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Forum: Platinen Schaltplan und Layout Kontrolle


Autor: InFaIN (Gast)
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Hi,

da in der 10. Klasse der Realschule in Technik eine "Fachinterne 
Prüfung" ansteht, dachte ich baue ich dafür einen etwas anderen LED - 
Tester.

Funktionsweise ist folgendermaßen gedacht.
Den 5mm Leds sind verschiedene Stromwerte zugeordnet (per RS232 
einstellbar). Per Taster kann man diese auswählen. Mit einem weiteren 
Taster wird der Vorgang gestartet. Nun werden nach und nach alle 
Pin-möglichkeiten durchgetestet indem immer ca 1v(eigentlich müssten 
doch 0,7 aufgrund der Durchlassspannung auch reichen) per PWM auf einen 
Pin gegeben wird(der rest wird auf Masse geschalten) und wenn dann Strom 
fließt(im AD gemessen durch shuntwiderstand) geht die Spannung weiter 
nach oben, bis die maximale Stromstärke erreicht wird. Die 3mm Leds 
unter der anschlussleiste dienen zur Anzeige der Cathode. Die zwei 
Taster an der leiste sollen zum weitersuchen(bei duo leds) und zum modus 
umschalten(2pin 3pin) dienen. Später soll dann noch per Excel und RS232 
eine Kennlinie ausgegeben werden.

Ich hoffe der Schaltplan funktioniert so...


Vielen Dank!

InFaIN

Autor: Tim (Gast)
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Sieht auf den ersten Blick nicht schlecht aus.

Dein ISP wird aber vermutlich nicht funktionieren da du am
MOSI pin einen dicken C (C12) dran hast und mit 120 Ohm an GND 
klemmst....

Sind C5/6 wirklich so groß (Bauform)? Wenn nicht könnte man noch die
Masseführung der beiden optimieren....

Wenn du bei den Transistoren die Basis Vorwiderstände wegläst
kannst du die Leds auch gleich direkt an den AVR klemmen.
Guck dir mal den ULN 2003 bzw ULN 2803 an.

Und http://www.mikrocontroller.net/articles/RS-232

Ein Pin vom AVR mit 40mA (120Ohm) zu belasten ist mutig.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  InFaIN (Gast)

>Ich hoffe der Schaltplan funktioniert so...

Ist soweit OK. Wenn gleich

-  man keine Transistoren für einfache LEDs braucht, kann man direkt an 
den AVR klemmen.
- einige Werte und Bauteilnamen schlecht platziert sind
- an JP1 stimmt was nicht mide den Signalnamen und deren Platzierung, 
sollte man prüfen.
- Durchgezogene Signale durch Bauteile sind unzulässig
- Im Layout sollte man keine schrägen Lötbrücken setzen, nur vertikal 
und horizontal.

MfG
Falk

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Das Layout um die Oszillatorkondensatoren ist miserabel. Deren 
Masseanschluss sollte auf kürzestem Weg zurück an den nächsten Massepin 
des Controllers. Bei dir fährt der Rückstrom (besonders beim linken) 
gigantische Umwege, damit hast du ein gute Chance auf Störeinkopplungen 
in den Oszillatorkreis... :-o
Sieh dir mal das an: http://www.lothar-miller.de/s9y/categories/33-Quarz
BTW: sind deine 22p Kondensatoren wirklich so groß?

Autor: InFaIN (Gast)
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Wenn der ISP sowiso nicht funktioniert kann ich ihn ja auch 
weglassen....

Zu C5/C6: Die haben nicht ganz die Maße aber immernoch RM 5

ULN2003/2803 sehen intersant aus... was sind dort die großen 
Unterschiede der beiden? Und brauche ich da dann auch einen 
Basiswiderstand?

Wegen der belastung 40mA weiß ich nicht was ich machen soll... kleinerer 
widerstand heist dann ja auch Operationsverstärker oder? Oder brauche 
ich einen Transistor/Darlington?

JP1 müsste eigentlich stimmen...
Die schrägen Lötbrücken habe ich verbesserert ebenso den Schaltplan...

Dann habe ich noch eine frage zu C11/12/13... diese habe ich zurzeit mit 
47qF bedacht.... ich bin mir nicht sicher ob der Wert ok ist zum glätten 
der Rechteckspannung...



MfG

InFaIN

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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InFaIN schrieb:
> Dann habe ich noch eine frage zu C11/12/13... diese habe ich zurzeit mit
> 47qF bedacht.... ich bin mir nicht sicher ob der Wert ok ist zum glätten
> der Rechteckspannung...
Da hängen LEDs dran? Dann lass die Kondensatoren weg, die sind für einen 
Ausgang sinnlos und an einem Eingang zu klein.

Die R16..18 wurden schon mal als zwielichtig angesprochen...

Autor: Tim (Gast)
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>Wenn der ISP sowiso nicht funktioniert kann ich ihn ja auch
>weglassen....
Und dann jedes mal den AVR aus dem Sockel ziehen und stecken?

>Zu C5/C6: Die haben nicht ganz die Maße aber immernoch RM 5
Sicher das die 22pf 5mm haben oder vielleicht nur 2,5mm?

>ULN2003/2803 sehen intersant aus... was sind dort die großen
>Unterschiede der beiden? Und brauche ich da dann auch einen
>Basiswiderstand?

Der eine hat 7 der andere 8 Kanäle.
Nein, das ist ja der Witz bei der Sache.

>Wegen der belastung 40mA weiß ich nicht was ich machen soll... kleinerer
>widerstand heist dann ja auch Operationsverstärker oder? Oder brauche
>ich einen Transistor/Darlington?

Wie kommst du auf die 120 Ohm? Sollen das die Messwiderstände sein?
Ohne RC-Glied wirst du da Nix brauchbares messen können.

>Dann habe ich noch eine frage zu C11/12/13... diese habe ich zurzeit mit
>47qF bedacht.... ich bin mir nicht sicher ob der Wert ok ist zum glätten
>der Rechteckspannung...

47pF... Bei sehr viel R (>100K) und einigen kHz könnte das was werden.
Du hast hier aber 0Ohm zwischen AVR und dem Kondensator...
http://www.mikrocontroller.net/articles/Pulsweitenmodulation

Hänge die Led doch so an den AVR:
AVR-PIN --(a)-- [R] --- [LED] --- [R] --(b)-- AVR-PIN

an a & b jeweils ein RC-Glied zum glätten und dann auf den ADC
So kannst du die Led Umpolen, + Per PWM schalten und per ADC
den Strom messen.

Autor: Stephan M. (stephanm)
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Kleinigkeiten, die mir (als Selbstätzer) auffallen:

ISP:

- Würde ich nicht drauf verzichten. Im Zweifelsfall lieber die Schaltung 
so anpassen, dass die vier ISP-Pins am µC auch wirklich für ISP 
benutzbar sind.

- Zweireihigen Wannenstecker mit Verpolungsschutz verwenden.

Befestigungslöcher:

- Falls geplant ist, die Platine in ein Gehäuse einzubauen, dann fehlen 
Löcher für die Verschraubung im Gehäuse.

- Falls nicht geplant ist, die Platine in ein Gehäuse einzubauen, würde 
ich vier Löcher in die Ecken der Platine setzen, um dort kurze 
Distanzbolzen anzuschrauben, so dass die Unterseite der Platine nicht 
auf dem Tisch aufliegt. (Das geht in dieser Layout-Variante zum Beispiel 
schon mal garnicht wegen der Leiterbahnen rechts und links oben!)

Taster:

- Die Taster sind ziemlich wild über die Platine verteilt :-) Das könnte 
man sicherlich ergonomischer gestalten. Überhaupt ist ja noch Platz auf 
der Platine, warum sollte man daher gerade die Taster irgendwo 
zwischen die Bauteile reinbatzeln?

- Der Normmensch ist Rechtshänder und hat es demnach gerne, wenn rechts 
neben den Bedienelementen ein bissl Platz ist. Bei Dir sitzt ein Taster 
kurz vor knapp im Bereich der Sub-D-Buchse, so dass Menschen mit 
Wurstfingern (so wie ich) möglicherweise an dieser hängen bleiben oder 
die Leitungen (falls die Sub-D-Buchse nicht gekapselt ist) berühren. 
Gehen wird das zwar auch so, aber vielleicht findet sich ja eine in 
dieser Hinsicht bessere Layout-Alternative?

- Überhaupt würde ich andere, möglicherweise (wenn auch nur ein 
bisschen) größere Taster verwenden.

Drahtbrücken:

- Wie soll die Drahtbrücke unterhalb der drei stehenden Widerstände 
links in der Mitte realisiert werden? Zwei Drahtenden durch ein Loch 
durchstopfen?

- Kurze Drahtbrücken gehen beim Aufbau am einfachsten und schnellsten 
mit nicht isoliertem Draht. Damit der keine Kurzschlüsse zwischen 
Bauteileanschlüssen verursacht, würde ich den Sicherheitsabstand zu 
umliegenden Pads etwas erhöhen. Platz wäre ja noch vorhanden.

Allgemeines:

- Ich weiß nicht ob das Layout auf ein PCB-"Standardmaß" abgestimmt ist 
(100x60mm^2, 100x75mm^2?)? Wenn ja würde ich am Rand etwas mehr Luft 
lassen. Beim selber herstellen von Platinen kommt es gelegentlich vor, 
dass die Platine in der Nähe des Randes Fehler aufweist.

- Das Isolate-Setting für das Massepolygon sieht ziemlich klein aus. 
Sowas würde mir ohne Lötstopp Schwierigkeiten beim Löten bereiten.

Für die meisten der hier genannten Punkte würde ich sagen: Klar, es geht 
schon auch ohne bzw. so wie Du das gemacht hast. Es sind halt die 
Sachen, auf die ich inzwischen verstärkt achte.

Viel Spaß & Erfolg,

Stephan

Autor: InFaIN (Gast)
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... jetzt muss ich erstmal die vielen antworten noch ganz verstehen.... 
fangen wir mal an:

@Lothar: Danke für deinen Tipp ich denke so wie im Anhang ist der Quarz 
jetzt besser oder? Und wegen dem Rastermaß bin ich mir nicht sicher. 
messen tu ich etwas zwischendrin aber ich denke es wird eher Rm 2,54 
sein...


@Tim: Ich würde den Atmega dann mit einem Bootloader per RS232 
versehen...
Nur die sache mit dem PWM verstehe ich immernoch nicht ganz... Also soll 
ich das RC Glied mit 22nF, 100k dimensioniern? Und ist mit AVR Pin ein x 
belibiger gemeint (soft PWM, 2pin LED?) und wohin dann zum ADC oder soll 
der eine eine Pin der PWM sein und der andere ADC?(kann ich mir nicht 
denken)


@Stephan: Normalerweise würde ich auch ein ISP drinnen lassen, doch 
dachte ich daran Hardware PWM zu benutzen was nach meinen Verständniss 
auch auf Mosi liegt (OC2)... und den Wannenstecker nehme ich wegen dem 
selber ätzen nicht... da ich so eine Stiftleiste einfacher zum löten und 
vorallem deutlich besser zum routen empfinde...
Die Taster sind eigentlich mit System angeordnet weil es vom bedienen 
her sinn gibt wie ich finde... das ganze soll in ein Gehäuße kommen und 
die Taster sollen von der langen Sorte sein... ich hoffe die sind dann 
lang genug...
Mit den Drahtbrücken unter den Widerständen hast du recht, das muss ich 
dringend ausbessern...
Und beim ätzen werder ich die Platine größer zuschneiden um Rand zu 
haben...
Und das wegen dem Massepolygon und ist so eine Aache... wenn ich diese 
größer stelle (aktuell 18mil) dann geht es nicht mehr durch die Pads 
durch(Leds und Atmega) aber ich habe auch schon fetsgestellt dass es mit 
verzinnen und dann Löten bei solchen abständen Probleme gibt... 
vermutlich muss ich mir dann noch Lötstoplaminat besorgen... oder wie 
macht man so etwas sonst?



Ich hoffe dass aus der Idee noch etwas wird und ich mich nich 
überfordert habe... sonst muss halt doch noch ein einfach LED-Tester mit 
Konstantstromquellen herhalten.


Vielen Dank für eure Hilfe.

InFaIN

Autor: Tim (Gast)
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>@Tim: Ich würde den Atmega dann mit einem Bootloader per RS232
>versehen...

Gut.

>Nur die sache mit dem PWM verstehe ich immernoch nicht ganz... Also soll
>ich das RC Glied mit 22nF, 100k dimensioniern? Und ist mit AVR Pin ein x
>belibiger gemeint (soft PWM, 2pin LED?) und wohin dann zum ADC oder soll
>der eine eine Pin der PWM sein und der andere ADC?(kann ich mir nicht
>denken)
AVR-PIN_1 --(a)-- [R] --- [LED] --- [R] --(b)-- AVR-PIN_2

AVR-PIN_1 und 2 sollten PWM ausgeben können (OC1A und B z.b.).
Dann kannst du ein Pin auf GND schalten und das andere per PWM fahren.
Umpolen ist dann relativ einfach.
Allerdings wird die Spannung an den Pins je nach Strom 
ansteigen/abfallen.
Das musst du dann heraus rechen (Kalibrierung mit Drahtbrücke).
Vielleicht fällt dir noch eine bessere Variante ein....
(z.b. mit 2 Transistoren).

Ein PWM Signal kannst du nicht vernünftig mit dem ADC ausmessen, da der
entweder 0V oder 5V misst.
Also musst du da mit einem RC-Glied drüberbügeln.
Konkrete Werte kann ich dir nicht sagen, die musst du ausrechnen.
Gedacht war das so:
(?)-- [R] ---+--- ADC-PIN
            [C]
            GND

Autor: Stephan M. (stephanm)
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InFaIN schrieb:
> Normalerweise würde ich auch ein ISP drinnen lassen, doch
> dachte ich daran Hardware PWM zu benutzen was nach meinen Verständniss
> auch auf Mosi liegt (OC2)...

Möglicherweise lässt sich ja die Schaltung hinter dem PWM-Signal durch 
einen "Isolator" abtrennen, so dass MOSI nur so wenig belastet ist, dass 
das ISP nutzbar bleibt. Ich habe beim Softwareentwickeln schon öfters 
viele hundert Programmierzyklen mit den µCs gehabt (für EIN Projekt), 
und mehrere hundert mal IC ein- und wieder ausstecken (pro 
Programmierzyklus muss man das ohne ISP ja zweimal machen) wäre da 
einfach nur nervtötend. Meine Projekte mit so vielen Programmierzyklen 
waren allerdings durchweg reine Assembler-Projekte, wo sich - zumindest 
bei mir - gerne mal irgendwelche Detailfehler einschleichen.

> und den Wannenstecker nehme ich wegen dem
> selber ätzen nicht... da ich so eine Stiftleiste einfacher zum löten und
> vorallem deutlich besser zum routen empfinde...

So ein 3x2 Wannenstecker am ATmega8-ISP ist nicht umbedingt schwer zu 
routen, siehe Bild.

> Die Taster sind eigentlich mit System angeordnet weil es vom bedienen
> her sinn gibt wie ich finde... das ganze soll in ein Gehäuße kommen

Ok, dann ist das natürlich eine schöne Lösung. Aber denk trotzdem mal 
über Befestigungslöcher für die Gehäusemontage nach.

> Und das wegen dem Massepolygon und ist so eine Aache... wenn ich diese
> größer stelle (aktuell 18mil) dann geht es nicht mehr durch die Pads
> durch(Leds und Atmega) aber ich habe auch schon fetsgestellt dass es mit
> verzinnen und dann Löten bei solchen abständen Probleme gibt...

Dort, wo das Massepolygon umbedingt zwischen den Pins durchgehen muss 
kannst Du es so lösen wie im zweiten Bild. Die Wires werden von Hand 
verlegt und mit dem NAME-Befehl ins GND-Netz gesetzt.

> vermutlich muss ich mir dann noch Lötstoplaminat besorgen... oder wie
> macht man so etwas sonst?

Such mal hier im Forum nach "Dynamask", das ist ein Löststopplaminat, 
dass auch in der heimischen Giftküche verarbeitet werden kann. Aber es 
ist halt (aus Deiner Sicht) auch erstmal ein zusätzlicher 
Prozessschritt, den man in den Griff bekommen muss.

Liebe Grüße und viel Spaß & Erfolg mit Deinem Projekt weiterhin,

Stephan

Autor: InFaIN (Gast)
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Nochmal vielen Dank für eure vielen Tipps... das ganze ist doch schwerer 
als ich dachte....


Ich habe in RC.png einmal versucht an den PWM ein RC Glied 
hinzubekommen... ich hoffe die beschaltung ist so schon einmal richtig.
Laut dem Wiki 
Eintrag(http://www.mikrocontroller.net/articles/Pulsweiten...) 
hätte ich bei 3906 Hz PWM Frequenz einen Ripple von 150mV was ich 
akzeptieren würde...


In RC_OP.png habe ich einfach einmal versucht einen OP einzuzeichnen. 
Ich weiß dass der LM324N noch nicht der richtige ist, da zwei OP's 
invertiert und zwei nicht. Mit dieser Beschaltung könnte ich dann doch 
eine größere last an den JP1 legen, oder?
Würde es nun reichen, einen Messwiederstand (120 Ohm) hinter den OP zu 
setzten und dann am ADC zu messen? Weil das Signal müsste ja schon 
einigermaßen sauber rauskommen da vor jedem OP ja schon ein RC Glied 
sitzt...
Und die wichtigste Frage: Kann ich bei dieser Beschaltung die PWM Pins 
auch noch auf masse schalten??



@Stephan: Kann man bei dieser ISP beschaltung auch noch ohne 
Lötstoplaminat gut löten?



InFaIN

Autor: Stephan M. (stephanm)
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InFaIN schrieb:
> Kann man bei dieser ISP beschaltung auch noch ohne
> Lötstoplaminat gut löten?

Ja, man hat bei den 6 Pins immer auf einer Seite genügend Platz um den 
Lötkolben/das Lötzinn gescheit anzusetzen.

Um Dich zu beruhigen: Die Pad-Innendurchmesser in diesem Layout waren 
sogar zu klein für den von mir verwendeten Pfostenfeldstecker, so dass 
ich die Löcher aufbohren musste. Selbst trotz winzigem Restring war das 
Löten dieser sechs Pins auch ohne Lötstopp keine besondere 
Schwierigkeit. (Das war eines meiner ersten Layouts nach jahrelanger 
Elektronik- und damit auch Lötabstinenz.)

Daher noch folgendes als Tip am Rande: Speziell beim selber ätzen und 
bohren sollte man vor der Fertigung der Platine nochmal genau 
nachschauen, ob die Bohrdurchmesser der Teile aus den Eagle-Bibliotheken 
ausreichend groß bemessen sind.

Im Endeffekt gehts ja nur darum, die Anzahl der potenziell 
problematischen (Löt-)Stellen auf einer Platine so gering wie möglich zu 
halten. 10 schwierige Lötstellen kann man durchaus verkraften, bei 100 
problematischen Lötstellen, z.B. wegen eines Massepolygons mit sehr 
kleiner Isolate-Einstellung wirds halt dann einfach nur entsprechend 
aufwändiger bzw. nerviger beim Zusammenbau. Was aber andererseits nicht 
heißt, dass das nicht zu schaffen wäre.

Stephan

Autor: Tim (Gast)
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>...hätte ich bei 3906 Hz PWM Frequenz einen Ripple von 150mV was ich
>akzeptieren würde...

150mV @ 120 ohm bedeutet 1,25mA Ripple beim Strom.
Ich weiss nicht wie genau die Strommessung werden soll...

Wenn ich das Datenblatt vom LM324 richtig lese kommt der bei 10mA
nicht unter 1V und auch nicht über 4V. Reicht das?

Autor: InFaIN (Gast)
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Der LM324 ist sowieso nicht geeignet, da dieser 2 invetierte und zwei 
nicht invetierte OP's hat.... Ich glaube der LM348 müsste 4 nicht 
invetierte Eingänge haben... 1V und 4V müssten reichen...

Ein Ripple von 1,25mA ist grenzwertig... daran habe ich gar nicht 
gedacht. Da muss man noch ein wenig optimieren. Vieleicht verstehe ich 
die Formel zum berechnen doch noch einmal...

Ich bin beim suchen auf diese Seite gestoßen:
http://www-k.ext.ti.com/srvs/cgi-bin/webcgi.exe?Co...

Nur diese beiden werte verstehe ich nicht:

Select Resistor Sequence
Select Capacitor Sequence



Und wie ist das jetzt, kann ich den PWM port mit angeschlossenem OP auch 
auf masse schalten?



InFaIN

Autor: Stephan M. (stephanm)
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InFaIN schrieb:
> Der LM324 ist sowieso nicht geeignet, da dieser 2 invetierte und zwei
> nicht invetierte OP's hat....

??? Da stecken doch 4 identische OpAmps drinnen?

"invetierte" -> "invertierende"?

> Ich glaube der LM348 müsste 4 nicht
> invetierte Eingänge haben... 1V und 4V müssten reichen...

Bei LM348 habe ich im Datenblatt nichts gefunden, was darauf schliessen 
lässt, dass er mit +5V Single Supply das macht, von dem ich glaube, dass 
Du es willst. Dann schon eher der LM324, außer Du spendierst dem 
gesamten Apparat noch ein bis zwei weitere Betriebsspannungen.

Allerdings bin ich kein Analogelektronik-Crack, sondern eher das 
Gegenteil davon. Vielleicht möchtest Du Dich im Analogtechnikforum auf 
der Suche nach einem geeigneten OpAmp beraten lassen? :-)

Stephan

Autor: Tim (Gast)
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>Und wie ist das jetzt, kann ich den PWM port mit angeschlossenem OP auch
>auf masse schalten?

Das AVR PIN schon, die frage ist was der OP daraus macht.
Die meisten OPs kommen richtung + bzw - am Ausgang in die Sättigung.
D.h. sie kommen nicht auf 0V runter. Die Spannungsdifferenz hängt
natürlich auch noch vom Strom ab....
Was du willst nennst sich "Rail-to-Rail" OP.

Autor: Stephan M. (stephanm)
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InFaIN schrieb:
> Ich bin beim suchen auf diese Seite gestoßen:
> 
http://www-k.ext.ti.com/srvs/cgi-bin/webcgi.exe?Co...
>
> Nur diese beiden werte verstehe ich nicht:
>
> Select Resistor Sequence
> Select Capacitor Sequence

Festwiderstände (und -kapazitäten) werden i.A. nicht in beliebigen 
Werten angeboten, sondern nur in bestimmten Werten, die einer Abstufung 
unterliegen. Beispielsweise umfasst E6 die Widerstandswerte 1.0, 1.5, 
2.2, 3.3, 4.7 und 6.8 Ohm und das ganze dann nochmal mal zehn, mal 
hundert, mal 1000, etc. E12 ist feiner abgestuft und enthält außer den 
Werten von E6 noch einige Zwischenwerte, und so weiter, siehe

http://www.elektronik-kompendium.de/sites/bau/1109071.htm

Das Berechnungstool ist halt einfach so nett Dir den nächstbesten Wert 
einer Reihe rauszusuchen. Das ist dann nützlich, wenn man beim Händler 
ein Widerstandsortiment einer bestimmten Reihe (z.B. E6) gekauft hat, 
wie zum Beispiel dieses hier:

http://www.elektronik-kompendium.de/sites/bau/1109071.htm

(Das soll jetzt nicht als Werbung verstanden werden sondern dient der 
Illustration des gesagten.) Da steht einem halt schlicht und ergreifend 
kein Widerstand mit 864 Ohm zur Verfügung.

Man kann dann zwar Parallel- und Serienschaltungen von anderen Werten 
einsetzen, um möglichst nahe an den theoretisch nötigen Wert zu kommen, 
aber oftmals muss sowas garnicht sein, wenn man gewisse Abweichungen 
tolerieren kann sind.


Stephan

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