Da der Parallelport immer häufiger durch USB Anschlüsse ersetzt wird sollte die vorhandene Schaltung siehe hier weiterentwickelt werden bzw. eine Schaltung entwickelt werden die über USB betrieben werden kann. Der Schwerpunkt dieser Aufgabe ist das digitalisieren und das einlesen analoger Werte über USB.
Die Hardware teilt sich in 3 Bereiche : der erste Bereich ist der TSL 260, der die Lichtgrößen in eine Stromgröße umformt. Der zweite Bereich ist der 16F268A der das analoge Signal digitalisiert und das Signal in ein serielles Signal (RS232) umwandelt. Der dritte Teil besteht aus dem FT232BM der die USB-Schnittstelle verwaltet und das Signal in das USB Signal umwandelt.
TSL 260 (Licht-Stromwandler)
Der TSL wird an Masse und an die Betriebsspannung angeschlossen und setzt die einfallende Lichtgröße in eine Stromgröße um.
Im wesentlichen besteht der TSL 260 aus einem Photwiderstand und einem Operationsverstärker mit Peripheriewiderstand und Kondensator.
Da vom USB Anschluss nur eine 5V Spannung kommt mussten wir den TSL 260 einsetzhten da in der originalschaltung der OP mit +7v
und -7V betrieben wird.
TSL 260 Funktionsdiagramm:
Mikrocontroller + Peripherie
Wir haben uns für den Mikrocontroler 16F628A von Microchip entschieden, weil er ein ADC- Wandler und eine RS232 Schnittstelle hat und es für diesen Mikrocontroler gute Quellen gibt .
Der Mikrocontroller hat die Aufgabe die analoge Spannung zu digitalisieren und das Signal als serielles Signal (RS232) an den USB - Wandler zu senden. Da der Mikrocontroller keine ADC Wandler hat muss die Spannung mit dem vorhandenen Komparator umgewandelt werden. Dafür werden die Widerstände R1, R2 und der Kondensator C1 benötigt. Die Widerstände R1 und R2 legen den Messbereich fest. Der Messbereich orientiert sich an der Betriebsspannung und wird durch mit folgender Formel berechnet:
Messbereich = Betriebsspannung * R1/R2
Das heißt für diese Spannung das der Messbereich 5 Volt beträgt (5V * 39K/39K= 5V).
Neben den Widerständen hat der Kondensator die Aufgabe, dass er Spannung integriert.
Der Quarz (Qz1) dient der Taktversorgung des PIC- Controllers und die beiden Kondensatoren C2 und C3 sind zum Anschwingen notwendig. Der Widerstand R3 und der Jumper S1 sind als Reset-Taster des Mikrocontrollers gedacht und werden hauptsächlich beim ausprobieren des PIC’ s benötigt.
USB- Wandler + Peripherie
Als USB Wandler haben wir uns für den FT232BM von FTDI entschieden weil man über den Chip die USB-Hardware relativ leicht bedienen kann (der Chip muss nur konfiguriert und nicht programmiert werden).
Danach Das RS232 Signal (UART) kommt über den RXD-Anschluss in den FT232BM ( die anderen Leitungen gehören zum RS232 Protokoll, werden aber nicht belegt. Dazu müssen aber die die Leitungen RTS(Ready to send) und CTS(Clear to send) kurzgeschlossen werden). Die, mit dieser Konfiguration nicht verwendete, TXD Leitung habe ich auch angeschlossen um Softwareerweitrungen zu ermöglichen. Der Datetransfer über die RS232-Schnittstelle wird über zwei LEDs angezeigt (eine für RXD und eine für TXD).
Der FT232BM
Die Daten des RS232 Signals werde über die Anschlüsse RXD und TXD in den Chip übertragen und im UART Controller verwaltet. Der UART FIFO Controller regelt den TX Buffer und den RX Buffer, die Buffer sind nötig damit die USB Protocol Engine genug Zeit hat das USB Signal zu verarbeiten. Die SIE verarbeitet das serielle USB Signal in ein paralleles Signal ( Es kann mit dem Chip auch ein Parallelport betrieben werden).Das Signal wird über den USB Tranciever auf den Ausgang übertragen und kann über ein Kabel mit dem PC verbunden werden. Ein weiterer wichtiger "Baustein" ist der Clock Multiplexer der aus dem Arbeitstakt einen 12 MHz Takt für die SIE, für die USB Protocol Engine und für den UART FIFO Controller. Des weiteren gibt er einen 48 MHz Takt aus, der für den Baud Rate Generator und für die USB DPPL wichtig ist.
In der Schaltung ist der Chip mit allen notwendigen Peripheriegeräten angeschlossen. Dazu gehören der Quarz mit zwei Kondensatoren (Qz2, C8 und C9) zur Taktversorgung, C3 ist an die interne 3,3V Spannung des Chips angeschlossen um diese konstant zu halten.
(Simon Wagner)