Review Schaltung ATmega88 MCP2221 IRLZ34N

[Alex W. (astronom)]

Hallo zusammen,

eine Sache vorweg, meine hauptsächliche Freizeitbeschäftigung ist 
Astronomie, genauer gesagt, Astrofotografie - also seid bitte gnädig mit 
mir :-)

Astroaufnahmen müssen u.a. mittels Flatframes (Hellbildern) kalibriert 
werden, wozu man eine möglichst gleichmäßig leuchtende Fläche nutzt.
In der Regel verwendet man dafür auf LEDs basierende 
Leuchtboxen/Flatboxen (käuflich oder Eigenbau).

Anbei dazu der Schaltplan eines USB/UART-Controllers zur Regelung einer 
solchen Box.

Auf dem Steckbrett läuft das Ganze, aber passt das so oder habt ihr 
Verbesserungsvorschläge? Was sollte ich noch beachten, um eventuelle 
Störungen durch die PWM zu vermeiden. Passen die Bauteile oder gibt es 
bessere Alternativen?

Danke vorab für Euer Feedback.

Viele Grüße,
Alex

[Äxl (Gast)]

ARef (Pin21) nicht an AVCC (Pin20), sondern mit 100nF an GND.
Die Diode D2 nicht in Reihe zum Ausgang, sondern parallel.

[Harald A. (embedded)]

VUSB vom MCP2221 sehe ich in sonstigen Bildern mit einem 
Abblockkondensator, aber nicht gegen GND. Kenne den MCP aber nicht aus 
eigenen Entwicklungen. Und dann noch ein 100nF direkt am MCP ist sicher 
auch nicht verkehrt.

[Alex W. (astronom)]

Prima, vielen Dank.

Hab nochmal im Datenblatt des MCP2221 nachgeschaut.
VUSB, wenn nicht genutzt, an GND mit einem 330nf Kondensator.

Hier der Schaltplan mit den Änderungen eingearbeitet.

Viele Grüße,
Alex


p.s. welche Alternative als einfachen Mikrocontroller gäbe es hier 
eigentlich?

[Harald A. (embedded)]

Du hast dich verzeichnet. VSS liegt nicht mehr auf GND.

Einfacherer Mikrocontroller? Der ATMEGA ist ja schon low end. 
Arbeitsaufwand reduzieren könntest Du durch Einsatz eines Arduino Nano 
(bis auf den MOSFET schon alles drauf) oder RP2040.

Den MOSFET könntest Du durch einen BSP78 ersetzen, der ist sauber durch 
3.3V Signale ansteuerbar und kurzschlusssicher.

[Sebastian W. (wangnick)]

Wird der uC gesockelt, oder warum ist kein Programmierport 
herausgeführt? Selbst mit einem Bootloader und Programmierung über 
RXD/TXD müsstest du zumindest noch RESET ansteuern können ...

LG, Sebastian

[Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)]

Da reicht ja ein ATTiny2313 dicke. Die einzige Peripherie, die du in 
Hardware brauchst, ist anscheinend UART. Wenn du mehr Platz für die 
Software brauchst, wäre es der 4313.

[Alex W. (astronom)]

Sebastian W. schrieb:
> Wird der uC gesockelt, oder warum ist kein Programmierport
> herausgeführt? Selbst mit einem Bootloader und Programmierung über
> RXD/TXD müsstest du zumindest noch RESET ansteuern können ...
>
> LG, Sebastian


Der uC ist gesockelt und habe den Programmierer der Einfachheit halber 
weg gelassen.

Grüße,
Alex

[Alex W. (astronom)]

Matthias S. schrieb:
> Da reicht ja ein ATTiny2313 dicke. Die einzige Peripherie, die du in
> Hardware brauchst, ist anscheinend UART. Wenn du mehr Platz für die
> Software brauchst, wäre es der 4313.

Einen ATTiny2312 habe ich tatsächlich da, dachte ich auch schon aber das 
Programm braucht tatsächlich fast 6000 byte, da es mit spezieller 
Astronomiesoftware laufen muss, die sehr wiss- und abfragegierig ist.

Grüße,
Alex

[Frank K. (fchk)]

Alex W. schrieb:

> p.s. welche Alternative als einfachen Mikrocontroller gäbe es hier
> eigentlich?

Du bräuchtest eigentlich keinen Mikrocontroller, sondern nur einen 
PWM-Generator:

https://www.nxp.com/docs/en/data-sheet/PCA9633.pdf

Der MCP2221(A) hat auch noch einen I2C-Master, und da kann der Chip ran. 
Über den PC kannst Du dann PWM ein- und ausschalten und konfigurieren.

Microchip hat I2C-Bibliotheken und Treiber.

fchk

[Alex W. (astronom)]

Ich glaube die Entwicklung via I2C übersteigt meine Fähigkeiten.

Wollte den ganzen Aufbau nochmal mit einem PIC16f1454 versuchen, der ja 
die USB-Schnittstelle schon eingebaut hat.

Grüße,
Alex

[Harald A. (embedded)]

Alex W. schrieb:
> Wollte den ganzen Aufbau nochmal mit einem PIC16f1454 versuchen,

Warum nochmal ändern?

[Alex W. (astronom)]

Schlechtes Wetter und hoffentlich Erkenntnisgewinnn :-)

Verscuche aber erstmal den jetztigen Schaltplan auf eine Platine zu 
bekommen, dass wird erstmal schwierig genug .

[Alex W. (astronom)]

Hallo zusammen,

hier die Platine - meine Erste eigene übrigens.
Hoffe das passt soweit alles. Bin erstmal beim IRLZ34N geblieben, wobei 
mir der BSP78 nach einer sehr guten Alternative aussieht, möchte aber 
erstmal bei "griffigeren" Bauteilen bleiben. Danke für die Hilfe hier.

Grüße,
Alex

[Stefan F. (Gast)]

Es gibt kompakte kombinierte Bauteile aus Dioden und Zenerdioden, um USB 
Ports vor Überspannung zu beschützen. So etwas würde ich ergänzen, damit 
das Ding nicht bei kleinsten Peak kaputt geht.

[Alex W. (astronom)]

Stefan ⛄ F. schrieb:
> Es gibt kompakte kombinierte Bauteile aus Dioden und Zenerdioden, um USB
> Ports vor Überspannung zu beschützen. So etwas würde ich ergänzen, damit
> das Ding nicht bei kleinsten Peak kaputt geht.

So etwas hier?
https://www.onsemi.com/pdf/datasheet/ncp360-d.pdf

Und trotz das ich die Vusb Leitung nicht nutze?

[Stefan F. (Gast)]

Alex W. schrieb:
> So etwas hier?

Nein, der ist für die Versorgungsspannung, nicht für die Signale.

Ich meinte so etwas:
https://www.we-online.com/web/de/electronic_components/news_pbs/blog_pbcm/blog_detail-worldofelectronics_108785.php
https://www.ti.com/lit/ds/symlink/tpd1e05u06.pdf?ts=1643564218844&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.ti.com%252Fproduct%252FTPD1E05U06

[Harald A. (embedded)]

Warum ist die Platine 1-seitig? Möchtest Du wirklich im Jahr 2022 noch 
selber ätzen?

[Alex W. (astronom)]

Harald A. schrieb:
> Warum ist die Platine 1-seitig? Möchtest Du wirklich im Jahr 2022 noch
> selber ätzen?


Nein, nicht selber ätzen, dafür habe ich auch nicht das Equipment.
Habe aber auch schon gesehen, entgegen meiner Annahme, das es preislich 
nicht darauf ankommt, ob 1- oder 2-seitig.

Konsequenz: Signalleitungen oben und Versorgungsleitungen nach unten?
Bauteile dichter beisammen?

[neuer PIC Freund (Gast)]

>Einen ATTiny2312 habe ich tatsächlich da, dachte ich auch schon aber das
>Programm braucht tatsächlich fast 6000 byte, da es mit spezieller
>Astronomiesoftware laufen muss, die sehr wiss- und abfragegierig ist.

Aber es gibt doch nur einen einzelnen Output. Läuft da noch ein 
Zufallsgenerator? ;-)

Ansonsten soll ein 2221 ein programmierter 16f1455 sein.

[Sebastian W. (wangnick)]

Alex W. schrieb:
> Der uC ist gesockelt und habe den Programmierer der Einfachheit halber
> weg gelassen.

Ich würde dir trotzdem raten, einen 6-poligen ISP-Pfostenstecker 
(MISO/CIPO, MOSI/COPI, SCK, RESET, VCC, GND, 
https://de.wikipedia.org/wiki/In-System-Programmierung) auf der Platine 
vorzusehen. Du hast ja anscheinend genug Platz wenn du eh alles in THT 
machst ...

LG, Sebastian

[Harald A. (embedded)]

Alex W. schrieb:

> Konsequenz: Signalleitungen oben und Versorgungsleitungen nach unten?

Genau

> Bauteile dichter beisammen?

Nö

[Michael B. (laberkopp)]

Alex W. schrieb:
> hier die Platine

Entferne die ganzen Masseflächen un lege die GND Leitungen einzeln.

Harald A. schrieb:
> Warum ist die Platine 1-seitig?

Weil die Platine so was von primitiv ist,
daß es auch eine Lochraster getan hätte.
Oder malen mit dem Edding.

Er könnte sie auch 4-lagig machen um die zu gefallen, aber das ist 
blödsinn.

neuer PIC Freund schrieb im Beitrag #6960327:
> Aber es gibt doch nur einen einzelnen Output. Läuft da noch ein
> Zufallsgenerato

Ich verstehe den Sinn der Schaltung auch nicht. Ein Schalter täte es 
meiner Meinung nach.

[Malte _. (malte)]

Sieht doch jetzt ganz OK aus. Über die Controller wird es immer 
verschiedene Ansichten geben. Ich hätte jetzt einen AVR mit V-USB 
verwendet - das spart den MCP komplett - aber das ist persönliche 
Präferenz.
Ein ISP auf der Platine ist schon bequemer, wobei ich auch schon manche 
einfachen Sachen durch hin und her Stecken der AVRs realisiert hab. Und 
das hier Zählt unter einfach.
Da man meist mehr als eine Platine bekommt - ein paar 
Lötanschlussmöglichkeiten an den ungenutzten Pins erlaubt es die 
unbenutzten Platinen eventuell später für irgend ein anderes Projekt zu 
recyceln.

[Alex W. (astronom)]

Michael B. schrieb:
> Alex W. schrieb:
>> hier die Platine
>
> Entferne die ganzen Masseflächen un lege die GND Leitungen einzeln.
>
> Harald A. schrieb:
>> Warum ist die Platine 1-seitig?
>
> Weil die Platine so was von primitiv ist,
> daß es auch eine Lochraster getan hätte.
> Oder malen mit dem Edding.
>
> Er könnte sie auch 4-lagig machen um die zu gefallen, aber das ist
> blödsinn.
>
> neuer PIC Freund schrieb im Beitrag #6960327:
>> Aber es gibt doch nur einen einzelnen Output. Läuft da noch ein
>> Zufallsgenerato
>
> Ich verstehe den Sinn der Schaltung auch nicht. Ein Schalter täte es
> meiner Meinung nach.

Den Sinn erkläre ich gerne.
Mein Teleskop/Equipment steht remotegesteuert in Spanien 
(Wetter/Lichtverschmutzung). Aktuell hat das zur Kalibrierung nötige 
Flat-/LED-Panel nur eine Helligkeitsstufe was zu unterschiedlichen 
Belichtungszeiten bei verschiedenen Filtern führt (RGB-Filter, spezielle 
Linienfilter) was wiederum die Notwendigkeit spezieller darauf 
angepasster anderer Aufnahmen nach sich zieht. Durch die 
Helligkeitsregelung des ganzen via uC/USB kann die Belichtungszeit 
angeglichen werden, wodurch der Datensatz auf 1/7 (!) sinkt.

Das ganze ist jetzt erstmal Ausbaustufen eins, die wenn fertig, direkt 
verschickt/genutzt wird. Später soll noch eine Schrittmotorsteuerung für 
einen motorisierten Teleskopdeckel dazu kommen. Dazu muss ich aber 
erstmal die Mechanik machen.

Die Helligkeitsregelung / Klappensteuerung muss dann auch noch mit 
speziellen Aufnahmeprogrammen kommunizieren, weil das ganze Gerödel 
nachts weitgehend unbeaufsichtigt läuft und einen festgelegten 
Belichtungsplan abarbeitet. Die paar wenigen käuflichen Exemplare von so 
einem simplen Helligkeitsregler und Klappmechanismus sind, meiner 
Meinung, übertrieben teuer oder nur für verhältnismäßig kleine 
Teleskope.

Das reicht dann sicher nicht mehr für Edding und einen Schalter. Und mal 
eben per Arduino, etc. zusammenstecken ist mir nichts und mit Lochraster 
werde ich nicht warm.

[Thorsten S. (thosch)]

Ich hätte für eine Flatfield Lichtquelle kein PWM-Dimming gewählt, weil 
damit nur lange Belichtungszeiten funktionieren, ohne daß es zu 
Störstreifen kommt, die die Flats versauen.

Wenn die PWM nicht mit der Kamera synchronisiert ist, musst du bei einer 
Astrokamera mit 16 Bit Auflösung rund 130000 PWM-Zyklen lang belichten, 
damit die durch die Belichtungszeit "angebissenen" Zyklen am Anfang und 
Ende der Belichtung weniger als 1 Bit Fehler verursachen.

Bei 1 kHz PWM-Frequenz wären das 130s für eine 16-Bit Kamera
und immer noch 8,2s für eine 12-Bit Kamera.

Eine LED-Stromquelle mit durch den μC einstellbarem geglätteten 
Gleichstrom zur Helligkeitseinstellung funktioniert da besser und mit 
beliebig kurzen Belichtungszeiten.

[Alex W. (astronom)]

Thorsten S. schrieb:
> Ich hätte für eine Flatfield Lichtquelle kein PWM-Dimming gewählt, weil
> damit nur lange Belichtungszeiten funktionieren, ohne daß es zu
> Störstreifen kommt, die die Flats versauen.
>
> Wenn die PWM nicht mit der Kamera synchronisiert ist, musst du bei einer
> Astrokamera mit 16 Bit Auflösung rund 130000 PWM-Zyklen lang belichten,
> damit die durch die Belichtungszeit "angebissenen" Zyklen am Anfang und
> Ende der Belichtung weniger als 1 Bit Fehler verursachen.
>
> Bei 1 kHz PWM-Frequenz wären das 130s für eine 16-Bit Kamera
> und immer noch 8,2s für eine 12-Bit Kamera.
>
> Eine LED-Stromquelle mit durch den μC einstellbarem geglätteten
> Gleichstrom zur Helligkeitseinstellung funktioniert da besser und mit
> beliebig kurzen Belichtungszeiten.


Danke für deinen Input Thorsten. Also doch das Streifenthema :-)
Tatsächlich sind mir beim Steckbrettaufbau Streifen aufgefallen bei sehr 
kurzen Belichtungszeiten. Mein Ansatz war bisher, mangels Kenntnis, 
PWM-Frequenz möglichst hoch und möglichst dunkel und Belcihtungszeiten > 
1 sek, dachte das reicht.

Per uC regelbarer, geglätteter Gleichstrom - doofe Frage, gibt’s dafür 
ein Bauteil? Oder die PWM mittels Kondensatoren, Spulen glätten?

[Thorsten S. (thosch)]

Es gibt z.B. LED Konstantstromquellen-ICs, die als Schaltregler arbeiten 
und mittels analoger Steuerspannung dimmbar sind. Bei richtiger 
Auslegung der Speicherdrossel und Siebkondensatoren liefern did einen 
ripplearmen Konstantstrom in die LEDs. Die Steuerspannung kann dann 
entweder ein gut (!) tiefpassgefiltertes PWM-Signal sein (aktiv-Filter) 
oder man nimmt gleich einen DAC.

Dein μC hat ja leider keinen integrierten DAC, da gäbe es natürlich 
andere, die das haben, wie etliche ATTinys oder die XMegas oder auch die 
neue AVR -Serie AVR DA

Oder man nimmt einen externen Wandler mit SPI (String DAC) oder auch ein 
Digitalpotentiometer-IC.

Man könnte sich den DAC auch selbst bauen: Einfach ein 
Widerstandsnetzwerk an einen 8-Bit Port hängen, entweder R2R oder gleich 
was logarithmisch gestuftes, hier wird ja keine beliebig feine 
Einstellbarkeit benötigt, man möchte ja nur in einen brauchbaren 
Helligkeitsbereich kommen, um sowohl für L- Filter, als auch für 
Schmalbandfilter brauchbare Belichtungszeiten zu erzielen.

[Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)]

Ich habe hier gerade für ein WLAN Voltmeter mit einem 16-Bit Timer und 
RC Glied einen sehr genauen DAC gebaut, der zwar langsam ist, aber so 
gut wie keine Welligkeit am Ausgang produziert. (100k R und 1µF C). 
Durch den Betrieb des Timers als CTC kann man auch die Auflösung in 
weiten Grenzen einstellen.

Da das ganze als ADC arbeiten sollte, wird der Ausgang des DAC auf einen 
Pin des Analog Komparators geführt und die zu messende Spannung auf den 
anderen.

[Alex W. (astronom)]

Hallo zusammen,

das wird dann natürlich nochmal eine andere Hausnummer, aber gehe es 
gerne an.

Die Auswahl eines geeigneten Konstantstrom-ICs fällt mir schwer.

Was haltet ihr von folgenden:

https://www.ti.com/product/LM3406HV-Q1#product-details

https://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm3402.pdf

Oder habt ihr gute Empfehlungen für mich?

Bin ehrlich gesagt, wie weiter oben schon beschrieben, nicht sooo tief 
im ganzen Thema. Habe prinzipiell kein Problem damit, mich durch eine 
Datenblatt zu arbeiten, das gelingt auch weitgehend, aber an vielen 
Stellen fehlt mir schlichtweg Background.

Danke und Grüße,
Alex

[Markus E. (markus_e176)]

Zur generellen Schaltung noch drei Anmerkungen:

Mach einen kleinen Kondensator an den Reset (1..10nF), ist störfester.

Führe (zumindest ein paar) unbenutzte Pins raus. Entweder auf Lötösen 
oder Schraubklemmen. Dazu Gnd und 12V/5V. Hinterher fehlt doch immer 
irgendeine Funktion, die man mit einm Pin mehr umsetzen könnte. Wenn du 
die Leiterplatte bei den üblichen Chinesen bestellst, werden es sowieso 
mindestens 5 Platinen, dann kann man die nochmal für was anderes 
verwenden.

Platziere auf einem freien Stück der Platine ein kleines Lochrasterfeld 
im Raster 2,54mm. Kann sehr praktisch für Erweiterungen sein, dann muss 
man die nicht fliegen aufbauen. Auch hier gerne ein paar Löcher auf 
GND/Versorgung/IO führen.

Mach noch mindestens eine LED an einen IO. Hilft ungemein beim 
Debugging.

[Alex W. (astronom)]

Super Hinweis, danke Markus. Werde ich berücksichtigen. Witzigerweise 
mache ich auf dem Steckbrett auch erstmal ne LED an einen der Ports, um 
zu sehen, ob der uC läuft oder als ich mich erstmal wieder in den UART 
rein fuchsen musste.