Schwierigkeiten bei Schaltungsentwurf [Anfänger]

J

Jakob Vogel

Guest
Hallo!

Zur Zeit arbeite ich an einem Roboter, der Lego RCX-Sensoren
verwenden können soll. Lego unterscheidet zwischen aktiven und
passiven Sensoren. Erstere werden 3,0 ms (oder 2,9 ms ?) über
einen 120 Ohm Widerstand von einer +9V Spannungsquelle versorgt.
Danach wird für 0,1 ms der Sensorwert gelesen, wozu der Sensor
zwischen GND und einem Mikrocontroller-A/D-Port hängt. Der
A/D-Port ist gleichzeitig über einen 10 kOhm Pull-Up-Widerstand
an +5V angeschlossen. Passive Sensoren werden dauerhaft
über den beschriebenen Abfragemodus gelesen. Unter aktiven
Sensoren versteht Lego z.B. Abstandssensoren, unter passiven
Sensoren z.B. Schalter oder Temperaturfühler.

Ein grafische Darstellung findet sich in Abbildung 6.2 (Seite 95)
in folgendem Dokument: http://fuzzy.iau.dtu.dk/download/lego2.pdf

In meiner Schaltung möchte ich die Taktung vom Controller
übernehmen lassen. Die ganze Sensorkomponente sollte
über einen analogen Messausgang (0..5V) für einen A/D-Pin
und einen binären Statuseingang für den Betriebsmodus, den man
direkt an einen I/O-Port des Controllers hängen kann, verfügen.
Man könnte das wohl einen elektronischen Umschalter nennen ...

Problematisch könnte der Fall sein, dass ein Schalter an einer
Stelle verwendet wird, an der der Controller einen aktiven Sensor
erwartet. Hier muss eine Vorkehrung getroffen sein, dass nicht
plötzlich 9 Volt am A/D-Pin anliegen.

Soweit die Beschreibung der Schaltung. Als Student der Informatik
(im Grundstudium ;-) ) habe ich jedoch leider nur recht wenig
Ahnung von Elektrotechnik und beziehe meine Kenntnisse aus
längst vergangenen Experimenten im Physikunterricht und mit
dem Kosmos-Kasten. Dementsprechend bin ich auch beim
Versuch, diese (schätzungsweise nicht all zu komplexe) Schaltung
zu entwerfen, gescheitert ...

Kann mir jemand einen Tipp geben, wie ich an den Entwurf
der Schaltung gehen muss und was ich zu beachten habe?

Vielen Dank im Voraus!


Jakob
--
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Jakob schrieb:

[Lego RCX-Sensoren in eigener Schaltung benutzen]

Kann mir jemand einen Tipp geben, wie ich an den Entwurf
der Schaltung gehen muss und was ich zu beachten habe?
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In deiner guten Beschreibung, hast du glaube ich schon genau
beschrieben, worauf du besonders achten musst bzw. welche Kenntnisse dir
im Einzelnen noch fehlen. Und zwar:

- elektronischer Umschalter, welchen nehmen
Ein Analogschalter auf Halbleiterbasis ist ein Transmissiongate. Damit
sollte sich dein Problem loesen lassen. Genauer gesagt benoetigst du
zwei Stueck, welche gegenlaefig angesteuert werden.
- Schalterverriegelung
Im Umschaltmoment sind beide Transmissiongates kurzzeitig leitend.
Dies kannst du dadurch verhindern, dass du Sie entsprechend leicht
zeitversetzt ansteuert. Das ist aber möglicherweise nicht mal nötig,
da die Umschaltzeit wirklich sehr kurz ist. Du könntest alternativ
auch eine Z-Diode zur Spannungsbegrenzung vor dem AD-Wandler einbauen,
dadurch wird die gemessene Spg. aber unlinear.

Das Problem der Polung der Sensoren kannst du ja durch geeignete
mechanische Maßnahmen umgehen.
P.S.: Die Lego-Stecker sind zerstörungsfrei demontierbar.

Viel Erfolg
Tobyas
 
Hallo!

Vielen Dank für den Tipp!

[Ansteuerung von Lego RCX-Sensoren]

- elektronischer Umschalter, welchen nehmen
Ein Analogschalter auf Halbleiterbasis ist ein Transmissiongate. Damit
sollte sich dein Problem loesen lassen. Genauer gesagt benoetigst du
zwei Stueck, welche gegenlaefig angesteuert werden.
- Schalterverriegelung
Im Umschaltmoment sind beide Transmissiongates kurzzeitig leitend.
Dies kannst du dadurch verhindern, dass du Sie entsprechend leicht
zeitversetzt ansteuert. Das ist aber möglicherweise nicht mal nötig,
da die Umschaltzeit wirklich sehr kurz ist. Du könntest alternativ
auch eine Z-Diode zur Spannungsbegrenzung vor dem AD-Wandler einbauen,
dadurch wird die gemessene Spg. aber unlinear.
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Natürlich habe ich mich da gleich mal informiert und z.B. den Baustein
HCF4066 von STMicroelectronics gefunden:
http://www.st.com/stonline/books/ascii/docs/2057.htm

Dieser Baustein besitzt vier Transmission Gates. Da ich 8 Sensoren
ansteuern will, würde ich dann eine entsprechende Anzahl (16 Gates
für die 8 Sensoren in 4 ICs) verbauen. Weiter würde ich über einen
geeigneten Baustein mit NOT-Gattern aus dem einem Signal vom
Mikrocontroller ein zweites, negiertes, erzeugen, um den Umschalter
zu realisieren. Soweit meine bisherigen Vorstellungen.

In diesem Zusammenhang habe ich nochmals zwei Fragen:
- Da in dem genannten Baustein ja sowieso schon zusätzliche NOT-
Gatter enthalten sind, habe ich mir gedacht, dass eigentlich bereits
ein ganzer monolithischer Umschalt-IC existiert könnte, so dass ich
oben beschriebenen zweistufigen Aufbau zu einem aus meiner Sicht
einstufigen vereinfachen könnte. Existieren solche Bausteine, und -
wenn ja - wer stellt sie unter welcher Bezeichnung her?
- Wie wäre eine Verzögerung beim Umschaltprozess am besten zu
realisieren, sollte sich eine solche für nötig erweisen? Würde z.B.
schon die Tatsache, dass ein Signal direkt kommt und ein Signal
erst invertiert werden muss (evtl auch öfters), eine Verschiebung
ausreichenden Betrags erzeugen? Wenn dies nicht der Fall ist, wie
wäre dann eine Verzögerung zu realisieren, die ja im Vergleich zu
der 2,9 ms Versorgung - 0,1 ms Abfrage - Taktung recht klein
sein müsste?

P.S.: Die Lego-Stecker sind zerstörungsfrei demontierbar.
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Das kenne ich noch aus meiner eigenen Lego-Zeit. Würden die
Sensoren mir gehören, dann hätte ich auch heute wenig Skrupel,
aber da sie einem Lehrstuhl gehören ...

Vielen Dank im Voraus!


Jakob
 
Am Wed, 2 Jun 2004 03:53:39 +0200 hat Jakob Vogel
<jakob_vogel@t-online.de> geschrieben:

Hallo!


In diesem Zusammenhang habe ich nochmals zwei Fragen:
- Da in dem genannten Baustein ja sowieso schon zusätzliche NOT-
Gatter enthalten sind, habe ich mir gedacht, dass eigentlich bereits
ein ganzer monolithischer Umschalt-IC existiert könnte, so dass ich
Verschiedenste, am einfachsten (74HC)4052/53/54. Oder bei
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Maxim/AD/LT/etc... nach Analogmultiplexern schauen. Ev. brauchst du die
aber gar nicht und es reichen einzelne Transistoren.

--
Martin
 
In article <c9jbvb$e8s$00$1@news.t-online.com>,
"Jakob Vogel" <jakob_vogel@t-online.de> writes:
In diesem Zusammenhang habe ich nochmals zwei Fragen:
- Da in dem genannten Baustein ja sowieso schon zusätzliche NOT-
Gatter enthalten sind, habe ich mir gedacht, dass eigentlich bereits
ein ganzer monolithischer Umschalt-IC existiert könnte, so dass ich
oben beschriebenen zweistufigen Aufbau zu einem aus meiner Sicht
einstufigen vereinfachen könnte. Existieren solche Bausteine, und -
Click to expand...
Meinst du vieleicht sowas wir den 4053 (3 2zu1 analogschalter)
oder den 4052 (2 4zu1 analogschalter)

--
MFG Gernot
 
Hallo!

Vielen Dank für Eure Hilfe, das war genau, was ich gesucht habe!

Jakob
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