Projekt 01: Entwicklungsplatine für Mikrocontroller entwerfen und ansteuern
Vorwort
Im Rahmen des Elektrotechnik Fachpraktikums im Studiengang Mechatronik(5. Fachsemester) wurde uns die Aufgabe übertragen, eine Entwicklungsplatine für Microcontroller zu gestalten.
Ergebnis der Arbeit ist eine Platine, die in der Lage ist, die verschiedenen Ein- und Ausgänge am Arduino (Analoge Eingänge, I²C Schnittstelle, PWM Ausgänge, Digital I/O's) zu lesen und zu steuern. Im folgenden finden sich die Unterlagen zur Analyse oder zur Reproduktion der Platine.
Durchgeführt wurde dieses Projekt von Mathias Tanger und Kai Ehlert.
Hardware
Im folgenden Abschnitt wird die verwendete Hardware näher erläutert.
Arduino
Als Micrcontroller wurde der im Vorfeld für das Elektrotechnik Fachpraktikum angeschaffte Arduino UNO R3 (im folgenden Arduino genannt) ausgewählt.
Der Arduino mit seinen geringen Anschaffungskosten (Stand: 2013 ca. 20€) und seiner Vielfalt an analogen, wie digitalen Aus- und Eingängen kombiniert mit der übersichtlichen Programmiersprache eignet sich bestens um die Möglichkeiten von Microcontrollern leicht zu erlernen.
Elektronikbauteile
| Bauteil | Zugehöriges Datenblatt |
|---|---|
| Drehencoder | Datenblatt |
| Transistor | Datenblatt BC337-40 |
| RGB-LED | Datenblatt Kingbright LF5WAEMBGMBC |
| MOSFET | Datenblatt IRF 510 |
| EEPROM | Datenblatt 24LC16B-I/P |
| Potentiometer | Datenblatt 10K Potentiometer |
| LED | Datenblatt LED GELB |
| IC-Sockel 8-Polig | Datenblatt Sockel |
| Lüfter | Datenblatt Lüfter |
| Glühlampe | Datenblatt Glühlampe |
| Schrittmotor(Nicht verbaut) | Datenblatt Schrittmotor |
Zusätzlich diverse Kohleschichtwiderstände 0,25W(Siehe Schaltplan)
Software
Der kommentierte Quelltext für die Entwicklungsplatine wurde in der Arduino-Programmiersprache geschrieben.
Der Compiler ist bei den Softwaredownloadsvon Arduino gratis Verfügbar.
Die verfügbare Syntax befindet sich unter References. Weiterhin sind der Software viele Beispielprogramme beigefügt.
Schaltungsunterlagen und Platinenlayout
Den Schaltplan als .jpg direkt hier downloaden oder als S-Plan Datei(.sp7) aus dem .zip-Archiv entnehmen.
Das Platinenlayout lässt sich hier direkt als .jpg herunterladen.
Die Steckerbelegung (Anschlussnummer, Leiterfarbe sowie die Zuordnung auf der Platine/dem Microcontroller)findet sich in dieser Excel-Datei
Optionale Erweiterungen
Im zugehörigen Inventar befinden sich eine H-Brücke sowie ein Schrittmotor. Diese sind nicht zum Einsatz gekommen, da zur Verwendung des Schrittmotors weiterhin ein Stepper sowie die Rekonfiguration einiger Digitalkontakte am Microcontroller notwendig sind. Optional lässt sich auch ein Microcontroller mit einer höheren Anzahl an Digitalausgängen(z.B.: Arduino Mega 2560) verwenden um so eine Implementierung in die vorhandene Software zu ermöglichen.
Zur Verwendung des EEPROMs ist die Implementierung der "Wire Libary" zur Kommunikation über den I²C Bus notwendig. Das vorhandene EEPROM ist lediglich ein Speicherbaustein zur Kapazitätserweiterung. Um die Funktionalität des I²C-Bus voll auszunutzen sollte ein EEPROM mit digitalen Aus- und Eingängen verwendet werden mit dem die Funktion der Kommunikation auf beliebige Weise dargestellt werden.
Zusammenfassung
Zusammenfassend kann man sagen, dass dieses Praktikum uns tiefe Einblicke in die Welt der Microcontroller und die damit verbundenen Probleme gegeben hat. Wir konnten unsere Elektrotechnischen Kenntnisse und Fähigkeiten auffrischen und um neues Erweitern. Des weiteren war es eine gute praktische Übung für uns, da über die Planung bis zur Fertigstellung des Projekts das volle Aufgabenspektrum eines Ingenieurs in unserer Verantwortung lag. Wir mussten sowohl praktische Tätigkeiten wie z.B. Löten durchführen, wie auch die Planung und Erstellung der wissenschaftlichen Dokumentation. Abschließend finden sich sämtliche relevanten Dokumentationsunterlagen in dieser Datei:Microcontroller Entwicklungsplatine.zip.
--Ulrich Schneider (Diskussion) 10:09, 24. Jan. 2014 (CET) Die Einbindung eines Fotos des fertigen Projektstandes wäre wünschenswert.
Kontakt
Bei Rückfragen genügt eine Email an: Kai Ehlert oder an Mathias Tanger