µController Schaltungsbeschreibung

LAB – Projekt „µController-Schaltung“

3.Schaltung:

3.1 Beschreibung der Schaltungsfunktion:

Unsere Aufgabe war es, eine PIC-Schaltung zu entwickeln welchen eine paar Anforderungen erfüllen sollte:

Entwicklung einer embedded Prozessorschaltung mit einem geeigneten PIC-Typ.

Es soll ein geeigneter Quarz verwendet werden. Spannungsversorgung extern von 20V bis 9V Rote LED als Anzeige für Spannungsversorgung intern (5V) Grüne LED als Anzeige, dass PIC in Betrieb ist (blinkend per SW im

Sekundentakt) Printgröße is ein halbes Europakarten-Format (50*80 mm) 6 Alarmeingänge mit einem fixen Widerstandswert von 15kR

(Schutz gegen Manipulation) An den Schnittstellen nach außen (U-Versorgung, RS485) sind

Überspannungsschutzmaßnahmen (ESD) und Filtermaßnahmen (CE) vorzusehen.

3.2 Gesamtschaltung:

©2006 by Platz Philipp Seite 1Version 1.0 – Stand 12 April 2023


Grundsätzlich ist die Schaltung nicht sehr aufwendig und komplex. Man kann die komplette Schaltung in kleinere Teilschaltungen aufteilen um somit den Überblick zu bewahren. Ich werde nun auf die einzelnen Teile des Projekts eingehen und diese kurz beschreiben.

3.3 Teilschaltung: U-Versorgung

Aufgabe dieser Teilschaltung ist es, die externe Spannungsversorgung welche zwischen 20V und 9V betragen kann, auf konstante 5V herunterzuregeln. Dies passiert hier mit dem Festspannungsregler 7805S. Dieser gibt standardmäßig bei dieser Beschaltung eine Spannung von 5V aus. Der Festspannungsregler verträgt am Eingang bis zu 25V. Auf der Eingangsseite befinden sich noch zwei Kondensatoren (Elkos) welche externe Spannungsschwankungen ausgleichen sollen und somit Spannungseinbrüche verhindern. Dazu sollen sich auch noch eine Spannungsglättung bewirken. Weiters befindet sich am Eingang noch eine Zener-Diode. Diese dient dazu, um Spannungsspitzen gegen GND abzuleiten und somit den 7805S zu schützen. Falls die Zener-Diode nun doch einmal kaputt gehen sollte (entspricht dann einem Kurzschluss) und die komplette Spannung nicht am Festspannungsregler anliegt, wurde diese noch mit einem Widerstand danach abgesichert. Somit wurde auch der Überspannungsschutz noch abgesichert. Weiters hätte man noch eine Schmelzsicherung einbauen können. Davon habe ich aber dann nicht Gebrauch gemacht, da es in der Verwendung umständlich ist die „geschmolzenen“ Sicherungen auszutauschen.Am Ausgang befinden sich wieder zwei Kondensatoren welche die gleiche Aufgabe haben, wie die an der Eingangsseite. Eine LED inkl. Vorwiderstand befindet sich auch noch an der Ausgangsseite.



Diese zeigt an, wenn die externe Spannung korrekt runter geregelt wurde und die darauf folgende Schaltung mit den erforderlichen 5V versorgt wird.



3.4 Teilschaltung: PIC-Schaltung (inkl. Quarz u. Reset-Schalter)

Hier sieht man nun das eigentliche Herzstück der Schaltung, den PIC. Wir haben uns für den 16F876A entschieden. Erstens haben wir diesen auch schon letztes Jahr verwendet und haben somit auch schon einige Erfahrungen damit gemacht und zweitens reicht die Funktionalität dieses PIC’s vollkommen aus um die Anforderungen zu erfüllen. Zur Spannungsversorgung wird der PIC einfach mit den vorher heruntergeregelten 5V gespeist (Pin 20). Parallel dazu wird wieder ein Kondensator eingebaut, um Spannungsschwankungen entgegen zu wirken. Nicht vergessen darf man natürlich auch nicht die Verbindung gegen GND (Pin 8 und 9).Um den PIC in einen vordefinierten Zustand zu versetzen (Reset-Zustand), muss der PIN 1 (MCLR – Master Clear) mittels eines Schalters gegen Masse geschaltet werden können. Wenn nun der Schalter schließt und eine Verbindung gegen GND besteht, wird der PIC einem Reset ausgesetzt.Port A, auf welchen sich auch die ADC’s befinden, wird für die Alarmeingänge verwendet. Es wird einfach der vorher definierte Widerstandswert (15kR) an einem Eingang angeschlossen. Die Spannung am ADC soll nun ungefähr 2,5V betragen. Das soll einem digitalen Wert zwischen 450 und 550 entsprechen. Wenn nun der Sensor kurzgeschlossen wird (entspricht einem unendlichen kleinem Widerstand), liegt die komplette Eingangsspannung (5V) am Eingang des PIC’s. Dies entspricht einem digitalen Wert von 1023. Eine andere Möglichkeit der Manipulation wäre, die Unterbrechung der Sensor-Leitung. Daraus folgt, dass der Widerstand unendlich groß wäre. Damit wäre ein Spannungspegel von 0V am Eingang. Das entspricht wieder einem digitalen Wert vom 0. Mittels der SW soll nun der ADC-Wert mit vorgegebenen Werten



verglichen werden. Wenn der ADC-Wert nun nicht zwischen den vorher definierten 450 bzw. 550 liegt kann man daraus schließen, dass eine Sabotage vorliegt.

3.5 Teilschaltung: LED-Anzeige

Dieser Teil der Gesamtschaltung soll diverse Anzeigen ermöglichen. Wie zum Beispiel in den Forderungen angegeben, der Betrieb des PIC’s. Dazu wurde der LED-Treiber ULN2003A verwendet. Auf der Input-Seite werden die einzelnen Signale angelegt. Bei dieser Schaltung wurden insgesamt 3 Signale verwendet. Einerseits eine Leitung, welche den Betrieb des PIC’s anzeigen soll. Und andererseits zwei Leitungen, welche Schreib- und Lesezugriffe des RS485-Busses anzeigen soll. Auf der Ausgangsseite befinden sich die LED’s inkl. der dazugehörigen Vorwiderstände. Wenn nun ein Signal auf der Input-Seite daher kommt, zieht der LED-Treiber den Output-Pin der dazugehörigen LED auf Masse. Nun fließt Strom von Vdd in Richtung des LED-Treibers und die LED beginnt zu leuchten. Grundsätzlich könnte man die LED’s direkt an den PIC anschließen. Das habe ich aber nicht gemacht, da der PIC sonst relativ viel Leistung verbracht und somit der PIC nur unnötig belastet wird.



3.6 Teilschaltung: RS485-Converter

Als RS485-Converter wurde der MAX481-CPA von Maxim verwendet. Es handelt sich hierbei um einen Low-Power Half-Duplex Converter. Er wandelt die ein- und auskommenden Signale in die richtigen Pegel um. Weiters besitzt der MAX481-CPA intern noch einen ESD-Schutz (bis zu 15kV). Um Spannungsschwankungen entgegen zu wirken, wurde ein Kondensator parallel dazu geschaltet.



3.8 Teilschaltung: RS485-Verbindung

Dieser Teil der Schaltung dient nur zur physischen Verbindung zwischen dem RS485-Converter und dem Ein- bzw. Ausgangsstecker der RS485-Verbindung.Beide Leitungen der Schnittstelle sind noch zusätzlich mit einer Zener-Diode und einem dazugehörigen Widerstand gegen Spannungsspitzen abgesichert.Der Jumper dient zum Abschluss des RS485-Busses. Wenn das PIC-Board das letzte in einem Bussystem ist, muss dieses teterminiert werden. Dies geschieht mit diesem Jumper, der beim Schließen einen Abschlusswiderstand von 120R „einfügt“. Zusätzlich sieht man hier noch den Stecker für die externe Spannungsversorgung.



3.9 Teilschaltung: ICSP-Stecker und PortA-Stecker

Diese Teilschaltung besteht legendlich aus zwei Steckerverbindungen, dem ICSP-Stecker und dem PortA-Stecker. Der ICSP-Stecker dient einfach dazu, dass der PIC innerhalb der Schaltung programmiert werden kann. Somit erspart man sich das lästige Herausnehmen des PIC’s und die Programmierung erfolgt ohne großen Aufwand.Für die ICSP braucht man legendlich vier Pins. Vdd, MCLR, PGC und PGD. Über diese 4 Leitungen wird der PIC komplett programmiert.Der PIC muss mit einer höheren Spannung programmiert werden als er betrieben wird.Der PortA-Stecker dient nur dazu, dass man die diversen Alarmsensoren an den PIC anschließen kann.


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