2017-08-28T12:12:48Z

Martin d69: cubli - a cube that can jump up and balance

Fast jeder kennt Ihn, den Würfel welche Forscher des ''Instituts für dynamische Systeme'' der ''ETH Zürich'' entwickelt haben. Es wurde schon häufig versucht Ihn zu kopieren, jedoch sind ebenso viele daran gescheitert. Die Technik gleicht einem inversen Pendel. Die Mathematik dahinter sind Differentialgleichungen eines nichtlinearem Systems 4. Ordnung.

Ich möchte mit euch zusammen dieses tolle Projekt erneut entwickeln. Der aktuelle Projektstand wird regelmäßig von mir aktualisiert. Letztes Update 28.08.2017

[[Datei:cubli.png|Cubli Konstruktion]]

'''Technik'''
* Motoren: Maxon EC45 flat 12V
* Controller: Basierend auf Arduino MKR1000
* Sensoren: MPU-9250 (Anzahl u. Anordnung TBD)
* Akku: LiPo 3S 1500mAh

Benutzer:Martin d69

2015-01-06T13:34:27Z

Martin d69:

Ein paar Infos über mich:
<br />
Ich bin seit 10/2011 Student an der TUHH mit der Fachrichtung Maschinenbau. Elektronik ist mein großes Hobby!
<br />
<br />
Meine Ausstattung:
* OWON PDS8102T
* Ersa MS6000
* Atten 858D+
* Batronix BXM85
<br />
Bevorzugte Bauteile:
* RCL 0805/0603
* SSOP/QFN/SOT
* Microchip PIC
* Infineon XMC
<br />
Meine Basteleien richten sich alle in die Richtung: etwas sehen, etwas meckern und dann besser nachbauen!<br />
Generell bin ich von bedrahteten Bauteilen weg gegangen, da die Leiterpletten zu groß werden und weil es einfach schöner aussieht.<br />
Ich kenne mich im bereich Schaltregler bis derzeit 1Mhz gut aus. Regelschleifen berechnen, Kompensationsnetzwerke anpassen macht mir spaß. Mein aktuelles Projekt ist ein SMPS mit Planartrafo (3.5kW max).
<br />
Bezugsquellen sind eigentlich nur Reichelt, Mouser und Völkner.

DDS-Signalgenerator per USB

2014-07-17T20:01:40Z

Martin d69: /* Bilder zum Projekt */

von [http://www.mikrocontroller.net/articles/Benutzer:Martin_d69 ''M. Dittrich'']
<br />
{| class="wikitable"
|-
| <center info="schön das mir diese idee jeder klaut">''Dieser Artikel nimmt am Artikelwettbewerb [http://www.mikrocontroller.net/topic/infineon-xmc-design-contest-2014 Infineon XMC Design Contest 2014] teil.''</center>
|}
<div style="position:absolute;anchor:fix;padding-left:250px;padding-top:20px;">[[Bild:banner.png|600px]]</div>
== Einleitung ==
Wer kennt es nicht, eine Simulation bringt schönste Ergebnisse und der Testaufbau zeigt starke abweichungen. Solche Probleme könnte man umgehen wenn man frühzeitig an realen Bauteilen testen könnte. Ein Signalgenerator währe das Werkzeug der Wahl! Der Trend elektrischer Geräte geht mehr und mehr in Richtung USB. So laufen moderne Logic Analyzer, genau wie moderne Messgeräte über USB. Lösung ist ein [http://de.wikipedia.org/wiki/Direct_Digital_Synthesis DDS], dies steht für '''''D'''irect '''D'''igital '''S'''ynthesis'' und ist ein Verfahren zur Erzeugung periodischer Signale. Dies kann sowohl ein Sinus-, Dreieck- oder Rechtecksignal sein. Nimmt man nun noch einen PWM-Kanal dazu, so hat man wirklich alles wünschenswerte an Signalen parat.
<br />
<br />
Dieses Projekt beschreibt wie man sich einen qualitativ sehr hochwertigen Signalgenerator für unter 25€ selbst zusammenbauen kann.<br />Mehr zum Thema DDS findet ihr [http://www.mikrocontroller.net/articles/DDS hier].
<br />
<br />
Wer jetzt noch der Meinung ist, ein digitaler Signalgenerator sollte auch Protokolle wie I<sup>2</sup>C oder SPI ausgeben können, der darf gerne weiterlesen! Es gibt eine [[DDS-Signalgenerator_per_USB#Extendet_Edition|'''extended edition''']] welche dies unterstützt.
Preislich kommen dann noch eine Platine und ein paar Bauteile für ca. 25€ dazu.

== Hardware ==
Die verwendete Hardware ist ein Infineon '''[http://www.infineon.com/cms/en/product/evaluation-boards/KIT_XMC_2GO_XMC1100_V1/productType.html?productType=db3a304443537c4e01436ccecb5d154f XMC2Go]''' und ein '''[http://www.analog.com/en/rfif-components/direct-digital-synthesis-dds/ad9833/products/product.html#product-documentation AD9833]''' Modul.
=== XMC2Go ===
[[Bild:xmc2go.png|thumb|400px|XMC2Go Kit with XMC1100]]
Die von Infineon entwickelte Hardware basiert auf dem XMC1100 32-bit ARM® Cortex™-M0 Prozessor:
* 32MHz CPU
* 64k Flash
* 16k RAM
* On-Board J-Link Debugger
Besonders von Bedeutung ist das XMC4200 Debug IC. Dies ermöglicht uns ''Breakpoints'' im Programm zu definieren, welches ein stückweises Abarbeiten des Programmablaufs ermöglicht. Es ist dabei möglich zwischen jedem Schritt die Werte von Variablen zu beobachten und somit Fehler im Programmcode schnell zu entdecken.
<br /><br />

=== AD9833 ===
[[Bild:ad9833.png|thumb|top|200px|AD9833 Modul]]
Der von Analog Devices entwickelte Chip hat folgende Eckdaten:
* 25MHz Clock
* 28bit Resolution
* 2,3V to 5,5V Power supply
* 12,65mW Power consumption at 3V
In diesem Projekt können damit Frequenzen bis zu 10MHz generiert werden. Man sollte noch erwähnen, das bei der Umrechnung in HEX Rundungsfehler auftreten. Ein Beispiel:<br />
:<math>\frac{2^{28\;bit}}{25\cdot 10^6\;Hz}=10,73741824s</math><br />
Gerundet ergibt dies 11, jedoch als Integer nur 10! Dieses Beispiel sollte zeigen das es nicht immer möglich ist die Frequenz exakt vorzugeben.

=== GPIO ===
Das Kürzel GPIO steht für '''''G'''eneral '''P'''urpose '''I'''nput/'''O'''utput'' und kennzeichnet Pins welche man wahlweise als als Ein- oder Ausgang konfigurieren kann. Das XMC2Go hat 14 Ports welche diverse Funktionen übernehmen können. Was genau sieht man [http://www.mikrocontroller.net/wikifiles/e/e5/Xmc2go_portlist.png hier]. In diesem Projekt werden die folgenden Pins verwendet:
* T1 = P0.6
* LED1 = P1.0
* LED2 = P1.1
Mehr dazu und zu den folgenden Punkten findet ihr im [http://www.infineon.com/dgdl/Board_Users_Manual_XMC_2Go_Kit_with_XMC1100_R1.0.pdf?folderId=db3a30433580b3710135a47f3eb76c98&fileId=db3a3043444ee5dc014453d6c75078c6&ack=t XMC2Go Users Manual].
=== PWM ===
Das Kürzel [http://www.mikrocontroller.net/articles/Pulsweitenmodulation PWM] steht für '''''P'''ulse-'''W'''idth '''M'''odulation'' und beschreibt ein Rechtecksignal mit einstellbarem Tastgrad (engl. Duty Cycle). Zum Betrieb dieses Moduls wird lediglich die Frequenz und der Tastgrad angegeben. In diesem Projekt wird der folgende Pin verwendet:
* PWM = P0.5
Auf die Programmierung des Moduls wird später genauer eingegangen.
=== SPI ===
Das Kürzel [http://www.mikrocontroller.net/articles/Serial_Peripheral_Interface SPI] steht für '''''S'''erial '''P'''eripheral '''I'''nterface'' und beschreibt ein Modul zur seriellen Datenübertragung. Zum Betrieb dieses Moduls werden maximal 4 GPIO Pins benötigt:
* SDI/MISO = P0.6
* SDO/MOSI = P0.7
* CLK/SCLK = P0.8
* CS/SS/FSYNC = P0.9
Man unterscheidet jedoch zwischen Vollduplex, Halbduplex und Simplex. Wenn Daten nur in der Richtung XMC -> AD9833 gesendet werden sollen, spricht man auch von MTSR also '''''M'''aster '''T'''ransmit '''S'''lave '''R'''eceive''. Dies wird dann als Simplex Kommunikation beschrieben und benötigt lediglich die SDO, CLK und CS Pins des XMC's. Halbduplex wähe der Fall das man Master <-|-> Slave (senden oder empfangen) kann und Vollduplex währe für Master <-&-> Slave (gleichzeitig senden und empfangen). Hierbei benötigt man die SDI, SDO, CLK und CS Pins des XMC's. Mehr dazu findet ihr [http://www.mikrocontroller.net/articles/Serial_Peripheral_Interface hier].
=== UART ===
Das [http://www.mikrocontroller.net/articles/UART UART] Modul ist anfangs sehr komplex, es zeigt sich jedoch als sehr nützlich. Wenn man die interne USB <-> UART Bridge verwenden möchte, konfiguriert man wie folgt:
* Tx = P2.1
* Rx = P2.2
Man beachte das diese Pins auf dem XMC2Go nicht herausgeführt wurden! Nach Inbetriebnahme kann man mit beliebigen Terminal-Programmen mit dem XMC kommunizieren. Ich empfehle hierzu [http://www.der-hammer.info/terminal HTerm].
=== Extendet Edition ===
Vorteil der Extended Edition sind nicht nur die zusätzlichen Funktionen sondern auch ein schickes Gehäuse. Jedoch reicht in diesem Fall der Hardwareumfang des XMC2Go nicht mehr ganz aus. Der Grund warum zusätzliche Hardware von nöten ist, ist einfach begründet: Der XMC2Go verfügt nur über zwei USIC Channel. Einer wird für die Kommunikation über UART reserviert, der andere für die Kommunikation über SPI. Dies ist aber keineswegs schlecht weil eh ein Kurzschlußschutz der GPIO Pins benötigt wird! Diese fähigkeit sowie die Spannungsfestigkeit bis 5V aller GPIO's bringt der SC18IS600 Chip mit sich.
<br />
<br />
Zusammengefasst ergibt uns die Erweiterung folgende Schnittstellen:
* PWM out
* AD in
* GPIO in/out
* SPI in/out
* I<sup>2</sup>C in/out
Das erweitert die Einsetzbarkeit dieses Werkzeugs enorm!
==== NXP SC18IS600 Chip ====
Bei diesem IC handelt es sich um ein SPI zu I<sup>2</sup>C Umsetzer. Desweiteren ergänzt dieser Chip ein vorhandenes System um sechs GPIO Pins, von denen zwei quasi-bidirectional sein können.

== Software ==
Als Entwicklungsumgebung bietet Infineon DAVE3 an. Der vorteil dieser IDE ist eine grafische Benutzeroberfläche. Diese bietet vorgefertigte Apps, quasi Templates, zur schnellen Initialisierung verschiedenster Module.
=== App Connectivity ===
{|
|-
| [[Bild:dave_apps.png]] || <div style="padding-left:50px;padding-bottom:210px;">[[Bild:dave_apps_extended.png|thumb|250px|DAVE3 App Connectivity (extended version)]]</div>
|-
| <center>DAVE3 App Connectivity (basic version)</center>
|}

=== Frequency Calculation ===
<syntaxhighlight lang="c">
/*/ Calculation of the 28bit stream /*/
long CalcFreqValue(uint32_t hz) {
uint64_t temp;
uint32_t freq;
temp = hz*(pow(2,28)/25e6);
freq = temp;
return freq;
}
</syntaxhighlight>
=== Phase Calculation ===
<syntaxhighlight lang="c">
/*/ Calculation of the 14bit stream /*/
int CalcPhaseValue(uint32_t deg) {
uint32_t phase;
phase = deg*(pow(2,11)/180);
return phase;
}
</syntaxhighlight>
=== UART Communication ===
<syntaxhighlight lang="c">
/*/ If data received via UART /*/
if((USIC0_CH0->TRBSR & 0x00000008) == 0) {
bool stop_bit = 0;
uint8_t cnt = 0;
uint8_t pos = 0;

/*/ Turn on LED1 to show there are incoming data /*/
LED(1, 1);

/*/ Clear all Arrays to avoid Errors /*/
bzero(&Buffer, sizeof(Buffer));
bzero(&Freq, sizeof(Freq));
bzero(&Phase, sizeof(Phase));
bzero(&Value, sizeof(Value));

/*/ Store FIFO data into Buffer[0...n] /*/
while(!stop_bit) {
Buffer[pos] = (USIC0_CH0->OUTR & 0x0000FFFF);
if(Buffer[pos] == '\0')
stop_bit = 1;
pos++;
}
.
.
.
}
</syntaxhighlight>
=== SPI Communication ===
<syntaxhighlight lang="c">
/*/ Clear status flags /*/
void SPI001_Clear() {
SPI001_ClearFlag(&SPI001_Handle0,SPI001_RECV_IND_FLAG);
SPI001_ClearFlag(&SPI001_Handle0,SPI001_ALT_RECV_IND_FLAG);
}

/*/ Wait until data has been sent /*/
void SPI001_WaitForOK() {
uint8_t Status1 = 0;
uint8_t Status2 = 0;
do {
Status1 = SPI001_GetFlagStatus(&SPI001_Handle0,SPI001_RECV_IND_FLAG);
Status2 = SPI001_GetFlagStatus(&SPI001_Handle0,SPI001_ALT_RECV_IND_FLAG);
} while(!((Status1 == SPI001_SET) || (Status2 == SPI001_SET)));
}

/*/ Shifting 2x 14bit /*/
Data[1] = (CalcFreqValue(DesiredFreq) & 0x3FFF) + 0x4000;
Data[2] = (CalcFreqValue(DesiredFreq) >> 14) + 0x4000;

/*/ Shifting 12bit /*/
Data[5] = (CalcPhaseValue(DesiredPhase) & 0x3FFF) + 0xC000;

/*/ Send data to Chip /*/
SPI001_Clear();
EnableStartOfFrame(SPI001_Handle0);
for(int i=0; i<sizeof(Data)/sizeof(Data[0]); i++) {
SPI001_WriteData(&SPI001_Handle0,&Data[i],SPI001_STANDARD);
}
SPI001_WaitForOK();
EnableEndOfFrame(SPI001_Handle0);
</syntaxhighlight>
=== Special GPIO Pins ===
This is a user defined Area. You can write any kind of code inside this Prototype or leave it blank if it's not used.<br />
In this case, the <io:***> Parameter is unused.<br /><br />
Example: <io:255> gives the following
<pre>uint8_t Special[] = {2, 5, 5, \0}</pre>
=== Testing with HTerm ===
For first Tests we can use HTerm. Take advantage of the following settings:
* 115200 Baud
* 8 Data bits
* 1 Stop bit
* Parity: none
Example ASC-Command: s,f:2000000,p:180,io:63 <NULL on Enter><br />
Or the same in short form: s,2000000,180,63 <NULL on Enter><br />
Result: Sine Wave, 2MHz, 180° Phase shift, 6-bit special GPIO register
=== Windows Application ===
Die Software wurde in Microsoft® VisualStudio C# programmiert und ist auch als Sourcecode im Downloadbereich zu finden. Es wurde während der Programmierung besonders auf ein sauberes exception handling geachtet um Programmabstürze zu verhindern.<br />
Die special GPIO Version gibt dem Nachbauer außerdem die Chance seinen eigenen Code auf einfache Weise zu ergänzen um z.B. Ausgänge zu schalten welche weitere Funktionen triggern uvm.
{|
|-
| [[Bild:xmcontrol_v1.0.4.png|400px]] || [[Bild:xmcontrol_v1.1.2.png|400px]]
|-
| <center>XMControl v1.0.4 (basic version)</center> || <center>XMControl v1.1.2 (basic version incl. special GPIO register)</center>
|}

== Fertigung ==
Die Fertigung der Einzelteile beschränkt sich auf die '''extended edition''', da es nur für diese Version externe Hardware benötigt. Daher kann dieser Schritt für den Bau der basic edition übersprungen werden.
=== Leiterplatte ===
Die Platine wurde in Eagle entworfen. Diese beinhaltet einen <sup>1</sup>[http://www.analog.com/static/imported-files/data_sheets/AD8368.pdf AD8368] VGA/AGC amplifier und einen <sup>1</sup>[http://www.nxp.com/documents/data_sheet/SC18IS600.pdf SC18IS600] IO-Interface Chip.<br />
<div style="width:100%;display:table;">
<div style="float:left;display:table-cell;">
[[Bild:schaltplan_s01_v1.2.png|thumb|260px|Schaltplan des XMC2Go/AD9833]]
</div>
<div style="float:left;display:table-cell;padding-left:20px;">
[[Bild:schaltplan_s02_v1.2.png|thumb|260px|Schaltplan des SC18IS600]]
</div>
<div style="float:left;display:table-cell;padding-left:20px;">
[[Bild:schaltplan_s03_v1.2.png|thumb|260px|Schaltplan des AD8368]]
</div>
</div>

<div style="width:100%;display:table;">
<div style="float:left;display:table-cell;">
[[Bild:platine_nested_v1.2.png|thumb|260px|Board komplett]]
</div>
<div style="float:left;display:table-cell;padding-left:20px;">
[[Bild:platine_top_v1.2.jpg|thumb|260px|Patine (roh)]]
</div>
<div style="float:left;display:table-cell;padding-left:20px;">
[[Bild:platine_bestueckt_v1.2.jpg|thumb|260px|Patine (bestückt)]]
</div>
</div>

<br />
<sup>1</sup>optional

=== Gehäuse ===
Bei dem Gehäuse habe ich mich, passend zum Wettbewerb, an ein 3D-gedrucktes Teil aus ABS gehalten. Dieses wurde mir netterweise von Claudio H. ([http://www.mikrocontroller.net/topic/335794 siehe Beitrag]) angefertigt. Entworfen wurde das Gehäuse in SolidWorks. Dabei wurde auch die Montagefähigkeit überprüft, da die Platine schräg eingeklappt wird. Die STL-Dateien findet man ebenfalls im Downloadbereich.<br />
<div style="width:100%;display:table;">
<div style="float:left;display:table-cell;">
[[Bild:gehäuse_01.jpg|thumb|260px|Gehäuse leicht angeschliffen]]
</div>
<div style="float:left;display:table-cell;padding-left:20px;">
[[Bild:gehäuse_02.jpg|thumb|260px|Gehäuse Innenansicht]]
</div>
<div style="float:left;display:table-cell;padding-left:20px;">
[[Bild:gehäuse_03.jpg|thumb|260px|Gehäuse nach Aceton-Dampf-Behandlung]]
</div>
</div>

== Bilder zum Projekt ==
<div style="width:100%;display:table;">
<div style="float:left;display:table-cell;padding-left:30px;padding-bottom:20px;">
[[Bild:testaufbau_v01.jpg|thumb|170px|Basic Edition]]
</div>
<div style="float:left;display:table-cell;padding-left:70px;transform:rotate(-8deg);">
[[Bild:final_v01.jpg|thumb|270px|Extended Edition]]
</div>
<div style="float:left;display:table-cell;padding-left:-10px;transform:rotate(6deg);">
[[Bild:platine_bestueckt_mit_boden_v1.2.jpg|thumb|270px|Ohne Gehäuseoberteil]]
</div>
</div>

<div style="width:100%;display:table;">
<div style="float:left;display:table-cell;">
[[Bild:messung_s1000.jpg|thumb|260px|Messung Sinussignal 1000Hz [500µs/cm]]]
</div>
<div style="float:left;display:table-cell;padding-left:20px;">
[[Bild:messung_t1000.jpg|thumb|260px|Messung Dreiecksignal 1000Hz [500µs/cm]]]
</div>
<div style="float:left;display:table-cell;padding-left:20px;">
[[Bild:messung_q100k.jpg|thumb|260px|Messung Rechtecksignal 100kHz [5µs/cm]]]
</div>
</div>

== Downloads ==
[http://fileserv.eu/xmcontrol/XMC2Go_Source.zip XMC2Go Sourcecode (basic, newest)]<br />
[http://fileserv.eu/xmcontrol/UARTcom_Source.zip XMControl Sourcecode (basic, newest)]<br />
[http://fileserv.eu/xmcontrol/UARTcom_v1.1.exe XMControl GUI v1.1.2 (basic)]<br />
[http://fileserv.eu/xmcontrol/UARTcom_v1.0.exe XMControl GUI v1.0.4 (basic)]<br />
[http://fileserv.eu/xmcontrol/Eagle_CAD_v1.2.zip Eagle CAD-Daten v1.2 (extended)]<br />
[http://fileserv.eu/xmcontrol/Gehaeuse_CAD.zip Gehäuse STL-Daten (extended)]<br />

== Weblinks ==
http://de.wikipedia.org/wiki/Direct_Digital_Synthesis<br />
http://de.wikipedia.org/wiki/Serial_Peripheral_Interface<br />
[http://de.wikipedia.org/wiki/Duplex_%28Nachrichtentechnik%29 http://de.wikipedia.org/wiki/Duplex]<br />
http://de.wikipedia.org/wiki/Kippschwingung<br />
http://de.wikipedia.org/wiki/Pulsweitenmodulation<br />
http://www.infineonforums.com/forums/8-XMC-Forum

[[Kategorie:ARM]]
[[Kategorie:Infineon XMC]]
[[Kategorie:Signalgeneratoren]]
[[Kategorie:SPI]]
[[Kategorie:UART und RS232]]
[[Kategorie:Infineon_XMC_Design_Contest_2014]]

DDS-Signalgenerator per USB

2014-07-17T19:59:07Z

Martin d69: /* Bilder zum Projekt */

von [http://www.mikrocontroller.net/articles/Benutzer:Martin_d69 ''M. Dittrich'']
<br />
{| class="wikitable"
|-
| <center info="schön das mir diese idee jeder klaut">''Dieser Artikel nimmt am Artikelwettbewerb [http://www.mikrocontroller.net/topic/infineon-xmc-design-contest-2014 Infineon XMC Design Contest 2014] teil.''</center>
|}
<div style="position:absolute;anchor:fix;padding-left:250px;padding-top:20px;">[[Bild:banner.png|600px]]</div>
== Einleitung ==
Wer kennt es nicht, eine Simulation bringt schönste Ergebnisse und der Testaufbau zeigt starke abweichungen. Solche Probleme könnte man umgehen wenn man frühzeitig an realen Bauteilen testen könnte. Ein Signalgenerator währe das Werkzeug der Wahl! Der Trend elektrischer Geräte geht mehr und mehr in Richtung USB. So laufen moderne Logic Analyzer, genau wie moderne Messgeräte über USB. Lösung ist ein [http://de.wikipedia.org/wiki/Direct_Digital_Synthesis DDS], dies steht für '''''D'''irect '''D'''igital '''S'''ynthesis'' und ist ein Verfahren zur Erzeugung periodischer Signale. Dies kann sowohl ein Sinus-, Dreieck- oder Rechtecksignal sein. Nimmt man nun noch einen PWM-Kanal dazu, so hat man wirklich alles wünschenswerte an Signalen parat.
<br />
<br />
Dieses Projekt beschreibt wie man sich einen qualitativ sehr hochwertigen Signalgenerator für unter 25€ selbst zusammenbauen kann.<br />Mehr zum Thema DDS findet ihr [http://www.mikrocontroller.net/articles/DDS hier].
<br />
<br />
Wer jetzt noch der Meinung ist, ein digitaler Signalgenerator sollte auch Protokolle wie I<sup>2</sup>C oder SPI ausgeben können, der darf gerne weiterlesen! Es gibt eine [[DDS-Signalgenerator_per_USB#Extendet_Edition|'''extended edition''']] welche dies unterstützt.
Preislich kommen dann noch eine Platine und ein paar Bauteile für ca. 25€ dazu.

== Hardware ==
Die verwendete Hardware ist ein Infineon '''[http://www.infineon.com/cms/en/product/evaluation-boards/KIT_XMC_2GO_XMC1100_V1/productType.html?productType=db3a304443537c4e01436ccecb5d154f XMC2Go]''' und ein '''[http://www.analog.com/en/rfif-components/direct-digital-synthesis-dds/ad9833/products/product.html#product-documentation AD9833]''' Modul.
=== XMC2Go ===
[[Bild:xmc2go.png|thumb|400px|XMC2Go Kit with XMC1100]]
Die von Infineon entwickelte Hardware basiert auf dem XMC1100 32-bit ARM® Cortex™-M0 Prozessor:
* 32MHz CPU
* 64k Flash
* 16k RAM
* On-Board J-Link Debugger
Besonders von Bedeutung ist das XMC4200 Debug IC. Dies ermöglicht uns ''Breakpoints'' im Programm zu definieren, welches ein stückweises Abarbeiten des Programmablaufs ermöglicht. Es ist dabei möglich zwischen jedem Schritt die Werte von Variablen zu beobachten und somit Fehler im Programmcode schnell zu entdecken.
<br /><br />

=== AD9833 ===
[[Bild:ad9833.png|thumb|top|200px|AD9833 Modul]]
Der von Analog Devices entwickelte Chip hat folgende Eckdaten:
* 25MHz Clock
* 28bit Resolution
* 2,3V to 5,5V Power supply
* 12,65mW Power consumption at 3V
In diesem Projekt können damit Frequenzen bis zu 10MHz generiert werden. Man sollte noch erwähnen, das bei der Umrechnung in HEX Rundungsfehler auftreten. Ein Beispiel:<br />
:<math>\frac{2^{28\;bit}}{25\cdot 10^6\;Hz}=10,73741824s</math><br />
Gerundet ergibt dies 11, jedoch als Integer nur 10! Dieses Beispiel sollte zeigen das es nicht immer möglich ist die Frequenz exakt vorzugeben.

=== GPIO ===
Das Kürzel GPIO steht für '''''G'''eneral '''P'''urpose '''I'''nput/'''O'''utput'' und kennzeichnet Pins welche man wahlweise als als Ein- oder Ausgang konfigurieren kann. Das XMC2Go hat 14 Ports welche diverse Funktionen übernehmen können. Was genau sieht man [http://www.mikrocontroller.net/wikifiles/e/e5/Xmc2go_portlist.png hier]. In diesem Projekt werden die folgenden Pins verwendet:
* T1 = P0.6
* LED1 = P1.0
* LED2 = P1.1
Mehr dazu und zu den folgenden Punkten findet ihr im [http://www.infineon.com/dgdl/Board_Users_Manual_XMC_2Go_Kit_with_XMC1100_R1.0.pdf?folderId=db3a30433580b3710135a47f3eb76c98&fileId=db3a3043444ee5dc014453d6c75078c6&ack=t XMC2Go Users Manual].
=== PWM ===
Das Kürzel [http://www.mikrocontroller.net/articles/Pulsweitenmodulation PWM] steht für '''''P'''ulse-'''W'''idth '''M'''odulation'' und beschreibt ein Rechtecksignal mit einstellbarem Tastgrad (engl. Duty Cycle). Zum Betrieb dieses Moduls wird lediglich die Frequenz und der Tastgrad angegeben. In diesem Projekt wird der folgende Pin verwendet:
* PWM = P0.5
Auf die Programmierung des Moduls wird später genauer eingegangen.
=== SPI ===
Das Kürzel [http://www.mikrocontroller.net/articles/Serial_Peripheral_Interface SPI] steht für '''''S'''erial '''P'''eripheral '''I'''nterface'' und beschreibt ein Modul zur seriellen Datenübertragung. Zum Betrieb dieses Moduls werden maximal 4 GPIO Pins benötigt:
* SDI/MISO = P0.6
* SDO/MOSI = P0.7
* CLK/SCLK = P0.8
* CS/SS/FSYNC = P0.9
Man unterscheidet jedoch zwischen Vollduplex, Halbduplex und Simplex. Wenn Daten nur in der Richtung XMC -> AD9833 gesendet werden sollen, spricht man auch von MTSR also '''''M'''aster '''T'''ransmit '''S'''lave '''R'''eceive''. Dies wird dann als Simplex Kommunikation beschrieben und benötigt lediglich die SDO, CLK und CS Pins des XMC's. Halbduplex wähe der Fall das man Master <-|-> Slave (senden oder empfangen) kann und Vollduplex währe für Master <-&-> Slave (gleichzeitig senden und empfangen). Hierbei benötigt man die SDI, SDO, CLK und CS Pins des XMC's. Mehr dazu findet ihr [http://www.mikrocontroller.net/articles/Serial_Peripheral_Interface hier].
=== UART ===
Das [http://www.mikrocontroller.net/articles/UART UART] Modul ist anfangs sehr komplex, es zeigt sich jedoch als sehr nützlich. Wenn man die interne USB <-> UART Bridge verwenden möchte, konfiguriert man wie folgt:
* Tx = P2.1
* Rx = P2.2
Man beachte das diese Pins auf dem XMC2Go nicht herausgeführt wurden! Nach Inbetriebnahme kann man mit beliebigen Terminal-Programmen mit dem XMC kommunizieren. Ich empfehle hierzu [http://www.der-hammer.info/terminal HTerm].
=== Extendet Edition ===
Vorteil der Extended Edition sind nicht nur die zusätzlichen Funktionen sondern auch ein schickes Gehäuse. Jedoch reicht in diesem Fall der Hardwareumfang des XMC2Go nicht mehr ganz aus. Der Grund warum zusätzliche Hardware von nöten ist, ist einfach begründet: Der XMC2Go verfügt nur über zwei USIC Channel. Einer wird für die Kommunikation über UART reserviert, der andere für die Kommunikation über SPI. Dies ist aber keineswegs schlecht weil eh ein Kurzschlußschutz der GPIO Pins benötigt wird! Diese fähigkeit sowie die Spannungsfestigkeit bis 5V aller GPIO's bringt der SC18IS600 Chip mit sich.
<br />
<br />
Zusammengefasst ergibt uns die Erweiterung folgende Schnittstellen:
* PWM out
* AD in
* GPIO in/out
* SPI in/out
* I<sup>2</sup>C in/out
Das erweitert die Einsetzbarkeit dieses Werkzeugs enorm!
==== NXP SC18IS600 Chip ====
Bei diesem IC handelt es sich um ein SPI zu I<sup>2</sup>C Umsetzer. Desweiteren ergänzt dieser Chip ein vorhandenes System um sechs GPIO Pins, von denen zwei quasi-bidirectional sein können.

== Software ==
Als Entwicklungsumgebung bietet Infineon DAVE3 an. Der vorteil dieser IDE ist eine grafische Benutzeroberfläche. Diese bietet vorgefertigte Apps, quasi Templates, zur schnellen Initialisierung verschiedenster Module.
=== App Connectivity ===
{|
|-
| [[Bild:dave_apps.png]] || <div style="padding-left:50px;padding-bottom:210px;">[[Bild:dave_apps_extended.png|thumb|250px|DAVE3 App Connectivity (extended version)]]</div>
|-
| <center>DAVE3 App Connectivity (basic version)</center>
|}

=== Frequency Calculation ===
<syntaxhighlight lang="c">
/*/ Calculation of the 28bit stream /*/
long CalcFreqValue(uint32_t hz) {
uint64_t temp;
uint32_t freq;
temp = hz*(pow(2,28)/25e6);
freq = temp;
return freq;
}
</syntaxhighlight>
=== Phase Calculation ===
<syntaxhighlight lang="c">
/*/ Calculation of the 14bit stream /*/
int CalcPhaseValue(uint32_t deg) {
uint32_t phase;
phase = deg*(pow(2,11)/180);
return phase;
}
</syntaxhighlight>
=== UART Communication ===
<syntaxhighlight lang="c">
/*/ If data received via UART /*/
if((USIC0_CH0->TRBSR & 0x00000008) == 0) {
bool stop_bit = 0;
uint8_t cnt = 0;
uint8_t pos = 0;

/*/ Turn on LED1 to show there are incoming data /*/
LED(1, 1);

/*/ Clear all Arrays to avoid Errors /*/
bzero(&Buffer, sizeof(Buffer));
bzero(&Freq, sizeof(Freq));
bzero(&Phase, sizeof(Phase));
bzero(&Value, sizeof(Value));

/*/ Store FIFO data into Buffer[0...n] /*/
while(!stop_bit) {
Buffer[pos] = (USIC0_CH0->OUTR & 0x0000FFFF);
if(Buffer[pos] == '\0')
stop_bit = 1;
pos++;
}
.
.
.
}
</syntaxhighlight>
=== SPI Communication ===
<syntaxhighlight lang="c">
/*/ Clear status flags /*/
void SPI001_Clear() {
SPI001_ClearFlag(&SPI001_Handle0,SPI001_RECV_IND_FLAG);
SPI001_ClearFlag(&SPI001_Handle0,SPI001_ALT_RECV_IND_FLAG);
}

/*/ Wait until data has been sent /*/
void SPI001_WaitForOK() {
uint8_t Status1 = 0;
uint8_t Status2 = 0;
do {
Status1 = SPI001_GetFlagStatus(&SPI001_Handle0,SPI001_RECV_IND_FLAG);
Status2 = SPI001_GetFlagStatus(&SPI001_Handle0,SPI001_ALT_RECV_IND_FLAG);
} while(!((Status1 == SPI001_SET) || (Status2 == SPI001_SET)));
}

/*/ Shifting 2x 14bit /*/
Data[1] = (CalcFreqValue(DesiredFreq) & 0x3FFF) + 0x4000;
Data[2] = (CalcFreqValue(DesiredFreq) >> 14) + 0x4000;

/*/ Shifting 12bit /*/
Data[5] = (CalcPhaseValue(DesiredPhase) & 0x3FFF) + 0xC000;

/*/ Send data to Chip /*/
SPI001_Clear();
EnableStartOfFrame(SPI001_Handle0);
for(int i=0; i<sizeof(Data)/sizeof(Data[0]); i++) {
SPI001_WriteData(&SPI001_Handle0,&Data[i],SPI001_STANDARD);
}
SPI001_WaitForOK();
EnableEndOfFrame(SPI001_Handle0);
</syntaxhighlight>
=== Special GPIO Pins ===
This is a user defined Area. You can write any kind of code inside this Prototype or leave it blank if it's not used.<br />
In this case, the <io:***> Parameter is unused.<br /><br />
Example: <io:255> gives the following
<pre>uint8_t Special[] = {2, 5, 5, \0}</pre>
=== Testing with HTerm ===
For first Tests we can use HTerm. Take advantage of the following settings:
* 115200 Baud
* 8 Data bits
* 1 Stop bit
* Parity: none
Example ASC-Command: s,f:2000000,p:180,io:63 <NULL on Enter><br />
Or the same in short form: s,2000000,180,63 <NULL on Enter><br />
Result: Sine Wave, 2MHz, 180° Phase shift, 6-bit special GPIO register
=== Windows Application ===
Die Software wurde in Microsoft® VisualStudio C# programmiert und ist auch als Sourcecode im Downloadbereich zu finden. Es wurde während der Programmierung besonders auf ein sauberes exception handling geachtet um Programmabstürze zu verhindern.<br />
Die special GPIO Version gibt dem Nachbauer außerdem die Chance seinen eigenen Code auf einfache Weise zu ergänzen um z.B. Ausgänge zu schalten welche weitere Funktionen triggern uvm.
{|
|-
| [[Bild:xmcontrol_v1.0.4.png|400px]] || [[Bild:xmcontrol_v1.1.2.png|400px]]
|-
| <center>XMControl v1.0.4 (basic version)</center> || <center>XMControl v1.1.2 (basic version incl. special GPIO register)</center>
|}

== Fertigung ==
Die Fertigung der Einzelteile beschränkt sich auf die '''extended edition''', da es nur für diese Version externe Hardware benötigt. Daher kann dieser Schritt für den Bau der basic edition übersprungen werden.
=== Leiterplatte ===
Die Platine wurde in Eagle entworfen. Diese beinhaltet einen <sup>1</sup>[http://www.analog.com/static/imported-files/data_sheets/AD8368.pdf AD8368] VGA/AGC amplifier und einen <sup>1</sup>[http://www.nxp.com/documents/data_sheet/SC18IS600.pdf SC18IS600] IO-Interface Chip.<br />
<div style="width:100%;display:table;">
<div style="float:left;display:table-cell;">
[[Bild:schaltplan_s01_v1.2.png|thumb|260px|Schaltplan des XMC2Go/AD9833]]
</div>
<div style="float:left;display:table-cell;padding-left:20px;">
[[Bild:schaltplan_s02_v1.2.png|thumb|260px|Schaltplan des SC18IS600]]
</div>
<div style="float:left;display:table-cell;padding-left:20px;">
[[Bild:schaltplan_s03_v1.2.png|thumb|260px|Schaltplan des AD8368]]
</div>
</div>

<div style="width:100%;display:table;">
<div style="float:left;display:table-cell;">
[[Bild:platine_nested_v1.2.png|thumb|260px|Board komplett]]
</div>
<div style="float:left;display:table-cell;padding-left:20px;">
[[Bild:platine_top_v1.2.jpg|thumb|260px|Patine (roh)]]
</div>
<div style="float:left;display:table-cell;padding-left:20px;">
[[Bild:platine_bestueckt_v1.2.jpg|thumb|260px|Patine (bestückt)]]
</div>
</div>

<br />
<sup>1</sup>optional

=== Gehäuse ===
Bei dem Gehäuse habe ich mich, passend zum Wettbewerb, an ein 3D-gedrucktes Teil aus ABS gehalten. Dieses wurde mir netterweise von Claudio H. ([http://www.mikrocontroller.net/topic/335794 siehe Beitrag]) angefertigt. Entworfen wurde das Gehäuse in SolidWorks. Dabei wurde auch die Montagefähigkeit überprüft, da die Platine schräg eingeklappt wird. Die STL-Dateien findet man ebenfalls im Downloadbereich.<br />
<div style="width:100%;display:table;">
<div style="float:left;display:table-cell;">
[[Bild:gehäuse_01.jpg|thumb|260px|Gehäuse leicht angeschliffen]]
</div>
<div style="float:left;display:table-cell;padding-left:20px;">
[[Bild:gehäuse_02.jpg|thumb|260px|Gehäuse Innenansicht]]
</div>
<div style="float:left;display:table-cell;padding-left:20px;">
[[Bild:gehäuse_03.jpg|thumb|260px|Gehäuse nach Aceton-Dampf-Behandlung]]
</div>
</div>

== Bilder zum Projekt ==
<div style="width:100%;display:table;">
<div style="float:left;display:table-cell;padding-left:30px;padding-bottom:20px;">
[[Bild:testaufbau_v01.jpg|thumb|170px|Basic Edition]]
</div>
<div style="float:left;display:table-cell;padding-left:60px;transform:rotate(-8deg);">
[[Bild:final_v01.jpg|thumb|270px|Extended Edition]]
</div>
<div style="float:left;display:table-cell;padding-left:0px;transform:rotate(11deg);">
[[Bild:platine_bestueckt_mit_boden_v1.2.jpg|thumb|270px|Extended Edition]]
</div>
</div>

<div style="width:100%;display:table;">
<div style="float:left;display:table-cell;">
[[Bild:messung_s1000.jpg|thumb|260px|Messung Sinussignal 1000Hz [500µs/cm]]]
</div>
<div style="float:left;display:table-cell;padding-left:20px;">
[[Bild:messung_t1000.jpg|thumb|260px|Messung Dreiecksignal 1000Hz [500µs/cm]]]
</div>
<div style="float:left;display:table-cell;padding-left:20px;">
[[Bild:messung_q100k.jpg|thumb|260px|Messung Rechtecksignal 100kHz [5µs/cm]]]
</div>
</div>

== Downloads ==
[http://fileserv.eu/xmcontrol/XMC2Go_Source.zip XMC2Go Sourcecode (basic, newest)]<br />
[http://fileserv.eu/xmcontrol/UARTcom_Source.zip XMControl Sourcecode (basic, newest)]<br />
[http://fileserv.eu/xmcontrol/UARTcom_v1.1.exe XMControl GUI v1.1.2 (basic)]<br />
[http://fileserv.eu/xmcontrol/UARTcom_v1.0.exe XMControl GUI v1.0.4 (basic)]<br />
[http://fileserv.eu/xmcontrol/Eagle_CAD_v1.2.zip Eagle CAD-Daten v1.2 (extended)]<br />
[http://fileserv.eu/xmcontrol/Gehaeuse_CAD.zip Gehäuse STL-Daten (extended)]<br />

== Weblinks ==
http://de.wikipedia.org/wiki/Direct_Digital_Synthesis<br />
http://de.wikipedia.org/wiki/Serial_Peripheral_Interface<br />
[http://de.wikipedia.org/wiki/Duplex_%28Nachrichtentechnik%29 http://de.wikipedia.org/wiki/Duplex]<br />
http://de.wikipedia.org/wiki/Kippschwingung<br />
http://de.wikipedia.org/wiki/Pulsweitenmodulation<br />
http://www.infineonforums.com/forums/8-XMC-Forum

[[Kategorie:ARM]]
[[Kategorie:Infineon XMC]]
[[Kategorie:Signalgeneratoren]]
[[Kategorie:SPI]]
[[Kategorie:UART und RS232]]
[[Kategorie:Infineon_XMC_Design_Contest_2014]]

2014-07-16T14:55:42Z

Martin d69:

von [http://www.mikrocontroller.net/articles/Benutzer:Martin_d69 ''M. Dittrich'']
<br />
{| class="wikitable"
|-
| <center info="schön das mir diese idee jeder klaut">''Dieser Artikel nimmt am Artikelwettbewerb [http://www.mikrocontroller.net/topic/infineon-xmc-design-contest-2014 Infineon XMC Design Contest 2014] teil.''</center>
|}
<div style="position:absolute;anchor:fix;top:170px;left:250px;">[[Bild:banner.png|600px]]</div>
== Einleitung ==
Wer kennt es nicht, eine Simulation bringt schönste Ergebnisse und der Testaufbau zeigt starke abweichungen. Solche Probleme könnte man umgehen wenn man frühzeitig an realen Bauteilen testen könnte. Ein Signalgenerator währe das Werkzeug der Wahl! Der Trend elektrischer Geräte geht mehr und mehr in Richtung USB. So laufen moderne Logic Analyzer, genau wie moderne Messgeräte über USB. Lösung ist ein [http://de.wikipedia.org/wiki/Direct_Digital_Synthesis DDS], dies steht für '''''D'''irect '''D'''igital '''S'''ynthesis'' und ist ein Verfahren zur Erzeugung periodischer Signale. Dies kann sowohl ein Sinus-, Dreieck- oder Rechtecksignal sein. Nimmt man nun noch einen PWM-Kanal dazu, so hat man wirklich alles wünschenswerte an Signalen parat.
<br />
<br />
Dieses Projekt beschreibt wie man sich einen qualitativ sehr hochwertigen Signalgenerator für unter 25€ selbst zusammenbauen kann.<br />Mehr zum Thema DDS findet ihr [http://www.mikrocontroller.net/articles/DDS hier].
<br />
<br />
Wer jetzt noch der Meinung ist, ein digitaler Signalgenerator sollte auch Protokolle wie I<sup>2</sup>C oder SPI ausgeben können, der darf gerne weiterlesen! Es gibt eine [[DDS-Signalgenerator_per_USB#Extendet_Edition|'''extended edition''']] welche dies unterstützt.
Preislich kommen dann noch eine Platine und ein paar Bauteile für ca. 25€ dazu.

== Hardware ==
Die verwendete Hardware ist ein Infineon '''[http://www.infineon.com/cms/en/product/evaluation-boards/KIT_XMC_2GO_XMC1100_V1/productType.html?productType=db3a304443537c4e01436ccecb5d154f XMC2Go]''' und ein '''[http://www.analog.com/en/rfif-components/direct-digital-synthesis-dds/ad9833/products/product.html#product-documentation AD9833]''' Modul.
=== XMC2Go ===
Die von Infineon entwickelte Hardware basiert auf dem XMC1100 32-bit ARM® Cortex™-M0 Prozessor:
* 32MHz CPU
* 64k Flash
* 16k RAM
* On-Board J-Link Debugger
Besonders von Bedeutung ist das XMC4200 Debug IC. Dies ermöglicht uns ''Breakpoints'' im Programm zu definieren, welches ein stückweises Abarbeiten des Programmablaufs ermöglicht. Es ist dabei möglich zwischen jedem Schritt die Werte von Variablen zu beobachten und somit Fehler im Programmcode schnell zu entdecken.
<br /><br />
[[Bild:xmc2go.png]]
=== AD9833 ===
Der von Analog Devices entwickelte Chip hat folgende Eckdaten:
* 25MHz Clock
* 28bit Resolution
* 2,3V to 5,5V Power supply
* 12,65mW Power consumption at 3V
In diesem Projekt können damit Frequenzen bis zu 10MHz generiert werden. Man sollte noch erwähnen, das bei der Umrechnung in HEX Rundungsfehler auftreten. Ein Beispiel:<br />
:<math>\frac{2^{28}}{25\cdot 10^6}=10,73741824</math><br />
Gerundet ergibt dies 11, jedoch als Integer nur 10! Dieses Beispiel sollte zeigen das es nicht immer möglich ist die Frequenz exakt vorzugeben.
<br /><br />
[[Bild:ad9833.png]]
=== GPIO ===
Das Kürzel GPIO steht für '''''G'''eneral '''P'''urpose '''I'''nput/'''O'''utput'' und kennzeichnet Pins welche man wahlweise als als Ein- oder Ausgang konfigurieren kann. Das XMC2Go hat 14 Ports welche diverse Funktionen übernehmen können. Was genau sieht man [http://www.mikrocontroller.net/wikifiles/e/e5/Xmc2go_portlist.png hier]. In diesem Projekt werden die folgenden Pins verwendet:
* T1 = P0.6
* LED1 = P1.0
* LED2 = P1.1
Mehr dazu und zu den folgenden Punkten findet ihr im [http://www.infineon.com/dgdl/Board_Users_Manual_XMC_2Go_Kit_with_XMC1100_R1.0.pdf?folderId=db3a30433580b3710135a47f3eb76c98&fileId=db3a3043444ee5dc014453d6c75078c6&ack=t XMC2Go Users Manual].
=== PWM ===
Das Kürzel [http://www.mikrocontroller.net/articles/Pulsweitenmodulation PWM] steht für '''''P'''ulse-'''W'''idth '''M'''odulation'' und beschreibt ein Rechtecksignal mit einstellbarem Tastgrad (engl. Duty Cycle). Zum Betrieb dieses Moduls wird lediglich die Frequenz und der Tastgrad angegeben. In diesem Projekt wird der folgende Pin verwendet:
* PWM = P0.5
Auf die Programmierung des Moduls wird später genauer eingegangen.
=== SPI ===
Das Kürzel [http://www.mikrocontroller.net/articles/Serial_Peripheral_Interface SPI] steht für '''''S'''erial '''P'''eripheral '''I'''nterface'' und beschreibt ein Modul zur seriellen Datenübertragung. Zum Betrieb dieses Moduls werden maximal 4 GPIO Pins benötigt:
* SDI/MISO = P0.6
* SDO/MOSI = P0.7
* CLK/SCLK = P0.8
* CS/SS/FSYNC = P0.9
Man unterscheidet jedoch zwischen Vollduplex, Halbduplex und Simplex. Wenn Daten nur in der Richtung XMC -> AD9833 gesendet werden sollen, spricht man auch von MTSR also '''''M'''aster '''T'''ransmit '''S'''lave '''R'''eceive''. Dies wird dann als Simplex Kommunikation beschrieben und benötigt lediglich die SDO, CLK und CS Pins des XMC's. Halbduplex wähe der Fall das man Master <-|-> Slave (senden oder empfangen) kann und Vollduplex währe für Master <-&-> Slave (gleichzeitig senden und empfangen). Hierbei benötigt man die SDI, SDO, CLK und CS Pins des XMC's. Mehr dazu findet ihr [http://www.mikrocontroller.net/articles/Serial_Peripheral_Interface hier].
=== UART ===
Das [http://www.mikrocontroller.net/articles/UART UART] Modul ist anfangs sehr komplex, es zeigt sich jedoch als sehr nützlich. Wenn man die interne USB <-> UART Bridge verwenden möchte, konfiguriert man wie folgt:
* Tx = P2.1
* Rx = P2.2
Man beachte das diese Pins auf dem XMC2Go nicht herausgeführt wurden! Nach Inbetriebnahme kann man mit beliebigen Terminal-Programmen mit dem XMC kommunizieren. Ich empfehle hierzu [http://www.der-hammer.info/terminal HTerm].
=== Extendet Edition ===
Vorteil der Extended Edition sind nicht nur die zusätzlichen Funktionen sondern auch ein schickes Gehäuse. Jedoch reicht in diesem Fall der Hardwareumfang des XMC2Go nicht mehr ganz aus. Der Grund warum zusätzliche Hardware von nöten ist, ist einfach begründet: Der XMC2Go verfügt nur über zwei USIC Channel. Einer wird für die Kommunikation über UART reserviert, der andere für die Kommunikation über SPI. Dies ist aber keineswegs schlecht weil eh ein Kurzschlußschutz der GPIO Pins benötigt wird! Diese fähigkeit sowie die Spannungsfestigkeit bis 5V aller GPIO's bringt der SC18IS600 Chip mit sich.
<br />
<br />
Zusammengefasst ergibt uns die Erweiterung folgende Schnittstellen:
* PWM out
* AD in
* GPIO in/out
* SPI in/out
* I<sup>2</sup>C in/out
Das erweitert die Einsetzbarkeit dieses Werkzeugs enorm!
==== NXP SC18IS600 Chip ====
Bei diesem IC handelt es sich um ein SPI zu I<sup>2</sup>C Umsetzer. Desweiteren ergänzt dieser Chip ein vorhandenes System um sechs GPIO Pins, von denen zwei quasi-bidirectional sein können.

== Software ==
Als Entwicklungsumgebung bietet Infineon DAVE3 an. Der vorteil dieser IDE ist eine grafische Benutzeroberfläche. Diese bietet vorgefertigte Apps, quasi Templates, zur schnellen Initialisierung verschiedenster Module.
=== App Connectivity ===
{|
|-
| [[Bild:dave_apps.png]] || <div style="padding-left:80px;padding-bottom:210px;">[[Bild:dave_apps_extended.png|miniatur|DAVE3 App Connectivity (extended version)]]</div>
|-
| <center>DAVE3 App Connectivity (basic version)</center>
|}
=== Frequency Calculation ===
<syntaxhighlight lang="c">
/*/ Calculation of the 28bit stream /*/
long CalcFreqValue(uint32_t hz) {
uint64_t temp;
uint32_t freq;
temp = hz*(pow(2,28)/25e6);
freq = temp;
return freq;
}
</syntaxhighlight>
=== Phase Calculation ===
<syntaxhighlight lang="c">
/*/ Calculation of the 14bit stream /*/
int CalcPhaseValue(uint32_t deg) {
uint32_t phase;
phase = deg*(pow(2,11)/180);
return phase;
}
</syntaxhighlight>
=== UART Communication ===
<syntaxhighlight lang="c">
/*/ If data received via UART /*/
if((USIC0_CH0->TRBSR & 0x00000008) == 0) {
bool stop_bit = 0;
uint8_t cnt = 0;
uint8_t pos = 0;

/*/ Turn on LED1 to show there are incoming data /*/
LED(1, 1);

/*/ Clear all Arrays to avoid Errors /*/
bzero(&Buffer, sizeof(Buffer));
bzero(&Freq, sizeof(Freq));
bzero(&Phase, sizeof(Phase));
bzero(&Value, sizeof(Value));

/*/ Store FIFO data into Buffer[0...n] /*/
while(!stop_bit) {
Buffer[pos] = (USIC0_CH0->OUTR & 0x0000FFFF);
if(Buffer[pos] == '\0')
stop_bit = 1;
pos++;
}
.
.
.
}
</syntaxhighlight>
=== SPI Communication ===
<syntaxhighlight lang="c">
/*/ Clear status flags /*/
void SPI001_Clear() {
SPI001_ClearFlag(&SPI001_Handle0,SPI001_RECV_IND_FLAG);
SPI001_ClearFlag(&SPI001_Handle0,SPI001_ALT_RECV_IND_FLAG);
}

/*/ Wait until data has been sent /*/
void SPI001_WaitForOK() {
uint8_t Status1 = 0;
uint8_t Status2 = 0;
do {
Status1 = SPI001_GetFlagStatus(&SPI001_Handle0,SPI001_RECV_IND_FLAG);
Status2 = SPI001_GetFlagStatus(&SPI001_Handle0,SPI001_ALT_RECV_IND_FLAG);
} while(!((Status1 == SPI001_SET) || (Status2 == SPI001_SET)));
}

/*/ Shifting 2x 14bit /*/
Data[1] = (CalcFreqValue(DesiredFreq) & 0x3FFF) + 0x4000;
Data[2] = (CalcFreqValue(DesiredFreq) >> 14) + 0x4000;

/*/ Shifting 12bit /*/
Data[5] = (CalcPhaseValue(DesiredPhase) & 0x3FFF) + 0xC000;

/*/ Send data to Chip /*/
SPI001_Clear();
EnableStartOfFrame(SPI001_Handle0);
for(int i=0; i<sizeof(Data)/sizeof(Data[0]); i++) {
SPI001_WriteData(&SPI001_Handle0,&Data[i],SPI001_STANDARD);
}
SPI001_WaitForOK();
EnableEndOfFrame(SPI001_Handle0);
</syntaxhighlight>
=== Special GPIO Pins ===
This is a user defined Area. You can write any kind of code inside this Prototype or leave it blank if it's not used.<br />
In this case, the <io:***> Parameter is unused.<br /><br />
Example: <io:255> gives the following
<pre>uint8_t Special[] = {2, 5, 5, \0}</pre>
=== Testing with HTerm ===
For first Tests we can use HTerm. Take advantage of the following settings:
* 115200 Baud
* 8 Data bits
* 1 Stop bit
* Parity: none
Example ASC-Command: s,f:2000000,p:180,io:63 <NULL on Enter><br />
Or the same in short form: s,2000000,180,63 <NULL on Enter><br />
Result: Sine Wave, 2MHz, 180° Phase shift, 6-bit special GPIO register
=== Windows Application ===
{|
|-
| [[Bild:xmcontrol_v1.0.4.png]] || [[Bild:xmcontrol_v1.1.2.png]]
|-
| <center>XMControl v1.0.4 (basic version)</center> || <center>XMControl v1.1.2 (incl. special GPIO register)</center>
|}

== Fertigung ==
Die Fertigung der Einzelteile beschränkt sich auf die '''extended edition''', da es nur für diese Version externe Hardware benötigt. Daher kann dieser Schritt für den Bau der basic edition übersprungen werden.
=== Leiterplatte ===
Die Platine wurde in Eagle entworfen. Diese beinhaltet einen <sup>1</sup>[http://www.analog.com/static/imported-files/data_sheets/AD8368.pdf AD8368] VGA/AGC amplifier und einen <sup>1</sup>[http://www.nxp.com/documents/data_sheet/SC18IS600.pdf SC18IS600] IO-Interface Chip.<br />
<div style="width:100%;display:table;">
<div style="float:left;display:table-cell;">
[[Bild:schaltplan_s01_v1.2.png|miniatur|Schaltplan des XMC2Go/AD9833]]
</div>
<div style="float:left;display:table-cell;padding-left:20px;">
[[Bild:schaltplan_s02_v1.2.png|miniatur|Schaltplan des SC18IS600]]
</div>
<div style="float:left;display:table-cell;padding-left:20px;">
[[Bild:schaltplan_s03_v1.2.png|miniatur|Schaltplan des AD8368]]
</div>
</div>

<div style="width:100%;display:table;">
<div style="float:left;display:table-cell;">
[[Bild:platine_nested_v1.2.png|miniatur|Board komplett]]
</div>
<div style="float:left;display:table-cell;padding-left:20px;">
[[Bild:platine_top_v1.2.jpg|miniatur|Patine (roh)]]
</div>
<div style="float:left;display:table-cell;padding-left:20px;">
[[Bild:platine_bestueckt_v1.2.jpg|miniatur|Patine (bestückt)]]
</div>
</div>

<br />
<sup>1</sup>optional
=== Gehäuse ===
Bei dem Gehäuse habe ich mich, passend zum Wettbewerb, an ein 3D-gedrucktes Teil aus ABS gehalten. Dieses wurde mir netterweise von Claudio H. ([http://www.mikrocontroller.net/topic/335794 siehe Beitrag]) angefertigt. Entworfen wurde das Gehäuse in SolidWorks. Dabei wurde auch die Montagefähigkeit überprüft, da die Platine schräg eingeklappt wird. Die STL-Dateien findet man ebenfalls im Downloadbereich.<br />
<div style="width:100%;display:table;">
<div style="float:left;display:table-cell;">
[[Bild:gehäuse_01.jpg|miniatur|Gehäuse leicht angeschliffen]]
</div>
<div style="float:left;display:table-cell;padding-left:20px;">
[[Bild:gehäuse_02.jpg|miniatur|Gehäuse Innenansicht]]
</div>
<div style="float:left;display:table-cell;padding-left:20px;">
[[Bild:gehäuse_03.jpg|miniatur|Gehäuse nach Aceton-Dampf-Behandlung]]
</div>
</div>

== Bilder zum Projekt ==
<gallery widths="250px" heights="180px">
Datei:testaufbau_v01.jpg|<center>Basic Edition</center>
Datei:final_v01.jpg|<center>Extended Edition</center>
Datei:messung_s1000.jpg|<center>Messung Sinussignal 1000Hz [500µs/cm]</center>
Datei:messung_t1000.jpg|<center>Messung Dreiecksignal 1000Hz [500µs/cm]</center>
Datei:messung_q100k.jpg|<center>Messung Rechtecksignal 100kHz [5µs/cm]</center>
</gallery>

== Downloads ==
[http://fileserv.eu/xmcontrol/XMC2Go_Source.zip XMC2Go Sourcecode (basic, newest)]<br />
[http://fileserv.eu/xmcontrol/UARTcom_Source.zip XMControl Sourcecode (basic, newest)]<br />
[http://fileserv.eu/xmcontrol/UARTcom_v1.1.exe XMControl GUI v1.1.2 (basic)]<br />
[http://fileserv.eu/xmcontrol/UARTcom_v1.0.exe XMControl GUI v1.0.4 (basic)]<br />
[http://fileserv.eu/xmcontrol/Eagle_CAD_v1.2.zip Eagle CAD-Daten v1.2 (extended)]<br />
[http://fileserv.eu/xmcontrol/Gehaeuse_CAD.zip Gehäuse STL-Daten (extended)]<br />

== Weblinks ==
http://de.wikipedia.org/wiki/Direct_Digital_Synthesis<br />
http://de.wikipedia.org/wiki/Serial_Peripheral_Interface<br />
[http://de.wikipedia.org/wiki/Duplex_%28Nachrichtentechnik%29 http://de.wikipedia.org/wiki/Duplex]<br />
http://de.wikipedia.org/wiki/Kippschwingung<br />
http://de.wikipedia.org/wiki/Pulsweitenmodulation<br />
http://www.infineonforums.com/forums/8-XMC-Forum

[[Kategorie:ARM]]
[[Kategorie:Infineon XMC]]
[[Kategorie:Signalgeneratoren]]
[[Kategorie:SPI]]
[[Kategorie:UART und RS232]]
[[Kategorie:Infineon_XMC_Design_Contest_2014]]

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2014-07-16T14:51:25Z

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