Ich hatte mir eine Alte Digitalanzeige von Heidenhain für unsere Fräsmaschine gekauft. Jedoch hat die Signalauswertung der Anzeige nicht zur Fräse gepasst. D.h. bei einer Umdrehung am Handrad (2,5mm) hat die Anzeige nur 1,25mm angezeigt.
Lösung:
Daraufhin habe ich einen Impulsverdoppler gebaut und möchte diesen hier zum Nachbauen teilen.
Das ist nur ein möglicher Ansatz, und wahrscheinlich auch nicht die einfachste Lösung, aber sie funktioniert.
Aufbau:
Umgesetzt mit einem NE555 und einen uC (hier Attiny45, kann aber auch ESP oder Arduino genutzt werden).
In "Digitalanzeige2" sieht man das PCB mit Beschriftungen der IC´s.
In "Digitalanzeige" sind 2 Leitungen an den Pins 4 & 5 des ersten SN74LS192N (4-Bit aufwärts/abwärtszähler). Dort werden die ersten Zählimpulse für die 7-Segementanzeige abgegriffen.
Funktion:
Diese werden dann in die selbstgebaute Schaltung eingespeist. Dort werden sie vom NE555 erkannt und an den uC weitergegeben, der dann den Transistor (hier ein FET, kann aber auch BJT genutzt werden) ansteuert und den Pin des Zählers nach einem Impuls nochmals auf GND zieht für einen zweiten Impuls.
Der NE555 wird benötigt, da der Impuls der Anzeige nur ~50ns lang ist und das der uC sonst nicht erkennt. Die Versorgungsspannung kommt von der Anzeige selbst (Sind Pins auf dem PCB verfügbar -> 5V !Aufpassen wegen 3,3V uC).
Wichtiges:
(Dieser Schaltplan ist nur für eine Zählrichtung, um beide Zählrichtungen zu verdoppeln, muss alles Außer dem NE555 verdoppelt werden und an 2 weitere I/O`s am uC gesendet werden. Zusätzlich muss der Code für den uC angepasst werden, da er auch nur für eine Zählrichtung passt. Ist aber nur Copy/Paste und den Pin anpassen.)
Code:
Der Code erkennt den Impuls auf dem Eingangspin, wartet kurz und gibt einen weiteren Impuls am Ausgangspin des uC aus. Es ist eine Impulssperre eingebaut, damit es zu keinem Loop kommt. Diese blockt den künstlich erzeugten Impuls des uC auf dem Eingangspin.
Ich würde mich über Feedback freuen, da das mein erstes Veröffentlichtes Projekt ist.
Vorsicht!
Je nach maximaler Verfahrgeschwindigkeit und Auflösung der Masstäbe kommst du da schnell in den zig-MHz-Bereich des Signals. Du hast sicherlich/hoffentlich die Pausen und Pulszeiten deines Verdopplers dahingehend nachgerechnet.
Noch ein Hinweis:
Die unsigned long (keine Ahnung wie viele Bytes das auf der jeweiligen Plattform hat, warum nicht uint32_t?) sind möglicherweise unnötig lang. Es genügt ein uint16_t.
Wenn da glaubst, dass du uint32_t wegen Überläufen brauchst, dann schalt die Anzeige aber auch nach 71 Minuten aus. :-)
Falls man mit der absoluten Zeit rechnet (machst du nicht, du arbeitest relativ) kommt man nur mit uint64_t (bei µs Auflösung) mit einen vorausschaubaren Zeitrahmen hin.
Vorsicht!
Je nach maximaler Verfahrgeschwindigkeit und Auflösung der Masstäbe
kommst du da schnell in den zig-MHz-Bereich des Signals.
Mit einem Handrad? Niemals!
Bei Messtastern von Heidenhain kommst Du auf max. 100 kHz der Sinussignale, womit die in den Datenblättern angegebene max. Geschwindigkeit schon überschritten ist.
Wichtiges:
(Dieser Schaltplan ist nur für eine Zählrichtung, um beide
Zählrichtungen zu verdoppeln, muss alles Außer dem NE555 verdoppelt
werden und an 2 weitere I/O`s am uC gesendet werden.
Das ist etwas ungeschickt. Wenn schon ein ATtiny verwendet wird, kann man ihn die Signale des Weggebers unter Berücksichtigung der Richtung auswerten lassen und passend skaliert wieder ausgeben: Monoflops lieben es zu floppen ;-)
Passend zur Steuerung hätte ich das wahrscheinlich mit 1-2 TTL-Grundgatter-ICs aufgebaut. Bei denen brauchst du dich auch nicht mit Pufferüberläufen u. dgl. rumärgern ;-)
Kommt auf die Schrittweite an. Ich kann 1 mm pro Schritt einstellen, also 100 mm pro Umdrehung. Zusätzlich hat die Fräse ja auch noch einen Vorschub. Soll genau dann die Anzeige nicht mehr funktionieren?
Vorsicht!
Je nach maximaler Verfahrgeschwindigkeit und Auflösung der Masstäbe
kommst du da schnell in den zig-MHz-Bereich des Signals. Du hast
sicherlich/hoffentlich die Pausen und Pulszeiten deines Verdopplers
dahingehend nachgerechnet.
Noch ein Hinweis:
Die unsigned long (keine Ahnung wie viele Bytes das auf der jeweiligen
Plattform hat, warum nicht uint32_t?) sind möglicherweise unnötig lang.
Es genügt ein uint16_t.
Wenn da glaubst, dass du uint32_t wegen Überläufen brauchst, dann schalt
die Anzeige aber auch nach 71 Minuten aus. :-)
Falls man mit der absoluten Zeit rechnet (machst du nicht, du arbeitest
relativ) kommt man nur mit uint64_t (bei µs Auflösung) mit einen
vorausschaubaren Zeitrahmen hin.
Also die Pausen zwischen den Impulsen passen, dass habe ich mit einem Oszi kontrolliert. Da müsste man schon mit einem Akkuschrauber rangehen um da was zu überlappen ;D
Zu dem unsigned long:
Also dann statt diesen ulong einfach byte nehmen?
const unsigned long min_interval = 50; // Mikrosekunden
const unsigned long pulse_delay = 20; // Mikrosekunden Verzögerung vor Impuls
const unsigned long pulse_duration = 20; // Mikrosekunden Impulsdauer
und zu den Überläufen: 71min sind für mich nicht wirklich lang (das habe ich vergessen nachzurechnen). Um da überläufe und probleme zu vermeiden könnte ich auch ein Dword nehmen oder was ist das nächst größere von uint32_t?
Passend zur Steuerung hätte ich das wahrscheinlich mit 1-2
TTL-Grundgatter-ICs aufgebaut. Bei denen brauchst du dich auch nicht mit
Pufferüberläufen u. dgl. rumärgern ;-)
Wichtiges:
(Dieser Schaltplan ist nur für eine Zählrichtung, um beide
Zählrichtungen zu verdoppeln, muss alles Außer dem NE555 verdoppelt
werden und an 2 weitere I/O`s am uC gesendet werden.
Ja da habe ich mich verschrieben, ich meinte man muss alles außer den uC verdoppeln, da hoch- und runterzählen getrennt, mit seperaten NE555 sein müssen.
Das ist etwas ungeschickt. Wenn schon ein ATtiny verwendet wird, kann
man ihn die Signale des Weggebers unter Berücksichtigung der Richtung
auswerten lassen und passend skaliert wieder ausgeben: Monoflops lieben
es zu floppen ;-)
Meinst du direkt die Signale des Linearmaßstabs?
Weil (so wie ich weis) kann man nur schwer die Signale in abhängigkeit der Richtung auswerten.
Oder was meinst du mit "passend skaliert"?
Passend zur Steuerung hätte ich das wahrscheinlich mit 1-2
TTL-Grundgatter-ICs aufgebaut. Bei denen brauchst du dich auch nicht mit
Pufferüberläufen u. dgl. rumärgern ;-)
Das schreit nach einem 74123
Ich hatte es mit einem Xor mal versucht, aber wieder aufgegeben. Damit habe ich mich noch zu wenig beschäftigt.
Aber wahrscheinlich hat man weniger Singalprobleme.
Und zu den Überläufen: 71min sind für mich nicht wirklich lang (das habe
ich vergessen nachzurechnen).
Nein, das ist bei dir kein Problem! Bei Überläufen mit unsigned passiert nichts, solange man mit Differenzen arbeitet.
Würdest du eine absolute Zielzeit ausrechnen (also now + 50 µs) gibts irgendwann einen Überlauf und die Zielzeit springt zurück.
Probier die Rechnerei einfach mal aus. Das Ergebnis ist bissl witzig. :-)
Das mit den 71 Minuten passiert nur wenn du mit absoluten Zeiten arbeitest. Und das machst du ja nicht.
Weil (so wie ich weis) kann man nur schwer die Signale in abhängigkeit
der Richtung auswerten.
Ich hab den Eindruck (aus seiner Beschreibung), dass das System eher steinalt ist und mit zwei Pulsen arbeitet. Einer für vorwärts und einer für rückwärts. Ich schätze, dass die Anzeige aus den späten 1970ern ist.
Mit Quadraturencodern (A/B-Signal) ist das mit der Impulsverdopplung nicht so einfach.
Weil (so wie ich weis) kann man nur schwer die Signale in abhängigkeit
der Richtung auswerten.
Ich hab den Eindruck (aus seiner Beschreibung), dass das System eher
steinalt ist und mit zwei Pulsen arbeitet. Einer für vorwärts und einer
für rückwärts. Ich schätze, dass die Anzeige aus den späten 1970ern ist.
Mit Quadraturencodern (A/B-Signal) ist das mit der Impulsverdopplung
nicht so einfach.
Ja das ist eine Heidenhain VRZ102B. So wie ich das verstanden habe gibt es 2 Pulse und je nachdem welcher zuerst kommt zählt die anzeige vorwärts oder rückwärts.
Und mein Ansatz ist komplett reversiebel. Einfach die selbstgebaute Schaltung abstecken und die Anzeige funkioniert wie vorher.
Mit Quadraturencodern (A/B-Signal) ist das mit der Impulsverdopplung
nicht so einfach.
Quadraturdekoder, Zähler mit +/- 2 bei jedem Flankenwechsel, Quadraturenkoder zur Ausgabe.
Vielleicht reicht es schon, eine 2-fach auf 4-fach Auswertung umzustellen. Das geht ganz locker mit einem ATtiny45.
Das Datenblatt dazu sagt nichts über den anzuschließenden Meßtaster aus und trägt kein Datum. Allein wird noch eine 4-stellige PLZ angegeben.
Sehr dürftig.
Ja das ist eine Heidenhain VRZ102B. So wie ich das verstanden habe gibt
es 2 Pulse und je nachdem welcher zuerst kommt zählt die anzeige
vorwärts oder rückwärts.
Oh! Dann ist es nochmal anders. Ist das dann schon ein A/B-Signal??Eigentlich dürfte deine Schaltung dann nicht funktionieren. Oder es ist so wie bei den Hummeln, die nicht fliegen können dürften. :-)
Oder es ist nochmals eine andere Abart. Da wären Oszillogramme interessant. Mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten damit man sieht, ob die beiden Signale immer gleichen Abstand haben und sich beide zusammen nur in der Frequenz ändern.
Der NE555 wird benötigt, da der Impuls der Anzeige nur ~50ns lang ist
und das der uC sonst nicht erkennt.
Ich habe gerade 2 Datenblätter von PICs auf dem Schirm, PIC10(L)F322 und PIC12(L)F1240, da scheinen 25 ns auszureichen, um einen Interrupt auszulösen. Habe es aber nicht selbst ausprobiert.
wenn man die Impulse schon mit einem µC aufbereitet, wäre es dann nicht am sinnvollsten gleich noch ein Display dran zu hängen und die Werte direkt anzuzeigen?
Kann man, braucht aber schon einen ATmega48, wenn es Sinussignale sind und 1 µm Auflösung benötigt wird.
Der TO hat aber seine passende Lösung gefunden.
Der NE555 wird benötigt, da der Impuls der Anzeige nur ~50ns lang ist
und das der uC sonst nicht erkennt. Die Versorgungsspannung kommt von
der Anzeige selbst (Sind Pins auf dem PCB verfügbar -> 5V !Aufpassen
wegen 3,3V uC).
Naja. Der NE555 ist auch nicht der Schnellste, die 50ns sind schon eher knapp. Der AVR kann das auch selber erkennen, Stichwort Pin Change Interrupt. Ja, da reichen 50ns. Also reicht ein uC, wenn man es richtig macht auch für beide Zählrichtungen. Und der kann auch mit 5V laufen.
Das es noch einfacher mit 1 Baustein geht, habe ich nicht erkannt. Mich
würde aber interessieren ob und wie es geht.
Man konfiguriert einfach ein 74HC123 mit 2 Monoflops. Das erste macht die Verzögerung und startet das 2., welches den 2. Puls erzeugt. Man braucht nur 2 RC-Glieder nach Datenblatt berechnen. Allerdings muss man auch verhindern, daß sich die Schaltung selber wieder startet. Siehe Anhang. So könnte es gehen. Eigentlich sind hier jetzt drei Monoflops drin.
Das es noch einfacher mit 1 Baustein geht, habe ich nicht erkannt. Mich
würde aber interessieren ob und wie es geht.
Es geht sogar mit nur einem einzigen Gatter von einem 4-fach
XOR-Baustein.
Nö, nicht mit den Vorgaben und Zeiten des OP. Denn der sagt, daß Startpuls nur 50ns breit ist, er aber gern 20us Verzögerung, 20us Puls und dann 50us Pulssperre haben will.
Der Maßstab gibt tatsächlich Sinuswellen aus. Auf allen Pins.
Der Startimpuls ist doch eher so 300ms lang.
Der 2. Impuls kann von dem obigen code abweichen, da das eine ältere Version ist also nicht verwirren lassen ;D
Dann werd ich noch den code mit dem Interuppt probieren, bin nur neugierig, ob das so geht.
Der Maßstab gibt tatsächlich Sinuswellen aus. Auf allen Pins.
Der Startimpuls ist doch eher so 300ms lang.
300ns.
Der 2. Impuls kann von dem obigen code abweichen, da das eine ältere
Version ist also nicht verwirren lassen ;D
Dann werd ich noch den code mit dem Interuppt probieren, bin nur
neugierig, ob das so geht.
Er geht, hab ich getestet. Allerdings nicht mit 50ns Pulsbreite. 300ns sollten passen. Den RC-Takt vom AVR sollte man so hoch wie möglich einstellen, der tiny45 geht bis 8MHz. GGf. muss man vielleicht den INT0 auf fallende Flanke umstellen. Das geht in setup() mit der Zusatzzeile.
Das 3. Bild ist aber nicht das Heidenhain das ich kenne. Da sind die
Signale 90° verschoben Das wären dann die sin/cos Maßstäbe.
Wo und was gemessen wurde ist eh nicht klar. Die gelbe Kurve könnte das Eingangssignal einer Phase eines Messtasters mit 1 Vss sein. Die Taster arbeiten rein analog, sodaß es da auch nirgends einen 'Startimpuls' gibt.
Seinerzeit hatte ich ATmega48 für Sinusauswertung mit 100-facher Auflösung verwendet. Bei 10 µm bzw. 20 µm Perioden der Heidenhain-Taster ergab das eine Auflösung von 0,1 µm bzw. 0,2 µm.
Die Grundschaltung für 11 µA Signale mit IIC-Kommunikation ist hier gezeigt: http://mino-elektronik.de/mt12_iic/mt12_iic.htm
Die Anschlußbelegung des Signaleingangs passt 1:1 an eine 9-pol. Anschlußbuchse mit 10-pol. Flachbandkabel.
Dazu hatte ich auch einmal eine Schaltung mit 2 x 16 LC-Anzeige, die ich nicht mehr finde aber auch einfach erweitert werden könnte.
Soviel zu:
R. L. schrieb im Beitrag #8022921:
wenn man die Impulse schon mit einem µC aufbereitet, wäre es dann nicht
am sinnvollsten gleich noch ein Display dran zu hängen und die Werte
direkt anzuzeigen?
Den RC-Takt vom AVR sollte man so hoch wie möglich
einstellen, der tiny45 geht bis 8MHz.
Nö, das stimmt nicht. Neben den üblichen Alternativen (Externer Takt/Quarz/Resonator) verfügt diew TinyX5-Baureihe (und damit natürlich auch der Tiny45) über das geile Feature "PLL-Takt" und kann somit zumindest 16Mhz vollständig innerhalb seiner Specs. 5V-Versorgung darf man hier ja als gegeben ansehen.
Die nominell erlaubten 16MHz lassen sich (wohl nicht mehr ganz spezifikationsgerecht, aber nichtsdestotrotz erfahrungsgemäß vollkommen problemlos) mittels OSCCAL auch auf 18MHz hochzwirbeln. Ich benutze das ziemlich regelmäßig für meine eigene V-USB-Implementierung. Weil 18/1.5 halt eine Ganzzahl ist, was vieles deutlich vereinfacht. Diese Sache spielt aber natürlich beim Problem des TO keine Rolle.
Was bleibt, ist das Abtast-Theorem. Auch 62.5ns sind eindeutig noch viel zu lang, um zuverlässig 50ns-Pulse detektieren zu können.
Aber da gibt es ja die Interrupts. Damit wäre die Detektion problemlos möglich. Und der Witz ist hier: man muss nicht zwingend eine ISR beschäftigen. Man kann die Tatsache des Interrupt-Requests auch problemlos synchron abfragen und zurücksetzen, also ohne dass jemals ein Interrupt tatsächlich ausgelöst wird.
Hier die Einchiplösung. Da die beiden Pulse nicht zeitgleich auftreten,
sollte das passen.
Habe nun den code auf einen Attiny45 gepackt und die schaltung auf einem breadboard aufgebaut. PB0 und PB1 als Singal-Pin.
PB0 funktioniert (Siehe Bild PB0)
PB1 geht nicht (Siehe Bild PB1)
Bei PB0 sieht man klar die pulldown's auf GND bei PB1 sind diese nur sporadisch vorhanden.
Hier habe ich besser aufgelöste Impulse. Wie wärs wenn wir einen anderen Pin (z.b. PB4) nehmen? Der uC läuft mit 8Mhz, 16Mhz hatte ich aber auch schon probiert.
Hmmm, Fehler gefunden! Ich hatte das Symbol vom ATtiny13 im Eagle kopiert und einfach umbenannt. Leider liegt INT0 beim Tiny45 auf PB2! Siehe Anhang, jetzt geht es!
Ja, jetzt funktioniert es! Oh man, hätte ich das gewusst, dass es nur mit einem uC geht, dann hätte ich mir das ganze mit der Schaltung sparen können...
Das nächste mal wende ich mich direkt an euch :D
Danke nochmal!
Ja, jetzt funktioniert es! Oh man, hätte ich das gewusst, dass es nur
mit einem uC geht, dann hätte ich mir das ganze mit der Schaltung sparen
können...
Du hättest Dir die ganze Heidenhain-Anzeige sparen können ;-)
Digitalanzeige.jpeg
(240 KB)
Digitalanzeige2.png
(3,3 MB)
Schaltplan.png
(60 KB)
