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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik RS232-Sende-Pegel auf 0V/+5V wandeln - unidirektional


Autor: Napfkuchen (Gast)
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Hi,
ich will einen uC (ATMega644) an eine vorgegebene Schaltung 
anschliessen, die einen Ausgang mit RS232-Pegel (max. Hub +-15V bzw. min 
Hub +-3V) hat. Der Ausgang signalisiert einen logischen Zustand der etwa 
im Minutenabstand wechselt. Eine Datenübetragung im eigentlichen Sinne 
ist nicht vorgesehen.

Ich möchte nun mit oben angehängter Schaltung, den RS232-Pegel so 
wandeln, dass:

1. +15V zu +5V werden
2. -15V zu 0V werden

und diese Spannungen an den Porteingang eines ATMega644 anschliessen. 
Sonst wird nichts weiter an dem Ausgang dieser Schaltung angeschlossen.

Der Widerstand R1 soll den den Strom durch die jeweils leitende Diode 
begrenzen.

Die oben angehängte Schaltung wird jeweils 5V + Durchlassspannung, bzw. 
0V - Durchlassspannung erzeugen.
Im Datenblatt des ist angegeben, das die niedrigste zulässige Spannung 
-0,5V, bzw. die höchste zulässige Spannung Vcc + 0,5V ist.
Der uC wird mit 5V versorgt.

Nun habe ich gelesen,das die Durchlassspannung einer Diode im Regelfall 
0,7V beträgt. So lt. Datenblatt auch bei der verwendeten 1N4148.
Sollte ich, wie im zweiten Bild gezeigt, einen Spannungsteiler 
anschliessen um aus den 5,7V noch 5V bzw. aus -0,7V noch ca. 0.5V zu 
machen?
Gibt es andere Alternativen mit ähnlichem Aufwand?
Ist die Schaltung grundsätzlich OK?

Ein MAX232 (o.ä.) soll nicht eingesetzt werden, auch sonst kein 
aktives Bauelement.

Autor: Peter Bünger (pbuenger)
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Schottky-Dioden verwenden?

Autor: sudo (Gast)
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Es reicht eigentlich nur der 10K-Widerstand.
Die Dioden sind im AVR bereits integriert, die musst du also extern 
nicht nochmal parallel dazuschalten.

die "-0.5V" .. "VCC+0.5V"-Angabe im Datenblatt bezieht sich genau auf 
diese Dioden, d.H. du kommst eh nicht über diese Spannunswerte drüber, 
ohne die Clamping-Dioden im AVR vorher durchzubrennen.

Autor: Klaus 2m5 (klaus2m5)
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sudo schrieb:
> Es reicht eigentlich nur der 10K-Widerstand.
> Die Dioden sind im AVR bereits integriert, die musst du also extern
> nicht nochmal parallel dazuschalten.
>
> die "-0.5V" .. "VCC+0.5V"-Angabe im Datenblatt bezieht sich genau auf
> diese Dioden, d.H. du kommst eh nicht über diese Spannunswerte drüber,
> ohne die Clamping-Dioden im AVR vorher durchzubrennen.

Vorsicht! -15V über 10k und die interne Diode sind 1,5mA. Das kann schon 
zuviel für die internen Dioden sein. Leider habe ich auf die schnelle 
keine konkreten Specs für die internen Dioden gefunden, weiss aber, dass 
40xx z.B. nur max 1 mA über die Schutzdioden verträgt.

Ich würde einen Transistor vorschalten. Auch wenn das schon ein aktives 
Bauteil ist, ist das immer noch besser, als die Klimmzüge mit Dioden und 
Spannungsteiler.

Autor: sudo (Gast)
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Klaus 2m5 schrieb:
> Ich würde einen Transistor vorschalten

Das würde ich auch, allein wegen der Invertierung des Signals (+15V am 
RS232 sollen ja eigentlich "LOW" ergeben)

Klaus 2m5 schrieb:
> Vorsicht! -15V über 10k und die interne Diode sind 1,5mA. Das kann schon
> zuviel für die internen Dioden sein

Je nach AVR verkraften die Dioden 20mA oder 40mA... steht auch irgendwo 
versteckt im Datenblatt...
Gibt auch eine Atmel-Appnote (Zero-Crossing-Detection) wo die 220V AC 
über Vorwiderstand an einen Port-Pin geben, ohne weitere 
Schutzbeschaltung.

Autor: Napfkuchen (Gast)
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sudo schrieb:
> die "-0.5V" .. "VCC+0.5V"-Angabe im Datenblatt bezieht sich genau auf
> diese Dioden, d.H. du kommst eh nicht über diese Spannunswerte drüber,
> ohne die Clamping-Dioden im AVR vorher durchzubrennen.

Das ist ein interessanter Gedanke, den ich auch schon hatte. Bist Du 
ganz sicher? Ich glaubte die Angabe "absolute Maximum Ratings", nämlich 
"Voltage on any Pin except RESET with respect to Ground ... -0.5V to 
VCC+0.5V" vorsichtshalber so lesen zu müssen, dass diese Spannungen 
schon unter Berücksichtigung der eingebauten Clamping-Dioden zu 
verstehen sind. Es ist doch ein Unterschied ob man spezifiziert auf 
welche Spannung an den Eingangstransistoren die Clamping-Dioden 
begrenzen oder was die Kombination aus Clamping-Dioden und restlicher 
Eingangsschaltung aushalten. Ich habe erstmal unterstellt, dass Atmel 
einen Grund hatte, keine höhere Spannung anzugeben. Andererseits ist ja 
so eine Klemm-Schaltung gerade dazu da, den Eingangsspannungsbereich zu 
erhöhen. Das aber ist nach der Angabe von Atmel nicht plausibel. Was 
meinst Du dazu?

Klaus 2m5 schrieb:
> Vorsicht! -15V über 10k und die interne Diode sind 1,5mA. Das kann schon
> zuviel für die internen Dioden sein. Leider habe ich auf die schnelle
> keine konkreten Specs für die internen Dioden gefunden, weiss aber, dass
> 40xx z.B. nur max 1 mA über die Schutzdioden verträgt.

Dazu habe ich bei 
http://www.avrfreaks.net/index.php?name=PNphpBB2&f... 
die Angabe gefunden, dass die Dioden 1mA aushalten, dann könnte ich ja 
statt 10k etwa 27k nehmen um auf der sicheren Seite zu bleiben. Aktive 
Bauelemente jedenfalls sollen nicht verwendet werden.

Autor: Napfkuchen (Gast)
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Was bei den Dioden halt noch fehlt ist die zulässige Sperrspannung. 
Dumm. Hmmm.

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

>Je nach AVR verkraften die Dioden 20mA oder 40mA... steht auch irgendwo
>versteckt im Datenblatt...

Wo? Das gleub ich weniger. Normale TTL/CMOS ICs halten offiziell 20mA 
aus.

>Gibt auch eine Atmel-Appnote (Zero-Crossing-Detection) wo die 220V AC
>über Vorwiderstand an einen Port-Pin geben, ohne weitere
>Schutzbeschaltung.

Ja, 1M oder 2M an 230V. Macht bei 315V Spitze 0,3 oder 0,15mA. Also den 
Vorwiderstand auf 47k oder 100k erhöhen, fertig. Ist immer noch 1000mal 
schneller als nötig.

MFG
Falk

Autor: Klaus 2m5 (klaus2m5)
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Auszug aus der Zero-Cross Detection appnote:

The series input resistor is a 1 MΩ resistor. It is not recommended that 
the clamping diodes are conducting more than maximum 1 mA and 1 MΩ will 
then allow a maximum voltage of approximately 1000V.

Autor: ... ... (docean) Benutzerseite
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sudo schrieb:
> Klaus 2m5 schrieb:
>> Ich würde einen Transistor vorschalten
>
> Das würde ich auch, allein wegen der Invertierung des Signals (+15V am
> RS232 sollen ja eigentlich "LOW" ergeben)

Das ist dir aber klar? d.h du kannst *nicht den eingebauten UART 
verwenden!!!*

Autor: sudo (Gast)
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Jup, hab grad nochmal gesucht, 1mA-Dauerbelastung hab ich zumindest 
öfter gefunden als 20mA... die Wahrheit weis dann wohl nur Atmel.

Napfkuchen schrieb:
> Was bei den Dioden halt noch fehlt ist die zulässige Sperrspannung.
> Dumm. Hmmm.

Nö, die ist irrelevant, da diese definitiv > 5V (wohl auch > 13V, wg. 
max. Spannung am Reset-Pin) ist.

d.H. um die Sperrspannung zu überschreiten, musst du erstmal VCC auf 
mehr als 13V erhöhen. Dann ist der Chip sowieso kaputt, und um 
durchbrechende Clamp-Dioden musst du dir keine Gedanken mehr machen.

Autor: Napfkuchen (Gast)
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... ... schrieb:
>> Das würde ich auch, allein wegen der Invertierung des Signals (+15V am
>> RS232 sollen ja eigentlich "LOW" ergeben)
>
> Das ist dir aber klar? d.h du kannst *nicht den eingebauten UART
> verwenden!!!*

Napfkuchen schrieb:
> Der Ausgang signalisiert einen logischen Zustand der etwa
> im Minutenabstand wechselt. Eine Datenübetragung im eigentlichen Sinne
> ist nicht vorgesehen.

Autor: Napfkuchen (Gast)
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sudo schrieb:
> Nö, die ist irrelevant, da diese definitiv > 5V (wohl auch > 13V, wg.
> max. Spannung am Reset-Pin) ist.
>
> d.H. um die Sperrspannung zu überschreiten, musst du erstmal VCC auf
> mehr als 13V erhöhen. Dann ist der Chip sowieso kaputt, und um
> durchbrechende Clamp-Dioden musst du dir keine Gedanken mehr machen.

Ich möchte nicht mit Dir streiten, aber es würde schon genügen eine zu 
grosse positive Spannung an den Eingang zu legen um die Sperrspanung der 
nach Gnd führenden Diode zu überschreiten. Ebenso eine genügend negative 
Spannung um die nach Vcc führende zu gefährden. Mit Vcc hat das erstmal 
nichts zu tun, denkst Du nicht?

Die 13V sind aus der zulässigen Spannung am Reset abgeleitet, schon 
klar. Aber die Spec definiert die zulässige Spannung gerade an allen 
Pins mit Ausnahme des Reset Pins . Datenblatt, Version: 
8011M–AVR–08/09, S. 325, "Voltage on any Pin except RESET with respect 
to Ground ...".
Das die Sperrspannung mindestens 5V sein muss ist wohl evident. ;-)

Autor: Klaus 2m5 (klaus2m5)
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Napfkuchen schrieb:
> Ich möchte nicht mit Dir streiten, aber es würde schon genügen eine zu
> grosse positive Spannung an den Eingang zu legen um die Sperrspanung der
> nach Gnd führenden Diode zu überschreiten. Ebenso eine genügend negative
> Spannung um die nach Vcc führende zu gefährden. Mit Vcc hat das erstmal
> nichts zu tun, denkst Du nicht?

Die jeweils andere Diode würde die Überspannung ja jeweils auf Gnd oder 
VCC ableiten. Also mehr als Gnd -0,5 und Vcc +0,5 wirds nicht!

Autor: Napfkuchen (Gast)
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Klaus 2m5 schrieb:
> Die jeweils andere Diode würde die Überspannung ja jeweils auf Gnd oder
> VCC ableiten. Also mehr als Gnd -0,5 und Vcc +0,5 wirds nicht!

Richtig! Ein Denkfehler von mir.

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