Das USB-Board

Das hier eingesetzte USB-Board der Firma Vellemanns habe ich in einer früheren Version bereits als eigenständige Platine aufgebaut. Allerdings war diese Platine einfach zu groß und sperrig – es machte keinen Spaß, damit Schaltungen aufzubauen.

Grundsätzlich ist es mit ein paar Mikroprozessorkenntnissen nicht sehr schwer, einen USB-Controller zu bauen. Für das Vellemanns-Board spricht aber, dass es haufenweise Softwareunterstützung für alle üblichen Compiler mitbringt und mittels einer einfachen Softwarekomponente (DLL) gesteuert werden kann. Sogar eine iPhone-Unterstützung ist verfügbar. Dabei kam hier die neuere Version K8055N zum Einsatz, die sich von der alten hauptsächlich durch einen neuen Controller und die dazugehörige Verwendung einer 3,3V-Versorgungsspannung unterscheidet – und Windows 7 unterstützt. Daran kann man beide Module gut identifizieren. Das neue hat einen LM317-Spannungsregler im TO220-Gehäuse an Bord, das alte nicht.

Die mitgelieferte Platine hat jedoch nach wie vor ein paar Schwachstellen, die das Experimentieren erschweren würden:

  • Die analogen Eingänge sind reichlich niederohmig und verfälschen das Ergebnis. Zudem sind sie nur bis maximal 5V belastbar – doof, wenn man Experimentierboxen mit 9 Volt betreiben will.
  • Die digitalen Eingänge sind negativ schaltend, erfordern also das Anlegen von Masse, damit der Eingang schaltet. Das ist unerwartet und entspricht nicht meiner Logik.

Also habe ich für beide Probleme eine kleine Lösung entwickelt:

  • Vor die analogen Eingänge habe ich einen Dual-OP vom Typ LM358 als Impedanzwndler geschaltet. Die Eingänge sind nun megaohmig, und am Ausgang hängt ein Spannungsteiler, der die K8055N-Eingänge mit maximal +5V belastet – bei +9V Eingangsspannung. Der LM358 ist zudem so gebaut, dass er bei Null Volt Eingangsspannung auch etwa Null Volt Ausgangsspannung liefert. Das erspart aufwendige Konstruktionen bei der Versorgungsspannung.
  • Die digitalen Eingänge sind mit Transistoren vom Typ BC548 geschützt. Damit werden sie nun einerseits ausgelöst, wenn eine positive Spannung anliegt. Zum anderen darf diese Spannung nun auch +9V betragen – die Eingänge bleiben geschützt.

Durch Weglassen aller Anzeige- und Verdrahtungsbauteile passt das ganze auf eine etwa 8x10cm große Platine, die im vorderen Bauch der Experimentierbox Platz findet. Die Anschlüsse werden über Flachbandstecker hergestellt. Zusätzlich benötigt die Box einen  +9V-Eingang (für die digitalen Ausgänge) und einen +12V-Eingang (für die analogen Eingänge als Stromversorgung des LM358) und natürlich eine Masseverbindung zum Netzteil.

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