Zdobądź Proxxona FBS 240/E - #3 - Schemat wzorcowy

[Treker (Damian Szymański)]

Trochę też myślałem o temacie akurat tego etapu konkursu.

Dziękuję Marku za wszelkie sugestie. Wezmę je pod uwagę przy kolejnych etapach konkursu, bo nie chciałby teraz zmieniać zasad w trakcie trwania konkursu.

Jednocześnie zachęcam wszystkich do nadsyłania na PW propozycji tematów, których waszym zdaniem powinny dotyczyć kolejne edycje konkursu.

[Sabre]

Ahmed, nie nazwałbym tego szczegółowym wyjaśnieniem:

Nadmienię w tym przypadku, że rozwiązanie z użyciem pojedynczego kondensatora ceramicznego 100 nF jest stare jak świat (tak można powiedzieć) i stosowały to rozwiązanie, ale także nadal stosują np. takie firmy jak chociażby OKI w popularnych drukarkach ale również wiele innych. Nikt nigdy w takich przypadkach nie obawiał się wyssanego z palca efektu WYPALANIA STYKÓW. I to muszę niestety określić wręcz jako bzdurę. Zresztą nie jest to tylko moje zdanie 😉

Cytat ze strony http://mirekk36.blogspot.com/2012/10/drgania-stykow-to-bajki-wiec-jak-to.html.

Policz jaki ładunek gromadzi się w kondensatorze 100nF. Rezystancja styków jest podana w pdfach mikroswitch'ów. Następnie policz jaki popłynie prąd podczas drgania styków gdy są to impulsy.

[Ahmed]

Sabre, myślę, że lepsze wytłumaczenie było 2 zdania wcześniej 😉

[...]To jednak ktoś tam zapomina o tzw czasie 😉, który w tym przypadku jest najważniejszy. Są to bowiem tak krótkie impulsy prądowe (mówiąc w dużym uproszczeniu), że nie są w stanie doprowadzić do zniszczenia najmniejszego nawet przycisku SMD, przez okres jego całego życia albo życia całego urządzenia. Prędzej urządzenie trafi jako zabytek do muzeum za 100 lat, albo sam klawisz zniszczy fizycznie użytkownik wciskając go niemiłosiernie mocno 😉 niż by miał go wypalić nazywany przeze mnie tutaj „ogień piekielny” spowodowany drganiami styków.

Zgadzam się, że prąd płynący w chwili wciśnięcia przycisku (dla jasności, jak pisałem wcześniej, w przypadku z kondensatorem drgania zauważyłem tylko raz) jest duży (bądź co bądź zwarciowy) ale zarówno ładunku jak i czasu w którym on przepływa (dla 7,5V ok 200ns, dla 5V pewnie mniej) już dużym bym nie nazwał. Nie widzę zatem większych problemów jakie mógłby wywołać ten prąd.

[piotrva]

Podłączenie minimalne FT232RL - popularnego konwertera USB<>UART, który możemy wykorzystywać np. do debuggowania przewodowego aplikacji.

Dodatkowo zamieszczam schemat optoizolacji, którą możemy zastosować, aby zabezpieczyć komputer przed różnicą potencjału mas układu badanego i komputera.

ft232_opto.sch

[Polecacz 101]

Produkcja i montaż PCB - wybierz sprawdzone PCBWay!
   • Darmowe płytki dla studentów i projektów non-profit
   • Tylko 5$ za 10 prototypów PCB w 24 godziny
   • Usługa projektowania PCB na zlecenie
   • Montaż PCB od 30$ + bezpłatna dostawa i szablony
   • Darmowe narzędzie do podglądu plików Gerber
Zobacz również » Film z fabryki PCBWay

[Treker (Damian Szymański)]

Przypomina, że tylko do północy można zgłaszać swoje schematy!

[Bobby]

Pierwszy schemat, który chcę zgłosić to minimalna aplikacja mostka H toshiby TB6552. Jest to mostek o max 1A prądzie wyjściowym na kanał, ale co ważniejsze, startuje już od 2,7V, co sprawia, że nadaje się idealnie do zasilania z pojedynczego akumulatora Li-XX.

Dodatkowo w ramach komentarza wrzucam tabelę prawdy bezpośrednie z datasheeta (który umieszczam również w załączniku).

tb6552_DS.pdf

tb6552.sch

[Bobby]

Drugi schemat, który chcę przedstawić pokazuje minimalne podłączenie mikrokontrolera STM32F4 w dość "brudnym" pod względem zasilania środowisku, jakim bez wątpienia jest robot. Jak jest zaznaczone na schemacie, WSZYSTKIE kondensatory powinny być MLCC (ceramiczne SMD) bardzo blisko pinów mikrokontrolera. Włącznie z tymi 2,2uF. I przestroga na przyszłość - STM32 bez zasilania części analogowej, nieważne czy używamy ADC czy nie, nie wystartuje.

f4_podstawa.sch

[Bobby]

Trzeci schemat, który przedstawiam, to zabezpieczenie elektroniki robota przed odwrotnym podłączeniem baterii. Poza tym, pozwala on w robocie pobierającym bardzo duży prąd zastosować malutki przełącznik bistabilny, który normalnie takiego prądu by nie wytrzymał. Gdy wybierzemy tranzystor (mosfet N), należy zwrócić uwagę na maksymalne napięcie bramka-źródło (w datasheecie VGS) i dobrać diodę D1 tak, by tego napięcia nie przekroczyć (ale żeby mosfet otwarł się w pełni).

bateria.sch

[Bobby]

Kolejny schemat, który zamieszczam, pozwoli w prosty sposób zrealizować interfejs wyjściowy naszego robota. Do układu 74HC164 (który jest notabene bardzo tani i ogólnodostępny, w przeciwieństwie do niektórych dedykowanych driverów LED) od strony mikrokontrolera musimy podłączyć interfejs SPI (wystarczy tylko MOSI i SCK, gdyż nic nie odbieramy) i w całkowicie sprzętowy sposób, za pomocą dwóch linii danych możemy sterować ośmioma LEDami. Rozwiązanie takie stosowałem w robocie minisumo, gdzie cała delikatna elektronika z mikrokontrolerem, częścią zasilania była ukryta wewnątrz obudowy, a na zewnątrz umieszczona była tylko malutka płytka z tym układem, ledami i kilkoma przewodami łączącymi ją z płytką główną.

Aby interfejs zadziałał, musimy tylko skonfigurować SPI do trybu ośmiobitowego i... w zasadzie to tyle. Od tej chwili, wszystko co wyślemy po SPI pojawi się na diodach w notacji binarnej.

//EDIT: 12 min po czasie niestety, ale zamieściłem sugestie Marka.

HC164.sch

[marek1707]

Gdybyś odwrócił wszystkie diody (anody w stronę HC164, katody do GND) to wtedy wejście RST (stan 0) sprzętowo wyłączałoby świecenie wszystkich. Teraz zapala cały zestaw a to nie jest intuicyjne działanie wejścia zerowania. Wejście RST rejestru można podłączyć do tej samej linii którą resetowany jest procesor - wtedy podczas programowania po SPI nie będzie szalonej dyskoteki na diodach. No i warto napisać, że układy serii 74HC... działają do 5V więc zasilanie nie musi być sztywno na 3.3V jak sugeruje schemat. Modyfikując oporniki (również w zależności od kolorów i jakości diodek) można działać z Vcc od 2 do 5V choć przy niższych napięciach (<3V) może być problem ze świeceniem niektórych kolorów np. niebieskiego czy białego. Układ można łatwo rozszerzać dla większej liczby diodek (16, 24 itd..) poprzez szeregowe łączenie rejestrów czyli wejścia A i B następnej kostki do QH poprzedniej a zegar SCK do wszystkich wejść CLK. Przy dłuższych łańcuszkach i/lub wolniejszych zegarach (np. rejestry są daleko od procesora) może być w tym układzie zauważalny efekt błyskania LEDów które wcale nie powinny być zapalane - bierze się to z przesuwania bitów danych przez wszystkie wcześniejsze wyjścia rejestrów. Po prostu w trakcie transmisji SPI na wyjściach rejestrów są śmieci i przy użyciu prostego 74HC164 jest to nie do uniknięcia.

EDIT:

piotrva - Na dolnym schemacie tranzystor Q3 ma emiter na VCCINT. Powinieneś dodać, że w przypadku korzystania z optoizolacji konieczne jest zwarcie VCCINT do VCCIO i wymuszenie pracy w standardzie 5V. Niskie (np. 3.3V) VCCIO spowoduje na tym schemacie trwałe załączenie Q3 🙁

EDIT2:

Bobby - widzimy co włącza tranzystor na Twoim trzecim schemacie. A co go wyłącza? Innymi słowy co powoduje, że na bramce napięcie opada w sensownym czasie poniżej Vth? Brakuje mi tu jeszcze jednego opornika.

[Bobby]

Ostatni schemat, jaki chcę zaprezentować to podłączenie Atmegi8/88/168/328 z niezbędnymi peryferiami, by móc programować ją bezpośrednio przez USB wykorzystując USBAspLoader. Po założeniu zworki BOOT_EN i zresetowaniu mikrokontrolera, wchodzi on w sekcję bootloadera i przedstawia się w systemi jako USBAsp, zatem dowolnym programem do flashowania atmeg możemy programować je bez użycia żadnego dodatkowego sprzętu w formie programatora (oczywiście niezbędne jest uprzednie wgranie samego bootloadera wykorzystując do tego zwykły programator). W załączniku przesyłam pliki .sch oraz paczkę z firmwarem. Ponadto zostawiam linka do strony projektu: https://www.obdev.at/products/vusb/usbasploader.html

usbasploader.sch

USBaspLoader.2012-12-08.tar.gz

[Bobby]

marek1707, rozszerzyłem i poprawiłem schemat z HC164. Co do schematu z mosfetem - zastosowany jest przełącznik bistabilny, po przełączeniu w pozycję 'wyłącz' bramka jest rozładowywana przez ten sam rezystor, przez który była ładowana 😉

[marek1707]

Bistabilny... no jasne, moja upierdliwość została ukarana - należało mi się, ale .. tak sobie teraz myślę, że:

a. Dodanie opornika rozładowującego umożliwi skorzystanie z prostszego wyłącznika (tzw. SPST), bo nie każdy bistabilny jest pełnym przełącznikiem (SPDT) i wtedy do przycisku mogą iść tylko dwa druty.

b. Może pokusiłbyś się o zrobienie podobnego układu ze zwykłym przyciskiem? Jednak zostające w stanie ON wyłączniki są większe, cięższe, droższe i jest ich o wiele mniej niż monostabilnych. Zwykły tact-switch załączający 10 Amperowe obciążenie to byłoby coś. Czy (w dzisiejszych czasach) da się to zrobić bez mikrokontrolera? W układzie musi oczywiście pojawić się jakiś element pamięciowy, ale pole do popisu jest szerokie: tranzystory, wzmacniacz operacyjny/komparator, bramki cyfrowe, przerzutniki.. A może warto coś takiego sprząc z - i tak obecnym - procesorem? Wtedy załączanie zasilania odbywałoby się "sprzętowo" a wyłączanie po ponownym wciśnięciu przycisku (np. dłuższym) lub całkowicie programowo - po arbitralnej decyzji procesora. Spróbuj 🙂

[piotrva]

@marek1707: Słuszna uwaga - w oryginale VCCIO było połączone z VCCINT=USB5V Fused.

[Treker (Damian Szymański)]

Przypominam, że zostały ostatnie godziny na oddanie własnych głosów w poprzedniej edycji konkursu! Ankieta zostanie zamknięte po godzinie 23, wtedy pojawią się wyniki!