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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Nucleo F401RE 5V Spannung?


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Autor: Sahin V. (flyingbattery)
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hi leute, das ist mein erster  Beitrag.

Ich arbeite seit kurzem mit einem stm32 nucleoboard F401re
für ein Projekt in der Th.


Ich will damit einen Micro-Servo ansteuern welcher ca 5V braucht.
Am Nucleo board gibt es einen 3.3 V und einen 5V Ausgang.
Kann ich dafür den 5V Ausgang ohne weiteres verwenden?

Mein Prof meint dass man das nicht ohne weiteres darf, man müsse
den extern versorgen. Aber in youtube habe ich das ein paar mal gesehen 
wie es scheint.

Er hat mit dann eine Schaltung angezeichnet wie ich den
ansteuern soll aber so funktioniert es nicht.

Danke im vorraus.

Autor: Schwarzseher (Gast)
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GND verbunden?

Autor: STK500-Besitzer (Gast)
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Sahin V. schrieb:
> Ich will damit einen Micro-Servo ansteuern welcher ca 5V braucht.
> Am Nucleo board gibt es einen 3.3 V und einen 5V Ausgang.
> Kann ich dafür den 5V Ausgang ohne weiteres verwenden?

Wenn der 5V-Ausgang genug Strom liefert, könnte das gehen.

Autor: Arduino Fanboy D. (ufuf)
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Sahin V. schrieb:
> Er hat mit dann eine Schaltung angezeichnet wie ich den
> ansteuern soll aber so funktioniert es nicht.

Ja, weil die Schaltung das Signal invertiert.

Deine eingezeichneten Pulse hast du dir nur ausgedacht!

Ok, der am Transistor Eingang ist richtig, aber der am Ausgang ist 
umgekehrt

Sahin V. schrieb:
> Am Nucleo board gibt es einen 3.3 V und einen 5V Ausgang.
> Kann ich dafür den 5V Ausgang ohne weiteres verwenden?
Für das PPM Signal solltest du die 5V des Nucleo verwenden können.
Aber für die Last nicht.

: Bearbeitet durch User
Autor: Vorwiderstand (Gast)
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STK500-Besitzer schrieb:
> Wenn der 5V-Ausgang genug Strom liefert, könnte das gehen.

Wie soll der die liefern?
Der Strom wird durch die 10KOHM begrenzt und den unteren Pfad im 
Transistor.
Wenn ich richtig liege würde max. 0.26mA fliessen.


@Sahin Varol
Welches Semester?
Schon mal in das Datenblatt des Boardes geschaut?
Dann noch informieren, wie man Transistorschaltungen berechnet.

Autor: STK500-Besitzer (Gast)
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Vorwiderstand schrieb:
> Wie soll der die liefern?

Unter der Vorraussetzung, dass da eben kein Strom reduzierendes Bauteil 
drin ist.
Ich kenne die Spezifikationen dieses NUCLEO-Boards nicht, und es war 
eine pauschale Aussage.

Der TO scheint aber Probleme mit der Kompetenz seine Profs zu haben bzw. 
seine eigene komplett zu überschätzen.

Autor: dfa (Gast)
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Dein Servo braucht eine Versorgungsspannung von 5V.
Du hast jetzt den genauen Typ deines Servos nicht gepostet, aber alle 
mir bekannten Modellbauservos haben sogenannte TTL-Eingänge. Du kannst 
daher mit 3,3V den Servo steuern, da ein TTL-Eingang einen Pegel von >2V 
als HIGH erkennt (kleiner 0,8V -> LOW).
Die Lösung deines Problems ist daher kein Pegelwandler. Du kannst den 
Pin deines Mikrocontrollers direkt mit dem Signaleingang des Servos 
verbinden und schalten.

Das hätten dir deine Betreuer auf der Uni aber auch sagen können...

Achja, die 5V auf dem Nucleo kommen nicht von irgendwoher, sondern sind 
die von extern eingespeisten 5V vor dem Spannungsregler... siehe Seite 1 
im Schaltplan, in der Nähe von JP5.

Autor: Base64 U. (6964fcd710b8d77)
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Schau in den Schaltplan, die 5V kommen gerne direkt vom USB, vielleicht 
mit einer polyfuse. Schau dir an was dein Servo maximal ziehen kann an 
strom und mit was für einem USB profil sich das nucleo an meldet.

Autor: Sahin V. (flyingbattery)
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> Deine eingezeichneten Pulse hast du dir nur ausgedacht!


Die Zeichnung ist so exakt vom Prof gezeichnet. Nicht von mir!

Autor: Arduino Fanboy D. (ufuf)
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Sahin V. schrieb:
>> Deine eingezeichneten Pulse hast du dir nur ausgedacht!
> Die Zeichnung ist so exakt vom Prof gezeichnet. Nicht von mir!
Ist mir egal, wer sich das ausgedacht hat.

Falsch ist Falsch und bleibt Falsch.
Da beißt keine Maus einen Faden ab.

Autor: Sahin V. (flyingbattery)
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STK500-Besitzer schrieb:
> Der TO scheint aber Probleme mit der Kompetenz seine Profs zu haben bzw.
> seine eigene komplett zu überschätzen.

Nein habe ich definitiv nicht, aber so wie er das hier nun mal 
gezeichnet hat funktioniert das nicht.

Ohne dies ganze Schaltung, wenn ich den Servo mit 5V extern versorge und 
den Steuereingang mit dem PWM OUTPUT vom Nucleoboard verbinde 
funktioniert alles wie es sollte.

Ich hatte halt bloß nicht verstanden warum ich überhaupt diese Schaltung 
brauche wenn es so klappt und um Internet auch viele Beispiele 
existieren wo ohne eine bestimmte Schaltung der Servo betrieben wird.

Autor: Sahin V. (flyingbattery)
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Arduino F. schrieb:
> Sahin V. schrieb:
>>> Deine eingezeichneten Pulse hast du dir nur ausgedacht!
>> Die Zeichnung ist so exakt vom Prof gezeichnet. Nicht von mir!
> Ist mir egal, wer sich das ausgedacht hat.
>
> Falsch ist Falsch und bleibt Falsch.
> Da beißt keine Maus einen Faden ab.


Wie wäre es denn richtig?

Autor: Sahin V. (flyingbattery)
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dfa schrieb:
> Dein Servo braucht eine Versorgungsspannung von 5V.
> Du hast jetzt den genauen Typ deines Servos nicht gepostet, aber alle
> mir bekannten Modellbauservos haben sogenannte TTL-Eingänge. Du kannst
> daher mit 3,3V den Servo steuern, da ein TTL-Eingang einen Pegel von >2V
> als HIGH erkennt (kleiner 0,8V -> LOW).
> Die Lösung deines Problems ist daher kein Pegelwandler. Du kannst den
> Pin deines Mikrocontrollers direkt mit dem Signaleingang des Servos
> verbinden und schalten.
>
> Das hätten dir deine Betreuer auf der Uni aber auch sagen können...
>
> Achja, die 5V auf dem Nucleo kommen nicht von irgendwoher, sondern sind
> die von extern eingespeisten 5V vor dem Spannungsregler... siehe Seite 1
> im Schaltplan, in der Nähe von JP5.


Der Grund warum mein Prof das so gezeichnet ist der und ich zitiere: 
"Der Transistor fürs PWM ist zur
Spannungsanpassung 3,3V auf 5V. Eine Rückwirkung vom mit 5V betrieben 
Servo auf den uC kann man nicht ausschließen."

Ansonsten wie gesagt wenn ich den den GPIO Pin mit PWM Signal direkt an 
den Steuereingang des Servos stecke, und den Servo extern mit 5V speise, 
funktioniert alles einwandfrei. Allerdings ob es so nun eine 
"Rückwirkung" verursacht ist die Frage.

Autor: Arduino Fanboy D. (ufuf)
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z.B.
2 solcher Stufen nacheinander
Oder den Output in der Software invertieren
(AVR Timer können das in Hardware, ARM? KA!)


https://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0203111.htm

: Bearbeitet durch User
Autor: Ach Du grüne Neune (Gast)
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Arduino F. schrieb:
> 2 solcher Stufen nacheinander

Autor: dfa (Gast)
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Sahin V. schrieb:
> Der Grund warum mein Prof das so gezeichnet ist der und ich zitiere:
> "Der Transistor fürs PWM ist zur
> Spannungsanpassung 3,3V auf 5V. Eine Rückwirkung vom mit 5V betrieben
> Servo auf den uC kann man nicht ausschließen."
>
> Ansonsten wie gesagt wenn ich den den GPIO Pin mit PWM Signal direkt an
> den Steuereingang des Servos stecke, und den Servo extern mit 5V speise,
> funktioniert alles einwandfrei. Allerdings ob es so nun eine
> "Rückwirkung" verursacht ist die Frage.

Frag deinen Professor bzw. Betreuer mal, welche "Rückwirkung" er hier 
meinen könnte. Bei einem theoritisch verkopften Uni-Professor würde mich 
nicht wundern, wenn er meint, dass es zu einem Isolationsfehler kommen 
könnte und dann die 5V Versorgungsspannung des Servos am Signal-Pin 
anliegen und daher der Mirkocontroller 5V sehen würde (oder eine ähnlich 
konstruierte Geschichte). Das ist aber gerade beim STM32 kein Problem, 
da dieser 5V-tolerante Pins besitzt (siehe das Datenblatt Seite ab Seite 
38, alle Pins gekennzeichnet mit FT sind "5V tolerant"). D.h. selbst 
wenn plötzlich so eine "Rückwirkung" auftreten sollte ist dein 
Mikrocontroller sicher und wird keinen Schaden nehmen.
In den Absolute Maximum Ratings steht, dass an solchen 5V-toleranten 
Pins eine Spannung von bis zu Vdd+4V angelegt werden kann, ohne das der 
STM32 Schaden davon nimmt.
Übrigens: Nicht jeder Mikrocontroller hat solche 5V-toleranten Pins.

Vielleicht weiß dein Professor auch nicht die genauen Details des STM32. 
Du solltest ihn auf jeden Fall darauf ansprechen, da könnt ihr dann 
beide noch was lernen. Mich würde seine "Rückwirkungen" sehr 
interessieren... ich hatte auf jeden Fall noch nie irgendeine 
"Rückwirkung" eines Modellbauservos auf den Signaleingang.

Autor: Sahin V. (flyingbattery)
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Großen Dank an Arduino Fanboy und an Ach du grüne neue. Die Schaltung 
habe ich so aufgebaut und Tatsache: Es hat so funktioniert.:)

Und ebenfalls großen Dank an dfa, denn habe auch im Datasheet 
nachgeschaut und ebenfalls Tatsache: 5V tolerant.

Dann bin ich mal auf das Gespräch mit Ihm morgen gespannt denn scheinbar 
hat er das wirklich nicht gewusst.


Vielen Dank an euch alle. War erst skeptisch ob ich überhaupt antworten 
bekomme, aber dann noch so schnell so viele und Kompetente antworten: 
Hut Ab!

Danke nochmal. Fall gelöst.

Autor: Ach Du grüne Neune (Gast)
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Sahin V. schrieb:
> Dann bin ich mal auf das Gespräch mit Ihm morgen gespannt denn scheinbar
> hat er das wirklich nicht gewusst.

Nimm ihn nicht so hart ran, er wusste es wahrscheinlich sogar und hat 
nur nicht mehr daran gedacht, dass eine Emitterschaltung invertierend 
wirkt.

Autor: Harry L. (mysth)
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Die meisten Pins sind doch 5V-tolerant.


Also, wozu der ganze Aufwand?
4k7 PullUp an 5V und den Ausgang als OC konfigurieren - läuft.

Hab ich schon mehrfach so gemacht.
Ein Transistor ist hier vollkommen überflüssig!

Autor: A. B. (Gast)
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Harry L. schrieb:
> Die meisten Pins sind doch 5V-tolerant.
>
> Also, wozu der ganze Aufwand?
> 4k7 PullUp an 5V und den Ausgang als OC konfigurieren - läuft.
>
> Hab ich schon mehrfach so gemacht.
> Ein Transistor ist hier vollkommen überflüssig!

Klar, als Bastler ... Es geht aber wohl darum, zu lernen, wie man das 
zuverlässig(!) und erweiterbar macht. Geht es um ein Studium der 
E-Technik oder Techn. Informatik, oder ein Spielzeug-Projekt???

1) Die FT-Pins sind keineswegs "5V-tolerant", sondern (Absolute Max. 
Ratings!) vetragen nur VDD + 4.0V. Nur bei eingeschalteter(!) Versorgung
vertragen die dann auch die 5V.

2) Warum sollte man nur ein Servo anschließen wollen? Und das Servo 
(E-Motor) auch noch an die Controller-Versorgung anschließen? Wenn man 
mehrere anschließen will, ist schnell vorbei mit der Belastbarkeit des 
5V-Anschlusses. Wenn man das vernünftig machen will, kommen das/die 
Servos an eine extra Versorgung, damit Rückwirkungen des Motors 
(Stromaufnahme, Störungen) auf den Controller ausgeschlossen sind.
Steuer- und Leistungsteil versorgt man tunlichst getrennt. Und 
Ansteuerung des Leistungsteils über eine extra robuste Treiberstufe.

3) Bei getrennter Versorgung muss man immer damit rechnen, dass eine 
später ein- oder ausgeschaltet wird. Und dann? s. 1)

4) Von einem Studierenden im 2. oder höheren Sem. kann man wohl 
erwarten, dass er eigenständig mit dem "Problem" des invertierten 
Signals umgehen kann. Wenn der das im Studium nicht lernt, wann denn 
dann?
Und dass man dabei gelegentlich "auf die Nase fällt" ist völlig normal - 
und lehrreich. Das ist beim Erlernen des Radfahrens nicht anders.
Hochschule ist kein Kindergarten, wo die "Kundschaft" umfassend 
gepampert werden soll.

5) Wenn der Prof. tatsächlich die "Bastellösung" vorgeschlagen hätte, 
sollte man ihm aus fachlichen wie didaktischen Gründen keine Studenten 
mehr anvertrauen. Das wär' wirklich ein Armutszeugnis.

Mit solchen Vorschlägen legt man dem TO ein schönes Ei ins Nest!

Autor: Sahin V. (flyingbattery)
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Nachtrag:

Heute hat ein Gespräch mit dem Professor statt  gefunden. Fairerweise 
will ich dies nochmal klarstellen damit der Professor nicht ins 
schlechte Licht gerückt wird auch wenn ich keine Namen gennant habe.

Zum Thema  Transistorschaltung die Er gezeichnet hat:

Scheinbar war im das mit der Invertierung bewusst, aber er dachte sich 
wohl, dass ich dies im Ausgang des Nucleos ebenfalls invertiere.
Von daher seitens des Professors alles halb so wild.
Es war mein eigenes Versagen dass ich das nicht erkannt habe mit der 
Invertierung.

Trotzdem danke an alle an die tolle Hilfe

: Bearbeitet durch User

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