Mikrocontroller Minimalsystem mit AVR ATMega8
Einleitung
Diese Anwendung beschreibt den Aufbau eines Mikrocontroller-Minimalsystems auf Basis des populären Mikrocontrollers der AVR Reihe ATMega8 von Atmel. Das System wird auf einem Steckplatinen-Projektboard (BB-2T1D-01) aufgebaut. Mit Hilfe der CEK Module, vorgefertigter Drahtbrücken, den Steckplatinen und weiterer Zubehörteile erfolgt der Aufbau in wenigen Minuten, ohne dass gelötet werden muß.
Es wurde bewusst auf alles verzichtet, was überflüssig ist. Der Mikrocontroller ist mit einer winzigen Assembler-Anwendung vorprogrammiert. Sobald die Betriebspannung eingeschaltet wird, soll eine LED blinken. In einer weiteren Anwendung wird der Anschluss eines ISP-Interface beschrieben.
Das Bild zeigt einen Überblick über den Versuchsaufbau mit Stromversorgung durch ein Steckernetzteil
In einem weiteren Artikel
wird diese Schaltung um den Anschluss für einen ISP Programmiergerät erweitert
Wer sich den Aufbau des Mikrocontroller Minimalsystem ersparen will, kann auch ein fertiges CEK-Modul nehmen:
- Mikrocontroller Modul ATmega8 MC-AVR8 [7]
- Datenblatt Mikrocontroller Modul ATmega8 MC-AVR8
.
Inhalt
Contents
Ziele
- Die Schaltung soll den Einsatz eines minimalen Mikrocontrollersytems demonstrieren. Der Schwerpunkt liegt auf dem Aufbau der Schaltung. Um den Schwierigkeitsgrad gering zu halten, wird ein Mikrocontroller verwendet, der schon mit einem kleinen Programm programmiert ist.
- Die Schaltung soll einfach nachzuvollziehen und lehrreich sein, z.B. für Schüler und Auszubildende
- Es werden nur elektronische standard Bauteile mit üblichen Toleranzen verwendet
- Mit der Schaltung können verschiedene Experimente ohne großen Aufwand durchgeführt werden.
- Es soll gezeigt werden, dass der Aufbau eines Mikrocontrollersystems auf Steckplatinen (Breadboards) möglich ist.
- Alle Bauelemente und Module, die auf den Steckplatinen aufgebaut sind, sollen wieder verwendbar sein.
- Es soll nicht gelötet werden.
- Die Aufbauzeit soll kurz sein.
- Änderungen und Experimente sollen leicht möglich sein.
- Der Aufbau soll zu eigenen Versuchen und Experimenten animieren.
Schaltbild
Die Schaltung ist schnell erklärt. Es wurde wirklich nur die minimale Beschaltung für den Mikrocontroller vorgesehen.
Mikrocontroller
IC1 ist der Mikrocontroller AVR ATMega8. Für ein Minimalsystem wird fast keine externe Beschaltung benötigt.
Spannungsversorgung Mikrocontroller
An Pin 7 wird die positive Versorgungsspannung angeschlossen, an Pin 8 die negative Spannung. Benötigt wird in Abhängigkeit vom verwendeten Mikrocontroller folgende Betriebsspannung:
- ATMega8L 2.7 - 5.5V
- ATMega8 4.5 - 5.5V
Der Pin 8 ist die Spannungsversorgung für den internen ADC (Analog to Digital Converter / Analog Digital-Wandler). Dieser wird zwar im Moment nicht benötigt, soll aber laut Datenblatt mit der positiven Betriebsspannung verbunden werden. C1 ist ein keramischer Kondensator. Er dient zur Entkopplung der Speisespannung. C1 sollte so dicht wie möglich am Mikroprozessor platziert werden. Der Kondensator C2 ist ein Elektrolytkondensator. Er gleicht niederfrequente Spannungsänderungen aus.
Reset
Normalerweise benötigt ein Mikrocontroller eine externe Reset-Schaltung. Beim ATMega8 würde sie an Pin1 PC6(Reset) angeschlossen. Der Controller arbeitet in dieser Schaltung ohne externe Reset-Beschaltung. Dies ist möglich, da der ATMega8 eine interne Reset Schaltung besitzt. Diese ist standardmäßig aktiviert und wird in dieser Schaltung benutzt.
Systemtakt
Zur Erzeugung des Systemtakts wird die interne Beschaltung des Mikrocontrollers verwendet. Es gibt daher in dieser Schaltung keine externen Bauelemente hierzu. Der interne Takt ist ohne Änderung der sogenannten Fuses 1MHz.
LED
An einen digitalen Ausgang des Mikrocontrollers ist über den Widerstand R6 von 1KOhm eine Leuchtdiode D6 angeschlossen . Hierzu wird der Pin 14 (ICP1)PB0 verwendet. Leuchtdiode und Vorwiderstand sind in einem CEK Modul "LED Modul mit 6 LEDs rot" [8] integriert. Im Schaltbild ist dieses Modul als gestricheltes Kästchen dargestellt.
Spannungsversorgung der Schaltung
Die Spannungsversorgung der Schaltung ist im rechten Teil des Schaltbilds gezeigt. Es gibt zwei Möglichkeiten, eine Spannungsquelle anzuschließen.
K1 ist eine DC-Hohlstecker-Buchse auf einen CEK-Modul (Poweranschluss für Hohlstecker 5,5mm /2,5mm) [9] . Dieses Modul Kann Hohlstecker von handelsüblichen Steckernetzteilen mit den Maßen 5,5mm außen und 2,5mm innen aufnehmen. Es gibt auch ein CEK-Modul welches Hohlstecker mit 5,5mm außen und 2,1mm innen aufnehmen kann (Poweranschluss für Hohlstecker 5,5mm/2,1mm [10] ). In dieses Modul passt auch ein Kabel mit offenen Enden auf der einen und Hohlstecker auf der anderen Seite.
K2 und K3 sind 4mm-Buchsen, auch Bananenbuchsen oder Prüfbuchsen genannt. Diese befinden sich auf dem Steckplatinen-Projektboard. Diese Buchsen können handelsübliche 4mm-Laborkabel aufnehmen. Das Projektboard kann so mit entsprechenden Spannungsquellen / Stromversorgung direkt verbunden werden, die 4mm-Laboranschlüsse besitzen. In der Regel sind dies:
- Labornetzteile
- Universalnetzteile
K2 ist die schwarze Buchse zum Anschluss des negativen Pols der Betriebsspannung, mit GND im Stromlaufplan bezeichnet.
K3 ist die rote Buchse zum Anschluss des positiven Pols der Betriebsspannung, mit V+ im Stromlaufplan bezeichnet.
D7 ist eine Schottky-Diode, die als Verpolschutz dient. Diese hat einen Spannungsabfall von 0,4V. Eine Siliziumdiode hätte einen Spannungsabfall von 0,7V.
Stückliste
Die hier beschriebene Schaltung wurde mit folgenden Bauteilen aufgebaut:
Versuchsaufbau
- Experimentierplatine / Breaboard / Projektboard BB-2T1D-01
- Drahtbrücken
- Y-Kabel
Kondensatoren
- C1 100NF keramisch
- C2 10µF Elko
CEK Module
- CEK-Modul Poweranschluss 5,5/2,5mm CN-PO1-FA-55-25 [11]
- CEK-Modul LED Modul 6 LEDs rot auswechselbar vertikal LED-01-R61-RD3202 [12]
Halbleiter
- D7 SB1100
- IC1 ATMEGA8(DIL28S) (schon mit dem LED Blink-Programm programmiert)
Stromversorgung
- Steckernetzteil - Schaltnetzteil 5V 2500mA 100V - 240V 50Hz/60Hz Koax-Stecker 5,5/2,5mm
Realisierung
Im folgenden wird beschrieben, wie die Schaltung auf der
Experimentierplatine BB-2T1D-01
realisiert wird. Im Bild sind die Positionen, auf die im weiteren Text Bezug genommen wird, mit Ziffer versehen. Die Bauteile sind so bezeichnet, wie im Schaltbild.
Experimentierplatine Pos 1)
Auf dieser Experimentierplatine ist die gesamte Schaltung realisiert. Die Experimentierplatine besteht aus
- einer Grundplatte aus Metall
- 2 4mm-Laborbuchsen (K3 und K4)
- 3 Steckplatinen (Pos. 7,6,8)
4mm-Laborbuchsen K3 und K4
Dies sind 4mm-Laborbuchsen. Diese Buchsen können die Stecker von
4mm Laborkabeln
aufnehmen. Sie werden verwendet, wenn die Spannungsversorgung mit einem
Labornetzteil
oder
Universalnetzteil
erfolgt. Diese Geräte besitzen in der Regel ebenfalls 4mm-Laborbuchsen.
Testkabel flexibel PIN - Y-Anschluss Pos 4 und 5
Die Y-Kabel dienen zur Verbindung der 4mm-Laborbuchsen mit der Steckplatine. Hierzu besitzen diese Testkabel auf einer Seite einen Kabelschuh, der zwischen die Unterlegscheiben der 4mm-Laborbuchsen (K3 und K4) geschoben wird. Die Laborbuchsen werden dann festgeschraubt. Hierdurch werden die Y-Kabel festgeklemmt.
Das andere Ende der Y-Kabel ist mit einem 0,6mm starken Stift versehen. Dieser wird in das gewünschte Loch der Steckplatine gesteckt.
Steckplatinen Pos. 7 und 8
Die Steckplatinen Pos. 7 und 8 nehmen die elektronischen Bauelemente, CEK-Module [13] und Drahtbrücken auf. Die Steckplatine Pos. 6 dient zur Stromversorgung der Schaltung. Die Löcher dieser Steckplatine sind in zwei Reihen horizontal (bezogen auf die Abbildung) intern miteinander verbunden. Die obere Reihe ist mit dem positiven Pol der Speisespannung (in der Abb. mit "+", im Schaltbild mit +5V bezeichnet) verbunden. Die untere Reihe ist mit dem negativen Pol der Speisespannung verbunden in der Abb. mit "-", im Schaltbild mit GND bezeichnet). Die Kontaktreihen der Steckplatine sind bei Pos. 11 unterbrochen. Sie müssen daher mit Drahtbrücken miteinander verbunden werden. Dies sind die orangen Drahtbrücken bei Pos. 11.
Stromversorgung für Kleinnetzteile Pos. 9, 10, K1
Das CEK-Modul Poweranschluss für Hohlstecker 5,5mm /2,5mm [14] (Pos. 9) dient zum Anschluss von Steckernetzteilen und Tischnetzteilen. Der DC-Hohlstecker (Pos.10) dieser Kleinnetzteile kann direkt in die Buchse (K1) gesteckt werden.
- CEK-Prototypenmodule
Poweranschluss für Hohlstecker [1]
Schaltbild Poweranschluss für Hohlstecker [2]
Anschlussbild Poweranschluss für Hohlstecker [3]
CEK-LED Modul Pos. 12
Das CEK-LED Modul [15] hat 6 LEDs und die dazugehörenden Widerstände in Form eines Widerstandsnetzwerks. Die entsprechenden Anschlüsse der Leuchtdioden (Pin 1-6) können direkt an Masse gelegt werden. Die jeweilige LED leuchtet dann. Pin7 wird mit der positiven Speisespannung verbunden. Um sich mit dem LED-Modul vertraut zu machen, kann man dies erst mal ausprobieren, ohne den Mikrocontroller anzuschließen. Also zunächst Pin 7 mit + und Pin 6 mit - der Steckplatine für die Stromversorgung (Pos. 11) verbinden, dann leuchtet die LED 6.
Hinweise zum Aufbau
Zunächst sollte die Stromversorgung rechts auf der Experimentierplatine aufgebaut werden. Wenn dies geschehen ist, wird an den Kontakten der mittleren Steckplatine (Pos. 6) mit einem Multimeter geprüft, ob die gewünschte Spannung auch anliegt.
Dann kann das LED-Modul [16] eingesetzt werden. Als Test kann der Pin 7 (+) mit der positiven Speisespannung und der Pin 6 (D6) mit GND verbunden werden Drahtbrücken. Die LED D6 sollte dann leuchten.
Nun kann die Schaltung rund um den Mikrocontroller aufgebaut werden, ohne den Mikrocontroller schon einzusetzen. Erst wenn die Schaltung komplett aufgebaut ist, wird der Mikrocontroller in die Steckplatine gesteckt. Der Mikrocontroller ist zwar gegen elektrostatische Entladungen bis 4KV geschützt, dennoch sollte man ein EMV-Armband verwenden, wenn man ihn anfasst. Achten Sie auf richtige Orientierung des Mikrocontrollers, so wie es auf dem Bild rechts zu sehen ist. Das Gehäuse des Mikrocontrollers hat eine kleine Aussparung (Pos. 2 Bild rechts). Der Pin. 1 des Controllers ist mit Pos. 1 (Bild rechts) bezeichnet.
Wenn die Schaltung komplett aufgebaut und überprüft ist, kann die Versorgungsspannung eingeschaltet werden. Die LED 6 sollte dann blinken.
Siehe auch (Artikel)
Weitere Artikel zum ATmega8 AVR
- Mikrocontroller Modul ATmega8 MC-AVR8
- ISP-Interface für den AVR ATMega Microcontroller
- Fuses ATmega8
- AVR C: LED blinkt
- AVR C: Softwareentwicklung mit der Eclipse IDE
- AVR Assembler: LED blinkt
- Programmieren mit dem MC-AVR8 und avrdude
Downloads
- Ledblink.asm Sourcecode für das Programm "blinkende LED"
- Ledblink.hex .hex File , Intel intellec 8/MDS (Intel HEX Format)
Weitere Artikel CEK Module
Steckplatinen
Bezugsquellen
- CEK - Module [17]
© R.Kluge Änderungen und Irrtümer vorbehalten
