcode sowie das Ergebnis des Compilierens in der Datei „TAD_v1.hex“. Diese Datei muss in den PIC18F4550 geladen werden. Die USB-Konnektivität wird durch die in den PIC18F4550 geladene Firmware hergestellt. Die Firmware verwendet dazu die folgenden Funktionsblöcke: 19 PRAXIS DATENAKQUISITION Bild 2. Der C-Quellcode enthält wichtige Informationen zur Fuse-Konfiguration des PIC-Mikrocontrollers, die häufig für Konfusion sorgt. „Bus power mode“, „Custom class“, „Full-speed“ (12 Mbit/s) und „Interrupt transfer“. Aufbau Die Schaltung wird auf einer kompakten, doppelseitig bestückten Platine (Bild 3) aufgebaut. An den Schmalseiten der Platine ist noch etwas Platz, um die Platine mit Schrauben zu befestigen. Auch wenn der Aufbau keine besondere Herausforderung darstellt, sind vielleicht doch einige Hinweise hilfreich: Die Aussparungen in den Wannen der Stiftleisten verhindern die Verpolung der zugehörigen Flachkabelstecker. Bei der Montage der Stiftleisten ist die Position der Aussparungen zu Test-Zubehör Vom Autor wurden vier einfache ergänzende Schaltungen entworfen, mit denen die Datenakquisitionsschaltung getestet werden kann: Die LED-Platine macht das digitale Ausgangssignal über acht LEDs sichtbar, die Taster- und Schalterplatine erzeugt über vier Taster und vier Schalter ein digitales 8-bit-Eingangssignal, die LED-Voltmeter-Platine steuert die Helligkeit von zwei LEDs abhängig von den beiden analogen Ausgangssignalen, und auf der Potentiometer-Platine befinden sich acht Potis, mit denen die analogen Eingänge getestet werden können. Die Testschaltungen können ohne Mühe auch auf Lötpunktraster-Platinen aufgebaut werden. Zu Testzwecken wurde ein Programm in C++ CLR geschrieben, der Quellcode wurde mit dem freien Compiler Visual C++ 2005 Express compiliert. Das Programm basiert auf Beispielen von Microchip. Nebenstehend ist ein Screendump des Testprogramms wiedergegeben. Das Programm und die Dateien zu den Testplatinen sind in dem zum Projekt gehörenden Download-Paket enthalten. 20 beachten. SMD-Bauelemente sind auf beiden Platinenseiten zu bestücken. Dabei ist auf die korrekte Platzierung und insbesondere bei den SMD-LEDs auf die richtige Polung zu achten. Für den (programmierten!) Controller ist eine qualitativ hochwertige Fassung (DIP40) zu verwenden. Beim Einsetzen in die Fassung ist unbedingt auf korrekte Lage zu achten. Pin 1 des Controllers befindet sich in der Nähe des Resetschalters S1. Induktivität L1 ist eine Drossel, bestehend aus einem kleinen Drei- oder Vierloch-Ferritkern, durch den lackisolierter Kupferdraht passenden Durchmessers hindurchgeführt wird. Ein Ferritringkern ähnlicher Größe, um den drei Windungen lackierten Kupferdrahts gewickelt werden, erfüllt den gleichen Zweck. Der resultierende Induktivitätswert der Drossel ist unkritisch. Möglichen Beschädigungen des PC-USB-Ports wird vorgebeugt, wenn man sich vergewissert, dass USB-Buchse K2 frei von Kurzschlüssen und Fehlverbindungen ist. Anschließen Nachdem die Platine (mit dem korrekt programmierten!) Mikrocontroller aufgebaut ist, steht dem Anschließen an den PC nichts mehr im Weg. Die Schaltung wird über ein Standard-USB-Kabel mit dem USB-Port des laufenden PC verbunden. LED D3 signalisiert das Anliegen der Betriebsspannung +5 V, und LED D1 oder D2 blinkt, während die andere LED dunkel bleibt. Das PCBetriebssystem (Windows) erkennt ein neues USB-Device und meldet, dass ein Treiber erforderlich ist. Jetzt muss der Speicherort und Name des angeforderten Treibers eingegeben werden, er lautet ...\driver\mchpusb.inf. Wenn der Treiber ordnungsgemäß installiert ist, blinken die USB-Status-LEDs D1 und D2 wechselweise. Die USB-Datenakquisitionsschaltung ist einsatzfähig. VID/PID Jedes USB-Device trägt eine weltweit einmalige, aus zwei Zahlen bestehende Kennung, so dass eine eindeutige Identifikation möglich ist. Die erste Zahl ist die Vendor ID (VID), sie identifiziert den Hersteller. Die zweite Zahl heißt Product ID (PID), dies ist die Produktnummer. Die VID der hier beschriebenen USB-Datenakquisitionsschaltung ist identisch mit der VID von Microchip, als PID dient die PID einer mit dem PIC18F4550 aufgebauten Demo-Platine von Microchip. elektor - 11/2007 K3 K1 K5 S1 R2 C3 R1 X1 D3 D1 D2 R7 R6 C6 IC1 K4 C5 C1 R5 C2 R3 R4 Wenn die Datenakquisitionsschaltung in kommerzielle Produkte eingebunden wird, müssen VID und PID geändert werden. Eine eigene VID und PID erhält man, wenn man sich mit dem USB Implementers Forum [3] oder mit Microchip [1] in Verbindung setzt. Die neue VID/PID muss in den Quellcode der Firmware übernommen werden, anschließend ist eine neue Compilierung des Quellcode notwendig. In den Controller wird die so erzeugte neue Hex-Datei geladen. Die PC-Software muss in gleicher Weise angepasst werden, denn VID und PID müssen in der Firmware und der PC-Software übereinstimmen. Modifiziert werden muss dann auch der Treiber „mchpusb.inf“. R8 K2 L1 Die Stiftleisten K1, K3, K4 und K5 führen nicht nur die Signale, sondern auch die Betriebsspannung (+5 V), so dass angeschlossene Schaltungen von hier mit Strom versorgt werden können. Es ist unbedingt darauf zu achten, dass die +5-V-Leitungen nicht kurzgeschlossen werden und dass der entnommene Strom insgesamt 100 mA nicht übersteigt. Beim Verbinden mit anderen Schaltungen ist zu berücksichtigen, dass die +5-V- und die Masse- C4 Vorsichtsmaßregeln Bild 3. Das Platinenlayout ist als PDF-Dokument auf der Elektor-Website frei verfügbar. Bei Verwendung der Dateien ist aber zu beachten, dass es sich um eine doppelseitige und durchkontaktierte Platine handelt. Leitungen unmittelbar zum PC führen. Es ist keine galvanische Trennung vorhanden! Wenn der Strombedarf angeschlossener Schaltungen höher liegt, müssen sie durch ein separates Netz- teil mit Strom versorgt werden. In diesem Fall wird nur die Signal - und die Masse-Leitung der USB-Karte mit der Anwendung verbunden. Die Spannungen an den digitalen Stückliste Widerstände: (alle SMD Bauform 0805) R1 = 10 k R2 = 470 7 R3,R4 = 33 7 R5 = 1 M R6,R7,R8 = 1 k Kondensatoren: (alle SMD Bauform 0805) C1,C3 = 100 n C2 = 470 n C4 = 10 n C5,C6 = 22 p Halbleiter: IC1 = PIC18F4550 I/P programmiert: 070148-41 (Elektor-Shop) D1,D2,D3 = LED, SMD Bauform 1206 Außerdem: K1,K3,K4,K5 = 10-polige Wannen-Stiftleiste K2 = USB-Buchse Typ B für Platinenmontage X1 = Quarz 20 MHz L1 = VK200 oder kleiner Ferritkern (siehe Text) S1 = Taster für Platinenmontage, Raster 6 mm Präzisionsfassung für IC1 (DIP 40) Platine: 070148-1 (Elektor-Shop) Projekt-Software: 070148-11 (GratisDownload von www.elektor.de) 11/2007 - elektor 21 PRAXIS DATENAKQUISITION Projektdateien und Tools Die gesamte Projekt-Software der PC-Applikation befindet sich im Ordner PC\TAD_V1_win\, der Name ist TAD_V1_win.vcproj. Das compilierte Programm ist im Ordner PC\TAD_V1_win\Release untergebracht, der Name lautet TAD_V1_win.exe. Das Programm läuft nur, wenn die von Microchip bereit gestellte DLL-Datei mpusbapi.dll im gleichen Ordner steht. Das ausführbare Programm (.exe) benötigt das .NET-Framework. Es wird dringend empfohlen, das Betriebssystem (Windows) auf dem neuesten Update-Stand zu halten. Eingängen (K3) müssen im Bereich 0...+5 V liegen, anderenfalls wird der Controller beschädigt. Die digitalen Ausgänge (K1) können einzeln bis zu 25 mA abgeben oder aufnehmen. Für die Spannungen an den analogen Eingängen (K5) gilt das Gleiche wie für die digitalen Eingänge. Die analogen Ausgänge (K4) können einzeln bis zu 25 mA abgeben oder aufnehmen, abhängig vom logischen Zustand des PWM-Signals. Besonders wichtig ist, dass die Summe aller Ausgangsströme maximal 200 mA betragen darf. Anwendungen Die USB-Datenakquisitionsschaltung bietet viele Anwendungsmöglichkeiten. Der Autor hat folgende Applikationen entwickelt: - Triac-Platine mit acht Ausgängen zur Steuerung von Netzstrom-Verbrauchern. Für die galvanische Trennung Wenn das Projekt an eigene Wünsche oder Erfordernisse angepasst werden soll, muss der Visual compiler Microsoft C++ 2005 Express zusammen mit dem Service Pack 1 (SP1) installiert werden. Danach wird die Microsoft Platform SDK for Microsoft Visual C++ 2005 Express installiert. Damit können Win32-Applikationen entwickelt werden, in diesem Fall muss der Zugriff auf die DLL-Datei mpusbapi.dll möglich sein. Alle genannten Entwicklungstools können frei von der Microsoft-Website herunter geladen werden. Dort sind auch Installationsanleitungen sowie Beispiele zu finden. sorgen Optokoppler. - Widerstand/Spannung-Wandler (liefert eine zum Widerstand am Eingang proportionale Spannung). - Voltmeter mit LED-Balkenanzeige. - Drehzahlsteuerung für GleichstromMotoren. Über die analogen Ausgänge können Drehzahl und Drehrichtung gesteuert werden. - Treiberschaltung für Schrittmotoren. Über die digitalen Ausgänge ist Mikrostepping möglich. - Abstandssensor-Schaltung (steuert die analogen Eingänge). - Relais-Platine (gesteuert über die digitalen Ausgänge). Weitere Applikationen sind natürlich willkommen! Der Autor José Luis Rupérez Fombellida ist seit 1984 Dozent im Fachbereich Telekommunikation an einem Technischen Ausbildungszentrum in Madrid (Spanien). Als engagierter Elektronik-Experte entwarf er die Datenakquisitionsschaltung, um seinen Studenten Hilfestellung beim Steuern kleiner Roboter über den PC-USB-Port zu geben. Die steuernden PC-Programme sind in C geschrieben. (070148-I)gd Weblinks [1] www.microchip.com [2] www.elektor.de [3] www.usb.org Schritt für Schritt De PC-Software für dieses Projekt ist einfach zu installieren, zu verwenden und anzupassen, wenn man in folgenden Schritten vorgeht: 1. Installieren Sie Visual C++ 2005 Express: http://msdn2.microsoft.com/en-us/express/aa975050.aspx) 2. Installieren Sie Visual C++ 2005 Express SP1: http://msdn2.microsoft.com/en-us/express/aa975050.aspx 3. Installieren Sie PSDK: Microsoft Platform SDK for Microsoft Visual C++ 2005 Express: http://msdn2.microsoft.com/en-us/express/aa975050.aspx 4. Updaten Sie Windows mit Windows Update. 5. Bringen Sie Visual C++ dazu, PSDK zu verwenden. Laut Microsoft geht das so: 5.1 Updaten Sie die Visual C++ Verzeichnisse in der Projects & Solutions-Section in der Options-Dialogbox. Fügen Sie die Pfade zu den richtigen Sub-Sections hinzu. Executable-Dateien: E C:\Program Files\Microsoft Platform SDK for Windows Server 2003 R2\Bin; Er ist noch ein weiterer Schritt erforderlich, um das Win32-Template in Visual C++ Express verwenden zu können.Dazu muss man die Datei „corewin_express.vsprops“ (zu finden unter: C:\Program Files\Microsoft Visual Studio 8\VC\VCProjectDefaults) editieren. Ändern Sie den String: AdditionalDependencies=“kernel32.lib“ in: AdditionalDependencies=“kernel32.lib user32.lib gdi32.lib winspool. lib comdlg32.lib advapi32.lib shell32.lib ole32.lib oleaut32.lib uuid. lib“. 5.3. Machen Sie eine Win32-Applikation, um die Pfade zu testen. In Visual C++ Express ist der Win32 Windows Application type im Win32 Application Wizard deaktiviert. Um diesen Typ wieder zu aktivieren, muss die Datei AppSettings.htm aus dem Ordner “%ProgramFiles%\Microsoft Visual Studio 8\VC\VCWizards\AppWiz\Generic\Application\html\1033\” geändert werden. In einem Text-Editor werden vor die Zeilen 441...444 jeweils zwei Schrägstriche (double slash) gesetzt, so wie hier angegeben: // WIN_APP.disabled = true; Include-Dateien: C:\Program Files\Microsoft Platform SDK for Windows Server 2003 R2\Include; // WIN_APP_LABEL.disabled = true; Library-Dateien: C:\Program Files\Microsoft Platform SDK for Windows Server 2003 R2\Lib. // DLL_APP_LABEL.disabled = true. 5.2. Updaten Sie die Datei corewin_express.vsprops. 22 // DLL_APP.disabled = true; Dann die Datei speichern, Verzeichnis schließen und Visual C++ Express starten. elektor - 11/2007 3. Dezember 2007 Anmeldung und weitere Informationen auf unserer Website: Technology for Innovators TM 11/2007 - elektor 23 PRAXIS MIKROCONTROLLER 8051 goes USB Das Rundum-Sorglos-FlashVon Alexander Kniel Flash-Controller lassen sich bequem programmieren - sie eignen sich daher für die schnelle Anwendungs-Entwicklung genauso wie für die Ausbildung. Bisher wurden die Programmdaten meist über die serielle Schnittstelle geschickt, doch insbesondere Laptops haben oft nur noch USBSchnittstellen. Unser vielseitig einsetzbares Flash-Board ist die Lösung. Herzstück ist der AT89C5131A, ein erweiterter 8051-Controller mit 80C52-Kern und Fullspeed-USB. Sozusagen als Zugabe enthält der Baustein ein fertiges Update-Interface, mit dem neue Firmware geladen werden kann. Darüber hinaus liefert Atmel mit dem kostenlosen Programm FLIP gleich die passende Software. Das vielen Elektor-Lesern bekannte „Flashboard“ (Ausgabe 12/2001) hat schon vielen Einsteigern die Welt der Mikrocontroller nahe gebracht. Kein Wunder, sind doch mit Flash-Speicher ausgerüstete Controller wie der damals verwendete AT89C8252 bequem zu programmieren. Das Überspielen der Daten vom EntwicklungsPC zum Controller erfolgt beim Elektor-Flashboard, das wie etliche andere verwandte Platinen gerne in der Ausbildung eingesetzt wird, über die serielle Schnittstelle. Leider ist die gute alte „RS232“ immer seltener zu finden. Insbesondere Laptops haben meist nur noch USB-Schnittstellen, aber keinen Printerport und keine serielle Schnittstelle mehr. Will ein Lehrer seine Schüler mit Übungsplatinen ausstatten, die diese auch zu Hause mit dem Laptop programmieren können, muss eine andere Lösung her. Der Autor - Elektronik-Lehrer an einer Berufsschule und Technikerschule in Heilbronn - entwickelte aus den genannten Gründen ein Flashboard, das auf einen modernen Controller mit USB-Schnittstelle setzt. Seine Wahl fiel auf einen AT89C5131AM von Atmel, der einen 80C52-Kern besitzt und daher wie der AT89C8252 zu den 8051ern gehört. Der Baustein enthält nicht nur eine Fullspeed-USB-Schnittstelle, er 24 wurde vielmehr geradezu für den Einsatz in USB-Geräten wie Druckern, Kameras usw. entwickelt. Sozusagen als Zugabe ist der Controller noch mit einem fertigen Update-Interface ausgestattet, über das neue Firmware geladen werden kann. Genau dies bot dem Autor, der ein Faible für Hardware und allerlei Programmiersprachen besitzt, die Chance zum Bau eines extrem einfachen USB-Flashboards. Atmel liefert nämlich mit dem kostenlosen Programm FLIP gleich die passende Software. Man muss also nur noch den Code als Hex-File bereitstellen, dann kann es losgehen. Flash-Board-Nachfolger Das von Alexander Kniel entwickelte Board wurde in einer ersten Version bereits mehrfach von Schülern aufgebaut und an Laptops betrieben. Im Elektor-Labor wurde die Platine noch etwas modifiziert; unter anderem hat Elektor-Entwickler Chris Vossen noch eine LCD-Schnittstelle integriert. Das Board tritt damit in die Fußstapfen des Elektor-Flashboards aus 2001 und eignet sich für die ersten Schritte in der Mikrocontroller-Programmierung, aber auch für ausgewachsene Anwendungen in Gerätesteuerungen, Robotern und vielem mehr. Herzstück des Ganzen ist der erwähnte AT89C5131AM, ein erweiterter 8051er. Dessen Kern ist ein 80C52X2 mit 6 Clocks pro Befehlstakt. Neben 32 KB Flash verfügt der Baustein über ein erweitertes RAM mit 1024 Bytes, zusätzliches EEPROM und viele weitere nützliche Peripherie. Hilfreich ist, dass der Controller in der M-Version noch an 5 V laufen darf und dass eine Version im benutzerfreundlichen PLCC52-Gehäuse erhältlich ist. Doch das Wichtigste ist wohl das USB-1.1- und 2.0-Full-Speed-Modul (für Experten: mit Endpoint 0 für Control Transfers sowie sechs weiteren Endpoints mit bis zu 512 Byte FIFOSpeicher). Wer sich mit der Entwicklung von USB-Software beschäftigen möchte, hat hier alles, was man sich wünschen kann – allerdings ist dabei doch einiges an Fachwissen vonnöten. Alle anderen dürfen den Controller dagegen als normalen 8051er betrachten, der über USB programmiert werden kann. Der Schaltplan (Bild 1) zeigt eine zweifache Spannungsversorgung, wahlweise über den USB oder (bei geschlossenem JP4) über den NetzBild 1. Der Schaltplan des Boards. elektor - 11/2007 -Paket +5V +5V JP3 1u 16V 22p 1N4001 1 IC2 7805 C12 1000u 16V BAT46 3 C13 C14 100u 16V 100n +5V JP4 D11 6V2 1 C15 C16 100n 100n 9 P0.7 P0.6 D8 P1 C5 100n +5V 10k K8 1 3 5 7 9 2 4 6 8 10 P3.0 P3.2 P3.4 P3.6 +5V 1 P3.1 P3.3 P3.5 P3.7 C6 C7 100n 100n S3 R12 D7 +5V R9 10k S2 D12 D6 P0.5 D5 P0.4 P0.3 8 7 6 5 4 3 2 P0.2 P0.1 P0.0 D4 S4 S5 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7 8 7 6 5 1 2 3 4 S6 1k5 D10 2 3 1 2 13 P2.2 11 P2.0 9 7 5 3 1 P3.2 P3.3 P3.0 P3.1 22p D9 K9 D3 K7 P2.3 14 P2.1 12 10 8 P2.4 6 P2.7 4 2 C11 24MHz D2 2 10u 16V X1 D1 3 C10 P0.7 P0.5 P0.3 P0.1 4 C9 P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7 2 4 6 8 10 5 C8 20 29 30 31 32 33 35 39 1 3 5 7 9 6 R10 1k S1 P2.0 P2.1 P2.2 P2.3 P2.4 P2.5 P2.6 P2.7 P0.6 P0.4 P0.2 P0.0 1k5 K3 7 25 JP2 1 2 3 9 10 11 14 15 +5V 8 4k7 R11 P0.0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7 9 UCAP +5V P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7 VSS P1.0 P1.2 P1.4 P1.6 AT89C5131 P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 RESET PSEN UCAP 52 45 44 42 40 38 37 36 41 2 4 6 8 10 IC1 X2 1 3 5 7 9 P2.0 P2.1 P2.2 P2.3 P2.4 P2.5 P2.6 P2.7 13 P1.1 P1.3 P1.5 P1.7 47 48 49 50 51 4 5 6 43 28 18 P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 K6 +5V P4.1 P4.0 ALE X1 2n2 8 7 27 AVSS 10n 2 4 6 EA NC NC 19 C3 4k7 4k7 1 3 5 100R C4 26 46 34 R7 K4 P0.0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7 PLLF 12 +5V R1 VDD VREF DD+ 21 R5 100n AVDD 24 22 23 R3 27R R6 100n 17 R2 27R C2 16 R4 1k5 1 2 3 4 6 5 K2 JP1 C1 070125 - 11 11/2007 - elektor 25 MIKROCONTROLLER 10 2 9 1 R9 C10 R4 R3 D11 C3 + R2 D9 R10 R12 D10 + C12 ON D12 JP4 10 9 C13 1 2 3 C14 K9 C8 S5 C15 IC1 JP3 JP2 R5 IC2 K8 070125-1 (C) Elektor + C9 C4 2 1 C2 S1 R11 X1 C1 + R1 JP1 C11 Vier vollständige 8-bit-Ports C6 P1 R6 R7 S3 C5 6 5 S6 K4 2 1 K3 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 C7 K6 S4 14 13 10 2 9 1 K7 entweder direkt auf der Platine sitzen oder in eine Frontplatte eingebaut werden. 2 1 PRAXIS S2 1 2 3 4 K2 Bild 2. Die Bestückung der Platine dürfte keine Schwierigkeiten bereiten. teilanschluss K9 und den Spannungsregler IC2. Die Anschlüsse D+ und D- am Controller sind die USB-Datenleitungen. Um den internen USBBootloader zu aktivieren, muss über JP2 ein LOW-Signal an /PSEN gelegt werden (Jumper in Richtung Platinenrand). Durch Druck auf den Resettaster S1 startet der Bootloader mit dem Datenempfang an der USB- Schnittstelle. Um den USB zu aktivieren, muss JP3 geschlossen werden (Jumper in Richtung IC2). Damit liegt der Pullup-Widerstand R4 an D+ und signalisiert dem PC ein Fullspeed-USB-Gerät. Wer es mit dem Umschalten zwischen Run-Modus und Download bequemer haben möchte, kann an JP2 und JP3 Umschalter anschließen, die Stückliste Widerstände: R1 = 1,5k x 8 Widerstandsnetzwerk R2,R3 = 27 Ohm R4,R12 = 1k5 R5 = 100 Ohm R6,R7,R11 = 4k7 R9 = 10k x 8 Widerstandsnetzwerk R10 = 1 k P1 = 10 k Poti Kondensatoren: C10,C11=22 p C3 = 2n2 C4 = 10 n C1,C2,C5..C7,C14..C16 = 100 n C8 = 10 μ / 16 V C9 = 1 μ / 16 V C12 = 1000 μ / 16 V C13 = 100 μ / 25 V Halbleiter: D1..D8,D12 = LED rot, Low-current D9 = BAT46 26 D10 = 1N4001 D11 = Zenerdiode 6V2 IC1 = AT89C5131AM IC2 = 7805 X1 = 12 MHz Quarz Außerdem: JP1,JP4 = 2-polige Stiftleiste JP2,JP3 = 3-polige Stiftleiste K2 = USB-A-Buchse K3,K6,K8 = Wannen-Steckerleiste 2 x 5 Pins K4 = Stiftleiste 2 x 3 Pins K7 = Wannen-Steckerleiste 2 x 7 Pins K9 = Netzgerätebuchse für Printmontage S1,S3...S6 = Miniatur-Taster PLCC-Sockel Platine (im Elektor-Shop erhältlich unter der Nummer 070125-1). Im Elektor-Shop ist auch ein Bauteilsatz erhältlich (070125-71). Siehe Shop-Anzeige hinten im Heft oder unter www.elektor.de. Der Controller verfügt über vier vollständige 8-bit-Ports, die jeweils an Anschlüssen verfügbar bzw. spezieller Peripherie zugeordnet sind. Port P0 ist an K3 zugänglich und führt außerdem an acht LEDs, die mit Vorwiderständen gegen Vdd (+5V) geschaltet werden können. Port P1 ist frei verwendbar und über K6 zugänglich. Der Port P2 liegt am LCD-Anschluss K7. Ein LCD wird hier im 4-bit-Modus betrieben. Das erforderliche Kontrastpoti P1 ist ebenfalls schon vorhanden. Port P3 schließlich ist speziell für Eingaben vorgesehen und kann auch über K8 extern genutzt werden. Zum Test eigener Programme ist das Board am Port P3 mit Pullup-Widerständen und vier Tastern (P3.0…P3.3) sowie vier DIP-Schaltern (P3.4…P3.7) ausgerüstet. Üblicherweise benötigen Schalter eine Entprellung, die man meist per Software realisieren kann. Die Anschlüsse P3.2 und P3.3 besitzen jedoch eine zusätzliche Hardware-Entprellung in Form von Kondensatoren (C6 und C7), da diese auf die Interrupt-Eingänge des Controllers führen. Nicht vergessen werden soll der Port P4 mit zwei Anschlüssen P4.0 und P4.1, die den I2C-Bus bilden und an K4 zugänglich sind. Die Platine des USB-Flash-Boards (Bild 2) ist im Elektor-Shop unter der Nummer 070125-1 erhältlich. Wahlweise kann auch gleich ein kompletter Bauteilsatz mit allen Bauteilen bestellt werden (070125-71). Der Aufbau der Platine bereitet keine Schwierigkeiten. Achten Sie im Bereich der USB-Buchse unbedingt darauf, dass keine Masseschlüsse zwischen D+, D- und 5V des Rechners entstehen! Da die 5-V-Betriebsspannung, D- und D+ des USB nicht besonders geschützt sind, lohnt sich eine Kontrolle mit dem Ohmmeter - vorher sollten Sie allerdings den Controller aus dem Sockel nehmen! Unter dem IC-Sockel ist Platz für einen zusätzlichen Keramikkondensator mit 100 nF. Dieser sollte zuerst bestückt werden. Damit hat man eine optimale Entkopplung der Betriebsspannung. Inbetriebnahme Für den ersten Test sollte man ein Netzteil (8-12 V DC) verwenden. Bei elektor - 11/2007 gesetztem Jumper JP4 ist die Stromversorgung eingeschaltet. Nun sollte die LED D1 leuchten. Falls schon ein LCD angeschlossen ist, muss es in der oberen Zeile dunklere Pixel zeigen. Eventuell ist das Kontrast-Poti zu verstellen, bis sich beide Zeilen deutlich unterscheiden. Erst nach der Initialisierung durch ein Programm wird auch die obere Zeile hell. Wer ein Oszilloskop sein Eigen nennt, kann auch das 12-MHz-Signal am Quarz überprüfen. Damit ist klar, dass der Controller arbeitet. Bild 3. Die kostenlose Programmer-Software FLIP listet auf, was bei der Inbetriebnahme des Boards zu tun ist. Für den ersten echten Softwaretest muss ein Programm geladen werden. Dazu dient das Programm FLIP (FLexible In-System Programmer), das man von der Atmel-Homepage (www.atmel.com) kostenlos downloaden kann. Mit dem Suchbegriff „Flip“ findet man die Version FLIP 2.4.6 für Windows (4 MB, revision 2.4.6, updated 05/06). Das Archiv flip-2_4_6.zip muss in ein eigenes Verzeichnis entpackt werden, um dann das darin enthaltene Setup. exe auszuführen. Folgen Sie nun den Anweisungen und akzeptieren Sie die Lizenzbedingungen und den vorgeschlagenen Installationspfad. Sie erhalten dann eine kleine Anweisungsliste, was als Nächstes zu tun ist (Bild 3). Das Programm selbst ist unter C:\Programme\ Atmel\FLIP 2.4.6\ zu finden. Bild 4. Der Controller wird von Windows als neues Gerät erkannt. Schließen Sie nun den USB-Stecker an. Setzen Sie Jumper JP2 in Stellung USB (Platinenrand). Drücken Sie sicherheitshalber außerdem den ResetTaster S1 und schließen Sie JP3. Damit startet die USB-Download-Firmware und wartet darauf, Kontakt mit dem PC aufzunehmen. Das Programm meldet die Vendor-ID 03EB und die Produkt-ID 2FFD, womit Windows den passenden Treiber zuordnen kann. Windows erkennt ein neues Gerät und fragt nach dem passenden Treiber. Wählen Sie den Treiber aus dem Verzeichnis C:\Programme\Atmel\FLIP 2.4.6\usb (siehe Bild 4). Sobald er installiert ist, können Sie das neue Gerät im Gerätemanager finden. Es gibt sich als „Jungo AT89C5130/AT89C5131“ zu erkennen. Falls es nicht geklappt hat, beginnt die Suche nach dem Problem. Mögliche Fehlerquellen liegen in falsch gesteckten Jumpern. Wenn Sie z.B. mit JP3 den USB-Anschluss aktivieren (Pullup an D+), die interne Firm- 11/2007 - elektor Bild 5. Nach einem Klick auf die RUN-Schaltfläche lädt FLIP das Programm in den Flash-Speicher des Controllers. 27 PRAXIS MIKROCONTROLLER Bild 6. Das Hauptmenü des Compilers BASCOM. ware aber nicht gestartet haben (JP2 steht noch in Richtung RUN, oder es ist kein Reset nach dem Umschalten erfolgt), meldet Windows ein neues Gerät, das aber fehlerhaft ist. Umgekehrt könnten Sie auch die UpdateFirmware korrekt starten, aber JP3 falsch setzen. Dann erkennt Windows nicht, dass ein Gerät angeschlossen wurde; entsprechend wird kein Kontakt hergestellt. Nach kurzer Einarbeitung stellen die Einstellungen jedoch kein Problem mehr dar, und Sie stellen den Kontakt zum PC genau dann her, wenn Sie ihn brauchen. Programm-Upload Hardware-Test in Bascom-51 P0 = &B11111110 Wait 1 Lowerline Lcd „ Bit 2 exp P0 = &B11111101 Wait 1 Lowerline Lcd „ Bit 2 exp P0 = &B11111011 Wait 1 Lowerline Lcd „ Bit 2 exp P0 = &B11110111 Wait 1 Lowerline Lcd „ Bit 2 exp P0 = &B11101111 Wait 1 Lowerline Lcd „ Bit 2 exp P0 = &B11011111 Wait 1 Lowerline Lcd „ Bit 2 exp P0 = &B10111111 Wait 1 Lowerline ‚Simple test for inputs, ‚oututs and LCD ‚********************** Dim X As Byte P1 = 0 Cls Lcd „ 8051-Test Wait 1 Lowerline Lcd „ Elektor Wait 3 „ „ For X = 1 To 13 Shiftlcd Right Waitms 200 Next Cls Lcd „ Test Port 0 Lowerline Lcd „ Bit 2 exp 0 28 „ „ Starten Sie nun FLIP. Mit Device/Select bzw. F2 oder dem IC-Symbol muss der richtige Chip AT89C5131 gewählt werden. Mit Settings/Communication/ USB bzw. dem Kabel-Symbol oder F3 wählen Sie die USB-Schnittstelle und öffnen diese. Und schließlich müssen Sie noch mit File/Load HEX-File oder F4 ein passendes Hex-File laden. Wählen Sie das Programm 5131_ TEST_ELEKTOR.HEX, das Sie zusammen mit dem BASCOM-AVR-Quelltext auf der Elektor-Homepage finden. Ein Klick auf die RUN-Schaltfläche (siehe 1 2 „ Programmierung mit Bascom Wenn es um die ersten Schritte in der Programmierung des Systems geht, ist der Basic-Compiler BASCOM-51 das richtige Werkzeug (ebenso lässt sich der Controller natürlich auch in Lcd „ Bit 2 exp 7 P0 = &B01111111 Wait 1 Lowerline Lcd „ All Bits P0 = &B00000000 Wait 1 „ „ „ 3 „ 4 „ 5 „ 6 Bild 5) lädt dieses Programm schließlich in den Flash-Speicher. Um es zur Ausführung zu bringen, müssen Sie danach JP2 umschalten und Reset drücken. Achtung: Bei neuen Controllern ist das Feld „BLJB“ automatisch gesetzt. Beim ersten Programmdownload müssen Sie den Haken entfernen, da sonst das Programm nach dem Download nicht ausgeführt wird. Wenn Sie nach dem Test ein neues Hex-File laden wollen, muss zuerst der USB-Stecker gezogen und neu angeschlossen werden, natürlich mit den richtigen Jumperstellungen und nach Reset. Danach muss in FLIP die Verbindung erneut geöffnet werden. Alternativ kann man auch den USBStecker angeschlossen lassen und nur JP3 öffnen, womit das Gerät ebenfalls vom USB getrennt ist, aber noch weiter mit Spannung versorgt wird. Für einen neuen Programm-Upload muss dann zuerst wieder JP2 umgeschaltet werden. Dann drückt man Reset und schließt zwei Sekunden später JP3. Damit ist das USB-Gerät initialisiert. In FLIP muss nun erneut die Schnittstelle geöffnet werden, dann kann die Übertragung starten. Cls Lcd „ Test Port 3 Lowerline Lcd „=> Port 0 (LED) Wait 3 „ Status: P0 = P3 X = P0 Cls Lcd „ Inputs „ Lowerline Lcd „Port 3 = „ ; X ; „ Waitms 60 Goto Status „ „ „ End elektor - 11/2007 C oder Assembler programmieren). Eine freie Demo-Version dieser Software kann auf der Seite des Herstellers MCS-Electronics (www.mcselec. com) geladen werden. Die freie Version erzeugt Code bis 4 KB, was für viele Anwendungen ausreicht. Bild 6 zeigt das Hauptmenü des Compilers. Damit das Board korrekt angesteuert wird, muss unter „Options“ die Zuordnung der LCD-Pins am Port P2 eingerichtet werden (Bild 7). Bascom erlaubt die Einstellung unterschiedlicher Register-Files für die einzelnen 8051-Derivate. Zwar gibt es keine Einstellung speziell für den AT89C5131, aber der Controller ist weitgehend kompatibel zum 8052. Daher sollte man mit dem Registerfile 8052.DAT arbeiten. Das Listing zeigt das Testprogramm im Quelltext. Es ist leicht lesbar und erklärt sich weitgehend selbst. Nach einem LCD-Intro folgt eine Lauflicht- Bild 7. Unter „Options“ muss die Zuordnung der LCD-Pins am Port P2 eingerichtet werden. Schleife zum Test aller LEDs am Port P0. Danach werden in einer EndlosSchleife die Eingänge am Port gelesen und ihre Zustän- de sowohl an den Ausgang P0 kopiert als auch am LCD angezeigt. Sie können also das Mäuseklavier S2 und die Taster S3 bis S6 betätigen, um die Zuordnung zu den Portpins zu testen. Damit wird jeweils die zugehörige LED am Ausgang aufleuchten. So dient das Programm zugleich als fast vollständiger Test der gesamten Hardware. Ein paar Ideen Zum Schluss noch ein paar Ideen für weitergehende Entwicklungen: Der Controller besitzt ein internes EEPROM, ähnlich wie es auch im 89S8252 und im 89S8253 anzutreffen ist. Allerdings sind hier andere Steuerregister (SFR) zuständig. Man kommt daher bei der Ansteuerung der 11/2007 - elektor zusätzlichen Hardware nicht an einem sorgfältigen Studium des Datenblatts vorbei. Der AT89C5131 besitzt wie der 8052 auch noch eine serielle Schnittstelle, die man in Bascom mit Befehlen wie Print und Input ansteuern kann. Da das USB-Flashboard allerdings kein serielles Interface enthält, muss dann zusätzlich ein Leitungstreiber (z.B. MAX232) angeschlossen werden. Dann steht typischen Interface-Anwendungen nichts mehr im Wege, d.h. man kann den Controller z.B. als PCMessgerät, Zähler oder Motorcontroller einsetzen. Und der AT89C5131 kann natürlich noch viel mehr, nämlich ein komplettes USB-Gerät realisieren. Wie das geht, verraten einige Application Notes mit zugehörigen Quelltexten auf der Atmel-Homepage. Das Archiv c5131-usb-kbd-stand-alone-1_0_2.zip demonstriert den Bau einer USB-Tastatur. Mit dem USB-Controller und dem umfangreichen Softwarearchiv hat man im Prinzip alles, was zur Entwicklung eigener USB-Anwendungen nötig ist. (070999) 29 PRAXIS TELEFONTECHNIK Telefon-Leitungsum Zwei Verbindungswege – ein Apparat Von Nicolas Boullis Immer mehr Internet-Provider stellen ihren Kunden zusätzlich zum InternetZugang einen Sprachverbindungsweg (Voice over IP) zur Verfügung. Zu den vorhandenen Telefonen des herkömmlichen (Festnetz-) Anschlusses kommt mindestens ein weiteres Telefon hinzu. Das kostet Platz auf der schon immer zu kleinen Schreibtischfläche, und der Telefonierkomfort leidet, weil zwei Apparate bedient werden müssen. Abhilfe schafft ein elektronischer Umschalter, der zwei Verbindungswege bedarfsabhängig auf einen Apparat schaltet. Dieser selbsttätige Telefon-Umschalter beseitigt die Umständlichkeiten, die zwei Telefonapparate mit sich bringen. Die Schaltung arbeitet ohne (!) einen Mikrocontroller, der erst noch programmiert werden müsste, und sie versagt auch bei Stromausfall nicht ihren Dienst. Vorüberlegungen Viele Telefon-Zusatzgeräte wie Anrufbeantworter und Fax-Umschalter benötigen für ihren Betrieb eine externe Stromversorgung, meistens in Form eines Steckernetzteils. Falls der Strom einmal ausfallen sollte, sind diese Geräte außer Betrieb. Wegen der manchmal lebenswichtigen Funktion des Telefons haben wir hier eine vom Stromnetz unabhängige Lösung gewählt. Den minimalen Strom, den die Schaltung aufnimmt, liefert ein 30 NiMH-Akku oder eine 9-V-Batterie. Dadurch ist sicher gestellt, dass der Telefon-Leitungsumschalter auch bei Stromausfällen betriebsfähig ist, zum Beispiel wenn der Arzt, die Polizei oder die Feuerwehr herbeigerufen werden müssen. Schaltungstechnische Voraussetzung ist dabei, dass die Stromaufnahme wirklich minimal ist. Außerdem muss, beziehungsweise soll der Telefon-Leitungsumschalter folgende Vorgaben erfüllen: – So lange eine Verbindung aktiv durchgeschaltet ist, darf sie unter keinen Umständen unterbrochen werden. – Der Benutzer muss die Möglichkeit haben, unter den verfügbaren Verbindungswegen gezielt auszuwählen. Möglicherweise gilt nur für einen Verbindungsweg ein spezieller Tarif, oder eine Sonderrufnummer ist nur über einen bestimmten Verbindungsweg erreichbar. – Bei Anrufen von außen wird der Verbindungsweg durchgeschaltet, über den der Ruf ankommt. – Für abgehende Verbindungen hat Verbindungsweg 1 Priorität, sofern er verfügbar ist. Die Verfügbarkeit von VoIP-Verbindungen über das Internet ist nicht immer gewährleistet. – Wenn Verbindungsweg 1 nicht verfügbar ist oder nicht existiert, wird Verbindungsweg 2 benutzt. – Da bei Telefonleitungen nicht unbedingt feststeht, welche Ader in der Vermittlungsstelle geerdet ist, muss im Telefon-Leitungsumschalter eine galvanische Trennung vorgenommen werden. – Bei ankommenden Rufen muss für den Benutzer erkennbar sein, über welchen Verbindungsweg der Ruf eingeht. – Ein letztes, aber nicht unwichtiges Ziel, das wir uns gestellt haben: Die elektor - 11/2007 schalter Telefonleitung Schaltung soll möglichst aus leicht montierbaren Standard-Bauelementen bestehen, und auf Bauelemente, die erst noch programmiert werden müssen, soll verzichtet werden. stallation neuer Vermittlungstechnik unter Umständen sogar vertauscht werden. Wenn die Vermittlungsstelle einen Ruf aufschaltet, wird der Gleichspannung eine Wechselspannung von etwa 50...75 VSS überlagert. Die überlagerte Wechselspannung ist ungefähr sinusförmig, sie hat die Frequenz 25 Hz oder 50 Hz. Die Rufspannung wird abgeschaltet, sobald der Telefonhörer vom Apparat genommen wird und Gleichstrom fließt. Die Gleichspannung am Apparat sinkt dann infolge des Leitungs-Schleifenwiderstands auf etwa 10 V. Die Standards der Telefonnetze sind (historisch bedingt) nicht einheitlich, sie können sich von Land zu Land und auch regional unterscheiden. Auch die Standards der VoIP-Verbindungswege, die von den Internet-Providern bereit gestellt werden, können unterschiedliche Eigenschaften haben. Im Allgemeinen gelten jedoch folgende Richtwerte: Im Ruhezustand liegen an einer (analogen) Telefonleitung etwa 50...60 V Gleichspannung, es fließt kein Strom. Die Polarität der Gleichspannung ist nicht fest gelegt, sie kann bei der In- JP1 VCC C1 R4 R1 6u8 25V IC1A 1 1 T3 2 BC547 R16 R19 100k D5 3 2 1k IC3 TLP620 100n VCC 4 2 47k 2 1 2 1k 5 1 C13 1k 5 6 IC2B & 4 13 VCC 1M C9 IC1D 9 1 8 1 IC2D & 1 SET D2 T6 BAT85 BC547 R22 C5 1k IC1 = HCC40106BF IC2 = 4093 D8 VCC K2 IC7 TLP620 BC547 R27 14 14 IC1 IC2 7 C14 C15 100n 100n IC1E 11 1 10 1M R12 4M7 VCC 7 T7 3 470n JP6 T2 R26 1k BC557 R10 100k RJ-11 11 12 4 R9 100k 6 5 4 3 2 1 2 Line 1 VCC 10n 13 12 VCC K4 R24 470k 3 33k VCC BC547 D7 IC6 TLP620 100n JP5 RESET BAT85 1N4148 T5 6 4 R8 C4 1 100n T1 R25 1k R20 R21 6u8 25V R11 10k R7 33k 2 C3 JP4 10 D1 IC1F R13 & BC557 VCC RJ-11 IC2C R17 VCC IC1C IC5 TLP620 220u 4 C8 10u 25V 4 R6 R23 470k 3 8 9 D6 3 C11 BC547 & 10n 100k 1 47k S 1 16 R 4 1 2 S1 T4 IC2A D3 R14 100R 15 13 9 11 6 5 4 3 2 1 6 Tel. 1 VCC SET RESET 220u 8 K3 3 IC4 TLP620 3 JP3 R5 100R C10 IC1B VCC C12 1N4148 VCC C7 10u 25V VCC D4 R18 10k R15 JP2 RE1 DS2E-ML2-DC5V S2 4 R2 C2 RJ-11 1 R3 10k VCC VCC C6 1M 100n 6 5 4 3 2 1 33k Line 2 33k K1 060288 - 11 Bild 1. Abgesehen vom Relais besteht die Schaltung aus Standard-Bauelementen. 11/2007 - elektor 31 PRAXIS TELEFONTECHNIK S1 R1 R2 S2 C2 R16 IC3 K1 C6 JP2 R3 D2 D1 C10 JP1 RE1 IC4 C8 C14 D3 R23 R6 C4 R7 R14 IC6 R11 R13 IC7 T7 C3 R9 R10 JP5 C12 R25 T1 R12 R27 R26 R8 JP6 C15 IC2 C9 C5 K4 Schaltung T4 R17 D4 IC1 C11 JP3 D5 D6 K2 IC5 JP4 R18 C7 T3 R15 R5 K3 R20 R19 R4 R24 C1 wählte Relais-Typ arbeitet noch bei der Spannung 5 V zuverlässig, so dass der Betrieb auch bei niedrigem Ladezustand des 9-V-Akkus gewährleistet ist. C13 T6 T2 T5 R22 D8 D7 R21 Bild 2. Die doppelseitige Platine ist so gestaltet, dass alle Bauelemente bequem Platz haben. Stückliste Widerstände: R1,R2,R7,R8 = 33 k R3,R11,R18 = 10 k R4,R13,R27 = 1 M R5,R6= 100 7 R9,R10 = 100 k R12 = 4M7 R14,15 = 47 k R16,R17,R21,R22,R25,R26 = 1 k R19,R20 = 100 k R23,R24 = 470 k Kondensatoren: C1...C4 = 100 n (MKT, Raster 7,5 mm) C5 = 470 n (MKT, Raster 7,5 mm) C6,C9 = 6M8/100 V C7,C8 = 10 M/100 V C10,C11 = 220 M/10 V bipolar C12,C13 = 10 n (Sibatit, Raster 5 mm) C14,C15 = 100 n (Sibatit, Raster 5 mm) Bistabile Relais Nach alter Manier werden Telefonleitungen mit Relais geschaltet, wegen der galvanischen Trennung im Ruhezustand haben diese Relais mindestens zwei Umschaltkontakte. Einfache Relais sind für den Telefon-Leitungsumschalter weniger geeignet, denn hier muss durch die Wicklung permanent Strom fließen, so lange das Relais in aktivem Zustand ist. Diese Eigenschaft wirkt sich ungünstig auf die Energiebilanz aus. Die Lösung des Problems ist das bistabile Relais, das seinen eingenommenen Zustand auch ohne Ener- 32 Halbleiter: D1,D2 = BAT85 D3,D4 = 1N4148 D6,D7 = LED 3 mm grün, Low-current* D5,D8 = LED 3 mm rot, Low-current* T1,T2 = BC557 T3...T7 = BC547 IC1 = 40106BF IC2 = 4093 IC3...IC7 = TLP620 Optokoppler (Toshiba) Außerdem: K1,K3,K4 = Buchse RJ11 6/4 für Telefonleitung (Hirose TM5RE1-64) K2 = Anschluss für Stromquelle (9-V-Batterie oder NiMH-Akku) S1,S2 = Drucktaster RE1 = Bistabiles Relais, zwei Umschaltkontakte, 5 V (Panasonic DS2E-ML2-DC5V oder Omron G6AK-234P-ST-US…) Platine 060288 (siehe www.elektor.de) *Siehe Text! giezufuhr beibehält. Bistabile Relais gibt es in Ausführungen mit einer oder zwei Wicklungen. Typen mit nur einer Wicklung müssen über eine Brückenschaltung gesteuert werden, die aus vier Transistoren und vier Dioden besteht. Die steuernde Schaltung für Ausführungen mit zwei Wicklungen kommt mit zwei Transistoren und zwei Dioden aus, und außerdem vereinfacht sich hier die Steuerung der Transistoren. Aus den vorstehenden Gründen fiel die Wahl auf ein bistabiles Relais mit zwei Wicklungen und zwei Umschaltkontakten. Der ge- Die Schaltung in Bild 1 lässt sich in vier Funktionsgruppen unterteilen, sie sollen der Reihe nach betrachtet werden. Zustandserkennung Drei Zustände müssen von der Schaltung erkannt werden: Die Verfügbarkeit von Verbindungsweg 1, das Ankommen eines Rufsignals sowie der Betriebszustand des Telefon-Leitungsumschalters. Laufende Verbindungen über Verbindungsweg 1, angeschlossen an K4, werden mit Optokoppler IC5 erkannt. Der Leitungsschleifenstrom 20...40 mA fließt durch die antiparallel geschalteten LEDs des Optokopplers. Der zugehörige Fototransistor leitet, so dass am Eingang des nachgeschalteten Schmitt-Triggers logisch 0 liegt und sein Ausgang logisch 1 ist. Widerstand R6 bewirkt, dass die Optokoppler-LED erst bei Strömen über ca. 10 mA aufleuchtet. Der bipolare Kondensator C11 überbrückt den Optokoppler-Eingang für ankommende Rufspannungen. Die RC-Kombination R15/C8 stellt sicher, dass kurze Leitungsunterbrechungen (bis ca. 0,5 s) unwirksam bleiben. Derartige Leitungsunterbrechungen treten beim (heute nur noch selten angewendeten) Impulswahlverfahren sowie beim Drücken des R-Tasters am Telefon auf. Kriterium für das Rufsignal ist die hohe Wechselspannung (ca. 50...75 V) mit der Frequenz 25 Hz oder 50 Hz. Das Rufsignal durchläuft ein für diese Frequenzen dimensioniertes Bandfilter, bestehend aus C3, C4, R7 und R8, bevor es über R11 zum Eingang von Optokoppler IC6 gelangt. Bei anliegendem Rufsignal schaltet der Fototransistor des Optokopplers durch, so dass am Ausgang des nachgeschalteten Inverters logisch 1 liegt. Die RC-Kombination R13/C9 sorgt dafür, dass dieses Signal auch in den Rufpausen unverändert bleibt. Das Prüfen der Verfügbarkeit von Verbindungsweg 1 geschieht durch Prüfen der an Leitung 1 liegenden Spannung. Bei vorhandenem Verbindungsweg muss die Spannung zwischen ungefähr 10 V (abgenommener Hörer) und 60 V (Ruhezustand) liegen. Eintreffende Rufsignale wirken sich störend aus, sie werden durch C5 und R9 elektor - 11/2007 abgeschwächt. Widerstand R10 bewirkt, dass der Strom durch die Optokoppler-LEDs einen Wert zwischen 40 μA und 250 μA annimmt. Höhere Werte sind nicht zulässig, sie können in der Vermittlungsstelle zu Fehlfunktionen führen. Der niedrige LED-Strom reicht nicht aus, um den zugehörigen Fototransistor voll in den Leitzustand zu steuern. Deshalb ist Transistor T7 nachgeschaltet, er stellt sicher, dass bei Verfügbarkeit von Leitungsweg 1 logisch 1 am Ausgang des zugehörigen Schmitt-Trigger-Inverters liegt. Ein kleines Problem stellt der unter 100 nA liegende Leckstrom des Fototransistors dar. Der von T7 verstärkte Leckstrom könnte ein falsches Signal am InverterAusgang zur Folge haben. Das wird mit Widerstand R12 verhindert, er bewirkt, dass T7 Ströme unter ca. 120 nA nicht verstärkt. Signalisierung Die Schmitt-Trigger der Zustandserkennung steuern über diverse Transistoren die vier LEDs D5 und D6 sowie D7 und D8. Eine rote LED leuchtet auf, wenn auf der zugehörigen Leitung ein Ruf eingeht, während eine grüne LED den Belegtzustand der Leitung signalisiert. Logik für Leitungswahl Von Hand ist der Verbindungsweg mit den Drucktastern S1 und S2 wählbar, hierzu gehören die Widerstände R18, R19 und R20, die Dioden D3 und D4 sowie Inverter IC1f und NAND-Gatter IC2b. Taster S1 wählt Verbindungsweg 1 aus, während mit S2 der an K1 angeschlossene Verbindungsweg 2 durchgeschaltet wird. Weil eine Prioritätsfolge nicht auf der Liste der geforderten Eigenschaften steht, wurde die einfachste Lösung gewählt. Bei Auswahl von Hand hat Verbindungsweg 2 stets Vorrang vor Verbindungsweg 1. Das gilt auch für ankommende Rufsignale. Kommen Rufsignale gleichzeitig auf den beiden Leitungen an, hat Leitung 2 Vorrang. Falls eine Leitung nicht existiert, kann über diesen Weg kein Rufsignal ankommen. In diesem Fall ist die Wahl des Verbindungswegs unabhängig von Leitung 1, nur die Signalisierung ist betroffen. Am Ausgang von Gatter IC2b liegt logisch 1, wenn Verbindungsweg 1 durchgeschaltet werden muss, logisch 0 bedeutet, dass Verbindungsweg 2 durchzuschalten ist. Relais-Steuerung Damit der passende Verbindungsweg durchgeschaltet wird, müssen die Kontakte des bipolaren Relais mit einem Impuls in die zugehörige Stellung ge- 11/2007 - elektor Bild 3. Fertig aufgebaute Platine des Telefon-Leitungsumschalters. steuert werden. Gatter IC2a invertiert das Auswahlsignal, und die RC-Glieder C12/R23 und C13/R24 verzögern das invertierte und nicht invertierte Signal. Die nachfolgenden NAND-Gatter IC2c und IC2d verknüpfen das verzögerte und nicht verzögerte Signal, so dass an ihren Ausgängen negativ gerichtete Impulse erscheinen. Die impulsförmigen Ausgangssignale werden von T1 und T2 verstärkt und den RelaisWicklungen zugeführt. C12/R23 und C13/R24 sind so dimensioniert, dass die Impulslänge ca. 5 ms beträgt. Diese Impulslänge genügt, um die RelaisKontakte umzuschalten. Die Funktionen der in der Schaltung dargestellten Jumper JP1...JP6 werden im nächsten Abschnitt erklärt. Aufbau Die doppelseitige Platine, wiedergegeben in Bild 2, erleichtert den Schaltungsaufbau beträchtlich. Abgesehen vom bipolaren Relais werden nur gängige Standard-Bauelemente verwendet. Bei der Platinen-Bestückung muss unbedingt auf korrekte Position gepolter Bauelemente (insbesondere C6... C9) geachtet werden. Dagegen sind C10 und C11 bipolar, ihre Einbaulage ist beliebig. Auf der Platine befinden sich drei RJ11-Buchsen (K1, K3 und K4) für den Anschluss des Telefonapparats und der beiden Leitungen. Die Relais-Montage ist nur in einer bestimmten Ein- bauposition möglich, die Montage der Taster S1 und S2 ist unproblematisch. Die LEDs D5...D8 müssen natürlich korrekt gepolt angeschlossen werden. Zu den LED-Katoden gehören die PunktSymbole auf der Platine. Bei den „Jumpern“ JP1...JP6 handelt es sich um Platinen-Lötpunkte, abhängig von der Aderbelegung der RJ11-Stecker müssen bestimmte Punkte durch LötzinnBrücken kurz geschlossen werden. Auf diese Weise lässt sich die Anschlussbelegung leicht an die unterschiedlichen Telefon-Anschlussstandards der europäischen Länder anpassen. Nachdem die Schaltung aufgebaut ist und einer sorgfältigen Sichtkontrolle unterzogen wurde, wird der 9V-Akku (oder die 9-V-Batterie) an K2 angeschlossen. Inbetriebnahme Beim Anlegen der Betriebsspannung ist der Schaltzustand des bipolaren Relais unbekannt. Deshalb muss das Relais zuerst in den Schaltzustand versetzt werden, der dem LeitungswahlSignal am Ausgang von IC2b (logisch 0 oder 1) entspricht. Die Kondensatoren C12 und C13 sind unmittelbar nach Anlegen der Betriebsspannung noch nicht geladen, so dass zunächst an beiden Ausgängen (IC2c und IC2d) logisch 1 liegt. Nach ungefähr 5 ms nehmen die verzögerten Signale unterschiedliche Zustände an. Dadurch erhält das bipolare Relais den Schaltimpuls, der dem 33 PRAXIS TELEFONTECHNIK ZweifarbenLEDs für D5/ D6 und D7/D8 Anstelle der rot-grünen LED-Paare sind auch Zweifarben-LEDs mit drei Anschlüssen verwendbar. Die Zweifarben-LEDs müssen korrekt gepolt werden, anderenfalls sind die Farben Rot und Grün vertauscht. Da die Leuchtintensität von Zweifarben-LEDs bei gleichem Strom abhängig von der Farbe unterschiedlich ist, sollen die Strombegrenzungswiderstände für Rot und Grün nicht gleiche Werte haben. Der Wert 2,2 k7 (anstelle des ursprünglichen Werts 1 k7) ist ein guter Richtwert. Der passende Wert für die andere Farbe wird am einfachsten experi- aktuellen Zustand des LeitungswahlSignals am Ausgang von IC2b zugeordnet ist. Stromaufnahme Im Ruhezustand wird bei vorhandenem Verbindungsweg 1 die meiste Energie von Widerstand R27 umgesetzt. Er belastet die Spannungsquelle (Akku) jedoch mit höchstens 10 μA, ein 200-mAh-Akku würde rechnerisch mehr als zwei Jahre Dienst tun, bevor er nachgeladen werden muss. Wenn Verbindungsweg 1 nicht vorhanden ist, beträgt die Stromaufnahme maximal nur 1 μA. In aktivem Zustand geht der größte Teil der Stromaufnahme auf das Konto der LEDs. Durch eine rote LED fließen bei Eingehen eines Rufs etwa 7 mA, durch eine grüne LED fließen während des Belegtzustands einer Leitung ungefähr 6 mA. Der genannte Akku übersteht ohne Nachladen ca. 30 Stunden Kommunikation oder ca. 28 Stunden Rufsignal. (060288)gd mentell bestimmt. SELBSTBAU-WEGWEISER • Bauteile: Bauteile und Bauteilzusammenstellungen sind im Fachhandel erhältlich. Im Anzeigenteil von Elektor findet man regelmäßig Anbieter, die zu Elektor-Projekten Materialsätze oder Bauteilesätze zusammenstellen und auch Spezialbauteile liefern können. Ein alphabetisches Inserentenverzeichnis ist in jeder Elektor-Ausgabe am Heftende (vorletzte Seite) zu finden. Die Serviceseite(n) in der Heftmitte bieten eine Übersicht über Platinen und Software. Wegen der Bestimmungen der Postzeitungsordnung dürfen Bezugsinformationen zu aktuellen Projekten erst im nächstfolgenden Heft veröffentlicht werden, aus dem gleichen Grund sind die Serviceseite(n) nicht in allen Ausgaben enthalten. Das bedeutet aber nicht, daß Platinen, Software und Bauteile ebenfalls erst verspätet oder nicht lieferbar sind. • Ohm und Farad: In den Stücklisten werden große und kleine Widerstände und Kondensatoren mit folgenden Angaben für Faktoren versehen: p n μ m = Pico = Nano = Micro = Milli = 10-12 = 10-9 = 10-6 = 10-3 = ein Billionstel = ein Milliardstel = ein Millionstel = ein Tausendstel k = Kilo M = Mega G = Giga = 103 = 106 = 109 Nur für den Privatgebrauch Der Telefon-Leitungsumschalter besitzt keine allgemeine Zulassung für den Anschluss an öffentliche Kommunikationsnetze. Er darf nur mit Zustimmung des Netzbetreibers an dessen Netz angeschlossen werden. Kontrollieren Sie nochmals kritisch alle Lötstellen, einerseits auf gute Verbindungen (silbrig glänzend sollen sie sein, nicht matt und grau), andererseits auf überschüssiges Lötzinn und eventuell Lötzinnspritzer, die Leiterbahnschlüsse verursachen können. Angegebene Gleichspannunsmeßwerte (siehe Schaltplan und eventuelle Texthinweise) sollen mit einem hochohmigen (digitalen) Multimeter überprüft werden. Toleranzen bis zu 10 % sind normalerweise noch zulässig, größere Abweichungen deuten auf Fehler hin. Alle Korrekturen und relevanten Hinweise werden als “Nachlese” veröffentlicht. Tips, Tricks und ergänzende Informationen, die sich aus Leserkontakten ergeben, sind auch in “Readers’Corner” zu finden. • Farbcode: Der Wert von Widerständen wird durch Farbringe wie folgt angegeben: = Tausend = Million = Milliarde Die Einheiten (1 für Ohm bei Widerständen, F für Farad bei Kondensatoren) werden nur dann angegeben, wenn keine Faktorenangabe erfolgt (1 bei Widerständen kleiner 1 k1 und größer 99 m1, z.B. 999 1 oder 0,1 1). Ansonsten steht die Angabe des Faktors an der Stelle des Kommas bei der Wertangabe. Beispiele: 3k9 (= 3,9 k1 = 3900 1) 4+7 (= 4,7 +F = 0,0000047 F) Wenn nicht anders angegeben, werden immer Widerstände mit max. 5 % Toleranz und min. 1/3 W Belastbarkeit und Kondensatoren mit min. 50 V Spannungsfestigkeit verwendet. • Bauhinweise: Beim Bestücken von Platinen beginnt man am besten immer mit den kleinsten passiven Bauteilen. Daher zuerst die Drahtbrücken, Widerstände und kleine Kondensatoren bestücken, danach IC-Fassungen, Relais, Elkos und Steckverbinder. Empfindliche Halbleiter kommen zuletzt an die Reihe. • Löten: Geeignet ist ein Lötkolben mit 15 bis 30 Watt mit feiner Spitze. Nur Elektronik-Lötzinn (60/40) mit Flußmittelkern verwenden. Anschlußdrähte der Bauteile durch die richtigen Platinenbohrungen stecken, etwas umbiegen und abkneifen. Die beiden zu verlötenden Stellen erhitzen, und Lötzinn hinzufügen. 1 bis 2 Sekunden warten, bis das Zinn gut fließt und Lötkolbenspitze wegnehmen. Halbleiter, ICs und kleine Platinenlötaugen nicht zu stark erhitzen! Lötzinn kann wieder entfernt werden, indem man Lötsauglitze mit der heißen Lötkolbenspitze auf die Stelle mit dem zu entfernenden Lötzinn drückt. • Fehlersuche: Funktioniert die Schaltung nicht? Als erstes kontrolliert man die Bestückung im Vergleich mit Bestückungsplan, Schaltplan und Stückliste. Besonders auf die Bestückung der Drahtbrücken achten, die nur im Bestückungsplan angegeben sind. Sind alle Bauteile an der richtigen Stelle und auch richtig herum eingesetzt? Beachten Sie diesen Punkt besonders bei IC-Fassungen, Dioden, Elkos und Transistoren. Stimmt die Belegung von Anschlußpunkten auf der Platine, wie Anschlüsse für Betriebsspannung und Schalter etc.? 34 Weblinks www.semicon.toshiba.co.jp/docs/datasheet/ en/Opto/TLP620_TLP620-4_en_datasheet_ 020925.pdf Farbe schwarz braun rot orange gelb grün blau violett grau weiß gold silber ohne 1. Ring Ziffer 1 2 3 4 5 6 7 8 9 - 2. Ring Ziffer 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 - 3. Ring Nullen 0 00 000 0000 00000 000000 x0,1 x0,01 - 4. Ring Toleranz (1 % (2 % (0,5 % (5 % (10 % (20 % Beispiele: braun-rot-braun-gold: 120 1/5 % gelb-violett-orange-gold: 47 k1/5 % • Eigene Entwicklungen: Eigene Schaltungsentwickungen und Entwicklungsideen können Sie uns jederzeit zusenden. Fürs erste genügt der (lesbare) Schaltplan mit ein paar begleitenden Worten zum Kennenlernen. Wenn Ihre Einsendung für Elektor interessant ist, senden wir Ihnen ein Honorarangebot. Für die weitere Ausarbeitung sind dann natürlich Unterlagen auf Diskette (Schaltung, Platine, Text) sehr willkommen. elektor - 11/2007 Termine für Elektor Nr. 12 / 2007 Anzeigenschluss: Ð 23.10.2007 Erscheinungs termin: Ð 17.11.2007 Anzeigen: Verlagsbüro ID Telefon: (0511) 33 48 436 E-Mail: [email protected] Internet: www.id-medienservice.de !" & "'#&# * "$ (&%'&# $ *! !!%*) % &! ! # %#&$ %!! "!!( + $ &( #! www.elektor.de 11/2007 - elektor 35 PRAXIS AUDIO Kopfhörerverstärker Raumklangeffekt Besserer Klang für iPod & Co. Von Raymond Champlin In Zeiten von iPod, Handy und MP3-Player ist der Klang der Musik nicht selten auf das Niveau von PCLautsprechern begrenzt. Mit der hier vorgestellten Schaltung wird gezeigt, wie sich das Klangvolumen eines Stereo-Kopfhörers steigern lässt. Neben einer Höhen- und Bassanhebung trägt ein zusätzlicher Raumklangeffekt dazu bei. 1.8V to 3.6V LEFT CHANNEL AUDIO IN C3 1 F CIN 1 F die für eine Höhen- und Bassanhebung und einen Raumklangeffekt sorgt. RF 10k RIN 10k MAX4409 2 9 12 10 PVDD SVDD SHDN INL SVDD OUTL 8 HEADPHONE JACK 3 C1P UVLO/ SHUTDOWN CONTROL SVSS CLICK-AND-POP SUPPRESSION CHARGE PUMP C1 1 F COM 1 R2 10k SVDD 5 C1N OUTR 11 MAX4409 PVSS 6 SVSS PGND SGND INR 7 4 14 13 C2 1 F RIGHT CHANNEL AUDIO IN R1 10k CIN 1 F SVSS RF 10k RIN 10k 070393 - 12 *PIN NUMBERS ARE FOR THE TSSOP PACKAGE. Bild 1. Blockschaltbild des MAX4409 mit typischer externer Beschaltung. Die Empfindlichkeit des menschlichen Ohrs ist im Sprachfrequenzbereich stärker ausgeprägt als oberhalb und unterhalb dieses Bereiches. Dies gilt besonders bei niedriger Lautstärke. In Audioverstärkern wird hierfür eine Anpassung mittels einer gehörrichtigen Lautstärkeeinstellung am Lautstärke- 36 regler vorgenommen. Es werden bei kleiner Lautstärke die Höhen und Bässe angehoben, um dem Hörer einen „linearen“ Klangeindruck zu vermitteln. Der hier vorgestellte Kopfhörerverstärker kombiniert ein mit sehr guten Daten ausgestattetes Verstärker-IC mit einer diskreten Transistor-Vorstufe, Als „Leistungsverstärker“ für Kopfhörer wird ein MAX4409 eingesetzt, der eine Reihe von bemerkenswerten Eigenschaften aufweist. Das IC ist für eine einzige Betriebsspannung im Bereich von 1,8 V bis 3,6 V ausgelegt. Wie das Blockschaltbild (Bild 1) zeigt, erzeugt eine interne Ladungspumpe eine negative Betriebsspannung PVSS, so dass sich der Aussteuerbereich für das Audiosignal verdoppelt. Der Kondensator C1 der Ladungspumpe wird mit über 300 kHz geschaltet. Die Stereo-Endstufe besteht aus zwei Klasse-AB-Verstärkern, die dank der mittels der Ladungspumpe erzeugten symmetrischen Betriebsspannung ohne Elko am Ausgang auskommen und eine Ausgangsleistung von 2 x 80 mW an 16 7 liefern. Selbstverständlich ist auch bei 32-7-Kopfhörern mehr als genügend Leistung vorhanden. Die Empfindlichkeit von Kopfhörern wird nach IEC 60268-7 bei einer Leistung von 1 mW angegeben. Typische 32-7-Kopfhörer liefern bei 1 mW bereits einen SchallBild 2. In der Schaltung des Kopfhörerverstärkers wurde der MAX4409 mit einer Transistorvorstufe zur Klangverbesserung ergänzt. elektor - 11/2007 mit VCC R13 1k5 2k7 R8 * Optional, siehe Text C6 * R12 470p R10 * 100k C1 C5 R6 * 100k C4 R3 1k5 VCC 10k 470n T1 R5 33k R9 BC847C 33k BC847C 470n R4 1k 337 R45 4M7 R7 5607 R1 C43 C41 470n C3 R11 C7 4M7 10k L * C2 T2 10k R2 R43 330k 22n 07 2 R41 9 PVDD 12 1k R122 10 470n 3 SVDD SHDN INL OUTL 8 K1 IC1 C1P C44 VCC 1M R50 * C26 OUTR 11 6 C42 R30 4M7 SVSS PVSS PGND 4 COM SGND 14 R47 1 10k R46 C45 * C24 T3 R25 T4 R29 470n R44 BC847C 33k 470n C23 5607 470n R24 1M 10k 100k 1k5 337 C25 R26 R23 R21 INR 33k BC847C R27 R31 1k C22 1k R * * R42 7 330k 22n 07 R22 R32 100k 470p C21 MAX4409 EUD C1NP R33 10k C50 extern 1000M 16V R14 2k7 1k5 R28 07 07 R222 5 13 10k VCC +3V 070393 - 11 11/2007 - elektor 37 AUDIO IC1 R46 R47 C44 R43 C43 C45 T2 T4 R33 R30 C41 C42 R42 T1 C5 R1 C1 C2 R10 R13 R50 R2 R9 R21 R122 R3 C21 P7 R12 R11 C25 R29 R31 C26 R32 C22 P6 R23 C4 C3 P5 C6 Stückliste R22 R4 P3 P4 R222 C23 C7 R7 R5 R25 R14 C24 R8 R6 P1 P2 R24 R27 R28 R26 P71 P61 P51 P41 P31 P21 P11 T3 PRAXIS R41 R45 R44 (c) Elektor 070393-1 Bild 3. Die SMD-bestückte Platine ist doppelseitig, aber nicht durchkontaktiert. druckpegel von 96 bis 100 dB – und der MAX4409 liefert an 32 7 immerhin 65 mW! Der Klirrfaktor liegt selbst bei fast maximaler Ausgangsleistung unter 0,01 %. Typische Werte (gemessen bei 1 kHz) sind 0,002 % bei 50 mW an 32 7 und 0,005 % bei 60 mW an 16 7. Er liegt somit um Zehnerpotenzen unter dem Klirrfaktor der Kopfhörer selbst, der schon bei 1 mW einen Wert 0,2 % (oder noch mehr) erreichen kann. Zu den weiteren Annehmlichkeiten des MAX4409 zählt die „Click-andpop-suppression“, die Störgeräusche beim Ein- und Ausschalten sowie bei Betriebsspannungsänderungen wirksam unterdrückt. Zu erwähnen ist auch die gute Unterdrückung von Störsignalen auf der Versorgungsspannung und die hohe Gleichtaktunterdrückung von 96 dB. Die Ruhestromaufnahme beträgt lediglich 5 mA. Vorstufe Bild 2 zeigt die Schaltung des StereoKopfhörerverstärkers inklusive Vorstufe. Der Eingang wird durch Widerstand R1(R21) mit 33 Ohm abgeschlossen, so dass der Kopfhörerausgang der typischen Signalquelle (MP3-Spieler etc.) mit der nominellen Kopfhörerimpedanz abgeschlossen wird. Wirklich nötig ist das aber nicht, da es hier nicht auf eine Leistungsanpassung ankommt. Der Widerstandwert könnte genauso gut um den Faktor 10 höher sein. Im folgenden RC-Netzwerk wird die Bassund Höhenanhebung realisiert. Mit Hilfe der Komponenten R3 (R23), C3 (C23) und R4 (R24) wird die Amplitude des Signals mit zunehmender Frequenz abgesenkt, was eine Anhebung der tiefen Töne unter 1 kHz bedeutet. Diese Ab- 38 Widerstände (alle SMD 1206): R1,R21 = 33 7 R2,R22 = siehe Text R3,R23 = 15 k R4, R24 = 560 R5,R25,R43,R44 = 33 k R6,R12,R26,R32 = 100 k R7,R11,R27,R31 = 1 k R8,R28 = 1k5 R9,R29,R41,R42,R45..R47 = 10 k R10,R30 = 330 k R13,R33 = 2k7 R14,R50,R122,R222 = 0 7 Kondensatoren (SMD 1206, wenn nicht anders angegeben): C1,C21 = 22 n C2,C22 = siehe Text senkung wird für hohe Töne über 1 kHz durch einen RC-Pfad parallel zum Widerstand R3 (R23) wieder aufgehoben (über R122, C1 beziehungsweise R222, C21). Optional ist parallel zu diesem Pfad ein weiterer RC-Pfad mit R2, C2 (R22, C22) vorgesehen, um in Kombination mit entsprechenden Werten für R122, C1 (R222, C21) einen geänderten Verlauf der Höhenanhebung oberhalb der 1-kHz- Marke zu realisieren. Mit C4 (C24) wird die folgende Transistor-Verstärkerstufe gleichspannungsmäßig entkoppelt. Der Wert des Kondensators wurde groß gewählt, um auch den Tiefbassbereich ungeschmälert zu übertragen. Die Verstärkung in dieser Verstärkerstufe mit T1 (T3) ist gering. Für die Erzielung eines Raumklangeffekts sind die Emitter der Transistoren in den beiden Stereokanälen über R14 und C7 miteinander verbunden. Dadurch wird bei hohen Frequenzen vom linken Kanalsignal ein Teil des rechten Kanalsignals subtrahiert und ebenso vom rechten Kanalsignal ein Teil des linken Kanalsignals. Der Wert von C7 bestimmt die untere Grenzfrequenz, ab der dieser Effekt einsetzt. Ohne diese Frequenzabhängigkeit wäre nur noch ein Stereo-Differenzsignal zu hören. Das hätte zur Folge, dass ein Signal mit gleicher Phasenlage im linken und rechten Kanal ausgelöscht würde und ein Mono-Signal (Sänger) nur noch stark abgeschwächt zu hören wäre. Durch den Wert von R14 lässt sich der Raumklangeffekt variieren. Je größer der Wert, desto geringer der Effekt. Wenn man auf den Effekt verzichten möchte, lässt man den Widerstand einfach weg. Es folgt eine zweite Transistor-Verstärkerstufe mit T2 (T4), die von der C3..C5,C7,C23..C25 = 470 n C6,C26 = 470 p C41..C43 = 4μ7 (SMD 1812) C44,C45 = 1 μ (SMD 1210) C50 = 1000 μ/16 V radial (normaler Becherelko) Halbleiter: T1…T4 = BC847 (SOT-23)) IC1 = MAX4409EUD+ (14-Pin-TSSOP, Maxim) Außerdem: 3,5-mm-Stereo-Klinkenbuchse für Platinenmontage mit Rändelmutter Platine 070393-1 (erhältlich via PCBShop bei www.elektor.de) Gehäuse (z.B. Conrad Artikel-Nr.: 523127) vorherigen Stufe über C5 (C25) gleichspannungsmäßig entkoppelt ist. Der Verstärkungsfaktor der zweiten Transistorstufe ist über das Verhältnis der Widerstände R9/R10 (R29/R30) festgelegt. Optional besteht die Möglichkeit, parallel zu R10 (R30) eine RC-Kombination C6/R12 (C26/R32) zu legen, um die Verstärkung für hohe Frequenzen zu reduzieren, so dass HF-Störsignale unterdrückt werden. Auf die Vorstufe folgt die IC-Endstufe, die ebenfalls über Kondensatoren (C41, C42) gleichspannungsfrei angekoppelt ist. Das Verhältnis R43/R41 (R44/R42) bestimmt den Verstärkungsfaktor der Endstufe. Der Kopfhörer kann direkt über eine 3,5-mm-Stereo-Klinkenbuchse an die Verstärkerausgänge angeschlossen werden. C50 ist ein 1000-μF-Elko (radial), der sich wegen seiner großen Abmessungen nicht auf der Platine befindet, wohl aber in der Stückliste zu finden ist. Dieser Elko soll die Betriebsspannung an den Platinenanschlüssen puffern, um bei Bassimpulsen kurzfristig Strom zu liefern, so dass keine Verzerrungen in Folge von Spannungseinbrüchen auftreten. Der 0-7-Widerstand R50 dient lediglich als Brücke über eine Leiterbahn der Platine. Platine Die Schaltung wurde auf einer kleinen doppelseitigen, aber nicht durchkontaktierten Platine (Bild 3) mit den Abmessungen 25 mm x 50 mm aufgebaut. Es werden überwiegend SMD-Kondensatoren und SMD-Widerstände der Bauform 1206 verwendet. Die Kondensatoren C44 und C45 haben die Bau- elektor - 11/2007 form 1210 und die Elkos C41,C42 und C43 die Bauform 1812. Die Transistoren haben ein SOT-23-Gehäuse, das IC ist ein 14-Pin-TSSOP. Die erste Verstärkerstufe mit den Klangfiltern ist auf der Platinenunterseite. Die Verbindungen zwischen der Platinenober- und Unterseite befinden sich an der Stirnseite der Platine. Hier sind einige Durchkontaktierungen „von Hand“ durch kleine Drahtstückchen oder mittels der Anschlussleitungen vorzunehmen, die dann auf beiden Platinenseiten verlötet werden. Durch eine solche Verbindung wird auch das Signal der ersten Verstärkerstufe auf die Platinenoberseite geführt, auf der die Bauteile für die zweite Verstärkerstufe und die Endstufe bestückt werden. Es empfiehlt sich, die Bestückung auf der Platinenoberseite mit IC1 zu beginnen. Die Stereo-Klinkenbuchse mit Rändelmutter auf der Platine wird gleichzeitig zum Befestigen in einem Gehäuse genutzt. Die Anschlussleitungen für Spannung und NF-Signal werden möglichst von der Unterseite zugeführt, um sie später besser im Gehäuse verlegen zu können. Gehäuse Der Verstärker wurde in ein SoftlineGehäuse (129 mm x 40 mm x 24 mm) mit Batteriefach eingebaut. An der Kopfseite sind zwei Bohrungen vorzusehen. Eine mit 6 mm Durchmesser für die Kopfhörerbuchse und eine mit 3,5 mm Durchmesser für die Zuleitung. Die Position für die Bohrung der Kopfhörerbuchse ist so zu wählen, dass die Platine dann problemlos in das Gehäuse passt. Ein seitlicher Schlitz für einen kleinen Ein/Aus-Schalter muss an geeigneter Stelle ins Gehäuse gefeilt oder gefräst werden. Damit die Platine gut ins Gehäuse passt, ist auch eine Ecke der Platine (an der Buchsenseite) etwas abzufeilen. Im unteren Teil des Kunststoffgehäuses werden überflüssige Stege entfernt, um einen Batteriehalter für zwei AA-Zellen mit doppelseitigem Klebeband fixieren zu können. Der Batteriehalter wird mittels Batterieclip angeschlossen. Die rote Plusleitung wird über den Schalter zum Plusanschluss und die schwarze Leitung direkt an den Minus-Anschluss der Platine geführt. Es empfiehlt sich, als NF-Zuleitung eine Leitung mit rechtwinkelig angespritztem 3,5-mm-Stereo-KlinkenStecker zu verwenden, um die mechanische Belastung an der Buchse des angeschlossenen Abspielgeräts zu reduzieren. Die Leitung kann man nach Bedarf kürzen. Sie wird durch die Bohrung an der Kopfseite des Gehäuses geführt und mit einem Knoten oder einer (Heiß-)Kleber-Fixierung als Zugentlastung versehen. Die NF-Zuleitung wird an die Platinenanschlüsse für Masse und linken und rechten Eingang (Rin, Lin) angelötet. Den externen 1000-μF-Elko lötet man mit ca. 5 cm langen Drähten an die Versorgungsspannungsanschlüsse der Platine und befestigt ihn an einem freien Platz im Gehäuse mit Heißkleber. Schließlich wird noch die Kopfhörerbuchse durch die Gehäusebohrung gesteckt und mit der Rändelmutter befestigt. Ergebnis Durch Verwendung von Transistorstufen in Verbindung mit dem MaximEndstufen-IC ist der Verstärker auch bei schon fast ganz entladenen Mignon-Zellen mit 0,9 V pro Zelle noch verwendbar. So lassen sich damit noch Batterien aufbrauchen, die für andere Geräte schon zu schwach sind. Dies ist insbesondere bei Batterien interessant, die zuvor für „Stromfresser“ wie zum Beispiel Digitalkameras oder (ältere) GPS-Empfänger eingesetzt wurden. Am Ende des Batterielebens im Kopfhörerverstärker sind auch keine schlimmen Verzerrungen zu ertragen, da das Maxim-IC bei endgültig nicht mehr ausreichender Betriebsspannung dank integrierter Unterspannungserkennung das Tonsignal rechtzeitig stummschaltet. Bei einem kleinen Feldversuch mit verschiedenen Test-Hörern wurde der Klang dieses mobil einsetzbaren Verstärkers durchweg als gut und angenehm bewertet, und einige Probanden wollten den Kopfhörerverstärker am liebsten gleich behalten… (070393e) Bild 4. Einbau der Platine mit Batteriehalter in ein Gehäuse. 11/2007 - elektor 39 TECHNIK WETTBEWERB Perpetuum Calculum Elektor-Intel-„unplugged“-Rennen Von Wisse Hettinga und Antoine Authier Wie kann ein Notebook mindestens eine halbe Stunde weiterlaufen, wenn weder der Netzstecker in der Dose noch der Akku im Gerät steckt? Einfache Frage - schwierige Antwort... Immerhin fand Intel diese Frage so amüsant, dass mehrere Universitäten um die Ausarbeitung funktionierender Lösungen an Hand eines typischen „Intel-inside“-Notebooks gebeten wurden. Tatsächlich nahm unter anderem die Universität Delft die Herausforderung an - und nun heißt es auf die Resultate warten. Wir von Elektor lieben solche anspruchsvollen Aufagbenstellungen ebenfalls. Und wir können uns vorstellen, dass unsere Leser nach entsprechenden Informationen gerne eigene potentielle Lösungen mental rotieren lassen. Also kontaktierten wir Intel und wollten wissen, ob sich da etwas machen ließe im Sinne eines Wettbewerbs für unsere Leser. Doch leider, leider war Intel nicht davon zu überzeugen, für diesen Zweck einige tausend der IntelNotebooks zum Ausprobieren zur Verfügung stellen. Eine andere Lösung musste her... Zunächst haben wir in unserem Labor ein Exemplar des Intel-Notebooks an eine Anzahl Messgeräte angeschlossen. Die Messungen ergaben Profile des Stromverbrauchs über jeweils eine halbe Stunde bei verschiedenen Belastungen. Mit diesen Daten müsste es den interessierten Experten unter unseren Lesern doch möglich sein, die sportliche Herausforderung anzunehmen: Ausgangspunkt ist ein Notebook mit einem Intel-Prozessor und den angegebenen Spezifikationen. Wer es schafft, dieses Notebook eine halbe Stunde ohne Strom aus dem Netz oder dem Akku zu betreiben, der kann so ein Notebook oder einen von fünf WLAN-Routern der Firma Netgear gewinnen. Seien Sie kreativ, schrauben Sie einen Dynamo an Ihren Hometrainer, bekleben Sie Ihren Hut mit Solarzellen, nutzen Sie die Schwerkraft, dunkle Materie oder schwarze Magie - uns ist alles Recht. Entscheidend ist, dass es sich um eine funktionierende Lösung handelt. Google Text & Tabellen - auch hier können Sie kreativ sein. Es muss nur deutlich werden, dass es sich um eine funktionierende Lösung handelt. Also mit entsprechender Visualisierung, zum Beispiel durch das laufende Notebook selbst, durch Messgeräte oder durch eine brenende Glühlampe entsprechender Leistung. Wir sind sicher: Wenn Sie die Aufgabe lösen können, sollte die Darstellung das kleinere Problem sein. Wir lassen uns gerne überraschen. Schicken Sie uns einfach den URL oder das Dokument Ihrer Lösung. Unter den wirklich funktionierenden Lösungen wählen wir die originellsten aus und bestimmen die Gewinner. Die Bedingungen - Jeder mit einer guten Idee kann mitmachen. - Analysieren Sie das Verbrauchsprofil des Notebooks. - Erfinden und realisieren Sie eine funktionierende Lösung. - Veröffentlichen Sie Ihre Lösung und senden Sie uns den Link (mit dem wir Ihr Dokument/Webseite/Video finden können) oder das Dokument an: [email protected] Betreff: Intel-Wettbewerb - Einsendeschluss ist der 31.12.2007 Einsendungen Die Einsendung Ihrer fertigen Lösung könnte unter Umständen zu logistischen und sonstigen Problemen führen. Also schicken Sie uns bitte nicht Ihren umgebauten Home-Trainer nebst angeschraubtem Laptop, denn wir können für die Daten darauf nicht garantieren ;-). Veröffentlichen Sie Ihre Lösung! Mit Powerpoint oder HTML, auf einer Webseite oder mit einem Video auf Youtube, vielleicht einfach über 40 elektor - 11/2007 Power (W) Strom (mA) Audio Power 3D GPU Mode Display CPU Takt Elektor-Intel-Laptop Verbrauchsprofil Spannung (V) off off avg full off off off avg – keine normales Arbeiten Abspielen einer DVD Abspielen einer DVD 3D Benchmark Arbeit im Netz + 3D Benchmark CPU voll ausgelastet CPU voll ausgelastet+Abspielen MP3 – 940 1460 1660 1740 2460 2530 2320 2530 – 19,00 18,97 18,95 18,94 18,86 18,84 18,88 18,88 – 17,86 27,70 31,46 32,96 46,40 47,67 43,80 47,77 – keine normales Arbeiten Abspielen einer DVD Abspielen einer DVD 3D Benchmark Arbeit im Netz + 3D Benchmark CPU voll ausgelastet CPU voll ausgelastet+Abspielen MP3 CPU voll ausgelastet + 3D Benchmark + Arbeit im Netz 1165 1623 1860 1997 2690 2770 2550 2790 18,98 18,96 18,93 18,92 18,84 18,82 18,85 18,86 22,11 30,77 35,21 37,78 50,68 52,13 48,07 52,62 3300 18,79 62,01 Belastung Hintergrundbeleuchtung Minimum 1 2 3 4 5 6 7 8 9 on on on on on on on on – 1 GHz 1 GHz 1 GHz 1 GHz 2 GHz 2 GHz 2 GHz 2 GHz – off off off off on on off off – Hintergrundbeleuchtung Maximum 1 2 3 4 5 6 7 8 on on on on on on on on 1 GHz 1 GHz 1 GHz 1 GHz 2 GHz 2 GHz 2 GHz 2 GHz off off off off on on off off off off avg full off off off avg 9 on 2 GHz on full Power (W) 70,00 60,00 50,00 40,00 30,00 2 GHz Mittel= 45 W 1 GHz Mittel = 30 W 20,00 10,00 0,00 1 2 3 full backlight 4 5 Mode 6 Spezifikationen: Es geht um ein Notebook mit folgenden Daten: - CPU: Intel Core 2 Duo T7200 @2GHz, 4 MB L2-Cache - Chipsatz: Intel 945GM Express - RAM: 1 x 1 GB Kingston DDR2 PC2-5300 SO-DIMM - Festplatte: Western Digital WD1600BEVS (2,5” SATA), 160 GB, 8 MB Cache, 5400 RPM - Optisches Laufwerk: LITEON SSM-8535S, 8-fach DVD-R, +R, Dual-Layer-Brenner - Grafik: nVidia GeForce Go 7600 - Display: 15,4” WXGA TFT-Display - Video: S-Video und VGA-Port für externen Monitor - Backlight: Controller von Asus - Netzwerk: Realtek 8169 Gigabit Ethernet-Controller - Wireless: Bluetooth 2.0, kein WLAN - Audio: Realtek ALC883 + Intel H.D.A.-Support - Erweiterungs-Slots: 1 x PCMCIA, 1 x ExpressCard - Interfaces: 3 x USB 2.0, 1 x FireWire, 1 x RJ45 Ethernet, 7 min backlight 8 9 1 x IrDA, 1 x SD-Card, 1 x Mikrofon, 1 x Kopfhörer - Keyboard: Laptop-Tastatur - Touchpad: PS2 Synaptic-Touchpad - Extras: Fingerabdruck-Scanner, integrierte USB-2.0-Webcam, 2 Lautsprecher - Externes Netzteil: 19 V/4,7 A DC - Akku: 11,1 V/4,8 Ah Das Verbrauchsprofil: Betriebssystem bei den Messungen: Linux mit Kernel 2.6.20 und einer angepassten Ubuntu-Multimedia-Distribution. Zu gewinnen Als ersten Preis gibt es das in den Spezifikationen beschriebene Notebook und als weitere Preise fünf Router Rangemax Next Wireless N router WNR834B von Netgear im Wert von je ` 109,95. (070717) 11/2007 - elektor 41 TECHNIK REVERSED ENGINEERING Tivoli – I lov’ it High-tech in edlem Look? Von Thijs Beckers Design ist gefragt, auch in der Welt der Elektronik. Das belegen die Verkaufszahlen edler Stücke wie Apple iPod, Nintendo Wii, Motorola Razor und anderer Designer-Ware. Henry Kloss und Tom DeVesto, die Designer des „Tivoli Audio“, schwammen auch auf jener Welle, als sie dieses vielleicht etwas antik anmutende Modell entwarfen. Trotz seines Preises findet es reißenden Absatz. 42 Das Desktop-Radio „Tivoli Audio Model One“ ist der letzte große Wurf, der Tom DeVesto zusammen mit dem 2002 verstorbenen Henry Kloss gelang. Der kantige Rundfunk-Kleinempfänger ist ein absoluter Verkaufsschlager, trotz des ansehnlichen Verkaufspreises von rund 170 `. Hält dieses Gerät auch technisch das, was sein elegantes hölzernes Gewand verspricht? massivem Holz besteht. Die kleine Schummelei finden wir nicht tragisch, verglichen mit echtem Holz ist MDF das geeignetere Material für den Bau von Lautsprechergehäusen. Auf der Rückfront stehen unten rechts in kleinen Lettern, leicht übersehbar, die Worte „Made in China“. Die Herkunft aus dem fernen Land soll uns nicht irritieren, wir widmen uns vorurteilslos dem Innenleben. Made in China Viel Inhalt Das von uns bei einem Webshop bestellte Exemplar entspricht optisch absolut dem auf der Website eingestellten Foto. Mit den drei runden Drehknöpfen auf der Frontseite lassen sich alle Funktionen bequem bedienen. Funktionalität wird hier ganz groß geschrieben! Bei genauem Hinsehen fällt auf, dass einiges, was oben nach Natur aussieht, unten aus Kunststoff besteht. Das perfekt furnierte MDF-Gehäuse und die auf der Rückseite akkurat angeordneten Buchsen wiegen dies wieder auf. Auch bei genauem Hinsehen macht das Gehäuse den Eindruck, als ob es aus „Da ist ja wirklich eine Menge drin“, ist unsere erste Reaktion. Das eingebaute Bassreflex-System fällt zuerst ins Auge, und der Lautsprecher in dem kleinen Gerät überrascht uns. Er ist einem OEM-Typ von Fostex verblüffend ähnlich, doch hier ist keine Herstellerangabe zu finden. Der Lautsprecher, 5 W an 4,5 7, ist mit einem großzügig dimensionierten Magneten und einem breiten Wulst an der Aufhängung ausgestattet, der einen weiten Hub des Konus zulässt. Die Empfänger-Elektronik ist auf drei Platinen untergebracht. Auf der ersten, relativ großen Platine befindet elektor - 11/2007 sich der Tuner, auf der zweiten Platine der Audio-Verstärker sowie die Stromversorgung, und die dritte, kleinere Platine beherbergt die Bedienelemente für Lautstärke und Senderwahl. Auffallend ist, dass zur Elektronik viele diskrete Bauelemente gehören. Für den Empfang ist ein integrierter Baustein zuständig, es ist der TEA5711T von Philips. Diesen hochwertigen AM/FM-Tuner-Baustein kann man in kleinen Rundfunkempfängern häufiger antreffen. Der Drehkondensator für die Senderwahl ist abgeschirmt, er ist über ein Planetengetriebe mit der Achse des großen Drehknopfs auf der Frontseite mechanisch gekoppelt. hoch. Die Übertragungscharakteristik lässt ahnen, welche Aufgabe sie haben: Signale mit hohen Frequenzen im Bereich 10 kHz werden um fast 12 dB verstärkt, und bei 100 Hz werden die Signale um ungefähr 5 dB angehoben. Dadurch hebt sich der Klang des Tivoli wohltutend von durchschnittlichen Desktop-Radios ab. Das Tivoli wird über einen 11-VA-Trafo aus dem Netz mit Energie versorgt. Daneben ist auch der Betrieb an 12 V Gleichspannung möglich, zum Beispiel in einem Caravan. Hier sorgt ein Verpolungsschutz dafür, dass die Elektronik bei falschem Anschließen keinen Schaden nimmt. Gummibänder Wertschätzung Die eingebauten Antennen überraschen durch ihre enorme Leistungsstärke. Sogar im Untergeschoss unseres Verlagsgebäudes ist der Empfang von AM- und FM-Stationen in hoher Qualität möglich. Die AM-Antenne ist eine mit Gummibändern an vier Haken aufgehängte Rahmenantenne. Wir sind uns nicht sicher, wie lange die Gummibänder halten, doch wahrscheinlich bleibt die Rahmenantenne an ihrem Platz, solange das Gehäuse geschlossen ist. Die FM-Antenne (blauer Draht) ist an zwei weiteren Haken befestigt. In Empfängern der Billigpreisklasse dürften solche aufwändigen Antennen nicht zu finden sein. An das Tivoli sind auch externe Antennen für AM und FM anschließbar, falls die internen Antennen wegen schlechter Empfangsbedingungen nicht ausreichen. Die Endverstärkung des Audio-Signals übernimmt ein TDA7266 von Signetics-Thomson. Dieser zweifache Brücken-Verstärker leistet 2 x 7 W, auch der KopfhörerAnschluss liegt an seinen Ausgängen. Die Anzahl der Opamps auf der Endverstärkerplatine ist erstaunlich Die „Liebe zum Detail“ ist beim Tivoli-Radio durchgängig. Die funktionale äußere Gestaltung und die hochwertige Verarbeitung setzen sich bei der Qualität der Bauelemente und bei den Empfangseigenschaften fort. Das abgeschirmte Lautstärke-Potentiometer und die präzise akustische Abdichtung des Bassreflex-Systems sprechen die gleiche Sprache. Die Verbindungen der Platinen laufen über solide Steckverbinder, nicht über kostensparende Lötverbindungen. Vorhanden ist alles, was ein grundehrliches Designer-Radio ausmacht. Auf verzierendes Beiwerk wie futuristische Displays, bunt blinkende LEDs und blanke Chromleisten wurde verzichtet. Trotzdem kann das Design des Tivoli nicht minimalistisch genannt werden. Ob der am Design orientierte Verkaufspreis gerechtfertigt ist, muss der Käufer entscheiden. In unserem Labor steht jetzt ein Kleinempfänger, der uns von seinen äußeren und inneren Werten überzeugt hat. (070564)gd + 30 + 25 + 20 + 15 + 10 d B r A +5 +0 -5 -10 -15 -20 -25 -30 20 50 100 200 500 1k 2k 5k 10 k 20 k Hz 11/2007 - elektor 43 TECHNIK LABORGEFLÜSTER Neue Bauformen, neue Werkzeuge Löten mit der Heißluft-Lötstation von Luc Lemmens Die ersten SMD-Generationen ließen sich mit etwas Übung und Sorgfalt noch mit dem Lötkolben „bewältigen“. Bei neueren IC-Bauformen sind die Anschlüsse aber sehr schmal und liegen extrem eng nebeneinander - oder sie sind nur noch als Kontaktpunkte auf der Unterseite des ICs zu finden. Um Platinen mit solchen Bauelementen zu bestücken, wurden neue Verfahren entwickelt. Unser „SMD-Lötofen“ vom Januar 2006 (wir werden schon bald eine neue Version vorstellen) ist ein selbst gefertigtes Werkzeug zum „Backen“ bestückter Platinen in einem Arbeitsgang. Dagegen können mit ihm einzelne Bauelemente weder montiert noch demontiert werden. Für diesen Zweck bietet sich ein anderes Werkzeug an: Die Heißluft-Lötstation, auch „Rework station“ genannt. Heißluft-Lötstationen sind nicht wesentlich teurer als professionelle Lötstationen. Die Preislisten beginnen bei etwa 150 `. Der Name lässt bereits vermuten, dass hier heiße Luft produziert wird, um Lötverbindungen herzustellen oder (bei der Demontage) zu trennen. Die englische Bezeichnung „Rework station“ deutet darauf hin, dass sich damit defekte SMD-Platinen reparieren lassen. Darüber hinaus ist die Heißluft-Lötstation auch zum Bestücken von Labormustern und Prototypen geeignet. Die wichtigsten Parameter konventioneller Lötkolben sind die äußere Form der Lötspitze sowie die Lötspitzen-Temperatur. Bei Heißluft-Lötstationen haben die Öffnung der Düse („nozzle“), die Luftstrom-Temperatur und die Luftstrom-Intensität eine ähnlich wichtige Bedeutung. Der Umgang mit der Luftstrom-Intensität als dritte Größe erfordert einige Übung und Erfahrung. Die Düsen moderner Heißluft-Lötstationen können recht unterschiedliche Formen und Eigenschaften haben. Verfügbar sind Düsen, mit denen Vielkontakt-ICs in einem Arbeitsgang gelötet werden können. Mit anderen Ausführungen lassen sich einzelne Lötverbindungen oder nur eng benachbarte Lötverbindungen gleichzeitig herstellen. Die Auswahl der Düse hängt weitgehend von den spezifischen Erfordernissen der Lötarbeit ab. Meist kommt man aber mit einer geringen Anzahl aus. Die Le- 44 benserwartung von Heißluft-Düsen übertrifft die von Lötkolben-Spitzen um ein Vielfaches, so dass ein Ersatz sehr selten notwendig wird. Die Auswahl der für die anstehende Arbeit richtigen Düse ist meist schnell getan. Die Einstellungen für die Luftstrom-Temperatur und Luftstrom-Geschwindigkeit gestalten sich etwas schwieriger. Sie hängen nicht nur von der Art der Lötarbeit ab, sondern sind auch bei den einzelnen Modellen unterschiedlich. Der aufheizende Luftstrom muss sich unbedingt auf die Lötstellen konzentrieren, die zu löten oder zu entlöten sind. Die Luftstrom-Intensität darf nicht so hoch eingestellt werden, dass unmontierte Bauelemente von der Platine geblasen werden. Anfängern ist zu empfehlen, ihre Fertigkeiten zuerst an Ausschussplatinen und weniger wertvollen Bauelementen zu erproben und zu vervollkommnen. Bis sich ein sicheres Gefühl für das Arbeiten mit der Heißluft-Lötstation einstellt, kann es eine Weile dauern. Anders als beim konventionellen Löten wird als Lötmittel nicht Lötdraht („Lötzinn“) verwendet, sondern Lötpaste. In der industriellen Fertigung sorgen so genannte Dispenser für die exakt portionierte Verteilung der Lötpaste auf die Lötinseln. Industrietaugliche Dispenser haben ihren Preis, und der ist für die Belange kleinerer Entwicklungslabors und Servicebetriebe unangemessen hoch. Wenn es um Einzelstücke oder Kleinserien geht, kann man die Paste auch mit Hilfe eines spitzen Gegenstands, zum Beispiel mit einer aufgebogenen Büroklammer aufbringen. Natürlich ist diese Methode nur praktikabel, solange es nicht um die Produktion von größeren Stückzahlen geht. Bei Einzelstücken oder Kleinserien können die Lötinseln vorbereitend mit dem konventionellen Lötkolben und herkömmlichen Lötzinn vorverzinnt werden. Allerdings entstehen dadurch Unebenheiten, die das Verteilen der Lötpaste erschweren. Noch ein weiterer praxiserprobter Tipp: Sinnvoll ergänzt wird eine Heißluft-Lötstation durch einen so genannten „Preheater“, eine Art Warmhalteplatte für Platinen. Sie wärmt die zu montierenden Platinen vor, so dass der Heißluft-Löter nur noch relativ wenig Wärme an die Lötstelle abgeben muss, um das in die Lötpaste eingebettete Lötmittel aufzuschmelzen. (075051)gd elektor - 11/2007 $)0/41&1/3.123#((34*0(3335*.. :.484(0+ $)0/41 )#!#"!"%!# !1-(25/4";.&1/3.12 #$ % $ !# % " " " #&"!!)!$" " ""(" " %) & : %:#' &+:,$" %' ,:: /$! #" $- + ') * ' # ! ! " " &C#":' %1634:/5<:B5 1" %%A +2 +:#:2 #+:.*2 "%A+ 53+7# :+8" !3,:-(3 2$9, .9":+ %)0 #A#*218 </$5 :+7# 4+:#) +0<1 :# 48,D : +345, 5&5'*, 38+$ /&44'* ,,:2+ +,, 71 :# 58"5 )5.9" =>7#1 ,858!#/ :#)27 ,:1:# )5"/# / (3,1(41 0.)4(- 134)4(-)4:-4210.$" /044(-3)5,,44/(04#235+4:/ '49/(4(53.:+-5- Achtung: Elektor-Abonnenten erhalten 5% Rabatt! 5&5'*, 38+$ -/122053/88D/88 #A/88 &+0' 5#9D 5#%9+ ?2; /88 1:# (*.)32*.5- /4 5 0 0 ,1 3 0 + 5 - 5 5 4 7 7 7 0 / 41 + 71 / 3 . 1 2 11/2007 - elektor 45 PRAXIS DOMOTIK Alternative Domotik- Haussteuerung mit dem BreitbandVon Arthur Vogels Drahtlos-Router lassen sich für diverse Aufgaben zweckentfremden, zum Beispiel zum Steuern von Domotik-Systemen. Dieser Beitrag beschreibt, wie ein Router von Asus relativ einfach zu einer HausSteuerzentrale „umfunktioniert“ werden kann. In zwei Beiträgen aus dem Jahr 2006 (Februar 2006, S. 62 und März 2006, S. 52) haben wir gezeigt, dass in einem handelsüblichen BreitbandRouter ungeahnte Möglichkeiten ste- cken. Ein preiswerter Router der Marke „Sweex“ wurde dabei um einen USBPort erweitert; aus dem erweiterten Router haben wir dann einen einfachen Webserver gemacht. Diesmal wird ein gebräuchlicher Drahtlos-Router als zentrale Steuereinheit eines DomotikSystems eingesetzt. Bei unserem Selbstbau-Domotik-System war als Steuereinheit ursprüng- Bild 1. Auf der Router-Platine befindet sich eine Kontaktleiste für zwei serielle Schnittstellen. 46 elektor - 11/2007 -Zentrale -Router lich ein PC vorgesehen. Verglichen mit dem PC hat der Einsatz eines Routers einige Vorteile, zum Beispiel liegt der Energiebedarf wesentlich niedriger. In Kombination mit anderen Domotik-Systemen ist möglicherweise eine abweichende Vorgehensweise notwendig. Die Idee und das Grundprinzip bleiben jedoch gleich. Um die Idee in die Tat umzusetzen, müssen wir folgendes tun: Auswählen eines geeigneten Drahtlos-Routers, Modifizieren des Routers, so dass er mit fremder Firmware läuft, Hinzufügen einer USB- oder RS232-Schnittstelle, Schreiben der Domotik-Software, Anschließen und Konfigurieren der entstandenen Domotik-Steuerzentrale. Diese Schritte werden der Reihe nach beschrieben. Auswahl des Routers Bei der Wahl des Routers müssen bestimmte Kriterien beachtet werden, denn nicht jeder Router-Typ eignet sich für den hier vorgesehenen Zweck. Die erste Eigenschaft, die der Router mitbringen muss, betrifft das Betriebssystem. Ein Router ist nichts anderes als ein kleiner Computer ohne Tastatur, Maus und Bildschirm. Damit selbst geschriebene Software auf dem Router läuft, muss das Betriebssystem bekannt und zugänglich sein. Viele Router-Typen arbeiten mit Betriebssystemen, die von den Herstellern für die eigenen Produkte im eigenen Haus entwickelt wurden. Diese Betriebssysteme sind nicht freigegeben, so dass solche Router-Typen für unseren Zweck nicht geeignet sind. In letzter Zeit kommen zunehmend Router auf den Markt, die ein Linux-Derivat als Betriebssys- 11/2007 - elektor tem verwenden. Hier ist der Quellcode frei zugänglich, was eine Fülle an Möglichkeiten eröffnet. Die zweite Eigenschaft, die der Router mitbringen muss, ist das Vorhandensein oder die Nachrüstbarkeit einer USB- oder RS232-Schnittstelle. Es hat sich gezeigt, dass die meisten RouterModelle diese Bedingung erfüllen. Bei einigen Modellen ist nach Öffnen des Gehäuses etwas Lötarbeit notwendig, doch für Elektor-Leser dürfte dies kaum ein Hindernis sein. Ferner muss der Router genügend Speicherplatz bereitstellen und mit einem möglichst leistungsstarken Controller arbeiten. Es lässt sich nicht ausschließen, dass wir weitere Projekte realisieren möchten, nachdem wir auf den Geschmack gekommen sind. Wie wäre es, einen Router zum Web-Server, FTP-Server oder MP3-Server umzubauen? Eine Übersicht über Router-Modelle und ihre Eigenschaften ist auf [1] zu finden. Wir haben uns für den Router W1500g Premium von Asus entschieden. Er kostet zwar rund 80 Euro, doch dieser Router arbeitet mit einem 266-MHzController, bietet 32 MB Arbeitsspeicher und ist mit zwei USB-2.0-Ports auf der Gehäuserückseite ausgestattet. Für dieses Router-Modell existiert eine große Fan-Gemeinde [2]; diese ist die richtige Anlaufstelle, falls Fragen oder Probleme auftauchen. Router-Modifikation Im Lieferzustand ist der Router von außen nur über das Web-Interface zugänglich. Über diesen Zugang können zum Beispiel Netzwerkeinstellungen vorgenommen werden. In diesem Zustand ist der Router für unseren Zweck natürlich noch nicht brauchbar. Der Router muss so angepasst werden, dass er sich wie eine Konsole mit einem Linux-Prompt ähnlich dem bekannten DOS-Prompt verhält. Nur dann kann er von außen eingegebene Kommandos ausführen. Eine naheliegende Lösung würde ein Telnet-Programm darstellen, doch in der Router-Firmware ist kein Telnet-Zugang implementiert. Um diese Funktionalität hinzuzufügen, laden wir den Firmware-Quellcode von der Asus-Website herunter. In den Quellcode binden wir ein Telnet-Modul ein, anschließend wird der erweiterte Quellcode mit dem ebenfalls von Asus herunterladbaren Compiler compiliert. Wer nicht Linux-Enthusiast ist, für den gibt es einen noch einfacheren und bequemeren Weg. Unter der Bezeichnung „Olegs firmware“ ist eine angepasste Version der Firmware für den Router Asus W1500g Premium verfügbar. Diese Version kann aus dem Internet von [3] heruntergeladen werden. Dabei ist darauf zu achten, dass tatsächlich die Firmware für das Asus-Modell W1500g Premium heruntergeladen wird. Es existieren verschiedene OlegFirmware-Versionen für diverse RouterModelle von Asus, die nicht gegeneinander austauschbar sind. Der nächste Schritt ist das Flashen der modifizierten Firmware. Bevor wir diesen Schritt durchführen, vergewissern wir uns, dass der Router im OriginalZustand ordnungsgemäß funktioniert. Mit fremder Firmware erlischt die Hersteller-Garantie, für ein bereits defekt geliefertes Gerät leistet der Hersteller später keinen Ersatz. Das Flashen ist eine völlig unkomplizierte Prozedur. Wir öffnen das Web-Interface des Rou- 47 PRAXIS DOMOTIK ters in einem Web-Browser. Rechts in der Navigationsleiste für den Firmware-Upgrade wählen wir die OlegFirmware aus. Der Flash-Vorgang dauert nur ungefähr eine Minute. Sollte ein Fehler auftreten, kann der ursprüngliche Router-Zustand mit einem Recovery-Tool wiederhergestellt werden. Das Recovery-Tool befindet sich auf der zum Router gehörenden CD. Nach erfolgreichem Flashen der neuen Firmware können wir eine Verbin- +3V3 1M 16V 2 V+ 16 C1+ U1 TX DATA 11 10 RX DATA 12 9 C1– T1IN T1OUT T2IN T2OUT R1OUT R1IN R2OUT R2IN C2+ 1 3 1M 16V 14 7 13 8 4 8 1M 4 9 MAX3232 15 192.168.1.1 ist die IP-Adresse des Routers. Diese Standardeinstellung sollte kurz überprüft werden. Wenn die Adresse stimmt, werden wir nach einem Benutzernamen und einem Passwort gefragt. Die Standards lauten hier „admin“ und „admin“, nach ihrer Eingabe sind wir in das Betriebssystem des Routers eingeloggt! Zur Oleg-Firmware gibt es verschiedene Alternativen, unter anderem unter dem Namen „OpenWRT“ [4]. Die Funktionalität stimmt mit Oleg weitgehend ü b e re i n , O p e n W RT wurde jedoch nicht speziell für Asus-Router geschrieben. Deshalb passt OpenWRT auch zu dem Router von J3 Sweex, den wir bereits 1 erwähnt haben, oder 6 auch zu dem verbrei2 teten Modell WRT-54G 7 PC 3 von Linksys. C2– 5 16V RS232-Anschluss 5 Nachdem wir den Zugang zum Router-Betriebssystem über Tel16V net hergestellt haben, 070376 - 11 müssen wir den Router noch so einrichten, dass er mit dem DomoBild 2. Diese Mini-Schaltung mit dem MAX3232 verhilft dem Router zu einer tik-System kommunizienormgerechten RS232-Schnittstelle. ren kann. Das ist zum Beispiel (wie beim Domotik-System des Autors) über eine RS232Schnittstelle möglich. Der Asus-Router ist mit zwei USB-Ports ausgestattet, die auf der Gehäuserückseite zugänglich sind. Für das Implementieren einer RS232-Schnittstelle gibt es zwei Möglichkeiten. Da im Router bereits ein UART integriert ist, lässt sich durch eine Bild 3. Zugang zum Router-Betriebssystem über Telnet. kleine Hardware-Erweiterung eine RS232Schnittstelle implementieren. Die zweite Möglichkeit besteht dung zum Router über Telnet aufbaudarin, ein USB/RS232-Konverterkabel en. Das kann zum Beispiel mit „PuTzu verwenden. TY“ geschehen, der Telnet-Client von Windows ist jedoch in gleicher Weise UART und MAX3232 geeignet. Er lässt sich mit dem einNach Öffnen des Router-Gehäuses fachen Kommando „telnet“ starten. wird die Platine sichtbar. Wie das Foto Nach Erscheinen des Telnet-Prompts (Bild 1) zeigt, befindet sich auf der Plageben wir ein: tine eine Kontaktleiste, oder es sind o 192.168.1.1 <enter> gebohrte Lötpunkte zum Einsetzen eiDas „ o ” bedeutet „ open”, und V- 1M 48 6 RS232 DB9 ner Kontaktleiste vorhanden. Über die Pinbelegung gibt der Platinenaufdruck Auskunft. An der Kontaktleiste liegen die Tx- und Rx-Leitungen der seriellen Ports 0 und 1 sowie Masse und die Betriebsspannung 3,3 V an. Für den Anschluss des Domotik-Systems wählen wir Port 1, denn Port 0 ist permanent mit der Kommando-Konsole belegt. Ältere Versionen der Oleg-Firmware kamen mit Port 1 wegen eines IRQ-Konflikts nicht zurecht, dieses Problem ist jedoch seit der Firmware-Version 7b beseitigt. Der Spannungspegel der UART-Signale beträgt 3,3 V. Damit daraus normgerechte RS232-Signale werden, wird ein Pegelwandler mit einem MAX3232 hinzugefügt (Bild 2). Wichtig ist hier, dass der MAX3232, nicht der MAX232 zum Einsatz kommt. Der MAX232 ist für die Betriebsspannung 5 V bestimmt, der Router stellt nur 3,3 V zur Verfügung. Die Pegelwandler-Schaltung bauen wir auf einer kleinen Lötpunktraster-Platine auf und bringen sie im Router-Gehäuse unter. Die nach außen führenden Anschlüsse können mit einer auf der Gehäuserückwand einzubauenden 3,5-mm-Klinkenbuchse verbunden werden, für eine D-Sub-Stiftleiste reicht der Platz nicht aus. Den Übergang von Klinke nach D-Sub stellen wir über ein externes Adapterkabel her. Die serielle Router-Schnittstelle können wir testen, wenn wir sie mit dem COM-Port eines PC verbinden und die COM-Parameter auf 115200 Baud, 8n1 einstellen. Auf der Linux-Ebene der Router-Firmware ist nun ein serieller Port mit dem Namen „/dev/tts/1“ für den Anschluss des Domotik-Systems verfügbar. USB-Konverterkabel Da der Asus-Router schon mit zwei USB-Ports ausgestattet ist, muss bei Verwendung eines USB/RS232-Konverterkabels nicht gelötet werden. Allerdings ist darauf zu achten, dass für das Kabel ein Treiber zur Verfügung steht. Wir haben das Kabel ATEN UC-232A gewählt, das mit dem Chip PL2303 von Profilic arbeitet und etwa 15 ` kostet. In der Oleg-Firmware ist der Treiber für diesen Chip bereits enthalten. Nach Anschließen des Konverterkabels an den Router passiert noch nichts, denn der Treiber ist noch nicht eingebunden. Das geschieht erst durch folgende Eingabe auf der Linux-Kommando-Ebene: insmod usbserial insmod pl2303 Das insmod-Kommando fügt zum lau- elektor - 11/2007 Zum Autor Arthur Vogels verfasste diesen Beitrag im Rahmen seines Studiums der Informatik an der Fontys Hochschule in Eindhoven (Niederlande). Die zum Studium gehörende praktische Arbeit absolvierte er bei der Technical Software Engineering of LogicaCMG (ebenfalls Eindhoven). Dieses Unternehmen arbeitet landesweit mit Studierenden der Hochschulen und Universitäten an innovativen Projekten zusammen. Auf der Website www.workingtomorrow.nl findet man weitere Informationen. fenden Betriebssystem ein neues Modul hinzu. Usbserial ist ein generischer Treiber, und pl2303 ist der Treiber für den Chip PL2303. Nach Einbinden des Treibers hat der USB-Port mit angeschlossenem Konverterkabel den Namen „/dev/usb/tts/0“. Damit die Treiber nach jedem Neustart des Routers aktiv sind, müssen die Kommandos in eine Startdatei (ähnlich der „Autoexec. bat“ in DOS) aufgenommen werden. Bei der Oleg-Firmware hat die Datei „/usr/local/sbin/post-boot“ diese Funktion. Wir müssen diese Datei zuerst generieren und dann die Kommandos hineinsetzen: mkdir -p /usr/local/sbin/ echo „insmod usbserial“ >> /usr/local/sbin/post-boot echo „insmod pl2303“ >> /usr/local/sbin/post-boot chmod +x /usr/local/sbin/post-boot Die Datei laden wir wie folgt in den Flash-Speicher: flashfs save && flashfs commit && flashfs enable Damit ist die Implementierung der RS232-Schnittstelle vollendet. Domotik-Hardware Die Hardware des Domotik-Systems verwendet ein Schnittstellenmodul, das auf einer Seite über RS232 mit der Steuerzentrale (ursprünglich PC, jetzt der umgebaute Router) kommuniziert, auf der anderen Seite ist ein aus I/OModulen bestehendes Netzwerk angeschlossen. Die I/O-Module stellen die Verbindungen zu den Sensoren, Aktuatoren und Motoren her. Die Stromversorgung der gesamten Hardware kann ein Netzteil übernehmen, das aus einem ausgedienten PC ausgebaut wurde. Der Router arbeitet mit 5 V, die Domotik-Hardware braucht meistens 5 V und 12 V, so dass ein PC-Netzteil passt und der Netzadapter des Routers entfällt. Ein PC-AT-Netzteil hat gegenüber einem ATX-Netzteil den Vorteil, dass ein herkömmlicher Netzschalter vorhanden ist, der die Stromversorgung galvanisch vom Netz trennt. 11/2007 - elektor Domotik-Software Da der Router nicht mit einem Standard-PC-Prozessor arbeitet, sondern eine andere Plattform (MIPSEL) benutzt, kann er PC-Software nicht unmittelbar ausführen. Der ProgrammQuellcode muss vorher für die Router-Plattform cross-compiliert werden. Zu diesem Zweck bietet die Website von Asus ein Tool-Paket für Linux-PCs zum Download an [5]. Voraussetzung ist hier, dass ein Linux-System vorhanden ist, zum Beispiel „Ubuntu“ [6], eine sehr anwenderfreundliche Linux-Distribution. Die Software wurde in C++ mit KDevelop als Entwicklungsumgebung geschrieben. Alles ist kostenlos und als Open-source verfügbar! Da die Software für die individuell entwickelten Hardware-Komponenten geschrieben wurde, soll sie hier nicht näher betrachtet werden. Angebracht ist jedoch ein Blick auf das Web-Interface des Routers, über diese Schnittstelle wird das System bedient. Wie in seinem Original-Zustand ist der Router mit einem hausinternen Netzwerk verbunden. Naheliegend ist hier, dass der Anwender Zugang zum Domotik-System über eine auf dem Router laufende WebSeite erhält. Realisieren lässt sich dies zum Beispiel durch eine PHPSeite, die auf die Textdateien der Datenbank-Ebene zugreift. Was dann noch fehlt, ist ein PHP-fähiger Webserver, der auf dem Router läuft. Er kann an Hand einer hervorragenden Beschreibung implementiert werden, die im Internet unter [7] steht. Zuerst wird das IPKG-Package installiert, danach ist der THTTPDWebserver an der Reihe. Es ist zweckmäßig, zuerst im Web-Interface des Routers einen festen DNS-Server einzustellen. Der Router kann dann den Server mit den Package-Listen finden. Auf diese Weise lassen sich mögliche Probleme beim Download der IPKG-Package-Informationen umgehen. Mit dem Web-Interface schließt sich der Kreis. Entstanden ist ein Router, der ein Domotik-System steuert und die Bedienfunktionen auf einer vom lokalen Netzwerk zugänglichen Benutzeroberfläche bereitstellt. (070376)gd Weblinks [1] http://wiki.openwrt.org/ TableOfHardware [2] www.wl500g.info [3] http://oleg.wl500g.info/#latest [4] http://openwrt.org/ [5] http://dlsvr01.asus.com/pub/ ASUS/wireless/WL-300g/ toolschain323_tar.rar [6] www.ubuntu.com [7] www.macsat.com/macsat/content/ category/3/13/29/ 49 PRAXIS SDR-SOFTWARE Empfang mit G8JCF Von Peter Carnegie, G8JCF G8JCFSDR ist eine Software-Implementierung eines konventionellen Radios mittels digitaler Signalverarbeitung (DSP). Die Software in Verbindung mit einem einfachen Konverter wie dem SDR aus Elektor Mai 2007 ergibt einen extrem preiswerten, unglaublich flexiblen und vielseitigen Empfänger. Der Elektor-SDR 1 Da das eigentliche Radio aus purer Software besteht, sind spezielle Features, die in Hardware gegossen teuer oder überhaupt gar unmöglich wären, kein wirkliches Problem. Es braucht nur Programmierkenntnisse und kostet im schlimmsten Fall etwas CPU-Belastung und/oder Speicherverbrauch. Komplexe, fein abstimmbare Filter sind zum Beispiel leicht realisierbar. 50 Dieser Beitrag dreht sich hauptsächlich um die Software G8JCFSDR in Kombination mit der USB-kompatiblen SDR-Hardware der Mai-Ausgabe 2007 von Elektor. Die meisten Informationen dieses Artikels sind allerdings auch für andere Down-Konverter nützlich. Generelle Aspekte des G8JCFSDR-Programms wie die Bedienungselemente (Regler, Frequenzwähler, Stationstasten etc.) sind auch im „G8JCFSDR Build 205+ Quick Start Guide“ beschrieben, das der Autor speziell für Elektor verfasst hat und das kostenlos sowohl von seiner Homepage [1] als auch von www.elektor.com herunter geladen werden kann. Sowohl bezüglich des Preis/LeistungsVerhältnisses als auch von der Ausstattung ist der Elektor-SDR nach Ansicht des Autors einfach Spitzenklasse. In den 40 Jahren, die er sich mit Radios beschäftigt, ist ihm damit zum absolut ersten Mal ein Radio mit kalibrierter Feldstärkeanzeige untergekommen! Grund-Konfiguration Die fertige G8JCFSDR-Software kann von [1] herunter geladen und dann auf dem eigenen PC installiert werden. Die Software bleibt aber unter dem Copyright des Autors. Bei Betrieb unter Windows Vista benötigt man eine Schlüssel-Datei von DirectX 8. Die Datei „DX8VB.DLL“ im Verzeichnis „c:\ elektor - 11/2007 SDR... Prima Software für das Software Defined Radio von Elektor windows\system32“ ist standardmäßig nicht in VISTA enthalten und muss manuell installiert werden. Am einfachsten erledigt man dies, in dem man nach „vista dx8vb.dll download“ googelt und die Datei herun- ter lädt. Anschließend muss die DLL noch via „regsvr32 c:\windows\ system32\DX8VB. DLL“ registriert werden. Gegebenenfalls sind weitere Vista-Feinheiten auf der Webseite des Autors aufgeführt. Über Start-Menü -> G8JCF -> G8JCFSDR kann das Programm gestartet werden. Beim ersten Start wird sich die Software mit Standard-Werten initialisieren. Um die Anzeige des Software-Radios zu maximieren, wählt man den Modus „Full“ bei Display (Bild 1). Es sollte sich dann ein Bildschirm wie in Bild 2 zeigen. Die wichtigste vorzunehmende Änderung ist vermutlich die Umschaltung des Spektrum-Analysers vom linearen in den logarithmischen Anzeigemodus. Hierzu sollte kein Häkchen bei „Lin“ zu sehen sein. Auch der Eintrag „Fast“ sollte - wie in Bild 3 gezeigt - nicht aktiviert sein. Als nächstes sollte unter „Scope“ (Bild 4, rechts in Bild 2) mit Aktivierung von „Freq“ und „Show Filtr“ der Spektrum-Analyser eingeschaltet sein. Als nächstes sollte der Eintrag „On“ wie in Bild 5 aktiviert sein. Zum Schluss wird unter „Power“ wie in 11/2007 - elektor 2 Bild 6 auf „Close“ umgeschaltet. Dies fährt die Software G8JCFSDR herunter und sichert gleichzeitig die vorgenommenen Einstellungen. S i c h e rh e i t s h a l b e r s t a r t e t m a n G8JCFSDR noch einmal neu und überprüft, ob auch wirklich alle Einstellungen korrekt übernommen wurden. 3 4 Konfiguration für den Elektor-SDR Nachdem die Grundeinstellungen vorgenommen wurden, wird die Software an die Elektor-SDR-Hardware angepasst. Hierzu klickt man unten auf den „Config“-Knopf (Bild 7), was das Konfigurationsfenster wie in Bild 8 zum Vorschein bringt. Hier wird „Elektor 2007-05 IQ SDR“ mit der Drop-Down-Liste bei „SDRModel“ ausgewählt. Außerdem sollte man sich vergewissern, dass lediglich die beiden Häkchen bei „Keyboard Support“ und „Auto-Track Presets“ gesetzt sind. Nun kommt die Sound-Karte an die Reihe. Ein Klick auf den Reiter „Soundcard“ führt zu Bild 9. Bei mehreren vorhandenen Soundkarten können die gewünschten für Ein- und Ausgang gewählt werden. Selbstverständlich 5 6 7 51 PRAXIS 8 9 SDR-SOFTWARE sollte an die gewählte Soundkarte der Elektor-SDR angeschlossen sein, sonst gibt es keinen Empfang. ;-) Man sollte überprüfen, dass Line-In bei den Playback-Einstellungen der SoundKarte auf „Mute“ steht und das Line-In bei den Aufnahmeeinstellungen ausgewählt ist. Nun geht es an die VFO-Parameter: Hier sollten die Einstellungen von Bild 10 übernommen werden. Als nächster Schritt kommt die Konfiguration des Chips CY27EE16 anhand von Bild 11: Wichtig ist zunächst die Auswahl von „FTDI FT2322“. Der Regler für „CY27EE16 Xtal Capacitance“ sollte in Mittelstellung stehen. „DDS Auto Refresh“ bleibt vorerst ohne Häkchen. Der Wert von „DDS Clock“ ist für den Elektor-SDR ohne Belang. Die restlichen Einstellungen können später zur Einstellung von Farben, die Konfiguration von „DREAM.EXE“ etc. verwendet werden. Im Augenblick interessiert dies jedoch nicht weiter. Ein Klick auf „Apply“ und dann auf „OK“ beendet die Einstellerei. Jetzt muss natürlich G8JCFSDR wieder geschlossen und neu gestartet werden, damit die vorgenommenen Einstellungen auf Dauer erhalten bleiben. 10 Kalibrieren & Korrekturen Die Themen Image Rejection, Kalibration, Phasenkorrektur, Amplitudenkorrektur, Frequenz-Kalibrierung und SMeter-Kalibrierung werden im „Quick Start Guide“ detailliert erläutert. DRM Wenn man DRM-Sendungen verfolgen möchte, dann muss G8JCFSDR für die Verwendung der Software „DREAM. EXE“ vorbereitet werden. Im Konfigurationsfenster wird hierzu der Reiter „DREAM“ geklickt (siehe Bild 12). 11 Via „Browse“ wird nach dem Speicherort des Programms „DREAM.EXE“ gefahndet. Anschließend werden die nötigen Einstellungen vorgenommen. Die Einstellungen von Bild 12 sind schon ganz gut, aber es gibt keinen Grund, hier nicht zu optimieren. Die möglichen Optionen listet Tabelle 1 auf. Wenn man Dream.exe startet, dann kann man auswählen, wie sich das Programm auf dem Bildschirm zeigen soll. Bei „Default“ wird das Programm so dargestellt, wie es das letzte Mal 52 elektor - 11/2007 Anzeige ' "&$/0) &,)5,)' 12 Die graue Fläche wird von G8JCFSDR automatisch angezeigt, wenn Dream.exe mit „-C 3“ für den IQ-Modus läuft. Die zweite Box ermöglicht die Übergabe von Parametern als Optionen an Dream.exe. „%CURFREQ%“ ist ein spezielles Argument, das von G8JCFSDR automatisch mit der Arbeitsfrequenz in kHz ersetzt wird. Auch hier ist nach getanen Änderungen ein Klick erst auf „Apply“ und dann auf „OK“ notwendig. CQ von G8JCFSDR im Forum Wer den Elektor-SDR sein Eigen nennt, ist herzlich eingeladen, zu dem Thema „Software Defined Radio“ im Elektor-Forum beizutragen. 73! [2] (070565-I) Hinweis: Einen Gratis-Download mit Bedienungshinweisen (in Deutsch) zum Programm G8JCFSDR finden Sie bei www.elektor.de. Zuerst „Zeitschrift“ auswählen, dann „November 2007“ selektieren und in der Inhaltsliste auf „Empfang mit G8JCFSDR“ klicken. Web Link [1] www.g8jcf.dyndns.org [2] www.hobby-funk.net/resourcen/codes.html ((($"# beendet wurde. Bei „Min“ startet es minimiert in der Taskbar. Bei „Hide“ bleibt das Programm unsichtbar. Die gebräuchlichste Einstellung dürfte „Min“ sein. ' "')+ 0 &1$ ).)+&#'%()**"'& )' "')+' "#&$/*+')"++ &1$0,) *"%,$+&&+&)**,& ) ') &&& *!$'**& "$+)%"+)%"+ $" )+&'+.)"&,* "$+*/*+%0,))**,& ,&&$/**!&$$)$' "*!)" &$ "&,&-)0"!+)*)#0, #$"# $$%& #%&# '$%%! !!#% % $% ! #! # #(#!# #!%(#% # & "#) % (& #$ %*#$ +%##*% #%# $ &%!%$% %#"#%%! )# Tabelle 1. Run DREAM.EXE on DRM Wenn DRM-Demodulation bei G8JCFSDR ausgewählt ist, wird automatisch DREAM.EXE gestartet Mute SDR AF on DRM Mode Selected Wenn DRM-Demodulation ausgewählt ist, wird der Audio-Ausgang von G8JCFSDR stumm geschaltet Close Soundcard on DRM Mode Wenn DRM-Demodulation ausgewählt ist, wird die Sound-Karte so freigegeben, dass sie von DREAM.EXE verwendet werden kann. Nur für Windows 98 – nicht für Windows XP/Vista verwenden Close Dream on Mode Change Wenn eine andere Demodulationsart als DRM ausgewählt ist, wird das Dream-Programm beendet – üblicherweise ist dies deaktiviert Close Dream On SDR Exit Wenn beim Beenden von G8JCFSDR das Programm Dream noch läuft, wird es ebenfalls beendet. 11/2007 - elektor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ennbahn-Timer Eine Modell-Autorennbahn kann ein fesselndes Spiel- und Übungsfeld sein, nicht nur für jugendliche Rennwagen-Fahrer. Wenn bei einem Kopf-an-Kopf-Rennen die Abstände in Höhe der Ziellinie nur Millimeter betragen, ist der Sieger mit dem Auge nicht immer eindeutig auszumachen. Damit die Gemüter bei Meinungsverschiedenheiten nicht hoch schlagen, haben wir einen Timer konstruiert, der mögliche Zweifel ausräumt. Von Nico van Rooijen Im Auto-Rennsport entscheidet die Zeit über Sieg oder Niederlage, denn Sieger ist der, der als Erster im Ziel ist. Oft sind die Abstände der Wagen bei Erreichen der Ziellinie so gedehnt, dass der Sieger unanfechtbar fest steht. Dagegen muss bei Kopf-an-Kopf-Rennen meistens eine Zielkamera entscheiden, welcher Fahrer Anspruch auf die Sieger-Trophäe hat. Die Installation einer echten Zielkamera an einer Modell-Autorennbahn wäre sicher etwas zu hoch gegriffen, denn schließlich geht es nur um ein Spiel. Wesentlich weniger Investitionen bei ähnlicher Präzision erfordert der Rennbahn-Timer, den wir hier vorstellen. Durch Einsatz eines Mikrocontrollers kommt die Schaltung mit relativ wenigen Bauelementen aus. Der Mikrocontroller gewährleistet eine hohe Messgenauigkeit, mit ihm können Zeitmessungen unabhängig von einem größeren System durchgeführt werden. Dieses Konzept garantiert eine Genauigkeit von 1/1000-s, während bei PC-basierten Zeit-Messsystemen die Genauigkeit im Bereich von tausendstel Sekunden kaum kalkulierbar variiert. Das 54 liegt hauptsächlich daran, dass dort diverse interne Timer-Prozesse (SystemTimer, USB-Timer, Interrupts usw.) mit unterschiedlichen Prioritäten zusammen wirken. Hardware Die Schaltung des Rennbahn-Timers ist in Bild 1 wiedergegeben. Die Infrarot-LEDs D3 und D4 (Licht-Sender) befinden sich über der Fahrbahn, die Infrarot-Fotodioden D5 und D6 (LichtEmpfänger) sind genau unter ihnen in die Fahrbahn eingelassen (vgl. Bild 5). Wenn ein Modellauto über die Fotodiode in seiner Bahn hinweg fährt, wird der Lichteinfall unterbrochen. Die Spannung an der Fotodiode ändert sich, so dass der zugehörige Opamp (IC3a,-b) umschaltet. Die Opamps arbeiten als Komparatoren; sie vergleichen die Spannungen an den Fotodioden mit der von R3 und R6 herabgeteilten Spannung. Der Mikrocontroller, ein AT89C2051, arbeitet mit der Taktfrequenz 12 MHz. Damit ist er genügend schnell, um Runden-Zeiten auf 1/1000 Sekunde ge- nau messen zu können. Die Firmware des Mikrocontrollers gibt die Messergebnisse über die serielle ControllerSchnittstelle im ASCII-Format aus. Von einem Pegelwandler MAX232 werden die Signalpegel an den RS232-Standard angepasst, so dass die Infos direkt an den RS232-Port eines PC weiter gegeben werden können. Die LEDs D1 und D2 leuchten auf, sobald ein durchfahrendes Modellauto erkannt wird. Aufbau Das Layout der Platine, die für den Autorennbahn-Timer entworfen wurde, zeigt Bild 2. Der Schaltungsaufbau ist unkritisch, Besonderheiten sind beim Schaltungsaufbau nicht zu beachten. Die unter IC1 verlaufende Drahtbrücke darf natürlich nicht vergessen werden. Den (programmierten) Controller setzt man zweckmäßigerweise in eine Fassung ein. Die Sub-D-Buchse wird direkt auf die Platine gelötet (Achtung: es muss eine Buchse sein). Die Montage der Infrarot-LEDs und Infrarot-Fotodioden über bzw. in der Fahrbahn hängt von den Eigenschaften und Möglich- elektor - 11/2007 Für schnelle Piloten +5V +5V C7 R4 1k R5 R3 1k R2 22k 22k 18 7 R1 2k2 R7 100n 20 IC3 = TLC272 D2 D1 11 IC3.B A 7 9 6 8 B D3 P3.7 7 6 D5 3 3 IC3.A 1 2 P3.5 P1.5 P3.4 P1.4 P3.3 P1.3 P3.1 18 P1.6 IC1 P3.2 19 P1.7 5 K1 AT89C2051 P3.0 17 16 15 14 P1.2 13 P1.1 12 P1.0 2 D6 R6 RST X1 22k D4 1 10 X2 5 4 X1 C1 10M D3, D4 = TSUS5202 D5, D6 = BPW41 C9 K2 1 6 2 C3 10M 25V 1 3 14 7 13 3 8 8 4 9 5 7 C4 4 5 12MHz 18p 16 IC2 +5V C1– T1OUT T1IN R1IN R1OUT R2IN R2OUT T2OUT T2IN 11 +5V 12 9 10 C5 C6 10M 25V 100n 8 C8 IC3 C2+ MAX232 10M 25V 18p +5V V+ C1+ C10 25V 2 C2– SUB D9 V6 4 100n 15 C2 10M 25V 040395 - 11 Bild 1. Der Einsatz eines Mikrocontrollers macht die Zeit-Messungen unabhängig von einem PC. C9,C10 = 22 p Stückliste Halbleiter: D1,D2 = LED 3 mm, Low current D3,D4 = IR-LED, z.B. TSUS5202 D5,D6 = IR PIN-Fotodiode, z.B. BPW41 IC1 = AT89C2051-24PI (programmiert: EPS 040395-41) IC2 = MAX232 IC3 = TLC272 Widerstände: R1,R2,R6 = 22 k R3 = 2k2 R4,R5 = 1 k R7 = 18 7 Kondensatoren: C1...C5 = 10 M/25 V stehend C6...C8,C11 = 100 n C6 C1 C7 Die Software (11 MB) kann kostenlos von der Elektor-Website (www.elektor.de) herunter geladen werden. 040395-1 C3 IC1 IC2 + 1-593040 D1 R5 R4 C8 K1 T C2 D2 IC3 C9 A B + C4 R1 R3 R6 C10 X1 R2 C5 0 K2 Außerdem: K1 = 4-polige Stiftleiste K2 = 9-polige Sub-D-Buchse (female), abgewinkelt für Platinenmontage X1 = Quarz 12 MHz Platine 040395-1 (siehe “ThePCBShop” unter www.elektor.de) 040395-1 Bild 2. Platine für den Rennbahn-Timer. Bei der Bestückung die Drahtbrücke unter IC1 nicht vergessen! 11/2007 - elektor 55 PRAXIS HOBBY & FREIZEIT Bild 3. Im auswertenden PC-Programm können diverse Einstellungen vorgenommen werden. keiten des Bahn-Typs ab. Hier muss man selbst entscheiden, welche Konstruktion die beste ist. Anzumerken ist noch, dass sich R7 nicht auf der Platine befindet. Dieser Widerstand wird unmittelbar mit den in Reihe liegenden Infrarot-LEDs D3 und D4 verbunden. Für die Stromversorgung genügt ein einfaches Netzteil, das die stabilisierte Spannung +5-V liefert. Die Stromaufnahme der Schaltung ohne InfrarotLEDs beträgt nur etwa 20 mA. Durch die Infrarot-LEDs fließen etwas mehr als 100 mA, die dazu addiert werden müssen. Die Verbindung mit dem PC wird über ein normales RS232-Kabel hergestellt (Kontakte 1:1 verbun- Bild 4. Das PC-Programm zählt die Runden und protokolliert die gefahrenen Zeiten. den), ein so genanntes NullmodemKabel ist nicht verwendbar. Software Die Software dieses Projekts besteht aus der Firmware des Mikrocontrollers und dem PC-Programm, das die Runden anzeigt und die Messdaten protokolliert. Der Mikrocontroller kann programmiert bestellt werden, für das Programmieren in Eigenregie stehen die Firmware und der kommentierte Quellcode auf der Elektor-Website zum Download bereit. Das PC-Programm gehört natürlich ebenfalls dazu. Das PC-Programm bietet, wie Bild 3 zeigt, viele Einstellmöglichkeiten. Man kann sowohl für die Runden (Tracks) als auch für die Piloten Namen vergeben, die Wagen-Typen und die Farben auf der Anzeigetafel sind ebenfalls festlegbar. Unten links in der Eingabemaske wird eingetragen, aus wie vielen Runden das Rennen besteht. Nach Anklicken des Button “Race!” (rechts unten) erscheint eine großformatige Anzeige mit den aktuellen Informationen zum laufenden Rennen (Bild 4). Nach jedem Rennen werden die Endergebnisse zusammen mit dem Namen des Siegers bekannt gegeben. Alle Daten können zur Dokumentation oder für eine spätere Auswertung gespeichert werden. (040395)gd Bild 5. Hier ist die zum rechten Wagen gehörende Fotodiode zwischen der Stromschiene und dem rechten Teil der Ziellinie in die Fahrbahn eingelassen. 56 elektor - 11/2007 KLEINANZEIGEN KLEINANZEIGEN KLEINANZEIGEN KLEINANLorenz-Entwicklung.de LEITERPLATTENBESTÜCKUNG SMD u. bedrahtet, gute Qualität, niedriege Preise, schnelle Lieferzeiten. VTS-Elektronik. Tel. 05901/9619970 Fax. 05901/9619971 [email protected] Röhrenverstärker-Trafos/Bausätze www.welter-electronic.de oder Telefon 02676-951777 Alles rund um die Spule: Drähte und Litzen in kleinen und großen Mengen. Isoliermaterialien, Klebebänder, Tränklacke, Vergussmasssen, Ferrite und Eisenspulverkerne, Spulenkörper. www.spulen.com Lasershows als Hobby??? www.mylaserpage.de www.ZEILENTRAFO.info www.sovonja-elektronik.de Entwicklung individueller Software für Industrie, Forschung und Büro. 03303 / 212166 oder www.jasys.de www.ERSATZTEIL24.com www.HALBLEITERDIENST.de Leiterplatten-Service www.thale-elektronik.de Tel. 05901/420-4 Fax: 420-0 LEITERPLATTENFERTIGUNG Bestückung, Montage. Angebot anfordern unter Fax 06645/7164. Fa. LEISE Schulstraße 21, 36369 Engelrod Preiswerte elektronische Bauteile http:// www.darisus.de Entwicklung industrietauglicher Elektronik, Hard- und Software. 03303 / 212166 oder www.jasys.de Leiterplaten, Einzelstücke und Kleinserie. HM-Elektronik, 34637 Schrecksbach [email protected] SMD-Adapterplatinen, SMD-Lochrasterplatinen, Verbindungskabel für EvalBoards, (Aluminium)platinen für Hochleistungs-LEDs und LED-Treiber erhalten Sie bei Fa. GK Technik, Augsburg. Tel: 0821-2183461, Fax: -2193344, eMail: [email protected] www: gk-technik.com kostenlose-platinen-software.de LTP-Filme, cadgrafik-bauriedl.de Elektronikfertigung 06851-9399950 Audioentwicklung ASSEMTEC.de www.heldt-electronic.de 10.000.000 Bauteile und Zubehör ab Lager. www.LAEHN-VERSAND.de http://www.elve2000.de Das Elektronikverzeichnis www.ibklose.de -> Ing.-Büro für Elektronik und Nachrichtentechnik Österreich www.elcomp.at Preisgünstige Elektonikbauteile zusätzlich über 4.000 Auslaufartikel zum Super-Sonderpreis. HW/SW-Entw. -> www.electronic-designs.de www.embedit.de Elektronische Bauteile, AVR und ARM Mikrocontroller und verschiedenste AVR Mikrocontroller-Boards Elektor-Bausätze – 1986 bis heute! Sie erhalten von uns Teilesätze, Platinen, Disketten, CDs, programmierte Kontroller zu (fast) allen Projekten aus Elektor sowie in alle Bücher in unserem Online-Shop Geist-Electronic-Versand GmbH Hans-Sachs-Str. 19 D-78054 VS-Schwenningen Tel.: 07720/36673, Fax .../36905 Online-Shop: www.geist-electronic.de Gesucht: Schaltungsentwickler analog + digital Technik. [email protected] Entwicklung kundenspezifischer Hard- und Software Tel. 08376-976323 www.b-smart-gmbh.de Preiswertes Altera FPGA-Board gesucht? -> www.fpga-dev.de oder www.ebay.de lautlose Rechner -> mgrs.de Gesucht: Student/-innen für Schaltungsentwicklungen; analog + digital Technik [email protected] Schilder / Fronblenden www.webgrav.de Leiterplattenfertigung z.B. 8,98 incl. MwSt+Versandkosten, ohne Bohrung, einseitig, 35μm, 1,5mm, bis 50x70mm www.hahn-leiterplatten.de http://www.elektronikersatzteil.com Große Auswahl an Zeilentrafo's der Herstellerfirmen HR-Diemen und Eldor. ID Medienservice Podbielskistraße 325 · D-30659 Hannover Erscheint in der nächsterreichbaren Ausgabe. Ausschneiden und in einem Briefumschlag an obenstehende Anschrift senden. Eine Bitte: Deutlich schreiben! 11/2007 - elektor – Gewerbliche Kleinanzeigen kosten je Zeile oder angefangener Zeile 10,- plus MWST. Die Druckzeile zählt ca. 40 Zeichen, einschl. Wortzwischenräume. – Nur gegen Vorauszahlung! 57 TECHNIK ENTWICKLUNGSTIPP Batterie-Booster Von Ralf Schmiedel mit n = 4…10 Akku-Zellen 1 Platine Auslöser für diese Entwicklung war die Fernsteuerung eines Mini-Hubschraubers (Silverlit), die sechs Mignon-Zellen (AA) benötigt und auch als Ladestation für den LiPo-Akku des Mikrocopters dient. Verwendet man wegen des hohen Batterieverbrauchs statt der Alkalibatterien NiMH-Akkus, funktioniert das nicht lange, da die Spannung offenbar nicht ausreicht, so bald die Spannung der frisch geladenen Akkus von etwa 1,4 V auf die Nennspannung von 1,2 V absinkt. Man müsste also einen Spannungswandler haben, der so wenig Platz einnimmt, dass man ihn anstelle einer AA-Zelle ins Batteriefach einsetzen kann. Abgesehen von der Baugröße sollte es kein Problem bei der Entwicklung eines solchen Boosters geben, denn die Spannung hochpumpen kann schließlich jeder Boost-Konverter… Aber allzu einfach wollte es sich der Autor denn doch nicht machen: Die Schaltung sollte auch unabhängig von der Anzahl der Batteriezellen n jeweils aus n-1 Akkuzellen (eine Zellenposition wird ja vom Konverter belegt) die Nennspannung der n Batteriezellen erzeugen. Die nach diesen Vorgaben entwickelte Schaltung erlaubt den Ersatz von vier bis zehn Batteriezellen durch drei bis neun Akkuzellen. Mit spannungsfesteren 35-V-Elkos lässt sich der Einsatzbereich auch auf den Ersatz von bis zu 20 Batteriezellen erweitern. Im Prinzip eignen sich fast alle gängigen Boost-Converter-ICs, und auch die Leistung ist mit dem breiten IC-Angebot skalierbar. Mit einem LT1170 sind zum Beispiel bis zu 2 A möglich. Die hier angegebene Schaltung mit dem LT1172 liefert bis zu 500 mA. Bild 1 zeigt die Verwendung der auf einer kleinen (Lochraster-)Platine aufgebauten Schaltung am Beispiel eines Batteriefachs für vier Zellen. Der Batterie-Booster (im folgenden Battbooster genannt) wird im- 58 Oder: UBoost = 2,4 V + (UIN - 3,6 V) * 0,3 V / 1,2 V 1.2V 1.2V 1.2V Batteriefach 070458 - 11 Bild 1. Die Schaltung ersetzt eine Batteriezelle und erhöht die Spannung der drei Akkuzellen so weit, dass am Ausgang des Batteriehalters die volle Spannung von vier Alkalizellen (4 x 1,5 V = 6 V) anliegt. mer in dasjenige Batteriefach eingelegt, das am weitesten „zum Plusanschluss hin“ liegt. Er ersetzt also im Schaltplan (siehe Bild 2) die jeweils „oberste“ Zelle. Die anderen Batteriefächer werden dann mit NiMHAkkuzellen bestückt. Der Battbooster erzeugt eine Spannung UBoost , welche zur Eingangsspannung UIN hinzugefügt wird. Zusammen ergibt sich dann die Ausgangsspannung UOUT . Tabelle 1 gibt Aufschluss über die Spannungsverhältnisse bei den unterschiedlichen Zellenzahlen. Die maximale Zellen- zahl wird wesentlich durch die Spannungsfestigkeit der verwendeten Elkos bestimmt. Der LT1172 selbst arbeitet bis maximal 36 V. Allerdings brauchen Elkos für höhere Spannungen auch mehr Platz. Bei Ausgangsspannungen bis 13,5 V (8 Akkuzellen, die 9 Alkalizellen ersetzen) kann man auch 16-V-Elkos verwenden, um Platz zu sparen. Für die Dimensionierung von UBoost gilt: UBoost = 2,4 V + 0,3 V * (n - 3) 2 UBOOST Batterie Booster UIN n-1 Akkus ersetzen n Batterien UOUT 070458 - 12 Bild 2. Blockschaltbild des Batterie-Boosters. Die Ausgangsspannung ergibt sich aus UOUT = UIN + UBoost Der Autor hat die Schaltung mit Spice und SwitcherCad III (Freeware von LT) simuliert und die LTSpice-Datei und die ASC-Datei von SwitcherCad III zum Download auf der ElektorWebsite zur Verfügung gestellt, so dass interessierte Leser die Schaltung ebenfalls simulieren und gegebenenfalls anpassen können. Im Spice-Modell gibt es im Gegensatz zum Schaltplan in Bild 3 auch eine Induktivität L3, die lediglich der Simulation der Leitungsinduktivität der Masseleitung dient. Eventuell kann man auch das Kabel durch eine Ferritperle führen. Der LT1172 arbeitet in der Schaltung als Boostkonverter. Im Gegensatz zum typischen Boostkonverter, der die komplette Ausgangsspannung UOUT über einen Spannungsteiler auf den Feedbackeingang rückkoppelt (und ausregelt), wird hier nur die Spannung UBoost (siehe Bild 2) geregelt. Diese Regelung erfolgt über T1. Der Transistor arbeitet in Verbindung mit R1 als Stromquelle, deren Strom sich aus der Spannungsdifferenz (UBoost - 0,7 V)/R1 ergibt. Solange die Spannung am Emitter von T1 unter der Durchbruchspannung der Z-Diode D3 liegt, fließt dieser Strom komplett über R2 nach Masse. Der entstehende Spannungsabfall wird mit der internen 1,24-V-Referenz des LT1172 verglichen. Bei R2 = 1,24 k7 fließt also ein Strom von 1 mA über R1, T1 und R2, wenn die Schaltung im Gleichgewicht ist. Bei 1 mA fällt an R2 eine Spannung von 1,69 V ab, zusammen mit den 0,7 V UBE des Transistors sind das die 2,4 V UBoost , die bei einer Zellenzahl von 4 Batterien bzw. 3 Akkus benötigt werden (siehe Tabelle). Bis hierhin entspricht die Schaltung im Wesentlichen einem Negativ-nach-PositivBoostkonverter, wie er im Datenblatt des LT1172 gezeigt wird. Für jede weitere Zelle muss UBoost um zusätzliche 0,3 V elektor - 11/2007 angehoben werden. Das bewirken D3 und R4. Sobald die Spannung am Emitter von T1 über 4,3 V steigt (Summe aus UIN und UBE), wird D3 leitend und ein Teil des Stroms durch R1 wird über diesen Pfad abgeleitet. An R4 liegt dabei immer genau der Teil von UIN an, der die 3,6 V von drei Akkuzellen übersteigt. Auf diese Weise kann man durch die richtige Dimensionierung von R4 genau soviel Strom ableiten, dass je 1,2 V zusätzlicher Eingangsspannung UBoost um 0,3 V oder 25 % (1,5 V / 1,2 V * 100) steigt. UBoost ist UR1 + 0,7 V. Um UBoost um 0,3 V zu erhöhen, müssen diese 0,3 V also an R1 zusätzlich abfallen. Tabelle Zellenzahl (Batterien) n Anzahl Akkus n-1 Batteriespannung UBatt = UOUT AkkuSpannung UIN Boost-Spannung UBoost = UOUT - UIN 4 3 6V 3,6 V 2,4 V 5 4 7,5 V 4,8 V 2,7 V 6 5 9V 6V 3,0 V 7 6 10,5 V 7,2 V 3,3 V 8 7 12 V 8,4 V 3,6 V 9 8 13,5 V 9,6 V 3,9 V (10) 9 15 V 10,8 V 4,2 V max. 20* * siehe Text 3 L1 MBRS140 L2 47 n * 0,3V / 1,69 k = n * 1,2 V / R4 C2 100 V IN SW C1 C5 1k69 D1 Es gilt also: 10 R1 T1 IC1 C7 C6 100 25V 100 25V FB LT1172 BC557 VC R3 R4 = 1,2 V / 0,3 V * 1,69 = 6,8 k R2 R4 6k2 470n 1k24 100 25V 2k2 n kürzt sich heraus, es ergibt sich: D3 C3 100n In der Theorie gilt also: 4V7 500mW 070458 - 13 R4 = 6,8 k, UZ = 4,3 V In der Simulation wurde UZ mit 4,3 V und R4 mit 6,2 k eingesetzt, da dann bei hohen Spannungen die Ausgangsspannung etwas besser passt. (in SwCad gibt es leider keine 4,3-V-Z-Diode). Bild 3. Der Schaltplan steht auf www.elektor.de auch als Datei zur Simulation zur Verfügung. Wie eingangs schon erwähnt, ist das Schaltungsprinzip auf andere Boostkonverter-ICs übertragbar. So kann man sich zum Beispiel auch einen Typ heraussuchen, der schon mit einer einzigen Zelle arbeitet oder der höhere Ströme liefern kann. Durch einen Schalter in der Masseleitung lässt sich der Battbooster ausschalten. (070458e) www.elektor.de 11/2007 - elektor 59 TECHNIK ENTWICKLUNGSTIPP Grüner USB-Schalter K1 D+ GND 680 7 2 3 4 IC1 1 USB-B D+ GND CNY17-1 1 2 4 R2 2 RE1 1N4148 10k D– K4 5 D1 K2 +5V 6 3 T1 4 R4 33k USB-A BC548 C1 C2 100n 250V X2 100n 250V X2 R3 R5 100 7 D– K3 V+ R1 1 100 7 +5V RE1 = FINDER 30.22.7.012 K5 F1 6A3 V+ TR1 230V 12V 50mA B1 C3 100M 25V K6 B40C800 060306 - 11 Von Wolfram Winfera Dass der Standby-Strom elektronischer Geräte nicht unwesendlich zum Klimawandel beiträgt, wissen ELEKTOR-Leser nicht erst seit dem Klimabericht der UN, sondern schon seit vielen Jahren. Allein in Deutschland könnte man die schlimmsten Braunkohle-Dreckschleudern auf einen Schlag stilllegen, würden die Menschen auf den Standby-Betrieb von TV, PC & Co verzichten. Der unnötige Standby-Stromverbrauch verursacht hierzulande so viel CO2 wie etwa 4,6 Millionen Autos! Dass die Bequemlichkeit beim Stromsparen nicht leiden muss, beweist vorliegende kleine Schaltung, die speziell für NotebookUser entwickelt wurde. Sie deaktiviert automatisch alle Peripheriegeräte wie Monitor, Drucker und USB-Hub beim Abschalten des Notebooks. Dazu braucht man lediglich einem Optokoppler, der ein kräftiges doppelpoliges Netzspannungs-Relais (12 V Spulen- 60 spannung) ansteuert, und ein Mini-Netzteil zur Versorgung des Optokopplers. Legt der Computer beim Hochfahren Spannung an den USB-Anschluss, wird das Relais erregt und die Netzspannung an die Klemmen K3 und K4 durchgeschaltet. Der USB-Anschluss des Notebooks kann übrigens weiterhin als solcher benutzt werden, es ist aber zu berücksichtigen, dass der Optokoppler dem USB einige Milliampere entnimmt, die dann für ein „Hochstromgerät“ an diesem USB-Anschluss unter Umständen fehlen. Da aber meist mehrere USB-Anschlüsse zur Verfügung stehen, verzichtet man besser auf diesen einen (und spart damit auch K2, den durchgeschleiften USB). Die Schaltung bringt man zweckmäßigerweise in einem Steckergehäuse mit Netzspannungsbuchse unter. An das Steckergehäuse schließt man eine große Steckdosenleiste an, über die die externe Gerätschaft mit Strom versorgt wird. Mit ein wenig Geschick (und ausreichend Platz in der Steckdosenleiste) kann man die Schaltung in der Leiste selbst unterbringen. Die Steckdosenleiste ist durch F1 mit 6,3 A träge abgesichert. Neben dem Optokoppler und dem Relais findet man in der Schaltung die übliche Freilaufdiode D1 und die Relais-Treiberstufe mit T1 samt Basis-Spannungsteiler R2/R4. Die beiden Dämpfungsglieder C1/R3 und C2/R5 tragen dem Mangel der Schaltung Rechnung, dass die Netzspannung nicht im Nulldurchgang geschaltet wird und ein hoher Strom den Relaiskontakten durch Abreißfunken schaden könnte. Für C1 und C2 müssen die angegebenen X2-Typen verwendet werden. Das Netzteil besteht nur aus einem winzigen Netztrafo (12 V, 50 mA), einer Gleichrichterbrücke und dem Glättungselko C3. Auch das Netzteil des Notebooks selbst kann über diesen Schalter betrieben werden, wenn der Akku im Notebook eingesetzt ist und das Hochfahren ohne Netzstrom ermöglicht. Der USB-Schalter selbst „zieht“ auch im ausgeschalteten Zustand ein wenig Strom, trotzdem ist dieser Rest-Standby-Verbrauch vernachlässigbar gegenüber den genannten Geräten an der Steckdosenleiste. In der Schaltung haben wir es mit Netzspannung zu tun. Da ist nicht nur ein berührsicherer Einbau erforderlich, sondern auch die Einhaltung der vorgeschriebenen Abstände zwischen Niederspannung und Netzspannung. Die wichtigsten Bestimmungen sind in der Sicherheitsseite in ELEKTOR enthalten, die mehrmals pro Jahr erscheint. Für „normale“ PCs ist die Schaltung weniger geeignet, weil bei diesen (im Gegensatz zu Notebooks) häufig auch im heruntergefahrenen Zustand noch 5-VSpannung an den USB-Ports anliegt. Die Spannung an den USB-Schnittstellen wird bei diesen PCs nur dann abgeschaltet, wenn man den Schalter am Netzteil auf der Rückseite des PCs betätigt (so vorhanden). (060306)rg elektor - 11/2007 "$ " ! " # ,#-0),.#&#-*,(!!(, '#(3&%/ )(((.(,"&.(1%&/-#0/ -*3#&&&%.), ,)/%.#-3/ )*)*,'#..,%.#0,&2, ,. /,) + # $ # !% $ $ ' " # # #(/-!0,*--(&%.),%)''. *(%.&#"+/'/(3/0,&--#! ,#/- '',/*.).-(#$&%.),/-! 0),&&((,( ^^^LSLR[VYKLHIVÇ;LS $ & "" ""! # $"" $! " PRAXIS WORKSHOP Faszinierende Bilder Von Jeroen Domburg Die Visualisierungseffekte von Winamp, dem Windows Media Player und Ähnlichem kennen wir alle. Hypnotisierende, meist farbige Effekte, die auf Musik reagieren. Nachteil: Sie funktionieren alle nur auf dem Computer. Das werden wir ändern! Aus einem kräftigen ARM-IC und einem alten HandyDisplay machen wir eine Stand-Alone-Version, die mit dem passenden Plugin auch noch als RealtimeSpektrumanalysator dienen kann. Jedermann kennt sie, die tanzenden Bilder, die Plugins in Audioprogrammen auf dem Computerbildschirm generieren. Sie entnehmen die Audiodaten aus dem im Augenblick ablaufenden Audioprogramm (meistens ein MP3-Player), analysieren diese beispielsweise mittels einer Fast-FourierTransformation (FFT) und verarbeiten das Ergebnis mit Partikel-Systemen und allerlei anderen Algorithmen, die nur eines zum Ziel haben: Die Erzeugung eines möglichst hypnotisierenden Bildes. Um auch unabhängig vom PC solche Bilder betrachten zu können, haben wir eine Stand-Alone Audio-Visualisierungs-Unit entwickelt. Erfordernisse Zum Aufbau einer Audio-Visualisierungs-Unit benötigen wir Folgendes: eine Audioquelle, ein Bauelement, das Real-Time-Analyse-Algorithmen ausführt und ein Display. Als tragbare Audioquelle bietet sich ein Mikrofon an. Ein kleines Farbdisplay, z.B. von einem Nokia 3510i-Handy, ist ebenfalls eine ziemlich kostengünstige Lösung, denn diese Handy-Displays können oft billig erworben oder aus alten Handys ausgeschlachtet werden (stellen Sie sicher, dass es ein 3510i ist; das Nokia 3510 ohne i besitzt nämlich ein Schwarz-Weiß-Display). Was noch fehlt, ist die Audioanalyse. Meistens wird dafür ein DSP (Digital Signal Prozessor) verwendet. Dieser ist speziell auf das schnelle Verarbeiten von Signalen zugeschnitten. Nachteil ist der recht hohe Preis dieser Chips und dass sie schwierig zu beschaffen sind. Eine gute Alternative ist die LPC2100-ARM-Prozessorfamilie von Philips. Besonders der LPC2103 ist für dieses Projekt interessant: Es ist ein 32-Bit-IC, das mit einer maximalen Taktfrequenz von 70 MHz arbeitet. Ein A/D-Wandler und ein SPI-Interface sind bereits enthalten, und gerade diese können wir in diesem Projekt gut gebrauchen. Der 32-KB-Flash-Speicher ist über den seriellen Port zu programmieren; ein spezielles Programmiergerät ist nicht erforderlich. Der Chip hat nur einen Nachteil: Er ist nur in einem TQFP-48-Gehäuse lieferbar, was bedeutet, dass die Beinchen einen Abstand von etwa einem halben Millimeter voneinander haben. Damit sich dieser kleine Chip verwenden lässt, ist eine Printplatte erforderlich, auf welcher der Chip montiert werden kann. Zum einen gibt es spezielle Adapterplatinen für TQFP-48-ICs. Alle Pins besitzen dann einen Standard-DIL-Lochabstand. Diese Platinen sind jedoch recht teuer, besonders im Vergleich zum Display, das wir Verfahren: Sie vorsichtig mit dem Bügeleisen über das Papier. Es ist Sinn der Sache, dass sich der Toner wegen der Wärme vom Fotopapier löst und am Kupfer haftet. Der Toner befindet sich nun auf dem Kupfer; die nicht abgedeckte Schicht kann weggeätzt werden. Obwohl mit einem speziellen Ätzbehälter schneller Ergebnisse zu erzielen sind, ist für diese kleinen Platinen auch ein Plastikgefäß geeignet. Gießen Sie Das Erstellen und Löten der Platine Obwohl es auf den ersten Blick nicht so scheinen mag, ist das Anfertigen dieser Platine weder sehr problematisch noch teuer. Erforderlich: - Fotopapier, z.B. HP High Gloss - Ein Schwarz-Weiß-Laserprinter - Eine leere Platine, also nur mit Kupferbeschichtung - Ätzmittel, z.B. Natriumpersulfat - Eine Kunststoffdose, in welche die Platine hineinpasst - Ein Bügeleisen, so heiß wie möglich eingestellt 62 Nehmen Sie das Fotopapier und drucken Sie den Entwurf spiegelbildlich aus. Berühren Sie die Platine nicht auf der Kupferschicht (festhalten an den Seiten). Fettflecke sind fatal für ein gutes Resultat. Legen Sie nun das Fotopapier mit der bedruckten Seite auf die Platine (die Kupferschicht) und bügeln elektor - 11/2007 Audio-Analyse auf einen Handy-Display verwenden. Die zweite Option ist der Eigenentwurf und das Ätzen einer entsprechenden Platine. Wie im Kasten beschrieben ist, muss das weder teuer noch schwierig sein. Mit dem Gratisprogramm „PCB“ haben wir eine Platine entworfen, die als PDF-, Gerber- und Postscript-File downzuloaden ist [1][2]. Die Platine ist doppelseitig kaschiert; eine Seite wird jedoch überflüssig, wenn man Drahtbrücken verwendet. besser für die Stabilität sein kann. Der Mikrofonverstärker ist eine einfache Ein-Transistor-Lösung. HiFi-Liebhabern wird wohl die Verzerrung und die Temperaturabhängigkeit dieser einfachen kleinen Schaltung zuwider sein, aber wir verwenden das Signal ja lediglich für visuelle Zwecke. Hardware... Da wir mit dem Mikrocontroller bereits über den größten Teil der Hardware verfügen, kann der Rest sehr kompakt ausfallen. Wir benötigen lediglich einen Mikrofonverstärker, eine Reset-Schaltung, einen Quarz und zwei Versorgungsspannungen (siehe Bild 1). Der LPC2103 arbeitet mit zwei Versorgungsspannungen: 3,3 V für die Ein- und Ausgänge und 1,8 V für den ARM-Kern. Für die erste Spannung wurde eine Standard-Lösung gewählt, nämlich ein LM1117MP-3V3. Für die 1,8-V-Versorgung haben wir zwei Dioden mit der 3,3-V-Stromversorgung in Serie geschaltet. Damit erhalten wir 1,9 V, was eigentlich etwas zu hoch ist. Das ist aber kein Problem. Im Datenblatt des Mikroprozessors wird angegeben, dass eine Spannung von etwas mehr als 1,8 V in einigen Fällen sogar Das Elektretmikrofon benötigt ebenfalls eine Versorgungsspannung. Diese wird über R6 geliefert. C7 filtert diese Spannung wieder heraus und liefert die vom Mikrofon aufgefangenen Signale an T2. Mit dem Netzwerk aus R7/R8 wird der Verstärkungsfaktor eingestellt. R7 dient sowohl zur Einstellung des Transistors als auch zur Rückkopplung, während R8 den Strom zum Transistor begrenzt. C8 liefert das verstärkte Signal weiter an einen Pin des Mikrocontrollers, der mit einem internen A/D-Wandler verbunden ist. D1 und D2 sind weiße LEDs, die als Hintergrundbeleuchtung für das LCD dienen. Via T1 kann der Mikrocontroller diese LEDs auf Wunsch dimmen oder ausschalten. Die LEDs müssen übrigens so montiert werden, dass sie in Richtung der Unterseite des LCDs scheinen. In den Schirm des Nokia 3510 müssen zwei Löcher gebohrt etwas warmes Wasser hinein (60 Grad) und fügen Sie das Ätzmittel entsprechend der Beschreibung auf der Verpackung hinzu. Ziehen Sie alte Kleidungsstücke an: Ätzmittel erzeugt hässliche Bleichflecken, die Sie nie mehr entfernen können. Das Ätzen im gut belüfteten Raum ist auch keine schlechte Idee. Färbt sich das Ätzmittel blau, ist das ein Zeichen dafür, dass es wirkt: Das ist nämlich die Farbe des aufgelösten Kupfers. Es ist hilfreich, die Flüssigkeit kontinuierlich in Bewegung zu halten; vermeiden Sie dabei Spritzer. Eine starke Taschenlampe unter dem Behälter kann anzeigen, ob die Platine fertiggeätzt ist. Falls es noch Verbindungsbrücken zwischen den Leiterbahnen gibt, die dort nicht hingehören, ist der Ätzvorgang noch nicht abgeschlossen. Spülen Sie die Platine nach dem Ätzen mit Wasser. 11/2007 - elektor werden, durch welche die LEDs hindurchstrahlen können. X1 erzeugt das Taktsignal für den Mikrocontroller. Da der Quarz selbst „nur“ eine 20-MHz-Version ist, wird dieses Signal mit einem internen PLL durch den Controller auf beeindruckende 60 MHz gebracht. R5 und C9 bilden ein R/C-Netzwerk, das den Reset-Eingang des Prozessors kurzzeitig auf Null setzt, wenn die Versorgungsspannung angelegt wird. Das LCD ist mit dem SPI-Anschluss des Controllers verbunden und benötigt neben der 3,3-V-Versorgungsspannung nicht mehr als einen externen Kondensator (C10), um zu funktionieren. Schließlich sind noch einige Pins nach außen ausgeführt. Mit diesen Pins lässt sich der Controller über den seriellen Port eines Computers programmieren. Beachte: Diese Pins arbeiten mit 3,3 V. Es muss also z.B. mit einem MAX3232 eine Pegelanpassung erfolgen. Ein ordinäres Handy-Datenkabel kann aber auch ausreichend sein. Der Toner kann mit einem groben Schwamm und evtl. einem Lösungsmittel (thinner) entfernt werden, sodass die schöne Kupferschicht wieder zum Vorschein kommt. Wenn Sie nicht sicher sind, dass alle Kupferbrücken verschwunden sind, sollten Sie eine Messung mit einem Multimeter vornehmen und die noch vorhandenen Brücken mit einem scharfen Messer entfernen. 63 PRAXIS WORKSHOP ... und Software Jetzt erfolgt das Verlöten des 48-poligen ICs, das all unsere Berechnungen ausführen muss. Auch wenn dies zuerst aufwendig zu sein scheint, ist dies mit einigen Tricks und etwas Erfahrung schneller ausgeführt als das Verlöten eines großen DIP-ICs. Legen Sie das IC an die richtige Stelle und löten Sie es an zwei Ecken fest. Stellen Sie sicher, 64 IC2 LM1117MP-3V3 +3V3 2x 1N4148 D3 220 7 220 7 D1 BT1 D4 R2 R1 C1 C2 C3 C4 100n 100n 100n 100n +3V3 D2 R5 T1 10k 10k VDD(1V8) 9V VBAT VDD(3V3) white VDDA R4 white R3 P0.9 10k P0.14 PROG P0.0 BC850 TXD P0.1 RXD RST RST IC1 C9 470n LPC2103 +3V3 R8 P0.8 10k P0.7 C8 P0.6 X1 T2 C7 X2 VSSA P0.4 VSS 470k 22M VSS P0.22 R7 +3V3 VSS R6 4k7 1 2 3 4 5 6 C10 7 X1 8 Die Hardware ist nur die halbe Miete. Mindestens ebensoviel Arbeit wurde in die Firmware gesteckt. Die aufwendige Verarbeitung des Signals erfolgt ja dort. Im Gegensatz zu manch anderen Mikrocontrollern wird der ARM seit Jahr und Tag vom Open-Source-C-Compiler GCC unterstützt. Wegen der orthogonalen Architektur des ARM werden mit diesem Compiler auch schnelle Programme erzeugt. Des Weiteren sind die verwendeten Algorithmen etwas zu komplex, um sie innerhalb einer angemessenen Zeit in Assembler zu implementieren. Daher wird fast alle Firmware in C geschrieben. Auf diese Weise lassen sich dem Code auf einfache Weise Visualisierungs-Ideen hinzufügen. Der Code ist relativ modular aufgebaut und besteht aus drei Submodulen: Dem Audio-Input und -Verarbeitungsroutinen, den Effektgeneratoren und dem Displayteil. Die Audio-Input-Routinen lesen den A/D-Wandler periodisch aus und legen die Ergebnisse in einem Pufferspeicher ab. Simple Effekte können diesen Puffer direkt nutzen. Für einen Oszilloskop-Effekt reicht dies bereits aus. Für die fortgeschrittenen Effekte benötigt man jedoch eine Fast-Fourier-Transformation, um die verschiedenen Frequenzkomponenten der Musik zu analysieren. Auch hier zeigen sich die Vorteile der Programmiersprache C. Statt selbst zu programmieren, kann man sich eine schnelle „public-domain integer-based” FFT-Implementierung im Internet suchen, die ohne großen Auf- 220n MIC1 BC850 100n C5 15p 20MHz C6 LCD1 LC DISPLAY 15p 075084 - 11 Bild 1. Wegen der umfangreichen Ausstattung des LPC2103 ist nur wenig externe Hardware erforderlich. wand eingesetzt werden kann. Die Effekte selbst sind größtenteils bereits aus der „Demo-Szene“ bekannt: „Demo-contests” waren Wettkämpfe, bei denen Gruppen von Programmierern gegeneinander antraten, um mit möglichst kleinen Programmen möglichst schöne Effekte zu kreieren. Obwohl die Demo-Szene auf modernere Hardware umgestiegen ist (mit den heutigen 3-D-Karten kann man tolle Effekte erzeugen), ist eine Anzahl der älteren Effekte immer noch sehr hübsch anzusehen, gut dokumentiert und in unserer beschränkten Hardware prima zu implementieren. Ein Plasma-Effekt oder ein „roto-zoomer” (ein Code, der ein Bild schnell rotieren und einzoomen lassen kann) sind daher auch schnell implementiert. dass das IC exakt über seinen Lötpunkten liegt; dies ist sehr wichtig für die folgenden Schritte. Tun Sie jetzt so, als ob Sie ein IC mit vier großen Beinchen haben: Setzen Sie an jede Seite des ICs einen guten Tropfen Zinn. Entfernen Sie nun von jeder Seite mittels Lötlitze das überflüssige Lötzinn. Der Zwischenraum zwischen den ICBeinchen und den Lötpunkten ist so gering, dass die Litze das Zinn dort nicht wegsaugen kann, so dass die Beinchen selbst verlötet bleiben. Sollten Sie den Verdacht haben, dass eine Zinnbrücke zwischen zwei Beinchen übrig geblieben ist, so überprüfen Sie dies mittels eines Multimeters und entfernen Sie das Zinn wiederum mit Litze bzw. einem scharfen Messer, falls es immer noch vorhanden ist. elektor - 11/2007 Bildkompression Leider können wir die schönen „Graphics” nicht direkt auf dem Display darstellen – trotz des üppig erscheinenden 8k-RAM Speichers des LPC2103 führt kein Weg an einigen Tricks vorbei. Zur Erläuterung: Die Auflösung des Nokia-LCD beträgt 98 x 67 Pixel. Die Pixel sind in rote, grüne und blaue Subpixel unterteilt, die jeweils 16 „Graustufen“ darstellen können. Insgesamt kommen wir dann auf 12 bit pro Pixel. Dafür würden wir 9,6 kB Speicherplatz benötigen; da wir aber nur über 8k verfügen, müssen wir einen Trick anwenden, um die RAMNutzung zu reduzieren. Ein häufig verwendeter Trick ist der Einsatz einer Nachschlagetabelle. Wir belegen lediglich ein Byte pro Pixel, wodurch sich 256 Pixelwerte ergeben. Um doch die vollen 12 Bit an Farben nutzen zu können, erzeugen wir eine Tabelle, in der angegeben ist, welcher 12-bit-Farbcode dem jeweiligen Pixelwert entspricht. Dies hat noch einige andere Vorteile. Durch Anpassung der Tabelle können wir einem Effekt eine komplett andere Farbtönung geben. Nun erfordert das LCD-Bild nur noch einen Speicherplatz von 6,9 kB. Auch dies ist noch relativ viel. Darüber hinaus verwenden auch Routinen wie die FFT-Routine viel Speicherplatz, außerdem wird das RAM zum kurzfristigen Zwischenspeichern von Displayinhalten genutzt. Trotz dieser Tricks arbeiten die Displayroutinen ziemlich zielgerichtet. Zu jedem berechneten Pixelwert wird die Farbe ermittelt und an das LCD Die Nokia 3510i-Displays werden meist ohne Zusatz geliefert; häufig sind sie mit einer Kappe versehen. Die Kappe benötigen wir ebenso wenig wie das Tastenfeld und das Lautsprecherteil. Entfernen Sie es mit einer Zange oder Säge. Die Platine ist auf der Rückseite des Displays anzuordnen; die Kontakte des Displays müssen mit den entsprechenden Kontakten auf der Platine verbunden werden. Biegen Sie 11/2007 - elektor gesendet. Die Datenübertragung zum LCD erfolgt mittels SPI, welches der LPC2103 hardwaremäßig unterstützt. Auf diese Weise lassen sich genügend Bilder pro Sekunde übertragen, um die Animation fließend erscheinen zu lassen. Programmierung Zur Generierung des Maschinencodes, der zur Programmierung des Mikrocontrollers erforderlich ist, können lich, der Controller kann auf der Platine programmiert werden. Wie schon erwähnt benötigen wir dann nur einen RS232-nach-3,3-V-TTL-Umsetzer. Außer einem GSM-Datenkabel bzw. dem MAX3232 können wir hierfür auch einen USB-nach-seriell-Konverterchip verwenden, z.B. den FT232. Dieser Chip arbeitet bereits mit den richtigen Spannungen. Der Chip wird mit TxD, RxD und Masse der Platine verbunden. Der Prozessor muss sich natürlich im Programmiermodus befinden. Wenn der Prozessor bisher noch nicht programmiert worden ist, erfolgt dies automatisch. In allen anderen Fällen muss es manuell geschehen. Das geht folgendermaßen: Verbinden Sie die Reset- und die Prog-Leitungen mit Masse. Lassen Sie zunächst den Reset und dann die Prog-Leitung los. Jetzt befindet sich der Controller im Programmiermodus und die Firmware lässt sich in den Speicher programmieren. (075084) wir den Open-Source-GCC-Compiler verwenden. Der Quellcode selbst ist ebenfalls Open-Source und fällt unter die GPL-Lizenz, Version 3. Dadurch können Sie die Software auch selbst anpassen. Der Code ist von [1] und [2] herunterzuladen. Um den Code anzupassen, empfiehlt es sich für Windows, das Paket Winarm zu verwenden [3]. Will man lediglich den zur Verfügung gestellten Code in den Controller programmieren, reicht das flash-tool aus [4]. Dafür ist kein Programmiergerät erforder- Weblinks die Kontakte des Displays hoch oder verwenden Sie Stückchen dünnen Drahts, um das hinzubekommen. Jetzt können wir auch noch die restlichen Bauelemente anbringen. Als Alternative für das Bügeleisen kann auch ein Fixierer aus einem Laserprinter verwendet werden. Für die SMD-Bauelemente ist eine Pinzette sehr empfehlenswert. Verwenden Sie einen Sekundenkleber, um sie zu fixieren. [1] www.elektor.de [2] http://sprite.student.utwente.nl/ ~jeroen/projects/wavedisp [3] www.siwawi.arubi.uni-kl.de/avr_projects/ arm_projects/#winarm [4] www.standardics.philips.com/support/ techdocs/microcontrollers/zip/ flash.isp.utility.lpc2000.zip [5] http://storm.ca/~rheslip/pcbfuser.htm [6] http://sprite.student.utwente.nl/ ~jeroen/projects/fuser Dieser hat eine bessere Druckverteilung und eine konstantere Temperatur, wodurch der Toner besser auf die Kupferschicht übertragen wird. Für eine umfangreiche Beschreibung siehe [5] und [6]. 65 PRAXIS E-BLOCKS Tachometer Von Jean-Paul Brodier sind in Serie geschaltet und leuchten permanent. sen Eingängen liegen zwei IR-empfindliche Fototransistoren als Detektoren, wobei man nicht auf einen speziellen Typ festgelegt ist. Einfache IR-LEDs sind daher als Lichtquelle ideal. Die Ausgabe der Messungen erfolgt über ein drei- oder vierstelliges 7-Segment-LED-Display. Die Detektoren werden mit PORT A des Mikrocontrollers verbunden. Dies geschieht entweder via J2 des Multiprogrammers oder aber über entsprechende Anschlusse auf einer extra Platine des Timers. Die beiden IR-LEDs Unser Timer erfasst die Zeit zwischen zwei Ereignissen: dem Unterbrechen von zwei Lichtschranken. Und wenn man die Entfernung zwischen diesen beiden optischen Schranken kennt, dann ist es für den Timer kein Problem, mit den Regeln von Adam Riese die Geschwindigkeit zu ermitteln. Hardware Die Hardware besteht wie üblich aus einem PIC16F88-Mikrocontroller in der kleinen 18-Pin-Version. An des- Stromversorgung Zum Ausprobieren versorgt man das Multiprogrammer-Board und die Display-Platine mit einem Netzteil. Die beiden IR-LEDs hängt man an den 5-V-Ausgang des Multiprogrammers. Für die eigentliche Platine tut es dann später ein beliebiges kleines Netzteil mit 9 bis 12 V Gleichspannung. Man kann die Schaltung notfalls auch mit +5V R10 T3 14 22k R11 22k 3307 R9 RA0/AN0 2 3 RA3/AN3 RA1/AN1 RA4/T0CK RA2/AN2 T2 17 T1 1 IC1 D2 RB0/INT RB1/RX RB2/TX 2x BP103 D3 K1 RB3/CCP1 T5 RB4/PGM 4 RA5/MCLR RB5 RB6/T1CK RB7/T1O OSC2 6 R1 7 R2 8 R3 9 R4 10 R5 11 R6 12 R7 13 R8 1507 1507 1507 1507 1507 1507 1507 1507 16 8 7 a CA 6 b 4 c 2 d 1 e 9 f 10 g 5 dp OSC1 15 BC547 BC547 LD1 PIC16F88 T4 33p C3 8 7 a CA 6 b 4 c 2 d 1 e 9 f 10 g 5 dp SA52-11EWA 5 3 CA SA52-11EWA LD3 8 7 a CA 6 b 4 c 2 d 1 e 9 f 10 g 5 dp 3 CA SA52-11EWA IC2 +9V...+12V 4MHz LD2 3 CA X1 C4 BC547 18 D1 1N4001 7805 +5V C1 C2 100μ 100n 33p 075085 - 11 Bild 1. Die simple Schaltung des Projekts. Segmente und Anoden der Displays sind mit den Ausgängen von PORT B und A in gleicher Weise wie beim LED-Display-Board aus der E-blocks-Reihe verbunden. 66 elektor - 11/2007 und Timer Geschwindigkeit = Entfernung / Zeit Schon öfter haben wir in dieser Serie die Vorzüge der Software Flowcode beleuchtet. Nun darf schon einmal der Lötkolben vorgeheizt werden, da jetzt ein konkretes Projekt an der Reihe ist: ein Tachometer/Timer. Die passenden Flowcode-Dateien gibt es wie immer auf der Elektor-Website. den 12 V eines Autos via Zigarettenanzünder versorgen. Auf der Platine wird die Versorgungsspannung sowieso mit einem Spannungsregler auf 5 V reduziert. Multiplex-Display Eine Stelle der Anzeige wird durch Ansteuerung der sieben LED-Segmente realisiert. Schon für drei Stellen hätte man es dann aber mit unhandlichen 21 Steuerleitungen (plus Masse) zu tun. Da der kleine Controller aber überhaupt nicht so viele Ausgänge hat, muss eine elegantere Lösung her. Hierzu werden alle Segmentleitungen parallelgeschaltet und die drei einzelnen Displays reihum schnell nacheinander über ihre gemeinsamen Anoden eingeschaltet. Leuchten dann jeweils die richtigen Segmente und geschieht dieses Multiplexing genannte Verfahren schnell genug, dann entsteht durch die Trägheit des menschlichen Auges der Eindruck eines kontinuierlichen Leuchtens. Für drei Stellen benötigt man so aber nur 7 + 3 = 10 Steuer- leitungen. Das ist mit dem vorgesehenen Mikrocontroller dann auch leicht zu realisieren. Die Segmente werden durch die Leitungen von Port B und die jeweiligen Anoden der Displays durch Port A gesteuert. Genug Strom für die Anoden erhält man von über als Emitterfolger geschalteten NPN-Transistoren. Das Eblocks-Board enthält schon Schutzwiderstände in den Basisleitungen der Transistoren und zusätzliche Pulldown-Widerstände, damit auch bei offenen Eingängen definierte Zustände Bild 2. Schaltung des vierstelligen LED-Display-Boards aus der E-blocks-Reihe (Quelle: Matrix Multimedia). 11/2007 - elektor 67 PRAXIS E-BLOCKS Fotoelektrische Barriere Listing 1. Die „Multiplexing“-Interrupt-Routine /*Enter C code after these comments */ FCV_RANG = FCV_RANG + 1; FCV_RANG = FCV_RANG % 3; ^ switch(FCV_RANG) { case 0 : FCV_NUMBER = FCV_ONES; FCV_ANODES = 1; break; case 1 : FCV_NUMBER = FCV_TWELVES; FCV_ANODES = 2; break; case 2 : FCV_NUMBER = FCV_HUNDREDS; FCV_ANODES = 4; break; } switch(FCV_ NUMBER) { case 0 : FCV_SEGMENTS = 0x3F; case 1 : FCV_SEGMENTS = 0x06; case 2 : FCV_SEGMENTS = 0x5B; case 3 : FCV_SEGMENTS = 0x4F; case 4 : FCV_SEGMENTS = 0x66; case 5 : FCV_SEGMENTS = 0x6D; case 6 : FCV_SEGMENTS = 0x7C; case 7 : FCV_SEGMENTS = 0x07; case 8 : FCV_SEGMENTS = 0x7F; case 9 : FCV_SEGMENTS = 0x67; } FCV_SEGMENTS = ~FCV_SEGMENTS; /* /* /* /* /* /* /* /* /* /* 0111111 0000110 1011011 1001111 1100110 1101101 1111100 0000111 1111111 1100111 */ */ */ */ */ */ */ */ */ */ break; break; break; break; break; break; break; break; break; break; herrschen. In der endgültigen Variante mit eigener Platine können alle diese Widerstände problemlos entfallen. In diesem Projekt reicht eine dreistellige Anzeige (Bild 1) aus. Für Experimente und Tests mit dem 7-Segment-LED-Board (EB-008-00-1) aus der E-blocks-Reihe werden wie in Bild 2 gezeigt nur drei der vier Stellen beschaltet. klariert. Es werden nur globale Variablen deklariert, auf die deshalb in allen anderen Programmteilen zugegriffen werden kann. Das ist zwar kein idealer Programmierstil, für so ein kleines Projekt aber verzeihlich. Die Variablen für Zeit und Geschwindigkeit werden zunächst gelöscht und die drei Displays zeigen „888“, was gleichzeitig als Display-Test fungiert. Wie schon in anderen Projekten zuvor wird das Umschalten der Displays bzw. das Multiplexing durch eine Interrupt-Routine erledigt. Der Interrupt wird durch einen Überlauf von TIMER0 getriggert. Die Routine liest zunächst die darzustellende Ziffer ein, schaut die zugehörige Kombination an Segmenten in einer Tabelle nach und steuert damit die Leitungen von PORT B. Zum Schluss wird noch via PORT A die richtige Anode aktiviert. Die drei darzustellenden Ziffern werden von den Berechnungsalgorithmen in den drei Variablen ONES, TWELVES und HUNDREDS abgelegt. Die sich hinter dem Label „Multiplexing’ verbergende Interrupt-Routine enthält mit dem Makro „Multiplex“ (siehe Listing 1) ein Stück Code, das in C geschrieben ist. Die binären Werte für die Display-Segmente a…g beginnen von rechts. Um ein Segment leuchten zu lassen, muss der Anschluss (Segmentanschlüsse sind Kathoden) auf „low“ gezogen werden. Hierzu manipuliert man die Variable SEGMENT mit dem Tilde-Operator (~). Flowcode kann mit binären Zahlen umgehen, nur der C-Compiler streikt hier, weshalb mit hexadezimaler Darstellung vorlieb genommen wird. Der Dezimalpunkt ist zwar angeschlossen, wird in diesem Projekt aber ignoriert. Das MSB (most significant bit) ist immer null. Variablendeklaration Die Variablen werden bei der Initialisierung am Beginn des Programms de- 68 Jede konventionelle Lichtschranke braucht einen Sender und einen Empfänger. Das hier eingesetzte Licht ist infrarot, was schlicht daran liegt, dass gängige Fototransistoren in diesem Bereich am empfindlichsten sind. Prinzipiell aber könnte man auch mit sichtbarem Licht operieren. Die notwendige Verdrahtung entnimmt man der Schaltung von Bild 1. Für eine sinnvolle Lichtführung und Abschirmung von Streulicht werden Sender und Empfänger in kleine 2 bis 3 cm lange Röhrchen geklebt. Man kann kleine Messing- oder Kunststoffröhrchen verwenden oder einfach wie abgebildet ein Stück Papier um einen 5-mmBohrer wickeln und verleimen. Wenn möglich nimmt man hierzu schwarzes Papier oder dünnen Karton. Für je zwei Sender und Empfänger benötigt man vier Röhrchen. Jeweils ein Paar (Sender und Empfänger) sollten dann möglichst präzise aufeinander ausgerichtet sein. Da nur geringe Ströme fließen, reichen recht dünne Anschlusslitzen aus. Das Unterbrechen einer Lichtschranke wird durch einen Pegelwechsel an den PORT-A-Eingängen detektiert. Wenn ein Fototransistor seine LED nicht mehr sieht, wird der zugehörige Eingang des Controllers „high“. Auf so ein Ereignis der ersten Lichtschranke (Pin 2, RA3) wird in der Eingangsschleife der Software gewartet. Die Schleife wird dann nach dem Unterbrechen der zweiten Lichtschranke (Pin 3, RA4) wieder verlassen. Zeitnahme Zeiten werden über einen Schleifenzähler gemessen. Nach Unterbrechung des ersten Lichtstrahls wird der Zähler TIME auf Null gesetzt und bei jedem Schleifendurchlauf inkrementiert. Das Unterbrechen des zweiten Lichtstrahls stoppt die Schleife. Während dieser Zeitspanne würde die Routine für TIMER0 den Zählprozess stören, weshalb während der Zeitnahme das Multiplexen durch Deaktivierung des Interrupts und der DisplayAnoden unterbrochen wird. Solange bleibt die Anzeige also ausgeschaltet. Zeitanzeige Nach der Zählschleife befindet sich die „genommene“ Zeit in der Variablen TIME. Wenn Pin 4 (RA5) von PORT A „high“ ist, wird deren Wert auf den drei LED-Displays angezeigt. elektor - 11/2007 Die Funktion von RA5 (MCLR) wird durch die Konfiguration via „Puce“, „ConBildr“ bzw. „PICmicro Configuration (expert)“ festgelegt. Jeder Schleifendurchlauf entspricht 39 μs. Die benötigte Zeit ergibt sich also aus der Schleifenzahl multipliziert mit der Schleifenzeit. Während des normalen Betriebs ist Pin RA5 „low“. Weg / Zeit Als zurückgelegter Weg gilt die Distanz der beiden Lichtschranken. Bei unseren Tests betrug dieser Abstand 24 cm. Man könnte nun die Geschwindigkeit in cm/s angeben, doch ist diese Einheit eher ungebräuchlich. Von daher wird die Geschwindigkeit in die üblichen km/h umgerechnet: Abstand / Zeit in Sekunden × 3.600. Bild 3. Optische Abschirmung der Fototransistoren: Ein Papierstreifen wird um einen 5-mm-Bohrer gewickelt und mit etwas Kleber fixiert. Skalierung Wenn man das Projekt zur Messung der Geschwindigkeiten bei einer Autorennbahn mit Modellen einsetzt, kommen keine wirklich imposanten Werte dabei heraus. Von daher empfiehlt sich die Multiplikation mit einem Faktor, der dem Maßstab der Modellautos entspricht: Bei 1:32 sollte man also einen Faktor von 32 verwenden. Die nun angezeigt Werte sind dann immerhin dreistellig! Anzeige Die erforderlichen Berechnungen folgen direkt auf die Zeitschleife. Die resultierende hexadezimale Zahl wird in drei dezimale Zahlen für die Variablen ONES, TWELVES und HUNDREDS umgewandelt und dann von der InterruptRoutine zur Anzeige gebracht. Die pro Stelle darstellbaren Ziffern von 0...9 werden durch eine Kombination der LED-Segmente a...g realisiert, die in einer Liste - der so genannten Zeichentabelle - im Speicher gehalten werden. Um die Ziffer n anzuzeigen, wird das Byte n aus der Tabelle kopiert und auf den Ausgang PORT B übertragen. der Strecke ändert. Solange auf dieser kurzen Strecke also kein Überholmanöver stattfindet, wird das zweite Fahrzeug schlicht ignoriert. Falls aber das zweite Auto die erste Lichtschranke passiert, wenn das erste die zweite Lichtschranke gerade verlassen hat, wird die Anzeige für das erste Auto nur kurz aufblinken und kaum richtig abgelesen werden können. Beim Start unseres Tachos/Timers befindet sich die Variable TEMPS in einem zufälligen Zustand, sodass ihr Wert auch Null sein könnte. Damit aber keine Division durch Null passiert, wird wie schon erwähnt die Anzeige „888“ ausgegeben. Erst nach der ersten richtigen Messung werden reale Geschwindigkeitswerte angezeigt. (075085-I) Logikprobleme? Da die Lichtschranken bei einer Modellrennbahn gleich beide Spuren abdecken, kann es vorkommen, dass sich zwei Autos zugleich in der Messstrecke befinden. Theoretisch gibt das kein Problem, solange sich die Reihenfolge der Modelle nicht innerhalb 11/2007 - elektor Bild 4. Einer der fertig montierten Fototransistoren (mindestens ein Anschlussdraht muss isoliert sein), der mit Hilfe von Heißkleber fixiert wurde. 69 TECHNIK CAD Jedermann-CAD Entwickeln mit KiCad Von Rémy Halvick Mit der November-Ausgabe 2006 präsentierten wir allen ELEKTOR-Lesern eine kostenlose DVD, die eine große Sammlung an CAD-Software enthielt. Darunter befand sich auch das besonders vielseitige Programm KiCad. Es handelt sich dabei um ein unter GPL stehendes Software-Paket, das für Linux, Windows und sogar Mac OS X verfügbar ist. Und das sogar auf Deutsch! Die Zeiten, in denen ein Elektroniker – ob Profi oder Amateur – eine Schaltung mit Bleistift (und Radiergummi) entwirft, sind eigentlich Geschichte. Aufgrund der hohen Preise der ersten CAD-Pakete wie Orcad oder Protel wurden diese zu Anfang zwar hauptsächlich im professionellen Sektor eingesetzt. Doch mit dem Fortschritt und der Zeit sanken die Preise nicht nur für Hardware, sondern auch für Software. Heutzutage ist man durch leistungsfähige Software zum kleinen Preis verwöhnt. Für manche Produkte werden sogar kostenlose Trial-Versionen angeboten, deren Beschränkungen nicht so gravierend sind, als dass sie nicht doch für den Hobby-Gebrauch ausreichen würden. Manchmal aber lassen Zeit- oder Funktionsbeschränkungen wirklich nur ein reines Ausprobieren zu. Ganz anders KiCad. Diese Software wurde von Professor Jean-Pierre Charras von der Joseph-Fourier-Universität in Grenoble entwickelt. Sein Motiv war nach eigener Aussage der Unterricht in der Programmierung mit C++. Die ersten Vorabversionen stammten von 1992 und liefen noch unter DOS. Aktuelle Versionen können von den Webseiten der Uni herunter geladen werden (siehe Weblinks). Neben Windows (98, 2000 und XP) werden eine ganze Reihe weiterer Betriebssysteme unterstützt: So gibt es Mandriva- und CentOS-Distributionen. In der Debian-Distribution ist KiCad (dank der Arbeit einiger Fans dieser Software) sogar schon komplett enthalten. Weitere begeisterte Anwender haben den KiCad-Source-Code auf zahlreiche andere Plattformen wie Solaris und FreeBSD portiert. Bei Apples OS X gibt es (noch) Probleme. Obwohl 70 man KiCad auch hierfür kompilieren kann, gibt es einen Bug der grafischen Bibliothek „Open Source wxWidgets“, auf die der Code von KiCad aufsetzt. Drücken wir den OS-X-Usern die Daumen, dass dieser Bug bald gefixt ist. Das grafische User-Interface (GUI) von KiCad ist in den folgenden Sprachen verfügbar: Französisch (ursprüngliche Sprache), Englisch, Deutsch, Spanisch, Portugiesisch, Italienisch, Slowenisch und Ungarisch. Die Bedienungsanleitungen liegen bereits in vier wichtigen Sprachen vor; im Moment wird an den Übersetzungen in deutsche, ungarische, polnische, koreanische und russische Versionen gearbeitet. Tutorials gibt es zur Zeit nur in Französisch, Englisch und Portugiesisch/Brasilianisch. Wie üblich in der Open-Source-Szene wurde die ganze Arbeit von Freiwilligen erledigt und kostenlos zur Verfügung gestellt. Auch wenn es sich bei KiCad nicht um ein so komplexes Software-Paket handelt wie bei Orcad oder Altium, verfügt diese Software doch über bemerkenswerte Qualitäten, wie die abgedruckten Bildschirmfotos beweisen. Die grafische Oberfläche ist durchdacht und intuitiv. Die Einarbeitung ist dank Drei-Tasten-Maus-Bedienung relativ einfach und die Shortcuts zur Bedienung via Tastatur sind logisch und einprägsam. Die Ausgabe kann in verschiedenen gebräuchlichen Formaten erfolgen: Neben normalem Druck kann man Postscript-, Gerber-, Drill- und Pickand-Place-Dateien erzeugen. Das KiCad-Software-Paket besteht aus folgenden Modulen: • KiCAD: Projekt-Manager, mit dem man die anderen Programme starten kann. • EeSchema: Einfaches oder hierarchisches Zeichnen von Schaltplänen. elektor - 11/2007 • CVPCB: Für die Platzierung der Bauteile aus der Schaltung in virtueller Form auf der Platine. • PCBNEW: Entwurf des eigentlichen Platinen-Layouts. • Gerbview: Anzeigen von erzeugten Gerber-Dateien. Installation Wie schon erwähnt findet man KiCad auf der DVD, die der Novemberausgabe 2006 von ELEKTOR beigelegt war. Neuere Versionen kann man von den am Schluss des Artikels aufgeführten Webseiten downloaden. Zum Zeitpunkt der Artikelentstehung stammte die neueste Version vom 25. Mai 2007. Die Archive im „.tgz“- bzw. „.zip“-Format sind um die 75 MB groß. Vor der Installation sollte man das Archiv entpacken und einen Link zur ausführbaren Datei im Verzeichnis X:\kicad\winexe oder /usr/local/kicad/linux erstellen. Das war schon alles. Bei Windows XP reicht gar ein Doppelklick auf den entpackten Installer. Bild 1. KiCad ist ein an Projekten orientiertes CAD-Paket für Schaltpläne und Platinen. KiCad Mit dem KiCad-Projekt-Manager (Bild 1) kann man ein neues Projekt starten oder ein bestehendes Projekt auswählen. In solchen Projekten sind dann Schaltpläne und Platinen enthalten. An dieser Stelle kann auch die gewünschte Sprache für die Programm-Oberfläche und die integrierte Hilfe ausgewählt werden. EeSchema Mit EeSchema (Bild 2) kann man sowohl einen einfachen Schaltplan zeichnen als auch komplexere Schaltpläne in einer Art Baumstruktur hierarchisch anlegen. Das Bildschirmfoto gibt einen Eindruck von der Einfachheit der Oberfläche, die dennoch die nötige Funktionalität aufweist. Die Menüzeile hat drei Sektionen: Datei, Extras und Hilfe. Neben den üblichen Öffnen/Sichern/Drucken-Einträgen (wobei das gebräuchliche Öffnen hier als Laden und das Sichern als Speichern firmiert) kann man unter dem Eintrag Plotten auch Postscript-, HPGL- und SVG-Dateien ausgeben. Im Extras-Menü lassen sich die gewünschten Bibliotheken auswählen (in ihnen sind die Daten und Spezifikationen der verfügbaren Bauteile enthalten) und eine Anzahl weiterer Einstellungen wie Farbe, Schriftart, Display- und Raster-Auflösung, Ausrichtung und die Schrittweite für Positionierungen einstellen. Man kann all diese Optionen zwar beliebig verstellen, doch in den meisten Fällen sind die Voreinstellungen passend. Das Hilfe-Menü ist konventionell aufgebaut. Drei Piktogramm-Reihen erlauben den Zugriff auf die gebräuchlichsten Werkzeuge. Mit den Optionen auf der linken Seite kann man die Darstellung verändern: Display-Raster, Maßeinheit der Auflösung (Millimeter oder Zoll), Cursor-Form, Ausrichtung der Linien (in Schritten von 45° oder frei). Mit dem Piktogramm (A) lassen sich die verborgenen Hilfslinien der Bauteile sichtbar machen. (Anmerkung: Aufgrund der kleinen Abmessungen der Piktogramme werden diese in Bild 8 vergrößert dargestellt und im Text darauf mit Referenz-Buchstaben Bezug genommen. Beim Piktogramm H handelt es sich um ein doppeltes Piktogramm.) Die obere Reihe enthält verschiedene Werkzeuge, nämlich Datei-Werkzeuge (Öffnen, Sichern), ein Tool zum Ändern der Seiteneinstellungen (B) (A4 bis A0 und A bis E 11/2007 - elektor Bild 2. EeSchema, die Zeichenabteilung für Schaltpläne. Bild 3. Wenn das benötigte Spezial-Bauteil nicht in einer Bibliothek aus dem Internet enthalten ist, dann kann man dieses Bauteil mit Libedit selbst anlegen. Bild 4. CVPCB: Zuordnung von Gehäusen zu Bauteilen. 71 TECHNIK CAD plus ein durch den Anwender definiertes Format) und die verschiedenen Bestandteile eines Schaltplans. Die neueste Version von KiCad bzw. EeSchema hat endlich auch eine Undo/Redo-Funktion. Zwei weitere Piktogramme betreffen die Libedit bzw. den Umgang mit Bibliotheken (Bild 3). Man kann hier auch eigene Spezial-Symbole kreieren, die man in einer speziellen Schaltung benötigt. Nach den Standard-Werkzeugen (Ausschneiden, Kopieren und Einsetzen) sowie Drucken kommen die Piktogramme für CVPCB und PCBnew. Die vier folgenden Werkzeuge haben mit der Anzeige zu tun. + und – zoomen entsprechend, dann gibt es eine Funktion zum Neuzeichnen und eine Autozoom-Funktion, wodurch die Darstellung an die Fenstergröße angepasst wird. Diese Funktionen sind zusätzlich über die Funktionstasten F1 bis F4 zugänglich. Wenn eine Schaltung groß und unübersichtlich wird, kann man bestimmte Bauteile via Suchfunktion (C) finden. Mit dem Piktogramm (D) kann man eine Netzliste in verschiedenen Formaten erzeugen. Mit Hilfe eines selbst gestrickten Plug-Ins kann man sogar sein eigenes Ausgabeformat realisieren. Bevor man dann Ausgabedateien erzeugt, sollten die Bauteile alle nummeriert sein, was man auch mittels (E) automatisch erledigen kann. Das vorletzte Werkzeug (F) in der oberen Reihe ist der so genannte Design Rules Check (DRC). Sein Prinzip ist wie folgt: Alle Bauteil-Anschlüsse werden schon beim Zeichnen als Eingang, Ausgang, Open-Kollektor-Ausgang, 3-State-Ausgang etc. spezifiziert. Die DRC-Funktion testet nun, ob keine Ausgänge mit einer Leitung der Versorgungsspannung verbunden und keine offenen Eingänge vorhanden sind und Ähnliches. Die durchzuführenden Tests kann man selbst definieren und passende Meldungen wie Fehler, Warnung oder ‚kein Fehler’ ausgeben lassen. Mit diesen Tests reduzieren sich Platinenfehler und vergessene Leitungen deutlich. Das letzte Piktogramm ruft eine Liste mit Bauteilen auf, die man in eine Excel-Tabelle importieren kann. Es handelt sich also um die Generierung einer Stückliste, die einem bei der Bauteil-Beschaffung hilft. Die rechte Piktogramm-Spalte enthält diverse Zeichenwerkzeuge. Hier kann man Bauteile, Leitungen oder ganze Bus-Pfade sowie Label, Kommentare und andere Verschönerungen hinzufügen, welche die Lesbarkeit der Schaltung verbessern. Die übrigen Befehle und Werkzeuge sind dann via Kontext-Menü über die rechte Maustaste zugänglich. Eine der Stärken von KiCad ist eben genau die Aufgeräumtheit und Ordnung der Oberfläche. Man hat aktuell nicht alles Mögliche, sondern nur die momentan notwendigen Werkzeuge zur Verfügung. Das ist gleichzeitig auch der große Unterschied zu den Schwergewichten unter den CAD-Paketen, die zum Teil eine langwierige Einarbeitung erfordern und bei lediglich gelegentlicher Nutzung den Anwender überfordern. Kontext-Menüs vereinfachen Vieles. Klickt man beispielsweise mit der rechten Maustaste auf ein Bauteil, dann ergeben sich folgende Möglichkeiten: Verschieben, Ausrichten, Bearbeiten, Kopieren oder Ersetzen eines Bauteils. Hinzu kommen Zoom-Funktionen sowie die Optionen zu Neuberechnung und Skalierung. Per Maus-Drag kann man auch einen Bereich eines Fensters markieren und die so erfassten Bauteile intuitiv selektieren. Die Statuszeile unten am Fenster informiert über den Zoom-Faktor sowie absolute und relative Koordinaten des Cursors. Außerdem gibt sie die gewählte Einheit an (Zoll oder Millimeter). 72 CVPCB Mit CVPCB, das aus EeSchema oder KiCad heraus zugänglich ist, kann jedes Bauteil bzw. Element der Netzliste mit einem Gehäuse verknüpft werden (Bild 4). Neben den mitgelieferten Standard-Bibliotheken (für „normale“ Bauteile und SMDs) kann man auch weitere aus dem Internet herunter laden. Wenn man KiCad intensiv nutzt, dann kann es Sinn machen, automatische Koppelungen zwischen Bauelementen und Gehäusen zu erstellen und so den ganzen Vorgang soweit wie möglich zu automatisieren. PCBNew Zu PCBNew springt man aus dem KiCad-Projekt-Manager oder direkt via Piktogramm (G) (Bild 5). Diese LayoutSoftware für Platinen ist stark an EeSchema angelehnt und trotz großem Leistungsumfang genau so einfach strukturiert und schnell zu erlernen. Es sind 16 Kupferlagen und zwölf technische Ebenen (Lithografie, Lötstopplack etc.) möglich. Die Genauigkeit der Positionierung liegt bei 1/10.000 Zoll. Funktionen wie DRC und ein sehr leistungsfähiger Autorouter – allerdings nur für einseitige Platinen – sind ebenfalls vorhanden. Insgesamt also die richtige Mischung für die gelegentliche Nutzung durch Hobby-Elektroniker. Hinzu kommt noch die eindrucksvolle 3D-Ansicht der Platinenoberfläche zur visuellen Kontrolle (siehe Bild 6). Wie schon erwähnt sind ähnliche Kontext-Menüs wie bei EeSchema vorhanden. Man muss sich also nicht komplett umgewöhnen. Hinzu kommen zwei Modi: Platzieren (H links) und Leiterbahnen legen (H rechts). Die Kontext-Menüs sind selbstverständlich auch abhängig vom gerade aktiven Modus. Via Datei-Menü und den Voreinstellungen legt man fest, ob die Platinen-Daten als PostScript-, HPGL-, Gerber-274Xoder Excellon-Datei ausgegeben werden sollen und welcher Drucker als Standard ausgewählt ist. Im Menü Formatierungen werden die Standard-Werte der Leiterbahnbreite, der Abmessungen von Lötaugen und der Textgröße festgelegt. Unter Sonstiges gibt es noch ein paar spezielle Hilfsmittel für das Layouten von Platinen. Drei Postprozessoren generieren Dateien mit Koordinaten, Bauelementen und Bohrungen, mit Hilfe derer Auftragsfertiger die Platine herstellen können. Das 3D- und das HilfeMenü erklären sich selbst. Die Piktogramme am linken Rand des Fensters haben vor allem die optimale Darstellung zum Ziel: Raster, Koordinaten in der Status-Zeile, Einheiten, Cursor-Form, Ein- und Ausblenden von Linien und Bauteilen und die Darstellung von Lötaugen und Leiterbahnen sowie die Anzeige in hohem Kontrast, was für Platinen mit mehreren Lagen und vielen Leiterbahnen sehr hilfreich ist. Die obere Piktogramm-Reihe entspricht weitgehend der von EeSchema. Außerdem kann man hier den BauteileEditor aufrufen für den Fall, dass man ein spezielles Bauteil erstellen muss, das in keiner der verfügbaren Bibliotheken enthalten ist. Die Arbeitsweise entspricht weitgehend dem Bauteile-Editor von LibEdit. (D) ist der eigentliche Startpunkt einer neuen Platine: das Einlesen der Netzliste. Alle so importierten Bauteile liegen dann auf einem Haufen. Nun wählt man den PlatzierungsModus (I), um die Bauteile etwas auseinander zu legen, indem man sie Stück für Stück packt und sortiert an einer anderen Stelle ablegt. Man kann auch ganze BauteilGruppen selektieren und verschieben. Wenn man die elektor - 11/2007 Abmessungen der Platine festgelegt hat (mit der PlatinenKontur eine geschlossene Linie erstellen) kann man auch mal einen Versuch wagen und die Bauteile automatisch platzieren lassen. Dabei wird auf kurze Leiterbahnen hin optimiert. Vor allem die mögliche Interaktivität ist beim halbautomatischen Platzieren sehr nützlich. Das Piktogramm (J) steht für den Leiterbahn- bzw. RoutingModus. Wenn man mit einseitigen Platinen arbeitet (auf der einen Seite die Kupferfläche mit den Leiterbahnen plus SMDs und auf der Bestückungsseite nur die NichtSMD-Bauteile ohne zusätzliche Leiterbahnen), dann kann die Auto-Routing-Funktion die Arbeit sehr vereinfachen. Für die Optimierung von Hand lassen sich auto-geroutete Leiterbahnen natürlich auch verändern, verlegen und löschen sowie neue Leiterbahnen hinzufügen. Nach einem Verschieben von Bauteilen kann man selbstverständlich auch einen neuen Lauf des Auto-Routers starten. Für die Luftlinien (Ratsnest) ist (K) zuständig (siehe Bild 7). Wenn Drahtbrücken notwendig sein sollten, werden diese auf der Bestückungsseite platziert (in Bild 6 sind diese rot gezeichnet). Wenn die Platine fertig geroutet ist, dann kann man noch Markierungen zur Zentrierung, Abmessungen spezieller Bauteile und etliche andere grafische Symbole wie Logos, Versionen, Copyright-Hinweise und Ähnliches anbringen. Zum Schluss sollte natürlich noch der DRC gefahren werden, um eventuelle vergessene Anschlüsse und RoutingFehler wie Kurzschlüsse zu finden. Eine Überprüfung durch den Anwender ersetzen die Automatiken allerdings nicht vollständig. Jetzt muss man die Platine nur noch ausdrucken oder plotten. Nachdem man den richtigen Skalierungsfaktor ermittelt hat, um einen 1:1-Ausdruck zu realisieren, kann man die Kupferfläche auf Transparentfolie ausgeben, um selbst eine Platine zu ätzen. Lässt man die Platine fertigen, kann man sich die Ausdrucke sparen und dem Hersteller einfach die dafür nötigen Dateien übermitteln. Bild 5. Mit PCBNew wird die Platine entworfen. Bild 6. Die 3D-Darstellung des in ELEKTOR veröffentlichten Kapazitätsmessgeräts. Fazit KiCad ist eine echte Bereicherung für das anspruchsvolle Hobby-Labor. Das Design anspruchsvoller Schaltungen mit entsprechend komplexen Platinen wird durch KiCad sehr erleichtert und im Falle von Problemen steht einem bestimmt jemand aus dem Anwender-Forum (siehe Weblinks) zur Seite. Man muss nicht einmal Platinen designen: Selbst als reines Zeichen-Werkzeug für Schaltpläne erweist sich so eine Software als nützlich. Gegenüber einer Freihand-Skizze auf Papier fallen einem aufgrund der größeren Systematik und Ordentlichkeit einer CAD-Zeichnung Schaltungsfehler eher auf - alleine das rechtfertigt den Aufwand. (060373-I) Weblinks Bild 7. Luftlinien als weiße Linien dargestellt. KiCAD-Webseiten: www.gipsa-lab.inpg.fr/realise_au_lis/kicad/index.html http://iut-tice.ujf-grenoble.fr/kicad/index.html User-Group: http://groups.yahoo.com/group/kicad-users Bibliotheken, Anleitungen: www.kicadlib.org KiCadWiki: http://kicad.bokeoa.com/wiki/index.php/Main_Page Hilfsprogramme: www.rohrbacher.net/kicad/quicklib.php 11/2007 - elektor Bild 8. Die wichtigsten Piktogramme (Originalgröße 16 x 16 Pixel). 73 INFO & MARKT HDTV Konkurrenz für BluEin Test des ersten HD-VMD-Spielers Von Guy Raedersdorf Mit etwas Glück bekamen wir ein Exemplar des ersten High-Definition-Players in die Hand, den der englische Hersteller NME auf den Markt bringt. Das brandneue Gerät trägt noch das Label: „DEMONSTRATION UNIT - NOT FOR SALE“. Wir berichten hier über unsere Eindrücke von dieser Marktneuheit. 74 Der Preis dieses so genannten „HD-VMD“-Spielers liegt mit ab rund 200 Euro deutlich unter denen vergleichbarer Produkte der Konkurrenz. Namentlich sind das Player für die Blu-ray-Disk (zum Beispiel von Sony) sowie die HD-DVDPlayer (zum Beispiel von Toshiba), für die man zwischen 500 und 1500 Euro berappen muss. Zu den Verfechtern der HD-DVD gehört übrigens auch Microsoft mit seiner allseits bekannten Xbox. schichten untergebracht werden können. Einseitige Disks haben dank dieser Multilayer-Technik Kapazitäten bis 20 GB (vier Layer zu 5 GB). Nach Angaben des Herstellers NME sind mit dem Prozess sogar Kapazitäten von 24, 30, 40 und sogar 48 GB realisierbar (maximal acht Layer zu 6 GB). Die Kapazität solcher HD-VMD-Disks entspricht ungefähr drei Stunden Kinofilm im High-Definition-Format. Anzumerken ist, dass andere HD-Formate ebenfalls die Multilayer-Technik anwenden. Technik Erster Test Der Player des englischen Herstellers NME (New Medium Enterprises) nimmt für sich in Anspruch, in der Auflösung der Konkurrenz nicht nachzustehen. Außer mit dem hauseigenen Format, der HD-VMD (Versatile Multilayer Disk), kann das Gerät auch mit anderen verbreiteten Formaten wie DVD, EVD, VCD und CD einschließlich zugehöriger -R und -RW-Versionen umgehen. Unser Testgerät war mit herkömmlichen Video-Ausgängen wie Composite-Video und S-Video ausgestattet, darüber hinaus war auch ein Component-Video-Ausgang für die Wiedergabe im HD-Format vorhanden. Die Geräte, die demnächst auf den Markt kommen, werden auch über einen HDMI-Ausgang verfügen. 5.1-Surroundsound ist an analogen Ausgängen abzugreifen. Digitale Audio-Signale liegen sowohl an einem optischen als auch an einem koaxialen Ausgang an. Im Gegensatz zu den Konkurrenzformaten werden die Datenträger beim HD-VMD-System mit einem roten Laser abgetastet. Das von NME entwickelte System stützt sich auf das bereits etablierte DVD-Format. Dadurch kann das HD-VMDLaufwerk ältere Disk-Formate (CD und DVD) unkomplizierter lesen. Für die Industrie hat das den Vorteil, dass sich die Produktion von HD-VMD-Spielern und HD-VMD-Disks nicht grundlegend von der konventionellen DVD-Herstellung unterscheidet. Es liegt klar auf der Hand, dass sich dieses Konzept günstig auf die Produktionskosten auswirkt. In diesem Zusammenhang erscheint uns noch bemerkenswert, dass zukünftig alle DVD-Spieler von Asus auch HD-VMD-Disks abspielen können. NME erhielt ein Patent auf einen „NME 2P“ genannten Produktionsprozess, mit dem auf DVDs mehr als zwei Träger- Der HD-VMD-Spieler, den uns NME zur Verfügung stellte, präsentiert sich in modernem, zeitnahem Gewand. Das Gerät mit seiner weißen Ober- und Unterseite und seinen schwarzen Vorder- und Seitenfronten erinnert spontan an den Stil der i-Pods. Die Bedienelemente sind oben an der Vorderkante angeordnet, darunter befindet sich die flache DVD-Schublade zusammen mit dem Display. Für einen ersten Test haben wir den HD-VMD-Spieler an ein HDReady-TV-Gerät (KDL 40V2000 von Sony) angeschlossen, und zwar über den Component-Video-Ausgang. Bildquelle waren drei Demo-Disks, die NME dem HD-VMDSpieler beigelegt hatte. Schon die ersten auf dem Schirm erscheinenden HD-Bilder konnten uns überzeugen. Die Bildqualität war exzellent, sie stand der Qualität anderer getesteter HD-Spieler in nichts nach. Vermutlich wird die endgültige Version dieses HD-VMD-Players mit dem dann vorhandenen HDMI-Ausgang noch höhere Qualität bieten. Nach Angaben von NME soll der Marktstart des Geräts in Europa in diesem Herbst stattfinden und der Preis für das günstigste Gerät 179 Euro betragen, überprüfen konnten wir das vor unserem Redaktionsschluss allerdings nicht mehr. Die HD-VMD-Disk wird in einer neuartigen Hülle auf den Markt gebracht, die an mehreren Punkten verschweißt ist. Bevor die Disk der Hülle entnommen werden kann, müssen die Versiegelungspunkte gebrochen werden. Dadurch erhält der Käufer die Gewähr, dass er ein fabrikneues Disk-Exemplar in Händen hält. Wie schon erwähnt, lagen dem von uns getesteten Gerät drei HD-VMD-Disks bei. Eine Disk enthielt diverse Demonstrationen, unter ihnen prächtige Landschaftsaufnahmen sowie elektor - 11/2007 -ray und HD-DVD eine eindrucksvolle Szene aus einem chinesischen Spielfilm. Auf der zweiten Disk fanden wir einen technisch hochqualitativen Kinderfilm vor, und die dritte Disk erfreute uns mit einem amerikanischen Musical in gleich guter Qualität. Der HD-VMD-Spieler hat eine Upscale-Funktion, die zur Steigerung der Auflösung von Standard-DVDs dienen soll. Die Upscale-Funktion konnte uns leider nicht voll überzeugen. Ein vergleichsweise preisgünstiger Sony-DVD-Spieler vom Typ DVP-NS76H lieferte deutlich bessere Bildqualität ohne sichtbare Artefakte. Hier hat NME also noch einiges nachzubessern. den konkurrierenden Systemen HD-VMD, Blu-ray-Disk und HD-DVD fällt nicht leicht. Hinzu kommt, dass die Anzahl der auf HD-Disks erhältlichen Titel bisher gering ist. Ob sich die HD-VMD, die Blu-ray-Disk und die HD-DVD nun einen erbitterten Konkurrenzkampf liefern werden, ist noch längst nicht sicher. Die Frage ist, ob auch der Konsument bereit ist, von der Standard-DVD dauerhaft auf ein HD-Format umzusteigen. (070245)gd Weblink: www.nmeinc.com Innenansichten Natürlich konnten wir nicht der Versuchung widerstehen, einen Blick hinter die Kulissen zu werfen. Das Erste, das uns im Inneren ins Auge fiel, war die ungewöhnliche Kombination der Platinen. Während die Hauptplatine rechts im Gehäuse (siehe Foto) in zeitgemäßer SMD-Technik ausgeführt ist, muten die Stromversorgung und die Kopfhörer-Schaltung (rechts unten) reichlich konventionell an. Die Stromversorgung ist ungewohnt einfach konstruiert. Auffallend ist auch eine größere Induktivität zwischen dem Laufwerk (in der Mitte) und der Hauptplatine. Natürlich darf nicht vergessen werden, dass es sich bei unserem Gerät um ein Exemplar aus einer Vorserie handelte. Die endgültige, demnächst auf dem Markt erhältliche Version kann von dem Vorserien-Modell mehr oder weniger deutlich abweichen. Fazit Der Markterfolg dieses Produkts und des neuen HD-VMD-Formats dürfte stark von der Anzahl der Titel abhängen, die auf HD-VMDs erhältlich sein werden. Selbstverständlich haben auch die Gerätepreise und die Preise der HD-VMD-Disks wesentlichen Einfluss auf die Marktakzeptanz. Zurzeit ist bei potentiellen Käufern von HD-Produkten ein eher abwartendes Verhalten zu beobachten. Die Entscheidung zwischen 11/2007 - elektor 75 INFO & MARKT TEST LogicSim Ein freier Logik-Simulator in Java Von Jack Powers und Ausprobieren bei der Übersetzung eines Designs in reale Elektronik nötig. LogicSim wurde unter der „GNU Public License“ veröffentlicht, weshalb der Java-Source-Code kostenlos herunter geladen und modifiziert werden darf. Die entsprechende ZIP-Datei gibt es auf der Webseite des Autors; www.tetzl. de. Das folgende bezieht sich auf die Version 2.3.2 vom 13.6.2007, die mit einigen Neuerungen aufwartet. Entpackt kommt ein Verzeichnis zum Vorschein, das die Applikation „LogicSim.jar“, einige Beispiel-Schaltungen und die Dokumentation in Form von HTML-Dateien beinhaltet. Das mit zwei Seiten recht kurze Manual gibt es in englischer, französischer, italienischer und deutscher Sprache. LogicSim selbst kann unter „Settings“ (voreingestellt ist englisch) ebenfalls auf eine der vier Sprachen eingestellt werden. Hinzu kommt für das Symbol-Format die Auswahl zwischen „IEC“ oder „US“. Bild 1. Auf der Zeichenfläche befinden sich alle Varianten von StandardFlipflops zusammen mit den nötigen Schaltern und LEDs. Die Simulation zeigt deren Arbeit unter den durch die Schalter eingestellten Bedingungen. Ein Klick auf einen Schalter ändert den von ihm gelieferten Pegel. Look & Feel Die von Andreas Tetz in Java geschriebene Software LogicSim unterstützt den Entwurf und das Debugging von Logikschaltungen, in dem sich Bauteile aus einer Bibliothek platzieren und miteinander verbinden lassen. Mit dabei sind logische Standard-Funktionen wie AND, OR, NOT und Flipflops. Die Bibliothek kann man natürlich selbst erweitern. Die Software läuft dank Java auf praktisch jeder Art von Computer und ist immerhin in vier Sprachen lokalisiert. LogicSim dient gleichzeitig dem Lernen und dem Einsatz als nützliches Werkzeug für reale Schaltungen. Der Umgang damit macht aufgrund der Einfachheit richtig Spaß und bietet praktisch immer ein sofortiges Feedback, ohne dass irgendwo Rauchwölkchen aufsteigen. Man sieht sehr leicht, was die simulierte Schaltung eigentlich macht. Aber denken Sie nicht, dass Ihr Lötkolben ab sofort nichts mehr zu tun bekäme, nachdem Sie in die Welt der Simulation eingestiegen sind. Simulatoren simulieren mit idealisierten Bauteilen und auf der Basis sturer Regeln. Die nichtsimulierte, real existierende Welt bietet mit Störpegeln, Verzögerungszeiten, krummen Kennlinien und schlechten Lötstellen etwas andere Bedingungen. Hinzu kommt, dass es für die simulierte Elektronik nicht zwingend pinkompatible 1:1-Entsprechungen in der Form käuflicher Bauteile geben muss. Von daher ist in der Regel schon noch etwas Hirnschmalz Nach einem Doppelklick auf LogicSim erscheint ein paar Sekunden später das Fenster von Bild 1. Beim allerersten Start ist dieses Fenster selbstverständlich noch leer. Zum Aufbau einer Schaltung wählt man die passenden Bauelemente aus der linken Werkzeugpalette und platziert sie nach Wunsch. Jetzt muss man noch in der oberen Werkzeugzeile das Linienwerkzeug auswählen und die notwendigen Verbindungen zwischen den Anschlüssen der Bauteile herstellen. Dabei muss man immer zuerst einen Ausgang anklicken, um dann die Linie bis zu einem Eingang zu ziehen. Abknickende Linienverläufe gehen einfach durch einen weiteren Klick an die Stelle, an der die Richtung geändert werden soll. Je nach Klick auf das Werkzeug mit „+“ oder „-“ wird ein Knickpunkt hinzugefügt oder entfernt. Die Zeichenebene ist mit einem Raster versehen, auf dem Bauteile und Linien automatisch einrasten. Unter Einstellungen kann das Raster auch deaktiviert werden. Ausgänge von Bauteilen können entweder über mehrere einzelne Linien zu verschiedenen Bauteil-Eingängen geführt werden oder aber man zapft existierende Linienzüge an (durch Drücken der Shift-Taste während des Klickens). Die „Esc“-Taste löscht rückwärts einzelne Knickpunkte einer ausgewählten Linie. Die Färbung der Schaltfläche „Simulieren“ zeigt an, ob gerade eine Simulation läuft oder nicht. Obwohl man auch während der Simulation editieren kann, empfiehlt es sich, während des Editierens auf die Simulation zu verzichten. Wenn die Schaltung dann fertig ist, startet ein Klick auf „Simulieren“ die Simulation und die Schaltfläche wird grau. Einige Bauteile verfügen über Eigenschaften, die über einen Rechtsklick zugänglich sind. Beim Schalter beispielsweise kann man hier zwischen „Umschalt-Knopf“ oder „Klick- Jack Powers, nach 22 Jahren bei IBM und einigen Abenteuern mit diversen Startup-Firmen endlich pensioniert, verfasst Beiträge für diverse Computerzeitschriften und ist Co-Autor von „Megabit Data Communications“ (Prentice-Hall, 1990). 76 elektor - 11/2007 Bild 2. Beim Anlegen eines Takts (indem man den Schalter vier Mal ein und aus schaltet) liegen alle vier möglichen Kombinationen von Pegeln an den beiden Eingängen des zu untersuchenden Moduls an. Die gerade eine logische 1 führenden Leitungen werden bei der Simulation rot gezeichnet. Knopf“ (gemeint ist wohl Schalter oder Taster) wählen. Zumindest eine Aktion ist mit einem Rechtsklick auf ein Bauteil immer möglich: das Löschen. Der Schalter zeigt während der Simulation (genau wie die LED) den aktuellen logischen Pegel durch „0“ oder „1“ an. Bei Elementen wie dem Takt, der Einschalt- oder Ausschaltverzögerung sowie dem Monoflop lässt sich die Zeit in ms einstellen. Bei der Binäreingabe und beim LCD lassen sich Presets in Hex-Zahlen einstellen. Beim Textfeld kann entsprechend Text eingegeben werden. Eingänge Alle Gatter wie AND, NAND, OR, NOR, XOR und Äquivalenz können mit zwei bis 5 Eingängen versehen werden. Die einzelnen Eingänge können nachträglich noch verändert werden: Mit dem entsprechenden Werkzeug kann man einen Eingang invertieren oder sogar einen festen Pegel (0 oder 1) zuweisen, was für Tests eine große Hilfe ist. Geänderte Eingänge kann man ohne Probleme in einen gewöhnlichen Eingang verwandeln. Unter Windows hingegen wurden bestimmte Linien beim Drucken ignoriert. Um solche Unvollkommenheiten zu umgehen, bietet sich das Erstellen von Screenshots an, denn die kann man immer problemlos ausdrucken. Ausprobieren! Das Wenigste, was man von LogicSim behaupten kann ist, dass die Software funktioniert. Das ist bei Freeware zu dieBild 3. Dieses Schieberegister mit Rückkoppelung wird ebenfalls von einem „Takt“-Schalter angesteuert. Pro Taktschritt sind zwei Tastendrücke erforderlich. Die erzeugten Werte sind 0 (nur bei der ersten Simulation nach dem Laden der Schaltung) gefolgt von 4, 2, 5, 6, 7, 3, 1. Diese Folge wiederholt sich beginnend mit 4 ohne Ende. Wenn das AND-Gatter mit seinen drei invertierten Eingängen jemals dreimal „0“ erkennen würde, dann würde über das OR-Gatter am Schluss die Rückkoppelung unterbrochen. Selbstbau von Modulen Um unübersichtliche Schaltpläne mit zu vielen Elementen und einem Verdrahtungsknäuel zu vermeiden, kann eine Schaltung zu einem Modul zusammengefasst werden und in einer anderen Schaltung als ein Symbol eingebaut werden. Erstellt man gut durchdachte Funktionsmodule, kann man damit leicht auch recht komplexe Schaltungen entwerfen. Außerdem lassen sich diese Module immer wieder verwenden und man muss so das Rad nicht immer wieder neu erfinden. Die Schaltung in Bild 2 zeigt einen Tester, der die Funktion eines unbekannten Moduls untersuchen kann. Alle möglichen Zustände sind durch LEDs signalisiert. Bild 3 zeigt einen Zyklus der Simulation einer Schaltung, wie sie schon eher in der Praxis vorkommt. Es handelt sich um einen Generator für sich wiederholende Binärsequenzen, der rund um ein Schieberegister (mit Rückkopplung) aufgebaut ist. Die Schaltung enthält einen Dekoder für einen verbotenen Zustand (000), der in diesem Fall den Weiterlauf des Generators stoppt. Solche trickreichen Anordnungen findet man gelegentlich in realen Schaltungen. Mit Hilfe von LogicSim sind die dann schnell „nachgebaut“ und analysiert. Bild 4 schließlich demonstriert, wie man Eingabe- und Anzeigelemente in Schaltungen sinnvoll einsetzt. Überraschungen Die Kürze der Anleitung war nicht die einzige Überraschung beim Ausprobieren. Als Amerikaner konnte ich mir auf das Bauteil mit dem Namen „Monoflop“ zunächst keinen Reim machen. Aber – learning by doing – schloss ich einfach einmal einen Taster an den Eingang und eine LED an den Ausgang an und „Aha!“, das also wars. Bei jedem 0-1-Übergang gab es einen 1-Impuls am Ausgang. In den USA spricht man hier eher von „single shot“ oder „one-shot“. Manchmal ist das Erstellen von Schaltungen nicht ganz so einfach, da Java doch hie und da mit Darstellungsproblemen herumzickt. Zum Beispiel klappt auf einem Mac das Drucken ganz gut, außer, dass es nur im Hochformat funktioniert. Da ich meine Schaltung aber in typischer Manier „breiter als hoch“ ausgerichtet hatte, war das ein Problem. Da wurde einfach etwas abgeschnitten... 11/2007 - elektor sem Thema durchaus keine Selbstverständlichkeit. Und eine besondere Eigenschaft ist, dass LogicSim einfach zu bedienen ist. Eigentlich braucht man gar kein Handbuch. Einfach herunterladen und nach etwas Ausprobieren geht die Arbeit damit wirklich sehr leicht von der Hand. (070463-I) Web-Links www.tetzl.de www.kpsec.freeuk.com/gates.htm www.ibiblio.org/obp/electricCircuits/Digital/DIGI_3.html Bild 4. Mit diesen Eingabe- und Anzeige-Elementen kann man digitale Schaltungen besser debuggen. Die Texte wurden mit dem „Text Label“ hinzugefügt. 77 INFOTAINMENT RÄTSEL Hexadoku Sudoku für Elektroniker Wenn die Tage wieder kürzer werden und man naturgemäß mehr Zeit in der guten Stube verbringt, mag der Gedanke an ein schönes Rätsel noch näher liegen als im Sommer. Dieser inneren Stimme sollten Sie sich nicht verweigern! Unser Hexadoku ist jetzt genau das Richtige; und wer darüber hinaus die richtige Lösung einschickt, kann ein E-blocks Starter Kit Professional und drei Elektor-Gutscheine gewinnen. Die Regeln dieses Rätsels sind ganz einfach zu verstehen: Bei einem Hexadoku werden die Hexadezimalzahlen 0 bis F verwendet, was für Elektroniker und Programmierer ja durchaus passend ist. Füllen Sie das Diagramm mit seinen 16 x 16 Kästchen so aus, dass alle Hexadezimalzahlen von 0 bis F (also 0 bis 9 und A bis F) in jeder Reihe, jeder Spalte und in jedem Fach mit 4 x 4 Kästchen (markiert durch die dickeren schwarzen Linien) genau einmal vorkommen. Einige Zahlen sind bereits eingetragen, was die Ausgangssituation des Rätsels bestimmt. Wer das Rätsel löst - sprich die Zahlen in den grauen Kästchen herausfindet - kann wie jeden Monat einen Hauptpreis oder einen von drei Trostpreisen gewinnen! MITMACHEN UND GEWINNEN! EINSENDEN Unter allen Einsendern mit der richtigen Lösung verlosen wir ein Schicken Sie die Lösung (die Zahlen in den grauen Kästchen) per E-Mail, Fax oder Post an: E-blocks Starter Kit Professional Elektor - Redaktion Süsterfeldstr. 25 - 52072 Aachen Fax: 0241 / 88 909-77 - E-Mail: [email protected] im Wert von Als Betreff bitte nur die Ziffern der Lösung angeben! 365,75 E Einsendeschluss ist der 1. Dezember 2007! und drei DIE GEWINNER DES SEPTEMBER-HEXADOKUS STEHEN FEST! ELEKTORGutscheine im Wert von je 50 E. Der Rechtsweg ist ausgeschlossen. Mitarbeiter der in der Unternehmensgruppe Segment B.V. zusammengeschlossenen Verlage und deren Angehörige sind von der Teilnahme ausgeschlossen. 78 Die richtige Lösung (siehe unten) ist: FCEB7. Das E-blocks Starter Kit Professional geht an: Gerti Barmentloo aus Erlangen. Einen Elektor-Gutschein über je 50 ` haben gewonnen: Manfred Baden, Hartmut Wynen und Jutta Zeisberger. Herzlichen Glückwunsch! elektor - 11/2007 RETRONIK INFOTAINMENT ESC „Semafoon” Pager von Philips (1962) Jan Buiting Im Jahre 1963, nach zwei Jahren administrativer Vorarbeiten mit unzähligen Fernschreiben, Zwischenberichten und umfangreichen Beratungen, führte die niederländische Staatspost (PTT) ganz offiziell den landesweiten Funkrufdienst (Pager-Service) mit der schönen Bezeichnung „Semafoon“ ein. Die Philips Telecommunications Industry (PTI) war der Vertragspartner für die Bereitstellung portabler Pager-Geräte. Diese Art der Nachrichtenübermittlung war zu diesem Zeitpunkt für die unglaubliche Zahl von 10.000 Teilnehmern konzipiert. Das System war simpel: Um einem Teilnehmer eine Nachricht zu übermitteln, konnte jeder einfach die nationale SemafoonRufnummer, gefolgt von einer Teilnehmer-Nummer und einem MessageCode wählen. Diese Nummernfolge wurde dann durch Sequenzen aus vier Tönen (aus 20 verschiedenen Tonhöhen) auf einen Träger von 86 MHz aufmoduliert und auf die Reise geschickt. Die Modulationsart war Schmalband-FM mit ca. 50 kHz Bandbreite. Gerade einmal drei Sender reichten für die komplette Funkabdeckung der Niederlande aus! Der höchste Sender war IJsselstein mit einer imponierenden Antennenhöhe von 375 m und einer Sendeleistung von 10 kW. Ursprünglich wollte die PTT die Bezeichnung „Simofoon“ verwenden, was wiederum Siemens nicht passte. Kurzerhand wurde das störende „i“ in „e“ geändert, und „Semafoon“ aus der Taufe gehoben. PTI aber ignorierte dieses Geplänkel und nannte seine Pager schlicht „type ESC“ (was sich wohl auf „Escort“ bezog), während die Techniker von PTI einfach vom „8MO520“ zu sprechen pflegten… Es wurde schwer für den ESC-Pager getrommelt, denn als portables volltransistorisiertes Teil war es ein technischer Meilenstein. In der Praxis bedeutete dieser Fortschritt das Mitschleppen von 4,5 kg gemieteter Elektronik, woran das Batteriegewicht von 10 (in Worten: zehn) 1,5-V-Baby-Zellen einen Anteil hatte. Für die Festinstallation oder den Betrieb im Auto gab es spezielle Racks als Zubehör. Der Code der übermittelten Nachrichten bestand aus einer der Zahlen aus dem Bereich von 1...6. Aber nichts da mit Digitalanzeige. Nicht einmal für sechs Lämpchen hat es gereicht: Der verein- barte Code musste aus drei Lämpchen mit den Bezeichnungen „1“, „2“ und „4“ selbst „errechnet“ werden! Das sah etwa so aus: 1+4 = 5 = Patient Nr. 5 kritisch, 2+4 = 6 = Sofort zurückkommen; 2 allein = 2 = Bitte zwei Brötchen mitbringen. Man musste also die Bedeutung der sechs Codes mit den jeweils „Eingeweihten“ absprechen. Ohne einen Spickzettel ging das natürlich nicht, und deshalb gab es auf der Frontplatte des Pagers auch eine Federklammer zur Zettelbefestigung. Die Philips-Entwickler hatten also mitgedacht! Jede Meldung wurde zweimal gesendet. 20 Sekunden nach der ersten Meldung kam eine Wiederholung, um verpasste Nachrichten durch Funkschatten bei Kraftfahrzeugen zu vermeiden. Die modulierte Tonfolge ließ sich auch mit jedem etwas nach unten getrimmten UKW-Radio auf 86 MHz abhören. Es soll geschulte Ohren gegeben haben, die aus dem Tonsignal den Code direkt heraushören konnten – und manchmal waren das die Nachrichten an Konkurrenten in der gleichen Branche ;-) Als besondere Seltenheit besitze ich den originalen Schaltplan des 8MO520 und darüber hinaus die extrem detaillierte Stückliste von 1962. Und mein Pager hat die Teilnehmer-Nummer „0000“, denn es handelt sich um das originale Vorführgerät von Philips, das im Mai 1963 bei der Produkteinführung für Demonstrationen vor der versammelten Presse verwendet wurde. Dieses Gerät war nicht ganz komplett und funktionierte nicht wirklich. Die Produkt-Demonstration war nämlich getürkt. Es wurde über versteckte Schalter und Kabel von einem Philips-Mitarbeiter direkt „angesteuert“. Der Präsentationstisch hatte eine verdächtig große Tischdecke, deren Ränder bis zum Boden reichten. Wenn ein Pressevertreter mit dem im Raum anwesenden Telefon den Pager anwählte, dann wurden schnell die entsprechenden Schalter umgelegt. Telefon und Semafoon-Sender funktionierten aber. Die Tonsignale konnten mit einem UKW-Radio mitgehört werden. Das Semafoon-System arbeitete ohne große Änderungen, bis es zehn Jahre später durch ein neues System mit kleineren Geräten abgelöst wurde. In Spitzenzeiten waren über 375.000 Teilnehmer registriert. (075097-I) Retronik ist eine monatliche Rubrik, die antiker Elektronik und legendärer ELEKTOR-Schaltungen ihre Referenz erweist. Beiträge, Vorschläge und Anfragen schicken Sie bitte an: [email protected] 11/2007 - elektor 79 SHOP BÜCHER Starke Stücke Die ganze Welt der Elektronik in einem Shop! Überarbeitete und erweiterte Neuauflage Test... 1, 2, 3... Test Mikrofone in Theorie und Praxis NEU! Das Geheimnis des guten Klangs liegt im Zusammenspiel von Mikrofon, Aufnahmeraum und Instrument. Das richtige Mikrofon am richtigen Ort ist der Schlüssel zur gelungenen Aufnahme. Dieses Buch vermittelt die Grundlagen von Mikrofontechnik und Studioakustik sowie die Anwendung im Tonstudio, auf der Bühne und bei der Filmtonproduktion. 278 Seiten (kart.) • ISBN 978-3-89576-189-8 a 34,80 • CHF 59,20 Der einzig wahre Realist Bücher Computer Vision Es gibt wohl kaum noch jemanden, der den außerordentlich guten Klang von Röhrenverstärkern ernsthaft bezweifelt. Sie klingen lebendig, durchzeichnet, produzieren räumliche Tiefe, ihr Klangbild ist unaufdringlich angenehm, und im Hinblick auf die entwickelte Dynamik scheinen sie keinerlei Einschränkungen zu kennen. In einer systematisch-theoretischen Untersuchung geht der Autor den Ursachen dieser Kennzeichen nach. Die Kopplung zwischen Endröhren und Ausgangsübertragern wird mit der erforderlichen Tiefe dargestellt. Die formulierten Stabilitätsbedingungen müssen moderne, hochwertige Verstärker mindestens erfüllen. Computer Vision ist das wohl spannendste Gebiet der Bildverarbeitung und die Zahl der Anwendungen in der Robotik, Automatisierungstechnik und Qualitätssicherung nimmt stetig zu. Leider gestaltet sich der Zugang zu diesem Forschungsbereich bisher nicht einfach. Interessierte müssen sich zunächst durch viele Bücher, Publikationen und Software-Bibliotheken arbeiten. Mit dem vorliegenden Buch dagegen fällt der Einstieg leicht. 415 Seiten (kart.) • ISBN 978-3-89576-182-9 F 54,00 • CHF 91,80 319 Seiten (geb.) • ISBN 978-3-89576-165-2 F 42,80 • CHF 72,80 Perfekte Audioqualität garantiert High-End-Röhrenverstärker Preisänderungen und Irrtümer vorbehalten! 80 elektor - 11/2007 Bestseller! Schluss mit Phonen und Simsen Von Mikro zu Makro Neues vom Top-Autor Hans-J. Geist Java ME fürs Handy Programmiertechniken für AVR-Mikrocontroller Photovoltaik-Anlagen Viele Handys verfügen über eingebaute Zusatzfunktionen wie GPS-Navigation oder MP3-Player. Eine der interessantesten Zusatzfunktionen ist die Möglichkeit der Java-Programmierung. Hiermit lassen sich gerade in den Bereichen Elektronik und Computertechnik viele Anwendungen finden, die ein Mobiltelefon zum praktischen Helfer für den Laboralltag machen. Dieses neue Buch behandelt Softwaretechniken, die es gestatten, auch anspruchsvollere Programme für AVR-Mikrocontroller zu entwickeln. Im ersten Teil wird auf die Harvard-Architektur der Controller und die daraus resultierenden Programmiertechniken eingegangen. Im zweiten Teil des Buches wird die Arithmetik der Controller analysiert. 203 Seiten (kart.) • ISBN 978-3-89576-174-4 F 29,80 • CHF 50,70 214 Seiten (kart.) • ISBN 978-3-89576-176-8 F 39,80 • CHF 67,70 Wie zugeschnitten XP optimieren für Sound & Video Für viele Anwender ist Windows XP das Betriebssystem ihrer Wahl, um eine Multimedia-Workstation zu betreiben. In diesem Buch bietet der Autor Tipps zum WindowsTuning für solche Workstations. Dabei erläutert er gezielt spezielle Anforderungen und Themen, wie Latenzen oder Pops und Glitches. Die wiedergegebenen Tipps basieren entweder auf den praktischen Erfahrungen des Autors im eigenen Projektstudio oder auf intensiver Recherche. 220 Seiten (kart.) • ISBN 978-3-89576-171-3 F 29,80 • CHF 50,70 11/2007 - elektor Dieser Ratgeber wendet sich an alle, die sich für die Technik, Planung, Montage und den Profit von Solarstromanlagen interessieren. Angefangen mit den Grundlagen der solaren Stromerzeugung über die Funktion und Dimensionierung von Leitungen, Wechselrichtern, Ladereglern und Akkus bis hin zu Photovoltaik-Generatoren, die Sie für den Einsatz in netzgekoppelten Anlagen oder Inselanlagen benötigen, enthält das Buch viele wichtige und gewinnbringende Informationen. 160 Seiten (kart.) • ISBN 978-3-89576-191-1 F 19,90 • CHF 33,90 Weitere Informationen zu unseren Produkten sowie das gesamte Verlagssortiment finden Sie auf der neu gestalteten Elektor-Website: Sprichwörtlich phänomenal www.elektor.de Supraleiter im Experiment Elektor-Verlag GmbH Süsterfeldstraße 25 52072 Aachen Tel. +49 (0)241 88 909-0 Fax +49 (0)241 88 909-77 E-Mail: [email protected] nur F19,90 Ohne Fachkenntnisse der theoretischen Physik werden in diesem neuen Buch die fundamentalen Kenntnisse über Supraleiter verständlich erklärt. Anhand von Experimenten beschreibt der Autor einige Phänomene der Supraleiter anschaulich und leicht nachvollziehbar. Der Umgang mit flüssigem Stickstoff und der Einfluss tiefkalter Temperaturen auf elektronische Bauteile werden ebenfalls demonstriert. 128 Seiten (kart.) • ISBN 978-3-89576-180-5 F 19,90 • CHF 33,90 81 CD- & DVD-ROMs SHOP CD- & DVD-ROMs, BAUSÄTZE & MODULE Topseller! Alle Artikel von 2006 auf CD-ROM ElekTrack Volle Werkzeugkiste Aus der Longseller-Reihe (Elektor Oktober 2007) Ethernet Toolbox Elektor-CD 2006 Diese neue CD-ROM enthält Datenblätter von ethernetfähigen Mikroprozessoren, Mikrocontrollern, Hubs, Switches, Umsetzern aller Hersteller. Neben der technischen Dokumentation, wie z. B. application notes, Protokolle (field bus, TCP/IP, usw.) für Netzwerkverbindungen mit den Normen IEEE 802.3 und natürlich 802.11 finden Sie auch praktische Tools, um sofort arbeiten zu können. Außerdem umfasst die CD-ROM alle Elektor-Artikel zum Thema Ethernet (inkl. Mini Web-Server) mit Platinenlayout und Software. Die neue Elektor-CD 2006 enthält alle Elektor-Beiträge des Jahrgangs 2006. Sie verfügt über eine sehr übersichtlich gestaltete HTML-Benutzeroberfläche, die archivumfassende Inhaltsübersichten und Recherchen ermöglicht. ISBN 978-90-5381-207-5 • F 26,50 • CHF 45,10 Satellitennavigation per GPS ist beliebt. So beliebt, dass der allseits bekannte europäische Marktführer TomTom sogar den Börsengang wagen konnte. Eine Positionsbestimmung per GPS ist aber auch in Alarmanlagen von Luxuskarossen und anderer teurer Fahrzeuge integriert. Da dies eine ziemlich kostspielige Angelegenheit ist, haben wir uns an einen eigenen und preiswerten Entwurf gemacht: den ElekTrack. Fertig bestückte Platine mit GPS/GSMAntenne, Kabel und Gehäuse Art.-Nr. 040161-91• a 399,00 • CHF 678,30 NEU! ISBN 978-90-5381-214-3 • F 27,50 • CHF 46,80 Topseller! Elektor-DVD 1990-1999 Diese DVD-ROM enthält alle Elektor-Ausgaben der Jahrgänge 1990 bis 1999 in digitaler Form (komplett und in gleicher Ansicht wie die Printausgabe) im druckfähigen PDF-Format – mit allen Themen im Original-Layout. Ideal zum Archivieren, Lesen, Ausdrucken und Durchsuchen. Ein Muss für jeden Elektor-Leser! Zusätzlich finden Sie gratis auf dieser DVD die komplette CD-ROM-Reihe „The Elektor Datasheet Collection 1 bis 5“ (im Wert von über F 90,-) mit originalen und vollständigen Datenblättern zu Halbleitern, Speicherchips, Mikrocontrollern u. a. ISBN 978-3-89576-179-9 • F 89,00 • CHF 151,30 VierkanalLogik-Analysator (Elektor September 2007) Zur Kontrolle digitaler Signale ist im Elektronik-Labor ein Logik-Analysator unabdingbar, zumal immer mehr Schaltungen von einem Mikrocontroller gesteuert werden. Wir bieten hier ein solches Messgerät mit Batteriebetrieb an, das einfach aufzubauen ist und dennoch die meisten in der Praxis vorkommenden digitalen Signale messen und speichern kann. Bausatz mit allen Bauteilen inkl. Platine, Gehäuse und graphischem LC-Display (64 x 128 Pixel) Art.-Nr. 060092-71 • a 112,50 • CHF 191,30 USB-Flashboard (Elektor November 2007) Flash-Controller lassen sich bequem programmieren – sie eignen sich daher für die schnelle Anwendungs-Entwicklung genauso wie für die Ausbildung. Bisher wurden die Programmdaten meist über die serielle Schnittstelle geschickt, doch insbesondere Laptops haben oft nur noch USB-Schnittstellen. Dieses vielseitig einsetzbare Flashboard ist die Lösung. Herzstück ist der AT89C5131A, ein erweiterter 8051Controller mit 80C52-Kern und Fullspeed-USB. Bausatz mit allen Bauteilen inkl. Platine Bausätze & Module Alle Elektor-Artikel der “90er-Jahre” auf DVD NEU! Art.-Nr. 070125-71 • Preis beim Verlag erfragen! Preisänderungen und Irrtümer vorbehalten! 82 elektor - 11/2007 September 2007 (Nr. 441) Vierkanal-Logik-Analysator 060092-1 .........Platine .........................................................siehe www.thePCBshop.com 060092-81 .......Software-CD .....................................................................................7,50 060092-41 .......Progr. Controller PIC18F4580-I/P...................................................18,95 060092-71 ......... Bausatz mit allen Bauteilen inkl. Platine, Gehäuse u. graph. LCD ..........112,50 Tilt-Gamepad 070233-81 .......Software-CD .....................................................................................7,50 070233-41 .......Progr. Controller ATMega8-16PI.......................................................8,95 070233-91 .......Platine teilbestückt mit Sensor........................................................27,50 Juli/August 2007 (Nr. 439/440) Stereo-Hör-Sensor 060040-41 .......Progr. Controller PIC16F88 .............................................................14,50 Propeller Prototyping Board für Boe-Bot 070275-1 .........Platine ............................................................................................15,95 Serieller Anschluss für Propeller 070276-1 .........Platine .........................................................siehe www.thePCBshop.com Roboter-Navi 070350-41 .......Progr. Controller ATmega32 ...........................................................23,95 MotorBox 070129-1 .........Platine .........................................................siehe www.thePCBshop.com 070129-41 .......Progr. Controller PIC16F628-04/P ..................................................21,50 Akku-Doppel (Akku-Umschalter) 070343-1 .........Platine ..............................................................................................7,50 Lithium-Lader 070273-1 .........Platine ..............................................................................................9,95 Einfache USB-Experimentierplatine 060342-41 .......Progr. Controller PIC18F4550 .........................................................21,95 11/2007 - elektor NEU! 1 Photovoltaik-Anlagen 2 High-End-Röhrenverstärker 3 Computer Vision Bücher Oktober 2007 (Nr. 442) Mugen – Hybrid-Audioverstärker 070069-1 .........Platine Verstärker ...........................................................................29,95 070069-2 .........Platine Stromversorgung................................................................27,95 ElekTrack 040161-91 .......Fertig bestückte Platine, GPS/GSM-Antenne, Kabel und Gehäuse.................................................................................399,00 Low-cost-Heizungsregelung 060325-1 .........Platine ............................................................................................13,95 060325-41 .......Progr. Controller ATmega32-16PU .................................................22,95 USBprog 060224-1 .........Platine .........................................................siehe www.thePCBshop.com 060224-71 .......Bausatz mit SMD-bestückter Platine und allen Bauteilen...............32,00 060224-81 .......Software-CD .....................................................................................7,50 Bestseller 4 Visual Basic für Elektroniksteuerungen u. Entwicklung 5 Supraleiter im Experiment Bausätze & Module CD- & DVD-ROMs Lieferprogramm a November 2007 (Nr. 443) Datenakquisition über USB 070148-1 .........Platine ............................................................................................13,75 070148-41 .......Progr. PIC18F4550 DIP40 ...............................................................22,50 070148-81 .......Software-CD .....................................................................................7,50 USB-Flashboard 070125-1 .........Platine ............................................................................................25,95 070125-71 .......Bausatz mit allen Bauteilen inkl. Platine .................. siehe www.elektor.de 070125-81 .......Software-CD .....................................................................................7,50 Telefon-Umschalter 060288-1 .........Platine .........................................................siehe www.thePCBshop.com Kopfhörerverstärker mit Raumklangeffekt 070393-1 .........Platine .........................................................siehe www.thePCBshop.com Rennbahn-Timer 040395-1 .........Platine .........................................................siehe www.thePCBshop.com 040395-41 .......Progr. AT89C2051-24PI ..................................................................10,50 1 Elektor-CD 2006 2 Ethernet-Toolbox 3 Elektor-DVD 1990-1999 4 Elex-DVD 5 ECD 3 1 Kompakter OBD-2-Analyser (Bausatz) 2 Vierkanal-Logik-Analysator 3 Software Defined Radio 4 Kompakter OBD-2-Analyser (Modul) 5 ElekTrack ISBN 978-3-89576-191-1 ............... H 19,90 • CHF 33,90 NEU! ISBN 978-3-89576-182-9 ............... H 54,00 • CHF 91,80 ISBN 978-3-89576-165-2 ............... H 42,80 • CHF 72,80 ISBN 978-3-89576-178-2 .............H 59,00 • CHF 100,30 ISBN 978-3-89576-180-5 ............... H 19,90 • CHF 33,90 ISBN 978-90-5381-207-5 ...............H 26,50 • CHF 45,10 ISBN 978-90-5381-214-3 ............... H 27,50 • CHF 46,80 ISBN 978-3-89576-179-9 ............. H 89,00 • CHF 151,30 ISBN 978-3-89576-164-5 ............... H 23,00 • CHF 39,10 ISBN 978-90-5381-159-7 ............... H 24,50 • CHF 41,70 Art.-Nr. 070038-71 ........................ H 79,95 • CHF 136,00 Art.-Nr. 060092-71 ...................... H 112,50 • CHF 191,30 Art.-Nr. 070039-91 ...................... H105,00 • CHF 178,50 NEU! Art.-Nr. 070038-91 ........................ H 89,00 • CHF 151,30 NEU! Art.-Nr. 040161-91 ...................... H399,00 • CHF 678,30 Bestellen Sie jetzt einfach und bequem online unter www.elektor.de/shop oder mit der portofreien Bestellkarte am Heftende! Elektor-Verlag GmbH Süsterfeldstraße 25, 52072 Aachen Tel. +49 (0)241 88 909-0 Fax +49 (0)241 88 909-77 E-Mail: [email protected] 83 INFO & MARKT VORSCHAU Extra: Die i-TRIXX-Schaltungssammlung So langsam wird eine Tradition daraus: In der Dezemberausgabe gibt es wieder die i-TRIXX-Kollektion als ExtraSchaltungssammlung in der Mitte des Heftes. Das kostenlose E-Mail-Magazin i-TRIXX bietet jede Woche Computer- und ElektronikNews, Tipps und Tricks, Produktneuheiten, Trendinfos, interessante Links und vieles mehr. Jede i-TRIXX-Ausgabe enthält auch ein Mini-Projekt für Elektroniker und alle, die es noch werden wollen. Mit der i-TRIXX-Kollektion erhalten Sie das Beste aus einem Erscheinungsjahr i-TRIXX – zum Lesen, Sammeln und auch zum Verschenken. Elektronik-Baukästen Bei vielen gestandenen Elektronikern begann das Interesse an ihrem Fach mit einem Baukasten von Philips oder Kosmos. Von Philips gibt es schon lange keine Kästen mehr, aber dafür nach wie vor von Kosmos und anderen Anbietern. Im Dezember-Heft informieren wir Sie – rechtzeitig für den Kauf von Weihnachtsgeschenken - über das aktuelle Angebot an Elektronik-Bau- und Experimentierkästen und über unsere praktischen Erfahrungen mit ausgewählten Exemplaren. Die Übersicht umfasst Baukästen aus den verschiedenen Kategorien vom Anfänger-Kasten bis zum Mikrocontroller-Experimentiersystem. SMD-Reflow-Ofen In Elektor 1/06 wurde bereits die Adaption eines kleinen Pizzaofens für das Reflow-Löten SMD-bestückter Platinen beschrieben. Der damals vorgestellte erste Entwurf einer Temperaturregelung fand so viel Resonanz, dass wir uns jetzt zu einer Weiterentwicklung entschlossen haben. Dabei konnten viele nützliche Erfahrungsberichte und Vorschläge unserer Leser berücksichtigt werden, so dass die neue Regelung auch semiprofessionellen Ansprüchen genügt. Die Schaltung verwendet einen AT89S8253-Mikrocontroller und ist mit einem sehr hellen grafischen LCDisplay zur Anzeige der Einstellungen, der Messwerte und des tatsächlichen Temperaturverlaufs ausgestattet. Hinweis: Der für 11/07 angekündigte Mini-Webserver mit AVR-Controller und SD/MMC-Speicherkarte musste verschoben werden und ist ebenfalls für das nächste Heft geplant. Änderungen vorbehalten! ELEKTOR Dezember 2007 erscheint am 21. November 2007. ELEKTOR gibt es im Bahnhofsbuchhandel, Elektronik-Fachhandel, an ausgewählten Kiosken und garantiert beim Presse-Fachhändler. Ein Verzeichnis finden Sie unter: http://www.blauerglobus.de Sie können ELEKTOR auch direkt bei www.elektor.de bestellen. Die Elektor-Website - Service & News! Die neu gestaltete Elektor-Website mit neuen und verbesserten Funktionen und noch mehr Nutzwert: Übersichtliches und einheitliches Design Einfache und schnelle Suchfunktion Individuelle Voreinstellungen Elektor-Credits (Guthaben-Punkte) Illustrierte News-Seiten RSS-Feed für Forum und News Neuer FAQ-Teil Willkommen auf der neuen Elektor-Homepage! 84 elektor - 11/2007 Ja, ich möchte Elektor im Jahresabonnement (11 Hefte / inkl. Doppelheft Juli/August) pünktlich und zuverlässig frei Haus beziehen*. Im Vergleich zum Einzelheftkauf am Kiosk spare ich beim Standard-Abonnement e 8,85 (bei der PLUS-Variante sogar bis zu e 29,-). Als Dankeschön erhalte ich den attraktiven 1 GB MP3-Player (sofort nach Zahlung der Abonnementsrechnung) gratis zugeschickt. Bitte wählen Sie Ihr Jahresabonnement aus: Jahresabonnement-Standard für nur g 67,75 Rechnung Bankeinzug Jahresabonnement-PLUS (inkl. Jahrgangs-CD-ROM 2007**) für nur g 77,70 Zahlungsweise Bank Konto BLZ G3078 E ^^^LSLR[VYKL6R[VILY(D) E*/-()3E *Das Abonnement verlängert sich automatisch um 12 Monate, wenn nicht spätestens zwei Monate vor Ablauf schriftlich gekündigt wird. **Diese CD-ROM wird Ihnen sofort nach Erscheinen (Februar 2008) zugeschickt. ich möchte Elektor kennenlernen! Datum, Unterschrift Ja, Bankeinzug *" *Dieses Angebot gilt nur, wenn Sie während der letzten 12 Monate noch nicht Abonnent waren. ($"#$# $#( &*# $$ $ $'%"#) ""#$"(&# ! # " Ich erhalte die nächsten 3 Ausgaben für nur g 12,50 pünktlich und zuverlässig frei Haus*. Rechnung Wenn Sie innerhalb von 1 Woche nach Erhalt der dritten Ausgabe nichts von mir hören, möchte ich Elektor im Jahresabonnement für nur g 67,75 weiter beziehen. Zahlungsweise Bank Konto BLZ Datum, Unterschrift 11/07 11/07 Elektor-Bestellkarte 11/2007 NEU Anzahl GESAMTBETRAG g g 5,00 Gesamtpreis Diesen Streifen an den unten stehenden Streifen kleben! Preis e 399,00 siehe www.elektor.de NEU Ich bestelle folgende Elektor-Produkte: Bezeichnung ElekTrack USB-Flashboard e 54,00 e 24,50 High-End-Röhrenverstärker e 19,90 NEU Photovoltaik-Anlagen e 112,50 ECD 4 Vierkanal-Logik-Analysator NEU Unterschrift: zzgl. Porto- und Versandkosten Elektor-Gesamtkatalog 2008 Datum: Tragen Sie bitte Ihre Anschrift auf der Rückseite ein! Diesen Streifen an den oberen Streifen kleben! E-Mail Telefon Geburtstag Land Antwort Elektor-Verlag GmbH Süsterfeldstraße 25 52072 Aachen E-Mail Telefon Geburtstag Land PLZ, Ort PLZ, Ort Name, Vorname Hier ist meine Anschrift: Straße, Nr. nötig! kein Porto Deutschlands Innerhalb E-Mail Telefon Geburtstag Land PLZ, Ort Straße, Nr. Name, Vorname Hier ist meine Anschrift: Straße, Nr. Name, Vorname Hier ist meine Anschrift: Der Katalog kann auch unter www.elektor.de/katalog als PDFDatei heruntergeladen werden. Fax +49 (0)241 88 909-77 E-Mail: [email protected] Bücher • CD-ROMs • DVDs Sonderhefte • E-blocks Bausätze • Module Fordern Sie jetzt den neuen ElektorGesamtkatalog 2008 GRATIS an! Elektor-Verlag GmbH Süsterfeldstraße 25 52072 Aachen Antwort Innerhalb nötig! kein Porto Deutschlands Elektor-Verlag GmbH Süsterfeldstraße 25 52072 Aachen Antwort nötig! kein Porto Deutschlands Innerhalb INSERENTENVERZEICHNIS NOVEMBER 2007 .) 1 - 6 06 4 Bauer Elektronik . . . . . . . www.bauer-leiterplatten.de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eta-Layout . . . . . . . . . . . www.pcb-pool.com. . . . . . . . . . . . 16 Cadsoft Computer . . . . . . www.cadsoft.de . . . . . . . . . . . . . . 17 Decision-Computer . . . . . www.decision-computer.de. . . . . . 35 044 '( 5 7+4 EMIS . . . . . . . . . . . . . . . . www.emisgmbh.de . . . . . . . . . . . . 35 Eurocircuits . . . . . . . . . . . www.eurocircuits.com . . . . . . . . . 35 ( !$ % # ',*#$ Haase Computertechnik. . www.team-haase.de. . . . . . . . . . . 35 #/).+63#/+7/).D+8>8 .6<+251'6938+6 $+1 '< '/1:+686/+(+1+0846*+ Intronix Test Instruments . www.psTestInstruments.com . . . . 53 @78+66+/).15.'9)..'3*+1 &/+*3+6'958786'C+ &/+3 $+1 '< '15.''97864*'8''8 Oculus Optikgeräte . . . . . www.oculus.de . . . . . . . . . . . . . . . 13 HM Funktechnik. . . . . . . . www.hmradio.de . . . . . . . . . . . . . 35 Kleinanzeigen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 Reichelt . . . . . . . . . . . . . . www.reichelt.de . . . . . . . . . . 2, 3, 88 Simple Solutions . . . . . . . www.simple-solutions.de . . . . . . . 15 )> 6 5 9 &6 3 6 > 5 9247 )'( )'9(4454 1 ) . )7 6&4 5 5 8: ?545 2 9 6 9&4 Texas Instruments . . . . . . www.ti.com/portable-power-ekt-de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elektor 87 www.reichelt.de e ! " );304832;:033(40 2.>3 ; ,:/ 2/4 ;; 447062 (83<38)'8::: 3 4!2 7+4848 1:396892 .4867844(8745: * 2248=3 836 784.=4892 3(66 + (66" %$/4*"#%&-428
