technik leistungselektronik - WebHTB

SOFTWARE DEFINED<br />

SEISMOGRAPH, ELF, MAGNETOMETER<br />

radio<br />

[ WENIG HARDWARE + AUSGEFEILTE SOFTWARE = OPTIMALER EMPFÄNGER]<br />

UNIVERSELLER JTAG -PROGRAMMER<br />

ZEHN FREQUENZUMRICHTER ZU GEWINNEN!<br />

Nr. 437<br />

Mai 2007<br />

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(B) � � 7,15 • (L) � � 7,15<br />

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(komplett und in gleicher Ansicht wie die Printausgabe)<br />

im druckfähigen PDF-Format vor – mit allen Themen<br />

im Original-Layout. Ideal zum Archivieren, Lesen,<br />

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Elektor-DVD 1990-1999<br />

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ISBN 978-3-89576-179-9<br />

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mehr als 2.200 Artikel,<br />

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Ideen, Schaltungen &<br />

Projekte für Elektroniker<br />

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und Freizeit

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Neben hochleistungsfähigen Halbleiterlösungen bietet<br />

Microchip eine Vielzahl von Supportfunktionen, mit<br />

denen sich die Time-to-Market als auch die<br />

Gesamtsystemkosten verringern lassen. Unsere<br />

technischen Ressourcen vor Ort wurden außerdem<br />

erheblich erweitert.<br />

• Bestellung und Bestellstatus über<br />

sichere Verbindung über jedes<br />

Netzwerk<br />

• Zuweisung einer eigenen<br />

Bestellnummer<br />

• Zuweisung einer eigenen Teilenummer<br />

für jedes bestellte Bauteil<br />

• E-Mail-Bestätigung für Bestellung,<br />

Lieferung, Kostenvoranschlag etc.<br />

www.microchip.com<br />

Der Name Microchip und das Logo, PIC und dsPIC sind eingetragene Warenzeichen der Microchip Technology Inc. in den USA und anderen Ländern. Alle anderen Warenzeichen und eingetragenen Warenzeichen sind im<br />

Besitz der jeweiligen Eigentümer. © Microchip Technology 2006. Alle Rechte vorbehalten. ME156Ger/07.06

---

Empfangen, Senden,<br />

Steuern…<br />

Mit Digital Radio Mondiale (DRM)<br />

- dem Digitalradio auf LMK - ist es<br />

fast so wie am Beginn des Radio-<br />

Zeitalters vor etwa 80 Jahren: Es gibt<br />

(viele) Sender, aber keine Empfänger<br />

(versuchen Sie einmal, bei Mediamarkt<br />

einen DRM-Empfänger zu kaufen….).<br />

ELEKTOR stellt mit dem neuen<br />

IQ-Mischer-Konzept bereits die zweite<br />

Generation eines DRM- Empfängers<br />

vor: Von vorne herein für USB ausgelegt<br />

und bestens geeignet für neue<br />

PC-Radio-Software, die wesentlich<br />

mehr bietet als nur DRM-Empfang.<br />

Etwas Besonderes sind auch die<br />

anderen Empfangs-Projekte in dieser<br />

Ausgabe: Der Längstwellen-Empfang<br />

bietet ebenfalls noch viel Spielraum<br />

für (Selbstbau-)Pioniere. Einige der<br />

rätselhaften ELF-Signale könnten mit<br />

Phänomenen zusammenhängen, denen<br />

auch zwei weitere „Empfänger“<br />

nachspüren: Ein Magnetometer und<br />

ein Seismograph – beides ebenfalls<br />

Projekte, die es in dieser Form noch<br />

nicht gegeben hat. Geradezu sensationell<br />

ist unser kleines Sender-Projekt:<br />

Martin Ossmann ist es gelungen,<br />

mit einem winzigen Mikrocontroller<br />

(ATtiny) und einem einzigen 74HC00<br />

einen RDS-Testsender zu entwickeln!<br />

Das „Steuern“ ist in der Heftmitte<br />

mit zwei Beiträgen zu einem Thema<br />

vertreten, das in unseren „gesammelten<br />

Leserwünschen“ schon lange weit<br />

oben rangiert: Frequenzumrichter für<br />

Asynchronmotoren. Die Kombination<br />

von Fairchild-Leistungsmodulen mit<br />

einem Motorsteuer-Controller aus<br />

der Atmel-AVR-Familie bietet eine<br />

Plattform, mit der sich sehr einfach<br />

der Leistungsbereich von 100 W<br />

bis etwa 2 kW abdecken lässt. Alle<br />

Unterlagen (Sourcecode, Schaltplan,<br />

Stückliste und Datenblätter) sind im<br />

Internet kostenlos verfügbar. Aber<br />

nicht nur die Unterlagen: Fairchild<br />

bietet per Online-Anforderung auch<br />

kostenlose Muster von den Power-<br />

Modulen und hat außerdem aus<br />

Anlass eines doppelten Jubiläums<br />

10 komplette Motorsteuerungs-Kits<br />

im Gesamtwert von fast 5000 € zur<br />

Verfügung gestellt, die Sie mit der<br />

Beantwortung von drei (nicht ganz<br />

einfachen) Preisfragen gewinnen<br />

können. Wir wünschen viel Glück<br />

– und viel Spaß beim Lesen dieses<br />

abwechslungsreichen Mai-Heftes!<br />

Ernst Krempelsauer<br />

elektronik, die begeistert<br />

Software Defi nne<br />

Der PC-gestützte Rundfunkempfang liegt im Trend. Denn für<br />

SDR braucht man nur wenig Hardware, dafür aber eine ausgefeilte<br />

Software. Unser SDR-Projekt zeigt, was heute machbar<br />

ist. Das Ergebnis ist ein universeller Empfänger von 150 kHz<br />

bis 30 MHz, der für DRM und AM-Rundfunk optimiert ist, aber<br />

auch Einblicke in die Welt des Amateurfunks ermöglicht.<br />

Motoren steuern mit Smart-Power-Modulen<br />

Der Energieverbrauch von Haushaltsgeräten<br />

und industriellen Anwendungen wird zu einem<br />

Großteil von (Asynchron-)Motoren<br />

bestimmt. „Smart-Power-Module“<br />

enthalten die zur effi zienten Motorsteuerung<br />

benötigten Halbbrücken<br />

und sogar die Treiberstufen, so<br />

dass sie sich direkt durch Mikrocontroller<br />

mit 5 V ansteuern lassen.<br />

Wir stellen Smart-Power-<br />

Module und ein passendes<br />

Evaluation-Kit des Herstellers<br />

Fairchild vor. 10 Kits gibt es<br />

zu gewinnen – komplett mit einem<br />

leistungsstarken Motor!<br />

40 + 42

---

INHALT<br />

d Radio<br />

48 Universeller<br />

JTAG-Programmer<br />

18<br />

Programmierbare Logik-ICs der Gattung CPLD, EPLD, uPSD und MSPS sind<br />

zwar sehr leistungsfähig, aber durch ihre unterschiedlichen Hardware-<br />

Konzepte nicht austauschbar. Daher benötigt man im Prinzip jeweils<br />

eine andere Programmierschaltung. Zum Glück hat<br />

sich mit der JTAG-Schnittstelle aber ein<br />

Standard etabliert, mit dem sich<br />

alle ge nannten PLD-IC-Gattungen<br />

in-circuit programmieren lassen.<br />

Der in ELEKTOR vorgestellte JTAG-<br />

Programmer lässt sich in verschiedenen<br />

Konfi gurationen aufbauen<br />

und eignet sich für eine Vielzahl<br />

programmierbarer ICs.<br />

54 Speedmaster<br />

Die R8C-<br />

Gewinnerschaltung in 3D!<br />

Hier ist das Projekt, das von<br />

den ELEKTOR-Lesern zum Gewinner<br />

des R8C-Wettbewerbs<br />

erklärt wurde: Ein intelligenter<br />

3D-Beschleunigungsmesser, der<br />

nicht nur alle drei Raumachsen<br />

erfasst, sondern daraus sogar<br />

den zurückgelegten Weg<br />

berechnet. Wie versprochen<br />

gibt es die Schaltung als fertig<br />

bestückte Platine!<br />

38. Jahrgang<br />

Mai 2007<br />

Nr. 437<br />

Grundlagen<br />

28 Auf Wellenjagd in<br />

der Sub-150-kHz-Region<br />

60 Treiberschaltungen für<br />

Hochleistungs-LEDs<br />

Praxis<br />

24 ATtiny als RDS-Testsender<br />

32 Seismograph<br />

36 PC-Flugsimulator fernsteuern<br />

48 Universeller JTAG-Adapter<br />

54 Speedmaster<br />

66 Mini-Projekt: Magnetometer<br />

70 Workshop:<br />

Funkthermometer am PC<br />

Technik<br />

18 Software Defi ned Radio<br />

40 Smart-Power-Module<br />

42 Asynchron-Motor-<br />

Steuerung mit SMP und AVR<br />

65 Entwicklungstipp:<br />

SDR-Soundkarten-Tester<br />

74 E-blocks: LCD in Farbe<br />

Info & Markt<br />

6 Impressum<br />

8 Mailbox<br />

12 Produkt-Report:<br />

Innovative Kleindisplays<br />

15 elekTermine<br />

16 Produkte<br />

84 Vorschau<br />

Infotainment<br />

78 Hexadoku<br />

79 Retronik: Transverter<br />

für das 70-cm-Band (1981)

---

Abo-Service<br />

Riet Maussen, Marleen Brouwer<br />

E-Mail: abo@elektor.de<br />

Bestellannahme und Bestellservice<br />

Peter Custers<br />

E-Mail: vertrieb@elektor.de<br />

Tel. +49 241 88 909-66<br />

Geschäftszeiten<br />

Montag – Donnerstag von 08:30 bis 17:00 Uhr<br />

Freitag von 08:30 bis 12:30 Uhr<br />

Tel. +49 241 88 909-0<br />

Fax +49 241 88 909-77<br />

Unser Kundenservice berät Sie bei allen Fragen zu Bestellungen,<br />

Lieferterminen und Abonnements. Änderungen, Reklamationen<br />

oder besondere Wünsche (wie z. B. Geschenkabonnement)<br />

richten Sie ebenfalls an den Kundenservice. Vergessen Sie bitte<br />

nicht, Ihre Kundennummer anzugeben – falls vorhanden.<br />

Technische Fragen bitten wir per E-Mail an<br />

redaktion@elektor.de zu richten.<br />

IMPRESSUM<br />

38. Jahrgang, Nr. 437<br />

Mai 2007<br />

Erscheinungsweise: 11 x jährlich<br />

(inkl. Doppelheft Juli/August)<br />

ELEKTOR möchte Menschen anregen, sich die Elektronik zu Eigen zu<br />

machen – durch die Präsentation von Projekten und das Aufzeigen von<br />

Entwicklungen in der Elektronik und technischen Informatik.<br />

ELEKTOR erscheint auch in Englisch, Französisch, Niederländisch und<br />

weiteren Sprachen. ELEKTOR ist in über 50 Ländern erhältlich.<br />

Verlag<br />

Elektor-Verlag GmbH<br />

Süsterfeldstraße 25, 52072 Aachen<br />

Tel. 02 41/88 909-0<br />

Fax 02 41/88 909-77<br />

Technische Fragen bitten wir per E-Mail an<br />

redaktion@elektor.de zu richten.<br />

Internationale Chefredaktion<br />

Mat Heffels, Wisse Hettinga<br />

Redaktion ELEKTOR Deutschland<br />

Ernst Krempelsauer (Chefredakteur, v.i.S.d.P.)<br />

Jens Nickel<br />

(E-Mail: redaktion@elektor.de)<br />

Internationale Redaktion<br />

Harry Baggen, Thijs Beckers,<br />

Jan Buiting, Guy Raedersdorf<br />

Redaktionssekretariat<br />

Hedwig Hennekens<br />

Einzelheft<br />

Deutschland € 6,50<br />

Österreich, Belgien, Luxemburg € 7,15<br />

Schweiz CHF 12.50<br />

Jahresabonnement-Standard<br />

Deutschland € 67,75<br />

Österreich, Belgien, Luxemburg € 74,00<br />

Schweiz CHF 130.00<br />

Andere Länder € 89,00<br />

Jahresabonnement-PLUS<br />

Deutschland € 77,70<br />

Österreich, Belgien, Luxemburg € 83,95<br />

Schweiz CHF 152.00<br />

Andere Länder € 98,95<br />

Probeabonnement<br />

Deutschland € 12,50<br />

Österreich, Belgien, Luxemburg € 12,50<br />

Schweiz CHF 22.00<br />

Andere Länder € 12,50<br />

(zzgl. Porto)<br />

Studentenabo-Standard<br />

Deutschland € 54,20<br />

Studentenabo-PLUS<br />

Deutschland € 64,15<br />

Upgrade zum Abo-PLUS<br />

Alle Länder € 9,95<br />

Labor/Technische Redaktion<br />

Antoine Authier (Ltg.), Ton Giesberts,<br />

Paul Goossens, Luc Lemmens, Jan Visser,<br />

Christian Vossen<br />

Grafi sche Gestaltung und Layout<br />

Giel Dols, Mart Schroijen<br />

Geschäftsführer/Herausgeber<br />

Paul Snakkers<br />

Marketing (Leitung)<br />

Carlo van Nistelrooy<br />

Vertrieb (Leitung)<br />

Margriet Debeij<br />

Anzeigen<br />

ID Medienservice<br />

Tel. 05 11/334 84-36<br />

Fax 05 11/334 84-81<br />

E-Mail: elektor@id-medienservice.de<br />

Es gilt die Anzeigenpreisliste Nr. 37 ab 01.01.2007<br />

Vertriebsgesellschaft<br />

IPS Pressevertrieb GmbH<br />

Postfach 12 11, 53334 Meckenheim<br />

Tel. 0 22 25/88 01-0<br />

Fax 0 22 25/88 01-199<br />

E-Mail: elektor@ips-pressevertrieb.de<br />

Internet: www.ips-pressevertrieb.de<br />

Vertrieb Österreich<br />

Pressegroßvertrieb Salzburg/Anif<br />

Niederalm 300<br />

Tel. +43/62 46/37 21-0<br />

Jahres- und Studentenabonnements (11 Hefte) dauern<br />

immer 1 Jahr und verlängern sich automatisch um weitere<br />

12 Monate, wenn nicht spätestens 2 Monate vor Ablauf<br />

schriftlich gekündigt wird. Probeabonnements (3 Hefte) laufen<br />

automatisch aus; sie müssen nicht gekündigt werden.<br />

Preisänderungen vorbehalten.<br />

Bankverbindungen<br />

Commerzbank Aachen<br />

Konto 1 201 102 (BLZ 390 400 13)<br />

IBAN/BIC: DE89 3904 0013 0120 1102 00/COBADEFF<br />

Postgiro Köln<br />

Konto 229 744-507 (BLZ 370 100 50)<br />

IBAN/BIC: DE17 3701 0050 0229 7445 07/PBNKDEFF<br />

Bestellungen & Abos für Österreich<br />

Alpha Buchhandel<br />

Wiedner Hauptstraße 144, 1050 Wien<br />

Tel. 01/585 77 45, Fax 01/585 77 45-20<br />

E-Mail: alpha@austrodata.at<br />

Internet: www.erb.at<br />

Bestellungen & Abos für die Schweiz<br />

Elektor-Verlag GmbH<br />

Süsterfeldstraße 25, 52072 Aachen<br />

Peter Custers<br />

E-Mail: vertrieb@elektor.de<br />

Riet Maussen, Marleen Brouwer<br />

E-Mail: abo@elektor.de<br />

Der Herausgeber ist nicht verpfl ichtet, unverlangt eingesandte<br />

Manuskripte oder Geräte zurückzusenden. Auch wird für diese<br />

Gegenstände keine Haftung übernommen.<br />

Nimmt der Herausgeber einen Beitrag zur Veröffentlichung an, so erwirbt<br />

er gleichzeitig das Nachdruckrecht für alle ausländischen Ausgaben<br />

inklusive Lizenzen. Die in dieser Zeitschrift veröffentlichten Beiträge,<br />

insbesondere alle Aufsätze und Artikel sowie alle Entwürfe, Pläne,<br />

Zeichnungen einschließlich Platinen sind urheberrechtlich geschützt. Ihre<br />

auch teilweise Vervielfältigung und Verbreitung ist grundsätzlich nur mit<br />

vorheriger schriftlicher Zustimmung des Herausgebers gestattet.<br />

Die veröffentlichten Schaltungen können unter Patent- oder<br />

Gebrauchsmusterschutz stehen. Herstellen, Feilhalten, Inverkehrbringen<br />

und gewerblicher Gebrauch der Beiträge sind nur mit Zustimmung des<br />

Verlages und ggf. des Schutzrechts inhabers zulässig. Nur der private<br />

Gebrauch ist frei. Bei den benutzten Warenbezeichnungen kann es sich<br />

um geschützte Warenzeichen handeln, die nur mit Zustimmung ihrer<br />

Inhaber warenzeichengemäß benutzt werden dürfen.<br />

Die geltenden gesetzlichen Bestimmungen hinsichtlich Bau, Erwerb<br />

und Betrieb von Sende- und Empfangseinrichtungen und der elektrischen<br />

Sicherheit sind unbedingt zu beachten. Eine Haftung des<br />

Herausgebers für die Richtigkeit und Brauchbarkeit der veröffentlichten<br />

Schaltungen und sonstigen Anordnungen sowie für die Richtigkeit<br />

des technischen Inhalts der veröffentlichten Aufsätze und sonstigen<br />

Beiträge ist ausgeschlossen.<br />

© 2007 Segment B.V.<br />

Druck<br />

hoontetijl, Zwolle (NL)<br />

ISSN 0932-5468<br />

6 elektor - 5/2007

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Ihrer Anwendung einen<br />

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Board ist ein elektronisches<br />

Gerät zur Messung von<br />

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PICFlash programmer – Ein<br />

ultraschneller USB 2.0<br />

Programmer für PIC MCU. Wie<br />

auch schon sein Vorgänger ist<br />

der PICFlash einer der schnellsten<br />

PIC-Programmer auf dem<br />

Markt. Er unterstützt mit<br />

mikroICD jetzt noch mehr PIC-<br />

MCUs und bietet dem<br />

Entwickler eine größere<br />

Auswahl an PICs für eigene<br />

Entwicklungen. Mit dem<br />

mikroICD Debugger können<br />

Sie am Host-PIC-MCU compiler<br />

Programme ausführen und<br />

Variablenwerte und die Inhalte<br />

des Special Function Registers<br />

(SFR), Speichers und des<br />

EEPROMs anzeigen lassen,<br />

während das Programm läuft.<br />

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- Alle unsere Produkte<br />

werden in speziellen<br />

Schutzkartons versandt.<br />

- Die sichere Online-<br />

Bestellung garantiert eine<br />

schnelle und sichere<br />

Lieferung der bestellten<br />

Produkte.<br />

mikroElektronika<br />

ENTWICKLUNGSTOOLS | COMPILER | BÜCHER<br />

EasyPIC4 Entwicklungsboard<br />

mit USB-2.0-Programmer und mikroICD onboard<br />

EasyPIC4 Entwicklungsboard:<br />

Wie sein Vorgänger EasyPIC3 ist<br />

das EasyPIC4-Entwicklungs<br />

board eines der besten PIC-<br />

Entwicklungssysteme auf dem<br />

Markt und verfügt sogar über<br />

noch mehr neue Features zum<br />

gleichen Preis. Das System<br />

unterstützt 8-, 14-, 18-, 20-, 28- und 40-Pin PIC-Mikrocontroller und<br />

ist mit einem PIC16F877A ausgestattet.<br />

Die mikroICD ist ein hocheffektives Werkzeug für Echtzeit-<br />

Debugging auf Hardware-Ebene. Mit dem ICD-Debugger können Sie<br />

am Host-PIC-Mikrocontroller mikroC-, mikroPascal- und mikroBasic-<br />

Programme ausführen und Variablenwerte und die Inhalte des<br />

Special Function Registers (SFR), Speichers und des EEPROMs<br />

anzeigen lassen,während das Programm läuft.<br />

On-board USB 2.0 PICFlash programmer – ein ultraschneller USB<br />

2.0 Programmer für die MCU-Programmierung. Wie schon sein<br />

Vorgänger ist der PICFlash der schnellste PIC-Programmer auf dem<br />

Markt und unterstützt mit mikroICD jetzt noch mehr PIC MCUs und<br />

bietet dem Entwickler eine größere Auswahl an PICs für eigene<br />

Entwicklungen.<br />

Packungsinhalt: EasyPIC4 Entwicklungssystem, USB-Kabel,<br />

serielles Kabel, Benutzerhandbuch, MikroICD-Handbuch, CD mit<br />

Software, Treibern und Beispielen in den Programmiersprachen C,<br />

BASIC und Pascal.<br />

Hinweis: LCD, DS1820 Temperatursensor und GLCD sind optional.<br />

EasyPIC4 Entwicklungssystem ................................... €80,00 EUR<br />

Optional:<br />

2x16 LCD und DS1820 Temperatursensor ................. €10,00 EUR<br />

Grafik-LCD 128x64 Bildpunkte .................................... €13,00 EUR<br />

mikroElektronika Compiler<br />

Pascal, Basic und C Compiler für verschiedene Mikrocontroller<br />

Durch die Unterstützung<br />

einer eindrucksvollen<br />

A n z a h l v o n<br />

Mikrocontrollern, die<br />

benutzerfreundliche<br />

IDE, hunderte von<br />

anwendungsfertigen<br />

Funktionen und eine<br />

Vielzahl von integrierten<br />

Tools gehören die Compiler von mikroElektronika derzeit zu den besten<br />

Produkten auf dem Markt. Neben mikroICD verfügen die<br />

mikroElektronika-Compiler über ein Statistikmodul, einen Simulator,<br />

einen Bitmap-Generator für Grafikdisplays, ein 7-Segment-Anzeigen-<br />

Konvertierungstool, eine ASCII-Tabelle, eine HTML-Code-<br />

Exportmöglichkeit, Kommunikationstools für SD/MMC, UDP (Ethernet)<br />

und USB, einen EEPROM-Editor, Programmierungsmodus-<br />

Management usw.<br />

Jeder Compiler verfügt über eine Vielzahl von Routinen und Beispielen<br />

wie das Lesen und Schreiben von Inhalten von EEPROM, FLASH- und<br />

MMC-, SD- und CF-Karten, die Ausgabe von Texten und Grafiken auf<br />

LCDs, die Bearbeitung von Tastern, die Eingabe über eine 4x4- und<br />

PS/2-Tastatur, die Erzeugung von Signalen und Klängen, die<br />

Bearbeitung von Zeichenfolgen, mathematische Berechnungen, I2C,<br />

SPI, RS232, CAN, USB, RS485 und OneWire-Kommunikation,<br />

Manchester-Codierungsmanagement, logische und numerische<br />

Konvertierung, PWM-Signale, Interrupts usw. Die CD-ROM enthält<br />

viele bereits geschriebene und getestete Programme, die mit unserem<br />

Entwicklungsboard verwendet werden können.<br />

Regulärer Preis:<br />

Angebotspreis:<br />

mikroBasic(PIC) €115,00 EUR mikroBasic(PIC) (-30%) €80,00 EUR<br />

mikroPascal(PIC) €115,00 EUR mikroPascal(PIC) (-30%) €80,00 EUR<br />

mikroC(PIC) €190,00 EUR mikroC(PIC) (-30%) €135,00 EUR<br />

mikroBasic(AVR) €115,00 EUR mikroBasic(AVR) (-30%) €80,00 EUR<br />

mikroPascal(AVR) €115,00 EUR mikroPascal(AVR) (-30%) €80,00 EUR<br />

mikroBasic(dsPIC) €115,00 EUR mikroBasic(dsPIC) (-30%) €80,00 EUR<br />

mikroPascal(dsPIC) €190,00 EUR mikroPascal(dsPIC) (-20%)€155,00 EUR<br />

mikroC(dsPIC) €190,00 EUR mikroC(dsPIC) (-30%) €135,00 EUR<br />

LV24-33 Entwicklungsboard<br />

Komplette Hardware- und Softwarelösung mit USB 2.0 Programmer<br />

und mikroICD onboard programmer and mikroICD<br />

Das System unterstützt 64-, 80- und 100-Pin-PIC24F/24H/dsPIC33F-<br />

Mikrocontroller (einschließlich PIC24FJ96GA010 - PIC24-16-bit MCU, 96 KB<br />

Flash Memory, 8 KB RAM im 100-Pin-Gehäuse). Das System wird mit<br />

Beispielen in BASIC, PASCAL und C geliefert. Wahlweise USB- oder externer<br />

Stromanschluss. Das LV 24-33-Entwicklungsboard verfügt über viele<br />

Features, die die Entwicklung vereinfachen. Testen Sie mit diesem<br />

Entwicklungsboard die neuen PIC24F/24H/dsPIC33F PIC-MCUs mit all Ihren<br />

Vorteilen.<br />

LV24-33 Entwicklungsboard .................................................. €115,00 EUR<br />

Uni-DS 3 Entwicklungsboard<br />

mit USB-2.0-Programmer onboard<br />

Das System unterstützt PIC, AVR, 8051, ARM und PSoC-Mikrocontroller und<br />

eine Vielzahl von Peripheriegeräten. Um mit einem anderen Chip in der gleichen<br />

Entwicklungsumgebung weiterarbeiten zu können, braucht nur die<br />

Karte gewechselt zu werden. Das UNI-DS3-Entwicklungsboard verfügt über<br />

viele Features, die die Entwicklung vereinfachen. Wahlweise USB- oder<br />

externer Stromanschluss. Jede MCU-Karte verfügt über einen eigenen USB-<br />

2.0-Programmer!<br />

Uni-DS 3 Entwicklungssystem [mit einer MCU-Karte]......... €155,00 EUR<br />

dsPICPRO 3 Entwicklungsboard<br />

Komplette Hardware- und Softwarelösung mit USB 2.0 Programmer<br />

und mikroICD onboard<br />

Das System unterstützt dsPIC-Mikrocontroller in 64- und 80-Pin-Gehäusen.<br />

Das Board ist mit einem dsPIC30F6014A-Mikrocontroller ausgestattet. Das<br />

dsPICPRO3- Entwicklungssystem ist ein umfangreich ausgestattetes<br />

Entwicklungsboard für Mikrochip-dsPIC-MCUs. Mit dem dsPICPRO3-Board<br />

können Mikrocontroller mit externen Anwendungen und einer Vielzahl von<br />

Peripheriegeräten verbunden werden. Dieses Entwicklungsboard verfügt<br />

über einen Onboard-USB-2.0-Programmer und integrierte Anschlüsse für<br />

MMC/SD-Speicherkarten, 2 x RS232, RS485, CAN, Onboard-ENC28J60-<br />

Ethernet-Controller, DAC usw.<br />

dsPICPRO3 Entwicklungssystem ......................................... .€185,00 EUR<br />

EasyARM Entwicklungsboard<br />

mit USB 2.0 Programmer onboard<br />

Das EasyARM Board ist mit dem Philips LPC2214-Mikrocontroller ausgestattet.<br />

Jeder Jumper, jedes Bauteil und jeder Pin ist deutlich auf dem Board<br />

gekennzeichnet. Mit dem System können die meisten industriellen Aufgaben<br />

getestet werden: Temperatur-Controller, Zähler, Zeitgeber usw. Das<br />

EasyARM- Entwicklungsboard verfügt über viele Features, die die<br />

Entwicklung vereinfachen. Eines dieser Features ist der Onboard-USB-2.0-<br />

Programmer mit automatischer Umschaltung zwischen der Betriebsart<br />

„Ausführen“ und „Programmieren“. Zum Lieferumfang des Boards gehören<br />

Beispiele in der Programmiersprache C.<br />

EasyARM Entwicklungssystem ............................................. €115,00 EUR<br />

Easy8051A Entwicklungsboard<br />

mit USB-2.0-Programmer onboard<br />

Das System unterstützt 14-, 16-, 20-, und 40-Pin-Mikrocontroller und ist mit<br />

einem AT89S8252 ausgestattet. Bestandteil des Boards ist ein USB-2.0-<br />

Programmer. Zum Programmieren braucht der Mikrocontroller nicht entfernt<br />

zu werden. Mit diesem System kann eine Vielzahl industrieller Anwendungen<br />

getestet werden: Temperatur-Controller, Zähler usw.. Das Easy8051A-<br />

Entwicklungssystem ist ein umfangreich ausgestattetes Entwicklungsboard<br />

für 8051-Mikrocontroller. Es wurde entworfen, damit Studenten und<br />

Ingenieure alle Möglichkeiten von 8051-Mikrocontrollern anwenden und<br />

testen können.<br />

Easy8051A Entwicklungssystem ............................................. €89,00 EUR<br />

BIGPIC4 Entwicklungsboard<br />

mit USB-2.0-Programmer und mikroICD onboard<br />

Wie sein Vorgänger BIGPIC3 ist das BIGPIC4 Entwicklungsboard eines der<br />

besten 80-Pin PIC-Entwicklungssysteme auf dem Markt und verfügt sogar<br />

über noch mehr neue Features zum gleichen Preis. Das System unterstützt<br />

die neuesten 64- und 80-Pin PIC-Mikrocontroller und ist mit einem<br />

PIC18F8520 ausgestattet. Viele bereits erstellte Beispiele garantieren eine<br />

erfolgreiche Anwendung des Systems. Der ultraschnelle Onboard-<br />

Programmer und die mikroICD (In-Circuit-Debugger) machen die<br />

Fehlersuche effizienter und ermöglicht kürzere Entwicklungszeiten. Zum<br />

Lieferumfang des Boards gehören Beispiele in C, BASIC und Pascal.<br />

BIGPIC4 Entwicklungssystem ................................................. €99,00 EUR<br />

EasyAVR4 Entwicklungsboard<br />

mit USB-2.0-Programmer onboard<br />

Das System unterstützt 8-, 20-, 28- und 40-Pin-Mikrocontroller und ist mit<br />

einem ATMEGA16 ausgestattet. Jeder Jumper, jedes Bauteil und jeder Pin<br />

ist deutlich auf dem Board gekennzeichnet. Mit dem System können die<br />

meisten industriellen Aufgaben getestet werden: Temperatur-Controller,<br />

Zähler, Zeitgeber usw. EasyAVR4 ist ein benutzerfreundliches Atmel-AVR-<br />

Entwicklungssystem. Der USB-2.0-Programmer onboard erleichtert die<br />

Entwicklungsarbeit. Zum Lieferumfang des Boards gehören Beispiele in<br />

BASIC und Pascal.<br />

EasyAVR4 Entwicklungssystem ............................................. €89,00 EUR<br />

EasyPSoC3 Entwicklungsboard<br />

mit USB-2.0-Programmer onboard<br />

Das System unterstützt 8-, 20-, 28- und 48-Pin-Mikrocontroller und ist mit<br />

einem CY8C27843 ausgestattet. Jeder Jumper, jedes Bauteil und jeder Pin<br />

ist deutlich auf dem Board gekennzeichnet. EasyPSoC3 ist ein benutzerfreundliches<br />

PSoC-Entwicklungssystem. Der USB-2.0-Programmer onboard<br />

ermöglicht eine schnelle und einfache systeminterne Entwicklung.<br />

EasyPSoC3 Entwicklungssystem .......................................... €130,00 EUR<br />

EasydsPIC3 Entwicklungsboard<br />

mit USB-2.0-Programmer onboard<br />

Das System unterstützt 18-, 28- und 40-Pin-Mikrocontroller und ist mit einem<br />

dsPIC30F4013 Mehrzweck-Mikrocontroller mit internem 12-BIT ADC ausgestattet.<br />

Das EasydsPIC3-Entwicklungsboard verfügt über viele Features,<br />

die die Entwicklung vereinfachen. Viele bereits in C, BASIC und PASCAL<br />

erstellte Beispiele garantieren eine erfolgreiche Anwendung des Systems.<br />

Der Onboard-USB-2.0-Programmer ermöglicht kürzere Entwicklungszeiten.<br />

EasydsPIC3 Entwicklungssystem ........................................... €89,00 EUR<br />

Finden Sie Ihren Fachhändler: Großbritannien, USA, Deutschland, Japan,<br />

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S O F T W A R E A N D H A R D W A R E S O L U T I O N S F O R E M B E D D E D W O R L D<br />

5/2007 - elektor 7

---

INFO & MARKT MAILBOX<br />

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Hexadoku-Lösung (zu ELEKTOR März 2007)<br />

Aprilscherz (1)<br />

Zum “Synergetischen Transformator<br />

- Eisenloser Trafo<br />

überträgt Gleichstrom”:<br />

*Super* : Selten so gut in den<br />

“April” geschickt worden.<br />

Thomas Sonntag<br />

Aprilscherz (2)<br />

Ist der Artikel „Synergetischer<br />

Transformator“ ein Aprilscherz?<br />

Wenn nein, würde ich mich in<br />

die Entwicklung ganz gerne<br />

einklinken, da ich Erfahrung<br />

mit resonierenden Transformatoren<br />

habe, gerade im HV-<br />

und HF-Bereich. (Stichworte :<br />

Parasitäre Wicklungskapazität<br />

& Streuinduktivität). Wenn ich<br />

der erste Zweifl er bin, hätte ich<br />

gern ein nettes Feedback. ;-)<br />

Dirk Borgers<br />

Wir wissen nicht, ob Sie der erste<br />

waren, aber sicher einer von<br />

den ersten, die auf den diesjährigen<br />

Aprilscherz reagiert haben.<br />

Die hoffnungsvolle Entwicklung des<br />

„Synergetischen Trafos“ ist aber mit<br />

dem Erscheinen dieser Ausgabe (siehe<br />

„Aufl ösung“ im Textkasten) leider<br />

schon beendet. Trotzdem vielen<br />

Dank für Ihr Unterstützungsangebot<br />

– das Thema könnte ja noch einmal<br />

aufgegriffen werden. Wie wäre es<br />

mit einem Beitrag für unsere Rubrik<br />

„Laborgefl üster“?<br />

Ernst Krempelsauer<br />

(Redaktion)<br />

Aprilscherz (3)<br />

Zum Artikel Freescale Programmer,<br />

Heft April 2007:<br />

Soll dieser Artikel ein Aprilscherz<br />

sein? Seit wann gibt es<br />

8- oder 10-Bit-CAN mit gemultiplexten<br />

Eingängen? Als<br />

ich mir die Seite 50 durchgelesen<br />

habe, wusste ich nicht,<br />

ob ich lachen oder weinen<br />

sollte ( z.B. sechs 10-Bit-CAN<br />

oder dreizehn 10-Bit-CAN.<br />

Hab die Schaltung nicht<br />

ausprobiert, aber kann ich<br />

aufgrund des Artikels davon<br />

ausgehen, dass diese eh nicht<br />

funktioniert?<br />

Sascha Streiber<br />

Dieser Artikel ist kein Aprilscherz<br />

(der war nämlich auf S. 76 im gleichen<br />

Heft). Sie können aufgrund<br />

des Artikels auch nicht davon aus-<br />

Synergetischer Transformator: Die Aufl ösung<br />

Hier fi nden Sie die versprochenen Nachbauhinweise, um die<br />

Experimente mit dem Transformator aus der April(!)ausgabe<br />

nachvollziehen zu können. Um es auf den Punkt zu bringen:<br />

Der Transformator ist nicht so gewickelt, wie es von außen<br />

scheint. Die Anfänge der Wicklung sind in Bild 1 zu sehen:<br />

Es ist keine Zwei-KammerWicklung - die Wand zwischen den<br />

Kammern ist nämlich durchbohrt. Zu einer Wicklung gehört<br />

jeweils ein Ende auf der einen Seite und ein Ende auf der<br />

anderen Seite<br />

des Transformators.<br />

Dieser<br />

spezielle Aufbau<br />

führt natürlich<br />

zu ungewöhnlichen<br />

Ergebnissen.<br />

Elektrisch sieht<br />

die Sache so<br />

aus wie in<br />

Bild 2 dargestellt.<br />

Das<br />

magnetische<br />

Bauteil arbeitet<br />

nicht als<br />

Transformator<br />

zwischen<br />

Primär- und<br />

Sekundärseite,<br />

sondern<br />

eher wie eine<br />

Drossel in<br />

Entstörfi ltern.<br />

Beachtet<br />

man noch<br />

den Wick-<br />

lungssinn, dann merkt man, dass das Ganze eigentlich<br />

wie eine Differential-Mode-Drossel wirkt, weil durch den<br />

Wicklungssinn die beiden Teilspulen für den Strom hintereinandergeschaltet<br />

sind. Beide Wicklungen haben jeweils<br />

32 Windungen. Macht zusammen 64 Windungen auf einem<br />

Kern (E32/21/15) mit einem AL-Wert von ca. 600 nH bei<br />

eingeschobenem Ferrit = ca. 2,5 mH.<br />

Damit wird Experiment 1 leicht erklärbar:<br />

Die Induktivität von 2,5 mH ist bei 4 kHz eine Impedanz von<br />

etwa 60 Ω. Die Lampe (6V/0,3A) hat einen Widerstand von<br />

20Ω. An der Drossel fällt also die meiste Spannung ab und<br />

die Lampe leuchtet nur schwach. Entfernt man die Ferrit-<br />

Kerne, sinkt die Induktivität auf einige µH ab und an der Spule<br />

entsteht kaum Spannungsabfall - die Lampe leuchtet hell.<br />

Experiment 2: Die Durchlässigkeit für Gleichstrom bei ’Polaritätsumkehr’<br />

ist jetzt natürlich auch klar. Linke und rechte<br />

Anschlüsse sind schließlich galvanisch verbunden. Bei niedrigen<br />

Frequenzen merkt man von der Induktivität nichts, und<br />

die LEDs leuchten einfach abwechselnd, je nach Polarität.<br />

Die Verwendung verschiedener Drahtsorten für die beiden<br />

Wicklungen dient nur dazu, die Illusion von zwei getrennten<br />

Wicklungen beim Beobachter zu verstärken. Alles in allem<br />

ein kleiner Taschenspielertrick, mit dem man aber elektrotechnische<br />

Kollegen und Freunde (nicht nur zum 1. April)<br />

gehörig aufs Glatteis führen kann.<br />

8 elektor - 5/2007<br />

1N4007<br />

330<br />

Bild 1. Wicklungstrick.<br />

Synergetischer<br />

Trafo<br />

Bild 2. Wirksame Innenschaltung.<br />

330<br />

060385 - 13<br />

6V<br />

0A3

---

gehen, dass die Schaltung eh nicht<br />

funktioniert. Natürlich gibt es 8-<br />

oder 10-Bit-CAN mit gemultiplexten<br />

Eingängen, allerdings nur in<br />

dem Land, aus dem der Beitrag<br />

stammt, nämlich in Frankreich. Dort<br />

steht die Abkürzung CAN nämlich<br />

für Convertisseur Analogique/<br />

Numérique, auf deutsch Analog-<br />

Digital-Wandler. Was wir hierzulande<br />

unter „CAN“ verstehen, ist dort<br />

der „bus CAN”.<br />

Der Fehler liegt aber bei uns, der<br />

Redaktion, und beruht (wie immer)<br />

auf einer Verkettung unglücklicher<br />

Umstände: Zum einen stammte<br />

die Übersetzung des Beitrags von<br />

einem neuen Übersetzer und zum<br />

anderen gab es bei der Bearbeitung<br />

der Übersetzung auch noch ein<br />

Terminproblem, so dass die irreführende<br />

Bezeichnung (CAN statt ADC)<br />

leider überlesen wurde. Wir bitten<br />

diesen Lapsus zu entschuldigen.<br />

Unseren erfahrenen Übersetzern<br />

würde so etwas natürlich nicht passieren<br />

(und uns Redakteuren normalerweise<br />

auch nicht).<br />

Ernst Krempelsauer<br />

(Redaktion)<br />

Z-Diode mit 1,4 V<br />

Ich möchte darauf hinweisen,<br />

dass die Diode D2 im<br />

Schaltbild des „Einfachen<br />

Solarladers“ (Aprilheft 2007)<br />

falsch gezeichnet ist. Die Kathode<br />

einer Diode ist durch<br />

einen Ring gekennzeichnet.<br />

Da “Z-Dioden” kleiner Spannung<br />

nicht in Sperrrichtung<br />

betrieben werden, muss der<br />

Markierungsring auf dem<br />

negativen Teil der Schaltung<br />

sein. Umgekehrt wie bei Z-Dioden<br />

höherer Spannung.<br />

Hans F. Kiefer<br />

In der Schaltungsbeschreibung gehen<br />

wir auf diesen Sachverhalt auch<br />

sehr ausführlich ein (Text gelesen?).<br />

Trotzdem: Es handelt sich um eine Z-<br />

Diode, und die muss im Schaltplan<br />

so wie von uns gezeichnet dargestellt<br />

werden.<br />

Optische Encoder für<br />

Kurzwellenempfänger<br />

Der Drehencoder S1 wurde im<br />

Artikel in Heft 12/2005 nicht<br />

näher spezifi ziert. Es handelt<br />

5/2007 - elektor<br />

sich um den in ELEKTOR schon<br />

öfter verwendeten Bourns<br />

ECW1J-B24-AC0024. Dieser<br />

Encoder liefert 24 Impulse pro<br />

Umdrehung, so dass bei 1 kHz<br />

Aufl ösung der Abstimmung<br />

pro Umdrehung 24 kHz abgestimmt<br />

werden können, was<br />

für AM und FM ausreicht.<br />

Für SSB-Empfang auf den<br />

Amateurfunkbändern lässt sich<br />

die Aufl ösung der Abstimmung<br />

auf 100 Hz einstellen, was bei<br />

IGH PEED<br />

H S<br />

ROBUST<br />

FLEXIBLE<br />

diesem Drehencoder einem<br />

Abstimmbereich von 2,4 kHz<br />

pro Umdrehung entspricht.<br />

Wenn man einen Dreh encoder<br />

mit einer höheren Impulszahl<br />

pro Umdrehung einsetzt, kann<br />

sogar in allen Bereichen mit<br />

100 Hz Aufl ösung abgestimmt<br />

werden.<br />

Geeignete Encoder mit höherer<br />

Pulszahl von Burns sind<br />

der ENC1J-D28-L00128L mit<br />

128 Impulsen pro Umdre-<br />

hung und der ENC1J-D28-<br />

L00256 mit 256 Impulsen pro<br />

Umdrehung. Weitere Informationen<br />

zu den Drehencodern<br />

fi ndet man unter<br />

www.bourns.com/components.aspx?cmsphid=7631383|7<br />

163299|2829252#oe<br />

MailBox<br />

In dieser Rubrik veröffentlichen wir<br />

Kritik, Meinungen, Anregungen, Wünsche<br />

oder Fragen unserer Leser.<br />

Die Redaktion trifft die Auswahl und behält<br />

sich Kürzungen vor.<br />

Bitte geben Sie immer an,<br />

auf welchen Artikel und welche Ausgabe<br />

(Monat/Jahr)<br />

sich Ihr Schreiben oder Mail bezieht.<br />

ARM7/9/11 TriCore MPC55xx<br />

Sie erreichen uns per E-Mail<br />

(redaktion@elektor.de),<br />

per Fax (02 41/88 909-77)<br />

oder unter der Anschrift:<br />

Redaktion ELEKTOR<br />

Süsterfeldstr. 25<br />

52072 Aachen<br />

XC2200<br />

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9

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INFO & MARKT MAILBOX<br />

Updates und Ergänzungen<br />

Funkzwerge iDwaRF Wireless-USB-Funkmodule,<br />

ELEKTOR März 2007, Seite 18<br />

Bitte beachten Sie beim Prototyping-Board (Bild 10), dass<br />

die Netzteilbuchse K3 nur bei Netzbetrieb bestückt wird. In<br />

diesem Fall darf keine Batterie angeschlossen werden. Also<br />

entweder Netzteil oder Batterie anschließen, aber nicht<br />

beides, weil die Batterien sonst unzulässigerweise „geladen“<br />

werden (Netzteilspannung liegt auch an der Batterie).<br />

AVR steuert USB, ELEKTOR März 2007, Seite 32<br />

Bei der Kürzung des Beitrags ist der Quellen-Hinweis des Autors<br />

auf den für die Firmware verwendeten AVR-USB-Treiber der<br />

Firma Objective Development Software GmbH (www.obdev.<br />

at) entfallen. Bei diesem Treiber handelt es sich um ein Open-<br />

Source-Projekt (siehe www.obdev.at/avrusb/ und www.obdev.<br />

at/products/avrusb/index.html). Aus diesem Grund wird auch<br />

der Schaltplan des AVR-USB-Boards aus ELEKTOR März 2007<br />

im Internet veröffentlicht (siehe www.elektor.de).<br />

In der Stückliste ist IC4 fälschlich als ULN2003A angegeben.<br />

Richtig ist die Angabe im Schaltplan: IC4 = ULN2803A.<br />

Außerdem muss R4 auf 1k5 geändert werden, um eventuelle<br />

Probleme mit der Enumeration zu vermeiden.<br />

321-Take-off! (Raketen-Telemetrie),<br />

ELEKTOR Februar 2007, Seite 28<br />

In der Stückliste wurden die Platinennummern teilweise falsch<br />

angegeben, und zwar mit 050239 statt 050238. Zur Sicherheit<br />

hier noch einmal die beiden Platinennummern: Senderplatine<br />

= 050238-1, Empfängerplatine = 050238-2<br />

Sputnik-Zeitmaschine,<br />

ELEKTOR Januar 2007, Seite 46<br />

Der Widerstand R9 ist in der Stückliste versehentlich als R15<br />

aufgeführt. Richtig ist (wie im Schaltplan und auf der Platine):<br />

R9 = 10 k, R15 gibt es nicht.<br />

C8 ist im Schaltplan mit 10 µ/350 V angegeben, während es<br />

in der Stückliste 4µ7/400 V sind. Beide Angaben sind richtig,<br />

weil verwendbar. Der Elko sollte minimal 4µ7 und 250 V haben,<br />

höhere Kapazität und Spannungsfestigkeit schaden nicht.<br />

Very Simple Clock, ELEKTOR Januar 2007, Seite 60<br />

In der Stückliste wurde in der Abbildung der Platine (Bild 2)<br />

die Platinennummer und in der Stückliste die Bestellnummer<br />

des programmierten Controllers (IC1) falsch angegeben. Die<br />

richtige Platinennummer ist 060350-1, und der programmierte<br />

PIC-Controller hat die Bestellnummer 060350-41.<br />

Short Wave Catcher: Kurzwellenempfänger mit<br />

DDS, ELEKTOR Dezember 2006, Seite 28<br />

Bei L11 und L14 in Bild 3 (Controller-Platine) sind die Bezeichnungen<br />

vertauscht - die angegebenen Werte stimmen<br />

aber. L11 ist daher 1µ2 und L14 ist 100 µH.<br />

Auf der Controller-Platine fehlt die Verbindung zwischen<br />

Pin 19 von IC2 und der Betriebsspannung. Das lässt sich<br />

leicht mit einer Drahtbrücke beheben. Für die Produktion<br />

wurden die Platinendaten am 2. März korrigiert.<br />

Ebenso wurden Platinenlayout (Download) und Stückliste bei<br />

www.elektor.de korrigiert.<br />

Bei schnellem Drehen des Drehencoders ändert sich die<br />

Frequenzanzeige auf dem Display in die falsche Richtung.<br />

Das lässt sich durch Ändern des Werts von C40 beheben. Je<br />

nach verwendetem Encoder ist ein etwas größerer oder kleinerer<br />

Kapazitätswert erforderlich.<br />

Die Markierung bei Mix1 (dem ASK-1) steht nicht bei Pin 1,<br />

sondern bei Pin 6. Auf Grund der Symmetrie des Mischers<br />

ist es aber egal, wie herum der Baustein bestückt wird.<br />

Beim SSB-Empfang gibt es Probleme durch unterschiedliche<br />

Daten des CSB455 (X3), die von der Herkunft (Hersteller)<br />

abhängen. Mit der vom Autor und von Elektor verwendeten<br />

Ausführung des CSB455 (Lieferant: Barend Hendriksen) ist<br />

der SSB-Empfang einwandfrei. Im deutschen und englischen<br />

ELEKTOR-Forum fi nden sich Vorschläge zur Problemlösung<br />

bei „unwilligen“ CSB455-Versionen. Im deutschen Forum<br />

unter Allgemeines Elektronik-Forum > Kurzwellenempfänger:<br />

Bauteile, Platinen, im englischen Forum unter My circuit<br />

doesn’t work (yet)! > Shortwave Capture.<br />

WLAN-Wellen aus der Dose,<br />

ELEKTOR Dezember 2006, Seite 72<br />

Die neue Web-Adresse der „Theorie der Hohlleiter“ von<br />

Christian Wolff lautet: www.radartutorial.eu/03.linetheory/<br />

tl10.de.html<br />

RFID-Reader, ELEKTOR September 2006, Seite 28<br />

Auf www.elektor.de wurde Mitte März eine neue Firmware-<br />

Version (V2.1) bereitgestellt. Der Update betrifft die LCD-<br />

Ansteuerung, die verbessert wurde. Ab der Reader-Firmware-<br />

Version V2.0 konnte ein Timeoutfehler auftreten, wenn auf<br />

der Reader-Platine kein LC-Display eingelötet war. Dieses<br />

Timeout wurde bei fehlendem Display durch das Warten auf<br />

das LCD-Busy-Flag verursacht. Bei der neuen Version V2.1<br />

wird beim Anlegen der Versorgungsspannung nur noch einmal<br />

geprüft, ob ein LC-Display vorhanden ist oder nicht.<br />

Power-MOSFET-Gleichrichter,<br />

ELEKTOR 7-8/2006, S. 74<br />

Im Text steht, dass der IRFZ48N nicht mehr hergestellt wird.<br />

Als alternative Lösung wird der IRF4905 angegeben.<br />

Beides ist falsch: Der IRFZ48N wird von International Rectifi<br />

er nach wie vor hergestellt, und der IRF4905 ist ein P-Kanal-Typ<br />

und damit als Ersatz für den IRFZ48N (N-Kanal-Typ)<br />

defi nitiv ungeeignet. Macht aber nichts, man kann ja den<br />

IRFZ48N nehmen…<br />

Falls doch Ersatztypen für den IRFZ48N (55 V/64 A, 16 mΩ)<br />

gesucht werden, kann man den IRF1010N (55 V/72 A,<br />

11 mΩ) und den IRL3705 (55 V/77 A, 10 mΩ) in Betracht<br />

ziehen. Beide passen ganz gut als N-Kanal-Gegenstück zum<br />

P-Kanal-IRF4905 (55 V/74 A, 20 mΩ).<br />

10 elektor - 5/2007

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Von Supertwist und<br />

Von Rolf Gerstendorf<br />

Bild 1. Mit allem und jedem kompatibel: die DIP-Serie von Electronic Assembly.<br />

In unseren modernen Zeiten gehört es schon fast zum guten Ton,<br />

ein selbst entworfenes elektronisches Gerät mit einem Display auszustatten.<br />

Standen früher nur einfache LED- und LCD-Module in<br />

7-Segment- und Punktmatrix-Technik zur Verfügung, eröffnet sich<br />

heutzutage eine verwirrende Vielfalt von Technologien, Schnittstellen<br />

und Modul-Formen.<br />

LC-Displays<br />

Immer größer, immer fl acher, immer kontrastreicher, so könnte man<br />

die Entwicklung der LC-Displays beschreiben. Der Elektroniker dürfte<br />

vor allem von den immer besseren Kontrastwerten profi tieren.<br />

Musste man sich früher bei Twisted-Nematic-Modulen (TN) über einen<br />

Kontrast von 3:1 ärgern, so bietet die Super-TN-Technik (STN)<br />

heute einen Farbkontrast von 7:1. Bei Double- und Triple-TN (monochrom)<br />

wird gar ein Wert von bis zu 15:1 spezifi ziert. So macht<br />

der Einsatz eines Grafi k-Displays auch bei hellem Umgebungslicht<br />

Sinn.<br />

Auch in Sachen Interface machen LCD-Module Fortschritte. Neue<br />

Produkte bieten RS232- oder I 2 C-Interfaces, welche die Ansteuerung<br />

und den Anschluss an einen Mikrocontroller deutlich vereinfachen.<br />

Electronic Assembly [1] stellt die neue DIP-Serie von Kleindisplays<br />

(alphanumerisch von 1 x 8 bis 4 x 20 sowie vier Grafi kmodule)<br />

in Supertwist-Technik vor, die sich als äußerst anwenderfreundlich<br />

Bild 2. Grafi k-Displays von Matrix Orbital sind bei Antratek erhältlich.<br />

zeigt. Die Module werden einfach bestückt und verlötet, Montagematerial<br />

ist nicht erforderlich. Es gibt keine Platinenüberstände,<br />

der zur Verfügung stehende Platz wird von den Displays optimal<br />

genutzt. Die Displays sind durchweg mit Standardcontrollern<br />

ausgestattet. Die Textdisplays sind befehls- und pinkompatibel<br />

zum HD44780; die Grafi kdisplays haben einen SED1520,<br />

KS0107/0108 oder T6963 on Board. Die Module gleicher Baureihe<br />

sind ebenfalls größen- und pinkompatibel und somit untereinander<br />

austauschbar - entsprechende Software vorausgesetzt. Ein<br />

späterer Upgrade von Text- auf Grafi kdisplay ist jederzeit möglich.<br />

Die Displays werden mit integrierter LED-Hintergrundbeleuchtung<br />

gelb/grün, blau/weiß, amber oder s/w geliefert (Bild 1).<br />

Beim Elektronikladen [2] gibt es serielle LC-Displays (2 x 16,<br />

4 x 20) von Parallax. Die Ansteuerung erfolgt über eine einzelne<br />

TTL-Signalleitung mit 2400 bis 19200 Baud. Die darzustellenden<br />

Zeichen (schwarz auf grünem Hintergrund) werden als ASCII-Codes<br />

32 bis 127 gesendet. Bis zu acht benutzerspezifi sche Zeichen sind<br />

frei defi nierbar. Darüber hinaus unterstützen die Displays auch verschiedene<br />

Steuercodes, etwa zur Cursorpositionierung oder zum<br />

Schalten der Hintergrundbeleuchtung.<br />

Die Grafi k-LCDs von Matrix Orbital (Vertrieb bei Antratek [3]) können<br />

dank Einzelpunktsteuerung jede beliebige Anzeigeinformation<br />

liefern - Punkte, Linien, Balken und Bitmap-Grafi ken. Die Anzeige<br />

von Text, gemischt mit Grafi kelementen, ist ebenso möglich. Auch<br />

diese Grafi k-LCDs sind mit einer Hintergrundbeleuchtung ausgestattet,<br />

die per Software steuerbar ist (Bild 2).<br />

Noch nicht einmal in den Kinderschuhen, sondern noch im Forschungslabor<br />

stecken Displays mit ferroelektrischen Flüssigkristallen<br />

(FLC). Die so genannten Ferroelektrika speichern elektrische Felder<br />

sehr lange. Denkbar sind damit Displays, die ein einmal geladenes<br />

Bild bewahren, bis es ein Löschimpuls löscht - nach Wochen, Monaten<br />

oder gar Jahren. Auch bei „normalen“ Anwendungen bieten<br />

ferroelektrische Flüssigkristalle Vorteile. Die Bildpunkt-Felder müssen<br />

nicht so häufi g aufgefrischt werden, so dass die Steuerelektronik<br />

entlastet wird. Ein weiterer Vorteil ist der zu erwartende verbesserte<br />

Kontrast.<br />

(O)LED-Displays …<br />

Auch wenn alle Welt von OLEDs spricht: Selbst herkömmliche LED-<br />

Displays bieten Innovationen. So stellt Avago Technologies [4] mit<br />

den HCMS-2919/2976 zwei intelligente alphanumerische 5 x 7-<br />

Dot-Matrix-LED-Displays vor. Sie besitzen auch bei Tageslicht gut<br />

ablesbare blaue Anzeigen und schmale rechteckige 8-Zeichen-Gehäuse<br />

in der Größe einer AAA-Batterie. Die Displays werden von<br />

integrierten CMOS-ICs gesteuert und können direkt an den seriellen<br />

Bus eines Mikroprozessors angeschlossen werden - ohne zusätzliche<br />

Interface-Bauelemente. Eine Helligkeitssteuerung ist einfach<br />

implementierbar. Der Clou: Die LED-Displays lassen sich horizontal<br />

wie vertikal für größere Zeichenmengen zusammenstecken<br />

(Bild 3).<br />

Durch die Entwicklung von OLEDs auf organischer Basis ist der<br />

Flüssigkristall-Technologie eine echte Konkurrenz entstanden. OLED-<br />

Displays sind preiswert herzustellen und weisen eine brillante, kontrastreiche<br />

und aus jedem Blickwinkel ablesbare Darstellung auf.<br />

OLEDs leuchten selbst, benötigen also keine energiefressende Hintergrundbeleuchtung.<br />

Da das OLED-Material auf fast jeden Träger<br />

12 elektor - 5/2007

---

PLEDs<br />

gedruckt werden kann, sind auch sehr fl ache und biegsame Displays<br />

denkbar - zum Beispiel für E-Papers. Da OLEDs zudem sehr<br />

schnell sind und (ohne irgendwelche Farbfi lter wie LCDs) eine sehr<br />

gute Farbtiefe erreichen, ist diese Technologie vorrangig für die<br />

Bildschirmanwendung (TV, Monitor) geeignet. Die Hersteller haben<br />

mittlerweile auch die anfangs geringe Lebenswartung gut im Griff.<br />

PLEDs verwenden anders dotierte polymere Werkstoffe, die eine<br />

noch höhere Effi zienz erzielen.<br />

Obwohl OLED/PLED-Displays natürlich vor allem für Hersteller von<br />

portablen Geräten mit Akkuversorgung (Handys, MP3-Player) interessant<br />

sind, fällt auch für den Elektroniker einiges ab. In den letzten<br />

Monaten hat eine Reihe von alphanumerischen und grafi schen, monochromen<br />

und farbigen Kleindisplays den Markt erreicht.<br />

Densitron [5] bietet eine kleine Palette von OLED-Displays mit Größen<br />

von bis zu 160 x 128 Pixeln mit teilweise kuriosen Features<br />

an. So ist das DD-32645 beispielsweise in mehrere Farbbereiche<br />

eingeteilt. Besonders interessant ist das neue DD-12864, ein<br />

weißes Display mit einer Aufl ösung von 126 x 64, einer Baugröße<br />

von 26,7 x 19,26 mm und einer Dicke von nur 2,1 mm. Das<br />

Display bietet einen Kontrast von 1000:1 und einen extrem weiten<br />

Blickwinkel von 160° aus allen Richtungen. Das Modul kommt mit<br />

einer Versorgungsspannung von 2,8 V aus und braucht bei 50 %iger<br />

Pixelnutzung und voller Helligkeit nur 54 mW. Es stellt an<br />

Schnittstellen 8-bit-Parallel und 4-Line-SPI zur Verfügung (Bild 4).<br />

… starten durch<br />

Gesehen auf der „Embedded World“: Atlantik Elektronik [6] hat<br />

interessante OLED-Displays des Herstellers GPEG im Portfolio. Der<br />

Blickwinkel wird mit mehr als 170° (!), der Kontrast mit über 200:1<br />

angegeben. Da eine Hintergrundbeleuchtung prinzipbedingt entfällt,<br />

beträgt die Stärke des Displays weniger als 1,6 mm; gleichzeitig<br />

wird auch das Gewicht reduziert. Die Produkte sind mit Auflösungen<br />

von 64 x 48 bis 256 x 64 (monochrom) sowie 96 x 64<br />

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5/2007 - elektor<br />

Innovative Kleindisplays<br />

bis 128 x 128 (Multicolor) zu haben.<br />

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Bild 3. Die Displays sind vertikal und horizontal zusammensteckbar (Foto: Avago Technologies).<br />

Gut zwei Dutzend OLED-Displays hat auch RiTDisplays [7] im Angebot.<br />

Die Produkte sind teilweise monochrom in verschiedenen<br />

Farben, einige Modelle können auch mit einer Farbtiefe von 65 k<br />

bis 262 k aufwarten. Leider ist der Hersteller mit technischen Informationen<br />

recht zurückhaltend. RiT-Displays werden von Beck-Elektronik<br />

[8] vertrieben.<br />

Als erste Standardmodule bietet Electronic Assembly [9] die Module<br />

EA8162 und EA8202 in Einzelstückzahlen an. Sie sind kompatibel<br />

zu den bekannten 2 x 16- und 2 x 20-LCD-Modulen; der<br />

Befehls- und Zeichensatz entspricht voll dem HD44780-Standard.<br />

Das Display läuft ohne Änderung der Software am 4- und 8-bit-Datenbus<br />

und ist damit für den LCD-Ersatz in bestehenden Geräten<br />

prädestiniert. Vorteile sind ein schneller Bildaufbau (keine Schlieren<br />

und Schatten auch bei bewegten Texten), ein gleichbleibend hoher<br />

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Anzeige<br />

13

---

INFO & MARKT PRODUKT-REPORT<br />

Kontrast über den gesamten Temperaturbereich und ein niedriger<br />

Stromverbrauch von nur 15 mA. Das Modul ist 9,4 mm fl ach. Weitere<br />

Text- und Grafi kdisplays mit kleiner Aufl ösung sind geplant<br />

(Bild 5).<br />

Der OLED-Pionier Osram [10] stellt im Rahmen der Pictiva-Reihe<br />

monochrome und Full-Color-Displays in OLED-Technik vor. Sie bieten<br />

klare Farben, einen großen Kontrast, eine hohe Helligkeit und<br />

sehr gute Videofähigkeiten durch die schnellen Schaltzeiten im µs-<br />

Bereich. Die OLEDs weisen einen breiten Blickwinkel von 160° und<br />

einen Kontrast bis 2000:1 (FC bis 100:1) auf. Die Ansteuerung<br />

erfolgt über ein Vierdraht-SPI- oder 8-bit-Parallel-Interface. Daneben<br />

hat Osram ein bezahlbares Engineering-Kit zusammengestellt,<br />

bestehend aus zwei OLED-Displays (mit USB), einer CD-ROM mit<br />

Datenblättern, Application-Notes, Handbuch, Software für Text- und<br />

Grafi kgenerierung sowie Zubehör für ECAD-Programme. Osram-<br />

OLED-Displays und das EVA-Kit sind bei Digikey [11] und Reichelt<br />

[12] erhältlich (Bild 6, Bild 7).<br />

Wo fi nde ich ... ?<br />

Sucht man im Internet nach Informationen zu Displays, dürfte nicht<br />

der Mangel, sondern die Fülle an Fundstellen das Problem sein.<br />

Einfache Erläuterungen zu den verschiedenen Displaytechnologien<br />

fi nden sich bei itwissen [13] und - teilweise identisch - im ZDnet<br />

[14] (Suchbegriff: Display). Einen umfassenden Überblick der wichtigsten<br />

Hersteller bietet die Ausstellerdatenbank der Electronica<br />

2006, die im global-electronics-net unter der Adresse [15] versteckt<br />

ist. Hier sind die Hersteller-Websites direkt verlinkt. Natürlich bieten<br />

auch die üblichen Elektronikversender Displays an, das Angebot ist<br />

verständlicherweise auf „Massenware“ ausgerichtet. Dennoch sollten<br />

die Elektronik-Versender erster Ansprechpartner sein, wenn es<br />

Bild 4. Von Densitron stammt dieses weiße Display auf OLED-Basis.<br />

Bild 5. PLEDs von Electronic Assembly - weitere sollen folgen.<br />

Bild 6. Die vielfarbige Pictiva-Reihe von Osram.<br />

Bild 7. Engineering-Kit für OLED-Anwendungen.<br />

gilt, ein Display zu beschaffen. Denn hat man sich auf ein „etwas<br />

anderes“ Display festgelegt, kann es bisweilen schwierig bis unmöglich<br />

sein, von einem Distributor das Bauteil in Einzelstückzahlen<br />

und auch noch zu einem akzeptablen Preis zu erhalten.<br />

14 elektor - 5/2007<br />

(070018)rg<br />

Weblinks<br />

[1] www.lcd-module.de/deu/dip/dip.htm<br />

[2] www.elmicro.com/de/seriallcd.html<br />

[3] www.antratek.com<br />

[4] www.avagotech.com/<br />

[5] www.densitron.com/displays/Displays.aspx?nCategoryID=10<br />

[6] www.atlantikelektronik.com<br />

[7] www.ritekdisplay.com.tw/in_English/Product_Technology/<br />

Product_Technology.htm<br />

[8] www.beck-elektronik.de/<br />

[9] www.lcd-module.de/deu/pled/pled.htm<br />

[10] www.osram-os.com/pictiva-oled-displays/index.php?lan=eng<br />

[11] www.digikey.com<br />

[12] www.reichelt.de<br />

[13] www.itwissen.info/uebersicht/lexikon/displays.html<br />

[14] www.zdnet.de/glossar/<br />

[15] www.global-electronics.net/id/53158/pagepart/branchlist/<br />

key/10/level/2/cubesig/a7d8b9cde588fc6a12cd71169d577fc2

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APRIL<br />

24. - 26. Nürnberg, Messezentrum<br />

SMT/Hybrid/Packaging<br />

Das Spektrum reicht von Design und Entwicklung über Leiterplattenfertigung und<br />

Bestückung bis hin zu Test-Equipment. Mit praxisorientiertem Kongress.<br />

www.smt-exhibition.com<br />

MAI<br />

7. + 8. + 9. München / Heidelberg / Hannover<br />

Power Supply Design Seminar<br />

Eintages-Seminar zum Thema Stromversorgungs-Design von TI. Auf dem Programm<br />

stehen die Grundlagen neuer Konzepte genauso wie Anwendungsbeispiele.<br />

http://focus.ti.com/docs/training/traininghomepage.jhtml<br />

7. + 8. + 14. Darmstadt / Hannover / Zürich<br />

Power Management Design Seminar<br />

Themen sind unter anderem Buck-Wandler/-Regler, Überlegungen zum Leiterplatten-Layout,<br />

die FPGA-Stromversorgung und LED-Leistungsschaltungen.<br />

www.national.com/analogseminar/eu_index.html<br />

8. + 9. + 10. + 15. +24. Hamburg + 4 weitere Städte<br />

NI Circuit Design Suite 10 Seminar<br />

Halbtages-Veranstaltung rund um NI Multisim und NI Ultiboard: Schaltplaneingabe,<br />

SPICE-Simulation, Leiterplattenentwurf mit Autorouting.<br />

www.ni.com/seminars/europe.htm<br />

11. - 12. Heidelberg<br />

Eurobot National Cup Deutschland<br />

Deutsche Vorentscheidung zum Eurobot-Finale, das vom 16. bis 20. Mai in<br />

Frankreich stattfi ndet. Die Roboter treten dieses Jahr zum Müll-Trennen an!<br />

www.eurobot.org<br />

15. Köln, Mercure Hotel<br />

LabVIEW Module und Toolkits<br />

Auf dem Programm dieses Thementags stehen Erweiterungen und zusätzliche<br />

Funktionen von National Instruments Mess<strong>technik</strong>-Software.<br />

www.ni.com/seminars/europe.htm<br />

22. - 24. Nürnberg, Messezentrum<br />

Sensor + Test<br />

Sensoren sowie Stand-Alone- und PC-basierte Mess- und Prüf<strong>technik</strong> für alle denkbaren<br />

Anwendungen sind auf diesem Messe-Klassiker zu sehen.<br />

www.sensor-test.de<br />

5/2007 - elektor<br />

Beim Eurobot-Cup treten die Maschinen jedes Jahr in einer anderen Disziplin an<br />

(Foto: R. Noviello / PASS).<br />

elekTermine<br />

22. - 24. Nürnberg, Messezentrum<br />

PCIM Europe<br />

Leistungselektronik, intelligente Antriebs<strong>technik</strong> und Stromversorgung sind die<br />

Schwerpunkte dieser Fachmesse und Konferenz.<br />

www.pcim.de<br />

30. Kassel, Ramada Hotel<br />

Automatisierung<br />

Rund um die „Mikroautomation“ dreht sich dieses Seminar von Schuricht. Schwerpunkt<br />

sind SPS-Steuerungen und deren Programmierung (Anmeldung bis zum 4.5.).<br />

www.schuricht.de<br />

JUNI<br />

20. - 21. München, Olympiaturm<br />

Hightech auf dem Olympiaturm<br />

Das von Meilhaus initiierte Mess<strong>technik</strong>-Event mit Vorträgen, Seminaren und einer<br />

Ausstellung fi ndet jedes Jahr statt. Kostenlos nach Anmeldung!<br />

www.olyturm.com<br />

20. - 21. Ulm, Hochschule<br />

EEEfCOM 2007<br />

Fachmesse, Workshop und Entwicklerforum mit den Bereichen Hochfrequenzelektronik,<br />

Komponenten und EMV. Auch die Optoelektronik ist ein Schwerpunkt.<br />

www.gerotron.com/html/messen/eeefcom.htm<br />

20. - 22. Nürnberg, Messezentrum<br />

ELTEC<br />

Laut Veranstalter die wichtigste Elektro<strong>technik</strong>-Fachmesse in Süddeutschland. Zu<br />

sehen sind Produkte aus der Gebäude- /Licht<strong>technik</strong> sowie Steuerungen aller Art.<br />

www.eltec.info<br />

21. - 23. Freiburg, Messe<br />

Intersolar<br />

Traditionell fi ndet diese Messe in Deutschlands ungekrönter Solarhauptstadt statt.<br />

Schwerpunkte sind die Solarwärme-Nutzung und die Photovoltaik.<br />

www.intersolar.de<br />

22. - 24. Friedrichshafen<br />

Ham Radio / Hamtronic<br />

Messe-Paradies für Amateurfunker. Mit den Produktbereichen Funkausrüstung,<br />

Weltempfänger, Computer<strong>technik</strong>, Bauelemente und Telekommunikation.<br />

www.hamradio-friedrichshafen.de/html/de<br />

Einer der Schwerpunkte der Sensor + Test ist die automobile Mess<strong>technik</strong><br />

(Foto: AMA Service GmbH).<br />

15

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INFO & MARKT NEWS<br />

Anzeige<br />

Multifunktions-Instrument<br />

Meilhaus Electronic hat eine<br />

neue Version des „MEphisto<br />

Scope“ auf den Markt gebracht.<br />

Das 2-Kanal-Multifunktions-Instrument<br />

umfasst nun die FunktionenDigital-Speicher-Oszilloskop,<br />

Spektrum-Analysator mit<br />

FFT, Voltmeter, Logik-Analysator,<br />

Analog- und Digital-Datenlogger<br />

sowie Digital-Switchbox mit 24<br />

I/O-Leitungen. Die Aufl ösung der<br />

Analog-zu-Digital-Wandlung beträgt<br />

16 bit bei 1 MSamples/s<br />

Summenabtastrate, die Analog-<br />

Bandbreite ist 1 MHz.<br />

Das MEphisto<br />

Scope bietet vielfältige<br />

Trigger-<br />

Möglichkeiten wie<br />

Schwelle, Fenster,<br />

Flanke und einen<br />

externen Trigger.<br />

Die neue Offline-<br />

Version des Gerätes<br />

kann zusätzlich unabhängig<br />

vom PC<br />

messen. Die Daten<br />

werden auf Standard-SD-Speicherkarten<br />

geschrieben, wobei eine<br />

256 MB fassende Karte im Lieferumfang<br />

enthalten ist. An den PC<br />

angeschlossen wird das Messgerät<br />

über USB 2.0 Full-Speed. Als<br />

echter „Stromsparer“ ist es bestens<br />

für den mobilen Einsatz am<br />

Notebook geeignet: Es wird über<br />

USB versorgt und arbeitet ohne<br />

Netzteil.<br />

Die mitgelieferte Windows-Software<br />

stellt für jedes der sieben<br />

Instrumente ein eigenes Panel mit<br />

Drehknöpfen, Anzeigen usw. am<br />

Bildschirm dar. Das Scope lässt<br />

sich aber auch selbst program-<br />

mieren, z.B. unter C++, VEE Pro<br />

oder LabVIEW.<br />

www.meilhaus.com<br />

PC-Absturzsicherung<br />

mit USB-Anschluss<br />

Nutzt man einen Computer zum<br />

Beispiel als Webserver oder für<br />

andauernde Mess- oder Überwachungsaufgaben,<br />

so ist eine<br />

Sicherung gegen Absturz nötig.<br />

Der USB-WatchdogXP ist ein Gerät,<br />

das einen PC nach einem<br />

Absturz durch kurzes Aus- und<br />

wieder Einschalten des Computers<br />

neu starten kann. Die Absturzsicherung<br />

besteht im Wesentlichen<br />

aus Hardware in der<br />

Form eines Netzadapters und erfordert<br />

keinerlei Eingriffe in den<br />

PC sowie keinen speziellen Treiber.<br />

Die Installation ist einfach.<br />

Die Stromversorgung des PCs<br />

wird mit dem Gerät verbunden<br />

und dieses in eine Steckdose gesteckt.<br />

Darüber hinaus wird der<br />

Wächter noch an einen USB-Port<br />

des Computers angeschlossen.<br />

Nach der anschließenden<br />

Installation<br />

der Software<br />

„Cleware-<br />

Control“ ist<br />

der PC gesichert.<br />

Die<br />

Aufgabe<br />

dieser Software<br />

kann<br />

aber auch<br />

von der Anwender-Soft-<br />

ware übernommen werden -<br />

hierzu stehen eine API und ein<br />

Linux-Programminterface zur<br />

Verfügung.<br />

Der Watchdog verwendet ein<br />

öffnendes Relais, im Ruhezustand<br />

wird der Rechner also mit<br />

Strom versorgt. Das Gerät wird<br />

mit dem Senden eines ersten Lebenszeichens<br />

aktiviert. Bekommt<br />

es über eine einstellbare Zeit<br />

kein Signal vom PC,<br />

wird das eingebaute<br />

Relais aktiviert. Der<br />

Reset kann auch per<br />

Kommando vom PC<br />

oder von einem überwachten<br />

Ereignis ausgelöst<br />

werden.<br />

Das Gerät ist mit den<br />

Windows-Varianten<br />

mit USB-Unterstützung<br />

sowie verschiedenen<br />

Linux-Varianten<br />

kompatibel. Es kostet<br />

79,90 Euro inklusive<br />

Mehrwertsteuer.<br />

www.cleware.de/<br />

p-usbwatchdogxp.html<br />

Einsteigerkit für ARM7<br />

Wenn es nach einigen Chipherstellern<br />

geht, werden bald nur<br />

noch 32-bit-Controller entwickelt.<br />

Den 8051ern und Verwandten<br />

haben die ARM7, ARM9 und<br />

XScale-Controller schon nennenswert<br />

Marktanteile abgenommen.<br />

Das Wechseln von der vertrauten<br />

8-bit- zu einer 32-bit-Architektur<br />

ist zwar nicht ganz einfach. Wer<br />

sich trotzdem einmal mit ARM-<br />

Controllern beschäftigen will,<br />

für den bietet das „Development<br />

Toolset iF-DEV“ von I-Systems einen<br />

guten Einstieg.<br />

Für rund 69 Euro erhält man ein<br />

JTAG-USB-Interface und eine kleine<br />

Controllerplatine mit einem<br />

NXP ARM7-Controller mit 512 kB<br />

16 elektor - 5/2007

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FLASH und 32 kB RAM.<br />

Soft wareseitig ist eine komplette<br />

IDE namens “winIDEA” dabei.<br />

Mit dieser Entwicklungsumgebung<br />

lässt sich C-Code kompilieren<br />

und der Controller programmieren,<br />

aber auch emulieren und<br />

sogar on-chip-debuggen.<br />

www.isystem.com/653/iF-Dev.html<br />

Ethernet für<br />

Embedded-Anwendungen<br />

Das Mikrocontroller-Modul „Charon<br />

2“ basiert auf einem ATmega<br />

128 und ist dank seiner geringen<br />

Abmessungen ideal für Embedded-Anwendungen<br />

geeignet. In<br />

ein System integriert, bindet es<br />

dieses ans Ethernet an und bietet<br />

zusätzlich zwei serielle RS232-<br />

Schnittstellen. Hinzu kommt die<br />

Fähigkeit, sowohl analoge als<br />

auch digitale Signale verarbeiten<br />

zu können. Dafür stehen neben<br />

digitalen In-/Outputs ein mehrkanaliger<br />

AD-Wandler und zwei<br />

PWM(Pulse Width Modulation)-<br />

Ausgänge sowie ein Komparator<br />

zur Verfügung.<br />

128 kB Flash für Programme und<br />

Daten sowie insgesamt 32 kB<br />

SDRAM bieten auch für aufwendigere<br />

Anwendungen genügend<br />

Kapazität. Die Programmierung<br />

erfolgt wahlweise über eine ISP-<br />

oder eine JTAG-Schnittstelle, welche<br />

ein komfortables Debugging<br />

ermöglicht. Darüber hinaus<br />

stehen ein RTOS<br />

sowie ein<br />

TCP/ IP-Stack von<br />

Ethernut (einem Open-<br />

Source-Pro- jekt für Embedded<br />

Ethernet) zur Verfügung. Das<br />

entsprechende Starterkit enthält<br />

ein Test-Board mit einer Ethernet-<br />

und zwei RS232-Schnittstellen,<br />

ISP- und JTAG-Anschlüssen sowie<br />

Test-LEDs und -Schaltern für die<br />

digitalen In-/Outputs. Eine Demo-<br />

Anwendung zeigt die Möglichkeiten<br />

des Starterkits anschaulich<br />

und ausführlich. Das „Charon 2“-<br />

5/2007 - elektor<br />

www.taskit.de<br />

Modul kostet 76 Euro<br />

inklusive Mehrwertsteuer,<br />

das Starterkit<br />

ist für<br />

177 Euro zu<br />

haben.<br />

Linux-Webserver<br />

im DIL-Format<br />

Der „Socket Computer<br />

SCB9328“ ist ein modularer<br />

32-bit-Embedded-Linux-Webserver<br />

im kompakten DIL-64-<br />

Format. Auf der Größe einer<br />

halben Scheckkarte sind ein<br />

200-MHz-ARM9-RISC-Prozes-<br />

sor, jeweils 16 MB SDRAM und<br />

Flash sowie ein Netzwerk -Interface<br />

mit integriertem FTP, Telnet<br />

und Webserver untergebracht.<br />

Linux 2.6 und ein Bootloader<br />

sind bereits vorinstalliert. An<br />

Schnittstellen sind UART, I²C<br />

und USB sowie ein JTAG Debug-Interface<br />

vorhanden.<br />

Durch den Verzicht auf rotierende<br />

Komponenten wie Festplatte<br />

und Lüfter eignen sich die Kleinst-<br />

Computer ideal für raue Umgebungen.<br />

Der Stromverbrauch<br />

wird mit typisch 0,7 W (bei<br />

3,3 V und 200 MHz) angegeben.<br />

Für die schnelle Integration<br />

in eigene Anwendungen sind<br />

die Embedded Linux Distribution<br />

HiPermX 2.6 (Software-Suite<br />

mit Compiler, Linker und Debugger)<br />

und ein Evaluation-Board<br />

erhältlich. Der Socket Computer<br />

kostet 230 Euro inklusive<br />

Mehrwertsteuer.<br />

www.synertronixx.de<br />

17<br />

Anzeige

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PRAXIS EMPFÄNGER<br />

Software Defi ned<br />

Mit USB-Interface<br />

Von Burkhard Kainka<br />

Ein SDR braucht nur wenig Hardware, dafür aber eine ausgefeilte Software. Dieses SDR-Projekt zeigt,<br />

was machbar ist. Das Ziel ist ein universeller Empfänger von 150 kHz bis 30 MHz, der für DRM und AM-<br />

Rundfunk optimiert ist, aber auch Einblicke in die Welt des Amateurfunks ermöglicht.<br />

Das Ziel dieses Projekts ist ein Empfänger<br />

mit höchster Linearität und Phasenreinheit.<br />

Im Mittelpunkt der Entwicklung<br />

standen Eigenschaften, die<br />

für einen optimalen DRM-Empfänger<br />

wichtig sind. Tatsächlich erreicht der<br />

Empfänger hervorragende Störabstände.<br />

Beim Empfang von DRM-Stationen<br />

mit DREAM wurden SNR-Werte von<br />

weit über 30 dB angezeigt. Das Prinzip<br />

des Empfängers garantiert eine extrem<br />

flache Filterkurve. Das kommt nicht<br />

nur DRM zugute, sondern führt auch<br />

beim AM-Rundfunk zu Klangergebnissen,<br />

die fast schon nach UKW klingen.<br />

Es gibt nämlich Sender, die bei der<br />

Begrenzung der Bandbreite auf 9 kHz<br />

(MW) bzw. 10 kHz (KW) sehr großzügig<br />

verfahren. Mit normalen Empfängern<br />

merkt man nichts vom besseren<br />

Klang, weil die ZF-Filter die Bandbreite<br />

und damit den Frequenzgang limitieren.<br />

Beim SDR kann man hingegen problemlos<br />

eine größere Bandbreite wählen.<br />

Die Einstellmöglichkeiten der PC-<br />

Decoder-Programme reichen von der<br />

einstellbaren Bandbreite über Notch-<br />

Filter bis zu den ALC-Einstellungen,<br />

und es können alle üblichen Betriebsarten<br />

von AM über DRM, SSB bis CW<br />

empfangen werden.<br />

Wer mit diesem Empfänger zum Beispiel<br />

auf den oberen Amateurfunkbändern<br />

eine höhere Empfi ndlichkeit<br />

haben möchte, kann leicht einen der<br />

umschaltbaren Eingänge nutzen und<br />

hier einen angepassten Vorkreis oder<br />

einen Vorverstärker anschließen. Auf<br />

der Empfängerplatine selbst befi ndet<br />

sich nur ein minimales HF-Frontend,<br />

wie es für den Rundfunkempfang ausreicht.<br />

Mit einer ausreichend langen<br />

Antenne entgeht einem fast nichts,<br />

was sich weit genug vom atmosphärischen<br />

Rauschen abhebt.<br />

Harware-Voraussetzungen<br />

Die meisten SDR-Programme [1] setzen<br />

inzwischen Windows XP voraus,<br />

um problemlos zu laufen. Die wichtigste<br />

Harwarevoraussetzung ist aber<br />

eine SDR-taugliche Soundkarte. Wir haben<br />

eine kleine Schaltung zum Testen<br />

der Soundkarte entwickelt, die in der<br />

Rubrik „Entwicklungs-Tipps“ an anderer<br />

Stelle dieser Ausgabe beschrieben<br />

wird. Ohne diesen Test hat es keinen<br />

Zweck, mit dem SDR-Empfänger zu<br />

beginnen!<br />

Alles über USB<br />

Der Empfänger wird über den USB gesteuert<br />

und zugleich auch mit +5 V<br />

versorgt. Man braucht also kein zusätzliches<br />

Netzteil mehr. Als USB-Interface<br />

wurde in der Empfänger-Schaltung<br />

(Bild 1) der FT232R gewählt. Dieser<br />

moderne USB-Seriell-Wandler kommt<br />

ohne einen Quarz aus, da er über einen<br />

internen RC-Oszillator hoher Genauigkeit<br />

verfügt. Der Baustein (IC4) wird<br />

hier in seinem Bit-Bang-Modus wie<br />

ein schneller Parallelport verwendet.<br />

Dabei stehen acht Datenleitungen zur<br />

Verfügung, die beliebig gesteuert werden<br />

können. Zwei der Leitungen werden<br />

als I²C-Bus verwendet und steuern<br />

die Frequenz des Empfängers. Drei Leitungen<br />

schalten den Eingangs-Multiplexer<br />

auf bis zu acht Antenneneingänge<br />

mit und ohne Filter. Und zwei weitere<br />

Eingänge dienen zur Umschaltung<br />

der ZF-Verstärkung des Empfängers.<br />

So lässt sich der Empfänger komplett<br />

fernsteuern. Ade, ihr vielen Knöpfe und<br />

Schalter vergangener HF-Tage…<br />

Besonderes Augenmerk wurde auf die<br />

Entkopplung der Stromversorgung gelegt.<br />

Einer der Gründe ist, dass der<br />

USB-Chip FT232RL intern auf Frequenzen<br />

arbeitet, die auch über die<br />

Antenne empfangen werden sollen.<br />

Da dürfen keine HF-Reste von einer<br />

zur anderen Stufe wandern. Es ist jedoch<br />

ganz erstaunlich, wie gut die Entkopplung<br />

bereits im Chip selbst ist. An<br />

den Portleitungen sind kaum noch HF-<br />

Reste zu entdecken. Dadurch kann der<br />

HF-Eingangsmultiplexer HC4051 direkt<br />

von den Portleitungen gesteuert werden,<br />

ohne dass Spuren des Prozessortakts<br />

im Signalbereich auftauchen.<br />

Der FT232R liefert mit seinem internen<br />

18 elektor - 5/2007

---

Radio<br />

K1<br />

5<br />

6<br />

3V3<br />

K3<br />

C8<br />

10n<br />

GND<br />

GND<br />

1<br />

2<br />

3<br />

4<br />

5/2007 - elektor<br />

L2<br />

USB-B connector<br />

ANT<br />

GND<br />

L6<br />

L3<br />

R12<br />

470<br />

2200uH<br />

GND<br />

TEST_CLK<br />

GND<br />

PC1<br />

C16<br />

100n<br />

L5<br />

R24<br />

1k<br />

47uH<br />

C29<br />

220p<br />

C31<br />

100p<br />

VCC 20<br />

CBUS0 23<br />

RI 6<br />

CBUS1 22<br />

RTS 3<br />

TXD 1<br />

DTR 2<br />

CTS 11<br />

4<br />

VCCIO<br />

RXD<br />

17<br />

3V3OUT<br />

5<br />

DSR 9<br />

DCD 10<br />

CBUS2 13<br />

CBUS3 14<br />

CBUS4 12<br />

R2<br />

330<br />

16<br />

R3<br />

USBDM<br />

330<br />

15<br />

USBDP<br />

19<br />

RESET<br />

27 IC4<br />

OSCI<br />

28<br />

OSCO<br />

FT232R<br />

26<br />

TEST<br />

C23<br />

100n<br />

C25<br />

100n<br />

GND<br />

C32<br />

470<br />

100n<br />

R15<br />

GND<br />

C36<br />

4.7<br />

GND<br />

100n<br />

C38<br />

100n<br />

R25<br />

AGND<br />

GND<br />

GND<br />

GND<br />

25<br />

7<br />

18<br />

21<br />

GND<br />

L1<br />

VCC<br />

10uH<br />

C1 C4<br />

C2 C3<br />

100n 4u7<br />

16V<br />

100n 4u7<br />

16V<br />

GND GND GND GND<br />

13<br />

A0<br />

14<br />

A1<br />

15<br />

A2<br />

12<br />

A3<br />

1<br />

A4<br />

5<br />

A5<br />

2<br />

A6<br />

4<br />

A7<br />

INH 6<br />

COM 3<br />

A 11<br />

B 10<br />

C 9<br />

IC6<br />

74HC4051<br />

7<br />

VCC_HF<br />

VEE<br />

VCC 16<br />

8<br />

GND<br />

GND<br />

C21<br />

100n<br />

GND<br />

C30<br />

100n<br />

R16<br />

1M<br />

C7<br />

100n<br />

GND<br />

C26<br />

100n<br />

GND<br />

100k<br />

R17<br />

VCC_HF<br />

GND<br />

470<br />

VDD 2<br />

VDD 19<br />

VDD 14<br />

VSSL 7<br />

VDDL<br />

10<br />

PDM/OE<br />

6<br />

AVSS<br />

11<br />

4<br />

AVDD<br />

13<br />

SCL<br />

17<br />

VCXO/WP<br />

SDA<br />

CLOCK1<br />

5<br />

8<br />

CLOCK2 9<br />

CLOCK3 12<br />

CLOCK4 15<br />

CLOCK5 18<br />

CLOCK6 3<br />

IC3<br />

CY27EE16ZE<br />

TEST_CLK<br />

L4<br />

10uH<br />

T1<br />

BF245<br />

R18<br />

1<br />

XIN<br />

X1<br />

3V3<br />

20<br />

XOUT<br />

16<br />

C12<br />

C13<br />

10p 10MHz 10p<br />

Bild 1. Schaltbild der Empfänger-Schaltung, die eigentlich nur aus Abstimmoszillator und Mischer besteht.<br />

R7<br />

100<br />

R19<br />

100<br />

VSS<br />

GND<br />

I2<br />

5<br />

13<br />

Q2<br />

6<br />

12<br />

4<br />

3<br />

1 2<br />

8<br />

9<br />

11 10<br />

Q3<br />

IC2C<br />

IC2D<br />

Q1<br />

VCC<br />

S 10<br />

12<br />

D<br />

9<br />

11 C 8<br />

13<br />

R<br />

VCC<br />

VCC<br />

2<br />

D<br />

IC1A<br />

5<br />

3 C 6<br />

C33<br />

100n<br />

C35<br />

2n2<br />

GND<br />

S 4<br />

1<br />

R<br />

VCC<br />

IC1B<br />

Q_SW_N<br />

Q_SW<br />

I_SW_N<br />

I_SW<br />

I3<br />

C19 R6<br />

10k<br />

R5<br />

100k<br />

IC2B 100n<br />

C22<br />

2n2<br />

6<br />

GND<br />

5<br />

IC5B<br />

IC2A<br />

I1<br />

C24<br />

2n2<br />

100n<br />

R9<br />

R14<br />

10k<br />

4k7 C27<br />

4k7 C39<br />

13<br />

R13<br />

100k<br />

IC5D<br />

12<br />

100n<br />

C37 R21<br />

2n2<br />

070039 - 11<br />

7<br />

14<br />

IC1 = 74AC74<br />

IC2 = 74HC4066<br />

IC5 = TL084CN<br />

IC7 = 74HC4066<br />

10k<br />

R10<br />

10<br />

9<br />

C28<br />

100n<br />

GND<br />

10k<br />

R22<br />

3<br />

2<br />

C40<br />

100n<br />

GND<br />

VCC<br />

IC5C<br />

R11<br />

27k<br />

IC5A<br />

R23<br />

27k<br />

C5<br />

100n<br />

R8<br />

100k<br />

R20<br />

100k<br />

C9<br />

4u7<br />

16V<br />

R4<br />

100<br />

8<br />

1<br />

VCC<br />

14<br />

IC1C<br />

7<br />

GND<br />

1 2<br />

IC7B<br />

4 3<br />

5<br />

13 IC7A<br />

8 9<br />

IC7D<br />

6 IC7C<br />

11 10<br />

12<br />

C6<br />

100n<br />

VCC<br />

100<br />

GND<br />

C20<br />

100n<br />

C34<br />

100n<br />

R1<br />

14<br />

IC2E<br />

7<br />

C10<br />

4<br />

IC5E<br />

14<br />

IC7E<br />

C11<br />

100n<br />

11 7<br />

100n<br />

C14<br />

470u<br />

16V<br />

C15<br />

4u7<br />

16V<br />

C17<br />

100n<br />

VCC_HF<br />

GND<br />

C18<br />

10n<br />

GND<br />

K2<br />

19

---

PRAXIS EMPFÄNGER<br />

3,3-V-Spannungsregler die Betriebsspannung<br />

für den programmierbaren<br />

Taktgenerator CY27EE16. So wird kein<br />

zusätzlicher Spannungsregler benötigt.<br />

Der übrige Teil der Schaltung (Bild<br />

1) arbeitet mit 5 V. Es werden mehrere<br />

unterschiedlich gesiebte Spannungen<br />

bereitgestellt. Dies dient einerseits der<br />

HF-Entkopplung, andererseits aber<br />

auch der Beseitigung niederfrequenter<br />

Störungen. Besonders wichtig ist dies<br />

bei der HF-Vorstufe des Empfängers,<br />

die letztlich über die Mischer auch auf<br />

den ZF-Zweig koppelt. Deshalb sorgt<br />

an dieser Stelle (VCC_HF) ein großer<br />

Elko für Ruhe.<br />

Programmierbarer VFO<br />

Der SDR benötigt eine Oszillatorfrequenz,<br />

die vierfach höher ist als die<br />

Empfangsfrequenz, damit sie dann<br />

mit der benötigten Phasenversiebung<br />

durch vier geteilt werden kann. Wenn<br />

man bis 30 MHz empfangen will, muss<br />

der Oszillator also bis 120 MHz reichen.<br />

In neuzeitlichen HF-Projekten verwendet<br />

man gern DDS-Oszillatoren. Bei<br />

120 MHz wird eine DDS jedoch teuer,<br />

stromhungrig und schwer beherrschbar.<br />

Deshalb wurde hier ein programmierbarer<br />

Taktoszillator mit interner<br />

PLL verwendet. Den CY27EE16 kennen<br />

viele ELEKTOR-Leser bereits aus Heft<br />

2/2005. Dieser eigentlich für die Digital<strong>technik</strong><br />

entwickelte Taktoszillator<br />

hat sich auch in HF-Anwendungen bewährt.<br />

Die erreichbare Frequenzaufl ösung<br />

ist zwar nicht ganz DDS-like, aber<br />

die Phasenreinheit des Ausgangssignals<br />

erreicht ähnlich gute Werte. Für<br />

dieses Projekt ist auch die relativ bescheidene<br />

Stromaufnahme wichtig, da<br />

man aus dem USB nicht zu viel Strom<br />

ziehen darf.<br />

Der Chip wird über den I²C-Bus mit den<br />

Leitungen SCL und SDA programmiert.<br />

Intern arbeitet ein VCO im Frequenzbereich<br />

von 100 bis 400 MHz. Über den<br />

10-MHz-Quarz und eine PLL wird der<br />

VCO stabilisiert. Sein Ausgangssignal<br />

gelangt über Teiler an die gewünschten<br />

Ausgänge. Hier wurde der Taktausgang<br />

Clock5 gewählt. Dort fi ndet sich<br />

ein VFO-Signal zwischen 600 kHz und<br />

120 MHz, das zur weiteren Verarbeitung<br />

an den Teiler 74AC74 gelangt.<br />

Das Prinzip des IQ-Mischers wurde bereits<br />

in ELEKTOR 12/2006 vorgestellt.<br />

Ein zweifacher Mischer besteht hier<br />

aus insgesamt vier Analogschaltern<br />

des HC4066. Sie werden mit zwei phasenverschobenen<br />

Oszillatorsignalen<br />

angesteuert, die durch einen Teiler<br />

74HC74 aufbereitet werden. Liefert<br />

der programmierbare Taktoszillator<br />

beispielsweise 24 MHz, so werden die<br />

Mischer mit 6 MHz angesteuert. Der<br />

Empfänger verarbeitet dann einen Bereich<br />

von etwa ±24 kHz um die Mittenfrequenz<br />

von 6 MHz.<br />

Wichtig ist die Phasenverschiebung<br />

von genau 90 Grad zwischen den beiden<br />

Oszillatorsignalen. Abweichungen<br />

führen zu einer geringeren Unterdrückung<br />

von Spiegelfrequenzen. Verwendet<br />

man als Analogschalter integrierte<br />

Umschalter 74HC4053 oder 74HC4052,<br />

so verursachen interne Decoder mit ihrer<br />

Durchlaufverzögerung Phasenfehler,<br />

die sich in jedem Frequenzbereich<br />

anders auswirken. Bei der Lösung mit<br />

den einfachen Schaltern eines HC4066<br />

sind hingegen alle vier Phasen vom<br />

Prinzip her gleichberechtigt. Da der<br />

Teiler 74AC74 als Synchronteiler geschaltet<br />

ist, ist auch hier kein Phasenfehler<br />

zu erwarten. Tatsächlich<br />

zeigt der Empfänger bis etwa 15 MHz<br />

eine konstante Spiegelfrequenzunterdrückung<br />

von etwa 40 dB. Ab etwa<br />

20 MHz nimmt dieser Wert merklich<br />

ab, was jedoch wegen der geringeren<br />

Frequenzbelegung in diesem Bereich<br />

erträglich bleibt.<br />

Signalverarbeitung<br />

Der Empfänger besitzt mehrere Eingänge,<br />

die über den Eingangsmultiplexer<br />

74HC4051 (IC6) umgeschaltet<br />

werden. Der Antenneneingang ANT<br />

führt über Filter auf die ersten drei<br />

Eingänge. Die erste Schalterstellung<br />

(Breitband) verwendet nur eine Eingangsdrossel<br />

(L6), die niederfrequente<br />

Signale am Eingang kurzschließen soll.<br />

In der zweiten Stellung (Mittelwelle)<br />

gibt es ein Tiefpassfi lter mit einer<br />

Grenzfrequenz von 1,6 MHz, wobei der<br />

Widerstand R12 eine Resonanzüberhöhung<br />

dämpft. Dieses Filter verhindert,<br />

dass der Mittelwellenempfang durch<br />

Obertonmischung mit Stationen im<br />

Kurzwellenbereich gestört wird. Die<br />

dritte Position verwendet einen einfachen<br />

RC-Hochpass, der starke Mittelwellensignale<br />

dämpfen soll.<br />

Ein weiterer Eingang (PC1) kann eingeschaltet<br />

werden, wenn abgestimmte<br />

Eingangskreise oder Vorverstärker<br />

extern angeschlossen werden sollen.<br />

Zusätzlich gibt es drei weitere Eingänge<br />

für spätere Erweiterungen. Die Eingangsfi<br />

lter auf der Platine können als<br />

eine Art Grundausstattung angesehen<br />

werden, die in den meisten Fällen ausreicht.<br />

Man könnte jedoch weitere stei-<br />

le Tiefpassfi lter vorschalten, die eine<br />

Obertonmischung in jeder Situation sicher<br />

ausschließen. Oder man schließt<br />

Schwingkreise an, die dann über den<br />

Eingangsumschalter ausgewählt werden<br />

können.<br />

Der jeweils aktive Eingang wird auf<br />

den gemeinsamen Ausgang COM (Pin<br />

3) geschaltet. Auf beiden Seiten des<br />

Schalters gibt es Koppelkondensatoren.<br />

Über einen 1-MΩ-Widerstand<br />

vom Source-Anschluss des BF245 gelangt<br />

eine Vorspannung von ca. 2,5 V<br />

auf den Schalter. Damit vermeidet man<br />

Verzerrungen bei großen Eingangssignalen,<br />

die entstehen könnten, wenn<br />

Signale durch die Schutzdioden an<br />

den analogen Eingängen des ICs begrenzt<br />

werden.<br />

Eingang A7 liefert ein Kalibriersignal,<br />

das der programmierbare Quarzoszillator<br />

am Ausgang Clock-3 (Test-<br />

Clk) liefert. Der Oszillator erzeugt ein<br />

Rechtecksignal mit 3,3 V ss bei 5 MHz.<br />

Am Spannungsteiler entsteht eine<br />

Signalspannung von ca. 5 mV bei<br />

5 MHz. Das entspricht einer Signalstärke<br />

von S9 + 40 dB. So kann ein<br />

in der Software realisiertes Feldstärkemessgerät<br />

ohne zusätzlichen Aufwand<br />

kalibriert werden.<br />

Der JFET BF245 am Ausgang des Eingangsmultiplexer<br />

dient als Impedanzwandler,<br />

der das HF-Signal mit 100 kΩ<br />

relativ hochohmig abschließt, so dass<br />

beispielsweise am Eingang In2 auch<br />

ein Schwingkreis hoher Güte angeschlossen<br />

werden kann. Am niederohmigen<br />

Ausgang des Sourcefolgers<br />

stellt sich eine Spannung von etwa<br />

2,5 V ein, die über die Mischer und<br />

die folgenden Operationsverstärker<br />

bis zum Ausgang durchgereicht wird.<br />

Wichtig ist deshalb, dass am Sourceanschluss<br />

keine niederfrequenten Signalreste<br />

auftauchen. Deshalb wird<br />

die „kritische“ Vcc_HF auch besonders<br />

gründlich gesiebt. Der FET selbst<br />

sorgt für eine zusätzliche Entkopplung<br />

von der Versorgungsspannung. Aber<br />

auch vom Gate her darf kein Signal<br />

kommen, das in den ZF-Bereich unterhalb<br />

24 kHz fällt. Deshalb liegt direkt<br />

am Antenneneingang eine HF-Drossel,<br />

die zum Beispiel 50-Hz-Brummsignale<br />

kurzschließt.<br />

Vom Source-Anschluss führen zwei<br />

100-Ω-Widerstände zu den beiden<br />

Mischern für das I- und das Q-Signal.<br />

Sie verbessern die Symmetrie der<br />

Mischer, deren On-Widerstände einer<br />

gewissen Streuung unterliegen. Die<br />

Mischer selbst sind als Umschalter<br />

verbundene Analogschalter HC4066.<br />

20 elektor - 5/2007

---

Stückliste<br />

Widerstände:<br />

R1,R7,R19 = 100 Ω<br />

R2,R3 = 330 Ω<br />

R4 = 100 Ω<br />

R5,R8,R13,R17,R20 = 100 k<br />

R6,R10,R14,R22 = 10 k<br />

R9,R21 = 4k7<br />

R11,R23 = 27 k<br />

R12,R15,R18 = 470 Ω<br />

R16 = 1 M<br />

R24 = 1 k<br />

R25 = 4,7 Ω<br />

Kondensatoren:<br />

C1,C2,C5..C7,C10,C11,C16,C17,C19..<br />

C21,C25..C28,C30,C32..<br />

C34,C36,C38,C39,C40 = 100 n<br />

C3,C4,C9,C15 = 4µ7/16 V radial<br />

C8,C18 = 10 n<br />

C12,C13 = 10 p<br />

C14 = 470 µ/16 V radial<br />

C22,C24,C35,C37 = 2n2<br />

C29 = 220 p<br />

C31 = 100 p<br />

Halbleiter:<br />

IC1 = 74AC74<br />

IC2,IC7 = 74HC4066<br />

IC3 = CY27EE16 (Cypress)<br />

IC4 = FT232R (FTDI)<br />

IC5 = TL084CN mit Fassung (siehe Text)<br />

IC6 = 74HC4051<br />

T1 = BF245<br />

Außerdem:<br />

K1 = USB-B-Buchse für Platinenmontage<br />

K2 = Stereo-Klinkenbuchse 3,5mm für<br />

Platinenmontage<br />

K3 = 2-polige Platinenanschlussklemme,<br />

RM 5 mm<br />

L1..L4 = Festinduktivität 10 µH<br />

L5 = Festinduktivität 47 µH<br />

L6 = Festinduktivität 2,2 mH<br />

PC1 = Lötnagel<br />

X1 = 10-MHz-Quarz<br />

Platine EPS 070039-91 (bestückt und getestet,<br />

unbestückt siehe www.thepcbshop.com)<br />

Software-Download 070039-11 (auf Projektseite<br />

bei www.elektor.de)<br />

Auch sie liegen auf einem mittleren<br />

Potenzial um 2,5 V und können daher<br />

ohne Übersteuerung bis ca. 5 Vss ausgesteuert<br />

werden.<br />

Der ZF-Verstärker besteht aus zwei exakt<br />

gleichen Zweigen, die jeweils insgesamt<br />

eine Verstärkung bis 40 dB liefern.<br />

Bei der Wahl des Opamps ist die<br />

Verstärkungsbandbreite (GBW) bei 5-<br />

V-Betrieb wichtig, um bei Signalen um<br />

20 kHz und einer zehnfachen Verstärkung<br />

noch ohne Phasenfehler zu arbeiten.<br />

Bei den Testmustern des Autors<br />

hat sich ein TL084 als ausreichend er-<br />

5/2007 - elektor<br />

Bild 2. Die SDR-Empfängerplatine.<br />

21

---

PRAXIS EMPFÄNGER<br />

wiesen. Wenn man für IC5 eine Fassung<br />

vorsieht, kann man versuchsweise<br />

auch andere (schnellere) Opamps<br />

einsetzen.<br />

Die Eingangsstufe arbeitet als Differenzverstärker.<br />

Die Dimensionierung<br />

der Widerstände ist nicht auf beste<br />

Gleichtaktunterdrückung ausgelegt,<br />

sondern auf möglichst gleichen Eingangswiderstand<br />

am invertierenden<br />

und nichtinvertierenden Eingang. Versuche<br />

haben gezeigt, dass es für eine<br />

gute Phasentreue und damit eine hohe<br />

Spiegelfrequenzunterdrückung auf die<br />

gleiche Impedanz an allen vier Phasen<br />

des Mischers ankommt. Die Eingangsimpedanz<br />

beträgt etwa 5 kΩ an allen<br />

Eingängen. Beim nichtinvertierenden<br />

Eingang ist der Lastwiderstand von<br />

4,7 kΩ direkt zu sehen. Am invertierenden<br />

Eingang liegen hingegen 10 kΩ.<br />

Da aber der Signalverlauf an diesem<br />

Eingang über die Gegenkopplung genau<br />

gegenphasig verläuft, halbiert sich<br />

der Eingangswiderstand auf 5 kΩ. Beide<br />

Eingänge haben damit mit ausreichend<br />

guter Genauigkeit den gleichen<br />

Eingangswiderstand.<br />

Die Kondensatoren von 2,2 nF bilden<br />

zusammen mit dem Mischer-Innenwiderstand<br />

und den 100-Ω-Serienwiderständen<br />

einfache Tiefpassfi lter mit einer<br />

Grenzfrequenz von über 100 kHz,<br />

Bild 3. Diese Labor-Musterplatine entspricht nicht ganz dem „Serienstand“ der im ELEKTOR-Shop bestückt und getestet erhältlichen Platine.<br />

um HF-Reste von den NF-Stufen fern<br />

zu halten. Die Grenzfrequenz liegt weit<br />

oberhalb des Übertragungsbereichs,<br />

so dass Kondensator-Toleranzen keine<br />

merklichen Phasenfehler erzeugen. Es<br />

können daher sogar Keramik-Kondendensatoren<br />

eingesetzt werden. Auch<br />

bei allen anderen Kondensatoren im<br />

Signalweg, die als Hochpässe mit einer<br />

Grenzfrequenz von ca. 300 Hz arbeiten,<br />

sind 10 bis 20 % Toleranz kein<br />

Problem,<br />

Die letzte Stufe hat eine Verstärkung<br />

von 10-fach (20 dB), die jedoch über<br />

Analogschalter bis auf 1-fach verringert<br />

werden kann. Insgesamt gibt es<br />

drei Abschwächungs-Stufen: 0 dB,<br />

–10 dB und –20 dB. Zur Vermeidung von<br />

Übersteuerung kann die Verstärkung<br />

per Software reduziert werden. Da der<br />

Eingang des Empfängers eine große<br />

Übersteuerungsfestigkeit aufweist, ist<br />

der Abschwächer in der letzten Stufe<br />

angeordnet, um eine Übersteuerung<br />

des Ausgangs zu vermeiden. Dies entspricht<br />

etwa der Verstärkungsregelung<br />

in einem ZF-Verstärker.<br />

Aufbau<br />

Die Platine (Bild 2) ist so weit möglich<br />

mit bedrahteten Bauteilen bestückt.<br />

Nur die beiden hochinteg-<br />

rierten Chips FT232RL und CY27EE16<br />

sind leider nur im SSOP-Gehäuse mit<br />

einem Pinabstand von 0,65 mm erhältlich.<br />

Bild 3 zeigt die bestückte<br />

Labor-Musterplatine.<br />

Am besten beginnt man mit dem Einlöten<br />

der beiden SMD-Chips. Bewährt<br />

hat sich das Fixieren an den Eckpunkten,<br />

bevor alle Pins mit reichlich Lötzinn<br />

verbunden werden. Überflüssiges<br />

Zinn lässt sich dann mit Entlötlitze<br />

entfernen. Eine sorgfältige Kontrolle<br />

mit der Lupe verhindert spätere<br />

Überraschungen.<br />

Die bedrahteten Bauteile bieten keine<br />

Schwierigkeiten. Es gibt weder besondere<br />

HF-Bauteile noch Abgleichpunkte.<br />

Die Kondensatoren C12 und C13 sollten<br />

zunächst noch nicht bestückt werden.<br />

Der CY27EE16 besitzt nämlich interne<br />

(einstellbare) Kondensatoren, die<br />

bereits ausreichen könnten, um eine<br />

genaue Frequenz von 10 MHz zu erreichen.<br />

Nur wenn der verwendete Quarz<br />

eine größere Bürdekapazität verlangt,<br />

kommen C12 und C13 zum Einsatz.<br />

Wenn alles fertig zusammengebaut ist,<br />

sollte man mit dem Ohmmeter zumindest<br />

die Anschlüsse rund um die USB-<br />

Buchse auf Kurzschlüsse überprüfen,<br />

um den PC nicht zu gefährden.<br />

22 elektor - 5/2007

---

Anschluss und Abstimmung<br />

Vor dem ersten Anschluss des Empfängers<br />

an den USB muss ein Treiber<br />

für den FT232R installiert werden,<br />

den man auf der Seite des Herstellers<br />

bekommt (http://www.ftdichip.com/<br />

FTDrivers.htm) oder auch im Software-Download<br />

zum Artikel findet.<br />

Die automatische Installation mit der<br />

Anwendung CDM_Setup.exe stellt<br />

sicher, dass eventuell schon vorhandene<br />

ältere FTDI-Treiber verschwinden.<br />

Danach fi ndet Windows den korrekten<br />

Treiber automatisch, sobald<br />

man den Empfänger anschließt. Der<br />

PC erhält dann automatisch eine zusätzliche<br />

virtuelle COM-Schnittstelle.<br />

Dazu muss man nicht einmal wissen,<br />

welche COM-Nummer das Gerät<br />

erhält, weil hier quasi direkt auf den<br />

FT232R zugegriffen wird. Die acht Datenleitungen<br />

des Chips werden über<br />

die FTD2XX.dll wie ein paralleler Port<br />

angesteuert. Damit lösen sich zugleich<br />

auch alle Timingprobleme. Die vielen<br />

Pegelwechsel bei der Ansteuerung<br />

des I 2 C-Busses lassen sich bequem<br />

und zeitsparend in einen Puffer übertragen<br />

und dann in schnellem Takt an<br />

die Datenleitungen ausgeben. Mit dem<br />

Programm ElektorSDR.exe bedienen<br />

Sie alle Funktionen des Empfängers<br />

(Bild 4). Es liegt im Download-Archiv<br />

als ausführbare Datei und im Delphi-<br />

Quelltext vor. Im Download enthalten<br />

ist auch ein Readme-Text, der die<br />

Initialisierung und Inbetriebnahme<br />

beschreibt.<br />

Decodersoftware<br />

Fast alle entscheidenden Eigenschaften<br />

des Empfängers werden von der auf<br />

dem PC eingesetzten Decoder-Software<br />

bestimmt. Wie die Übersicht unter [1]<br />

zeigt, stehen verschiedene Programme<br />

zur Auswahl. Der erste Test kann zum<br />

Beispiel mit dem SDRadio [2] erfolgen.<br />

Weitere Möglichkeiten bieten DREAM<br />

[3] oder G8JCFSDR [4].<br />

Wichtig ist in jedem Fall die korrekte<br />

Einstellung der Soundkarte (beschrieben<br />

im Readme-Text des Download-<br />

Archivs 070039-11.zip). Informationen<br />

über die Programme findet man auf<br />

den betreffenden Webseiten und in<br />

den unten angegebenen ELEKTOR-<br />

Artikeln. Weitere Hinweise fi nden sich<br />

auf der Homepage des Autors (www.<br />

b-kainka.de) und demnächst auch auf<br />

der Projektseite bei www.elektor.de<br />

und im ELEKTOR-Forum.<br />

5/2007 - elektor<br />

(070039e)<br />

Bild 4. Das Steuerprogramm ELEKTOR SDR Tuning.<br />

Bild 5. Vier AM-Stationen im empfangenen Spektrum, angezeigt durch das Programm SDRadio.<br />

Weblinks:<br />

[1] www.nti-online.de/diraboxsdr.htm<br />

[2] www.sdradio.org/<br />

[3] http://sourceforge.net/projects/drm<br />

[4] www.g8jcf.dyndns.org/<br />

Literatur:<br />

Burkhard Kainka:<br />

„DREAM-Team –Software für den DRM-Empfang”, ELEKTOR 4/2004, S. 20 ff.<br />

Wolfgang Hartmann und Burkhard Kainka: „Radio hören mit Matlab -<br />

Software-DRM-Empfänger Diorama“,<br />

ELEKTOR 4/2006, S. 76 ff.<br />

Burkhard Kainka:<br />

„Software + IQ-Mischer = Luxusradio”,<br />

ELEKTOR 12/2006, S. 38 ff.<br />

23

---

PRAXIS SENDEN<br />

RDS wird zwar heute von den meisten<br />

Autoradios unterstützt, häufi g aber nur<br />

zur Anzeige der acht Zeichen für den<br />

Sendernamen. Dass man dann trotzdem<br />

mehr als nur den Sendernamen<br />

angezeigt bekommt (zum Beispiel Musiktitel<br />

oder Börsenindizes) liegt daran,<br />

dass manche Radiomacher diesen<br />

aus nur acht Zeichen bestehenden PS-<br />

Datensatz (program service name) kreativ<br />

nutzen, um anstelle des Sendernamens<br />

wechselnde Zusatzinformationen<br />

zu senden. Eleganter wäre dafür natürlich<br />

die Verwendung der Radiotext-<br />

Funktion (RT) mit einem aus 64 Zeichen<br />

bestehenden Datensatz – aber<br />

was nützt ein Radiotext, wenn das Radio<br />

ihn nicht anzeigt…<br />

Durchgesetzt hat sich<br />

aber die RDS-Funktion<br />

TP/TA (traffic program/<br />

traffi c announcement) für die<br />

Verkehrsfunk-Sender- und Durchsagekennung,<br />

die nicht mehr wie früher<br />

durch ARI erfolgt.<br />

Unser Testsender sendet sowohl die<br />

Bits für die TP/TA-Funktion als auch<br />

einen Beispieltext („ELEKTOR“) für<br />

die PS-Anzeige. Auf der Basis der in<br />

C geschriebenen Software lassen sich<br />

aber auch andere Projekte realisieren.<br />

So könnte man beispielsweise Parameter<br />

messen und diese via RDS/FM an<br />

UKW-Radios übertragen. Autoradios<br />

kann man dann sogar beim Überschreiten<br />

von Grenzwerten laut schalten,<br />

wenn man das Ganze als Verkehrsdurchsage<br />

tarnt.<br />

Interessant ist dabei, dass der gesamte<br />

Sender eigentlich nur aus zwei Digital-<br />

ICs besteht, die zusammen keine zwei<br />

ATtiny<br />

Winziger Contro<br />

Von Martin Ossmann<br />

Viele Radios können heute das RDS-<br />

Signal empfangen und auswerten.<br />

Damit kann man den Sendernamen<br />

anzeigen und noch vieles mehr. Auch<br />

die Verkehrsdurchsage wird per<br />

RDS aktiviert. Der hier vorgestellte,<br />

extrem einfache Testsender<br />

ermöglicht nicht nur die Überprüfung<br />

von Empfängern und die Fehlersuche, er bietet auch<br />

eine Basis für eigene RDS-Projekte. Mit Hilfe effi zienter<br />

Techniken konnte der gesamte Code für den ATtiny2313-<br />

Controller mit dem kostenlosen WINAVR-Compiler in C<br />

geschrieben werden!<br />

Euro kosten: Einem ATtiny2313-Mikrocontroller<br />

von Atmel und einem Standard-CMOS-IC<br />

74HC00, das vier NAND-<br />

Gatter enthält. Das UKW-Signal entsteht<br />

einfach als Oberwelle des Taktsignals.<br />

Damit ist der Sender quarzstabilisiert,<br />

und man muss keine HF-Komponenten<br />

abgleichen. Bei dem Generator kommen<br />

einige interessante Ideen zum Einsatz,<br />

die es ermöglichen, mit derart geringem<br />

Aufwand und mit Standard-Bauteilen<br />

Erstaunliches zu erzielen.<br />

Fraktionelle PWM<br />

Um ein RDS Signal zu erzeugen, benötigt<br />

man zuerst mal eine 57-kHz-Hilfsträgerfrequenz,<br />

und zwar auf ein paar<br />

Hertz genau. Die erste Herausforderung<br />

bestand darin, diese Frequenz<br />

ohne einen Spezialquarz zu erzeugen.<br />

Der verwendete preiswerte Standard-<br />

Quarz schwingt auf einer Frequenz<br />

24 elektor - 5/2007

---

als RDS-Testsender<br />

ller sendet Zeichen aufs UKW-Radio-Display<br />

von 11,0592 MHz, woraus sich ein sehr<br />

ungeradzahliges Teilverhältnis von<br />

11,0592 MHz/57 kHz = 194,0210526...<br />

ergibt. Ein einfacher Teiler scheidet<br />

also aus. Schaltet man aber einen Teiler<br />

passend um, und zwar zwischen<br />

M = 194 und M+1 = 195, so lässt sich<br />

dieses Teilverhältnis im Mittel erreichen.<br />

Als umschaltbaren Teiler kann<br />

man in einem ATtiny-Controller passenderweise<br />

den PWM-Generator verwenden.<br />

Nun braucht man eine „Software-Baugruppe“,<br />

die im Bruchteil<br />

r = 0,0210526... die PWM-Periodenlänge<br />

auf M+1 = 195 setzt und im restlichen<br />

Teil 1-r auf M = 194. Dann ergibt<br />

sich als mittlere Teilrate genau:<br />

r(M+1)+(1-r)M=M+r = 194,0210526...<br />

Eine entsprechende Baugruppe kennt<br />

man aus DDS-Signalgeneratoren. Damit<br />

ergibt sich gedanklich das in Bild 1<br />

5/2007 - elektor<br />

CLOCK<br />

DIVIDE by<br />

M or M+1<br />

R<br />

N-BIT<br />

CARRY<br />

N-BIT<br />

ADDER<br />

PHASE-REGISTER<br />

P<br />

SUM<br />

Bild 1. Fraktionaler Teiler mit PWM.<br />

060253 - 13<br />

Listing<br />

Interrupt-Routine<br />

Technisch ist vieles möglich…<br />

Wenn man den Quellcode der Software anpasst, diese auf einem<br />

größeren Controller mit mehr Möglichkeiten implementiert und das<br />

Ganze noch mit einer kleinen HF-Stufe (ein Transistor plus Filter) am<br />

Ausgang würzt, kann man sich noch einige interessante Anwendungen<br />

vorstellen. So könnte man zum Beispiel auf dem Display des RDS-Autoradios<br />

die Innen- und Außentemperatur oder auch die Öltemperatur<br />

// 10 MHz to 77.5 kHz DDS PWM generator<br />

// 10MHz/77.5kHz=129.032258065.. ; 0.032258065*2^16= 2114.0639..<br />

.equ M = 129<br />

.equ R = 2114<br />

TIM1_OVF: // interrupt<br />

in SREGsav,SREG // save status<br />

subi DDS0,low(R) // 16 Bit subtract<br />

sbci DDS1,high(R)<br />

ldi temp,M // preset PWM period<br />

brcs no1 // check carry<br />

dec temp // decrement PWM period<br />

no1: out ICR1L,temp // set new PWM period<br />

out SREG,SREGsav // restore status<br />

reti // return from PWM interrupt<br />

PWM<br />

T = 194<br />

T = 195<br />

DDS94<br />

r = 0.021052<br />

VCXO<br />

11.0592 MHz<br />

16 BIT SHIFT-REGISTER<br />

RDS-DATA<br />

Bild 2. Gesamtkonzept der Signalerzeugung.<br />

anzeigen – im Prinzip jeden Wert von jedem vorhandenen Sensor.<br />

Kommunikativ eingestellte Menschen könnten auch auf die Idee<br />

kommen, mit einem RDS-Sender Textbotschaften an Mitmenschen<br />

zu übermitteln. Zum Beispiel, wenn man im Stau steht und eine Idee<br />

hat, welche UKW-Frequenz der Stau-Nachbar (oder die Nachbarin)<br />

gerade empfängt.<br />

Technisch ist vieles möglich, rechtlich aber nicht. Der Betrieb eines nicht<br />

genehmigten Senders ist durch das Telekommunikationsgesetz verboten.<br />

1 / 48<br />

RDS-FM-SIGNAL<br />

RDS-CARRIER (57 kHz)<br />

RDS-BIT-CLOCK<br />

= 1<br />

D<br />

= 1<br />

= 1<br />

060253 - 12<br />

RDS-<br />

SIGNAL<br />

25

---

PRAXIS SENDEN<br />

dargestellte Konzept. Man benutzt einen<br />

N-bit-Akkumulator, der Werte bis<br />

2 N-1 speichert. Bei jedem „Takt“ aus<br />

dem M,M+1 Teiler addiert man zum<br />

aktuellen Akkumulatorwert P die feste<br />

Zahl R. Die relative Rate, mit der Überträge<br />

(Carry) am Ausgang des Addierers<br />

erscheinen ist dann r = R/2 N. Ist<br />

die Taktfrequenz f CLOCK , so liefert eine<br />

derart gesteuerte PWM-Einheit die<br />

Ausgangsfrequenz<br />

f OUT = f CLOCK /(M + R/2 N)<br />

Ein Nachteil dieser Technik ist, dass<br />

das Ausgangssignal einen Jitter aufweist,<br />

der sich als Phasenrauschen im<br />

Spektrum bemerkbar macht. Wie einfach<br />

die Interrupt-Routine für einen<br />

ATtiny2313 aussieht (nach passender<br />

Initialisierung), zeigt das Listing. Die<br />

angegebenen Werte erzeugen bei<br />

10 MHz Taktfrequenz eine Ausgangsfrequenz<br />

von 77,5 kHz.<br />

Mit der vorgestellten Methode ist es<br />

also ein Leichtes, aus 11,0592 MHz<br />

die RDS-Taktfrequenz abzuleiten. Die<br />

Technik ist sogar so effi zient, dass das<br />

Ganze auch in C programmiert werden<br />

kann. Damit wird der RDS-Testsender<br />

für Nicht-Spezialisten wesentlich leichter<br />

modifi zierbar. Dabei kommt ein 15bit-Phasen-Akkumulator<br />

zum Einsatz.<br />

Eine schematische Darstellung des Gesamtkonzepts<br />

zeigt Bild 2.<br />

Modulation des Bitstroms<br />

Aus dem RDS-Takt von 57 kHz lässt sich<br />

der RDS-Bittakt von 1,1875 kHz leicht<br />

gewinnen, indem man durch 48 teilt.<br />

Dieser Takt dient einerseits zum Schieben<br />

der Datenbits aus einem Schieberegister<br />

in den Differential-Codierer. Zum<br />

anderen wird dieses Signal zur Modulation<br />

des 57-kHz-Hilfsträgers verwendet.<br />

Dafür ist der Hilfsträger um 180 Grad<br />

in der Phase zu drehen, was in Bild 3<br />

ein XOR-Gatter übernimmt. In der Software<br />

kann man interessanterweise die<br />

Polarität des PWM-Generators einfach<br />

durch ein Konfigurationsbit ändern.<br />

Diese Phasenumschaltung wird durch<br />

den Ausgang eines XOR-Gatters gesteuert,<br />

das den RDS-Bittakt mit dem<br />

Ausgangsbit aus dem Differentialcodierers<br />

verknüpft. Der Differentialcodierer<br />

ändert die Modulationspolarität immer<br />

dann, wenn eine Eins (aus dem Schieberegister)<br />

zu senden ist. Die Nutzdaten<br />

werden, bevor sie ins Schieberegister<br />

gelangen, noch mit den notwendigen<br />

Fehlerschutzbits versehen.<br />

All das wird per Software gemacht.<br />

C1<br />

100p<br />

BB909B<br />

RDS<br />

D1<br />

R1<br />

2M2<br />

IC1.A<br />

1<br />

2 &<br />

X1<br />

IC1.B<br />

4<br />

5 &<br />

Damit steht am Ausgang des PWM-<br />

Generators das RDS-Signal als Rechtecksignal<br />

(also spektral ziemlich unrein)<br />

zur Verfügung. Dieses Signal<br />

wird nun verwendet, um den Taktoszillator<br />

selbst in der Frequenz zu mo-<br />

IC1.C<br />

9<br />

10 &<br />

ATTiny<br />

2313-20<br />

dulieren. Weil das PWM-Signal durch<br />

die Biphasen-Modulation mittelwertfrei<br />

ist, ändert diese Modulation die<br />

mittlere Frequenz nicht. Das Bit-Timing<br />

bleibt daher von dieser FM auch<br />

tatsächlich unbeeinfl usst.<br />

26 elektor - 5/2007<br />

3<br />

11,0592 MHz<br />

1k<br />

R3<br />

P1<br />

50k<br />

Bild 3. Schaltung des RDS-Testsenders.<br />

1k<br />

Bild 4. Musteraufbau auf Lochrasterplatine.<br />

R2<br />

C2<br />

50p<br />

C3<br />

3n3<br />

R4<br />

1k<br />

TEST<br />

TP<br />

6<br />

TA<br />

4<br />

5<br />

19<br />

18<br />

17<br />

16<br />

15<br />

14<br />

13<br />

12<br />

XO<br />

XI<br />

+5V<br />

PB7<br />

PB6<br />

PB5<br />

PB4<br />

PB3<br />

PB2<br />

PB1<br />

PB0<br />

8<br />

IC2<br />

20<br />

10<br />

ANT1<br />

99,5328 MHz<br />

IC1.D<br />

12<br />

13 &<br />

RST<br />

PD0<br />

PD1<br />

PD2<br />

PD3<br />

PD4<br />

PD5<br />

PD6<br />

1<br />

2<br />

3<br />

6<br />

7<br />

8<br />

9<br />

11<br />

11<br />

IC1 = 74HC00<br />

14<br />

IC1<br />

7<br />

060253 - 11<br />

C4<br />

100n<br />

57 kHz Clock<br />

Bit-Clock<br />

CRC-Active<br />

Test-Sync

---

Schaltungsaufbau<br />

Als frequenzmodulierbarer Oszillator<br />

kommt ein einfacher CMOS-Oszillator<br />

mit Kapazitätsdiode zum Einsatz.<br />

Der Gesamtschaltplan ist in Bild 3 zu<br />

sehen. Mit zwei NAND-Gattern werden<br />

am Ausgang oberwellenreiche<br />

Nadelimpulse geformt, die für einen<br />

ersten Test auf ein kurzes Drahtstück<br />

als Antenne gelangen.<br />

Die neunte Oberwelle ist 9 × 11,059<br />

2 MHz = 99,5328 MHz und liegt damit<br />

ziemlich in der Mitte des UKW-<br />

Bereichs. Das Foto am Artikelanfang<br />

zeigt einen Reiseempfänger mit RDS,<br />

der das Testsignal empfängt und dem<br />

entsprechend als Sendername natürlich<br />

ELEKTOR anzeigt.<br />

Die Funktionen TA (Verkehrsdurchsage-Bit),<br />

TP (Verkehrsfunksender-Bit)<br />

und Test (wiederholtes Senden eines<br />

16-Bit-Testmusters anstelle der RDS-<br />

Gruppen und Blöcke) lassen sich mit<br />

Drahtbrücken oder Schaltern an den<br />

Pins 12 bis 14 des Controllers aktivieren.<br />

An Pin 6 bis 9 stehen die wichtigs-<br />

• SMD-Adapterplatinen<br />

• SMD-Lochrasterplatinen<br />

• LED-Treiber 1W, 3W & 5W<br />

• LED-Folien(!)<br />

erhalten Sie bei<br />

smd-welt@web.de!<br />

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5/2007 - elektor<br />

ten Signale zu Messzwecken zur Verfügung.<br />

Der Trimmkondensator C2 ist so<br />

einzustellen, dass die Frequenz an Pin<br />

6 (PD2) 57 kHz beträgt.<br />

Am Ausgang RDS kann man das RDS-<br />

Signal (Basisband) entnehmen und<br />

z.B. RDS-Demodulatoren zum Test direkt<br />

zuführen oder man kann mit dem<br />

Signal einen vorhandenen FM-Sender<br />

modulieren.<br />

Insgesamt kommt man mit verblüffend<br />

wenigen Bauteilen aus. Ein Aufbau auf<br />

einer Lochrasterplatine (wie in Bild 4<br />

dargestellt) ist daher vollkommen ausreichend.<br />

Die Software für den ATtiny2313-Controller<br />

(Hex-File und C-File)<br />

steht auf der ELEKTOR-Website zum<br />

Gratis-Download bereit. Der Mikrocontroller<br />

ist aber auch fertig programmiert<br />

im ELEKTOR-Shop erhältlich.<br />

Will man besondere Funktionen realisieren,<br />

kann man den Quellcode anpassen.<br />

Dazu benötigt man eventuell<br />

den RDS-Standard, um zu erfahren, wie<br />

Informationen kodiert werden. Dieser<br />

Standard ist inzwischen im Internet<br />

verfügbar (siehe Weblinks).<br />

Obwohl der Testsender im UKW-Be-<br />

reich nur eine sehr geringe Leistung<br />

abstrahlt, sollte man seinen Ausgang<br />

über ein Stück Koaxkabel direkt mit<br />

dem Antenneneingang des RDS-Radios<br />

verbinden. So wird die Abstrahlung<br />

des doch recht breiten Frequenzspektrum<br />

des Testsenders unterbunden<br />

und damit dem Telekommunikationsgesetz<br />

Genüge getan, das nur lizenzierten<br />

Funkamateuren das Betreiben<br />

von selbst gebauten Sendeinrichtungen<br />

erlaubt.<br />

Weblinks:<br />

http://de.wikipedia.org/<br />

wiki/Radio_Data_System<br />

www.g.laroche.free.fr/english/rds/rds.html<br />

(060253e)<br />

Literatur:<br />

RDS - UKW mit Text und Daten,<br />

ELEKTOR 04/1989, S. 14 ff.<br />

Martin Ossmann: Stand-alone-RDS-Decoder,<br />

ELEKTOR 02/1991, S. 24 ff.<br />

www.elektor.de<br />

Anzeige<br />

27

---

TECHNIK EMPFÄNGER<br />

Ganz unten<br />

Auf Wellenjagd in der Sub-150-kHz-Region<br />

Von Rolf Hähle<br />

Handy, WLAN und Satellitenfernsehen nutzen Frequenzen bis in den Gigahertzbereich, und<br />

es soll noch weiter hinaus gehen. Die wenigsten Elektroniker wissen dagegen, dass sich auch<br />

auf dem anderen Extrem der Skala einiges tut. Unser Beitrag lädt zu einer „Extremely-Low-<br />

Frequency-Erfahrung“ der besonderen Art ein.<br />

Die allseits bekannte Langwelle markiert die niedrigsten kommerziell<br />

genutzten Frequenzen - das untere Ende der Skala<br />

liegt bei etwa 150 kHz, wie ältere Rundfunkempfänger<br />

verraten. Das bedeutet natürlich nicht, dass unterhalb dieses<br />

Wertes Funkstille herrscht. Frequenzen unter 150 kHz werden<br />

sowohl für militärische als auch für technische Zwecke<br />

genutzt (siehe Tabelle). Unterseeboote empfangen die Instruktionen<br />

ihrer Basis sogar auf extrem niedrigen Frequenzen<br />

– welche zwischen 70 und 80 Hz liegen.<br />

Da der technische Aufwand zur Abstrahlung langer Wellen<br />

mit sinkender Frequenz immer größer wird, hält sich<br />

die Kommunikation im Längstwellenbereich jedoch in<br />

Grenzen. Um ein Signal an ein unter dem Meeresspiegel<br />

operierendes U-Boot zu senden, bedarf es einer kilometerlangen<br />

Antenne und eines Hochleistungssenders. Dafür<br />

Frequenzbereiche<br />

besitzen Längstwellen jedoch den Vorteil, dass sie nahezu<br />

alles durchdringen und überall, also auch unter dem Meeresspiegel,<br />

zu empfangen sind.<br />

Neben diesen künstlichen Quellen sorgt auch die Natur<br />

für einen regen „Funkverkehr“ im Bereich von unter<br />

150 kHz. Hier sind es vor allem komplizierte Vorgänge<br />

in der Ionosphäre, auf deren Empfang sich weltweit<br />

viele Amateure spezialisiert haben. Speziell im Bereich<br />

unterhalb 16 kHz (VLF = Very Low Frequency) lassen<br />

sich bereits mit einfachen Mitteln und etwas Glück Geräusche<br />

(„Sferics“) empfangen, die an Vogelgezwitscher<br />

(„Tweeks“, „Whistler“) oder sogar an Chorgesang<br />

(„Dawn Chorus“) erinnern.<br />

Beim Empfang solcher Radioquellen ist eine Demodulation<br />

natürlich nicht nötig – es handelt sich vielmehr um<br />

ELF SLF ULF VLF LF<br />

Extremely Low<br />

Frequency<br />

Super Low Frequency Ultra Low Frequency Very Low Frequency Low Frequency<br />

Frequenz 3 Hz bis 30 Hz 30 Hz bis 300 Hz 300 Hz bis 3 kHz 3 kHz bis 30 kHz 30 kHz bis 300 kHz<br />

Beispiele Technische Signale:<br />

Pigs = Pipeline Inspection<br />

Gauges<br />

(20 Hz)<br />

Militär:<br />

U-Boot-Funk<br />

Signale unbekannter<br />

Herkunft<br />

Militär:<br />

U-Boot-Funk<br />

ZEVS Russland<br />

(82 Hz)<br />

Saguine USA<br />

(76 Hz)<br />

Erdbeben<br />

Kommunikation durch<br />

das Erdreich (Bunker)<br />

Weltweit verbreitete<br />

Stationen für diverse<br />

Zwecke (zwischen 10<br />

und 30 kHz)<br />

Navigationssystem<br />

Omega:<br />

10 bis 14 kHz (bis<br />

1997)<br />

Sferics:<br />

Natürliche Signale<br />

wie „Whistlers”,<br />

„Tweeks”, „Dawn<br />

Chorus”<br />

Standard Zeitzeichen:<br />

DCF 77 bei Frankfurt<br />

(77,5 kHz)<br />

MSF Großbritannien<br />

(60 kHz)<br />

HBG Schweiz<br />

(75 kHz)<br />

Militär:<br />

U-Boot-Funk (unter<br />

50 kHz)<br />

Amateurfunk:<br />

136 kHz in einigen<br />

europäischen Ländern<br />

28 elektor - 5/2007

---

*<br />

ANT1<br />

siehe Text<br />

so genannten Direktempfang. Alle auf den Empfänger<br />

einwirkenden Signale sind direkt und gleichzeitig hörbar<br />

– als wäre der Mensch durch ein weiteres Sinnesorgan<br />

zum Hören elektromagnetischer Wellen in der Lage.<br />

ELF statt VLF<br />

Auf zahlreichen Internetseiten kursieren einfache Bauanleitungen,<br />

die den Empfang der oben erwähnten Signale<br />

versprechen - doch außer einem starken Brummgeräusch<br />

wird im Kopfhörer meist nichts zu vernehmen sein. Das<br />

liegt am 50-Hz-Wechselfeld, das im dicht besiedelten<br />

Mitteleuropa auch abseits von Wohngebieten nahezu allgegenwärtig<br />

ist. Es lässt sich auch durch steile Tiefpässe<br />

nicht ausblenden, da die Ströme in unseren Leitungen nur<br />

theoretisch sinusförmig sind. In Wirklichkeit enthalten sie<br />

starke Oberwellen, die bis in den Bereich von mehreren<br />

Kilohertz hörbar sind und das erwünschte, meist wesentlich<br />

schwächere Signal bis zur Unhörbarkeit überdecken.<br />

Nur weitab von Städten und Dörfern, Hochspannungsleitungen<br />

und Fabriken wird mit einem batteriebetriebenen<br />

Gerät ein brauchbarer VLF-Empfang möglich sein - zum<br />

5/2007 - elektor<br />

R7<br />

180k<br />

R6<br />

2<br />

7<br />

1k C3<br />

6<br />

IC4<br />

3<br />

230V<br />

4<br />

S1<br />

R1<br />

1k<br />

2<br />

7<br />

C1<br />

IC1<br />

6<br />

3<br />

TR1<br />

1k<br />

High-pass<br />

(Offset Cut)<br />

180k<br />

2<br />

3<br />

R8<br />

2x 15V<br />

R2<br />

R3<br />

180k<br />

7<br />

IC5<br />

4<br />

4<br />

6<br />

4x<br />

1N4001<br />

4x<br />

1N4001<br />

High-pass<br />

(Offset Cut)<br />

180k<br />

2<br />

3<br />

C4<br />

C6<br />

25V<br />

C7<br />

R4<br />

25V<br />

7<br />

IC2<br />

4<br />

C8<br />

C9<br />

6<br />

IC9<br />

7815<br />

7915<br />

IC10<br />

Low-pass<br />

R5<br />

68k<br />

2<br />

3<br />

C2<br />

C10<br />

25V<br />

C11<br />

25V<br />

7<br />

IC3<br />

4<br />

180k<br />

7905<br />

IC11<br />

–15V –5V<br />

6<br />

R13<br />

+15V<br />

Low-pass Low-pass<br />

R9<br />

68k<br />

2<br />

3<br />

7<br />

IC6<br />

4<br />

6<br />

P1 R10<br />

15k<br />

100k<br />

Gain-adjust<br />

2<br />

3<br />

R11<br />

180k<br />

7<br />

IC7<br />

4<br />

6<br />

R12<br />

180k<br />

2<br />

3<br />

7<br />

IC8<br />

4<br />

+15V<br />

Offsetadjust<br />

–15V<br />

P2<br />

100k<br />

+15V<br />

Beispiel mitten in einem riesigen Waldgebiet.<br />

Ganz anders sieht es dagegen beim Empfang elektromagnetischer<br />

Wellen im ELF-Bereich (ELF = Extremely<br />

Low Frequency), also unterhalb von 50 Hz, aus: Da der<br />

50-Hz-Haushaltswechselstrom so gut wie keine Subharmonischen<br />

besitzt, kann ein in diesem Bereich arbeitender<br />

Empfänger problemlos in jeder Wohnung betrieben werden.<br />

Alles, was man braucht, ist ein hochempfi ndlicher<br />

NF-Verstärker, ein möglichst steiles Tiefpassfi lter mit einer<br />

Eckfrequenz von etwa 20 Hz und eine Spule von mindestens<br />

1000 Windungen bei einem Mindest-Durchmesser<br />

von etwa 40 cm (siehe Kasten).<br />

Für einen ELF-Empfänger gibt es keine universell nutzbare<br />

Schaltung, sondern nur eine Reihe von Vorschlägen.<br />

Gewarnt sei in diesem Zusammenhang ausdrücklich vor<br />

den im Internet kursierenden Ratschlägen, eine ausreichend<br />

dimensionierte Spule direkt mit dem Eingang einer<br />

PC-Soundkarte zu verbinden - frei nach dem Motto: „Das<br />

Spektralanalyseprogramm wird’s schon richten“. Die wirklich<br />

interessanten ELF-Signale sind im Verhältnis zum empfangenen<br />

50-Hz-Wechselstrom einfach viel zu schwach.<br />

Doch auch bei Verwendung eines Tiefpass-Filters gilt:<br />

C5<br />

IC1 ... IC8 = LM741; µA741; LF356<br />

060320 - 11<br />

6<br />

–15V<br />

Bild 1.<br />

Beispiel-Schaltung eines<br />

ELF-Empfängers. Die von<br />

der Spule empfangenen<br />

Signale gelangen zu einem<br />

dreistufi gen, invertierenden<br />

Verstärker. Zwischen den<br />

Verstärkern befi nden sich<br />

einfache, gepufferte RC-<br />

Glieder. Statt des Netzteils<br />

lassen sich auch in Serie<br />

geschaltete NiMH-Akkus<br />

verwenden.<br />

29

---

TECHNIK EMPFÄNGER<br />

Bild 2.<br />

Der Empfänger passt<br />

zusammen mit dem<br />

Netzteil in ein kleines<br />

Kunststoffgehäuse.<br />

Am Eingang wird die<br />

Spulenantenne (im<br />

schwarzen Kasten)<br />

und am Ausgang die<br />

Soundkarte eines Laptops<br />

angeschlossen, auf dem<br />

hier das Analyseprogramm<br />

Cool Edit läuft.<br />

Bild 3.<br />

Das Bild zeigt eines von<br />

über 20 Signalen, die im<br />

Laufe der letzten Jahre<br />

am früheren Wohnort des<br />

Autors empfangen wurden.<br />

Hier das Spektrum des<br />

„Kuh“-Signals.<br />

Auch wenn das Filter noch so steil ist, wird ein Teil der<br />

empfangenen 50-Hz-Wechselspannung immer noch<br />

durchgelassen. Bei der geforderten, hohen Verstärkung<br />

von mindestens 100.000 kann dieser Teil auch hier zur<br />

Übersteuerung führen, wenn man das Filter nicht an die<br />

richtige Stelle platziert. Grundsätzlich sollten die von der<br />

Spule empfangenen Wechselspannungen erst einmal mit<br />

einem Verstärker, der einen niederohmigen Eingang besitzt,<br />

verstärkt werden. Und zwar so weit, bis die empfangenen<br />

50 Hz aus den benachbarten Stromleitungen einen<br />

Wert von einigen Volt aufweisen und sich die Amplitudenspitzen<br />

dennoch weit genug von der Clippgrenze entfernt<br />

befi nden. Nach anschließender Filterung ist das 50-Hz-<br />

Signal auf einem Oszilloskop kaum noch zu erkennen.<br />

Die erwünschten Signale sind jedoch, wenn auch sehr<br />

schwach, immer noch unverändert vorhanden. Sie lassen<br />

sich nun problemlos erneut verstärken.<br />

Die Schaltung<br />

Die in Bild 1 gezeigte Schaltung geht noch etwas weiter<br />

und ist in ihrer Funktionsweise für jeden erfahrenen<br />

Leser leicht zu durchschauen. Jeder einzelnen, von einem<br />

OpAmp gebildeten Verstärkerstufe folgt ein entkoppeltes<br />

Hoch- und Tiefpassfi lter. Nach jeder dieser Stufen wird<br />

der Netzbrumm etwas schwächer. Der Pegel der zu empfangenden<br />

ELF-Signale nimmt dagegen zu - eine Art „Anreicherungsprozess“,<br />

der bewirkt, dass der Netzbrumm<br />

niemals zur Übersteuerung einer Stufe führen kann. Die<br />

Hochpässe dienen zur Eliminierung der Offset-Spannungen<br />

der einzelnen OpAmps, die bei solch hohen Verstärkungen<br />

leicht zum Clippen der Schaltung führen können.<br />

Bei Verwendung teurer, offsetfreier OpAmps können<br />

sie entfallen. Eine alternative Möglichkeit besteht in der<br />

Offsetkompensation mittels (Spindel-)Trimmpoti. Die Kompensationsspannung<br />

könnte den Verstärkern zum Beispiel<br />

über einen Addierer zugeführt werden. Manche OpAmps<br />

sind auch mit einer Offsetkompensation ausgestattet.<br />

Bei einer geschickter Dimensionierung ist der Empfänger<br />

so empfi ndlich, dass er einen in 5 m Entfernung von der<br />

Spule per Hand hin und her bewegten Magneten (aus<br />

einem altem Kleinlautsprecher) als deutliche Sinuskurve<br />

von einigen Hertz und einigen Volt auf dem Oszilloskop<br />

quittiert. Die 50-Hz-Wechselspannung ist dabei nur noch<br />

bei genauem Hinsehen auf dem Schirm zu erkennen.<br />

Die von der Schaltung empfangenen Signale sind so niederfrequent,<br />

dass man sie nicht mehr hören kann. Das reine<br />

Betrachten des Empfänger-Ausgangssignals auf einem<br />

Oszilloskop macht nicht viel Sinn. Denn aus dem Zeitsignal,<br />

das ein Gemisch unterschiedlichster Frequenzen<br />

darstellt, ist nicht ersichtlich, ob ein interessantes Signal<br />

empfangen wird.<br />

Aus diesem Grunde kommt man an einem Software-Rekorder,<br />

einem Software-Spektrum-Analyzer und einer Langzeit-Aufnahme<br />

von mindestens 15 Minuten nicht vorbei.<br />

Zum Messequipment gehören daher ein Laptop und eine<br />

Software wie etwa Cool Edit (siehe Bild 2).<br />

Doch auch jetzt sind noch nicht alle Probleme gelöst. Die<br />

Frequenzskalen gängiger Software-Spektrumanalyzer sind<br />

so beschaffen, dass der interessierende ELF-Bereich nur<br />

extrem schmal und unübersichtlich am unteren Rand abgebildet<br />

wird.<br />

Um die Skala ganz zu nutzen, muss man dem Spektrum-<br />

Analyzer vorgaukeln, dass es sich bei den empfangenen<br />

Signalen um Frequenzen im Audiobereich handelt (also<br />

zwischen etwa 50 Hz und 20 kHz). Dazu gibt es mehrere<br />

Methoden. Grundsätzlich geht man dabei wie folgt vor:<br />

1. Zuerst nimmt man die vom Empfänger gelieferten Signale<br />

mittels eines PC-Rekorderprogramms auf. Man muss<br />

jedoch daran denken, dass Standard-PC-Soundkarten Frequenzen<br />

unter 16 Hz stark dämpfen.<br />

2. Die Abtastrate darf nicht höher als 200 Hz sein.<br />

Falls dies beim verwendeten Rekorder nicht realisierbar<br />

ist, können die Daten mit einer selbst gestrickten Software<br />

nachträglich reduziert werden - indem man zum<br />

Beispiel nur jedes hundertste Sample aus der Originaldatei<br />

berücksichtigt. Die scheinbare Samplefrequenz<br />

beträgt dann nur noch ein Hundertstel der tatsächlichen<br />

Abtastfrequenz.<br />

3. Die Sound-Datei wird ins Analyseprogramm geladen,<br />

wobei zuvor eine Sample-Frequenz von etwa 32 kHz<br />

(ausprobieren) zu Grunde gelegt werden muss. Das Analyseprogramm<br />

„glaubt“ nun fälschlicherweise, dass die<br />

empfangenen Signale eine um den Faktor 160 höhere<br />

Frequenz (bei 200 Hz Original- bzw. Schein-Sampling)<br />

besitzen und bildet das Spektrum im Ganzen zur Ver-<br />

30 elektor - 5/2007

---

fügung stehenden Bereich ab. Außerdem werden alle<br />

empfangenen Signale 160 Mal schneller abgespielt und<br />

damit hörbar. Durch diesen Zeitraffer-Effekt werden Muster<br />

und Strukturen erkennbar, die beim Betrachten des<br />

empfangenen Zeitsignals verborgen bleiben. Die vom<br />

Analyzer-Programm gemachten falschen Frequenzangaben<br />

müssen dann allerdings wieder umgerechnet werden.<br />

Rätselhafte Ergebnisse<br />

Die vom Autor in mehr als sechs Jahren erzielten Ergebnisse<br />

sind so merkwürdig, dass sich allein aus diesem<br />

Grund der Nachbau eines ELF-Empfängers lohnt. Doch<br />

beginnen wir zunächst mit dem Trivialen: Auffallend im<br />

Spektrogramm sind vor allem eine schwache 50-Hz-Linie<br />

und eine in vielen Fällen stärkere 16 2/3-Hz-Linie,<br />

die vom Versorgungsstrom unseres Bahnnetzes erzeugt<br />

wird und selbst in Entfernungen bis zu 6 km immer noch<br />

deutlich zu erkennen ist. Zu einem ersten Test von Schaltung<br />

und Software sind diese Linien als Referenz recht<br />

gut geeignet. Wer weniger als 1 km von einer Bahnlinie<br />

mit Oberleitung entfernt wohnt, wird an dieser Schaltung<br />

jedoch wenig Freude haben, da die im Boden vagabundierenden<br />

16 Hz-Ströme in diesem Bereich so stark sind,<br />

dass sie den Empfänger übersteuern.<br />

Umso interessanter ist das, was sonst noch empfangen<br />

werden kann. Nach langjährigen Recherchen konnte der<br />

Autor feststellen, dass von bestimmten Punkten im Boden<br />

starke ELF-Signale zwischen 0,8 und ca. 20 Hz ausgestrahlt<br />

werden. Diese Signale weisen typische, wiederkehrende<br />

Muster auf und lassen sich in verschiedene<br />

Kategorien einteilen. Die Quellen der Signale scheinen in<br />

Abständen von einigen Kilometern verteilt zu sein, wobei<br />

jede Quelle ihre eigenen, typischen „Laute“ aussendet.<br />

Auf unserer Website unter www.elektor.de kann man<br />

Beispiele dieser Signale - sie wurden mit 160fachem<br />

Zeitraffer aufgenommen - als Soundfi les zum Anhören<br />

downloaden!<br />

Bild 3 zeigt das Spektrum (über der Zeit) des „Kuh“-Signals.<br />

Das Signal verdankt seinen Namen der Tatsache,<br />

dass es sich bei beschleunigter Wiedergabe wie das<br />

Muhen einer Kuh anhört. Es besitzt in Echtzeit eine Länge<br />

von etwa fünf Minuten und erscheint seit Jahren Tag und<br />

Nacht in unregelmäßigen Abständen in einem kleinen<br />

Dorf am nördlichen Rand der Eifel. Das Signal kommt<br />

aus einem eng begrenzten Bereich, der sich unter der am<br />

Empfangsort vorbeiführenden Straße zu befi nden scheint.<br />

Das „Gänsesignal“ hört sich im Zeitraffer wie das Geschnatter<br />

von Gänsen an. Der abgebildete Bereich erstreckt<br />

sich in Echtzeit auf etwa eine Stunde. Die Signalaussendung<br />

erfolgt in einzelnen „Paketen“, die zu Gruppen<br />

zusammengefasst sind. Die unregelmäßige Signalfolge<br />

wiederholt sich im 24-Stunden-Rhythmus. Im Zeitsignal ist<br />

erkennbar, dass es sich um regelmäßige Impulsmuster mit<br />

eingebetteten Informationen handelt, wobei ein Impuls aus<br />

vier Sinuswellen einer Frequenz von 16 Hz besteht. Das Signal<br />

scheint vom Nordrand der Eifel auszugehen und kann<br />

noch in einer Entfernung bis zu 40 km schwach empfangen<br />

werden. An anderen Orten in ganz Deutschland ließ<br />

sich dieses Signal bisher noch nicht registrieren.<br />

Der hörbar gemachte Klang des „Heartbeat“-Signals erinnert<br />

an das Piepen der Herzschlagmonitore in Krankenhäusern.<br />

Es handelt sich hier um eine Folge rechteck-artiger<br />

Schwingungen mit einer Grundfrequenz von<br />

etwa einem Hertz, die in regelmäßigen Abständen von<br />

5/2007 - elektor<br />

Die passende Spule<br />

Die verwendete ringförmige<br />

Spule besitzt<br />

tausend Windungen<br />

und einen Durchmesser<br />

von 40 cm. Sie lässt sich<br />

aus dünnen lackisolierten<br />

Kupferdrähten alter<br />

Netztrafos zusammenlöten.<br />

Brauchbarer Kupferdraht<br />

ausreichender<br />

Länge wird auch als<br />

Rollenware im Internet<br />

angeboten, doch hier sollte man unbedingt die Preise<br />

vergleichen.<br />

Die Spule lässt sich problemlos herstellen, indem man den<br />

Draht um acht gleichmäßig auf einem Kreis (40 cm Durchmesser)<br />

eingeschlagene Nägel wickelt, die zum Beispiel in<br />

einer dicken Holzplatte stecken. Bei tausend Windungen ist<br />

die Wickelarbeit recht mühsam - man sollte trotzdem möglichst<br />

viel Geduld mitbringen. Nachdem die Wicklungen zum<br />

Schutz vor Witterungseinfl üssen und mechanischen Beschädigungen<br />

mit Isolierband umwickelt wurden, können die Nägel<br />

entfernt werden.<br />

Die Spule ist zwar nun schon so stabil, dass sie sich fast<br />

selbst trägt. Dennoch empfi ehlt es sich, sie zur Sicherheit in<br />

einen fl achen Holzkasten einzubauen und diesen mit einer<br />

Buchse (z.B. 6 mm Klinke) zu versehen.<br />

Ganz wichtig: Achten Sie beim Empfang darauf, dass die<br />

Spule keinen Vibrationen, mechanischen Erschütterungen<br />

oder gar Bewegungen ausgesetzt ist! Bereits leichte Verschiebungen<br />

der Spule relativ zum Erdmagnetfeld können zur<br />

Induktion schwacher Ströme - und damit zur Übersteuerung<br />

des Empfängers führen.<br />

Mit der Spule lassen sich relativ genaue Minimal-Peilungen<br />

durchführen. Am stärksten ist der Empfang, wenn die magnetischen<br />

Feldlinien der empfangenen Quelle senkrecht auf<br />

der Spulenfl äche stehen. Daraus folgt, dass der Empfang<br />

fast vollständig zurückgeht, wenn die auf der Spulenfl äche<br />

stehende Senkrechte in Richtung der Quelle zeigt. Auf Grund<br />

der langen Aufnahmezeiten nimmt eine genaue Richtungspeilung<br />

allerdings sehr viel Zeit in Anspruch.<br />

Minuten gesendet wird. Diese Signale können fast überall<br />

in Deutschland empfangen werden und stammen aus unterschiedlichen<br />

Quellen. Sie tauchen zu völlig unregelmäßigen<br />

Zeiten auf und dauern oft mehrere Stunden, wobei<br />

ihre Häufi gkeit in den letzten drei Jahren stark zunahm.<br />

Da es sich um lokale Phänomene handelt, scheiden die U-<br />

Boot-Kommunikation oder Einfl üsse aus dem Weltall aus.<br />

Blieben noch Erdströme als Erklärung, die durch Elektrogeräte<br />

verursacht werden. Doch dann müssten überall<br />

ähnliche Signale empfangen werden – und dies ist nicht<br />

der Fall. Ein Grund mehr, diese rätselhaften Erscheinungen<br />

weiter zu verfolgen!<br />

Weblinks<br />

Soundbeispiele:<br />

www.elektor.de<br />

(auf „Zeitschrift“ klicken und den Artikel suchen)<br />

Weitere Infos (in englischer Sprache):<br />

www.vlf.it<br />

(060320)<br />

31

---

PRAXIS MESSEN<br />

Seismograph<br />

Lautsprecher als Schwingungssensor<br />

Von Gert Baars<br />

Auch wenn in unseren Breiten stärkere Erdbeben zum Glück sehr selten<br />

sind, kommt es doch häufi ger zu Beben geringer Intensität. Der hier<br />

vorgestellte Seismograph misst auch Erdschwingungen, die so<br />

schwach sind, dass sie mit den menschlichen Sinnen nicht mehr<br />

wahrgenommen werden können.<br />

Naturerscheinungen wie Erbeben, Vulkanausbrüche,<br />

Absenkungen von Erdschichten<br />

und Meteoriteneinschläge<br />

haben seismische Schwingungen zur<br />

Folge, die sich entlang der Erdoberfl äche<br />

ausbreiten. Bei schweren Erdbeben<br />

in weit entfernten Weltregionen<br />

laufen die Schwingungen mehrfach<br />

wiederholt um den Erdball, bevor sie<br />

vollständig abgeklungen sind. Auch<br />

der Mensch kann starke seismische<br />

Schwingungen auslösen, zum Beispiel<br />

durch unterirdische Kernwaffenversuche.<br />

Erdstöße in großer räumlicher<br />

Entfernung, die für den Menschen<br />

nicht mehr hör- und fühlbar sind, können<br />

mit empfi ndlichen Seismographen<br />

gemessen und nachgewiesen werden.<br />

Die Empfindlichkeit hängt von der<br />

Konstruktion des Schwingungssensors<br />

ab.<br />

Sensor<br />

Schwingungssensoren in gebräuchlichen<br />

Seismographen bestehen meist<br />

aus einer hängenden Spiralfeder, die<br />

von einem angehängten Gewicht leicht<br />

gespannt wird. Wegen der Masseträgheit<br />

des Gewichts ändert sich die Federauslenkung,<br />

wenn auf das Masse-<br />

Feder-System mechanische Schwingungen<br />

oder Impulse einwirken. Die<br />

Änderungen der Auslenkung werden<br />

elektronisch gemessen, ausgewertet<br />

und angezeigt. Da das Masse-<br />

Feder-System lange nachschwingt,<br />

muss eine mechanische Dämpfung<br />

(zum Beispiel ein Kolben im Ölbad) für<br />

das Abklingen sorgen.<br />

Weil das Masse-Feder-System für den<br />

Selbstbau nur wenig geeignet ist, haben<br />

wir nach einem alternativen Prinzip<br />

Ausschau gehalten. Der Konus einer<br />

Lautsprechermembran trägt auf<br />

der innen liegenden Seite eine Drahtwicklung,<br />

die in den Luftspalt des<br />

Lautsprechermagneten eintaucht. Wird<br />

die Membran durch eine äußere Kraft<br />

bewegt, ist an den Wicklungsanschlüssen<br />

eine Spannung messbar. Die Wicklungsanschlüsse<br />

sind mit den Lautsprecherklemmen<br />

verbunden. Ein empfindlicher<br />

mechanischer<br />

Schwingungssensor entsteht, indem<br />

der Lautsprecherkonus durch ein Gewicht<br />

beschwert wird. Wenn die Lautsprecherunterlage<br />

mechanisch<br />

schwingt, hat das Gewicht wegen der<br />

Masseträgheit das Bestreben, seine<br />

absolute Lage beizubehalten (Erstes<br />

Newtonsches Gesetz!). Das Gewicht<br />

übt auf die Lautsprechermembran eine<br />

Kraft aus, sie hat eine Spannung an<br />

den Wicklungsanschlüssen zur Folge.<br />

Ein Schwingungssensor nach diesem<br />

Prinzip lässt sich bereits mit kleinen<br />

Lautsprechermodellen realisieren, zum<br />

Beispiel mit<br />

einem Typ<br />

0,5 W/8 Ω, dessen Durchmesser<br />

8...12 cm beträgt. Die Lautsprechermembran<br />

soll möglichst weich<br />

aufgehängt sein. Als Gewicht ist eine<br />

gewöhnliche, 25 mm lange M10-Eisenschraube<br />

gut geeignet. Einige aufgeschraubte<br />

Muttern erhöhen die Masse,<br />

sie verbessern die Eigenschaften, ohne<br />

dass die Membran bei starken Schwingungen<br />

aufschlägt. Das Gewicht, bestehend<br />

aus Schraube und Muttern,<br />

senkt die Lautsprecher-Resonanzfrequenz<br />

ab, während die Entdämpfung<br />

im sicheren Bereich bleibt. Das Ergebnis<br />

ist ein für unsere Zwecke geeigneter<br />

Schwingungssensor.<br />

Grundprinzip<br />

Das vom Lautsprecher kommende Signal<br />

wird zuerst verstärkt und im anschließenden<br />

Filter von Rausch- und<br />

Brummanteilen befreit. Vom Filter gelangt<br />

das Signal zum ADC-Eingang<br />

eines ATtiny-Mikrocontrollers. Das vom<br />

Controller digitalisierte Signal wird seriell<br />

einem PC oder Laptop zugeführt.<br />

Dort läuft ein Programm, das die Daten<br />

grafisch aufbereitet und bei Bedarf<br />

32 elektor - 5/2007

---

speichert. Die seismischen Aktivitäten<br />

werden in Abhängigkeit von der Zeit<br />

in einem Diagramm darstellt. In zwei<br />

kleineren Fenstern können in Echtzeit<br />

die Amplitude und das Frequenzspektrum<br />

betrachtet werden.<br />

Die Schaltung wurde so konzipiert,<br />

dass sie ohne eigene Betriebsspannungsquelle<br />

auskommt. Sie wird aus<br />

der PC-Schnittstelle mit Strom versorgt.<br />

Um Strom zu sparen, arbeitet<br />

der ATtiny-Controller mit verminderter<br />

Taktfrequenz. Die Spannungsregler<br />

sind Typen mit niedriger<br />

Verlustleistung.<br />

Hardware<br />

Die Schaltung des Seismographen ist<br />

in Bild 1 dargestellt. Über Steckverbinder<br />

K2 gelangt das Lautsprechersignal<br />

zum Eingang eines Vorverstärkers, der<br />

hier mit dem doppelten Opamp TL082<br />

(IC5) aufgebaut ist. Die Gesamtverstärkung<br />

beträgt ungefähr 10.000<br />

(80 dB), sie ist wegen des Offset-Einfl<br />

usses auf zwei Opamps verteilt. Die<br />

Kondensatoren C11 und C15 bewirken,<br />

dass die Gleichstrom-Gesamtverstärkung<br />

1 ist. Der folgende Tiefpass achter<br />

Ordnung ist ein so genanntes<br />

„Switched Capacitor Filter“ (SCF)<br />

MAX7400 von Maxim (IC2). Durch Kondensator<br />

C4 an IC-Anschluss 8 ist die<br />

5/2007 - elektor<br />

Bild 1. Das Sensor-Signal wird verstärkt und<br />

gefi ltert, danach wird es von einem ATtiny-<br />

Controller digitalisiert und in ein serielles Format<br />

gewandelt.<br />

K1<br />

1<br />

6<br />

2<br />

7<br />

11 3<br />

8<br />

10 4<br />

9<br />

5<br />

SUB-D9<br />

GND<br />

D1<br />

1N4148<br />

C2<br />

220u<br />

25V<br />

D2<br />

1N4148<br />

6<br />

C22<br />

100n<br />

C13<br />

220u<br />

25V<br />

Filter-Eckfrequenz auf ca. 25 Hz festgelegt.<br />

Damit liegt der Durchlassbereich<br />

sehr passend zwischen ungefähr<br />

0,5 Hz und 25 Hz. Der ADC des ATtiny45<br />

setzt das gefi lterte Signal in digitale<br />

8-bit-Werte um, was als Aufl ösung<br />

vollauf genügt. Der nachfolgende<br />

TL081 (IC4) bringt das TTL-Ausgangssignal<br />

des ATtiny45 auf RS232-Pegel.<br />

Die Betriebsspannung<br />

wird über<br />

die Dioden D1 und<br />

D2 aus der seriellenPC-Schnittstelle<br />

bezogen. Zwei<br />

Low-drop-Spannungsregler<br />

(L2950 im positiven<br />

Zweig und<br />

LT1157 im negativen<br />

Zweig) erzeugen<br />

daraus<br />

symmetrische<br />

Wichtige Eigenschaften<br />

- Bandbreite 0,5...25 Hz (50 Samples/s)<br />

- Empfi ndlichkeit beginnend bei einigen µm<br />

- Stromversorgung der Schaltung vom PC<br />

- Datenübertragung seriell, 2400 Baud, 8 bit<br />

±5 V. Um die Lasten annähernd gleich<br />

zu verteilen, werden das Filter und der<br />

Controller vom positiven Zweig versorgt,<br />

während die beiden Opamps<br />

IC5A und IC5B im negativen Zweig liegen.<br />

Die Gleichstromeinstellung der<br />

Opamps erfolgt durch R8/R13.<br />

Bild 2 zeigt das Layout der Platine, die<br />

einen einfachen Schaltungsaufbau<br />

ermöglicht.<br />

5<br />

IC1<br />

LP2950CZ-5.0<br />

1 3<br />

7<br />

1<br />

IC4<br />

4<br />

8<br />

2<br />

GND<br />

2<br />

3<br />

TL081ACN<br />

GND<br />

C17<br />

C1<br />

100n 10u<br />

25V<br />

100k<br />

100k<br />

R2<br />

R5<br />

C21 C14<br />

100n 10u<br />

25V<br />

1<br />

Vin<br />

2<br />

ILIM2<br />

OUT 3<br />

SENSE 4<br />

SHDN 6<br />

8<br />

Vin<br />

7<br />

ILIM4<br />

IC6<br />

GND 5<br />

LT1175CN8-5<br />

+5V<br />

GND<br />

IC3<br />

PB5 RESET 1<br />

5<br />

PB0 AIN0<br />

6<br />

PB1 INT0/AIN1 PB2 T0 7<br />

ATtiny45<br />

4<br />

GND<br />

GND<br />

C19<br />

100n<br />

GND<br />

2<br />

+5V<br />

PB3 X1<br />

C8<br />

22p<br />

8<br />

IC5C<br />

4<br />

VCC 8<br />

X1<br />

4MHz<br />

C20<br />

100n<br />

3<br />

PB4 X2<br />

C7<br />

22p<br />

1M<br />

220k<br />

GND<br />

R8<br />

C12<br />

220u 25V<br />

R13<br />

22k<br />

15k<br />

R1<br />

R4<br />

C11<br />

4u7<br />

25V<br />

Software<br />

Controller-<br />

Programmierung<br />

Folgende Fuse-Bits müssen<br />

angehakt werden:<br />

C3<br />

2u2<br />

K2<br />

C5<br />

220n<br />

R9<br />

47k<br />

Quarz-Oszillator-Fuse: Ext crystal osc<br />

3...8 MHz<br />

Takt-Teiler-Fuse: Divide by 8, CKDIV8<br />

R3<br />

22k<br />

2<br />

CLK 8<br />

6<br />

OS SHDN<br />

1<br />

COM<br />

7<br />

5<br />

OUT<br />

IN 2<br />

IC2<br />

MAX7400CPA<br />

C6<br />

4u7<br />

C9<br />

1n<br />

R7<br />

4M7<br />

IC5A<br />

3<br />

C15<br />

4u7<br />

25V<br />

R11<br />

47k<br />

C18<br />

100n<br />

R6<br />

1M<br />

Die in Assembler geschriebene Firmware<br />

des ATtiny-Controllers hat lediglich<br />

die Aufgabe, das Messergebnis<br />

des ADC seriell auszugeben. Da bei<br />

diesem Controller keine serielle Hardwareschnittstelle<br />

vorhanden ist, muss<br />

die serielle Ausgabe von der Software<br />

übernommen<br />

werden.<br />

Das auf dem PC<br />

laufende Auswerteprogrammwurde<br />

in Delphi geschrieben.<br />

Da<br />

Windows kein<br />

Echtzeit-Betriebssystem<br />

ist,<br />

kann das Programm<br />

die Daten<br />

nur bedingt in<br />

Echtzeit verarbeiten.<br />

Die Aktivitäten der Eingabeelemente<br />

wie Maus und Tastatur werden<br />

ebenso wie anstehende Systemoperationen<br />

in eine Warteschlange eingereiht.<br />

Abhängig von ihrer Priorität bleiben<br />

sie so lange in der Warteschlange,<br />

bis Windows sie verarbeiten oder ausführen<br />

kann. Wegen der hohen Arbeitsgeschwindigkeit<br />

bemerkt der Anwender<br />

die Verzögerung normalerweise<br />

nicht. Wenn jedoch Daten über die<br />

GND<br />

1<br />

+5V<br />

3<br />

VDD 4<br />

GND<br />

GND<br />

5<br />

IC5B<br />

6<br />

R12<br />

4M7<br />

C16<br />

1n<br />

C4<br />

15n<br />

7<br />

470n<br />

R10<br />

10k C10<br />

060307 - 11<br />

33

---

PRAXIS MESSEN<br />

6 9 K1<br />

D2<br />

D1<br />

C17 1<br />

3<br />

IC1<br />

1 5<br />

IC4<br />

IC6<br />

C4<br />

C22<br />

R2<br />

R5 C6<br />

C14<br />

C21<br />

serielle Schnittstelle gesendet oder<br />

empfangen werden sollen, ist ein genaues<br />

Timing oft nur mit Mühe<br />

erreichbar.<br />

Die Bobachtung der Seismologen lehrt,<br />

dass die Schwingungsfrequenzen im<br />

Bereich 0,5...25 Hz liegen. Nach dem<br />

Abtasttheorem reicht eine Samplefrequenz<br />

von 50 Hz, so dass das Timing<br />

C13<br />

Bild 2. Auf dieser Platine ist die Schaltung des Seismographen schnell aufgebaut.<br />

C7<br />

C8<br />

C1<br />

X1<br />

C2<br />

IC3<br />

R1<br />

C5<br />

IC2<br />

R6<br />

C3<br />

R3<br />

C19<br />

R4<br />

R10<br />

R12<br />

R8<br />

C18<br />

R9<br />

R7<br />

C9<br />

C10<br />

C16 R11 C15<br />

IC5<br />

C12<br />

R13<br />

C11<br />

C20 K2<br />

von der Hardware übernommen werden<br />

kann.<br />

Das Windows-Programm stellt die ihm<br />

übergebenen Abtastwerte auf dem<br />

Bildschirm in einem großen und zwei<br />

darin integrierten kleinen Fenstern dar.<br />

Im großen Fenster ist die Langzeit-Aufzeichnung<br />

der Messwerte in grafi scher<br />

Form zu sehen. Ein kleines Fenster gibt<br />

ähnlich einem Oszilloskop in Echtzeit<br />

den Amplitudenverlauf der seismischen<br />

Schwingungen wieder. Das<br />

zweite kleine Fenster stellt die spektrale<br />

Verteilung der Schwingungen dar.<br />

Im großen Fenster lässt sich die Anzahl<br />

der Zeitachsen und auch ihre Skalierung<br />

einstellen. Naheliegend ist hier<br />

die Einstellung auf 24 Zeitachsen mit<br />

der Länge einer Stunde.<br />

Windows-Programm<br />

Die Windows-Applikation (siehe Bild 3)<br />

initialisiert zuerst die RS232-Schnittstelle<br />

des PCs, wobei RTS auf logisch 0<br />

(positive Spannung) und DTR auf logisch<br />

1 (negative Spannung) gesetzt<br />

werden. Aus diesen Leitungen bezieht<br />

die Schaltung ihre Betriebsspannung.<br />

Die beiden schon erwähnten kleinen<br />

Fenster (oben rechts im Bild) zeigen<br />

die aktuellen Messwerte in Echtzeit.<br />

Links wird der Amplitudenverlauf in<br />

einem drei Sekunden breiten Zeitfenster<br />

dargestellt, rechts erscheint die zugehörige<br />

spektrale Verteilung im Frequenzbereich<br />

0...25 Hz.<br />

Der Messvorgang beginnt, sobald der<br />

„Start“-Button angeklickt wird. Im<br />

großen Fenster erscheint der Amplitudenverlauf<br />

des Messsignals in Abhängigkeit<br />

von der Zeit. Die Anzahl der untereinander<br />

angeordneten Zeitachsen<br />

und ihre Skalierung können frei gewählt<br />

werden. Voreingestellt sind 24<br />

Zeitachsen zu je einer Stunde, so dass<br />

der Tagesverlauf des Signals dargestellt<br />

wird. Änderungen dieser Einstellungen<br />

können nur vor dem Starten des<br />

Messvorgangs vorgenommen werden.<br />

Falls der Messvorgang bereits läuft,<br />

muss der „Start“-Button noch einmal<br />

angeklickt werden.<br />

Im Programm ist ein Timer zum zeitversetzten<br />

Starten des Messvorgangs integriert.<br />

Dazu muss das Feld „Start at“<br />

angehakt werden, und in das Feld darunter<br />

wird die Startzeit im Format HH:<br />

MM:SS AM/FM eingetragen. Die Messung<br />

startet beispielsweise um 10 Uhr<br />

vormittags, wenn in dem Feld<br />

„10:00:00 AM“ steht („AM“ in<br />

Großbuchstaben!).<br />

Nach dem Start wird der Messvorgang<br />

kontinuierlich fortgesetzt. Im großen<br />

Fenster kehrt die Anzeige zum Anfangszustand<br />

zurück, wenn keine weiteren<br />

Messwerte dargestellt werden<br />

können. Die Bildschirm-Darstellung<br />

kann über das Menü „File“ als Bitmap-<br />

Grafi k gespeichert werden.<br />

Über das Menü „Settings“ sind die serielle<br />

Schnittstelle, der Darstellungsmaßstab,<br />

die automatische Datenspei-<br />

34 elektor - 5/2007

---

cherung und die Audio-Einstellungen<br />

konfi gurierbar. Der vertikale Darstellungsmaßstab<br />

lässt sich mit „Magnify“<br />

auf den Faktor 1,2 oder 4 vergrößern.<br />

Das Menü „Analyse“ macht die Darstellung<br />

von Daten möglich, die während<br />

der automatischen Aufzeichnung<br />

gespeichert wurden. Alle Dateinamen<br />

haben das Format „DDM-<br />

MYYYYHHMMSS.dta“. Sofern Datum<br />

und Zeit bekannt sind, ist das Auffi nden<br />

eines Datenbestands nicht schwierig.<br />

Gespeicherte Daten werden auf<br />

dem Bildschirm in gleicher Weise wie<br />

Echtzeit-Daten wiedergegeben, die<br />

Bildschirmdarstellung lässt sich über<br />

das Menü „File“ als Bitmap-Grafik<br />

speichern oder drucken. Die unter<br />

„Lines“ angezeigte Anzahl der Zeitachsen<br />

ändert sich, wenn ein anderer<br />

Wert eingetragen und anschließend<br />

auf „Lines“ geklickt wird. Gleichzeitig<br />

wird auch die „Magnify“-Einstellung<br />

übernommen, falls sie zuvor geändert<br />

wurde.<br />

Bewährt hat sich die Einstellung einer<br />

Stunde für „Line time“ mit 24<br />

„Lines“, zusammen mit der Autosave-<br />

Einstellung „Per line“. Die Daten werden<br />

dann immer nach Ablauf einer<br />

Stunde gespeichert. Bei der späteren<br />

Wiedergabe lassen sich die Daten über<br />

24 Zeitachsen („Lines“) strecken, so<br />

dass im Maßstab 2,5 Minuten/Achse<br />

eine differenzierte Detaildarstellung<br />

möglich ist.<br />

Im Menü „Analyse“ lässt sich „Listen“<br />

(Hören) auswählen. Dadurch werden<br />

Datenbestände, die zuvor mit „Load<br />

data“ geladen wurden, über die PC-<br />

Soundkarte hörbar. Im Menü „Settings“<br />

können Lautstärke und Sampling-Frequenz<br />

eingestellt werden. Das Einstellmenü<br />

wird durch einen zweiten Klick<br />

auf „Audio“ geschlossen.<br />

Da das ursprüngliche Signal mit 50 Hz<br />

abgetastet wurde, erfolgt die Wiedergabe<br />

bei 5 kHz Samplefrequenz mit<br />

100-facher Geschwindigkeit. Die Aufzeichnung<br />

einer vollen Stunde wird in<br />

nur 36 Sekunden „abgespielt“. Akustisch<br />

hört sich das ähnlich an wie Signale<br />

beim VLF-Empfang. Gespeicherte<br />

Bitmap-Grafiken lassen sich mit<br />

einem Grafi k-Programm wie MS Paint<br />

bearbeiten und zum Beispiel mit kommentierenden<br />

Texten versehen, die ungewöhnlichen<br />

seismischen Ereignissen<br />

zuzuordnen sind.<br />

Messpraxis<br />

Der erfolgreiche Einsatz des Seismografen<br />

hängt maßgeblich vom Untergrund<br />

ab, auf dem der Schwingungs-<br />

5/2007 - elektor<br />

Bild 3. Die Messdaten werden von der Windows-Applikation grafi sch dargestellt und auf einem Datenträger gespeichert.<br />

sensor angebracht wird. Weiche, elastische<br />

Materialien dämpfen seismische<br />

Schwingungen, während harte Materie<br />

wie zum Beispiel felsiges Gestein die<br />

Schwingungen über weite Entfernungen<br />

fast ungedämpft weiterleitet.<br />

In einen sandigen Boden müsste ein<br />

stählerner Pfahl getrieben werden, um<br />

schwache Schwingungen messen zu<br />

können. Innerhalb von Gebäuden übernehmen<br />

das Fundament und die tragenden<br />

Wände diese Funktion. Betonmauern<br />

übertragen mechanische<br />

Schwingungen relativ gut, die Dämpfung<br />

hat niedrige Werte. Über Fußböden<br />

und Decken werden Erdschwin-<br />

Stückliste<br />

Widerstände:<br />

R1,R6 = 1 M<br />

R2,R5 = 100 k<br />

R3,R13 = 22 k<br />

R4 = 220 k<br />

R7,R12 = 4M7<br />

R8 = 15 k<br />

R9,R11 = 47 k<br />

R10 = 10 k<br />

Kondensatoren:<br />

C1,C14 = 10 µ/25 V radial<br />

C2,C12,C13 = 220 µ/25 V radial<br />

C3 = 2µ2<br />

C4 = 15n<br />

C5 = 220 n<br />

C6 = 4µ7<br />

C7,C8 = 22 p<br />

C9,C16 = 1 n<br />

gungen mit niedriger Dämpfung übertragen,<br />

wenn im Raum keine<br />

Inneneinrichtung vorhanden ist (Balkon<br />

oder Garage). Der Schwingungssensor<br />

muss mechanisch möglichst<br />

starr mit der Betonwand oder dem Ziegelmauerwerk<br />

verbunden werden, wobei<br />

eine kurze Leitung zum PC von Vorteil<br />

ist. Die höchste Empfindlichkeit<br />

des Seismographen wird auf hartem<br />

Untergrund fern jeder Bebauung und<br />

möglichst weitab von anderen störenden<br />

Schwingungsquellen wie Eisenbahnen,<br />

Industriemaschinen und<br />

Kraftfahrzeugen erreicht.<br />

C10 = 470 n<br />

C11,C15 = 4µ7/25 V radial<br />

C17...C21 = 100 n<br />

Halbleiter:<br />

D1,D2 = 1N4148<br />

IC1 = LP2950CZ-5.0<br />

IC2 = MAX7400CPA<br />

IC3 = ATtiny45 (programmiert, EPS<br />

060307-41)<br />

IC4 = TL081ACN<br />

IC5 = TL082CN<br />

IC6 = LT1175CN8-5<br />

(060307)gd<br />

Außerdem:<br />

K1 = 9-polige Sub-D Buchse, abgewinkelt,<br />

für Platinenmontage<br />

X1 = 4-MHz-Quarz<br />

Platine 060307-1, beziehbar von “ThePCB-<br />

Shop” (siehe www.elektor.de)<br />

35

---

TECHNIK FERNSTEUER-INTERFACE<br />

Flugsimulator<br />

Von Brendan Hughes<br />

bhughes@hkabc.net<br />

Auch<br />

Modellfl ieger<br />

verwenden<br />

Flugsimulationsprogramme zum Üben ohne Risiko<br />

und natürlich auch just for fun. Richtig optimal ist eine solche Simulation aber erst, wenn<br />

mit dem eigenen Fernsteuersender auf dem PC gefl ogen wird. Da viele PCs keine<br />

„alten“ Schnittstellen wie Parallelport und RS232 mehr haben, hat der Autor ein USB-<br />

Interface entwickelt, das den Anschluss der Fernsteuerung an den PC ermöglicht.<br />

Ein Computer-Absturz dürfte allemal<br />

leichter zu verkraften sein als der Totalverlust<br />

eines mit viel Liebe, Zeit und<br />

Geld gebauten Modellfl ugzeugs. Die<br />

Flugsimulation auf dem PC ermöglicht<br />

ein kostensparendes Üben ohne<br />

Risiko.<br />

Nun gibt es schon lange hervorragende<br />

Flugsimulatoren, bei denen man recht<br />

realitätsnah üben kann, das fl iegende<br />

Teil in der Luft zu halten und crash-frei<br />

zu landen. Ein Flugsimulator alleine allerdings<br />

ist für den Modellfl ieger aber<br />

nicht ausreichend, denn beim Fliegen<br />

mit Tastatur und Maus lässt sich trotz<br />

ansonsten guter Simulations-Software<br />

die gewünschte Realitätsnähe nicht<br />

erzielen.<br />

Hier kommt die Elektronik zu Hilfe. Mit<br />

der hier beschriebenen Schaltung kann<br />

man eine vorhandene Funkfernsteuerung<br />

an den USB-Port des PCs anschließen<br />

und damit das virtuelle Modell<br />

über den Fernsteuersender mit der<br />

zu übenden Feinmotorik steuern.<br />

Und egal, welche Fehler man auch<br />

macht: Der Simulator wird weder für<br />

das Modell noch für die Zuschauer gefährlich<br />

und bietet nach jedem Crash<br />

mit einem Neustart die Gelegenheit, es<br />

beim nächsten Mal besser zu<br />

machen.<br />

36 elektor - 5/2007

---

für Modellpiloten<br />

Virtuelle Modelle steuern<br />

Möglichkeiten und Grenzen<br />

Moderne Laptops sind durchweg „legacy<br />

free“ – verfügen also weder über<br />

zu missbrauchende Gameports noch<br />

über parallele oder serielle Schnittstellen.<br />

Dass ein als Modellfl ugsimulator<br />

einzusetzender PC den Anschluss externer<br />

Hardware via USB vorzieht, dürfte<br />

klar sein. Die hier vorgestellte Elektronik<br />

vermittelt dem PC über USB die<br />

Daten von vier analogen und vier digitalen<br />

Steuerelementen. Das entspricht<br />

genau den Anforderungen üblicher<br />

Achtkanal-Fernsteuerungen mit ihren<br />

beiden Zweiachsen-Joysticks und vier<br />

Schaltern. Die Position der Steuerknüppel<br />

wird in 12-Bit-Aufl ösung erfasst,<br />

wobei die reale Auflösung eher bei<br />

11 bit liegt – was für diesen Zweck<br />

aber immer noch mehr als genug ist.<br />

Mit dieser hohen Aufl ösung lässt sich<br />

auch prima jeder Joystick mit Hilfe<br />

eines Kalibrations-Programms zentrieren.<br />

Mehr Kanäle lassen sich hinzufügen,<br />

doch für die meisten Anwender<br />

dürften acht Kanäle völlig ausreichend<br />

sein.<br />

Super simple hardware<br />

Ein Blick auf die Schaltung in Bild 1<br />

zeigt, das es trotz USB sehr einfach<br />

geht. Wichtigster Bestandteil ist der<br />

Controller PIC18F2550, der mit 8 MHz<br />

getaktet und mit einfacher invertierender<br />

Transistor-Eingangsstufe versehen<br />

ist. Zwar sind acht Jumper vorgesehen,<br />

doch davon werden zurzeit nur<br />

vier verwendet. Der Rest ist für spätere<br />

oder individuelle Erweiterungen<br />

gedacht.<br />

Wenn die Elektronik via USB mit einem<br />

PC verbunden wird, sorgt die HID-<br />

Firmware im PIC dafür, dass die Schaltung<br />

als Joystick mit vier Achsen und<br />

vier Tastern erkannt wird – Treiber sind<br />

nicht notwendig.<br />

Die PIC-Software defi niert die Schaltung<br />

als „low-speed USB device“<br />

(1,5 Mbit/s). Die USB-1.1-Spezifi kation<br />

verlangt hierfür eigentlich, dass das<br />

USB-Kabel fest mit dem Gerät verbunden<br />

ist und nicht über eine USB-Buch-<br />

5/2007 - elektor<br />

se vom Typ „B“ verfügt. Da die Schaltung<br />

nur für den persönlichen Bedarf<br />

konzipiert ist, setzen wir uns kurzerhand<br />

über dieses Verbot hinweg...<br />

Software<br />

GND<br />

K9<br />

5<br />

6<br />

C3<br />

10n<br />

USB-B<br />

connector<br />

K11<br />

C4<br />

VDD<br />

1<br />

2<br />

3<br />

4<br />

100u<br />

25V<br />

GND<br />

R4<br />

2k2<br />

Die folgende Beschreibung bezieht<br />

sich auf den PIC 16C745. In der „Projekt-Historie“<br />

findet sich ein kurzer<br />

Überblick über die Unterschiede zur<br />

aktuellen Software für den Typ<br />

18F2550.<br />

Alle USB-relevante Software ist von<br />

den Webseiten von Microchip erhältlich<br />

und außerdem im kostenlosen<br />

Software-Download enthalten, der unter<br />

der Bezeichnung „060378-11.zip“<br />

auf der Projektseite bei www.elektor.<br />

de zu finden ist. Einen Ausschnitt<br />

dieses sehr ausführlich kommentierten<br />

Source-Codes zeigt Listing 1. Hier ist<br />

auch zu sehen, wie sich die Jumper<br />

auswirken.<br />

Bie den von Microchip stammenden<br />

100k<br />

R2<br />

VDD<br />

10k<br />

R3<br />

T1<br />

BC547<br />

19<br />

C2<br />

GND<br />

C5<br />

22p<br />

100n<br />

VDD<br />

20<br />

RB0 21<br />

1<br />

MCLR/Vpp<br />

2<br />

RA0<br />

3<br />

RA1<br />

4<br />

RA2<br />

5<br />

RA3<br />

6<br />

RA4<br />

7<br />

RA5<br />

RC0 11<br />

RC1 12<br />

RB1<br />

13<br />

RC2<br />

22<br />

RB2 23<br />

RB3 24<br />

RB4 25<br />

RB5 26<br />

RB6 27<br />

RB7 28<br />

RC7 18<br />

RC6 17<br />

16<br />

D+<br />

D-<br />

15<br />

Vusb 14<br />

IC1<br />

PIC18F2550<br />

Bild 1. Interface-Schaltung für die Verbindung zwischen Fernsteuersender und USB-Schnittstelle des PCs.<br />

100k<br />

R1<br />

C1<br />

100u<br />

25V<br />

9<br />

OSC1<br />

X1<br />

8MHz<br />

GND<br />

10<br />

OSC2<br />

C6<br />

22p<br />

8<br />

GND<br />

C7<br />

220n<br />

K1<br />

Dateien müssen „DESCRIPT.ASM“ und<br />

„USB_CH9.ASM“ modifi ziert werden.<br />

Damit Port B verfügbar ist, muss bei<br />

USB_CH9.ASM die folgende Compiler-<br />

Direktive auskommentiert oder entfernt<br />

werden:<br />

#define SHOW_ENUM_STATUS<br />

Bei „DESCRIPT.ASM“ ist etwas mehr<br />

Editierarbeit nötig: Alle 10 ms werden<br />

sieben Bytes zum PC geschickt. Die<br />

Anordnung der Daten in diesen sieben<br />

Bytes ist im Report-Descriptor festgelegt.<br />

Vier Blöcke mit jeweils 12 bit repräsentieren<br />

den Status der vier Joystick-Achsen.<br />

Anschließend kommt ein<br />

4-bit-Block mit dem Status der vier<br />

Schalter/Taster, und so sind 52 der<br />

möglichen 56 Bits belegt. Die restlichen<br />

Bits werden nicht ausgewertet.<br />

Die Datei „RC_USB.ASM“ ist besonders<br />

ausführlich kommentiert, so dass<br />

es einfach sein dürfte, dem Programmablauf<br />

zu folgen. Weil die USB-Funkti-<br />

K2<br />

K3<br />

K4<br />

K5<br />

K6<br />

K7<br />

K8<br />

K10<br />

060378 - 11<br />

37

---

TECHNIK FERNSTEUER-INTERFACE<br />

Bild 2. Layout der USB-Interface-Platine.<br />

Stückliste<br />

RWiderstände:<br />

R1, R2 = 100 k<br />

R3 = 10 k<br />

R4 = 2k2<br />

Kondensatoren:<br />

C1, C4 = 100 µ/25V, radial<br />

C2 = 100 n<br />

C3 = 10 n<br />

C5, C6 = 22 p<br />

Halbleiter:<br />

IC1 = PIC18F2550-I/S, programmiert,<br />

EPS 060378-41<br />

T1 = BC547<br />

Außerdem:<br />

K1 = SIL-Pfostenstecker, 5-polig<br />

K2-K10 = SIL-Pfostenstecker, 2-polig, mit<br />

Jumper<br />

K11 = SIL-Pfostenstecker, 2-polig<br />

K9 = USB-B-Buchse für Platinenmontage<br />

X1 = Quarz, 8-MHz<br />

Platine EPS 060378-1 via the PCBShop<br />

(siehe www.elektor.de)<br />

Software 060378-11.zip (Gratis-Download<br />

von www.elektor.de)<br />

onen recht häufi g von Interrupts Gebrauch<br />

machen, werden Interrupts<br />

nicht zur Messung der Pulsbreiten<br />

eingesetzt.<br />

Für die Messung der Pulsbreite ist das<br />

Capture/Compare/PWM-Modul zuständig.<br />

Das Capture-Register CCPR1 ist<br />

ein für Timer1 konfi guriertes 16-bit-Register,<br />

das dessen Wert sowohl bei<br />

High/Low- als auch bei Low/High-<br />

Übergang des mit Jumper K10 an RB0<br />

gelegten Eingangs erhält. Timer1 läuft<br />

dabei kontinuierlich. Durch den Vorteiler<br />

„÷2“ mit 3 MHz getaktet, wird er<br />

alle 333 ns inkrementiert. Die Pulsbreite<br />

lässt sich so mit einer Genauigkeit<br />

von maximal 666 ns erfassen. Da Modellbau-Servos<br />

mit Pulsbreiten zwischen<br />

1 und 2 ms gesteuert werden,<br />

ergibt sich für den Wert von Timer1 ein<br />

Bruttobereich von 3000 bis 6000, was<br />

mit einer Variation von 3000 in etwa<br />

der erwähnten 11-bit-Auflösung<br />

entspricht.<br />

Beim Programm-Start wird „InitRC_<br />

USB“ aufgerufen, wodurch die Ports<br />

konfi guriert werden und CCPR auf das<br />

Übernehmen des Werts von Timer1 bei<br />

der steigenden Flanke vorbereitet<br />

wird. Dann kommt „InitUSB“ an die<br />

Reihe, und die USB-typische Enumeration<br />

wird gestartet (dann wird gewartet,<br />

bis diese erfolgt ist).<br />

„LOOP“ ist die Hauptschleife des Programms.<br />

Nach dem Erkennen eines<br />

Impulses (das CCP1IF-Bit ist gesetzt)<br />

wird überprüft, ob es ein Synchronisationsimpuls<br />

(> 2,7 ms) oder ein Kanal-<br />

Impuls mit einer Breite zwischen 1<br />

und 2 ms ist. Der letzte Wert von<br />

CCPR1 (Tmr1Lo und Tmr1Hi) wird<br />

vom aktuellen Wert von CCPR1 subtrahiert,<br />

so dass man die Pulsbreite in<br />

Einheiten zu 333 ns erhält. Wenn es<br />

sich um einen Sync-Impuls handelt,<br />

werden die Daten in den „BUFFER“<br />

der USB-Routinen übertragen, um sie<br />

dann zum PC zu schicken. Bei einem<br />

normalen Kanal-Impuls wird zunächst<br />

4500 subtrahiert (entspricht 1,5 ms in<br />

333-ns-Einheiten), da die Pulsbreite<br />

bei Joysticks in Mittelstellung 1,5 ms<br />

betragen sollte. Positive Zahlen entsprechen<br />

demnach positiven Auslenkungen<br />

des Joysticks und umgekehrt<br />

negative Zahlen eben negativen Auslenkungen.<br />

Diese Information wird<br />

dann an der richtigen Stelle in „BUF-<br />

FER“ abgelegt (wie bei der Variable<br />

„Pulse_Count“ beschrieben). „Temp_<br />

Count“ ist ein temporärer Zwischenspeicher<br />

für „Pulse_Count“, dessen<br />

Daten so gefahrlos manipuliert werden<br />

können.<br />

Jumper für manche Fälle<br />

Linkshänder unter den Modellpiloten<br />

würden gerne die Funktionen von<br />

linkem und rechtem Steuerknüppel<br />

tauschen: Jumper K8 für Port RB1 ist<br />

für den korrekten Speicherort des Wertes<br />

von „Temp_Count“ in „BUFFER“<br />

verantwortlich.<br />

Manche RC-Fernsteuerungen verwenden<br />

nichtstandardisierte Sync-Impulse.<br />

Das hat Folgen: Der Jumper für RB0<br />

veranlasst die Übertragung des Timer-<br />

Wertes in „CCPR1“ bei der fallenden<br />

Impulsflanke. Da es sicherlich noch<br />

weitere exotische Varianten gibt, müssen<br />

Sie notfalls den Code entsprechend<br />

anpassen.<br />

Aufbau<br />

Das komplette Interface fi ndet auf der<br />

kleinen Platine von Bild 2 Platz. Die<br />

Platine ist bei www.elektor.de via PCB-<br />

Shop erhältlich.<br />

Bild 3 zeigt einen frühen Prototypen.<br />

Mit so wenigen Bauteilen in Normalgröße<br />

(nicht in der SMD-Ausführung)<br />

dürfte die Bestückung keine Probleme<br />

bereiten. Es empfi ehlt sich, für IC1 eine<br />

IC-Fassung vorzusehen.<br />

Kalibration<br />

Wenn die Schaltung an einen PC angeschlossen<br />

wird, startet der Prozess der<br />

Enumeration. Der PC wird melden,<br />

dass er ein „RC/USB Interface“ gefunden<br />

hat. Dann öffnet man die Systemsteuerung<br />

und klickt auf „Gamecontroller“.<br />

In dessen Dialog-Box sollte ein<br />

Eintrag „RC/USB Interface“ auftauchen.<br />

Dieser Eintrag sollte ausgewählt<br />

und dessen Eigenschaften-Dialog aktiviert<br />

werden. Eine Veränderung der<br />

Stellung der Joysticks sollte nun auch<br />

auf dem Bildschirm zu sehen sein. Falls<br />

sich keine Bewegung auf den Bildschirm<br />

überträgt, sollte Jumper K10<br />

„getoggelt“ werden: falls gesteckt abziehen<br />

und umgekehrt. Mit K8 kann<br />

man dann noch die beiden Joysticks<br />

vertauschen. Falls alles wie gewünscht<br />

funktioniert, muss die Schaltung noch<br />

kalibriert werden: Mit der Auswahl von<br />

„Settings“ (Einstellungen) kommt eine<br />

neue Dialog-Box und dort wählt man<br />

„Calibrate“. Wenn man den dortigen<br />

Anweisungen folgt, ist die Kalibration<br />

schnell abgeschlossen.<br />

Falsche Enumeration<br />

Aus unbekannten Gründen meldet<br />

Windows in manchen Fällen ein Gerät<br />

namens „RC/U“ obwohl es den korrekten<br />

String „RC/USB Interface“ zur<br />

38 elektor - 5/2007

---

Verfügung hat. Wenn das stört, kann<br />

man die Registry editieren:<br />

HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\ControlSet\Control\MediaProperties\PrivateProperties\Joystick\OEM\VID_04D8&PID_FE70<br />

Jeder Hersteller von USB-Geräten wird<br />

durch eine einmalig vergebene VID<br />

(Vendor ID) identifi ziert und jedes seiner<br />

Geräte erhält zusätzlich eine PID<br />

(Product ID). Wir haben von Microchip<br />

eine Sub-Lizenz erhalten, um die Microchip-VID<br />

(04D8) mit dem PID-Code FE70<br />

zu verwenden. Das soll gewährleisten,<br />

dass es keine Konfl ikte mit irgendeinem<br />

kommerziellen USB-Gerät gibt.<br />

Modi & Pins<br />

Zu beachten ist, dass die Schaltung lediglich<br />

Pulsbreiten erfassen kann. Mit<br />

PCM (Pulse Code Modulation) kommt<br />

sie nicht klar. Die Fernsteuerung sollte<br />

deshalb in den PPM-Modus (Pulse Position<br />

Modulation) geschaltet<br />

werden.<br />

Eine Liste mit den Steckerbelegungen<br />

diverser Hersteller für eine so genannte<br />

Buddy-Box fi ndet sich bei [1] und<br />

[2]. Eine gute Einführung zur Funktionsweise<br />

von PPM wird von den Webseiten<br />

[3] und [4] gegeben.<br />

Projekt-Historie<br />

Ursprünglich wurde die Software für<br />

den Mikrocontroller PIC16C745 geschrieben.<br />

Später wurde sie für den<br />

Typ 18F2550 angepasst. Leider gibt es<br />

von Microchip bislang noch kein<br />

18F2550-spezifi sches USB-Framework<br />

in Assembler. Glücklicherweise aber<br />

stellt Brad Minch vom Olin College sein<br />

von ihm geschriebenes Assembler-Framework<br />

unter [5] frei zur Verfügung.<br />

Dieser Code wurde adaptiert und<br />

steckt in der Datei „rc_usb.asm“, welche<br />

der Ausgangspunkt für den<br />

18F2550-spezifi schen Code in der Datei<br />

„RC_USB_18F2550.asm“ war. Letztere<br />

muss mit den inkludierten Dateien<br />

„ENGR2210.inc“ und „usb_defs.inc“<br />

kompiliert werden. Der so generierte<br />

Maschinencode läuft ohne weitere<br />

Maßnahmen direkt auf dem 18F2455.<br />

Der große Vorteil der 18F-Familie ist,<br />

dass sie Flash-programmierbar und<br />

schneller zu löschen ist. K1 ist ein fünfpoliger<br />

Anschluss zur In-circuit-Programmierung<br />

des Controllers (mit passendem<br />

Programmiergerät, versteht<br />

sich). Geeignet ist zum Beispiel das<br />

PIC kit2 von Microchip. Pin 1 des<br />

PiCkit2 wird hierbei nicht verwendet.<br />

5/2007 - elektor<br />

Listing 1. Source-Code, Ausschnitt<br />

;******************************************************************<br />

; filename: RC_USB_18F2550.ASM Ver 1.0 - 01 Dec 2006<br />

;<br />

; This file implements the conversion of a PPM modulated<br />

output from a radio<br />

; control transmitter to a 3 axis plus throttle<br />

and 4 button USB joystick.<br />

; PORTB,0 pin header selects inverted input<br />

i.e. pulses are active low<br />

; PORTB,1 pin header selects joystick swapping<br />

; PORTB,2 pin header selects the Airtronics option<br />

; PORTB,3 pin header selects the JR option<br />

; PORTB,4..7 not used<br />

; The code is written for a Futaba transmitter<br />

but by installing EITHER PortB,2 or 3<br />

; pin header, then it can be configured<br />

for an Airtronics or JR radio<br />

; The USB port is configured to interrupt every<br />

10mS and sends 7 bytes of data<br />

; (maximum is 8). The 4 joystick channels<br />

are sent as 12 bit values and the 4<br />

; switches as boolean values. Therefore, 52<br />

bits are required to be sent and the<br />

; 7th byte is filled with 4 bits of ‘padding’<br />

; The following shows how the bits are saved<br />

in the Buffer prior to being sent<br />

; to the USB port<br />

; Throttle=T Rudder=R Aileron=A Elevator=E<br />

Switches=S Padding=P<br />

; MSB LSB<br />

; Buffer0 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0<br />

; Buffer1 E3 E2 E1 E0 A11 A10 A9 A8<br />

; Buffer2 E11 E10 E9 E8 E7 E6 E5 E4<br />

; Buffer3 T7 T6 T5 T4 T3 T2 T1 T0<br />

; Buffer4 R3 R2 R1 R0 T11 T10 T9 T8<br />

; Buffer5 R11 R10 R9 R8 R7 R6 R5 R4<br />

; Buffer6 P P P P S4 S3 S2 S1<br />

;<br />

;********************************************<br />

**********************************<br />

; All USB routines kindly provided by Bradley<br />

A. Minch of the Franklin W. Olin<br />

; College of Engineering and the original<br />

source can be obtained from<br />

; http://pe.ece.olin.edu/ece/projects.html.<br />

; The source was the Lab2 project that was<br />

then modified by myself with<br />

; permission from the author to distribute<br />

as required. The main areas of<br />

; change are the descriptors up to line 265<br />

and all code after line 1178 is<br />

; new. There are a few small changes in between.<br />

;<br />

; Revision History:<br />

; 2006-12-01 Version<br />

1.0 Brendan Hughes<br />

;******************************************************************<br />

#include <br />

#include <br />

#include <br />

Hintergrundinformation über die Technik<br />

des USB fi ndet man unter [6] bis [9].<br />

Wie schon erwähnt, ist die komplette<br />

Software sowohl für den PIC16C745 als<br />

auch für den PIC18F2550 von der<br />

ELEKTOR-Webseite kostenlos verfügbar.<br />

Falls die C745-Variante eingesetzt<br />

werden sollte, muss ein Quarz mit<br />

6 MHz bestückt und ein zusätzlicher<br />

1,5-kΩ-Widerstand zwischen Vusb und<br />

die USB-D-Leitung geschaltet<br />

werden.<br />

(060378-I)<br />

Web links<br />

[1] users.belgacom.net/TX2TX/tx2tx/english/<br />

tx2txgb3.htm<br />

[2] www.rc-circuits.com/Transmitter%20Conne<br />

ctor%20Pinout.htm<br />

[3] www.mh.ttu.ee/risto/rc/electronics/radio/<br />

signal.htm<br />

[4] rc-circuits.com/PPM%20signal.htm<br />

[5] pe.ece.olin.edu/ece/projects.html<br />

[6] www.usb.org<br />

[7] www.lvr.com/<br />

[8] www.beyondlogic.org/usbnutshell/usb1.htm<br />

[9] pe.ece.olin.edu/ece/projects.html<br />

39

---

TECHNIK LEISTUNGSELEKTRONIK<br />

Bild 1. Blockschaltbild<br />

eines MiniDIP-Moduls.<br />

Bild 2. Ein einziges Modul<br />

ersetzt diese zehn Bauteile.<br />

Smart-Power-Module<br />

Leistungsstufen mit integrierten<br />

Treibern für Motorsteuerungen<br />

In Zusammenarbeit mit Ralf Keggenhoff (Fairchild Semiconductor)<br />

Der Energieverbrauch von Haushaltsgeräten und industriellen Anwendungen wird zu einem<br />

Großteil von (Asynchron-)Motoren bestimmt. Motorsteuerungen sollen einen geringen<br />

Störpegel und vor allem einen hohen Wirkungsgrad aufweisen, um Energie zu sparen. Smart<br />

Power Module helfen Entwicklern, diese Forderungen schnell und effi zient zu erfüllen. Diese<br />

Module enthalten nicht nur die benötigten Halbbrücken, sondern auch die Treiberstufen, so<br />

dass sie sich direkt durch Mikrocontroller mit 5 V ansteuern lassen.<br />

(22) V B(W )<br />

(21) V CC(WH)<br />

(20) IN (W H)<br />

(23) V S(W )<br />

(18) V B(V)<br />

(17) V CC(VH)<br />

(16) COM (H)<br />

(15) IN (VH)<br />

(19) V S(V)<br />

(13) V B(U)<br />

(12) V CC(UH)<br />

(11) IN (UH)<br />

(14) V S(U)<br />

(10) R SC<br />

(9) C SC<br />

(8) C FOD<br />

(7) V FO<br />

(6) COM (L)<br />

(5) IN (W L)<br />

(4) IN (VL)<br />

(3) IN (UL)<br />

(2) COM (L)<br />

(1) V CC(L)<br />

VB<br />

VCC<br />

COM<br />

IN<br />

VB<br />

VCC<br />

COM<br />

IN<br />

VB<br />

VCC<br />

COM<br />

IN<br />

C(SC) OUT(WL)<br />

C(FOD)<br />

VFO<br />

IN(W L)<br />

OUT(VL)<br />

IN(VL)<br />

IN(UL)<br />

OUT<br />

VS<br />

OUT<br />

VS<br />

OUT<br />

VS<br />

COM(L)<br />

OUT(UL)<br />

VCC<br />

THERMISTOR<br />

070016 - 11<br />

(32) P<br />

(31) W<br />

(30) V<br />

(29) U<br />

(28) N W<br />

(27) N V<br />

(26) NU<br />

(25) R TH<br />

(24) V TH<br />

Hauptanwendungsbereiche von Motorsteuerungen in der<br />

Industrie sind Lüfter, Pumpen, Kräne, Förderbänder und<br />

die Automation. Im Haushalt sind es zum Beispiel Klimaanlagen,<br />

Kühlschränke, Spülmaschinen und Dunstabzugshauben,<br />

die Motoren beinhalten. In all diesen Anwendungen<br />

werden Anforderungen an die Effi zienz (Wirkungsgrad),<br />

die Netzstromrückwirkungen (sinusförmiger<br />

Eingangsstrom), die elektromagnetische Verträglichkeit<br />

und an die Baugröße immer wichtiger. Auch die Zuverlässigkeit<br />

ist ein wesentliches Kriterium.<br />

Anforderungen<br />

Für die Leistungsmodule ergeben sich viele Anforderungen:<br />

Geringe Abmessungen, einfache Handhabung in<br />

der Fertigung, hohe Zuverlässigkeit, geringe Verluste, gute<br />

Wärmeabfuhr, einfaches Design und niedrige Kosten. Die<br />

größte Herausforderung für Hersteller von Leistungsmodulen<br />

ist, diese Eigenschaften durch die Auswahl geeigneter<br />

Einzelkomponenten zu marktgerechten Lösungen zu<br />

verbinden. Ein Beispiel dafür sind Smart Power Module<br />

(SPM) von Fairchild, die sich durch eine aufeinander<br />

abgestimmte Kombination verlustleistungsarmer und<br />

robuster Halbleiter mit innovativer Gehäusetechnologie<br />

auszeichnen.<br />

Convenient Power<br />

Für eine dreiphasige Motoranwendung werden sechs Leistungshalbleiter<br />

und genau so viele Treiberstufen benötigt.<br />

Innerhalb der SPM-Familie von Fairchild gibt es sowohl Typen<br />

mit IGBTs als auch solche mit kurzschlussfesten MOS-<br />

FETS [1]. Allen Modulen gleich ist, dass nicht nur die Leistungsbauelemente,<br />

sondern auch die Treiberbauelemente<br />

enthalten und alle Komponenten optimal aufeinander<br />

abgestimmt sind, was insbesondere den immer wichtiger<br />

werdenden EMV-Anforderungen Rechnung trägt.<br />

Bild 1 zeigt hier exemplarisch das Blockschaltbild des<br />

MiniDIP-Moduls FSAM10SH60A [2] mit sechs IGBTs. Um<br />

die gleiche Funktionalität mit einzelnen Bauelementen<br />

zu erzielen, würde man insgesamt deren 10 benötigen:<br />

40 elektor - 5/2007

---

Sechs IGBTs und vier Treiber-ICs (Bild 2). Eine solche<br />

„diskrete“ Lösung erhöht den Entwicklungs- und Fertigungsaufwand<br />

ebenso wie die Ausfallwahrscheinlichkeit.<br />

Außerdem braucht sie mehr Platz und ist EMV-mäßig<br />

ungünstiger.<br />

Wie einfach sich mit einem Smart Power Modul eine<br />

Asynchronmotor-Steuerung realisieren lässt, zeigt die typische<br />

Applikationsschaltung in Bild 3, die außer einem<br />

Mikrocontroller (CPU) und dem Modul aus Bild 1 nur<br />

noch einige wenige diskrete Bauteile umfasst. Das hier<br />

gezeigte Modul enthält auch einen Thermistor (NTC) zur<br />

Temperaturüberwachung.<br />

Die SPM - Familie<br />

Die SPM-Familie umfasst heute folgende<br />

Gehäuseformen:<br />

TinyDIP- Module (Bild 4a)<br />

Smart Power Module in SMD-Ausführung (Bild 4b)<br />

MiniDIP-Module (Bild 4c)<br />

DIP-Module (Bild 4d)<br />

Sowohl die MiniDIP als auch die DIP Module werden in<br />

zwei verschiedenen Ausführungen gefertigt. Der wesentliche<br />

Unterschied besteht hier in der thermischen Anbindung<br />

an den Kühlkörper. Diese Anbindung wird für<br />

kleinere Leistungen mit Keramik und für größere Leistungen<br />

mit DBC (Direct Bonded Copper) realisiert. Unabhängig<br />

davon sind beide Modulvarianten mit einer Isolationsspannung<br />

von 2500 V spezifi ziert.<br />

Mechanischer Aufbau<br />

Bild 5 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines SPM-Moduls<br />

mit Keramik und den Aufbau mit DBC.<br />

Beim Aufbau mit Keramik werden zunächst die Halbleiterchips<br />

auf ein Leadframe (Leiterrahmen) aufgelötet. Das<br />

Leadframe wird durch einen wärmeleitfähigen Klebstoff<br />

mit der Keramik verbunden. Mit Bonddrähten werden<br />

dann die noch fehlenden elektrischen Verbindungen hergestellt.<br />

Danach wird diese Struktur in Kunststoff vergossen<br />

(gemoldet). Das Biegen der Anschlusspins und ein<br />

elektrischer Endtest komplettieren das Modul.<br />

Einige der genannten Schritte sind auch bei DBC-basierten<br />

Modulen durchzuführen. Der wesentliche Unterschied<br />

zur keramikbasierten Version ist, dass die leitfähigen Verbindungen<br />

innerhalb des Moduls nicht mit einem Leadframe,<br />

sondern mit einer leiterplattenähnlichen Struktur der<br />

DBC hergestellt werden. Eine DBC besteht aus einer Keramik,<br />

einer vollfl ächigen Kupferaufl age auf der Unterseite,<br />

die die thermische Anbindung zum Kühlkörper herstellt,<br />

und der schon erwähnten leiterplattenähnlichen Struktur<br />

auf der Oberseite. Auf diese Struktur werden die Leistungshalbleiter<br />

aufgelötet und die dann noch fehlenden<br />

elektrischen Verbindungen, z.B. zum Leadframe mit Bondverbindungen<br />

hergestellt. Es folgen wieder Vergießen,<br />

Biegen der Anschlusspins und der elektrische Endtest.<br />

Weblinks:<br />

[1] www.fairchildsemi.com/power<br />

[2] www.fairchildsemi.com/pf/FS/FSAM10SM60A.html<br />

Erhältlichkeit:<br />

Die SPM-Modul sind bei Fairchild (www.fairchildsemi.com)<br />

sowie allen Distributoren von Fairchild erhältlich.<br />

Kostenlose Muster können direkt über die Fairchild-Website<br />

bestellt werden.<br />

5/2007 - elektor<br />

(070016)<br />

C<br />

P<br />

U<br />

Gating WH<br />

Gating VH<br />

Gating UH<br />

Fault<br />

Gating WH<br />

Gating VH<br />

Gating UH<br />

R S<br />

R S<br />

R S<br />

R S<br />

R S<br />

R S<br />

R S<br />

C BPF<br />

5V line<br />

RPL R R PL PL<br />

C PL<br />

C PL<br />

R PF<br />

5V line<br />

R PH<br />

C PH<br />

C C PL PF<br />

R PH<br />

15V line<br />

R PH<br />

C PH<br />

C PH<br />

R BS<br />

R BS<br />

R BS<br />

C SP15<br />

D BS<br />

C BS<br />

D BS<br />

C BS<br />

D BS<br />

C BS<br />

Temp. Monitoring<br />

C SPC15<br />

CBSC<br />

CBSC<br />

C BSC<br />

(22) V B(W)<br />

(21) V CC(WH)<br />

(20) IN (WH)<br />

(23) V S(W)<br />

(18) V B(V)<br />

(17) V CC(VH)<br />

(16) COM (H)<br />

(15) IN (VH)<br />

(19) V S(V)<br />

(13) V B(U)<br />

(12) V CC(UH)<br />

(11) IN (UH)<br />

(14) V S(U)<br />

(10) R SC<br />

(9) C SC<br />

(8) C FOD<br />

CFOD (7) VFO (6) COM (L)<br />

(5) IN (WL)<br />

(4) IN (VL)<br />

(3) IN (UL)<br />

(2) COM (L)<br />

(1) V CC(L)<br />

VB<br />

VCC<br />

COM<br />

IN<br />

VB<br />

VCC<br />

COM<br />

IN<br />

VB<br />

VCC<br />

COM<br />

IN<br />

C(SC) OUT(WL)<br />

C(FOD)<br />

VFO<br />

OUT<br />

VS<br />

OUT<br />

VS<br />

OUT<br />

VS<br />

IN(WL) OUT(VL)<br />

IN(VL)<br />

IN(UL)<br />

COM(L)<br />

OUT(UL)<br />

VCC<br />

W-Phase Current<br />

V-Phase Current<br />

U-Phase Current<br />

THERMISTOR<br />

Bild 3. Typische Applikation einer Asynchronmotor-Steuerung mit einem Smart Power Modul.<br />

a b<br />

c d<br />

C SC<br />

R SC<br />

R F<br />

C FW<br />

C FV<br />

C FU<br />

P (32)<br />

W (31)<br />

V (30)<br />

U (29)<br />

N W (28)<br />

N V (27)<br />

N U (26)<br />

V (24)<br />

TH<br />

R (25) TH<br />

R FW<br />

R FV<br />

R FU<br />

R SW<br />

R SV<br />

R SU<br />

M<br />

C DCS<br />

5V line<br />

R TH CSPC05 CSP05 Bild 4. a. TinyDIP Modul b. Smart Power Modul in SMD-Ausführung c . MiniDIP-Modul d. DIP Modul<br />

R CSC<br />

070016 - 12<br />

Bild 5.<br />

Aufbau mit<br />

Direct Bonded Copper<br />

(oben) und Keramik (unten).<br />

41<br />

Vdc

---

TECHNIK LEISTUNGSELEKTRONIK<br />

Asynchron-Motor-<br />

Asynchron-Motor-<br />

mit SPM und AVR<br />

Evaluation-Board für<br />

AT90PWM3-Mikrocontroller und<br />

Fairchild-Smart-Power-Modul<br />

Von Paul Goossens<br />

Die Drehzahlsteuerung von Asynchron-Motoren erfordert einen dreiphasigen<br />

Frequenzumrichter, auch als Frequenz-Inverter bekannt. Kernstück des Evaluation Kit<br />

ATAVRMC200 von Atmel ist eine vielseitige Motorsteuer-Platine mit einem speziellen AVR-<br />

Mikrocontroller und Fairchild-SPM-Modul als Leistungsstufe. Insbesondere der sensorlose<br />

Betrieb von Asynchron-Motoren kann damit einfach realisiert werden.<br />

Der E-Techniker spricht natürlich nicht vom Asynchronmotor,<br />

sondern von der Drehstrom-Asynchronmaschine,<br />

auch Drehstrom-Induktionsmaschine [1] genannt. Wie<br />

die Bezeichnung schon besagt, braucht dieser Motor<br />

Drehstrom, also ein Drei-Phasen-Netz. Diese drei mit den<br />

Buchstaben U, V und W bezeichneten Phasen werden<br />

benötigt, um mit den Statorwicklungen ein Drehfeld zu<br />

erzeugen. Die einfachste Methode besteht darin, diese<br />

drei Wicklungen jeweils an eine sinusförmige Spannung<br />

anzuschließen, wobei die drei Sinussignale um jeweils<br />

120 Grad phasenverschoben sind. Ein Drehstromnetz<br />

stellt diese drei Phasenspannungen mit einer Frequenz<br />

von 50 Hz und einer Spannung von 400 V (von Phase<br />

zu Phase) zur Verfügung.<br />

Da der Läufer eines Asynchronmotors mit einem kleinen<br />

Schlupf dem umlaufenden Drehfeld folgt, hängt seine<br />

Drehzahl in sehr engen Grenzen von der Frequenz des<br />

dreiphasigen Wechselstroms ab und variiert beim Betrieb<br />

am Drehstromnetz mit 50 Hz nur in einem relativ kleinen<br />

Bereich und abhängig von der Last. Die Drehzahl lässt<br />

sich daher praktisch nur über eine Änderung der Frequenz<br />

steuern. Ein Frequenzumrichter löst dieses Problem:<br />

Er erzeugt aus der gleichgerichteten Netzspannung ein<br />

dreiphasiges sinusförmiges Ausgangssignal mit einstellba-<br />

rer Frequenz und meist auch einstellbarer Amplitude, so<br />

dass sich Drehzahl und Drehmoment steuern lassen.<br />

Wechselrichter<br />

Der Drehstrom-Frequenzumrichter besteht dabei im Prinzip<br />

aus drei Sinus-Wechselrichtern mit variabler Frequenz.<br />

Wie bei den bekannten einphasigen Wechselrichtern<br />

(12 V DC/230 V AC) sind lineare Leistungsstufen wegen<br />

des schlechten Wirkungsgrads weniger geeignet, um das<br />

Sinussignal zu erzeugen. Besser ist es, die Leistungstransistoren<br />

als Schalter einzusetzen (siehe Bild 1) – mit<br />

möglichst geringer Verlustleistung. Wenn Schalter S a+ mit<br />

einem PWM-Signal und Schalter S a- mit dem gleichen,<br />

aber invertierten PWM-Signal gesteuert wird, lässt sich<br />

durch die Pulsbreite des PWM-Signals (gemittelt) jeder<br />

gewünschte Spannungswert zwischen 0 V und Betriebsspannung<br />

einstellen. Die Sinusform der Spannung wird<br />

durch eine entsprechende Modulation der Pulsbreite des<br />

PWM-Signals erzielt.<br />

Bei den SPM-Modulen lassen sich diese Leistungsschalter<br />

über TTL-kompatible Eingänge (5-V-Logikpegel) steuern.<br />

Bei der Ansteuerung der Leistungsschalter (IGBTs oder<br />

FETs) muss man sorgfältig darauf achten, dass niemals<br />

42 elektor - 5/2007

---

Steuerung<br />

zwei Schaltelemente einer Halbbrücke (also zum Beispiel<br />

S a+ und S a- in Bild 1) gleichzeitig leiten. Die Folge wäre<br />

ein Kurzschluss mit einem defi nitiv unerwünscht hohen<br />

Strom. Da die Powertransistoren nicht unendlich schnell<br />

schalten, wird für das Umschalten von dem einen auf den<br />

anderen Transistor in der Ansteuerschaltung eine kleine<br />

Verzögerung eingebaut. So wird sichergestellt, dass der<br />

eine Transistor erst leitet, wenn der andere schon gesperrt<br />

ist – und umgekehrt.<br />

U/f konstant<br />

Die Steuerung der Drehzahl erfolgt im einfachsten Fall<br />

nur über die Frequenz des erzeugten Drehfelds. Damit<br />

der Asynchronmotor seine Charakteristik – vor allem sein<br />

Drehmoment – beibehält, muss man das Verhältnis von<br />

Spannung zu Frequenz konstant halten. Mit zunehmender<br />

Drehzahl muss also auch die Amplitude der erzeugten<br />

Sinusspannung zunehmen. Das geht natürlich nur so lange,<br />

bis die maximal mögliche (für den Motor zulässige)<br />

Ausgangsspannung des Frequenzumrichters erreicht wird.<br />

Steigert man die Frequenz dann noch weiter, lässt sich<br />

die Spannung nicht mehr erhöhen und dadurch auch das<br />

Drehmoment nicht mehr konstant halten, es geht dann<br />

zurück. Bei sehr niedrigen Drehzahlen kommt es ebenfalls<br />

zu einem Drehmoment-Rückgang. Konstantes U/f-Verhältnis<br />

bedeutet dann nämlich niedrige Spannungen, so dass<br />

sich der ohmsche Widerstand der Wicklungen bemerkbar<br />

macht. Die lässt sich ausgleichen, indem man bei<br />

Unterschreiten einer bestimmten Frequenz (Boost-Frequenz<br />

genannt) die Amplitude nicht mehr weiter absinken lässt,<br />

sondern konstant hält. Als Richtwert für diese Untergrenze<br />

kann man etwa 5 % der Frequenz nehmen, bei der die<br />

maximale Motorspannung erreicht wird. Für eine Änderung<br />

der Drehrichtung vertauscht man bei Asynchronmotoren<br />

einfach zwei der drei Wicklungsanschlüsse, zum<br />

5/2007 - elektor<br />

1<br />

0.8<br />

0.6<br />

0.4<br />

0.2<br />

0<br />

−0.2<br />

−0.4<br />

−0.6<br />

−0.8<br />

−1<br />

E<br />

Sa+<br />

Sa–<br />

Sb+<br />

Sb–<br />

Sc+<br />

Va<br />

Vb<br />

Vc<br />

Sc–<br />

070174 - 11<br />

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1<br />

θ/(2ϖ)<br />

070174 - 12<br />

n<br />

Bild 1.<br />

Prinzipschaltung der<br />

Umrichter-Steuerung eines<br />

Asynchronmotors.<br />

Bild 2.<br />

Eine nicht-sinusförmige<br />

Kurvenform ermöglicht<br />

(bezogen auf den<br />

Scheitelwert) einen<br />

höheren Effektivwert und<br />

damit eine etwas höhere<br />

Leistung.<br />

43

---

TECHNIK LEISTUNGSELEKTRONIK<br />

Bild 3.<br />

Das Atmel-Evaluation-Board mit dem optional<br />

erhältlichen Asynchronmotor.<br />

Beispiel V und W. Diese Vertauschung lässt sich leicht in<br />

der Steuersoftware des Umrichters realisieren.<br />

Nicht nur Sinus<br />

Bei der elektronischen Asynchron-Motorsteuerung lässt<br />

sich durch eine nicht ganz sinusförmige Kurvenform die<br />

Motorleistung erhöhen. Dafür verwendet man ein Sinussignal<br />

in Kombination mit der 3. Harmonischen. Beträgt<br />

die Amplitude der 3. Harmonischen 1/6 der des Grundtons,<br />

erhält man ein etwas „rechteckigeres“ Signal (Bild<br />

2). Der Vorteil liegt in dem – bezogen auf den Scheitelwert<br />

– höheren Effektivwert dieser Spannung, was bei<br />

gleicher maximaler Spannung an den Motorwicklungen<br />

eine etwas höhere Leistung erlaubt.<br />

Learning by doing<br />

Grau ist alle Theorie, und Datenblätter und Application<br />

notes bieten zwar viele Informationen, können aber eigene<br />

praktische Erfahrungen nicht ersetzen. Das wissen<br />

Halbleiterhersteller<br />

wie Fairchild<br />

und Atmel<br />

natürlich<br />

auch, und so<br />

ist es kein Zufall,<br />

dass es<br />

als Anwendungs-<br />

und<br />

Entwicklungshilfe<br />

ein sehr<br />

passendes<br />

Entwicklungs-<br />

Board mit<br />

einem AVR-<br />

Controller für<br />

die Steuerung<br />

und einem Smart-<br />

Power-Modul als Leistungsstufe gibt.<br />

Das Board ist Hauptbestandteil des<br />

Evaluation Kits ATAVRMC200 [2] von<br />

Atmel.<br />

Jedes Entwicklungsboard wird mit Software<br />

und einem genauen Anschlussplan ausgeliefert,<br />

der beschreibt, welche Anschlüsse wo vorgenommen<br />

werden müssen, um Netzspannung,<br />

Motor und PC zu verbinden. Das Evaluation<br />

Board kann an Netzspannungen von 110 bis<br />

230 V bei einer Frequenz von 50 bis 60Hz<br />

betrieben werden. Die Steuerung übernimmt<br />

der Mikrocontroller AT90PWM3, der von Atmel<br />

speziell für 3-phasige Inverter-Applikationen<br />

entwickelt wurde [3]. Da der Controller<br />

auf dem Board bereits eine Firmware enthält<br />

und für die direkte Bedienung ein Potentiometer<br />

und drei Taster, kann man das Board auch ohne PC und<br />

Programmierung direkt für eine Motorsteuerung in Betrieb<br />

nehmen. Die drei Wicklungen eines Asynchronmotors<br />

(maximal 370 W) und die Netzspannung anschließen,<br />

und schon kann man die Drehzahl mit dem Poti auf der<br />

Platine einstellen.<br />

Ein zum Evaluation-Kit passender Motor ist bei Atmel optional<br />

erhältlich (Bild 3).<br />

Modular durch SPM<br />

Tabelle. Pin- und funktionskompatible SPM für verschiedene Leistungsbereiche<br />

Smart Power Modul<br />

(SPM)<br />

SPM-Frequenz max.<br />

[kHz]<br />

I C bei T C = 100 °C<br />

[A]<br />

Das Board ist für die Verwendung von Fairchild-SPM-<br />

Modulen im DIP-Gehäuse ausgelegt. Geliefert wird das<br />

Board mit einem 10-A-Modul vom Typ FSAM10SH60,<br />

womit die maximale Ausgangs-Leistung 370 W beträgt.<br />

Im Prinzip lässt sich auch jedes andere SPM im pinkompatiblen<br />

DIP-Gehäuse einsetzen, um höhere Leistungen zu<br />

erzielen. In der Tabelle sind vier Typen aufgeführt, die<br />

sich nur im Strom und damit in der maximal möglichen<br />

Leistung unterscheiden. Ansonsten sind sie identisch,<br />

alle haben einen eingebauten Thermistor (NTC) sowie<br />

Motorleistung max.<br />

[kW]<br />

Motorspannung<br />

[V]<br />

FSAM10SH60A 15 10 0,4 220<br />

FSAM15SH60A 15 15 0,75 220<br />

FSAM20SH60A 15 20 1,5 220<br />

FSAM30SH60A 15 30 2,2 220<br />

44 elektor - 5/2007

---

Keine Netztrennung!<br />

230-V-Leistungselektronik ist selten galvanisch vom Netz getrennt. Das Motorsteuerungs-Evaluationboard von Atmel bildet da<br />

keine Ausnahme. Bei der Inbetriebnahme und beim Testen muss man immer daran denken, dass der größte Teil der Schaltung<br />

mit Netzspannung verbunden ist und daher alle leitenden Teile Netzspannung führen können! Dies gilt auch für den Digitalteil<br />

inklusive Mikrocontroller!<br />

Solange das Board zum Messen, Testen und Experimentieren frei zugänglich ist, sollte man es über einen Trenntrafo betreiben.<br />

In jedem Fall ist unbedingt dafür zu sorgen, dass niemand mit Netzspannung in Berührung kommen kann.<br />

gleiches Gehäuse, gleiche Pinbelegung und gleiche maximale<br />

SPM-Frequenz. So lässt sich das Board sehr einfach<br />

an unterschiedlich große Motoren anpassen. Bei Bedarf<br />

können (kostenlose) SPM-Muster direkt über die Fairchild-<br />

Website bestellt werden.<br />

5/2007 - elektor<br />

Entwicklungsplattform<br />

Neben der leistungsmäßigen “Skalierbarkeit” bietet das<br />

Board sowohl hardware- als auch sofwaremäßig eine gut<br />

ausgestattete Plattform für eigene Entwicklungen. Einen<br />

Fairchild feiert 50. und 10. Geburtstag<br />

Feiern Sie mit und gewinnen Sie ein komplettes Frequenzumrichterboard mit Asynchronmotor!<br />

2007 ist ein doppeltes Jubiläumsjahr für Fairchild Semiconductor.<br />

1957, vor fünfzig Jahren, gründeten die<br />

„Abtrünnigen Acht“ aus dem Team des Transistor-Miterfi<br />

nders William Shockley im legendären Silicon Valley<br />

ihre eigene Firma, um bessere Transistoren auf Siliziumbasis<br />

herzustellen. Geld- und Namensgeber wurde die<br />

Erfi nder- und Unternehmerlegende Sherman Fairchild.<br />

1958 erfand das junge Unternehmen den Planartransistor<br />

und damit die technologische Basis für die gesamte<br />

Chipindustrie. Danach ging es Schlag auf Schlag: Das<br />

erste Silizium-IC (1960), das erste statische Flipfl op-IC<br />

und mit dem µA702 das erste Opamp-IC (beide 1964).<br />

Den µA709 (1965) und µA741 (1968) kann man heute<br />

noch kaufen…<br />

10 Jahre nach der Übernahme durch National Semiconductor<br />

(der Gründung eines Ex-Fairchild-Mitarbeiters)<br />

wurde Fairchild 1997 wieder selbständig. Damit<br />

jährt sich 2007 der Geburtstag der ‚neuen’ Fairchild zum<br />

zehnten Mal. Nach dem Neustart mit Logik-, Speicherund<br />

diskreter Technologie ist Fairchild heute zu „The<br />

Power Franchise®“ geworden und nach eigenen Angaben weltgrößter Lieferant von Bauelementen zur Optimierung von Systemleistung.<br />

Die in diesem ELEKTOR beschriebenen Smart Power Module sind ein Teil des industrieweit breitesten Angebots an integrierten<br />

Motorsteuerungslösungen von 50 VA bis 10 kVA.<br />

Geburtstagsquiz<br />

Mit den richtigen Antworten auf diese drei Quizfragen sind sie dabei:<br />

a) Wer hat bei Fairchild 1958 den Planartransistor entwickelt? (Hinweis: Es war ein gebürtiger Schweizer).<br />

b) Aus wie vielen integrierten Bauteilen besteht ein IGBT?<br />

c) Wie groß ist die Phasenverschiebung zwischen den drei Phasensignalen eines Frequenzumrichters?<br />

Unter den richtigen Einsendungen verlosen wir 10 komplette ATAVRMC200-Evaluation-Kits für die Asynchron-Motorsteuerung<br />

inklusive Asynchronmotor (siehe Fotos) – jeweils im Wert von über 400 €!<br />

Senden Sie Ihre Antworten bis zum 31. Mai 2007 per E-Mail an redaktion@elektor.de oder per Post an ELEKTOR,<br />

Kennwort Fairchild, Süsterfeldstr. 25, 52072 Aachen. Der Rechtsweg ist ausgeschlossen.<br />

45

---

TECHNIK LEISTUNGSELEKTRONIK<br />

110 / 230 VAC<br />

48V DC<br />

(debug mo de only)<br />

Debug / ISP<br />

Isp<br />

Com<br />

AC/DC<br />

15VDC<br />

Debug Wire<br />

ISP<br />

ISP<br />

Opto-isolated<br />

RS232<br />

Sensor Interface<br />

Überblick über die Hardware gibt Bild 4. On-board Regler<br />

stellen die notwendigen Spannungen von 5 und 15 V<br />

für den Mikrocontroller und das Smart Power Modul bereit.<br />

Die in die Fairchild-Module integrierten Sicherungsschaltungen<br />

können vom Mikrocontroller ausgewertet werden.<br />

Dazu zählen eine Temperaturüberwachung mittels<br />

Thermistor, eine Kurzschluss- bzw. Überstromerkennung<br />

sowie die Überwachung der Spannungsversorgung der<br />

im SPM enthaltenen Gate-Treiber. Im Fehlerfall wird ein<br />

Fehlersignal vom Modul zum Mikrocontroller geliefert.<br />

Das Board kann über eine optoisolierte Schnittstelle direkt<br />

mit einem PC verbunden werden. Ebenfalls mit Optokopplern<br />

galvanisch getrennt sind drei Sensor-Eingänge und<br />

die ISP-Schnittstelle.<br />

Software<br />

5VDC<br />

AT90PW M3<br />

R<br />

Drivers<br />

Pushbuttons<br />

& Leds<br />

3 Half<br />

Bridge<br />

Current and Temperature<br />

feedback<br />

3 phases<br />

asynchronous<br />

induction motor<br />

070174 - 13<br />

Bild 4. Blockschaltbild des Evaluationboards, das direkt als Motorsteuerung verwendet<br />

werden kann.<br />

Zusätzlich zur Hardware stehen dem Entwickler auch<br />

Software-Tools auf der mitgelieferten CD sowie (aktueller)<br />

als Downloads auf der Atmel-Website zur Verfügung.<br />

In der Programmiersprache C geschriebene<br />

U/f-Charakteristik in Software<br />

Quellcodes können für eigene Projekte verwendet und<br />

umgeschrieben werden. Die beiden Firmware-Beispiele<br />

für den AT90PWM3 lassen sich auch kostenlos bei Atmel<br />

herunterladen [4]. Sie sind im Quellcode reichlich<br />

kommentiert und werden außerdem auch in zwei Application<br />

Notes (Download ebenfalls unter [4]) ausführlich<br />

beschrieben. Ein kleiner, aber wichtiger Abschnitt (U/f-<br />

Charakteristik) ist im Listing (unten) zu sehen.<br />

Durch die Verwendung von In-System-Programming (ISP)<br />

kann der Mikrocontroller für neue Aufgaben schnell und<br />

leicht angepasst werden. Allerdings ist keiner der dafür<br />

empfohlenen Programmer (AVR ISP oder JTAGICE mkII) im<br />

Lieferumfang enthalten.<br />

46 elektor - 5/2007<br />

(070174)<br />

Weblinks:<br />

[1] http://de.wikipedia.org/wiki/Drehstrom-Asynchronmaschine<br />

[2] www.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/doc4096.pdf<br />

[3] www.atmel.com/dyn/products/<br />

product_card.asp?part_id=3615<br />

[4] www.atmel.com/dyn/products/tools_card.asp?tool_id=3901<br />

Implementierung eines konstanten U/f-Verhältnisses unter Berücksichtigung von Boost-Frequenz und maximaler Spannung:<br />

U16 controlVF(U16 wTs) {<br />

}<br />

U16 amp ;<br />

AT90PWM3<br />

if (wTs OMEGA_TS_MIN) & (wTs < OMEGA_TS_MAX) )<br />

amp = (Vf_SLOPE * wTs)/10 ; // V/f law<br />

else<br />

amp = (Vf_SLOPE * OMEGA_TS_MAX)/10; // rated value<br />

return amp ;<br />

Der AT90PWM3 ist ein von Atmel speziell für Leuchtstofflampen-Vorschaltgeräte<br />

und Motorsteuerungen enwickelter<br />

AVR-Mikrocontroller. Ein besonderes Merkmal sind die drei<br />

HighSpeed PSCs (Power-Stage-Controller).<br />

Pro PSC kann man mit Hilfe von zwei synchronen PWM-<br />

Modulen zwei PWM-Signale erzeugen. Es ist softwaremäßig<br />

sehr einfach, diese Ausgänge so zu steuern, dass sie<br />

zueinander komplementär sind. Ebenso einfach ist es, eine<br />

Totzeit einzustellen. So lässt sich das Problem kurzzeitiger<br />

Kurzschlüsse in der Leistungsstufe (wenn beide Halbbrückentransistoren<br />

gleichzeitig leiten) auf einfache Weise durch die<br />

Software vermeiden.<br />

Die PSCs können auch direkt, ohne dass Software dazwischenliegt,<br />

auf Fehlersignale, Nulldurchgänge und dergleichen<br />

reagieren. Außerdem ist es möglich, die Einstellungen<br />

der drei PSCs gleichzeitig upzudaten.

---

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5/2007 - elektor 47

---

PRAXIS JTAG-ADAPTER<br />

Universeller<br />

JTAG-Adapter<br />

Von Marcel Cremmel<br />

Programmieren<br />

& Emulieren<br />

Dieser Adapter wurde für die Controller-Programmierung und speziell für die Programmierung des<br />

PSD813-CPLDs aus dem GBEKG-Modul, das einen Gameboy in einen EKG-Monitor verwandelt (siehe<br />

ELEKTOR Oktober 2006), entwickelt. Selbstverständlich ist der Adapter auch für andere IC-Typen<br />

geeignet. Der Adapter wird PC-seitig an die Parallelschnittstelle angeschlossen und nutzt das JTAG-<br />

Protokoll IEEE 1149.1.<br />

Jede Menge aktueller Schaltungen mit<br />

Mikrocontrollern und anderen ICs können<br />

„in-circuit“ programmiert werden.<br />

Dazu wird üblicherweise die parallele<br />

Schnittstelle zweckentfremdet und das<br />

JTAG-Protokoll verwendet. Leider ist<br />

es aber mit der Austauschbarkeit diverser<br />

Programmer/Emulatoren doch<br />

nicht so weit her.<br />

Betrachtet man die von verschiedenen<br />

Herstellern angebotenen Programmiergeräte<br />

genauer, dann zeigt sich, dass<br />

die Unterschiede gar nicht so sehr groß<br />

sind. Das wundert auch nicht weiter,<br />

da im Prinzip lediglich bestimmte Leitungen<br />

der parallelen Schnittstelle zur<br />

JTAG-Verbindung durchgeschaltet<br />

werden. Mit einer kreativen Umschalt-<br />

Lösung müsste es demnach möglich<br />

sein, einen recht universellen Adapter<br />

zu realisieren.<br />

Mit konventionellen Logik-Bausteinen<br />

ergäbe sich für dieses Vorhaben eine<br />

ziemlich große und komplexe Schal-<br />

tung: Für jeden zu versorgenden Controller-Typ<br />

wäre nämlich eine etwas<br />

andere Elektronik notwendig. Durch<br />

die Verwendung eines programmierbaren<br />

Logik-ICs EP900 von Altera (übrigens<br />

kostenlos – siehe Stückliste) ergibt<br />

sich allerdings ein einfach aufzubauender<br />

und preiswerter<br />

Programmer.<br />

Das JTAG-Protokoll (Join Test Action<br />

Group) hat sich mittlerweile als Quasi-<br />

Standard für Zwecke des Programmie-<br />

48 elektor - 5/2007

---

ens, Debuggens und Testens „in circuit“<br />

(d.h. in der Zielschaltung selbst)<br />

etabliert. Als Anwender braucht man<br />

glücklicherweise nicht jedes Detail<br />

dieses Protokolls kennen, um damit effektiv<br />

arbeiten zu können. Passende<br />

Software hierfür gibt es vielfach gratis<br />

und etliche Chips haben JTAG und damit<br />

eine transparente Kommunikation<br />

implementiert.<br />

JTAG-fähige ICs verfügen also über<br />

JTAG-spezifische Pins, die lediglich<br />

mit den entsprechenden Pins des<br />

JTAG-Steckverbinders verbunden werden<br />

müssen. Welche und wieviele Pins<br />

verwendet werden ist von Hersteller<br />

zu Hersteller unterschiedlich. Die Bilder<br />

1 bis 4 zeigen diese Unterschiede:<br />

Die CPLDs und EPLDs von Altera werden<br />

via Byteblaster in Bild 1 angeschlossen.<br />

Für die CPLDs und EPLDs<br />

von Xilinx ist das „Parallel Download<br />

Cable“ von Bild 2 nötig. Die MSP430-<br />

Mikrocontroller von Texas Instruments<br />

verwenden „LPT-IF 4 wire JTAG Communication“<br />

(Bild 3). Für die PSD-,<br />

uPSD- und DSM-Familien von ST Microelectronics<br />

ist das Modul „Flashlink<br />

FL-101“ von Bild 4 geeignet. Um die<br />

Sache weiter zu komplizieren, verwenden<br />

die Hersteller bei den JTAG-Signalen<br />

leider auch unterschiedliche<br />

Bezeichnungen.<br />

Adapter-Schaltung<br />

Mit seinen 44 Anschlüssen ist der<br />

EP900 (ein PLD = Programmable Logic<br />

Device) in der Schaltung (Bild 5) kaum<br />

zu übersehen. Das PLD vermittelt zwischen<br />

der Parallelschnittstelle des PCs<br />

(K1) und den vier JTAG-Pfostensteckern<br />

K2...K5 in den vier Varianten für<br />

die vier Hersteller. Mit dem zweifachen<br />

DIL-Schalter SW (oder entsprechenden<br />

Jumpern) kann dann der Betrieb für die<br />

verschiedenen Zielsysteme umgeschaltet<br />

werden. Zur Auswahl stehen<br />

MSP430 von Texas Instruments (K2),<br />

Flashlink von STM (K3), Xilinx (K4) und<br />

Altera (K5) - siehe Tabelle im Schaltbild.<br />

Die Tabelle ist in vereinfachter<br />

Form auch im Bestückungsaufdruck<br />

der Platine zu fi nden. Jeder der vier<br />

Pinheader ist mit entsprechenden Pins<br />

des EP900 verbunden. Die Subschaltungen<br />

für die vier Anschlüsse sind in<br />

Bild 6 dargestellt.<br />

Die jeweiligen Pinbelegungen wurden<br />

direkt von den Programmern der jeweiligen<br />

Hersteller abgeleitet. Aus Effektivitätsgründen<br />

wird die logische<br />

Struktur des EP900 in der AHDL-Sprache<br />

von Altera beschrieben. Für Elek-<br />

5/2007 - elektor<br />

„In-circuit“ JTAG für...<br />

– PSD-, uPSD- und DSM-Typen von ST Microlectronics<br />

– MSP430-Mikrocontroller von Texas Instruments<br />

– EPLDs und CPLDs von Altera<br />

– EPLDs und CPLDs von Xilinx<br />

TCK 1 2 GND<br />

TDO 3 4 VCC<br />

TMS 5 6<br />

7 8<br />

TDI 9<br />

10 GND<br />

VCC<br />

2<br />

4<br />

6<br />

8<br />

10<br />

1<br />

3<br />

5<br />

7<br />

9<br />

TCK<br />

TDO<br />

TMS<br />

TDI<br />

1k<br />

V CC<br />

1k<br />

1k<br />

1k<br />

TCK<br />

TDO<br />

TMS<br />

TDI<br />

060287 - 12<br />

VCC<br />

VCC<br />

Target<br />

Altera<br />

Device<br />

Bild 1. CPLD und EPLD (Byteblaster II) von Altera. Anschluss: 10-polig, DIL; Software: Quartus II Web Edition, Quartus II Programmer [1].<br />

1 2 VCC<br />

GND 3 4 TMS<br />

GND 5 6 TCK<br />

GND 7 8 TDO<br />

GND 9 10 TDI<br />

GND 11 12<br />

GND 13<br />

14<br />

1 2<br />

3 4<br />

5 6<br />

7 8<br />

9 10<br />

11 12<br />

13 14<br />

V CC<br />

TMS<br />

TCK<br />

TDO<br />

TDI<br />

XILINX<br />

TMS<br />

V CC<br />

VCC<br />

GND<br />

GND<br />

TDI TDO TDI TDO TDI TDO<br />

Bild 2. CPLD und EPLD (Parallel Download Cable) von Xilinx. Anschluss: 14-polig, DIL; Software: ISE WebPACK [2].<br />

TDO 1 2 VCC out<br />

TDI 3 4 VCC in<br />

TMS 5 6 TCLK<br />

TCK 7 8 TEST<br />

GND 9 10<br />

RST 11 12<br />

13<br />

14<br />

VCC TOOL 2<br />

VCC TARGET 4<br />

6<br />

TEST/VPP 8<br />

10<br />

12<br />

14<br />

J1<br />

J2<br />

1<br />

3<br />

5<br />

7<br />

9<br />

11<br />

13<br />

TDO/TDI<br />

TDI/VPP<br />

TMS<br />

TCK<br />

RST<br />

47k R1<br />

C1<br />

10n/2n2<br />

C2<br />

TCK<br />

C3<br />

100n<br />

TMS<br />

TCK<br />

060287 - 14<br />

TMS<br />

TCK<br />

060287 - 13<br />

V CC<br />

VCC / AVCC / DVCC<br />

TDO/TDI<br />

TDI/VPP<br />

TMS<br />

TCK<br />

RST/NMI<br />

MSP430Fxxx<br />

TEST/VPP<br />

VSS / AVSS / DVSS<br />

Bild 3. MSP430 Mikrocontroller (LPT-IF 4 wire JTAG Communication) von Texas Instruments. Anschluss 14-polig, DIL; Software: IAR-<br />

Kickstart [3].<br />

49

---

PRAXIS JTAG-ADAPTER<br />

Der Autor<br />

Marcel Cremmel ist Dozent für Elektro<strong>technik</strong> und Elektronik (französisches Staatsexamen).<br />

Die ersten Jahre unterrichtete er in der Ingenieursschule Mohammedia in Rabat (Marokko). Er<br />

beschäftigt sich nicht nur berufsmäßig mit Elektronik und hat auch ein Faible für Motorräder.<br />

Seine Webseite: electronique.marcel.free.fr<br />

1 2<br />

GND 3 4<br />

TDI 5 6<br />

VCC 7 8 RST<br />

TMS 9 10 GND<br />

TCK 11 12 GND<br />

TDO 13<br />

14<br />

troniker ist das entsprechende Schaltbild<br />

leichter zu lesen – nur ist es lange<br />

nicht so komprimiert und effi zient. Für<br />

Interessierte ist der Source-Code des<br />

ICs im entsprechenden Kasten<br />

abgedruckt.<br />

Stromversorgung<br />

RST<br />

1<br />

3<br />

5 TDI<br />

7<br />

9 TMS<br />

11 TCK<br />

13 TDO<br />

Das PLD EP900 ist schon etwas älter.<br />

Das merkt man daran, dass es eine Betriebsspannung<br />

von fast schon anachronistischen<br />

5 V verlangt. Die dazugehörige<br />

etwas höhere Stromaufnahme<br />

macht die Versorgung aus der parallelen<br />

Schnittstelle unmöglich. Um nun<br />

nicht „schon wieder“ ein eigenes Steckernetzteil<br />

zu bemühen, kann der Adapter<br />

aus der zu programmierenden<br />

Schaltung versorgt werden. Das wäre<br />

kein Problem, wenn denn alle Schaltungen<br />

5 V bieten würden. Da modernere<br />

Elektronik aber gerne mit Spannungen<br />

zwischen 3 V und 3,6 V betrieben<br />

wird, wurde dem Adapter ein sehr<br />

fl exibler DC/DC-Konverter spendiert,<br />

der aus einer Eingangsspannung im<br />

Bereich 2,7...5,5 V eine stabile 5-V-Versorgung<br />

generiert. Die Eingangsspannung<br />

kann also ungewöhnlicherweise<br />

10k<br />

2<br />

4<br />

6<br />

8<br />

10<br />

12<br />

14<br />

System Reset Circuity<br />

(connect directly to RST<br />

input on µPSD)<br />

10n<br />

100k<br />

100k<br />

100k<br />

100k<br />

sowohl niedriger als auch höher als die<br />

Ausgangsspannung sein und der Wirkungsgrad<br />

erreicht bei 30 mA trotzdem<br />

etwa 90 %. Den Technikern von Burr<br />

Brown gebührt an dieser Stelle ein<br />

Kompliment! Da Burr Brown von Texas<br />

Instruments aufgekauft wurde, ist das<br />

zugehörige Datenblatt auf den Webseiten<br />

von TI zu fi nden. Ein kleiner Minuspunkt<br />

für den Selbstbau ist die SMD-<br />

Ausführung des kleinen Spannungswandlers,<br />

der aber zum Glück nur<br />

sechs Pins hat. Dadurch eignet sich<br />

dieses IC gut für erste SMD-Lötversuche:<br />

Wenn man IC2 genau über den<br />

zugehörigen SMD-Löt-Pads platziert<br />

hat, wird zuerst eines der Eck-Beinchen<br />

angelötet. Wenn Sitz und Position<br />

keine Korrektur mehr brauchen, kommt<br />

der diagonal gegenüberliegende Anschluss<br />

an die Reihe und dann erst der<br />

Rest. Kurzschlüsse durch Lötzinnbrücken<br />

beseitigt man mit (feiner)<br />

Entlötlitze.<br />

Bestückung<br />

User I/O Signals<br />

USER<br />

PC BOARD<br />

µPSD or PSD Port C<br />

TDI - PC5<br />

VSTBY or PC2<br />

TMS - PC0<br />

TCK - PC1<br />

TDO - PC6<br />

General I/O - PC3<br />

General I/O - PC4<br />

General I/O - PC7<br />

Bild 4. PSD-, uPSD- und DSM-Familien (Flashlink FL-101) von ST Microelectronics. Anschluss: 14-polig, DIL; Software: u.A.<br />

PSDsoft Express [3] für die Programmierung des PSD813 der EKG-Cartridge.<br />

060287 - 15<br />

Wie Bild 7 zeigt, ist die Platine doppelseitig<br />

ausgeführt. Glücklicherweise<br />

sind nur wenige weitere SMD-Bauteile<br />

auf der Rückseite der Platine zu bestücken.<br />

Die Mehrzahl der Widerstände<br />

verfügt über Anschlussdrähte. Einige<br />

SMDs befi nden sich zwischen den Anschlüssen<br />

anderer Bauteile. C1 beispielsweise<br />

ist zwischen den Pins des<br />

PLCC44-Sockels angeordnet, in dem<br />

auf der Bestückungsseite das IC EP900<br />

steckt. Auf der Lötseite muss IC2 zuerst<br />

und sorgfältig eingelötet werden,<br />

da es von anderen SMDs umringt ist.<br />

Auf die Bauteilwerte (Aufdruck) muss<br />

man bei SMDs besonders achten, da<br />

man sie schnell verwechselt und ein<br />

Auslöten für die Bauteile oft nicht überlebbar<br />

ist. Der Code auf den Widerständen<br />

erklärt sich fast von selbst:<br />

Die Zahl 103 bezeichnet 10 x 10 3 Ω =<br />

10 kΩ - die letzte Ziffer ist also die Potenz<br />

zur Basis 10. Widerstände mit 5 %<br />

Toleranz haben einen dreistelligen<br />

Code. Vier Stellen deuten auf 1 % hin:<br />

1202 bedeutet dann 12 kΩ. Kondensatoren<br />

sind nicht so einfach zu<br />

identifi zieren.<br />

Nach den SMDs werden die übrigen<br />

Bauteile bestückt: Der Schalter SW, die<br />

Stiftleisten K2...K5, der IC-Sockel und<br />

zum Schluss der 25-polige Sub-D-Stecker<br />

K1. Achten sie darauf, dass es ein<br />

Stecker ist – nur der eignet sich zum<br />

direkten Einstecken in die Sub-D-Buchse<br />

des PCs. Da es manchmal nicht so<br />

einfach ist, „nur“ einen zweifachen<br />

DIL-Schalter zu bekommen, kann man<br />

zur Not auch einen vierfachen verwenden<br />

und einfach die vier Pins der überfl<br />

üssigen zwei Schalter entfernen. Platz<br />

ist genug.<br />

Wer die Platine selbst herstellen<br />

möchte, der kann sie auch problemlos<br />

einseitig ausführen. Die Leiterbahn-<br />

Verbindungen auf der Bestückungsseite<br />

werden dann durch Drahtbrücken<br />

ersetzt. Mehr Unterschiede gibt es<br />

nicht, außer dass man dann die Bestückung<br />

mit den Drahtbrücken beginnen<br />

und bei den Brücken zwischen K3 und<br />

K4 aufpassen sollte, da es hier sehr<br />

eng zugeht.<br />

Nach Kontrolle von Platine, Bestückung<br />

und Lötstellen kann IC1 in die Fassung<br />

gesteckt werden. Der JTAG-Programmierung<br />

der genannten Zielsysteme<br />

sollte dann nichts mehr im Wege<br />

stehen.<br />

Hinweis zum PLD EP900 (EPS 060287-<br />

41): Ein programmiertes IC wird – solange<br />

der Vorrat reicht - jeder Platine<br />

(EPS 060287-1) kostenlos beigelegt!<br />

Verbindungen<br />

Ein Pinheader allein genügt nicht! In<br />

praktisch allen Fällen wird ein Stück-<br />

50 elektor - 5/2007

---

5/2007 - elektor<br />

K1<br />

SUB D25<br />

VCC IN<br />

1<br />

14<br />

2<br />

15<br />

3<br />

16<br />

4<br />

17<br />

5<br />

18<br />

6<br />

19<br />

7<br />

20<br />

8<br />

21<br />

9<br />

22<br />

10<br />

23<br />

11<br />

24<br />

12<br />

25<br />

13<br />

STROBE<br />

AUTOFDX<br />

D0<br />

ERROR<br />

D1<br />

INIT<br />

D2<br />

SLCTIN<br />

D3<br />

GND1<br />

D4<br />

GND2<br />

D5<br />

GND3<br />

D6<br />

GND4<br />

D7<br />

GND5<br />

ACK<br />

GND6<br />

BUSY<br />

GND7<br />

PE<br />

GND8<br />

READY<br />

100R<br />

R1<br />

100R<br />

R10<br />

100R<br />

R9<br />

100R<br />

R17<br />

100R<br />

100R<br />

R8<br />

R11<br />

100R<br />

100R<br />

R7<br />

R12<br />

100R<br />

R6<br />

100R<br />

100R<br />

100R<br />

100R<br />

100R<br />

100R<br />

100R<br />

C3<br />

R5<br />

R4<br />

R3<br />

R13<br />

R14<br />

R15<br />

R16<br />

220n<br />

6 4<br />

PUMP+ PUMP-<br />

100k<br />

5<br />

IN<br />

IC2<br />

OUT<br />

1<br />

REG710NA-5<br />

3<br />

EN<br />

R28 R29 R30 R31 R32<br />

100k<br />

+5V<br />

100k<br />

C5 C2 2<br />

C4 C7<br />

100k<br />

100k<br />

STRB<br />

AFDX<br />

D0<br />

ERR<br />

D1<br />

INIT<br />

D2<br />

SLCT<br />

D3<br />

D4<br />

D5<br />

D6<br />

D7<br />

ACK<br />

BUSY<br />

PE<br />

RDY<br />

2<br />

24<br />

C1<br />

CLK1<br />

CLK2<br />

20<br />

IN<br />

19<br />

IN<br />

21<br />

IN<br />

30<br />

IN<br />

25<br />

IN<br />

26<br />

IN<br />

27<br />

IN<br />

41<br />

IN<br />

32<br />

I/O<br />

31<br />

34<br />

33<br />

35<br />

37<br />

38<br />

40<br />

I/O<br />

I/O<br />

I/O<br />

I/O<br />

I/O<br />

I/O<br />

I/O<br />

100n<br />

+5V<br />

1<br />

IC1<br />

44<br />

EP900LC<br />

22<br />

23<br />

VCC IN<br />

K4<br />

XILINX<br />

1 2<br />

3 4 TMS TDI<br />

5 6 TCK TMS<br />

7 8 Nstat TDO<br />

9 10 TCK RST<br />

11 12<br />

13 14<br />

I/O<br />

10<br />

SEL0<br />

43<br />

SEL1<br />

42<br />

NC<br />

NC<br />

IN<br />

IN<br />

IN<br />

I/O<br />

I/O<br />

I/O<br />

I/O<br />

I/O<br />

I/O<br />

I/O<br />

I/O<br />

I/O<br />

I/O<br />

I/O<br />

I/O<br />

I/O<br />

I/O<br />

17<br />

39<br />

3<br />

4<br />

5<br />

11<br />

12<br />

13<br />

14<br />

15<br />

16<br />

18<br />

28<br />

29<br />

36<br />

6<br />

7<br />

8<br />

9<br />

10k<br />

R35<br />

+5V<br />

10k<br />

R37<br />

JP1<br />

10k<br />

100R<br />

R20<br />

100R<br />

R24<br />

100R<br />

R25<br />

100R<br />

R19<br />

R21<br />

100R<br />

R22<br />

100R<br />

R23<br />

100R<br />

100R<br />

100R<br />

100R<br />

R26<br />

R18<br />

R27<br />

R36<br />

JP2<br />

VCC IN<br />

10k<br />

R33<br />

100k<br />

R34<br />

TDO<br />

TDO F<br />

Nstat TDO<br />

TMS TDI<br />

TCLK<br />

TCK TMS<br />

TDI TMS<br />

TCK RST<br />

TDO TCK<br />

TCK A<br />

VCC IN<br />

VCC IN K3<br />

K5<br />

FLASHLINK<br />

ALTERA 1 2<br />

TCK A 1 2<br />

3 4<br />

TDO 3 4<br />

TMS TDI 5 6<br />

TMS TDI 5 6 TCK TMS<br />

7 8 TDO TCK<br />

Nstat TDO 7 8 TDO TCK TDI TMS 9 10<br />

TDI TMS 9 10<br />

TCK RST 11 12<br />

TDO F 13 14<br />

+5V<br />

TDO<br />

TMS TDI<br />

TCK TMS<br />

TDO TCK<br />

TCK RST<br />

JP1 JP2<br />

ON ON ALTERA<br />

OFF ON XILINX<br />

ON OFF PSD<br />

OFF OFF MSP430<br />

VCC IN<br />

VCC IN<br />

K2<br />

MSP430<br />

1 2<br />

3 4<br />

5 6 TCLK<br />

7 8 TDI TMS<br />

9 10<br />

11 12<br />

13 14<br />

060287 - 11<br />

Bild 5. Das IC EP900 bildet den Mittelpunkt im Schaltbild des universellen JTAG-Adapters. Bei Lieferung der Platine wird –solange der Vorrat reicht – kostenlos ein programmiertes Exemplar beigelegt.<br />

51

---

PRAXIS JTAG-ADAPTER<br />

ALTERA<br />

TRI<br />

D0 TCK<br />

D1<br />

D2<br />

D3<br />

D6<br />

AFDX<br />

WIRE<br />

D4 ACK<br />

TDO<br />

PIN7<br />

TRI<br />

TRI<br />

TRI<br />

TRI<br />

WIRE<br />

WIRE<br />

WIRE<br />

TMS<br />

PIN8<br />

PIN6<br />

TDI<br />

BUSY<br />

READY<br />

ERROR<br />

chen Flachbandkabel mit 10 oder 14<br />

Adern und aufgequetschten Steckverbindern<br />

(Polarität beachten) benötigt,<br />

um die Verbindung zwischen Adapter<br />

und Platine des Zielsystems herzustellen.<br />

Die Bilder 1...4 geben hierzu einen<br />

Anhaltspunkt.<br />

Die Platine des Adapters kann direkt in<br />

die Druckerport-Buchse des PCs gesteckt<br />

werden. Ein extra Stück Flach-<br />

D0<br />

D1<br />

D2<br />

D3<br />

D6<br />

D4<br />

TDO<br />

VCC<br />

XILINX<br />

TRI<br />

TRI<br />

TRI<br />

NOT<br />

WIRE<br />

WIRE<br />

WIRE<br />

WIRE<br />

AND2<br />

TDI<br />

TCK<br />

TMS<br />

BUSY<br />

PE<br />

ERROR<br />

ACK<br />

READY<br />

D0<br />

D1<br />

D2<br />

D3<br />

FLASHLINK<br />

TRI<br />

TRI<br />

TRI<br />

NOT<br />

TCK<br />

TMS<br />

TDI<br />

NOT<br />

D5 RSTN<br />

D6<br />

TDO<br />

WIRE<br />

NOT<br />

WIRE<br />

WIRE<br />

WIRE<br />

READY<br />

PE<br />

ACK<br />

BUSY<br />

ERROR<br />

bandkabel zur Verlängerung ist nicht<br />

nötig, aber möglich.<br />

USB:<br />

Bei den neueren PCs vom Typ „legacy<br />

free“ und bei modernen Laptops wird<br />

man keine parallele Schnittstelle mehr<br />

fi nden. Die als Ersatz verwendbaren<br />

USB/Parallel-Adapter arbeiten nicht<br />

alle mit dem JTAG-Adapter zusammen.<br />

Hier hilft – ganz wie beim Anschluss<br />

von Druckern – nur Ausprobieren. Da<br />

wir nicht jede Kombination von PC und<br />

Konverter testen können, ist es leider<br />

nicht möglich, eine Empfehlung für bestimmte<br />

Konverter zu geben. Es wäre<br />

daher wünschenswert, dass Leser im<br />

ELEKTOR-Forum ihre diesbezüglichen<br />

Erfahrungen weitergeben.<br />

EKG mit dem GameBoy:<br />

Die Cartridge ist mit einem SMD-Steckverbinder<br />

mit dem Rastermaß 1,25 mm<br />

ausgestattet.<br />

Für die Konstruktion des passenden<br />

Kabels raten wir zu folgendem<br />

Vorgehen:<br />

1. Auf ein Stück 14-adriges Flachbandkabel<br />

werden zwei 14-polige Pfostenbuchsen<br />

aufgequetscht.<br />

2. Der Molex-Steckverbinder mit offenen<br />

Anschlussdrähten laut Stückliste<br />

(ELEKTOR 10/2006) dient zusammen<br />

mit dem Kabel von Punkt 1 zur Verbindung<br />

mit K3.<br />

3. Die vier Leitungen TCK, TDI, TDO<br />

und TMS werden zusammen mit den<br />

Leitungen zur Stromversorgung passend<br />

mit einem zweireihigen 14-poligen<br />

(2 x 7) Pfostenstecker für Platinenmontage<br />

verlötet. Dabei gilt:<br />

4. Nach Überprüfung der Verbindungen<br />

werden die Lötstellen mit Schrumpfschlauch-Stückchen<br />

isoliert.<br />

Der Pfostenstecker wird in eine der<br />

Pfostenbuchsen gesteckt (Polung beachten),<br />

und das Kabel ist fertig. Der<br />

PSD813 der EKG-Cartridge kann programmiert<br />

werden.<br />

Noch eine allerletzte Anmerkung: Der<br />

Adapter ist funktional kompatibel mit<br />

dem Byteblaster II von Altera. Er arbeitet<br />

nicht mit der Treiber-Version des<br />

Vorgängermodells (Byteblaster ohne<br />

„II“). zusammen. Dieser ältere Treiber<br />

wird für das Programm MaxPlus II benötigt<br />

– das aber schon vor einiger<br />

Zeit durch Quartus ersetzt wurde...<br />

Literatur und Links<br />

52 elektor - 5/2007<br />

D0<br />

D1<br />

D2<br />

MSP430<br />

TRI<br />

TRI<br />

TRI<br />

TDI<br />

TMS<br />

TCK<br />

TRI<br />

TDO PE<br />

SLCT<br />

NOT<br />

WIRE<br />

INIT TEST<br />

TRI<br />

STRB RST<br />

Bild 6. Deutlicher kann die Flexibilität des PLDs EP900 nicht gezeigt werden: Ein einziges IC kann mehrere komplexe logische<br />

Funktionen erfüllen.<br />

060287 - 16<br />

Bild 7. Die für dieses Projekt entworfene Platine. Das Layout kann kostenlos herunter geladen werden.<br />

AFDX<br />

NOT<br />

WIRE<br />

WIRE<br />

WIRE<br />

WIRE<br />

ACK<br />

BUSY<br />

READY<br />

ERROR<br />

(060287)<br />

[1] www.altera.com/support/software/<br />

download/sof-download_center.html<br />

[2] www.xilinx.com/ise/logic_design_prod/<br />

webpack.htm<br />

[3] focus.ti.com/docs/toolsw/folders/print/iarkickstart.html<br />

[4] mcu.st.com/mcu/modules.<br />

php?name=Content&pa=showpage&pid=57<br />

Datenblatt des REF710-5:<br />

focus.ti.com/lit/ds/symlink/reg710-5.pdf<br />

Weiterführende Informationen:<br />

EPS 060287-11.zip (www.elektor.de)

---

AHDL-Quelltext für das PLD EP900<br />

Im Gegensatz zu verbreiteten Vorstellungen kann eine in AHDL erstellte Beschreibung sehr<br />

aussagekräftig sein. Wenn man einen Blick auf den Code wirft, sieht man sofort die einzelnen<br />

Funktionen.<br />

subdesign prog_jtag_univers<br />

(<br />

TDO,Nstat_TDO,TDO_F : input;<br />

STRB,AFDX,INIT,SLCT : input;<br />

D[6..0] : input;<br />

SEL[1..0] : input; -- 0->ALTERA,1->XILINX,<br />

-- 2->FLASHLINK,3->MSP430<br />

ACK,BUSY,READY,ERROR : output;<br />

TCK_A,TMS_TDI,TCK_TMS,TDO_TCK,TDI_TMS,TCK_RST,PE: bidir;<br />

)<br />

variable<br />

TCK_A,TMS_TDI,TCK_TMS,TDO_TCK,TDI_TMS,TCK_RST,PE: tri;<br />

begin<br />

TCK_A.in=D0; TCK_A.oe=AFDX;<br />

case SEL[] is<br />

when 0 -- ALTERA<br />

=> TMS_TDI.in=D1 ; TMS_TDI.oe=AFDX;<br />

TCK_TMS.in=D3 ; TCK_TMS.oe=AFDX;<br />

TDO_TCK.in=D2 ; TDO_TCK.oe=AFDX;<br />

TDI_TMS.in=D6 ; TDI_TMS.oe=AFDX;<br />

TCK_RST.in=GND; TCK_RST.oe=GND;<br />

ACK =D4;<br />

BUSY =TDO;<br />

PE.in=GND; PE.oe=GND;<br />

READY=Nstat_TDO;<br />

ERROR=GND;<br />

when 1 -- XILINX<br />

=> TMS_TDI.in=D2 ; TMS_TDI.oe=!D3;<br />

TCK_TMS.in=D1 ; TCK_TMS.oe=!D3;<br />

TDO_TCK.in=GND; TDO_TCK.oe=GND;<br />

TDI_TMS.in=GND; TDI_TMS.oe=GND;<br />

TCK_RST.in=D0 ; TCK_RST.oe=!D3;<br />

ACK =GND;<br />

BUSY =D6;<br />

PE.in=D6; PE.oe=VCC;<br />

READY=Nstat_TDO & D4;<br />

ERROR=VCC;<br />

when 2 -- FLASHLINK<br />

=> TMS_TDI.in=D2 ; TMS_TDI.oe=!D3;<br />

TCK_TMS.in=GND; TCK_TMS.oe=GND;<br />

TDO_TCK.in=!D5; TDO_TCK.oe=VCC;<br />

TDI_TMS.in=D1 ; TDI_TMS.oe=!D3;<br />

TCK_RST.in=D0 ; TCK_RST.oe=!D3;<br />

ACK =GND;<br />

BUSY =GND;<br />

PE.in=!TDO_F; PE.oe=VCC;<br />

READY=D6;<br />

ERROR=GND;<br />

when 3 -- MSP430<br />

=> TMS_TDI.in=D0 ; TMS_TDI.oe=!SLCT;<br />

TCK_TMS.in=D1 ; TCK_TMS.oe=!SLCT;<br />

TDO_TCK.in=D2 ; TDO_TCK.oe=!SLCT;<br />

TDI_TMS.in=INIT; TDI_TMS.oe=VCC;<br />

TCK_RST.in=STRB; TCK_RST.oe=!AFDX;<br />

ACK =GND;<br />

BUSY =GND;<br />

PE.in=TDO; PE.oe=!SLCT;<br />

READY=GND;<br />

ERROR=GND;<br />

end case;<br />

end;<br />

Info: Der JEDEC-Code (prog_jtag_univers.jed) ist als Download auf der ELEKTOR-Webseite<br />

(www.elektor.de) verfügbar.<br />

5/2007 - elektor<br />

Stückliste<br />

Widerstände:<br />

R1, R3...R27 = 100 Ω<br />

R28...R32, R34 = 100 k (SMD)<br />

R33, R35...R37 = 10 k (SMD)<br />

(R2 entfällt)<br />

Kondensatoren:<br />

C1 = 100 n (SMD 1206)<br />

C2, C4 = 2µ2 (SMD 1206)<br />

C3 = 220 n (SMD 1206)<br />

C5, C7 = 47 µ/10 V, radial<br />

(C6 entfällt)<br />

Halbleiter:<br />

IC1 = EP900LC (programmiert, EPS<br />

060287-41) (siehe Text)<br />

IC2 = REG710-NA5 (Texas Instruments/<br />

Burr Brown)<br />

Außerdem:<br />

44-polige PLCC-Fassung<br />

K1 (K_LPT) = abgewinkelter 25-poliger<br />

Sub-D-Stecker für Platinenmontage<br />

K2... K4 = zweireihige 14-polige Stiftleiste<br />

für Platinenmontage<br />

K5 = zweireihige 10-polige Stiftleiste für<br />

Platinenmontage<br />

J1, J2 (SW) = zweifacher DIL-Schalter<br />

Software-Download EPS060287-11.zip<br />

Platine EPS 060287-1<br />

Bei Lieferung der Platine wird – solange<br />

der Vorrat reicht – ein programmiertes<br />

PLD (EPS 060287-41) kostenlos<br />

beigelegt.<br />

53

---

TECHNIK R8C–WETTBEWERB<br />

Speedmaster<br />

Die Gewinnerschaltung in 3D<br />

Von Markus Simon<br />

Hier ist sie, die Schaltung, die<br />

von den ELEKTOR-Lesern zum<br />

Gewinner des R8C-Wettbewerbs<br />

erklärt wurde: Ein intelligenter<br />

3D-Beschleunigungsmesser,<br />

der nicht nur alle drei<br />

Raumachsen erfasst, sondern<br />

daraus sogar den zurück<br />

gelegten Weg berechnet. Und<br />

wie versprochen: als fertig<br />

bestückte Platine!<br />

Wie alles anfi ng: Beim Dezemberheft<br />

2005 fand sich (aufgeklebt) als Weihnachtsüberraschung<br />

ein kleines Tütchen<br />

mit einem kompletten R8C/13-<br />

Carrierboard nebst zwei SIL-Stiftleisten<br />

(Bild 1), damit auch was zum Löten<br />

übrig bleibt. ;-)<br />

Die Reaktionen zeigten, dass dieser<br />

kleine 16-bit-Mikrocontroller viele Leser<br />

zur Entwicklung eigener kleiner<br />

Projekte inspiriert hat. Grund genug<br />

für ELEKTOR, in der Mai-Ausgabe 2006<br />

zu einem internationalen R8C-Design-<br />

Wettbewerb aufzurufen. Aufgrund der<br />

großen Resonanz kürte eine Experten-<br />

Jury in der Novemberausgabe die Gewinner<br />

– nur der erste Preis wurde damals<br />

nicht festgelegt, denn diesen sollten<br />

unsere Leser vergeben.<br />

Die Leser haben entschieden und in<br />

der März-Ausgabe wurde der Gewinner<br />

verkündet. Bestandteil des Preises<br />

war, dass ELEKTOR die Schaltung „in<br />

Serie“ gehen lässt...<br />

Von der Idee...<br />

Bild 1. Das war die „Beilage“ zur ELEKTOR-Ausgabe 12/2005: Ein komplettes R8C/13-Carrierboard.<br />

Vor zehn Jahren, während eines Ski-<br />

Urlaubs, stellte sich Markus Simon<br />

die für einen Ingenieur logische Frage,<br />

wie man wohl beim Ski-Fahren die<br />

Geschwindigkeit am besten messen<br />

könnte. Schnell stellte sich heraus,<br />

dass geeignete Beschleunigungs-Sensoren<br />

viel zu teuer und kleine Mikrocontroller<br />

zu wenig leistungsfähig waren.<br />

Doch zehn Jahre später gab es den<br />

preisgünstigen Sensor MMA7260Q von<br />

Freescale. Hinzu kam die R8C-Platine<br />

von Elektor und als Herr Simon dann<br />

vom Wettbewerb hörte, fiel ihm das<br />

Ski-Problem wieder ein und sein Ehrgeiz<br />

war geweckt.<br />

Wie sich das gehört, legte er zu Anfang<br />

fest, was das Gerät später einmal<br />

können soll, wenn es fertig entwickelt<br />

ist. Es schwebte ihm ein Gerät vor, das<br />

auf der Basis von Beschleunigungsmessungen<br />

im 2- oder 3-dimensio-<br />

nalen Raum die aktuelle Geschwindigkeit<br />

errechnet und – wenn wir schon<br />

beim Rechnen sind – aus diesen Daten<br />

die seit dem Start zurückgelegte Wegstrecke<br />

kalkuliert.<br />

Das klingt zwar reichlich kompliziert,<br />

ist aber in der Luft- und Raumfahrt ein<br />

bekanntes Verfahren der Navigation.<br />

Mit dem als „Speedmaster“ bezeichneten<br />

Gerät sind im Auto Beschleunigung<br />

und Bremswirkung messbar. Außerdem<br />

kann man damit die aktuelle<br />

Geschwindigkeit und die gefahrene<br />

Strecke erfassen. Auch wie sanft ein<br />

Fahrstuhl gesteuert ist und wie unsanft<br />

eine Achterbahn mit den Fahrgästen<br />

umgeht, lässt sich so ermitteln. Und<br />

beim Start eines Verkehrsflugzeugs<br />

wird man mit Hilfe des Speedmasters<br />

feststellen, dass ein Auto ordentlich<br />

KW bräuchte, um g-mäßig mithalten<br />

zu können. Die größte Herausforderung<br />

bestand dann darin, so ein Gerät<br />

mit möglichst wenig Hardware (Sen-<br />

54 elektor - 5/2007

---

Über den Autor:<br />

Markus Simon studierte an<br />

der Fachhochschule Koblenz<br />

Elektro<strong>technik</strong> mit Studienschwerpunkt<br />

Mess- und Leit<strong>technik</strong>.<br />

Seit seiner Diplomarbeit<br />

1996 ist er berufl ich<br />

in der Software-Entwicklung<br />

für Embedded-Systeme<br />

tätig. In seiner Freizeit beschäftigt<br />

er sich gerne mit<br />

digitaler Elektronik.<br />

sor, R8C-Platine und LC-Display) zu realisieren. Und wie<br />

bei fast jedem Projekt auf Basis eines Mikrocontrollers<br />

manifestiert sich das investierte Gehirnschmalz in der<br />

Software.<br />

...über die Platine...<br />

Die komplette Hardware besteht aus dem R8C-Modul,<br />

einem dreiachsigen Beschleunigungssensor und<br />

einem dreizeiligen LC-Display, bei dem zwei Zeilen<br />

für eine Darstellung mit einer großen, gut ablesbaren<br />

Schrift kombiniert werden können. Hinzu kommen drei<br />

Taster zur Bedienung, ein bisschen Elektronik für die<br />

Stromversorgung, etliche Entkoppel-Cs und ein paar<br />

Widerstände.<br />

Gegenüber dem Prototypen (siehe ELEKTOR 3/2007, Seite<br />

13) gab es bei der endgültigen Platine für die Serienproduktion<br />

nur kleine Änderungen. Bild 2 zeigt Vorder-<br />

und Rückseite der bestückten Platine. Als Hardcore-Löter<br />

kann man den Speedmaster natürlich auch aus allen Einzelkomponenten<br />

selbst zusammenbauen. Die bequemere<br />

Alternative ist die fertig bestückte und getestete Platine,<br />

die im ELEKTOR-Shop erhältlich ist. Man braucht sich<br />

so nicht mit SMD-Bauteilen abzugeben und muss weder<br />

nach Display noch nach Sensor suchen – da ebenfalls<br />

bereits bestückt. Nur die die Software muss man in<br />

das R8C/13-Carrierboard fl ashen (das man ja hoffentlich<br />

nicht gleich bei eBay versilbert hat) und das Board dann<br />

auf der Speedmasterplatine einstecken. Nun noch das<br />

Ganze in ein passendes Gehäuse einbauen und fertig.<br />

Bild 3 zeigt die Schaltung des Speedmasters. Die Bedienung<br />

erfolgt über drei Taster. Die untere Zeile des Displays<br />

zeigt deren Bedeutung zwecks einfacher Benutzung<br />

entweder symbolisch oder als Text an. Alle Einstellungen<br />

werden im internen Flash-Speicher des R8C<br />

abgelegt und sind bei einem Neustart verfügbar.<br />

Beim Beschleunigungs-Sensor MMA7260Q handelt es<br />

sich um eine kapazitive Dreiachsen-Ausführung mit umschaltbaren<br />

Messbereichen von 1,5 g über 2 und 4 g<br />

bis zu 6 g. Der zuletzt genannte Wert darf übrigens in<br />

Deutschland bei so genannten Fahrgeschäften nicht<br />

überschritten werden…<br />

Zur Stromversorgung genügen vier AA-Batterien oder<br />

Akkus. Der 3,3-V-Spannungsregler IC2 verträgt allerdings<br />

auch höhere Spannungen, sodass gegen eine Versorgung<br />

aus dem 12-V-Bordnetz eines Fahrzeugs keine Einwände<br />

bestehen. D1 dient als Verpolschutz.<br />

An ST1 stehen die „überfl üssigen“ Port-Pins P14...P17<br />

des R8C zur Verfügung. Mit diesen könnte man bei Bedarf<br />

sogar eine SD-Speicherkarte im SPI-Modus ansteuern<br />

und darauf anfallende Messwerte abspeichern -<br />

5/2007 - elektor<br />

Bild 2. Vorder- und Rückseite der mit LCD und R8C-Modul bestückten Platine des Speedmasters.<br />

55

---

TECHNIK R8C–WETTBEWERB<br />

P14<br />

P15<br />

P16<br />

P17<br />

P00<br />

GND<br />

VCC<br />

P37<br />

MODE<br />

RESET<br />

K1<br />

S1 S2<br />

+3V3<br />

C3<br />

S3<br />

C2<br />

100n<br />

+3V3<br />

VCC VREF<br />

11<br />

P14<br />

P04<br />

27<br />

10<br />

P15<br />

P03<br />

29<br />

9<br />

P16<br />

P02<br />

30<br />

8<br />

32<br />

P17<br />

P00<br />

MOD1<br />

XOUT<br />

IVCC<br />

CNVSS<br />

P12<br />

P13<br />

P01<br />

VSS<br />

19<br />

AN0<br />

24<br />

1<br />

P37<br />

AN1<br />

25<br />

28<br />

MODE<br />

AN2<br />

26<br />

3<br />

RESET<br />

R8C/13<br />

4<br />

XOUT<br />

6<br />

23<br />

2<br />

13<br />

12<br />

31<br />

7<br />

BT1<br />

6V<br />

5<br />

AVSS<br />

21<br />

D1<br />

1N4001<br />

P45<br />

P10<br />

P11<br />

P30<br />

P31<br />

P32<br />

P33<br />

16<br />

15<br />

14<br />

22<br />

20<br />

18<br />

17<br />

39<br />

RS<br />

37<br />

36<br />

31<br />

R/W<br />

E<br />

D4<br />

30<br />

D5<br />

29<br />

D6<br />

28<br />

D7<br />

R5<br />

4k7<br />

IC2<br />

TS2950CT-3.3<br />

C10<br />

100n<br />

1<br />

10<br />

A1+LED<br />

A2+LED<br />

C1+LED<br />

C2+LED<br />

2<br />

R4<br />

20<br />

19<br />

T1<br />

IC1<br />

12<br />

SLP-MD<br />

1<br />

G-SEL1<br />

2<br />

G-SEL2<br />

BC547<br />

C11<br />

100n<br />

VOUT<br />

LCD1<br />

+3V3<br />

LC DISPLAY<br />

C12<br />

CAPIN<br />

C9<br />

1µ<br />

+3V3<br />

3<br />

VIN<br />

CAP1P<br />

21 22<br />

C1<br />

100n<br />

XOUT<br />

15<br />

YOUT<br />

14<br />

ZOUT<br />

13<br />

4<br />

MMA7260QT<br />

24 25 23 40<br />

Bild 3. Gemessen an ihren Fähigkeiten fällt die Schaltung des Speedmasters recht einfach aus.<br />

LC-Display<br />

Print.c Lcd.c<br />

Formatierte<br />

Ausgabe<br />

Flash.c<br />

Menü.c<br />

Menüsteuerung<br />

MEASURE<br />

PARAMETER SERVICE<br />

Parameter<br />

Displaytreiber<br />

Key.c<br />

Keytreiber<br />

3 Bedientasten<br />

LED<br />

Hintergrundbeleuchtung<br />

125ms<br />

Timer.c<br />

Zeitbasis<br />

1 ms<br />

Gemittelte Messwerte<br />

On / Off<br />

50ms<br />

ADC AN0<br />

1ms<br />

ADC<br />

AN1 - 2<br />

Io.c<br />

C8<br />

LED<br />

Messbereich<br />

Power Down<br />

Acc.c<br />

ADC-ISR<br />

Messwerterfassung<br />

AN0 - AN2<br />

(X-Y-Z)<br />

Math.c<br />

Gemittelte<br />

Messwerte<br />

Verrechnung<br />

Beschleunigung<br />

Geschwindigkeit<br />

Weg<br />

Bild 4. Grafi sche Darstellung der Funktion und der Zusammenarbeit der einzelnen Software-Module.<br />

50ms<br />

PSB<br />

RESET<br />

CSB<br />

38<br />

VDD<br />

D0<br />

35<br />

D1<br />

34<br />

D2<br />

D3<br />

33<br />

32<br />

VSS<br />

wenn man die dazu nötige Software<br />

selbst ergänzt. Im Quellcode sind die<br />

Grundlagen hierzu schon gelegt (und<br />

auskommentiert).<br />

Im Display ist eine Boosterschaltung<br />

integriert, die via C8 und C9 eine intern<br />

benötigte höhere Spannung erzeugt.<br />

Der R8C wird übrigens zugunsten<br />

niedriger Stromaufnahme mit 10 MHz<br />

getaktet (Teiler 2 in „system clock control“),<br />

womit die Schaltung im Betrieb<br />

ohne Hintergrundbeleuchtung nur<br />

etwa 6 mA und im Power-down-Mode<br />

lediglich 0,5 mA aufnimmt. Batterieschonend<br />

wirkt sich außerdem aus,<br />

dass die Schaltung - wenn gerade keine<br />

Messung läuft – 60 s nach dem letzten<br />

Tastendruck automatisch in den<br />

Power-down-Mode wechselt.<br />

...zur Software<br />

Der Source-Code des Speedmasters ist<br />

verständlicherweise zu umfangreich,<br />

um ihn hier detailliert zu besprechen<br />

oder sogar komplett abdrucken zu können.<br />

Dafür gibt es einen Download auf<br />

der ELEKTOR-Webseite [1], der C-Dateien<br />

und die Hex-Datei enthält. Die<br />

komplette Firmware des Speedmasters<br />

ist in zehn Module aufgeteilt, deren<br />

Funktion und Zusammenarbeit Bild 4<br />

grafi sch darstellt.<br />

Die Module im Einzelnen:<br />

Speed.c: Hier wird die Funktion<br />

„initHW(void)“ aus dem Modul „ncrt0.<br />

a30“ (NC30 Start-Up-Programm) aufgerufen.<br />

In dieser Funktion erfolgt die Initialisierung<br />

von Systemtakt „IO_set_<br />

clock()“, die Konfi guration der Ein- und<br />

Ausgänge „IO_init()“ und des System-<br />

Timers „TimerX_init()“ bzw. des Tick-<br />

Timers mit einer Zeitbasis von 1 ms.<br />

Timer.c: Hier wird die Zeitbasis von<br />

1 ms für den Tick-Timer via Timers X<br />

erzeugt. Mit „TIMER_get_Ticks(void)“<br />

erhält man die System-Ticks in Millisekunden<br />

seit Systemstart. Mit „TIMER_<br />

OVER_ms(x, y)“ wird überprüft, ob<br />

eine vorgegebene Zeit abgelaufen ist<br />

(Rückgabewert TRUE, sonst FALSE).<br />

Nach jedem Inkrement des Tick-Timers<br />

wird der A/D-Umsetzer getriggert.<br />

Aufgrund der hohen Rechenleistung<br />

des R8C können die drei analogen Sensorsignale<br />

jede Millisekunde eingelesen<br />

und weiterverarbeitet werden.<br />

Acc.c: Die Interrupt-Service-Routine<br />

„ACC_ADC_ISR(void)“ erfasst die Kanäle<br />

AN0-AN2 des A/D-Umsetzers. Der<br />

Start für die Messung von AN0 (X-Achse)<br />

wird von „Timer.c“ getriggert. Nach<br />

56 elektor - 5/2007<br />

26<br />

27<br />

1,5g - 6g, Sleep<br />

X-Y-Z<br />

1k<br />

R1<br />

C4<br />

+3V3<br />

100n<br />

C7<br />

100n<br />

1k<br />

R2<br />

C5<br />

100n<br />

070021 - 11<br />

MMA7260Q<br />

1k<br />

3 Achsen<br />

Beschleunigungssensor<br />

± 1,5 g / 2g / 6g<br />

070021 - 12<br />

R3<br />

C6<br />

100n

---

dv<br />

Die Beschleunigung a =<br />

dt<br />

ist die 1. Ableitung der v,t-Funktion nach der Zeit ( a= v&<br />

) und die<br />

2. Ableitung der s,t-Funktion nach der Zeit (a= && s ).<br />

Aus der Beschleunigung a lassen sich eine Reihe von Messgrößen<br />

ableiten.<br />

t2<br />

Die Geschwindigkeit ist das Zeitintegral von a: v =∫ adt<br />

t1<br />

Der Weg ist das Zeitintegral der Geschwindigkeit v: s vdt<br />

AN0 wird die Messung und Auswertung<br />

für AN1 (Y-Achse) und dann für<br />

AN2 (Z-Achse) gestartet. Die Messung<br />

und Berechnung aller drei Achsen benötigt<br />

nur wenige Mikrosekunden.<br />

Für die Kalibrierung werden 16 Messwerte<br />

gemittelt. Im Messbetrieb werden<br />

je vier Messwerte pro Achse arithmetisch<br />

gemittelt und in Math.c weiter<br />

verrechnet. 4 und 16 sind Zweierpotenzen<br />

– die Mittelungen können so<br />

besonders schnell via Shift-Funktionen<br />

ausgeführt werden.<br />

Math.c: Hier wird mittels der 1-g-Referenz<br />

der Erdbeschleunigung kalibriert<br />

und im Messbetrieb die Berechnung<br />

der Beschleunigungen, der Geschwindigkeit<br />

und der Wegstrecke alle 4 ms<br />

durchgeführt. Die im LC-Display angezeigten<br />

Werte sind über 512 ms arithmetisch<br />

gemittelt.<br />

Lcd.c: Der Display-Treiber steuert das<br />

LCD im 4-bit-Modus an. Die Ausgabe<br />

erfolgt zyklisch alle 125 ms über „LCD_<br />

Berechnungen<br />

5/2007 - elektor<br />

Physikalischer Hintergrund<br />

t2<br />

=∫<br />

t1<br />

Für die Berechnung der Messwerte muss eine konstante Zeitbasis<br />

gewählt werden. Im Speedmaster wurde eine Zeitbasis von 4 ms gewählt.<br />

Für hohe Rechengeschwindigkeit kann man die Shift-Funktionen<br />

des R8C-Mikrocontrollers verwenden. Dies hat den Vorteil, dass<br />

die Berechnungen mit Integer-Variablen und dadurch mit hohem<br />

Tempo erfolgen.<br />

Alle 4 ms wird die Beschleunigung aus vier Messwerten arithmetisch<br />

gemittelt. Aus diesem Wert erfolgt dann die Berechnung der aktuellen<br />

Geschwindigkeit und des bisher zurück gelegten Wegs. Die folgenden<br />

Berechnungen sind in der Datei „Math.c“ enthalten.<br />

TASK()“ aus „main.c“. Die Daten werden<br />

aus dem globalen Array „ucLCD_<br />

Display[48]“ gelesen und direkt an das<br />

LCD ausgegeben.<br />

Menu.c: Die Menüsteuerung verarbeitet<br />

Tastendrücke und übermittelt<br />

darzustellende Daten und Text an das<br />

LC-Display.<br />

Flash.c: Hier stecken die Funktionen<br />

für das Löschen und Schreiben von Daten<br />

im internen Flash-Speicher Block A.<br />

Alle Einstellungen (via Menü) werden<br />

hier abgelegt. Für jede einzelne Änderung<br />

muss der komplette Block gelöscht<br />

und neu mit „tSpeedParam“ beschrieben<br />

werden.<br />

Key.c: Der Tastatur-Treiber wird von der<br />

Menüsteuerung über „Key_get_ID()“<br />

aufgerufen. Als Rückgabewert erhält<br />

man den Tastencode der gedrückten<br />

Taste. Um einen weiteren Tastendruck<br />

auslösen zu können, muss die Taste zuvor<br />

losgelassen werden. Autorepeat ist<br />

Für die Implementierung im Mikrocontroller bedeutet dies, dass die<br />

beiden Integrale mit konstant bleibenden Zeitabschnitten berechnet<br />

werden (Übergang von dt → ∆t).<br />

Daraus ergeben sich<br />

Geschwindigkeit: v= a×∆ t und Weg: s= vt+ a t<br />

1<br />

2 ∆<br />

Bei 3,3 V Betriebsspannung liefert der Beschleunigungs-Sensor im<br />

Messbereich 1,5 g bei 0 g genau 1,65 V. Das entspricht einer Empfi<br />

ndlichkeit von 0,8 V/g. Die Ausgangsspannung beträgt daher<br />

2,45 V bei +1 g und 0,85 V bei -1 g. Zusammen mit der 10-bit-Auflösung<br />

des im R8C integrierten A/D-Umsetzers sind also recht präzise<br />

und driftarme Messungen möglich.<br />

Auch die Kalibrierung mit der kostenlosen 1-g-Referenz der Erdbeschleunigung<br />

ist so präzise möglich.<br />

Geschwindigkeit: v = a * 4 ms<br />

nicht implementiert.<br />

Print.c: Die formatierte Ausgabe von<br />

Zahlen erfolgt als String in einem<br />

Array. Über „sprint_f(char* cStr,<br />

long int liWert, char cKommastellen)“<br />

wird direkt in das Speicherabbild von<br />

„ucLCD_Display[48]“ geschrieben.<br />

„sprintf(...)“ aus der Standard-Library<br />

„stdio.h“ konnte nicht verwendet<br />

werden, da sie sehr viel Flash-Speicher<br />

belegt.<br />

Io.c: Alle 50 ms werden die „g-select“-Eingänge<br />

des Beschleunigungs-<br />

Sensors aktualisiert. Außerdem wird<br />

die LED-Hintergrundbeleuchtung anhand<br />

der Einstellung im Servicemenü<br />

gesteuert.<br />

Bau, Abgleich und Bedienung<br />

Platine und Stückliste sind für den<br />

Selbstbau des Speedmasters hier angegeben,<br />

auch wenn sich das Projekt<br />

Mit Shift Funktion: liSpeed = tMeasure.liAcceleration

---

TECHNIK R8C–WETTBEWERB<br />

Power ON<br />

Bild 5. Die Menüsteuerung des Speedmasters.<br />

mit der fertig bestückten und getesteten<br />

Platine natürlich etwas einfacher<br />

und schneller realisieren lässt: LCD<br />

wie beschrieben einlöten, R8C-Modul<br />

mit Firmware programmieren, R8C-Modul<br />

aufstecken, Schaltung testen und<br />

das Ganze in ein Gehäuse einbauen.<br />

Selbstbestücker müssen beim LCD etwas<br />

aufpassen: Bevor es in die Schaltung<br />

eingesetzt wird, muss die Hintergrundbeleuchtung<br />

mit der Anzeige<br />

verlötet werden. Man darf dabei nicht<br />

Dass die Erdbeschleunigung immer vorhanden ist, macht eine präzise<br />

Kalibrierung sehr einfach – stört aber bei der Messung. Letzteres<br />

macht sich vor allen Dingen dann bemerkbar, wenn sich der Winkel<br />

des Speedmasters zur Horizontalen während einer Messung oder<br />

zwischen zwei Messungen verändert. Beim Ski-Fahren zum Beispiel<br />

dürfte sich die Neigung des Speedmasters oft und nur schlecht repro-<br />

vergessen, die Schutzfolien auf Hintergrundbeleuchtung<br />

sowie Vorder- und<br />

Rückseite des Displays abzuziehen.<br />

Der Abgleich erfolgt menügesteuert<br />

(siehe Bild 5) dergestalt, dass der<br />

Speedmaster (mit Wasserwaage!)<br />

nacheinander so gedreht wird, dass<br />

sich alle drei Achsen auf die 1 g der<br />

Erdbeschleunigung einstellen lassen.<br />

Ein richtig kalibrierter und mit Wasserwaage<br />

ausgerichteter Speedmaster<br />

sollte dann zum Schluss bei der senkrechten<br />

Achse 1 g und bei den beiden<br />

anderen Achsen logischerweise 0 g<br />

anzeigen.<br />

Die Bedienung ist größtenteils selbsterklärend<br />

und lädt zum Testen, Messen<br />

und Experimentieren ein. Viel Spaß auf<br />

der Achterbahn…<br />

Weblink<br />

070021 - 13<br />

[1] www.elektor.de/R8C/index.html<br />

Erdbe schleunigung: Gutes & Schlechtes<br />

duzierbar ändern, so dass die Komponente der Erdbeschleunigung<br />

sich kaum perfekt aus den Messungen extrahieren lässt.<br />

Vielleicht wird ja der eine oder andere Leser von einem Gedankenblitz<br />

getroffen und kann mit einer Idee aufwarten. Möglicherweise<br />

durch Messung und Verrechnung des Neigungswinkels? Aber wie?<br />

58 elektor - 5/2007<br />

(070021)

---

5/2007 - elektor<br />

R3<br />

R2<br />

R1<br />

C1<br />

D<br />

C6<br />

C5<br />

C4<br />

C3<br />

A1<br />

C10<br />

SB1<br />

IC1<br />

IC2<br />

Stückliste<br />

Widerstände:<br />

R1, R2, R3 = 1k<br />

R4 = 10 Ω<br />

R5 = 4k7<br />

C7<br />

C11<br />

Kondensatoren:<br />

C1, C2, C4...C7, C10, C11 = 100 n<br />

R8/13<br />

R4<br />

R5<br />

C12<br />

C9<br />

MB15022007<br />

MB15022007<br />

C2<br />

T4<br />

C8<br />

070021-11<br />

070021-11<br />

C3 = 10 µ<br />

C8,C9 = 1 µ/25 V<br />

C12 = 22 µ/25 V<br />

Halbleiter:<br />

D1 = 1N4001<br />

T1 = BC547C<br />

IC1 = MMA7260QT<br />

IC2 = TS2950CT-3,3 V<br />

MOD1 = R8C/13-Carrierboard<br />

070021-11<br />

070021-11<br />

S3<br />

EA_DOG-M<br />

S2<br />

MB15022007<br />

MB15022007<br />

S1<br />

LCD1<br />

Außerdem:<br />

K1 = 10-polige SIL-Stiftleiste<br />

S1, S2, S3 = Taster<br />

LCD1 = LCD Typ EA DOG-M, dreizeilig, mit<br />

Beleuchtung<br />

32-polige IC-Fassung für MOD1<br />

Platine EPS 070021-91, bestückt (bis auf<br />

MOD1 und K1) und getestet.<br />

BAT<br />

59

---

TECHNIK LED-TREIBER<br />

Man kann es nicht deutlich genug sagen: Eine LED lebt<br />

nur vom Strom allein! Das liegt ganz einfach daran, dass<br />

sie eine nichtlineare Spannungs-/Strom-Kennlinie mit<br />

einem deutlichen „Knick“ bei der farb- bzw. technologieabhängigen<br />

Flussspannung besitzt. Diese „Knick-“ oder<br />

Schwellspannung ist zu allem Übel auch noch exemplar-<br />

und temperaturabhängig. In Bild 1 sind drei gemessene<br />

U/I-Kennlinien weißer Hochleistungsleuchtdioden<br />

(auch High-Brightness- oder HB-LEDs genannt) verschiedener<br />

Hersteller dargestellt. Das könnten aber genau so<br />

gut Kennlinien einer Type bei verschiedenen Exemplaren<br />

oder unterschiedlichen Temperaturen sein. Während bereits<br />

eine geringe Änderung der Spannung eine große<br />

Änderung des LED-Stromes und damit der LED-Helligkeit<br />

bewirkt, hat eine geringe Stromänderung (im normalen<br />

Betriebsbereich) nur eine unwesentliche Änderung der<br />

LED-Helligkeit zur Folge.<br />

Linearer LED-Treiber<br />

Kraft für die<br />

LEDs<br />

Treiberschaltungen für<br />

Hochleistungs-Leuchtdioden<br />

Von Eberhard Haug<br />

Gefragt ist also die Versorgung der LED durch eine solide<br />

Stromquelle. Nur wenn die Versorgungsspannung einigermaßen<br />

konstant ist oder wenn es besonders billig sein<br />

muss, kommt auch eine Spannungsquelle und ein LED-<br />

Seit ein paar Jahren machen LEDs richtig Licht: Im neuen Audi R8 werden „Advanced<br />

Power TopLEDs“ von Osram als Tagfahrlicht eingesetzt (Foto: Audi AG).<br />

Die Abkürzung LED bedeutet zwar schon seit den 60er Jahren „Licht emittierende Diode“,<br />

aber wirklich Licht machen die Leuchtdioden erst seit ein paar Jahren. Damit Hochleistungs-<br />

LEDs Licht unter den verschiedensten Bedingungen abgeben, benötigen sie die passenden<br />

Treiber. Einfache und aufwendige Konzepte stellen wir im Überblick vor.<br />

Vorwiderstand in Frage, welcher den LED-Strom auf den<br />

zulässigen bzw. gewünschten Wert begrenzt.<br />

Als „gute“ LED-Stromquelle (LED-Treiber) genügt oft<br />

bereits ein linearer Spannungsregler, dem man einen<br />

bestimmten ohmschen Widerstand als Last verpasst. In<br />

Bild 2 ist ein linearer LED-Treiber zur Versorgung von<br />

drei HB-LEDs an U B = 12 V gezeigt. Im Unterschied zu<br />

den 3-Pin-Standard-Linearreglern (wie LM317T) besitzt<br />

der MIC29152 [1] zusätzlich einen Enable-Eingang, der<br />

nicht nur zum Ein- und Ausschalten, sondern hervorragend<br />

zum PWM-Dimmen mit einigen hundert Hertz geeignet<br />

ist. Der Pull-Up-Widerstand R2 ist nur nötig, wenn<br />

EN per Kontakt oder Open-Kollektor-Signal angesteuert<br />

wird. Genau so gut lässt sich ein TTL/CMOS-Logik-Signal<br />

verwenden. Dann entfällt R2 natürlich oder wird<br />

statt an +U B an die Logik-Versorgung gelegt.<br />

Der Baustein treibt bei drei LEDs und 12 V Versorgungsspannung<br />

mühelos 350 mA ohne Kühlung. Der LED-Strom<br />

ergibt sich aus I LED = U1/R1 = 1,24 V/3,9 Ω = 318 mA<br />

(„echte“ 350 mA LED-Strom erhält man mit 39 Ω (E12-<br />

Reihe) parallel zu R1 geschaltet). Die linearen Verluste<br />

fallen sowohl am Stromfühlerwiderstand R1 (nämlich ca.<br />

0,5 W) als auch am LDO (Low-Drop-Out-Regler) ab.<br />

Aufgrund der geringen Drop-Spannung (das ist die mini-<br />

60 elektor - 5/2007

---

male Spannung zwischen Ein- und Ausgang, die der LDO<br />

bei einem bestimmten Strom zum zuverlässigen Betrieb<br />

benötigt) kann eine einzelne HB-LED auch an +U B = 5 V<br />

betrieben werden. Andererseits lassen sich mit dieser<br />

Schaltung auch bis zu sieben LEDs in Serie betreiben,<br />

falls die Versorgungsspannung U B auf den maximal zulässigen<br />

Wert von 26 V erhöht wird (die Spannungsfestigkeit<br />

der Kondensatoren ist dann anzupassen!).<br />

Wirkungsgrad<br />

Grundvoraussetzung für die Verwendung eines linearen<br />

LED-Treibers ist, dass die Versorgungsspannung größer als<br />

die LED-Flussspannung ist. Die Differenzspannung multipliziert<br />

mit dem LED-Strom ergibt beim Linear-LED-Treiber<br />

in etwa die „verbratene“ elektrische Leistung (Verluste im<br />

Ansteuer-IC und weiterer parallel geschalteter Elektronik<br />

nicht berücksichtigt, Verluste im Stromfühlerwiderstand<br />

sehr wohl, da in Serie zur LED). Hieraus kann man eine<br />

einfache Beziehung für den Wirkungsgrad ableiten, nämlich<br />

η = U LED /U B . Dies bedeutet, dass eine verhältnismäßig<br />

hohe Versorgungsspannung einen schlechten Wirkungsgrad<br />

nach sich zieht.<br />

Falls die Differenzspannung gering ist, kann man jedoch<br />

leicht einen besseren Wirkungsgrad als mit einem aufwendigeren<br />

getakteten LED-Treiber erzielen, benötigt<br />

dann aber eine LDO-Ausführung, die einerseits wenig<br />

Spannungsspielraum zum Regeln des LED-Stromes benötigt<br />

(die Drop-Out-Spannung liegt normalerweise weit<br />

unter einem Volt) aber andererseits auch mit möglichst<br />

wenig Spannungsabfall (im Bereich von 0,5 V bis unter<br />

0,1 V) am meist vorhandenen Stromfühlerwiderstand<br />

verbunden sein soll.<br />

Als Faustregel kann man sagen: Unter 10 % Spannungsspielraum<br />

(„Head Room“ bzw. LDO-Drop-Spannung) ist<br />

ein linearer LED-Treiber auf jeden Fall interessant, denn<br />

sein Wirkungsgrad liegt dann in der Größenordnung<br />

eines getakteten LED-Treibers, jedoch mit deutlich geringerem<br />

Aufwand, geringeren Kosten und möglicherweise<br />

besseren Eigenschaften. Nicht unerwähnt bleiben soll die<br />

Tatsache, dass lineare LED-Treiber auch keine elektrischen<br />

bzw. elektromagnetischen Störungen erzeugen - solange<br />

sie nicht per PWM gedimmt werden.<br />

LED-Controller<br />

Die Schaltung in Bild 3 ist der von Bild 2 ähnlich. Der verwendete<br />

MIC5190 ist ein LDO-Controller, der nicht selbst<br />

den Ausgangsstrom liefert, sondern über einen Leistungs-<br />

MOSFET T1 eine Leuchtdiode versorgt und so zum LED-<br />

Controller wird. Das erlaubt einerseits einen fast beliebig<br />

großen LED-Strom mit fast beliebig geringem Spannungsabfall<br />

am MOSFET und andererseits kann die HB-LED an<br />

die positive Versorgung angeschlossen werden, womit<br />

bei Bedarf RGB-LEDs mit gemeinsamer Anode verwendet<br />

werden können.<br />

Ein weiterer Unterschied ist die Verlagerung der LED in<br />

die Drain-Leitung des MOSFETs. Hierdurch bleibt für den<br />

N-Kanal-MOSFET ausreichend Gate-Source-Spannung.<br />

Die LED-Stromfühlerspannung beträgt hier nur 0,5 V.<br />

Dementsprechend berechnet sich der LED-Strom zu I LED1 =<br />

0,5 V/R1. Je nach LED-Strom benötigt der MOSFET eine<br />

Kühlung oder nicht.<br />

In diesem Beispiel wird außerdem eine dreikanalige LED-<br />

Treiber-Lösung (z.B. für Hochleistungs-RGB-LEDs) angedeutet.<br />

Die Ansteuerung des zweiten und dritten Kanals mittels<br />

zweier weiterer LDO-Controller ist zur besseren Übersichtlichkeit<br />

nicht gezeigt. Der LED-Strom kann individuell<br />

5/2007 - elektor<br />

ILED [mA]<br />

+12V<br />

+UB<br />

EN<br />

GND<br />

350<br />

300<br />

250<br />

200<br />

150<br />

100<br />

50<br />

0<br />

0 1 2<br />

ULED [V]<br />

3<br />

100k<br />

R2<br />

C2<br />

25V<br />

per R1, R2 und R3 dimensioniert werden, so dass sich<br />

zum Beispiel bei RGB-LEDs ein optimales Weiß ergibt.<br />

Das PWM-Dimmen (bei RGB-LEDs gegebenenfalls die<br />

Farbeinstellung) erfolgt wieder per Enable-Eingang. Auch<br />

hier kann der Pull-Up-Widerstand (R5) entfallen, falls EN1<br />

mit Logik-Pegel angesteuert wird. Dieser LED-Controller<br />

benötigt keine Kondensatoren am Ausgang, so dass<br />

aufgrund der kurzen Reaktionszeiten auch relativ hohe<br />

PWM-Dimm-Frequenzen genutzt werden können.<br />

Die Schaltung nach Bild 3 ist für 5-V-Systeme zur Versorgung<br />

jeweils einer LED ausgelegt. Möchte man mehrere<br />

LEDs in Serie schalten (dann gehen RGB-LEDs mit gemeinsamer<br />

Anode natürlich nicht mehr), kann man einfach die<br />

positivste Anode an eine entsprechend höhere Versorgungsspannung<br />

legen.<br />

Falls man keine Logik-Pegel-MOSFETs hat, benötigt man<br />

eine separate Versorgung für VCC2 (siehe Datenblatt des<br />

MIC5190 [2]).<br />

Getaktete LED-Treiber<br />

2<br />

1<br />

Xlamp 7090<br />

Golden Dragon<br />

Luxeon I<br />

IN<br />

EN<br />

IC1<br />

MIC29152<br />

GND<br />

070013 - 13<br />

LED1<br />

LED3<br />

Getaktete LED-Treiber sind unter zwei Bedingungen fast<br />

zwangsläufi g nötig. Erstens bei einer größeren Differenz<br />

zwischen der Versorgungsspannung und der LED-Gesamt-<br />

3<br />

OUT<br />

ADJ<br />

4<br />

5<br />

350mA<br />

+U1<br />

1V24<br />

3 9<br />

LED2<br />

R1<br />

0W5<br />

4<br />

C1<br />

25V<br />

070013 - 14<br />

Bild 1.<br />

Drei U/I-Kennlinien weißer<br />

Hochleistungsdioden<br />

verschiedener Hersteller.<br />

Während eine geringe<br />

Änderung der Spannung<br />

eine große Änderung des<br />

LED-Stromes (und damit<br />

der LED-Helligkeit) bewirkt,<br />

wirkt sich eine Strom-<br />

Änderung kaum aus.<br />

Bild 2.<br />

Ein linearer LED-Treiber<br />

zur Versorgung von drei<br />

Hochleistungs-LEDs an<br />

12 V (maximale Summen-<br />

Flussspannung 10,5 V). Der<br />

Enable-Eingang lässt sich<br />

sogar zum PWM-Dimmen<br />

mit einigen hundert Hertz<br />

einsetzen.<br />

61

---

TECHNIK LED-TREIBER<br />

+5V<br />

+UB<br />

EN1<br />

GND<br />

+24V<br />

+UB<br />

EN<br />

GND<br />

100k<br />

100k<br />

R5<br />

R5<br />

C2<br />

6<br />

16V<br />

VIN<br />

EN<br />

COMP<br />

5<br />

R4<br />

12k<br />

1 4 7<br />

C2<br />

10n<br />

VCC1<br />

VCC2<br />

IC1<br />

MIC5190<br />

SGND<br />

PGND<br />

3<br />

9<br />

IS 10<br />

OUT<br />

FB<br />

8<br />

2<br />

FB1<br />

0V5<br />

LED1<br />

rot<br />

T1<br />

R1<br />

LED2<br />

fl ussspannung und einem großen LED-Strom. Und zweitens<br />

falls die LED-Gesamtfl ussspannung größer ist als die<br />

zur Verfügung stehende Versorgungsspannung. Im ersten<br />

Fall handelt es sich um Step-Down-LED-Treiber, im zweiten<br />

Fall um Step-Up-LED-Treiber – wer hätte es gedacht! Es<br />

kann aber noch etwas komplexer werden.<br />

Im Unterschied zu einem Step-Down-Spannungswandler<br />

(auch als Buck-Regler bekannt) ist ein Step-Down-LED-Treiber<br />

keine getaktete Spannungsquelle, sondern eine getaktete<br />

Stromquelle. Ähnlich wie beim linearen LED-Treiber<br />

kann man aber auch eine getaktete Spannungsquelle relativ<br />

einfach zur Stromquelle umfunktionieren, indem man<br />

den gewünschten LED-Strom aus der vorhandenen Referenzspannung<br />

U REF von typisch 1,2 V mittels Stromfühlerwiderstand<br />

R S erzeugt. Der LED-Strom ergibt sich dann zu<br />

I LED = U REF /R S .<br />

Der Haken daran ist wiederum die relativ hohe Referenzspannung,<br />

die den Gesamtwirkungsgrad trotz getakteter<br />

Stromquelle schlechter werden lässt. Abhilfe schafft ent-<br />

T2<br />

FB2 FB3<br />

0V5<br />

0V5<br />

R2<br />

LED3<br />

grün blau<br />

070013 - 15<br />

Bild 3. Der hier verwendete Baustein ist ein LDO-Controller, der den Ausgangsstrom<br />

nicht selbst liefert, sondern eine LED über einen Leistungs-MOSFET ansteuert.<br />

siehe Text *<br />

C2<br />

40V<br />

C3<br />

100n<br />

10M<br />

R2<br />

5<br />

4<br />

IN<br />

SHDN<br />

ISET<br />

IC1<br />

MIC4682<br />

3<br />

22k<br />

R1<br />

*<br />

GND<br />

GND<br />

2<br />

GND<br />

6 7<br />

SW<br />

FB<br />

8<br />

1<br />

D1<br />

L1<br />

SB340<br />

10k<br />

1k<br />

R3<br />

R4<br />

T3<br />

R3<br />

C1<br />

* 700mA<br />

40V<br />

070013 - 16<br />

LED3<br />

LED1<br />

Bild 4. Dieser einfache Step-Down-LED-Treiber kann bei 24 V Versorgungsspannung bis<br />

zu drei Hochleistungs-LEDs in Serie versorgen.<br />

*<br />

weder die Verstärkung einer deutlich kleineren Stromfühlerspannung<br />

auf die vorhandene Referenzspannung oder<br />

gleich eine kleinere Referenzspannung. Da inzwischen<br />

immer mehr Step-Down-Spannungswandler für Ausgangsspannungen<br />

unter 1 V angeboten werden, wird man bei<br />

neueren Bausteinen relativ schnell fündig.<br />

Der ausgesprochen einfache und putzige HB-LED-Treiber<br />

MIC4682 (Bild 4) kann bei 24 V Versorgungsspannung<br />

(typisch bei Industrieanlagen) bis zu 3 HB-<br />

LEDs in Serie versorgen. Der Enable-Eingang lässt sich<br />

gegebenenfalls auch mit einem 24-V-Signal oder einem<br />

Kontakt ansteuern, aber genau so gut mit einem Logik-<br />

Pegel. R5 entfällt dann oder wird statt an +U B an die<br />

Logik-Versorgung gelegt.<br />

Je nachdem, ob per PWM gedimmt werden soll oder<br />

nicht, muss man C1 entsprechend dimensionieren. Die<br />

vorgeschlagenen 220 µF werden für eine möglichst geringe<br />

LED-Stromwelligkeit verwendet, wenn nicht gedimmt<br />

wird. Fürs PWM-Dimmen wählt man C1 = 10 µF (Tantal<br />

oder Elko), damit C1 schneller entladen werden kann. Die<br />

Schaltung ist trotz kleinerem C1 stabil, allerdings ist die<br />

Stromwelligkeit (gemessen bei 100 % PWM-Dimm-Tastverhältnis)<br />

etwas größer.<br />

Der Spannungsteiler R3/R4 am Ausgang begrenzt die<br />

Ausgangsspannung im Falle einer LED-Unterbrechung bei<br />

der angegebenen Dimensionierung auf ca. 14 V (Vorsicht<br />

beim Anschließen der LEDs nach dem Einschalten!). R1<br />

bestimmt den LED-Strom und wird aus einem Diagramm<br />

des MIC4682-Datenblatts [3] entnommen. Bei R1 =22 kΩ<br />

beträgt der LED-Strom ca. 700 mA.<br />

Ein Kriterium für die Auswahl des geeigneten getakteten<br />

LED-Treibers ist dessen Schaltfrequenz (liegt im<br />

Bereich von einigen zig Hertz bis mehreren MHz), die<br />

wesentlich die Größe der Spule, umgekehrt aber auch<br />

die erzielbare LED-Stromwelligkeit beeinfl usst. Andererseits<br />

können die dynamischen Verluste bei hohen<br />

Frequenzen je nach Design stark zunehmen und der<br />

erzielbare Wirkungsgrad sinkt.<br />

LEDs am Netz<br />

Ein Extremfall einer Step-Down-LED-Lösung ist der Einsatz<br />

an Netzspannung. Hier gilt es, einen relativ hohen<br />

62 elektor - 5/2007

---

LED-Strom aus einer sehr hohen und stark veränderlichen<br />

Spannung für eine meist sehr geringe LED-Spannung zu<br />

erzeugen. In diesem Fall stellt das extreme PWM-Tastverhältnis<br />

die Herausforderung dar, welches durch die LED-<br />

Flussspannung und die tatsächliche Versorgungsspannung<br />

(meist die gleichgerichtete Netzspannung) bestimmt wird.<br />

Bei einer einzigen weißen LED und 230 V Netzspannung<br />

nebst 15 % Überspannung wäre das Tastverhältnis im<br />

Extremfall ca. 1 %. Das Angebot an geeigneten Wandler-<br />

ICs wird bei solchen Anforderungen schon ziemlich klein.<br />

Ein Vorschlag wie ein Step-Down-LED-Treiber für den<br />

Netzbetrieb aussehen kann, wurde bereits in Elektor unter<br />

der Überschrift „Der ultimative ReLED-Treiber“ beschrieben<br />

[4]. Die grundlegende Idee der Spitzenwert-Steuerung<br />

wurde inzwischen weiterentwickelt und es stehen bereits<br />

einige ICs von verschiedenen Halbleiterherstellern zur Verfügung,<br />

die nach diesem oder einem abgewandelten Prinzip<br />

arbeiten - auch für kleinere Versorgungsspannungen.<br />

Ganz neu sind LEDs, die ohne besondere Treiber direkt<br />

an der Netzwechselspannung betrieben werden können.<br />

Die Vorstellung der Acriche-LEDs von Seoul während<br />

der Electronica 2006 lässt jedenfalls aufhorchen (siehe<br />

Bild 5). Einige andere Firmen wie Lynk Labs sind auf diesem<br />

Gebiet ebenfalls aktiv.<br />

Step-Up-LED-Treiber<br />

Das andere Extrem der Spannungsversorgung ergibt sich<br />

bei sehr kleinen Versorgungsspannungen, meist geliefert<br />

durch Batterien oder Akkus. Dann ist zwangsläufi g ein<br />

Step-Up-LED-Treiber nötig (auch als Boost-Regler bekannt).<br />

Die Zahl der zu treibenden LEDs variiert von einer bis 10<br />

oder noch mehr LEDs in Serie, was eine LED-Gesamtfl ussspannung<br />

von über 30 V bedeutet!<br />

Ein solcher Step-Up-LED-Treiber mit dem Boost-Controller<br />

MIC2196 [5] und zusätzlichem N-Kanal-MOSFET treibt<br />

mühelos eine 6-Chip-OSTAR-LED mit nominal 24 W. Zu<br />

beachten ist, dass bei der verwendeten Boost-Topologie<br />

die Eingangsspannung unterhalb der LED-Flussspannung<br />

liegen muss. Details dieser vielseitigen Schaltung sind in<br />

5/2007 - elektor<br />

der Dokumentation eines verfügbaren Micrel-Evaluation-<br />

Bords [6] beschrieben.<br />

Dabei ist weniger das Spannungsverhältnis, sondern die<br />

geforderte LED-Leistung die Herausforderung an den Entwickler,<br />

denn vor allem bei niedrigen Batteriespannungen<br />

werden die erforderlichen Spitzenströme (im Schalt-MOS-<br />

FET und der Wandler-Spule) entsprechend groß. Deshalb<br />

liegen bei solchen Wandlern die minimalen Versorgungs-<br />

Hersteller<br />

Hersteller von LED-Treibern<br />

(ohne Anspruch auf Vollständigkeit):<br />

www.allegromicro.com<br />

www.analog.com<br />

www.austriamicrosystems.com<br />

www.catsemi.com/<br />

www.fairchildsemi.com<br />

www.infi neon.com<br />

www.intersil.com<br />

www.ixys.com<br />

www.linear.com<br />

www.maxim-ic.com<br />

www.melexis.com<br />

www.micrel.com<br />

www.microchip.com<br />

Fahrrad-Dynamo 6V /3W<br />

D1<br />

SB320<br />

D2<br />

SB320<br />

C1<br />

16V<br />

C2<br />

16V<br />

www.monolithicpower.com<br />

www.national.com<br />

www.nxp.com<br />

www.onsemi.com<br />

www.ricoh.com/LSI/<br />

www.rohm.com<br />

www.semtech.com<br />

www.sipex.com<br />

www.st.com<br />

www.supertex.com<br />

www.ti.com<br />

www.zetex.com<br />

LED3<br />

Rücklicht mit Streuscheibe<br />

(alternativ in Minus-Leitung)<br />

1W-LED<br />

rot<br />

LED2<br />

2x<br />

1W-LED<br />

weiß<br />

LED1<br />

070013 - 28<br />

Frontlicht mit 10 °-Optik<br />

Bild 5.<br />

Die Acriche-LED-Module von<br />

Seoul Semiconductor lassen<br />

sich ohne Transformator<br />

direkt an einer Steckdose<br />

betreiben. Hier eine 2-Watt-<br />

Einzel-LED. Der Hersteller<br />

plant, die Helligkeit von<br />

derzeit 48 lm/W bis zu<br />

80 lm/W im vierten Quartal<br />

2007 und 120 lm/W im Jahr<br />

2008 zu steigern.<br />

Der große Siegeszug der<br />

Hochleistungs-LEDs steht<br />

erst noch bevor. Hier ein<br />

Vorschlag des Autors für eine<br />

dynamobetriebene LED-<br />

Fahrradbeleuchtung [7].<br />

63

---

TECHNIK LED-TREIBER<br />

Bild 6.<br />

Schaltbild eines Step-Up-<br />

LED-Treibers.<br />

Die Z-Diode D3 dient dem<br />

Leerlaufschutz (siehe Text).<br />

spannungen normalerweise bei über 2 V, so dass sie<br />

bei zwei nahezu entladenen Batterien bzw. Akkus noch<br />

zufrieden stellend arbeiten. Step-Up-LED-Treiber für Hochleistungs-LEDs<br />

zum Betrieb mit nur einer Batterie- bzw.<br />

Akku-Zelle (nominal 1,2 V - 1,5 V) sind zwar technisch<br />

machbar, aber nicht unbedingt wirtschaftlich.<br />

Eine andere Tücke bei Step-Up-LED-Treibern ist das Dimmen<br />

per PWM. Über die Vor- und Nachteile des PWM-<br />

Dimmens ließen sich Aufsätze schreiben, deshalb an<br />

dieser Stelle nur der Hinweis, dass die Taktfrequenz eines<br />

Step-Up-LED-Treibers relativ hoch und die Regelzeit relativ<br />

klein sein muss, damit sich ein großer Dimmbereich von<br />

möglichst 0 - 100 % realisieren lässt.<br />

Eine kritische Situation, die es bei Step-Up-Wandlern zu<br />

beherrschen gilt, ist deren Leerlauf. Eine zerstörte LED<br />

führt normalerweise zur Unterbrechung, nur in seltenen<br />

Fällen zu einem Kurzschluss. Als Leerlaufschutz kommen<br />

mehrere Lösungen in Frage. Die einfachste ist eine Z-Diode,<br />

deren Durchbruchspannung über der maximalen<br />

Gesamt-LED-Flussspannung liegt. Der Nachteil ist, dass<br />

die Z-Diode im Leerlauffall den LED-Strom übernehmen<br />

muss und die dabei entstehende Verlustleistung (U Z · I LED )<br />

auf jeden Fall größer ist als die LED-Gesamtverlustleistung.<br />

Sehr viel eleganter ist eine Spannungsbegrenzung wie<br />

bei einem Spannungsregler, die normalerweise einen zusätzlichen<br />

Eingangs-Pin am IC benötigt.<br />

Alternativ kann man auch die Z-Diode direkt auf den<br />

Stromfühler-Feedback-Eingang führen und die Stromfühlerspannung<br />

über einen Widerstand, in dem normalerweise<br />

nur ein kleiner Strom fl ießt. So kann man im LED-<br />

Unterbrechungsfall der Regelschleife eine Überschreitung<br />

des Sollwertes vortäuschen und erspart sich sowohl<br />

unnötige Ausgangsverluste im Leerlauffall als auch einen<br />

extra Pin. Im Schaltbild des auf einem MIC2196 basierenden<br />

Step-Up-LED-Treibers sind diese Tricks bereits verwirklicht,<br />

siehe Bild 6.<br />

Gemischter Betrieb<br />

Außer den beschriebenen reinen Step-Down- und Step-Up-<br />

LED-Treibern gibt es auch Ausführungen, die gemischten<br />

UIN<br />

10V...16V<br />

GND<br />

T1<br />

5<br />

5 6 7 8<br />

BC846<br />

VDD<br />

T2<br />

8<br />

VIN OUTN<br />

7<br />

4<br />

R16<br />

3<br />

1<br />

IC1<br />

EN/UVLO<br />

MIC2196<br />

COMP<br />

CS<br />

FB<br />

4<br />

2<br />

R4<br />

100<br />

1 2 3<br />

Si4850<br />

C3 C1<br />

D2<br />

GND<br />

6<br />

C5<br />

1n<br />

1n<br />

R17<br />

R6 R27<br />

R14 R8 R9<br />

7V5<br />

C7<br />

C8<br />

1k96<br />

10k<br />

1k5<br />

R2<br />

LM4041CY1M3-ADJ<br />

10k<br />

1k8<br />

R1<br />

220 C6<br />

C9<br />

VDD<br />

Betrieb zulassen. Solche LED-Treiber werden z.B. dann<br />

benötigt, wenn die Spannung der vollen Batterie zwar<br />

über der LED-Flussspannung liegt, aber während des Betriebs<br />

nach unterhalb fällt. Technisch basieren solche LED-<br />

Treiber meist auf Sepic-, CUK-, Buck/Boost- und invertierenden<br />

Buck/Boost-Topologien.<br />

Diese LED-Treiber-Topologien verwendet man auch, wenn<br />

die Versorgungsspannung festgelegt ist (wie z.B. im Auto),<br />

die LED-Zahl aber variiert. Als universeller LED-Treiber bietet<br />

sich dann eine solche fl exible aber aufwendige Step-<br />

Up/Step-Down-Lösung an.<br />

Eine weitere Spezies von Step-Up-Schaltungen sind die<br />

Charge-Pump-LED-Treiber, die im Unterschied zu den bereits<br />

beschriebenen getakteten LED-Treibern keine Spule,<br />

dafür aber Kondensatoren benötigen. „Charge-Pump“<br />

bedeutet Ladungspumpe - etwas vereinfacht ausgedrückt<br />

hebt die in den Kondensatoren gespeicherte Ladung<br />

durch geschicktes Umschalten von MOSFET-Schaltern die<br />

Ausgangsspannung an. Meist lassen sich nur Vielfache<br />

der Eingangsspannung realisieren, was auch schon der<br />

Haken an der Sache ist, so kompakt diese Schaltungen<br />

auch ausfallen. Normalerweise ist die LED-Flussspannung<br />

eben kein Vielfaches der Eingangsspannung, deshalb<br />

wird meist ein Linear-LED-Treiber zur Stromregelung nachgeschaltet.<br />

Nun hängt der Wirkungsgrad wieder (indirekt)<br />

von der Eingangsspannung ab, ist aber relativ gut, wenn<br />

die LED-Flussspannung knapp unter einem Vielfachen der<br />

Eingangsspannung liegt. Moderne Charge-Pump-LED-Treiber<br />

schalten sogar automatisch den Multiplikationsfaktor<br />

um, was man an einer stufenförmigen Wirkungsgradkennlinie<br />

sehr schön erkennen kann.<br />

Weblinks<br />

[1] www.micrel.com/_PDF/mic29150.pdf<br />

[2] www.micrel.com/_PDF/mic5190.pdf<br />

[3] www.micrel.com/_PDF/mic4682.pdf<br />

[4] ELEKTOR 1/2004<br />

[5] www.micrel.com/_PDF/mic2196.pdf<br />

[6] www.micrel.com/_PDF/Eval-Board/mic2196_led_eb.pdf<br />

[7] www.led-treiber.de<br />

64 elektor - 5/2007<br />

27k<br />

R11<br />

100p<br />

L1<br />

15k<br />

10m<br />

5<br />

D1<br />

40V<br />

5A<br />

43k<br />

C1<br />

35V<br />

R15<br />

ANALOG_DIM<br />

C2<br />

R10<br />

0 33<br />

0W5<br />

2k7<br />

D3<br />

33V<br />

R3<br />

070013 - 27<br />

LED1<br />

LED2<br />

LED3<br />

LED4<br />

LED5<br />

LED6<br />

(070013-I)<br />

UOUT<br />

17V...30V<br />

RTN

---

SDR-Soundkarten-Tester<br />

Von Burkhard Kainka<br />

Bei der Verwendung der Soundkarte<br />

für die digitale Signalverarbeitung<br />

in der Mess- und Empfangs<strong>technik</strong><br />

hängt die einwandfreie<br />

Funktion maßgeblich von<br />

den Eigenschaften der Soundkarte<br />

ab. Das gilt ganz besonders<br />

für die großartigen SDR-<br />

Programme (Software Defined<br />

Radio), die den PC zu einem<br />

AM/SSB/CW-Empfänger der Luxusklasse<br />

werden lassen – wenn<br />

die Soundkarte mitspielt. Wer<br />

sich für das Thema SDR interessiert<br />

und größeren Frust vermeiden<br />

möchte, muss daher zuerst<br />

einmal feststellen, ob die Soundkarte<br />

des verwendeten PCs dafür<br />

geeignet ist. Es gibt dabei drei<br />

unverzichtbare Bedingungen für<br />

den Erfolg:<br />

1. Es muss sich um eine Soundkarte<br />

mit stereotauglichem<br />

Line-Eingang handeln.<br />

2. Die Karte muss ein Antialiasing-Filter<br />

besitzen.<br />

3. Die Abtastrate muss mindestens<br />

48 kHz betragen und<br />

die Karte muss Signale bis<br />

24 kHz verarbeiten.<br />

Viele Laptops haben nur einen<br />

Mono-Mikrofoneingang,<br />

der teilweise auch noch in<br />

der Bandbreite begrenzt ist.<br />

Da hilft dann nur noch eine<br />

externe USB-Soundkarte.<br />

Die meisten Desktop-PCs verfügen<br />

heute über eine interne<br />

Onboard-Soundkarte. Einige<br />

davon besitzen kein Antialiasing-Filter.<br />

Auch der Versuch,<br />

die Onboard-Karte zu deaktivieren<br />

und eine bessere<br />

Soundkarte einzubauen, ist<br />

oft nicht von Erfolg gekrönt.<br />

In diesem Fall ist ebenfalls<br />

eine externe Soundkarte am<br />

USB angesagt.<br />

Testschaltung<br />

Besser als Rätseln ist ein<br />

Soundkarten-Test, der sich<br />

mit einer ganz kleinen Schaltung<br />

durchführen lässt. Dieser<br />

Soundkarten-Tester hilft<br />

bei der Diagnose und verdeutlicht<br />

zugleich, worauf<br />

es bei einem SDR ankommt.<br />

5/2007 - elektor<br />

BT1<br />

6V<br />

R1<br />

4<br />

R<br />

8<br />

TR<br />

2<br />

IC1<br />

3<br />

OUT DIS<br />

7<br />

NE555<br />

THR<br />

6<br />

CV<br />

Bild 1 zeigt einen kleinen Rechteckgenerator<br />

mit einem Timer-<br />

IC NE555. Am Ausgang steht ein<br />

15-kHz-Signal mit hohem Oberwellenanteil<br />

zur Verfügung. Da<br />

kann die Soundkarte dann beweisen,<br />

dass sie auf die Oberwellen<br />

bei 30 kHz, 45 kHz und so weiter<br />

nicht reagiert. Das Antialiasing-Filter<br />

am Soundkarten-Eingang sollte<br />

nämlich alle Signale über 24 kHz<br />

dämpfen. Die Frequenz des Testgenerators<br />

ist übrigens in gewissen<br />

Grenzen von der Betriebsspannung<br />

abhängig und kann<br />

5<br />

1k5<br />

1<br />

C1<br />

22n<br />

100<br />

R2<br />

470<br />

C2<br />

22n<br />

R3<br />

470<br />

R4<br />

– 45 °<br />

C3<br />

22n<br />

070158 - 11<br />

Bild 1. Die Testschaltung zur Erzeugung eines IQ-Signals.<br />

Bild 2. Test bestanden!<br />

Bild 3. Soundkarte ohne Antialiasing-Filter.<br />

mit einem einstellbaren Netzteil<br />

zwischen etwa 10 und 20 kHz<br />

variiert werden.<br />

Am Ausgang der Testschaltung<br />

befi nden sich zwei RC-Glieder<br />

(Hochpass und Tiefpass) als einfache<br />

Phasenschieber, die auf<br />

der Grundfrequenz von 15 kHz<br />

für eine Phasendifferenz von insgesamt<br />

90 Grad sorgen. Genau<br />

das entspricht der typischen Situation<br />

am Ausgang eines SDR-<br />

Empfangsteils mit IQ-Mischer:<br />

Signale gleicher Frequenz, aber<br />

L<br />

+ 45 °<br />

R<br />

ENTWICKLUNGSTIPP TECHNIK<br />

unterschiedlicher Phasenlage lassen<br />

sich sauber trennen. Für den<br />

Test der Soundkart benötigt man<br />

nicht nur die Testschaltung aus<br />

Bild 1, sondern auch eine geeignete<br />

SDR-Software auf dem<br />

PC. Dafür eignet sich zum Beispiel<br />

das Programm SDRadio<br />

(Download unter http://digilander.libero.it/i2phd/sdradio/).<br />

Wenn alles gut läuft, sieht dann<br />

man auf dem Bildschirm nur<br />

zwei Signale: das Wunschsignal<br />

bei 15 kHz und das schwächere<br />

Spiegelsignal bei -15 kHz<br />

(Bild 2). Die Spiegelsignalunterdrückung<br />

muss nicht besonders<br />

gut sein, weil die Testschaltung<br />

nicht durch hohe Genauigkeit in<br />

der Phase und Amplitude glänzt.<br />

Nur wenn beide Signale gleiche<br />

Pegel zeigen, liegt ein Fehler bei<br />

der Verarbeitung beider Kanäle<br />

vor. Wahrscheinlich handelt es<br />

sich dann um eine Soundkarte<br />

mit Mono-Eingang.<br />

Ein fehlendes Antialiasing-Filter<br />

am Soundkarteneingang verrät<br />

sich durch eine Vielzahl zusätzlicher<br />

Linien (Bild 3). Man kann<br />

leicht ausrechnen, welcher Oberton<br />

auf welcher Alias-Frequenz<br />

erscheint. Das Ergebnis an einem<br />

IQ-Radio wäre grausam: Ein Bereich<br />

von etwa ±100 kHz<br />

würde sich im Hörbereich<br />

überlagern (Brodel, Zisch<br />

und Pfeif).<br />

Theoretisch besteht die Möglichkeit,<br />

dem Empfänger am<br />

Ausgang ein Anti-Aliasing-<br />

Filter zu spendieren, damit<br />

er auch mit Soundkarten<br />

funktioniert, denen ein solches<br />

Filter fehlt. In der Praxis<br />

ist aber die geforderte<br />

Flankensteilheit und die<br />

Symmetrie zwischen beiden<br />

Kanälen nur schwer zu erreichen.<br />

Eine typische Soundkarte<br />

hat einen Tiefpass bei<br />

24 kHz, der bei 27 kHz bereits<br />

eine Dämpfung von ca.<br />

60 dB aufweist. Das ist nur<br />

mit digitalen Filtern zu erzielen.<br />

Eine vergleichbare Analogschaltung<br />

wäre so aufwendig,<br />

dass die Vorteile<br />

der ansonsten einfachen<br />

SDR-Empfänger-Schaltungs<strong>technik</strong><br />

vollständig verloren<br />

gingen.<br />

(070158<br />

65

---

PRAXIS MINIPROJEKT<br />

Magnetometer<br />

Erkennt kleinste mechanische Schwingungen<br />

Der Entwickler des Magnetometers hatte<br />

sich zum Ziel gesetzt, ein einfaches<br />

Sensor-System zu konstruieren, das<br />

auch schwache Erdbewegungen sicher<br />

erkennt. Kaum wahrnehmbare Erdvibrationen<br />

können die Vorboten stärkerer<br />

Erdstöße und Erdbeben sein. In unseren<br />

mitteleuropäischen Regionen sind<br />

Erdstöße und Erdbeben eher selten. Das<br />

System kann jedoch auch andere<br />

Aufgaben übernehmen und vor<br />

Bild 1. Die Signalformen ändern sich abhängig von den Bewegungen eines Magneten in der Nähe des Sensors.<br />

Von Thomas Scarborough<br />

Dieses magnetempfi ndliche<br />

System wurde von einem<br />

ELEKTOR-Leser erdacht, der im<br />

fernen Südafrika beheimatet ist.<br />

Ursprünglich als Erdstoß-<br />

Frühwarnsystem geplant, hat es<br />

sich auch als Alarmanlage für<br />

das Auto und als Einbruchschutz<br />

für Haus und Wohnung bewährt.<br />

Der Bau ist unkompliziert,<br />

spezielle Bauelemente sind nicht<br />

erforderlich.<br />

alltäglicheren Gefahren warnen. Obwohl<br />

die Konstruktion mit einem handelsüblichen<br />

Netztrafo (!) als Magnetsensor<br />

verblüffend einfach gestaltet ist, wird<br />

eine unerwartet hohe Empfi ndlichkeit<br />

erreicht. Erkannt werden bereits kleinste<br />

Schwingungen, hervorgerufen zum<br />

Beispiel durch einen in zwei Kilometer<br />

Entfernung vorbeifahrenden Eisenbahn-<br />

Zug. Vor der Beschreibung des Grundprinzips<br />

sollen noch einige denkbare und<br />

sicher nicht uninteressante Anwendungen<br />

genannt werden:<br />

Diebstahlschutz für wertvolle Geräte:<br />

Ein kleiner Permanentmagnet im<br />

Aktenkoffer oder am Laptop genügt,<br />

66 elektor - 5/2007

---

um Alarm auszulösen, sobald Koffer<br />

oder Laptop ihren Standort<br />

wechseln.<br />

Alarmanlage im Auto:<br />

Wenn das Auto bewegt<br />

wird, ändert sich der<br />

Winkel zur Richtung<br />

des magnetischen<br />

Feldes der<br />

Erde. Die Änderung<br />

wird vom<br />

Magnetometer<br />

erkannt.<br />

Fahrzeug-Näherungssensor:<br />

Kraftfahrzeuge<br />

und Eisenbahnzüge<br />

erkennt das Magnetometer<br />

an den von ihnen<br />

verursachten charakteristischen<br />

Schwingungen.<br />

Extrem empfi ndlicher Sensor für<br />

mechanische Schwingungen: In<br />

näherer Umgebung sind schon<br />

minimale Schwingungen detektierbar.<br />

Magnetempfi ndlicher Sensor: Das<br />

Magnetometer reagiert natürlich auch<br />

auf magnetisierte Objekte in der<br />

5/2007 - elektor<br />

+12V<br />

IC1<br />

2<br />

LM380N<br />

3<br />

12<br />

13<br />

7<br />

4<br />

5<br />

IC3D<br />

13<br />

IC2F<br />

1<br />

12<br />

6<br />

R9<br />

100k<br />

14<br />

C6<br />

IC5<br />

+12V<br />

1<br />

78L12<br />

2<br />

C10<br />

100u<br />

40V<br />

3<br />

C2<br />

1u<br />

16V<br />

100u<br />

16V<br />

C9<br />

2<br />

3<br />

470n<br />

SENSITIVITY<br />

P1<br />

1M<br />

IC2A<br />

1 2<br />

1<br />

IC3A<br />

IC3=TL074<br />

IC2 = 4069U<br />

D11<br />

1N4148<br />

C11 C16<br />

4<br />

C17<br />

IC3<br />

14<br />

IC2<br />

100n 100n<br />

11<br />

100n<br />

7<br />

1<br />

R5<br />

100k<br />

6<br />

5<br />

C13<br />

100u<br />

16V<br />

Umgebung, zum Beispiel auf magnetisierte<br />

Schraubendreher und sogar auf<br />

in der Nähe befi ndliche Disketten.<br />

Katzenklappen-Öffner: Das Feld eines<br />

kleinen Permanentmagneten am<br />

Katzenhalsband genügt, um den<br />

Katzenklappenöffner in Gang zu<br />

setzen.<br />

Konzept<br />

3<br />

R1<br />

470k<br />

IC2B<br />

1<br />

4<br />

C3<br />

470n<br />

IC3B<br />

S1<br />

RESET<br />

7<br />

C14<br />

100u<br />

16V<br />

R6<br />

100k<br />

R8<br />

10R<br />

R11<br />

100k<br />

5<br />

R2<br />

330k<br />

IC2C<br />

1<br />

6<br />

R7<br />

100k<br />

Magneto-sensorische Systeme messen<br />

entweder Absolutwerte magnetischer<br />

Felder, oder sie reagieren auf Magnetfeld-Änderungen.<br />

Das hier beschriebene<br />

Magnetometer gehört der zweiten<br />

Kategorie an.<br />

In Bild 1 ist das Ausgangssignal des<br />

Magnetometers für den Fall wiedergegeben,<br />

dass ein starker Lautsprechermagnet<br />

in 1 m Abstand vom Sensor bewegt<br />

wird. Der Sensor ist ein gebräuchlicher,<br />

handelsüblicher Kleinleistungs-Netztrafo.<br />

Der Magnet wird zuerst in eine<br />

Richtung und danach in die Gegenrichtung<br />

gekippt (bei 0,5 s und 2,5 s).<br />

Anschließend folgen seitliche Hin- und<br />

Herbewegungen (5...5,6 s), und zum<br />

C4<br />

470n<br />

C8<br />

C12<br />

R10<br />

10k 47k<br />

100n<br />

R12<br />

470n<br />

5<br />

6<br />

7<br />

8<br />

V+ 3<br />

9<br />

R3<br />

220k<br />

IC2E<br />

1<br />

8<br />

C5<br />

470n<br />

LED8 12<br />

LED7 13<br />

LED10 10<br />

LED9 11<br />

LED6 14<br />

LED3 17<br />

LED2 18<br />

LED5 15<br />

LED4 16<br />

LED1 1<br />

IN<br />

DIV HI<br />

REF OUT<br />

IC4<br />

LM3914N<br />

REF ADJ<br />

4<br />

MD SEL 9<br />

DIV LO<br />

47k<br />

R13<br />

+12V<br />

2<br />

V-<br />

C1<br />

10u<br />

16V<br />

CENTRE<br />

47k<br />

R4<br />

P2<br />

10k<br />

Schluss wird der Magnet langsam um<br />

seine eigene Achse gedreht. Auffallend<br />

ist hier, dass bereits die Signalform für<br />

die Richtung der Feldänderung charakteristisch<br />

ist.<br />

Angezeigt wird das Messergebnis von<br />

einer handelsüblichen LED-Zeile. Ferner<br />

ist ein Triggerausgang vorhanden, der<br />

ein nachgeschaltetes Alarmsystem<br />

steuern kann. Das Signal an diesem<br />

Ausgang wird aktiv, sobald die LED-<br />

Zeile ihren Anzeigebereich überschreitet.<br />

Schaltung<br />

11<br />

IC2D<br />

1<br />

10<br />

P3<br />

100k<br />

D1<br />

D2<br />

D3<br />

D4<br />

D5<br />

D6<br />

D7<br />

D8<br />

D9<br />

D10<br />

C15<br />

Bild 2. Das Sensor-Signal wird in der Schaltung hoch verstärkt. Eine LED-Zeile macht das verstärkte Signal sichtbar.<br />

100u<br />

16V<br />

9<br />

10<br />

P4<br />

100k<br />

C7<br />

100u<br />

16V<br />

IC3C<br />

050276 - 11<br />

Trigger<br />

8<br />

Das wichtigste und hinsichtlich der<br />

Anwendung überraschendste Bauelement<br />

ist der magnetempfi ndliche Sensor.<br />

Beim Musteraufbau wurde ein Kleintrafo<br />

230 V/12 V, 24 VA zweckentfremdet. Mit<br />

dem genannten Trafo-Typ wurden gute<br />

Ergebnisse erzielt, das Magnetometer<br />

hatte eine sehr hohe Empfi ndlichkeit.<br />

Die Primär- und die Sekundärwicklung<br />

des Trafos waren einfach in Reihe<br />

geschaltet.<br />

Wie aus der Schaltung in Bild 2 hervorgeht,<br />

steuert der Netztrafo als magnet-<br />

67

---

PRAXIS MINIPROJEKT<br />

���<br />

�<br />

���<br />

��<br />

��<br />

���<br />

�<br />

�<br />

��<br />

�<br />

��<br />

��<br />

���<br />

�<br />

empfi ndlicher Sensor die Eingänge eines<br />

Opamp vom Typ LM380 (IC1). Dieser<br />

Opamp ist zwar ein Kleinleistungs-<br />

Endverstärker (Ausgangsleistung 2,5 W),<br />

er eignet sich jedoch gleichermaßen für<br />

den hier beabsichtigten Zweck. Die<br />

Verstärkung ist intern fest auf 50<br />

eingestellt, die Betriebsspannung ist<br />

asymmetrisch, und der Ausgang liegt<br />

ohne externe Gleichspannungseinstellung<br />

auf halber Betriebsspannung.<br />

Das Ausgangssignal des LM380 wird von<br />

einem vierstufi gen Verstärker verstärkt,<br />

der mit vier Invertern eines CMOS-IC<br />

Stückliste<br />

��<br />

��<br />

��<br />

��<br />

Widerstände:<br />

R1 = 470 k<br />

R2 = 330 k<br />

R3 = 220 k<br />

R4,R10,R13 = 47 k<br />

R5,R6,R7,R9,R11 = 100 k<br />

R8 = 10 Ω<br />

R12 = 10 k<br />

P1 = 1 M Trimmpoti<br />

P2 = 10k Trimmpoti<br />

P3, P4 = 100 k Mehrgangpoti<br />

��������<br />

����������� ��<br />

���<br />

���<br />

Kondensatoren:<br />

C1 = 10 µ/16 V stehend<br />

C2 = 1 µ/16 V stehend<br />

C3,C4,C5,C9,C12 = 470 n<br />

C6,C7,C10,C13,C14,C15 = 100 µ/16 V<br />

stehend<br />

��<br />

��<br />

��<br />

�<br />

��<br />

�<br />

�� ��<br />

��<br />

�<br />

��<br />

�� ���<br />

��<br />

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��<br />

���<br />

��<br />

���<br />

��<br />

���<br />

��<br />

���<br />

���<br />

���<br />

Bild 3. Der Aufwand für die Platinenbestückung ist gering.<br />

���<br />

�<br />

���<br />

���<br />

des Typs 4069UB aufgebaut ist (IC2A, B,<br />

C und E). Wichtig ist hier, dass die<br />

Ausführung des 4069 verwendet wird,<br />

deren Ausgänge nicht gepuffert sind.<br />

Ungepufferte CMOS-Inverter verstärken<br />

analoge Signale, wenn der Eingang über<br />

einen hochohmigen Widerstand mit dem<br />

Ausgang verbunden wird. Die zwischen<br />

den vier Stufen liegenden RC-Tiefpässe<br />

(R5/C3, R6/C4 und R7/C5) dämpfen<br />

höherfrequente Signalanteile. Mit den<br />

vier als analoge Verstärker geschalteten<br />

Invertern wird eine sehr hohe Signalverstärkung<br />

erzielt. Die zwischengeschalte-<br />

�<br />

ten RC-Tiefpässe unterdrücken zusammen<br />

mit zwei weiteren, darauf folgenden<br />

Tiefpässen die Signalanteile, deren<br />

Frequenzen oberhalb von etwa 20 Hz<br />

liegen. Dadurch werden insbesondere<br />

die Störsignale unterdrückt, die von<br />

umgebenden Netzspannungsleitungen<br />

einstrahlen.<br />

Auch der fünfte Inverter (IC2D) trägt zur<br />

Gesamtverstärkung bei, seine Gleichspannungseinstellung<br />

wird jedoch von<br />

Spannungsteiler R4, P2 und P3 bestimmt.<br />

Nach dem Tiefpass R9/C9 gelangt das<br />

von Opamp IC3A gepufferte Signal zu<br />

dem aus D11 und C13 bestehenden<br />

Einweg-Spitzengleichrichter. Die vom<br />

folgenden Opamp IC3B gepufferte<br />

Gleichspannung steuert die LED-<br />

Balkenanzeige. Der Spitzengleichrichter<br />

hat eine „Peak hold“-Funktion, so dass<br />

die LED-Balkenanzeige den höchsten<br />

gemessenen Wert festhält. Mit S1 wird<br />

die Balkenanzeige zurückgesetzt.<br />

Braucht man die Hold-Funktion nicht,<br />

ersetzt man D11 durch eine Drahtbrücke,<br />

C1 und S1 entfallen dann. Die Anzeige<br />

folgt dann unmittelbar den<br />

Signaländerungen.<br />

Das gleichgerichtete Signal wird über<br />

Puffer IC3B und den letzten RC-Tiefpass<br />

R11/C12 dem Eingang des LM3914 (IC4)<br />

zugeführt. Dieses IC steuert eine<br />

10-stellige LED-Balkenanzeige (D1...D10).<br />

Die Bezugsspannung des ICs ist so<br />

eingestellt, dass bei mittlerer Signalintensität<br />

D5 aufl euchtet. LED D10 signalisiert<br />

Betriebsbereitschaft.<br />

Mit IC3C ist ein Schaltausgang realisiert,<br />

der beispielsweise ein Alarmsystem<br />

steuert. Die Schaltschwelle, bei der das<br />

Ausgangssignal umschaltet, lässt sich mit<br />

P4 einstellen.<br />

Für die Betriebsspannung sorgt ein 12-V-<br />

Spannungsregler (IC5), der auch die<br />

50-Hz-Restwelligkeit reduziert, die bei<br />

der hohen Messverstärkung sicher stören<br />

würde. Die Eingangsgleichspannung<br />

(15...20 V, ca. 50 mA) kann ein kleines<br />

Steckernetzteil liefern.<br />

Aufbau und Einstellung<br />

Mit einer Platine, die nach dem in Bild 3<br />

wiedergegebenen Layout angefertigt<br />

wird, ist der Aufbau recht einfach. Für<br />

den LM380 (IC1) wird die 8-Pin-Version<br />

verwendet. Wichtig ist ferner, dass die<br />

Schaltung mit der ungepufferten Ausführung<br />

des 4069 (Typenbezeichnung:<br />

4069UB) bestückt wird. Mit der gepufferten<br />

Ausführung des 4069 arbeitet die<br />

Schaltung nicht! Die ICs werden in<br />

Fassungen eingesetzt, das vereinfacht<br />

Fehlersuche und Austausch. Sämtliche<br />

Widerstände müssen stehend montiert<br />

68 elektor - 5/2007<br />

���<br />

���<br />

C8,C11,C16,C17 = 100 n<br />

Halbleiter:<br />

D1...D4,D6...D10 = LED, 3 mm rot<br />

D5 = LED, 3 mm grün<br />

D11 = 1N4148<br />

IC1 = LM380N-8<br />

IC2 = 4069UB (Ausgänge nicht gepuffert!)<br />

IC3 = TL072CN<br />

IC4 = LM3914N<br />

IC5 = 78L12<br />

Außerdem:<br />

S1 = Drucktaster mit Arbeitskontakt<br />

L1 = Große Induktivität, z.B. Netztrafo<br />

230 V/12 V, 24 VA<br />

Platine 050276-1, erhältlich via „ThePCB-<br />

Shop“ (siehe www.elektor.de)<br />

��<br />

��<br />

��<br />

��<br />

��<br />

��<br />

��<br />

��

---

werden. Reset-Taster S1 wird über kurze,<br />

fl exible Leitungen mit der Platine<br />

verbunden.<br />

Als magnetempfi ndlicher Sensor ist<br />

praktisch jeder kleine Netztrafo<br />

geeignet. Wie schon erwähnt, werden<br />

sämtliche Trafowicklungen in Reihe<br />

geschaltet. Die Anschlusspolung der<br />

einzelnen Wicklungen muss unbedingt<br />

gleich sein (gleichphasige Reihenschaltung),<br />

anderenfalls wird das Signal<br />

abgeschwächt. Der Trafo wird über<br />

kurze Leitungen mit den Eingängen von<br />

IC1 verbunden. Zu den Einstellungen:<br />

P1 (Empfi ndlichkeit) und P2 (Anzeige-<br />

Mitte) werden in Mittelstellung gebracht.<br />

P3 wird so eingestellt, dass die<br />

mittlere LED (D5) der LED-Zeile<br />

aufl euchtet. Mit P2 kann die Anzeige-<br />

Mitte fein eingestellt werden. Bei der<br />

hohen Empfi ndlichkeit kann die<br />

Mitteneinstellung geringfügig wandern.<br />

Wenn die Empfi ndlichkeit mit P1 auf<br />

niedrige Werte eingestellt ist, muss eine<br />

stabile, nur wenig driftende Anzeige<br />

möglich sein.<br />

Zum Schluss ist noch mit P4 die Schaltschwelle<br />

des Schaltausgangs einzustellen.<br />

Die Einstellung ist nicht kritisch, der<br />

5/2007 - elektor<br />

Ausgang muss beim<br />

Aufl euchten und<br />

Verlöschen von LED D1<br />

möglichst sofort<br />

umschalten.<br />

Tipps für die Praxis<br />

Bei den möglichen Anwendungen<br />

des Magnetometers<br />

sind der Phantasie kaum<br />

Grenzen gesetzt. Bei eigenen<br />

Versuchen sollen sich möglichst<br />

keine metallischen oder magnetischen<br />

Gegenstände in der Nähe<br />

befi nden, da sie die Funktion des<br />

Magnetometers stören könnten.<br />

Ein unkonventioneller Seismograf<br />

entsteht, wenn ein ausgebauter Lautsprechermagnet<br />

mit einer langen Schnur<br />

an der Zimmerdecke aufgehängt wird<br />

und in kurzem Abstand über dem<br />

Sensor-Trafo schwebt. Hierbei ist P1 so<br />

einzustellen, dass auf der LED-Zeile<br />

noch keine LED aufl euchtet. Ein<br />

Schwingungsalarm, der auf vorbeifahrende<br />

Fahrzeuge reagiert, lässt sich<br />

ebenso leicht realisieren. Ein Magnet<br />

wird an der Schmalseite eines möglichst<br />

F R Ä S E N S C H N E I D E N P L O T T E N<br />

CUT 2000 CUT 4000<br />

Bild 4. Ein<br />

kleiner Netztrafo mit in<br />

Reihe geschalteten Wicklungen dient als<br />

Sensor, der auf Magnetfeldänderungen reagiert.<br />

langen Lineals angebracht, die andere<br />

Schmalseite wird an der Unterseite einer<br />

möglichst massiven Platte befestigt. Der<br />

Sensor-Trafo wird in kurzem Abstand<br />

unter dem Magneten positioniert. Es ist<br />

wirklich erstaunlich, dass die schwachen<br />

Schwingungen mit dieser ebenso<br />

unkonventionellen wie unkomplizierten<br />

Konstruktion erkannt werden können.<br />

CUT 2000<br />

CNC-Fräsmaschine<br />

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69

---

PRAXIS WORKSHOP<br />

Grad ohne Dra<br />

Funkthermometer am PC<br />

Von Jeroen Domburg & Thijs Beckers<br />

Bild 1. Das Innenleben des ferngesteuerten Schalters - aber noch mit zu<br />

vielen Bauteilen.<br />

Die drohende Klimakatastrophe hat uns ein neues Hobby<br />

beschert: die Meteorologie. Denn wie ist es sonst zu<br />

erklären, dass leistungsfähige Wetterstationen heutzutage<br />

fast überall zu Niedrigpreisen erhältlich sind! Ob drinnen<br />

oder draußen: Auf mehr oder weniger sinnreich gestalteten<br />

Displays lassen sich die vom Sensor übermittelten<br />

Temperaturwerte bequem ablesen. Oft ist sogar ein<br />

Speicher eingebaut.<br />

Drahtlos<br />

Mussten sich die Verbindungskabel zu den Sensoren vor<br />

ein paar Jahren noch durch enge Fensterritzen quetschen,<br />

so zählt heute die Funkverbindung zum technischen<br />

Standard. Die Sensor-Einheiten solcher Funkthermometer<br />

lassen sich für eigene Zwecke umfunktionieren, ohne dass<br />

sie geöffnet werden müssen, was natürlich einen Verfall<br />

ihrer Garantie zur Folge hätte.<br />

Die Sender arbeiten nämlich fast ausnahmslos auf dem<br />

433-MHz-Band, und es ist recht einfach, einen preiswerten<br />

433-MHz-Empfänger aufzutreiben: Er befi ndet<br />

sich in ferngesteuerten Ein-Aus-Schaltern (Bild 1) und ist<br />

damit wesentlich günstiger als ein reines 433-MHz-<br />

Empfangsmodul aus dem Elektronikhandel. Der Rest ist,<br />

Bild 2. Der HF-Empfänger benötigt nicht viel Raum auf der Platine: Die<br />

gezeigten Bauteile und das SMD-IC auf der Unterseite genügen vollauf.<br />

Funk-Wetterstationen sind so preiswert wie noch nie. Aus einem drahtlosen Sensor und dem<br />

Empfänger einer billigen Funkfernbedienung konstruieren wir diesmal ein PC-gestütztes<br />

System zur Temperatur-Erfassung, -Anzeige und -Speicherung.<br />

rein theoretisch betrachtet, recht einfach: Eine Verbindung<br />

zwischen Empfänger und Computer sorgt zusammen mit<br />

einer geeigneten Software für die Speicherung der<br />

erfassten Werte in einer Datenbank.<br />

Doch wie so oft hat uns die Praxis auch in diesem Fall<br />

noch einige Hindernisse in den Weg gelegt: Das Übermittlungsprotokoll<br />

der Temperaturdaten im 433-MHz-<br />

Bereich unterliegt keinem Standard und leider auch keiner<br />

Dokumentationspfl icht.<br />

Doch keine Sorge: Falls das Protokoll des verwendeten<br />

Senders noch von niemandem dekodiert wurde, bleibt<br />

uns immer noch das Reverse Engineering zum Knacken<br />

des Datenübertragungscodes.<br />

Verkehrt herum<br />

Zum Reverse Engineering benötigen wir zwei Dinge:<br />

Einen Empfänger und ein Gerät zum Sichtbarmachen der<br />

Signale. Was den Empfänger anbetrifft: Ein fertig<br />

gekauftes Exemplar wäre natürlich wunderbar, doch zum<br />

Reverse Engineering passt der Receiver eines per Funk<br />

steuerbaren Ein-/Ausschalters wesentlich besser.<br />

Beim Ausschlachten und Zweckentfremden einer bestehenden<br />

Einheit ist es nicht selten hilfreich, die Gedankengänge<br />

des Geräteentwicklers nachzuvollziehen. Manche<br />

70 elektor - 5/2007

---

ht<br />

Bild 3. Der erste Prototyp des Empfängers. Auf der Basisstation sehen<br />

wir zur Kontrolle die gesendeten Temperaturwerte.<br />

Geräte, seien sie auch noch so einfach, sind so genial<br />

konstruiert, dass man in Gedanken den Hut vor ihren<br />

Erbauern ziehen möchte, während sich die schludrige<br />

und schlampige Verarbeitung anderer „Meisterwerke”<br />

moderner Massenfertigung wiederum oft nur als steter<br />

Quell von Frust und Ärger erweist. So ist es zum Beispiel<br />

nicht ungewöhnlich, dass in einem Funk-Schalter verschiedene<br />

Bauteile gleichzeitig vom Netzteil und vom Empfänger<br />

genutzt werden.<br />

Das „Auseinanderklamüsern” des ferngesteuerten<br />

Schalters ist in unserem Falle nicht besonders schwer: Ein<br />

paar Kondensatoren und Widerstände zur Umwandlung<br />

der 230 V aus der Steckdose in eine niedrigere Versorgungsspannung,<br />

ein HF-Empfänger, eine spezieller Chip<br />

zum Dekodieren der empfangenen Impulse sowie ein<br />

Transistor mit Relais zum Schalten der Spannung.<br />

Das Freilegen des Empfängers ist einfach, wenn man<br />

alles, was nach eigenem Dafürhalten nicht dazugehört,<br />

entfernt (Bild 2). Doch Vorsicht: In unserem Exemplar<br />

war, von uns unbemerkt, eine Art Stabilisator-Zenerdiode<br />

über die Versorgungsspannung des Empfängers geschaltet.<br />

Diese Tatsache wurde beim Einschalten des Labornetzteils<br />

durch übelriechende Dämpfe quittiert! Die Spannung<br />

des Netzteils war dummerweise ein wenig höher als die<br />

Durchbruchspannung der Diode.<br />

Schade: Wenn die Diode heil geblieben wäre, hätte uns<br />

ihr Aufdruck die vom Empfänger benötigte Versorgungsspannung<br />

verraten. Bleibt die Frage, warum der Hersteller<br />

nicht gleich einen Stabilisator des Typs 7805 eingesetzt<br />

hat.<br />

Mit dem Ausschlachten des Empfängers im ferngesteuerten<br />

Ein-Ausschalter wäre die erste der schon erwähnten<br />

Hürden genommen. Er liefert uns das vom Temperatursender<br />

ausgestrahlte Signal. Als nächstes muss das Signal<br />

5/2007 - elektor<br />

Über den Autor:<br />

Jeroen Domburg studiert Elektro<strong>technik</strong> an der „Saxion Hogeschool“ in Enschede.<br />

Als begeisterter Hobby-Elektroniker interessiert er sich besonders für<br />

Mikrocontroller und Computer.<br />

In dieser Rubrik gibt er Einblicke in sein Bastlerleben und zeigt trickreiche Modifi<br />

kationen und interessante Lösungen. Schönheitspreise kann Jeroen Domburg<br />

mit dieser Art Elektronik eher nicht gewinnen, aber das interessiert ihn<br />

auch nicht. Solange die Schaltung tut, was sie soll und Ihnen als Leser eine<br />

Anregung bietet, hat sich die Sache für ihn gelohnt.<br />

ANT<br />

ANT OUT<br />

Receiver<br />

RF<br />

noch dekodiert werden. Normalerweise wäre ein<br />

Oszilloskop dazu recht gut geeignet, doch das Temperatursignal<br />

wird meist nur einmal pro Minute gesendet.<br />

Ohne ein Speicheroszilloskop wird das Betrachten des<br />

Signals recht zeitaufwändig. Um es kurz zu machen,<br />

wollen wir uns daher lieber gleich mit der Schaltung<br />

beschäftigen, in der ein ATTiny2313 mit einem PC in<br />

serieller Verbindung steht (Bild 3).<br />

Hardware & Software<br />

C1<br />

C2<br />

22p<br />

19<br />

PB7<br />

RESET<br />

1<br />

18<br />

17<br />

PB6<br />

PB5<br />

IC1<br />

PD0<br />

2<br />

16<br />

PB4<br />

PD1<br />

3<br />

ATTiny2313<br />

6<br />

PD2 PB3<br />

15<br />

7<br />

PD3<br />

14<br />

PB2<br />

8<br />

PD4<br />

PB1<br />

13<br />

9<br />

PD5<br />

PB0<br />

12<br />

C3<br />

22p<br />

XO<br />

4<br />

X1<br />

20MHz<br />

+5V<br />

20<br />

XI<br />

5<br />

C4<br />

22p<br />

Bild 4 zeigt den Schaltplan: Die angegebene Versorgungsspannung<br />

von 5 V für den Empfänger muss<br />

gegebenenfalls angepasst werden. Der AVR lässt sich mit<br />

einer Spannung zwischen ungefähr 3 und 6 V betreiben.<br />

Wenn sich die Versorgungsspannung in diesem Bereich<br />

befi ndet, muss nichts an der Schaltung verändert werden.<br />

Wenn der Empfänger zum Beispiel eine Versorgungsspannung<br />

von 12 V benötigt, so sind zwei Versorgungsspannungen<br />

erforderlich. Im Signalweg zwischen Empfänger<br />

und AVR muss in diesem Falle ein Widerstand von 10 k<br />

eingesetzt werden. Die 12-V-Spannung gelangt dann über<br />

den Widerstand und die ESD-Dioden in den AVR. Die<br />

Signale werden im AVR verarbeitet und über die RS232-<br />

Verbindung zum PC geleitet. Dort kann ihre Codierung<br />

einer näheren Betrachtung unterzogen werden. Für den<br />

AVR gibt es ein einfaches Assemblerprogramm, das<br />

während des Empfangs eines Impulspaketes die zwischen<br />

den Signalfl anken liegenden Zeiten im RAM des AVR<br />

speichert. Am Ende des Impulspaketes wird der Code<br />

über den seriellen Port verschickt. Auf diese Weise fi ndet<br />

man schnell das verwendete Timing einschließlich der<br />

Bitcodierung heraus.<br />

10<br />

R1<br />

10k<br />

J1<br />

J2<br />

J3<br />

1k<br />

R2<br />

T1<br />

BC550<br />

1<br />

DSR 6<br />

RXD 2<br />

RTS 7<br />

3<br />

CTS 8<br />

DTR 4<br />

9<br />

GND 5<br />

SUB D9<br />

070112 - 11<br />

Bild 4. Auch in dieser Schaltung spielt ein Mikrocontroller wieder die<br />

Hauptrolle.<br />

71

---

PRAXIS WORKSHOP<br />

H L H H L H L H H H<br />

1 0 1 1 0 1 0 1 1 1<br />

Untersuchungen<br />

Bei beiden getesteten Temperatursensoren entsprach die<br />

Länge eines gesendeten Impulses einem Bit - aber hier<br />

hört der Vergleich bereits auf. Bei einem Sensor wird ein<br />

kurzer, positiver Puls (hoher Pegel) als „1” interpretiert.<br />

Bei einem anderen Sensor wird dieses Zeichen als „0”<br />

erkannt. Eine „1” entspricht hier einer langen Pause<br />

(niedriger Pegel). Dies alles konnte recht einfach mittels<br />

der ausgegebenen AVR-Daten festgestellt werden.<br />

Bei einer konstanten Länge der hohen Pulse ist anzunehmen,<br />

dass die Daten in den niedrigen Pulsen codiert sind<br />

und umgekehrt (Bild 5).<br />

Die niedrigen Pulse repräsentieren dann lange und kurze<br />

Pulse, denen wiederum die Bedeutung von 0 und 1<br />

zukommt.<br />

Die Temperatur wird dabei in Zehntel Grad angegeben<br />

und um den Wert 50 erhöht (so dass auch Zehntelgrade<br />

und leicht negative Werte als positive Ganzzahl codiert<br />

werden können). Die dem Wert „727“ entsprechende<br />

Temperatur ist dann beispielsweise:<br />

( )− 50 = 22, 7 °C<br />

727<br />

10<br />

727<br />

070112 - 13<br />

Bild 5. Die Codierung des HF-Signals. Nach ein wenig „Gehirnakrobatik”<br />

lässt sich daraus die Temperatur herleiten.<br />

Auch wenn diese Codierung recht sinnvoll erscheinen<br />

mag, wird sie nicht von allen Herstellern verwendet. Oft<br />

variiert die Länge der Pulse mit hohem und niedrigem<br />

Pegel.<br />

Ist der Unterschied zwischen langen und kurzen Impulsen<br />

erst einmal bekannt, so kann die Bedeutung des gesamten<br />

Impulspaketes ermittelt werden. Dabei wird versucht,<br />

einen Zusammenhang zwischen der von der Basisstation<br />

angezeigten Temperatur und der vom AVR angezeigten<br />

Bitfolge zu fi nden. Mit ein bisschen Glück ist die richtige<br />

Temperatur, die sich in einem Haufen von Einsen und<br />

Nullen verbirgt, leicht zu erkennen. Schlimmstenfalls<br />

dauert es etwas länger, aber unmöglich ist es nicht.<br />

Auch die Codierung der Temperatur innerhalb der<br />

dekodierten Binärwerte ist nicht standardisiert. Einige<br />

Sensoren verwenden zur Angabe der Zehntel-Grad-<br />

Celsius eine 12-bit-Binärzahl, andere wiederum codieren<br />

jede einzelne Ziffer als 4-bit-Binärzahl. Auch negative<br />

Zahlen können unterschiedlich codiert sein: Manchmal<br />

Bild 6. Dieser Sender sieht seinem Einsatz entgegen.<br />

durch ein zusätzliches Bit, manchmal durch die Bildung<br />

des Zweierkomplementes und manchmal durch einen<br />

rechnerischen Offset wie oben.<br />

Wie auch immer: Ist der Code erst mal entschlüsselt, so ist<br />

der Rest nur noch eine Frage weniger, einfacher Programmzeilen<br />

zur Umsetzung des Ganzen in lesbare<br />

Werte, die nun auf die Reise über die serielle Verbindung<br />

geschickt werden.<br />

Weitere Sensoren<br />

Bei Verwendung mehrerer Sensoren genügen die bisher<br />

beschriebenen Mittel jedoch nicht mehr: Schließlich muss<br />

dann auch erkannt werden, welche Daten von welchem<br />

Sensor kommen.<br />

Sensoren verschiedener Hersteller lassen sich hierbei<br />

anhand ihrer unterschiedlichen Codierung identifi zieren -<br />

doch wie sieht es bei Sensoren derselben Marke aus?<br />

Hier waren es die Hersteller selbst, die bereits vor langer<br />

Zeit zwei Lösungen für dieses Problem gefunden haben.<br />

Bei der ersten Lösung handelt es sich um einen einstellbaren<br />

„Kanal”-Schalter im Sensor, dessen Codierung mit<br />

dem Datenstrom übertragen wird.<br />

Im zweiten Fall wird diese Kanalcodierung beim Einschalten<br />

vom Sensor selbst per Zufall erzeugt und mit übertragen.<br />

Die Wahrscheinlichkeit, dass zwei Sensoren die<br />

gleiche Kennung erzeugen, ist gleich Null.<br />

Neben der Temperatur und der ID senden einige alte<br />

Sensoren auch noch eine zusätzliche Prüfsumme, so dass<br />

der Empfänger feststellen kann, ob das Signal auch gut<br />

ankommt.<br />

Unser AVR nutzt dieses Verfahren jedoch nicht, da schon<br />

auf einem niedrigeren Niveau eine Prüfung auf Fehler<br />

erfolgt. Überschreitet die Länge der Pulse ein Maximum<br />

oder Minimum, so wird das empfangene Signalpaket<br />

zurückgewiesen. Auf diese Weise lassen sich die meisten<br />

der vorkommenden Fehler vermeiden und das Prüfsummenverfahren<br />

ist überfl üssig.<br />

Selbst programmieren<br />

Für zwei Sensoren von Conrad Electronic wurde von uns<br />

bereits Code implementiert: KW9010 und WS7050<br />

(Bild 6). Bei Verwendung anderer Sensoren muss der<br />

Code erst geschrieben werden. Das ist recht einfach,<br />

wenn man die AVR-Assemblersprache beherrscht. Das<br />

72 elektor - 5/2007

---

Bild 7. Die Daten des AVR: Jedes Mal, wenn der Sensor ein Signal aussendet,<br />

erscheint eine Zeile mit der Sensor-ID und den gemessenen<br />

Werten.<br />

entsprechende Framework ist bereits vorhanden (siehe<br />

unten). Die ersten Schritte des Prozesses werden durch<br />

einige Jumper vereinfacht. J3 sorgt dafür, dass die Länge<br />

der Pulse bei jedem empfangenen Pulspaket als hexadezimale<br />

Zahlen über den seriellen Port weitergegeben wird.<br />

Mittels J2 kann der AVR versuchen, die Zeiten selbst zu<br />

interpretieren.<br />

Er entscheidet dann selbständig, ob die Informationen<br />

durch die hohen oder niedrigen Pulse repräsentiert<br />

werden und erzeugt dann eine Zeile mit einer Anzahl von<br />

„s” für kurze Pulse (short) und „l” für lange Pulse (long).<br />

Die Interpretation dieser Zeichenfolge bleibt dann dem<br />

Programmierer überlassen.<br />

Zuerst muss der AVR hierzu die Grenzen der Pulslängen<br />

hoher und niedriger Pulse sowie die Anzahl der Pulse<br />

herausfi nden. Durch das Ergebnis wird dann festgelegt,<br />

welche Protokoll-Dekodier-Routine verwendet werden<br />

muss. Anschließend muss die Routine geschrieben<br />

werden. Dazu existieren bereits eine Anzahl bestehender<br />

Subroutinen, durch die die Arbeit etwas vereinfacht wird.<br />

In den einzelnen Implementierungen fi nden Sie weitere<br />

Informationen. Während der Testphase kann sich J1 als<br />

nützlich erweisen. Normalerweise unterdrückt der AVR<br />

die Debugging-Informationen für jede erkannte Pulsreihe.<br />

Ein Jumper auf J1 bewirkt jedoch, dass diese Informationen<br />

angezeigt werden.<br />

Weiter zum PC<br />

Da die Datenverarbeitung ausschließlich im AVR geschieht,<br />

sind die zum PC gesendeten Daten recht einfach<br />

strukturiert. Der COM-Port muss auf 115.200 Baud<br />

eingestellt werden (keine Parität, acht Datenbits und ein<br />

Stopbit). Die über die Schnittstelle gesendeten Zeilen<br />

können dann ungefähr wie folgt aussehen:<br />

ssss: tt.t<br />

„s” ist die einmalige hexadezimale ID des Sensors und „t”<br />

entspricht der vom betreffenden Sensor gemessenen<br />

Temperatur in Grad Celsius. Mit einem einfachen Script<br />

oder Programm, das den seriellen Port überwacht,<br />

können diese Gegebenheiten angezeigt werden (Bild 7).<br />

Mit diesen Daten lassen sich dann wieder hübsche und<br />

informative Grafi ken erzeugen (Bild 8).<br />

Noch etwas zur Verbindung zum Computer: Da es sich<br />

5/2007 - elektor<br />

Bild 8. Die gemessenen Temperaturen können auf einfache Weise dargestellt<br />

werden. Die Grafi k zeigt die Zimmer- (violett) und die Kühlschranktemperatur<br />

(orange).<br />

um eine TxD-Verbindung handelt, wurde hier ein einzelner<br />

Transistor verwendet, um das Signal des µC in ein RS232kompatibles<br />

Signal umzuwandeln. Diese Methode<br />

funktioniert bei den meisten seriellen Ports recht gut.<br />

Einige Ports sind dagegen etwas kritischer, was die<br />

Signale anbetrifft. In diesem Fall kann die Schaltung um<br />

R1, R2 und T1 durch eine aus dem MAX232 aufgebaute<br />

Standardschaltung ersetzt werden (Bild 9).<br />

Die Firmware für dieses Projekt kann natürlich wieder<br />

gratis von [1] und [2] heruntergeladen werden und ist<br />

freigegeben unter GPL [3].<br />

Wer den Code für einen individuellen Sensor programmiert<br />

hat, kann ihn natürlich gerne an die unter [2]<br />

aufgeführte E-Mail-Adresse senden, damit andere Leser<br />

auch etwas davon haben.<br />

Links:<br />

[1] www.elektor.de<br />

[2] sprite.student.utwente.nl/~jeroen/projects/rftemp<br />

[3] http://www.gnu.org/licenses/gpl.txt<br />

PD1<br />

3 IC1<br />

ATTiny2313<br />

10V<br />

10V<br />

2<br />

10V<br />

1<br />

C1+<br />

V+<br />

16<br />

3<br />

C1–<br />

IC2<br />

11<br />

T1IN T1OUT<br />

14<br />

10<br />

T2IN T2OUT<br />

7<br />

12<br />

R1OUT R1IN<br />

13<br />

9<br />

R2OUT R2IN<br />

8<br />

4<br />

C2+<br />

5<br />

C2–<br />

MAX232<br />

V-<br />

6<br />

10V<br />

15<br />

+5V<br />

1<br />

DSR 6<br />

RXD 2<br />

RTS 7<br />

3<br />

CTS 8<br />

DTR 4<br />

9<br />

GND 5<br />

070112 - 12<br />

SUB D9<br />

Bild 9. Wenn die Kombination aus T1/R1/R2 nicht funktioniert, kann<br />

diese Alternative verwendet werden.<br />

(070112)<br />

73

---

TECHNIK E-BLOCKS<br />

Bild 1.<br />

Nahaufnahme der<br />

Platine mit Display-<br />

Steckverbindung.<br />

Das abgebildete Display verfügt über 132 * 132 =<br />

17.424 einzeln adressierbare und in 65.536 Farben<br />

darstellbare Pixel. Dazu gehört eine weiße Hintergrundbeleuchtung<br />

und ein serielles Vierdraht-Interface auf der<br />

Basis des SPI-Protokolls. Das verwendete Display stammt<br />

aus dem weit verbreiteten Nokia 6100 und verfügt über<br />

den Controller S1D15G14 von Epson [1]. Nokia-6100-<br />

LCDs sind mit unter 30 Euro relativ preiswert.<br />

Probleme<br />

Die Kurzbeschreibung erweckt den Eindruck, als ob<br />

dieses Display der ideale Ersatz für simplere SW-LCDs<br />

sei. Doch ein paar Hürden gilt es zuvor zu überwinden:<br />

• In seiner Eigenschaft als Handy-Display wird dieses LCD<br />

mit 3,3 V versorgt - das erfordert eine Anpassung, wenn<br />

die übrige Logik mit 5-V-Pegeln arbeitet.<br />

• Die Hintergrundbeleuchtung benötigt 14 V - das bedeu-<br />

tet, dass zum Betrieb dieser LCDs eine Art elektronische<br />

Spannungserhöhung (Step-Up-Converter) unabdingbar ist,<br />

E-blocks: LCD<br />

Farbgrafi k selbs<br />

die aus der niedrigen Versorgungsspannung die Hilfsspannung<br />

von 14 V erzeugt.<br />

• Diese LCDs nennt man nicht nur grafi sch - sie verhalten<br />

sich auch so: Während einfache SW-LCDs einen Character-Controller<br />

beinhalten, muss man diesen Job bei grafi<br />

schen LCDs selbst in Software erledigen.<br />

• Da diese Displays für die automatisierte Massenproduktion<br />

hergestellt werden, muss man mit deren oft exotischen<br />

SMD-Anschlüssen (statt einfachen lötbaren Pins)<br />

klar kommen.<br />

Wie Sie noch sehen werden, gibt es für all diese Probleme<br />

Lösungen. Doch zuerst etwas zur Funktionsweise.<br />

Daten Richtung LCD<br />

Der Transport von Daten in Richtung LCD geht in getakteter<br />

serieller Form vor sich. Bild 2 zeigt das Impuls-Zeit-<br />

Dia gramm dieses Datentransfers.<br />

Das erste zu sendende Bit wird als „A“ bezeichnet und<br />

informiert darüber, ob ein Parameter oder ein Befehl übertragen<br />

werden soll. Eine logische „0“ steht für einen Befehl<br />

und eine „1“ kündigt einen Parameter an. Auf dieses<br />

Bit folgend, wird beginnend mit dem MSB (Most Signifi<br />

cant Bit) ein Daten-Byte übertragen. Die einzelnen Bits<br />

werden von der Elektronik des LCDs bei jedem Low/High-<br />

Übergang des Takts eingelesen.<br />

Kommandos<br />

Von John Dobson & Ben Rowland<br />

Die üblichen LCDs mit zwei Zeilen à 16 Zeichen kennt<br />

ja jeder. Sie sind preiswert, praktisch und einfach zu<br />

verwenden. Doch echte grafi sche Displays machen schon<br />

mehr her - und dank Handyboom sind sie auch leicht<br />

erhältlich.<br />

Der eingebaute Epson-Controller versteht eine ganze<br />

Reihe Befehle, von denen die wichtigsten in Tabelle 1<br />

aufgelistet sind. Mit diesen Befehlen dürfte klar sein, wie<br />

man das LCD ansteuern kann. Eine typische Start-Sequenz<br />

sieht z.B. so aus:<br />

1. Befehl 0x01 erzeugt einen Reset des LCD-Controllers.<br />

2. Warten für 10 ms.<br />

3. Befehl 0x11, um das Display aus dem Schlafmodus zu<br />

74 elektor - 5/2007

---

in Farbe<br />

t programmiert<br />

holen.<br />

4. Warten für 40 ms.<br />

5. Befehl 0x29, um das Display einzuschalten.<br />

6. Warten für 40 ms.<br />

In Farbe<br />

Das Display verfügt über zwei Farbmodi: 65.536 (16 bit)<br />

und 4.096 (12 bit) Farben. Der Grund für einen Modus mit<br />

auf 12 bit reduzierten Farben liegt im niedrigeren Speicherverbrauch<br />

und der höheren Geschwindigkeit. Das reicht<br />

dann für Grafi ken, ist aber nicht ganz so gut für die Anzeige<br />

von Fotos geeignet.<br />

Während beim Modus mit den vielen Farben tatsächlich<br />

zwei Byte pro Pixel verwendet werden, kommt die niedrigere<br />

Farbaufl ösung mit nur einem Byte pro Pixel aus. Wer<br />

sich jetzt wundert, wie zwölf Bit in ein Byte passen, dem sei<br />

gesagt, dass es sich in Wirklichkeit um einen 256-Farben-<br />

Modus handelt, bei dem die 256 Farben aus einer Palette<br />

von 4.096 Farben ausgewählt werden können.<br />

Doch wie funktioniert diese Auswahl aus dem größeren Farbraum?<br />

Eine Möglichkeit ist, von den acht Bit die ersten drei<br />

für Rot, die zweiten drei für grün und die restlichen zwei für<br />

Blau in einer Art 3-3-2-Darstellung zu verwenden. So eine<br />

Art der Codierung wird tatsächlich verwendet, da das Auge<br />

blaue Farbtöne weniger differenziert wahrnimmt als rote<br />

oder gar grüne. Das resultierende Farbsystem ist in<br />

Tabelle 2 dargestellt.<br />

Man könnte nun die Transformation der 8-bit-Codierung in<br />

den größeren Farbraum einfach durch Interpolation oder<br />

ähnliche Verfahren erzielen. Besser aber ist die Verwendung<br />

einer so genannten Lookup-Tabelle. Im Prinzip handelt es<br />

sich dabei um eine Tabelle mit zwei Spalten, bei denen in<br />

den Zeilen die Werte für den 3-3-2-Code und den übersetzten<br />

4-4-4-Code (die 12 bit der 4.096 Farben) aufeinander<br />

folgen. Im folgenden Beispiel ist eine solche Lookup-Tabelle<br />

nur für die drei Bit = acht Abstufungen der Farbe Rot<br />

angegeben:<br />

3-3-2 4-4-4<br />

0 0x0<br />

1 0x2<br />

2 0x4<br />

3 0x6<br />

4 0x9<br />

5 0xB<br />

6 0xD<br />

7 0xF<br />

Jede der acht roten Farbabstufungen ist einer bestimmten<br />

Farbstufe des 4-bit-Raums für Rot gegenüber gestellt. Auf<br />

diese Weise werden die acht Werte von 3-bit-Rot in die<br />

16 möglichen Werte von 4-bit-Rot übersetzt. Das gleiche<br />

System kann man für die grüne und blaue Farbe verwenden.<br />

Die lediglich zwei vorhandenen Bits für Blau erzwingen<br />

selbstverständlich eine kürzere Tabelle mit entsprechend<br />

gröber abgestuften 4-bit-Blau-Werten:<br />

5/2007 - elektor<br />

SD<br />

CL<br />

CS<br />

RS<br />

A<br />

Tabelle 1. LCD-Befehlsliste<br />

Befehl<br />

Hex-<br />

Wert<br />

DATABYTE<br />

Parameter Funktion<br />

SWRESET 01 - Software-Reset<br />

075050 - 11<br />

SLPIN 10 -<br />

Versetze Controller in<br />

Standby-Mode<br />

SLPOUT 11 - Aufwecken des<br />

DISINVOFF 20 - Normale Anzeige<br />

DISINV 21 - Invertierte Anzeige<br />

ALLPXOFF 22 - Alle Pixel ausschalten<br />

ALLPXON 23 - Alle Pixel einschalten<br />

WRCNT 25 1 Kontrast einstellen<br />

DISPOFF 28 - Display ausschalten<br />

DISPON 29 - Display einschalten<br />

CASSET 2A 2 Spalten-Adresse<br />

PASSET 2B 2 Seiten-Adresse<br />

RAMWR 2C DATA In Speicher schreiben<br />

RGBSET 2D 20 RGB-Farben festlegen<br />

3-3-2 4-4-4<br />

0 0x0<br />

1 0x4<br />

2 0xB<br />

3 0xF<br />

Glücklicherweise muss man den ganzen Code für die Erzeugung<br />

von und den Umgang mit Lookup-Tabellen nicht<br />

selbst schreiben. Diese Technik ist schon in den Controller<br />

des LCDs integriert. Man braucht also im reduzierten<br />

Farbmodus lediglich ein Byte im 3-3-2-Code pro Pixel<br />

an das LCD zu schicken und die Pixel-Farbe ist eindeutig<br />

festgelegt. Mit dem Befehl 0x2D überträgt man ganz am<br />

Anfang lediglich die gewünschte Lookup-Tabelle.<br />

Zur Initialisierung des Displays sollte also folgende Befehls-Sequenz<br />

übertragen werden:<br />

1. Befehl 0x3A, um den Controller in den Modus für das<br />

Pixel-Format zu versetzen.<br />

2. Befehl 0x02 für 8 Bit pro Pixel.<br />

3. Befehl 0x20 für keine Farbinversion.<br />

Bild 2.<br />

Impuls/Zeit-Diagramm des<br />

Datenverkehrs mit dem<br />

LCD-Interface.<br />

75

---

TECHNIK E-BLOCKS<br />

Bild 3.<br />

Zeichen-Matrix am<br />

Beispiel von „M“.<br />

Tabelle 2. Farbauswahl<br />

Farbe R G B Hex Dezimal<br />

Schwarz 0 0 0 0x00 0<br />

Weiß 111 111 11 0xFF 255<br />

Rot 111 0 0 0xE0 224<br />

Grün 0 111 0 0x1C 28<br />

Blau 0 0 11 0x03 3<br />

Gelb 111 111 0 0xFC 252<br />

Orange 111 11 0 0xF8 248<br />

Lila 100 0 10 0x82 130<br />

LSB<br />

MSB<br />

Byte 1<br />

Byte 2<br />

Byte 3<br />

Byte 4<br />

Byte 5<br />

075050 - 12<br />

4. Befehl 0x2D, um<br />

die 8-bit-Lookup-Tabelle<br />

festzulegen.<br />

5. Übertragung der 20<br />

Bytes an Farb-Konstanten<br />

als Parameter der<br />

Lookup-Tabelle:<br />

0x00,0x02,0x04,0x06,<br />

0x09,0x0B,0x0D,0x0F,<br />

0x00,0x02,0x04,0x06,<br />

0x09,0x0B,0x0D,0x0F,<br />

0x00,0x04,0x0B,0x0F.<br />

Anschließend ist das<br />

Display bereit für die Übertragung von Pixel-Daten. Doch<br />

zuvor noch ein paar Hinweise zu den verwendeten<br />

Konzepten.<br />

Windows mit Mikrocontrollern?!<br />

Das grafi sche Display basiert auf einem integrierten Speicher.<br />

Wenn man Daten an das Display überträgt, dann<br />

muss man ihm vorher mitteilen, wo es die Daten darstellen<br />

soll. In der Praxis defi niert man hierzu einen Ausschnitt<br />

des Displays als „Fenster“ (Window). Das Fenster kann<br />

in der Größe von einem einzigen Pixel bis hin zum kompletten<br />

Display variieren. Wenn man in ein solches Fenster<br />

„zeichnen“ will, braucht es folgende Befehls-Sequenz:<br />

1. Befehl 0x2A für die Spalten-Adresse (column).<br />

2. Parameter der X-Koordinate des oberen linken Pixels<br />

des Fensters (0...131).<br />

3. Parameter der Y-Koordinate des oberen linken Pixels<br />

des Fensters (0...131).<br />

4. Befehl 0x2B für die Seiten-Adresse (page).<br />

5. Parameter der X-Koordinate des unteren rechten Pixels<br />

des Fensters (0...131).<br />

6. Parameter der Y-Koordinate des unteren rechten Pixels<br />

des Fensters (0...131).<br />

7. Befehl 0x2C als Einleitung des Schreibens von<br />

Pixel-Daten.<br />

8. Parameter der Farbe des oberen linken Pixels.<br />

9. Alle Parameter der restlichen Pixel dieser Zeile.<br />

10. Beginnend beim linken Pixel der nächsten Zeile mit<br />

Schritt 8. und 9. weitermachen, bis alle Zeilen komplett<br />

sind.<br />

Das Konzept mit der Spalten- und Seiten-Adresse muss<br />

kurz erläutert werden: Anders als bei den einfachen<br />

SW-LCDs, wo man über die X- und Y-Position den Ort<br />

des nächsten darzustellenden Zeichens adressiert, muss<br />

bei einem grafi schen Display zur Darstellung eines Zeichens<br />

die dafür benötigte rechteckige Fläche spezifi ziert<br />

werden. Diese ist dann Pixel für Pixel und Zeile für Zeile<br />

zu füllen. Diese Fläche entspricht einem Speicherblock<br />

im internen Speicher des LCDs. Zum Beschreiben dieses<br />

Speicherblocks braucht man also nicht die Koordinaten<br />

der darin enthaltenen Pixel anzugeben, was durch das<br />

Wegfallen der sonst nötigen Adressierung einiges an<br />

Datenverkehr und somit Zeit (und Speicherplatz für die<br />

Software) spart. Die Beschleunigung durch diese vereinfachende<br />

Technik ist so enorm, dass Fotos sehr schnell und<br />

durchaus sogar kleine Videos dargestellt werden können.<br />

Anzeige von Text<br />

Wenn Sie das Vorhergehende verstanden haben, dann sollte<br />

es kein Problem sein, auf solch einem grafi schen Display Text<br />

darzustellen. Da es keinen integrierten Character-Controller<br />

gibt, muss man sich selbst einen programmieren. Der erste<br />

Schritt für die Textausgabe ist die Festlegung einer Zeichen-<br />

Matrix von z.B. 5 x 8 Pixel pro Zeichen. Pro Zeichen werden<br />

so fünf Byte an Information benötigt, um alle Pixel der Matrix<br />

festzulegen. Hat man dies getan, braucht man zur Darstellung<br />

nur wie folgt vorzugehen: Da die Darstellung zeilenweise<br />

erfolgt, überprüft man zunächst die fünf MSBs der fünf Byte<br />

eines Zeichens. Ist das jeweilige Bit „0“, schreibt man die Hintergrundfarbe<br />

für das korrespondierende Pixel, anderenfalls<br />

die Vordergrundfarbe. Analog dazu arbeitet man noch die<br />

restlichen sieben Zeilen ab und das Zeichen ist dargestellt.<br />

Für den Buchstaben „M“ ist das Verfahren im Bild 3 illustriert.<br />

Die fünf Bytes haben die Werte: 0x7F, 0x02, 0x04, 0x02<br />

und 0x7F.<br />

Die Werte für das kleingeschriebene „m“ lauten: 0x7C,<br />

0x04, 0x18, 0x04 und 0x78.<br />

Auf diese Weise Text auszugeben wäre übertrieben. Man<br />

kürzt das ab, indem man eine Werte-Tabelle mit den Matrizen<br />

für die einzelnen Zeichen anlegt und die Ausgabe dann via<br />

Routine automatisiert.<br />

Anzeige von Grafi k<br />

Man könnte eine Serie von 1-Pixel-großen Fenstern defi -<br />

nieren und die entsprechenden Farben für den 1-Pixel-Inhalt<br />

setzen - was sehr umständlich wäre - oder gleich ein<br />

Fenster mit der richtigen Größe defi nieren und die Pixeldaten<br />

vor dem Transfer passend aufbereiten, was manchmal<br />

nicht so einfach ist.<br />

Instant-Software<br />

Falls sich der Inhalt der vorhergehenden Absätze zwar<br />

nett, aber reichlich kompliziert anhört: Keine Angst! All<br />

das ist schon in ein fertiges Paket aus Software und Hardware<br />

gegossen. Die Software besteht aus einigen C-Routinen,<br />

die all die beschriebenen Methoden und Verfahren<br />

sowie das Handling von Lookup-Tabellen „ready to use“<br />

enthalten.<br />

Und wenn Sie C nicht leiden können: Es gibt Libraries,<br />

die diese Verfahren in Flowcode 3 zugänglich machen<br />

76 elektor - 5/2007

---

und so die Einbindung von grafi schen LCDs auf einfache<br />

Weise ermöglichen. Dem Paket liegt sogar ein Demo-<br />

Programm in Flowcode 3 bei, dessen Anzeige auf dem<br />

Illustrationsfoto abgebildet ist. Dieses Programm kann<br />

man sehr gut als Ausgangspunkt für eigene Projekte<br />

verwenden.<br />

Die Flowcode-Datei hat die Bezeichnung „Example_fi<br />

le.fcf“. Die C-Library nennt sich „GFX_LCD_Functions.c“.<br />

Beide Dateien sind in einem ZIP-Archiv enthalten,<br />

das kostenlos von der entsprechenden ELEKTOR-Webseite<br />

unter „075050-11.zip“ herunter geladen werden<br />

kann. Das Archiv enthält außerdem noch eine Datei mit<br />

dem selbsterklärenden Namen „GFxLCD Programming<br />

Strategy“. Und wenn Sie nachschauen, dann<br />

fi ndet sich noch Etliches an weiterführender Information in<br />

diesem Archiv versteckt.<br />

Bei der Verwendung von Flowcode sollte darauf geachtet<br />

werden, dass die C-Datei im selben Verzeichnis wie die<br />

Flowcode-Datei liegt, da diese beim Compiler-Lauf als externe<br />

C-Library benötigt wird.<br />

Zeichen-Matrix<br />

Mit einem Satz von Werten für ASCII-Zeichen in 5 x 8-<br />

Darstellung kann das grafi sche LCD als Text-Display mit<br />

15 Zeilen à 22 Zeichen verwendet werden. Die Zeichenausgabe<br />

erfordert dazu lediglich die passende Routine<br />

und den ASCII-Code als Parameter. Wer allerdings<br />

Umlaute, Akzente oder weitere Sonder-Zeichen benötigt,<br />

der muss den Zeichensatz in Eigenregie weiter ausbauen.<br />

Listing 1 zeigt nur einen Ausschnitt - die komplette<br />

Tabelle nennt sich „TXTCHAR.txt“ und ist ebenfalls im<br />

Download zu diesem Artikel enthalten. Der Zeichensatz<br />

ist auf mehrere Arrays verteilt, da einige C-Compiler bei<br />

der maximalen Array-Größe Beschränkungen unterliegen.<br />

Grundfunktionen<br />

Um den Umgang mit grafi schen LCDs zu erleichtern, steht<br />

ein standardisierter Satz an Basis-Funktionen zur Verfügung,<br />

der weitgehend dem Funktionsumfang einfacherer<br />

LCDs entspricht:<br />

Lcd_init() initialisiert das Display.<br />

Lcd_clear() löscht das Display<br />

Lcd_drawline(X1, Y1, X2, Y2, Colour) zeichnet<br />

eine Linie zwischen zwei Pixeln in einer bestimmten<br />

Farbe.<br />

Lcd_print(String, X, Y, Size(0-2), FontColour,<br />

BackColour, StringLength) gibt einen String an der<br />

Position X, Y in der Größe 0, 1, oder 2 (0 ist Standard,<br />

1 = doppelte Größe und 2 = dreifache Größe) in der<br />

Zeichensatzfarbe auf der Hintergrundfarbe mit einer bestimmten<br />

Länge aus (die angegeben werden muss).<br />

Lcd_box(X1, Y1, X2, Y2, Colour) zeichnet ein ausgefülltes<br />

Rechteck zwischen den Koordinaten X1/Y1 und<br />

X2/Y2 in der angegebenen Farbe.<br />

Die komplette Grafi k des Illustrationsfotos wurde unter<br />

Verwendung der Library mit dem C-Code von Listing 2<br />

generiert. Das entsprechende Flowcode-Programm zeigt<br />

Bild 4.<br />

Ein neues E-blocks-Modul<br />

Das E-blocks-Modul mit dem grafi schen Farb-LCD ist im<br />

ELEKTOR-Webshop (www.elektor.de) erhältlich. Die Platine<br />

des Moduls ist mit einer sicheren Steckverbindung für<br />

5/2007 - elektor<br />

das LCD ausgeführt und kann so einfach in bestehende<br />

E-blocks-Systeme integriert werden, von wo aus es alle<br />

Steuersignale und die Stromversorgung erhält. Und mit der<br />

ausführlichen Beschreibung in diesem Artikel kann das Modul<br />

auch problemlos in anderen Anwendungen eingesetzt<br />

werden.<br />

(075050-I)<br />

[1] Datenblatt des S1D15G14-Displays: www.epson-electronics.de<br />

Listing 1. Zeichentabelle (Ausschnitt)<br />

rom char* ASCII3 = {0x36 , 0x49 , 0x49<br />

, 0x49 , 0x36, // 8 // 56 - 67<br />

0x06 , 0x49 , 0x49 , 0x29 , 0x1E, // 9<br />

0x00 , 0x6C , 0x6C , 0x00 , 0x00, // :<br />

0x00 , 0xEC , 0x6C , 0x00 , 0x00, // ;<br />

0x08 , 0x14 , 0x22 , 0x41 , 0x00, // <<br />

0x24 , 0x24 , 0x24 , 0x24 , 0x24, // =<br />

0x00 , 0x41 , 0x22 , 0x14 , 0x08, // ><br />

0x02 , 0x01 , 0x59 , 0x09 , 0x06, // ?<br />

0x3E , 0x41 , 0x5D , 0x55 , 0x1E, // @<br />

0x7E , 0x09 , 0x09 , 0x09 , 0x7E, // A<br />

0x7F , 0x49 , 0x49 , 0x49 , 0x36, // B<br />

0x3E , 0x41 , 0x41 , 0x41 , 0x22}; // C<br />

DÉBUT<br />

Initialiser LCD<br />

trisc = 0x00;<br />

Lcd_init();<br />

Lcd_clear();<br />

Effacer LCD<br />

Peindre Fond en Bleu<br />

//Lcd_box (X...<br />

Lcd_box (0, ...<br />

Créer Bord Blanc<br />

//Lcd_box (X...<br />

Lcd_box(25,...<br />

Envoyer Texte -> LCD<br />

//Lcd_print(St...<br />

Lcd_print("E"...<br />

Tracer Lignes<br />

//Lcd_drawlin...<br />

Lcd_drawline...<br />

Peindre Blocs de Couleur<br />

//Lcd_box (X...<br />

Lcd_box (15,...<br />

FIN<br />

Listing 2. LCD-Demo-Programm<br />

Lcd_init();<br />

Lcd_clear();<br />

Lcd_box (0, 0, 131, 131, BLUE);<br />

Lcd_box(25,20,106,65,WHITE);<br />

Lcd_print(“E”, 3, 2, 2, BLACK, WHITE, 1);<br />

Lcd_print(“-BLOCKS”, 8, 2, 1,<br />

BLACK, WHITE, 7);<br />

Lcd_print(“Graphic LCD”, 5, 6,<br />

0, BLACK, WHITE, 11);<br />

Lcd_drawline (25, 67, 106, 67, BLACK);<br />

Lcd_drawline (20, 69, 111, 69, BLACK);<br />

Lcd_drawline (15, 71, 116, 71, BLACK);<br />

Lcd_box (15, 90, 35, 110, RED);<br />

Lcd_box (35, 90, 55, 110, YELLOW);<br />

Lcd_box (55, 90, 75, 110, GREEN);<br />

Lcd_box (75, 90, 95, 110, ORANGE);<br />

Lcd_box (95, 90, 115, 110, BRIGHTBLUE);<br />

Bild 4.<br />

Mit diesem Flowcode-<br />

Programm lässt sich die<br />

Grafi k des Illustrationsfotos<br />

erstellen.<br />

77

---

INFOTAINMENT RÄTSEL<br />

Hexadoku<br />

Sudoku für Elektroniker<br />

Im schönen Monat Mai blühen nicht nur die Blumen: Mit unserem frisch „gepfl ückten“<br />

Hexadoku blühen Ihnen auch einige Stündchen Gehirn-Akrobatik. Dieses Training<br />

ist aber nicht nur gesund - Sie haben auch die Chance, ein E-blocks Starter Kit<br />

Professional und drei Elektor-Gutscheine zu gewinnen!<br />

Die Regeln dieses Rätsels sind<br />

ganz einfach zu verstehen: Bei<br />

einem Hexadoku werden die<br />

Hexadezimalzahlen 0 bis F<br />

verwendet, was für Elektroniker<br />

und Programmierer ja durchaus<br />

passend ist. Füllen Sie das Diagramm<br />

mit seinen 16 x 16 Kästchen<br />

so aus, dass alle Hexadezimalzahlen<br />

von 0 bis F (also 0<br />

bis 9 und A bis F) in jeder Reihe,<br />

jeder Spalte und in jedem Fach<br />

mit 4 x 4 Kästchen (markiert<br />

durch die dickeren schwarzen<br />

Linien) genau einmal vorkommen.<br />

Einige Zahlen sind bereits<br />

eingetragen, was die Ausgangssituation<br />

des Rätsels bestimmt.<br />

Wer das Rätsel löst - sprich die<br />

Zahlen in den grauen Kästchen<br />

herausfi ndet - kann wie<br />

jeden Monat einen Hauptpreis<br />

oder einen von drei Trostpreisen<br />

gewinnen!<br />

EINSENDEN<br />

Schicken Sie die Lösung (die Zahlen<br />

in den grauen Kästchen) per E-Mail,<br />

Fax oder Post an:<br />

Elektor<br />

Redaktion<br />

Süsterfeldstr. 25<br />

52072 Aachen<br />

Fax: 0241 / 88 909-77<br />

E-Mail: hexadoku@elektor.de<br />

Als Betreff bitte nur die Ziffern der<br />

Lösung angeben!<br />

Einsendeschluss ist der<br />

1. Juni 2007!<br />

Die Gewinner des März-Hexadokus (Lösung in<br />

der Rubrik Mailbox in diesem Heft) stehen fest!<br />

Die richtige Lösung ist: CA9F0.<br />

Das E-blocks Starter Kit<br />

Professional geht an:<br />

Holger Bensch aus Berlin.<br />

Gutscheine über je 50 €<br />

gehen an: Markus Köchy, Georg<br />

Pischel und Wolfgang Walther.<br />

Herzlichen Glückwunsch!<br />

Mitmachen<br />

und gewinnen!<br />

Unter allen Einsendern mit<br />

der richtigen Lösung<br />

verlosen wir ein<br />

E-blocks<br />

Starter Kit Professional<br />

im Wert von 365,75 €<br />

und drei<br />

ELEKTOR-Gutscheine<br />

im Wert von je 50 €.<br />

Der Rechtsweg ist ausgeschlossen. Mitarbeiter<br />

der in der Unternehmensgruppe<br />

Segment B.V. zusammengeschlossenen<br />

Verlage und deren Angehörige sind von der<br />

Teilnahme ausgeschlossen.<br />

78 elektor - 5/2007

---

Von Jan Buiting<br />

Schaltungen für Transverter hatten<br />

in früheren Zeiten immer<br />

dann Hochkonjunktur, wenn erstens<br />

ein neues Frequenzband für<br />

Funkamateure freigegeben wurde<br />

und/oder zweitens große japanische<br />

Firmen wie Yaesu, Kenwood<br />

oder Icom der Meinung waren,<br />

ein Band sei zu exotisch. Es wurde<br />

dann den Bastlern und Tüftlern<br />

überlassen. Das 6-m-Band<br />

(50 MHz) ist ein solches Beispiel.<br />

Jahrelang war es „Icom-free“. Aktuell<br />

ist das 10-GHz-Band (3 cm)<br />

frei von japanischen Sprechfunkgeräten<br />

und daher eine Gelegenheit<br />

für wahren Pioniergeist.<br />

Der Begriff „Transverter“ ist wohl<br />

eine Art Verkürzung des Bandwurms<br />

Transmitting/Receiving-<br />

Converter. Ein selbst gebauter<br />

Transverter erlaubt den schon vorhandenen<br />

Kurzwellen- oder VHF-<br />

Gerätschaften den Betrieb in Bändern,<br />

die ihnen zuvor technisch<br />

nicht zugänglich waren. Der 70cm-Transverter<br />

(430 bis 440 MHz),<br />

der von ELEKTOR in zwei Teilen im<br />

Juni 1981 veröffentlicht wurde und<br />

im Februar 1982 noch eine zusätzliche<br />

Verstärkerstufe erhielt, ist ein<br />

gutes Beispiel. Für kommerzielles<br />

5/2007 - elektor<br />

Equipment wurden<br />

damals exorbitante<br />

Preise verlangt.<br />

Funkamateure wollten<br />

durchaus nichts<br />

Unmögliches: Mit<br />

SSB (single sideband)<br />

auf 70 cm<br />

waren sie genauso<br />

wie beim 2-m-Band<br />

(144 bis 146 MHz)<br />

schon zufrieden. Im<br />

Gegensatz zu FM<br />

ist SSB eine lineare<br />

Betriebsart, die von<br />

allen beteiligten HF-<br />

Stufen ein gewisses<br />

Maß an Linearität<br />

verlangt. Damals<br />

gab es schon gute<br />

Geräte für das 2m-Band.<br />

Der Entwickler<br />

des 70-cm-<br />

Transverters, J. de<br />

Winter (PE0JPW),<br />

bevorzugte ein<br />

„288-MHz-Konzept“.<br />

Eine Empfangsfrequenz<br />

von 432 MHz wurde<br />

damit auf passende 144 MHz<br />

umgesetzt, während ein 144-<br />

MHz-Sendesignal mit ein paar<br />

Watt Leistung über 374,4 MHz auf<br />

432 MHz gebracht wurde. Das<br />

Titelbild der Juni-Ausgabe von<br />

1981 zeigte stolz einen ICOM-<br />

2-m-Transceiver vom Typ IC211<br />

in Kombination mit dem Transverter<br />

im Blechgehäuse. Leider<br />

hat kein mir zugängliches Exemplar<br />

bis heute überlebt. Deshalb<br />

konnten wir nicht einmal ein Foto<br />

machen.<br />

Während der frühen 80er hatte<br />

das 70-cm-Band eine hohe Attraktivität.<br />

Es tummelten sich dort<br />

Puristen mit einem bis zu 100 %<br />

selbst gebauten Gerätepark. Sogar<br />

mit Amateur-Fernsehen (ATV)<br />

wurde experimentiert! Selbst Versuche<br />

von Satelliten-Kommunikation<br />

und transkontinentalen Verbindungen<br />

in CW und SSB bei recht<br />

niedrigen Sendeleistungen wurden<br />

unternommen.<br />

Der ELEKTOR-Artikel vom Juni<br />

1981 erläuterte im Detail die Vorteile<br />

der einfachen Abwärtsmischung<br />

um 288 MHz beim Empfang<br />

im Vergleich zu wesentlich<br />

komplexeren Transvertern mit<br />

Zwischenfrequenzen wie 336 MHz<br />

oder 374 MHz für Empfang und<br />

Senden. Allerdings verlangte das<br />

ELEKTOR-Konzept nach einem<br />

Quarz mit der für die damalige<br />

Zeit sehr hohen Frequenz von<br />

57,6 MHz für den Oszillator, um<br />

unerwünschte Signalanteile bei<br />

der fünffachen Frequenzmultiplikation<br />

auf die 288 MHz zu vermeiden,<br />

die als Injektions-Signal<br />

für den Mischer dienten. Zum Beleg<br />

der Wirkungsweise wurden sogar<br />

Bildschirm-Fotos eines Spektrum-Analysers<br />

angeführt.<br />

Vor 25 Jahren wurde der Originalentwurf<br />

vom damaligen ELEKTOR-<br />

RETRONIK INFOTAINMENT<br />

Transverter für das 70-cm-Band (1981)<br />

Entwickler Gerrit Dam (PA0HKD)<br />

zusammen mit dem Praktikanten<br />

Ed Warnier (PE1CJP, jetzt PA1EW)<br />

„elektorisiert“. Beide sorgten dafür,<br />

dass die Schaltung nachbausicher<br />

wurde und sich mit den gesetzlichen<br />

Bestimmungen (Oberwellen<br />

und sonstige Störsignale) vertrug.<br />

Gerrit (mittlerweile pensioniert)<br />

und Ed (arbeitet mittlerweile als<br />

HF-Wartungs-Ingenieur) erinnern<br />

sich noch gut an die Kopfschmerzen<br />

beim dem Versuch, die Schaltung<br />

unter verschärften Bedingungen<br />

auf die Platine zu bringen. Sie<br />

hatten schwer mit Unsauberkeiten<br />

der 288-MHz-Signale und mit<br />

dem Platinen-Layout zu kämpfen,<br />

da die für den Platinenentwurf zuständigen<br />

Kollegen mit dem HF-<br />

Design bei 400 MHz nicht ganz<br />

so vertraut waren. Ihre Domäne<br />

waren damals Audio- und Digital-<br />

Schaltungen, bei denen ihnen so<br />

leicht niemand etwas vormachen<br />

konnte. Zum Schluss jedenfalls<br />

wurden etliche Fliegen plus eine<br />

Motte mit einer Platine erschlagen,<br />

die geätzte Induktivitäten in<br />

Form von Streifenleitern enthielt.<br />

Die Motte hörte auf den Namen<br />

„Es-klappt-nicht-mit-dem-Spulen-<br />

Wickeln“ und war in der Abteilung<br />

zur Beantwortung von Leserfragen<br />

wohlbekannt ;-)<br />

(075053-I)<br />

Scans der Original-Artikel von<br />

1981 sind als Gratis-Download<br />

bei www.elektor.de verfügbar.<br />

In der Rubrik “Retronik” stellen wir Historisches und Antikes aus der Welt der Elektronik vor – darunter natürlich auch legendäre ELEKTOR-Projekte aus dem vorigen<br />

Jahrhundert. Beiträge, Vorschläge und Anfragen sind willkommen.<br />

Bitte senden Sie Ihre E-Mail mit dem Betreff “Retronik” an: redaktion@elektor.de<br />

79

---

Preisänderungen und Irrtümer vorbehalten!<br />

Elektor-CD 2006<br />

Alle Artikel von 2006<br />

auf CD-ROM<br />

Die neue Elektor-CD 2006<br />

enthält alle Elektor-Beiträge<br />

des Jahrgangs 2006. Sie verfügt<br />

über eine sehr übersichtlich<br />

gestaltete HTML-Benutzer -<br />

oberfläche, die archiv umfassende<br />

Inhalts übersichten und<br />

Recherchen ermöglicht.<br />

ISBN 978-90-5381-207-5 • e 25,00 • CHF 41.90<br />

USB-Toolbox<br />

Entwickeln mit USB –<br />

Dokumentation und Tools<br />

Diese CD-ROM umfasst alle<br />

wesentlichen Informationen zur<br />

USB-Schnittstelle. Dazu gehört<br />

eine Sammlung von Datenblättern<br />

spezifischer USB-<br />

Bauteile vieler Hersteller. Zum<br />

Ausrüsten einer Mikrocontroller -<br />

schaltung mit einer USB-Schnittstelle bieten<br />

sich zwei Möglichkeiten an: Entweder eine bestehende<br />

Schaltung mit einem USB-Controller aufrüsten<br />

oder von vorneherein einen Mikro controller<br />

mit integrierter USB-Schnittstelle einsetzen.<br />

ISBN 90-5381-212-1 • e 27,50 • CHF 45.90<br />

Elex-DVD<br />

Alle 58 Elex- und<br />

ESM-Ausgaben<br />

auf DVD<br />

Aufgrund der anhaltend großen<br />

Nachfrage in den letzten Jahren<br />

nach verschiedenen Elex-<br />

Schaltungen, haben wir alle<br />

Elex- und ESM-Ausgaben (erschienen<br />

zwischen 1982 und 1992) digitalisieren lassen<br />

und zu dieser Grundlagen-DVD für Elektronik-<br />

Einsteiger zusammengestellt.<br />

ISBN 3-89576-164-8 • e 19,90 • CHF 32.90<br />

Jetzt direkt beim Verlag ordern mit der (portofreien) Bestellkarte<br />

am Heftende oder:<br />

Elektor-Verlag GmbH<br />

Süsterfeldstraße 25 • 52072 Aachen<br />

Tel. 02 41/88 909-0 • Fax 02 41/88 909-77<br />

vertrieb@elektor.de • www.elektor.de<br />

Weitere Informationen zu den Produkten sowie das gesamte Ele<br />

Fahrzeugdiagnose mit OBD<br />

Neben der praxisorientierten Beschrei -<br />

bung der Diagnose möglich keiten,<br />

be schreibt dieses Buch den Selbst bau<br />

eines Diag nose-Interface und welche<br />

Fertig lösungen es am Markt gibt.<br />

Ein weiteres Projekt beschäftigt sich mit<br />

dem Aufbau eines zusätzlichen Kom bi -<br />

instruments. Um tiefer in die Materie<br />

einzusteigen, werden die gängigen<br />

Diagnoseproto kolle ausführlich beschrieben.<br />

Ältere Fahrzeuge von VAG können<br />

über KW 1281 diag nostiziert und sogar<br />

neu konfiguriert werden.<br />

Audioschaltungen<br />

für Ton<strong>technik</strong>, Studio und PA<br />

Literatur über professionelle Studio <strong>technik</strong>,<br />

Mikrofone und deren Hand habung,<br />

PA-Anlagen, Homerecording und Musikelektronik<br />

gibt es genügend. Allerdings<br />

treten zwischen den genannten Berei -<br />

chen immer wieder Schwierig keiten auf:<br />

Die Technik des einen Gerätes passt<br />

nicht zu der des anderen. Diese nicht<br />

genau definierbare Grauzone ist Ursache<br />

für die manchmal doch er heb liche<br />

Ein buße der Tonqualität.<br />

309 Schaltungen<br />

232 Seiten (kartoniert) • ISBN 978-3-89576-173-7<br />

e 39,80 (D) e 41,00 (A) CHF 67.90<br />

Das mittlerweile 10. Buch aus Elektor’s<br />

erfolg rei cher Schaltungsreihe bietet neue<br />

Kon zepte und einen unerschöpf lichen<br />

Fun dus zu allen Bereichen der Elek tronik:<br />

Audio & Video, Spiel & Hobby, Haus<br />

& Hof, Prozessor & Controller, Messen<br />

& Testen, PC & Peripherie, Strom versorgung<br />

& Lade<strong>technik</strong> sowie zu Themen,<br />

die sich nicht katalo gisieren lassen.<br />

216 Seiten (kartoniert) • ISBN 3-89576-175-3<br />

e 29,80 (D) e 30,70 (A) CHF 49.90<br />

544 Seiten (kartoniert) • ISBN 3-89576-163-X<br />

e 32,00 (D) • e 32,90 (A) • CHF 54.90

---

Österreich: Alpha Buchhandel<br />

Wiedner Hauptstraße 144<br />

A-1050 Wien<br />

Tel. 01/585 77 45<br />

Fax 01/585 77 45 20<br />

alpha@austrodata.at<br />

ktor-Sortiment finden Sie im Internet unter www.elektor.de<br />

Basiskurs Elektronik<br />

Wer auf Elektronik-Kenntnisse für<br />

den täglichen Gebrauch Wert legt,<br />

muss nicht unbedingt den wissenschaftlichen<br />

Hintergrund bis ins letzte<br />

Detail studieren. So ist es auch nicht<br />

erforderlich, jedes „exo tische“ Bauteil<br />

und jede mög liche Schaltungs variante<br />

zu kennen. Wer sich mit den gemachten<br />

Aus sagen identifizieren kann,<br />

hält mit diesem Buch das richtige<br />

Werk in Händen.<br />

272 Seiten (kartoniert) • ISBN 3-89576-159-1<br />

e 24,90 (D) • e 25,60 (A) • CHF 39.90<br />

Reinigungsroboter selbstgebaut<br />

Der Betrieb von Robotern stellt heute<br />

keine echte Herausforderung dar<br />

und wird schnell langweilig, zumal<br />

sie in der Regel auch keine echte<br />

Aufgabe erfüllen können.<br />

Besonders beeindruckend ist es,<br />

wenn ein Roboter sich nicht nur mehr<br />

oder weniger geschickt umher bewegt,<br />

sondern dabei gleichzeitig noch das<br />

Zimmer reinigt. Dieses Buch stellt<br />

verschiedenste Möglichkeiten zum<br />

Selbstbau von Reinigungsrobotern<br />

vor.<br />

224 Seiten (kartoniert) • ISBN 3-89576-166-4<br />

e 34,80 (D) • e 35,80 (A) • CHF 59.90<br />

Radio-Baubuch<br />

Vom Detektor-<br />

zum DRM-Empfänger<br />

Lange Zeit war das Radiobasteln der<br />

Einstieg in die Elektronik. Inzwischen<br />

gibt es zwar auch andere Wege, vor<br />

allem über Computer, Mikrocontroller<br />

und die Digital<strong>technik</strong>. Allerdings<br />

kom men die analogen Wurzeln der<br />

Elek tronik oft zu kurz. Die Radio<strong>technik</strong><br />

eignet sich besonders gut<br />

als Lernfeld der Elektronik, weil man<br />

hier mit den einfachsten Grundlagen<br />

beginnen kann.<br />

208 Seiten (kartoniert) • ISBN 3-89576-160-5<br />

e 29,80 (D) • e 30,70 (A) • CHF 49.90<br />

2<br />

3<br />

4<br />

5<br />

6<br />

7<br />

8<br />

9<br />

10<br />

2<br />

3<br />

4<br />

5<br />

ELEKTOR-<br />

BESTSELLER<br />

(MÄRZ 2007)<br />

TOP 10 Bücher<br />

Fahrzeugdiagnose<br />

mit OBD<br />

ISBN 978-3-89576-173-7 g 39,80<br />

Mess<strong>technik</strong><br />

in der Praxis<br />

NEU<br />

ISBN 978-3-89576-167-6 g 29,80<br />

Mobile Roboter<br />

selbstgebaut<br />

ISBN 978-3-89576-169-0 g 34,80<br />

Basiskurs Elektronik<br />

ISBN 3-89576-159-1 g 24,90<br />

309 Schaltungen<br />

ISBN 3-89576-163-X g 32,00<br />

Audioschaltungen<br />

für Ton<strong>technik</strong>, Studio und PA<br />

ISBN 3-89576-175-3 g 29,80<br />

Radio-Baubuch<br />

ISBN 3-89576-160-5 g 29,80<br />

Theorie und Praxis<br />

des Röhrenverstärkers<br />

ISBN 3-89576-161-3 g 34,80<br />

Embedded Robotics<br />

ISBN 3-89576-155-9 g 39,80<br />

High-End mit Röhren<br />

ISBN 3-89576-157-5 g 39,80<br />

TOP 5 CD-ROMs<br />

Elektor-CD 2006<br />

ISBN 978-90-5381-207-5 g 25,00<br />

Elektor-DVD 1990-1999<br />

ISBN 978-3-89576-179-9 g 89,00<br />

Domotik<br />

ISBN 90-5381-195-8 g 19,90<br />

Elex-DVD<br />

ISBN 3-89576-164-8 g 19,90<br />

USB-Toolbox<br />

ISBN 90-5381-212-1 g 27,50<br />

1<br />

1

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iDwaRF – netzwerkfähige WirelessUSB-<br />

Funkmodule (bestückt und getestet)<br />

(Elektor März 2007)<br />

iDwaRF-NodeBoard<br />

Art.-Nr. 050402-92<br />

€ 24,95<br />

iDwaRF-168 Funkmodul<br />

Art.-Nr. 050402-91<br />

€ 34,95<br />

iDwaRF-HubBoard<br />

Art.-Nr. 050402-93<br />

€ 24,95<br />

MAI 2007 (Nr. 437)<br />

Software Defined Radio<br />

070039-1 Platine siehe www.thepcbshop.com<br />

070039-11 Software-CD 7,50<br />

070039-91 Platine bestückt und getestet 105,00<br />

ATtiny als RDS-Testsender<br />

060253-41 Programmierter Controller ATtiny 2313-20 6,00<br />

Seismograph<br />

060307-1 Platine siehe www.thepcbshop.com<br />

060307-11 Software-CD 7,50<br />

060307-41 Programmierter Controller ATtiny-45 15,00<br />

USB-Interface für Modellfernsteuerungen<br />

060378-1 Platine siehe www.thepcbshop.com<br />

060378-41 Programmierter Controller PIC18F2550I/SP 22,50<br />

Universeller JTAG-Adapter<br />

060287-1 Platine (programmierter EP900LC gratis – solange Vorrat reicht) 15,95<br />

060287-41 Programmierter EP900LC (solange Vorrat reicht) Nur Versandkosten!<br />

Speedmaster<br />

070021-91 Platine bestückt und getestet (ohne R8C-MOD1 und K1) 74,95<br />

Magnetometer<br />

050276-1 Platine siehe www.thepcbshop.com<br />

APRIL 2007 (Nr. 436)<br />

Freescale-MC9S08-Projekt<br />

060297-11 Software-CD 7,50<br />

060297-71 g-Kraft-Messer, Platinensatz mit 2 gratis MMA7260-Sensoren und<br />

Teile für BDM-Kabel 14,50<br />

Akku-Lader/Entlader/Kapazitätsmesser<br />

050073-1 Hauptplatine 14,95<br />

050073-2 Tastatur/Display-Platine 14,95<br />

050073-11 Software-CD 7,50<br />

050073-41 Programmierter ST7FMC2S4-Controller 24,50<br />

MÄRZ 2007 (Nr. 435)<br />

Freescale-MC9S08-Projekt<br />

060296-91 SpYder Discovery Kit (betriebsfertig) 9,75<br />

AVR-USB-Board<br />

060276-1 Platine 14,50<br />

Möchten Sie nicht auch direkt loslegen?<br />

Rufen Sie uns an ( 02 41/88 909-66!<br />

Wir stehen Ihnen Montag bis Donnerstag von 08:30 – 17:00 Uhr<br />

und Freitag von 08:30 – 12:30 Uhr gerne zur Verfügung.<br />

Abbildungen und Spezifikationen können aus produkttechnischen Gründen von den<br />

veröffentlichten Projekten abweichen. Preisänderungen und Irrtümer vorbehalten.<br />

Aktuelle Angaben unter www.elektor.de<br />

Bausätze & Module<br />

SpYder Discovery Kit<br />

(Elektor März 2007)<br />

Dieses Starter Kit von<br />

Freescale enthält einen<br />

USB-Programmer/-<br />

Debugger BDM,<br />

Software auf CD-ROM<br />

sowie einen<br />

MC9S08-Mikrocontroller.<br />

Der normale Preis dieses Bundles beträgt 30,- Euro!<br />

Art.-Nr. 060296-91<br />

€ 9,75<br />

g-Kraft-Messer<br />

(Elektor April 2007)<br />

Platinensatz mit 2 gratis<br />

MMA7260-Sensoren und<br />

Teile für BDM-Kabel<br />

Art.-Nr. 060297-71<br />

€ 14,50<br />

060276-11 Software-CD (mit Sourcecode) 7,50<br />

060276-41 Programmierter Controller (ATmega32-16PC) 12,95<br />

WirelessUSB-Funknetzwerk (iDwaRF)<br />

050402-1 Platine iDwaRF-Prototypingboard 12,00<br />

050402-91 iDwaRF-168 Funkmodul (bestückt und getestet) 34,95<br />

050402-92 iDwaRF-NodeBoard (bestückt und getestet) 24,95<br />

050402-93 iDwaRF-HubBoard (bestückt und getestet) 24,95<br />

Handy-LCD am PC<br />

060184-1 Interface-Platine siehe www.thepcbshop.com<br />

060184-11 Software-CD 7,50<br />

060184-41 Programmierter Controller (ATmega16-16PC) 12,95<br />

Anti-Kalk (Mini-Projekt)<br />

070001-1 Platine siehe www.thepcbshop.com<br />

FEBRUAR 2007 (Nr. 434)<br />

Rocketronik<br />

050238-1 Sender-Platine siehe www.thepcbshop.com<br />

050238-2 Empfänger-Platine siehe www.thepcbshop.com<br />

MP3-Vorverstärker<br />

060237-1 Platine siehe www.thepcbshop.com<br />

Funkuhr mit CPLD<br />

050311-1 Platine siehe www.thepcbshop.com<br />

050311-31 Programmierter CPLD-Chip 51,50<br />

FPGA-Kurs<br />

060025-9-11 Software-CD (mit Sourcecode) 7,50<br />

JANUAR 2007 (Nr. 433)<br />

Sputnik-Uhr<br />

050018-1 Platine siehe www.thepcbshop.com<br />

050018-11 Software-CD (mit Sourcecode) 7,50<br />

050018-41 Programmierter Controller 4,95<br />

Hebinck-Uhr<br />

060350-1 Platine siehe www.thepcbshop.com<br />

Das komplette Lieferprogramm mit allen<br />

noch lieferbaren Platinen finden Sie<br />

im Internet unter www.elektor.de

---

NEU<br />

NEU<br />

Röhren-Special 3<br />

Auf 116 Seiten finden Sie<br />

interessante und informative<br />

Themen, u. a. diese:<br />

Mikrofonie: Wie lässt sie sich<br />

messen und nachweisen?<br />

Rauschen: Wie lässt es sich<br />

auf ein Minimum beschränken?<br />

Getter: Welchen Einfluss hat es<br />

auf die Qualität des Vakuums?<br />

EL34: Welche Qualität hat die<br />

heute am weitesten verbreitete<br />

Endröhre der verschiedenen<br />

Hersteller?<br />

Bauprojekte sind u. a.:<br />

High-End-Kopfhörerverstärker<br />

Röhrenempfänger für digitales<br />

Radio<br />

Studio-Kondensator-Mikrofon<br />

Modulares Endstufen-<br />

Verstärkersystem<br />

100 W / 200 W Studio-<br />

Endstufe<br />

Retronik life – Restaurierung<br />

alter Röhrenradios<br />

Mobile Roboter<br />

selbstgebaut<br />

e 15,90 (D)<br />

e 16,40 (A)<br />

CHF 25.90<br />

Sichern Sie sich noch<br />

heute Ihr Exemplar unter<br />

Tel. +49 241 88 909-0<br />

Fax +49 241 88 909-77<br />

E-Mail: vertrieb@elektor.de<br />

Österreich: Alpha Buchhandel<br />

Wiedner Hauptstraße 144 A-1050 Wien<br />

Tel. 01/585 77 45 Fax 01/585 77 45 20<br />

alpha@austrodata.at<br />

Jetzt am Kiosk erhältlich!<br />

INSERENTENVERZEICHNIS MAI 2007<br />

Beta-Layout . . . . . . . . . . . . . .www.pcb-pool.com . . . . . . . . . 16<br />

Bungard . . . . . . . . . . . . . . . .www.bungard.de . . . . . . . . . . . 11<br />

Cadsoft Computer . . . . . . . . .www.cadsoft.de . . . . . . . . . . . . 17<br />

Circuit Design . . . . . . . . . . . .www.circuitdesign.de. . . . . . . . 11<br />

Decision-Computer . . . . . . . .www.decision-computer.de . . . . 8<br />

EMIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . .www.emisgmbh.de . . . . . . . . . 27<br />

Eurocircuits . . . . . . . . . . . . . .www.eurocircuits.com . . . . . . . 69<br />

GK Import Export . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27<br />

Haase Computer<strong>technik</strong> . . . .www.team-haase.de . . . . . . . . 69<br />

HM Funk<strong>technik</strong> . . . . . . . . . .www.hmradio.de . . . . . . . . . . . 27<br />

Kleinanzeigen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47<br />

LC Design . . . . . . . . . . . . . . .www.lcd-store.de. . . . . . . . . . . 27<br />

LPKF Laser & Electronics . . .www.lpkf.de. . . . . . . . . . . . . . . 13<br />

Microchip . . . . . . . . . . . . . . .www.microchip.com . . . . . . . . . 3<br />

Mikro Elektronika . . . . . . . . .www.mikroe.com . . . . . . . . . . . . 7<br />

NienTech . . . . . . . . . . . . . . . .www.NienTech.de . . . . . . . . . . 27<br />

Pls . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .www.pls-mc.com. . . . . . . . . . . . 9<br />

Simple Solutions . . . . . . . . . .www.simple-solutions.de . . . . . 53<br />

205 Seiten (kartoniert)<br />

Format 17 x 23,5 cm<br />

ISBN 978-3-89576-169-0<br />

e 34,80 (D)<br />

e 35,80 (A)<br />

CHF 59.90<br />

PRAXISORIENTIERTE EINFÜHRUNG<br />

IN DEN BAU VON ROBOTERN<br />

Roboter können sich selbständig bewegen und<br />

scheinen manchmal sogar eigene Entscheidungen zu treffen.<br />

Dieser Grenzbereich zwischen Technologie und „echter“ Intelligenz<br />

ist besonders faszinierend. Aus diesem Grund entsteht bei vielen<br />

der Wunsch nach einem eigenen Roboter, sei es für praktische<br />

Jetzt direkt beim Verlag ordern mit<br />

Aufgaben oder einfach nur zum Experimentieren und Spielen.<br />

der Bestellkarte am Heftende oder:<br />

Elektor-Verlag GmbH<br />

Der Weg zur Entwicklung und dem Aufbau eines eigenen Roboters ist<br />

Süsterfeldstraße 25<br />

aber nicht ganz einfach. Man sollte sich jedoch von anfänglichen Miss- 52072 Aachen<br />

Tel. 02 41/88 909-0<br />

erfolgen nicht abschrecken lassen, denn es macht wirklich Spaß, einen<br />

Fax 02 41/88 909-77<br />

selbst entworfenen Roboter zum ersten Mal in Funktion zu sehen!<br />

vertrieb@elektor.de<br />

www.elektor.de<br />

Das Buch enthält detaillierte Bauanleitungen für vier verschiedene Roboter.<br />

Sie können entweder einfach nachgebaut oder durch eigene kreative<br />

Erweiterungen noch ergänzt werden.<br />

Österreich: Alpha Buchhandel<br />

Wiedner Hauptstraße 144 A-1050 Wien<br />

Tel. 01/585 77 45 Fax 01/585 77 45 20<br />

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Weitere Infos unter www.elektor.de<br />

5/2007 - elektor 83

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INFO & MARKT VORSCHAU<br />

Die Elektor-Website - Service & News!<br />

In dem projektorientierten System hat man alles, was zu einem Projekt gehört, auf einer Seite im Blick:<br />

Artikel-Download im PDF-Format, Software-Download, Bestellmöglichkeiten und auch Korrekturen und Ergänzungen.<br />

Unser Service:<br />

Mikrocontroller-Experten-Forum<br />

Leser-Forum<br />

Elektronik-News<br />

Online-Shop<br />

Kostenloser Newsletter<br />

FAQs<br />

Die aktuellen Top-10-Downloads*:<br />

1. Der R8C und seine Familie<br />

2. Profi ler<br />

3. ELEKTOR-RFID-Reader<br />

4. FPGA-Chamäleon-Chip<br />

5. OBD-2-Analyser<br />

6. Selbstgebautes mit dem PC verbinden<br />

7. FPGA-Experimentierplatine<br />

8. Serial2Bluetooth<br />

9. Hexadoku<br />

10. SMD-Lötofen<br />

* Letzte zwei Monate, nur Artikel-Downloads<br />

Übersicht: Digital-Multimeter<br />

mit serieller Schnittstelle<br />

Für die nächste Ausgabe ist eine Übersicht über alle tragbaren Digitalmultimeter mit PC-Schnittstelle geplant. Eine<br />

solche Schnittstelle erweitert die Anwendungsmöglichkeiten erheblich. Messungen lassen sich automatisieren und<br />

die Messwerte stehen sofort zur Auswertung, Weiterverarbeitung und Dokumentation auf dem PC zur Verfügung.<br />

In Verbindung mit einem solchen recht preiswerten Multimeter wird jedes Notebook im Handumdrehen zum Datenlogger.<br />

Der Beitrag gibt nicht nur eine gute Marktübersicht, sondern informiert auch im Detail über die wichtig sten<br />

Eigenschafte der einzelnen Geräte und der mitgelieferten PC-Software.<br />

Gegentakt-Klasse-A-Triodenverstärker<br />

2006 jährte sich die Anmeldung der grundlegenden Triodenpatente zum 100. Mal. Der Österreicher Robert von Lieben kam<br />

dem (berühmteren) Amerikaner Lee de Forest dabei um sieben Monate zuvor. Bis zum ersten Triodenverstärker war es<br />

dann kein sehr weiter Weg mehr. 100 Jahre später veröffentlicht ELEKTOR einen Triodenverstärker, und das nicht nur zum<br />

Jubiläum, sondern auch, weil Triodenverstärker für Audio einen besonderen Ruf genießen – und normalerweise ziemlich<br />

teuer sind. Letzteres trifft auf das ELEKTOR-Projekt nicht zu. Dieser Trioden-Röhren-Verstärker ist nicht nur bezahlbar, sondern<br />

auch sehr einfach zu bauen. Die Schaltung liefert eine Ausgangsleistung von 2 x 9 Watt und ist mit Röhren vom gut<br />

erhältlichen Typ 6AS7 bestückt. Eine Besonderheit des Verstärkers ist die abschaltbare Gegenkopplung, mit der man den<br />

Klirrfaktor und damit auch den Klang an persönliche Vorlieben und/oder die Musikrichtung anpassen kann.<br />

Stand-alone OBD2-Analyser<br />

Änderungen vorbehalten!<br />

Die OBD-Schnittstelle (auch als EOBD-Interface bekannt) ist inzwischen in allen neueren Autos standardmäßig vorhanden.<br />

Mit dem tragbaren OBD-Analyser hat man ohne großen Aufwand jederzeit die Möglichkeit, Betriebswerte<br />

wie Drehzahl, Temperatur, Motorleistung und Geschwindigkeit, aber auch Fehlermeldungen und gespeicherte Fehlercodes<br />

auszulesen. Das neue Projekt zeichnet sich durch kompakte Abmessungen, einfache Handhabung, einfachen<br />

Nachbau und vor allem durch erweiterte Möglichkeiten wie zum Beispiel Sauerstoffmessung (Lambda-Sonde) aus.<br />

In einem separaten Kapitel beschäftigen wir uns mit den Entwicklungstendenzen der On-board-Diagnose<strong>technik</strong> und<br />

den sich daraus ergebenden Kontrollmöglichkeiten, Beschränkungen und Konsequenzen.<br />

ELEKTOR Juni 2007 erscheint am 23. Mai 2007.<br />

ELEKTOR gibt es im Bahnhofsbuchhandel, Elektronik-Fachhandel,<br />

an ausgewählten Kiosken und garantiert beim Presse-Fachhändler.<br />

Ein Verzeichnis fi nden Sie unter: http://www.blauerglobus.de<br />

Sie können ELEKTOR auch direkt bei www.elektor.de bestellen.<br />

84 elektor - 5/2007

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(11 Hefte / inkl. Doppelheft Juli/August) pünktlich und zuverlässig frei Haus beziehen*.<br />

Im Vergleich zum Einzelheftkauf am Kiosk spare ich beim Standard-Abonnement e 8,85<br />

(bei der PLUS-Variante sogar bis zu e 29,-).<br />

Als Dankeschön erhalte ich den attraktiven 1 GB MP3-Player (sofort nach Zahlung der<br />

Abonnements rechnung) gratis zugeschickt.<br />

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Wenn Sie innerhalb von 1 Woche nach Erhalt der dritten<br />

Ausgabe nichts von mir hören, möchte ich Elektor im<br />

Jahresabonnement für nur g 67,75 weiter beziehen.<br />

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Elektor-Gesamtkatalog 2007<br />

Ich erhalte die nächsten 3 Ausgaben für nur g 12,50<br />

pünktlich und zuverlässig frei Haus*.<br />

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sich automatisch um 12 Monate,<br />

wenn nicht spätestens zwei<br />

Monate vor Ablauf schriftlich<br />

gekündigt wird.<br />

**Diese CD-ROM wird<br />

Ihnen sofort nach Erscheinen<br />

(Februar 2008) zugeschickt.<br />

Fahrzeugdiagnose mit OBD e 39,80<br />

Mobile Roboter selbstgebaut e 34,80<br />

Elektor-DVD 1990-1999 e 89,00<br />

Elektor-CD 2006 e 25,00<br />

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Mess<strong>technik</strong> in der Praxis e 29,80<br />

Röhren-Special 3 e 15,90<br />

steuerungen und Entwicklung e 59,00<br />

Visual Basic für Elektronik-<br />

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05/07 05/07<br />

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Jahresabonnement-PLUS (inkl. Jahrgangs-CD-ROM 2007**) für nur g 77,70<br />

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Bücher CD-ROMs DVDs<br />

Sonderhefte E-blocks<br />

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Elektor-Verlag GmbH<br />

Süsterfeldstraße 25<br />

52072 Aachen<br />

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Fax +49 241 88 909-77<br />

E-Mail: vertrieb@elektor.de<br />

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Der Katalog kann auch jederzeit<br />

im Elektor-Online-Shop als PDF-<br />

Datei heruntergeladen werden.<br />

www.elektor.de<br />

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Mess<strong>technik</strong><br />

in der Praxis<br />

231 Seiten (kartoniert)<br />

Format 17 x 23,5 cm<br />

ISBN 978-3-89576-167-6<br />

e 29,80 (D)<br />

e 30,70 (A)<br />

CHF 49.90<br />

Das Durchführen von Messungen gehört zu<br />

Richtig verstanden,<br />

angewandt und<br />

den grundlegenden Tätigkeiten eines jeden<br />

Elektronikers, wie das tägliche Brot zum Leben.<br />

interpretiert!<br />

Ob bei der Entwicklung von Schaltungen, der Überprüfung während<br />

der Produktion oder bei der Fehlersuche in defekten Geräten: Messgeräte<br />

sind das wichtigste Handwerkszeug und kommen stets zum Einsatz.<br />

Jetzt direkt beim Verlag ordern mit<br />

der Bestellkarte am Heftende oder:<br />

„Wer misst, misst Mist“ lautet ein oft zitiertes Motto. Damit dem nicht<br />

Elektor-Verlag GmbH<br />

Süsterfeldstraße 25<br />

so ist, muss der Elektroniker wissen, was er tut, muss die Genauigkeit<br />

seiner Messgeräte und vor allem die Schwachpunkte des Messverfahrens<br />

52072 Aachen<br />

Tel. 02 41/88 909-0<br />

Fax 02 41/88 909-77<br />

kennen. Hier setzt dieses Buch an: Ausgehend von theoretischen<br />

Betrach tungen und Begriffsdefinitionen geht die Reise von den einfachen<br />

vertrieb@elektor.de<br />

www.elektor.de<br />

Zeigerinstrumenten über Multimeter und Oszilloskop hin zu FFT-Analysen<br />

Österreich: Alpha Buchhandel<br />

Wiedner Hauptstraße 144 A-1050 Wien<br />

und spezialisierten Messgeräten wie Audio-Analyser, Schallpegelmesser,<br />

Geräte- und Installationstester.<br />

Tel. 01/585 77 45 Fax 01/585 77 45 20<br />

alpha@austrodata.at<br />

Fahrzeugdiagnose<br />

mit OBD<br />

232 Seiten (kartoniert)<br />

Format 17 x 23,5 cm<br />

ISBN 978-3-89576-173-7<br />

e 39,80 (D)<br />

e 41,00 (A)<br />

CHF 67.90<br />

Weitere Infos unter www.elektor.de<br />

MIT AUSZUG AUS ISO 15031-6:2005<br />

"DEFINITION VON DIAGNOSEFEHLERCODES"<br />

Es ist sicherlich interessant zu wissen,<br />

was unter der Motorhaube abläuft, wenn<br />

etwas mit dem Fahrzeug nicht in Ordnung ist. Hierbei hilft die fahrzeugeigene<br />

Diagnose, den Fehler zu finden und Reparaturkosten zu<br />

senken, sodass Sie nicht bei jedem Aufblinken der Warnlampen gleich Jetzt direkt beim Verlag ordern mit<br />

in die Werkstatt müssen. Nur mit einem geeigneten Interface zum Auslesen der Bestellkarte am Heftende oder:<br />

Elektor-Verlag GmbH<br />

der Fehlercodes und zahlreichen Messwerten der elektronischen Sensoren<br />

Süsterfeldstraße 25<br />

ist bei modernen Autos überhaupt noch eine Fehlerdiagnose möglich. 52072 Aachen<br />

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Neben der praxisorientierten Beschreibung der heutigen Diagnose-<br />

Fax 02 41/88 909-77<br />

vertrieb@elektor.de<br />

möglichkeiten für den ambitionierten Autofreak, beschreibt das Buch<br />

www.elektor.de<br />

den Selbstbau eines preiswerten Diagnoseinterface und welche Fertig-<br />

Österreich: Alpha Buchhandel<br />

lösungen es am Markt gibt. Ein weiteres Projekt beschäftigt sich mit<br />

Wiedner Hauptstraße 144 A-1050 Wien<br />

Tel. 01/585 77 45 Fax 01/585 77 45 20<br />

dem Aufbau eines zusätzlichen Kombiinstrumentes zur permanenten und alpha@austrodata.at<br />

autarken Anzeige von Messwerten im Auto. Weitere Infos unter<br />

www.elektor.de<br />

5/2007 - elektor 87

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Basteln war gestern.<br />

Unser Abogeschenk:<br />

MP3-Player, USB-Stick<br />

& Voice Recorder<br />

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Preisvorteil: Sie sparen 12% gegenüber<br />

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Produkte bis zu 40% Rabatt<br />

Top-Aboprämie: attraktiver 1-GB-MP3-Player<br />

gratis (Wert: 49,95 Euro)<br />

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