Inhaltsverzeichnis  3

Inhaltsverzeichnis

1  Einleitung  9

2  Anforderungen an die Hardwarekomponenten  10

2.1  Magnetisches Schwebesystem  10

3  Hardwareentwicklung  14

3.1  Einplatinenrechner  14

3.1.1  Beschreibung AVR32UC3B0256  26

3.2  Leistungselektronik  29

3.2.1  Beschreibung des Vollbrückentreibers L6203  32

3.2.2  Beschreibung der iCoupler von Analog Devices  37

3.2.3  Layout der Leistungselektronik  38

3.3  Wegsensor  43

4  Software  46

4.1  Verwendete Tools  46

4.2  Verwendete Hardware  47

4.3  Quelldateien  50

4.3.1  Funktion von crt0.S  52

4.3.2  Funktion von exception.S  52

4.3.3  Funktion von main.c  54

4.3.4  Funktion von uart.c  57

4.3.5  Funktion von comhandler.c  59

4.3.6  Funktion von adctask.c  61

4.3.7  Funktion von pwmconfig.c  62

4  3 8 Funktion von regulator c  62

  Inhaltsverzeichnis  4

4.3.9  Funktion von timer.c  63

4.3.10  Funktion von defines.h  64

4.3.11  Funktion link uc3b0256.lds  65

4.3.12  Funktion von config.mk  66

4.3.13  Funktion von Makefile und starten eines Buildprozesses  67

5  Testergebniss Elektromagnet  72

5.1  Modellbildung  75

5.2  Praxis Test  81

6  Inbetriebnahme der Schwebebahn  86

6.1  Versuchsaufbau Differenzenregelung  86

6.2  Versuchsaufbau getrennte Regelung aller Spulen  92

6.3  Thermische Untersuchung der Elektronik und des Fahrzeugs  104

7  Zusammenfassung  108

8  Liste der verwendeten Symbole  110

  Abbildungsverzeichnis  5

  Abbildungsverzeichnis  

1  Schwebebahn Ansicht oben  11

2  Schwebebahn Ansicht Frontal  12

3  Blockschaltbild der zu entwickelnden Elektronik  13

4  Schaltplan Einplatinenrechner Seite 1  16

5  Schaltplan Einplatinenrechner Seite 2  17

6  Schaltplan Einplatinenrechner Seite 3  19

7  Schaltplan Einplatinenrechner Seite 4  20

8  Layout Rechnerplatine  23

9  Einplatinenrechner  24

10  Blockschaltbild AVR32UC3B  27

11  Schaltplan Leistungselektronik 1  30

12  Schaltplan Leistungselektronik 2  31

13  Blockschaltbild L6203  33

14  Stromverläufe bei induktiver und ohmscher Last  35

15  Blockschaltbild ADUM5400  37

16  Blockschaltbild ADUM1400  38

17  Bestückungsplan Leistungselektronik  40

18  Leistungselektronik  41

19  Wegsensor von der Firam ipf  43

20  Kennlinie Wegsensor  44

21  Anschlussbelegung Wegsensor  45

22  Atmel Entwicklungsboard EVK1101  48

23  AVR Dragon  49

24  Anschluss AVR Dragon an die Rechnerplatine  50

25  Zeitmessung Hauptschleife  55

  Abbildungsverzeichnis  6

26  Aufrufgraph main.c  56

27  Include-Abhängigkeitsdiagramm main.c  57

28  Terminalausgabe nach dem ADC auslesen  60

29  Aufruf von make  68

30  Erfolgreiches Flashen  70

31  Startausgaben des AVR32 auf der seriellen Schnittstelle  71

32  Elektromagnet  73

33  Schematische Darstellung Elektromagnet  74

34  Schematische darstellung Elektromagnet  75

35  Mechanisches Simulinkmodell  79

36  Mechanisches Simulinkmodell inkl. Regelkreis  80

37  Verkabelung Hardware für Elektromagnet  81

38  Schwebezustand Elektromagnet  82

39  Nahaufnahme Schwebezustand Elektromagnet  83

40  Störsprungantwort des Elektromagneten  84

41  Signale im ausgeregelten Zustand  85

42  Leistungselektronik inkl. Kühlkörper  87

43  delta Stromversorgung  88

44  Versuchsaufbau mit Differenzenregelung  89

45  Anschluss Fahrzeug mit Klemmen  90

46  Schieflage des Fahrzeugs  91

47  Anschluss Spulenpaare und Sensoren  94

48  Anschlussbelegung Leistungselektronik  95

49  Spulenanschluss Fahrzeug  96

50  Anschlussbelegung Rechnerplatine  97

51  Verdrahtungsplan Schwebebahn  98

52  Verdrahteter Versuchsaufbau  99

  Abbildungsverzeichnis  7

53  Fahrzeugsprung vor  100

54  Fahrzeugsprung zurück  100

55  Fahrzeug in der Mitte des Fahrwegs  101

56  Signalverlauf nach dem Zuschalten des Reglers  102

57  Fahrzeug schwebt in mitten des Fahrwegs  103

58  Wärmebild Rechnerplatine  105

59  Wärmebild Leistungselektronik  106

60  Wärmebild Leistungselektronik  107

Tabellenverzeichnis 8   

  Tabellenverzeichnis  

1  Stückliste Rechnerplatine  25

2  AVR32UC3B Varianten  29

3  Logiktabelle L6203  33

4  Stückliste Leistungselektronik  42

5  AVR32UC3B Interrupt Tabelle  53

1 Einleitung 9

1 Einleitung

Die vorliegende Masterarbeit wurde an der Fachhochschule in Bingen erstellt und von Herrn Prof. Dr.-Ing. Christoph Wrede betreut. In dieser Masterarbeit wird die Entwicklung einer Mikrocontrollerregelung für ein Magnetschwebesystem dargelegt. Die Konstruktion, Berechnung und Simulation des Schwebesystem wurde parallel in einer Masterarbeit von der Studentin Frau Silvia Lorenz durchgeführt. Die zu entwickelnde Elektronik muss den Anforderungen aus dem Abschnitt 2 genügen. Dabei besteht die Elektronik aus einem Einplatinenrechner und einer Leistungselektronik. Mit diesen zwei Komponenten soll es möglich sein, ein Magnetschwebefahrzeug stabil auf einer bestimmten Lage zu halten. Für den Einplatinenrechner mussten die passenden Komponenten wie z.B. Mikrocontroller, Spannungsreferenz, usw. ausgesucht werden. Außerdem musste ein passender Compiler, womit die Software erstellt werden kann, ausgewählt werden. Aufgrund der beschränkten Mittel wird kein Weg an einem GNU-Compiler vorbeiführen. Die Leistungselektronik soll aus vier Vollbrücken bestehen. Dadurch können vier Induktivitäten unterschiedlich bestromt werden. Eine galvanische Trennung von Leistungselektronik und Rechnersystem wäre aufgrund des Schutzes des Einplatinenrechners von Vorteil. Damit unabhängig von der Konstruktion des Schwebesystems die Flachbaugruppen dieser Arbeit getestet werden konnten, wurden diese an einem Elektromagneten erprobt. Dabei war das Ziel einen drehbar gelagerten Zuganker eines Elektromagneten in einen Schwebezustand zu versetzen. Zum Schluss wird die Inbe- triebnahme am magnetischen Schwebesystem beschrieben.

2 Anforderungen an die Hardwarekomponenten 10

2 Anforderungen an die Hardwarekomponenten

Die Anforderungen des Systems ergeben sich aus den Konstruktionsplänen und der Beschreibung des Schwebesystems, welches im nächsten Unterabschnitt vorgestellt wird.

2.1 Magnetisches Schwebesystem

Das geplante magnetische Schwebesystem besteht aus einem Fahrzeug und dem Fahrweg. Der Fahrweg ist fest mit dem Untergrund verbunden, wobei das Fahrzeug mit Hilfe der Magnetkräfte zum Schweben gebracht werden soll. Dabei wird der Schwebezustand entgegengesetzt zur Schwerkraft durch die Eigenstabilität des Systems gegeben sein. Man spricht auch vom Kanteneffekt. Die Stabilität zum Fahrweg hin muss die Elektronik mit Hilfe von Abstandsensoren ermitteln und dementsprechend ausregeln. Dazu besitzt das Fahrzeug ein symmetrisches Vorder- und Hinterteil. In der folgenden Abbildung 1 ist eine Draufsicht des Systems dargestellt. Es sind die stationären Schienen erkennbar. Weiterhin ist das Fahrzeug in der Mitte ersichtlich. Das Fahrzeug besteht im mittleren Teil aus einem Aluminiumträger. An diesem Aluminiumträger sind die Halterungen für die Spulen und deren Eisenkreise erkennbar. Ferner werden an dem Fahrzeug die Abstandssensoren befestigt. Diese sind in der Abbildung rosa eingefärbt. Da die Abbildung 1 eine verkleinerte Konstruktionszeichnung ist, stimmt der angegebene Maßstab natürlich nicht. Das gleiche gilt folgerichtig für die Ab- bildung 2.

2.1 Magnetisches Schwebesystem 11

Abbildung 1: Schwebebahn Ansicht oben

2.1 Magnetisches Schwebesystem 12

Abbildung 2: Schwebebahn Ansicht Frontal

In der Frontansicht aus der Abbildung 2 kann entnommen werden, dass je- ^{1 2} des dieser Teile aus zwei Dauermagneten und jeweils vier Spulen links

und rechts besteht. Das linke und rechte Spulenpaar soll zunächst antiseriell verschaltet werden. Aufgrund dessen ergeben sich vier anzusteuernde Spulenpaare, die in beide Richtungen bestromt werden müssen. Daraus resultiert, dass die Leistungselektronik vier Vollbrücken benötigt. Da der Strom über ein PWM-Signal modelliert werden soll, wird ein Rechner mit mindestens vier PWM-Kanälen vorausgesetzt. Weiterhin sollen am Fahrzeug vier analoge Abstandsensoren angebracht werden, die kontinuierlich den Abstand des Fahrzeuges zum Fahrweg messen. Deshalb werden min- ¹ Grün eingefärbt

² Braun eingefärbt

2.1 Magnetisches Schwebesystem 13

destens vier analoge Eingänge auf der Rechnerplatine gebraucht. Aus den genannten Fakten ergibt sich ein Blockschaltbild mit den Anforderungen an die Elektronik. Dieses ist in der Abbildung 3 ersichtlich.

Abbildung 3: Blockschaltbild der zu entwickelnden Elektronik

Es ist zu erkennen, dass eine Rechnerplatine eine Leistungselektronik ansteuern muss. Die Leistungselektronik hat wiederum Einfluss auf das Fahrzeug. Der Standort des Fahrzeugs wird dabei über Wegsensoren erfasst und auf die Rechnerplatine rückgekoppelt. Dadurch ergibt sich eine geschlossene Regelschleife. Da die Regelung digital aufgebaut wird, muss der Prozessor ausreichend Performance erbringen, um mit dieser Aufgabe fertig zu werden. Ebenso sollte der Prozessor eine schnelle und hinreichend genaue analoge Erfassung integriert haben.

3 Hardwareentwicklung 14

3 Hardwareentwicklung

In diesem Abschnitt wird die entwickelte Hardware dieses Projektes vorgestellt. Dabei wird auf den Schaltplan und das Layout der Rechnerplatine sowie der Leistungselektronik eingegangen. Der Abschnitt wird geteilt in Leistungselektronik und Einplatinenrechner. Mit dem Einplatinenrechner wird begonnen. Ferner wird die Leistungselektronik beschrieben. Weiterhin wird der ausgewählte Wegsensor, womit der Abstand des Fahrzeuges erfasst werden kann, beschrieben und dessen Eigenschaften anhand Kennlinienfelder dargelegt.

3.1 Einplatinenrechner

Aus den Anforderungen die aus dem Abschnitt 2 entnommen werden können, ist als wesentliches Bauteil auf dem Einplatinenrechner ein Mikrocon- ³ troller der Firma Atmel verbaut. Dieses Bauteil ist ersichtlich auf dem Schaltplan in Abbildung 5. Eine genauere Beschreibung erfolgt in Abschnitt 3.1.1. ⁴ Über den JTAG -Anschluss an SV2 ist das Debuggen und das Flashen des Controllers möglich. JTAG bezeichnet den IEEE-Standard 1149.1, der eine Ansammlung von Verfahren zum Testen und Debuggen von elektronischer Hardware direkt in der Schaltung beschreibt. Zur weiteren Peripherie des ⁵ IC5 gehören der 12 MHz Oszillator Q1, der den Takt für die integrierte PLL vorgibt. Mit Hilfe einer PLL ist es möglich, ein bestehendes Taktsignal zu ⁶ erhöhen. Diese PLL ist via Software einstellbar. Somit kann die CPU mit

einer Taktfrequenz von bis zu 60 MHz betrieben werden. Dies wird auch

³ IC5

⁴ Joint Test Action Group

⁵ Phase Locked Loop

⁶ Central Processing Unit

3.1 Einplatinenrechner 15

später die Taktfrequenz sein, womit das System betrieben wird. Weiterhin wird die Corespannung, IO Spannung und PLL Spannung durch mehrere Stützkondensatoren gepuffert. Besonders wichtig ist noch das IC6. Dieses ⁷ IC ist eine Referenzspannungsquelle von TI vom Typ REF3033. Dieses IC

erzeugt eine exakte konstante Spannung von 3,3 Volt mit folgenden Eigenschaften die aus dem Datenblatt entnommen sind:

• LOW DROPOUT: 1mV

• HIGH OUTPUT CURRENT: 25mA

• HIGH ACCURACY: 0.2%

• LOW IQ: 50µA max

• EXCELLENT SPECIFIED DRIFT PERFORMANCE:

- 50ppm/°C (max) from 0°C to +70°C

- 75ppm/°C (max) from -40°C to +125°C

Diese Referenzspannung wird genutzt, um den analogen Teil des AVR32 zu versorgen. Deswegen muss die Spannung sehr stabil und unabhängig von äußeren Einflüssen sein, weil daraus alle analogen Signale und deren Größe abgeleitet werden. Aufgrund dessen ist auf das Schaltungsdesign und Layout dieser Komponente besonders zu achten. Hinweise zum korrekten Schaltungsdesign sind aus [13] entnehmbar.

⁷ Texas Instruments

3.1 Einplatinenrechner 16

Abbildung 4: Schaltplan Einplatinenrechner Seite 1

3.1 Einplatinenrechner 17

Abbildung 5: Schaltplan Einplatinenrechner Seite 2

3.1 Einplatinenrechner 18

Als Spannungsversorgung für die Rechnerplatine muss an X4 eine Eingangsspannung von 15 Volt angelegt werden. Dies ist im Schaltplan in der Abbildung 4 ersichtlich. Die Versorgungsspannung ist mit einer Sicherung F1 abgesichert. Weiterhin gibt es eine Überspannungsschutzdiode D4. Aus den 15 Volt werden mit linearen Spannungsreglern die Spannungen 12 Volt, 5 Volt und 3,3 Volt erzeugt. Zur Kontrolle ist an dem 3,3 Volt Versorgungsspannung eine Status-LED, die LED5, angeschlossen. Zur Kommunikation mit einem PC ist die USART0 des AVR32 mit dem IC2 dem MAX3232 ver- ^{8 9} bunden. Dieser MAX3232 wandelt die TTL Pegel des AVR32 in RS232

Pegel um. Damit ist eine Kommunikation mit einem beliebigem RS232 Gerät möglich, sowie auch ein Datenaustausch mit einem PC. Dazu wird ein Terminalprogramm wie Tera Term oder Hyperterminal benötigt. Wobei Hyperterminal nicht sehr zuverlässig arbeitet. An der Buchse X1 muss dazu das nötige serielle Kabel angeschlossen werden. Dieses Kabel muss ein 1:1 Kabel sein. Das heißt also die RX und TX Leitungen dürfen nicht gekreuzt sein. Die Kreuzung der beiden Leitungen ist bereits auf der Platine erfolgt.

⁸ 0 - 3,3 Volt

⁹ ±20 Volt

3.1 Einplatinenrechner 19

5

2 TCK 3 (TDI)PA00 4 (TDO)PA01 5 (TMS)PA02 9 (ADC-AD0/GCLK0/USBID/ABDAC-DATA0)PA03 10 (ADC-AD1/GCLK1/USB_VBOF/ABDAC-DATAN0)PA04 11 (EXTINT0/ADC2/USART1-DCD/ABDAC-DATA1)PA05 12 (EIC-EXTIN1/ADC-AD3/USART1-DSR/ABDAC-DATAN1)PA06 13 (PWM-PWM0/ADC-AD4/USART1-DTR/SSC-RX_FRAME_SYNC)PA07 14 (PWM-PWM1/ADC-AD5/USART1-RI/SSC-RX_CLOCK)PA08 28 (TWI-SCL/SPI0-NPCS[2]/USART1-CTS)PA09 29 (TWI-SDA/SPI0-NPCS[3]/USART1-RTS)PA10 30 (USART0-RTS/TC-A2/PWM-PWM[0]/SSC-RX_DATA)PA11 31 (USART0-CTS/TC-B2/PWM-PWM[1]/USART1-TXD)PA12 33 (EIC-EXTINT[8]/PWM-PWM[2]/USART0-CLK/SSCRX_CLOCK)PA13 34 (SPI0-MOSI/PWM-PWM[3]/EIC-EXTINT[2]/PM-GCLK[2])PA14 35 (SPI0-SCK/PWM-PWM[4]/USART2-CLK)PA15 36 (SPI0-NPCS[0]/TC-CLK1/PWM-PWM[4])PA16 37 (SPI0-NPCS[1]/TC-CLK2/SPI0-SCK/USART1-RXD)PA17 39 (USART0-RXD/PWM-PWM[5]/SPI0-MISO/SSC-RX_FRAME_SYNC)PA18 40 (USART0-TXD/PWM-PWM[6]/SPI0-MOSI/SSC-TX_CLOCK)PA19 44 (USART1-CLK/TC-CLK0/USART2-RXD/SSC-TX_DATA)PA20 45 (PWM-PWM[2]/TC-A1/USART2-TXD/SSC-TX_FRAME_SYNC)PA21 46 (PWM-PWM[6]/TC-B1/ADC-TRIGGER/ABDAC-DATA[0])PA22 47 (USART1-TXD/SPI0-NPCS[1]/EIC-EXTINT[3]/PWM-PWM[0])PA23 59 (USART1-RXD/SPI0-NPCS[0]/EIC-EXTINT[4]/PWM-PWM[1])PA24 60 (SPI0-MISO/PWM-PWM[3]/TC-A0/ABDAC-DATA[1])PA25 61 (USBB-USB_ID/USART2-TXD/TC-A0/ABDAC-DATA[1])PA26 62 (USBB-USB_VBOF/USART2-RXD/TC-B0/ABDAC-DATAN[1])PA27 41 (USART0-CLK/PWM-PWM[4]/SPI0-MISO/ABDAC-DATAN[0])PA28 42 (TC-CLK0/TC-CLK1/SPI0-MOSI)PA29 15 (ADC-AD[6]/EIC-SCAN[0]/PM-GCLK[2])PA30 16 (ADC-AD[7]/EIC-SCAN[1]/PWM-PWM[6])PA31 6 (TC-A0/EIC-SCAN[2]/USART2-CTS)PB00 7 (TC-B0/EIC-SCAN[3]/USART2-RTS)PB01 24 (EIC-EXTINT[6]/TC-A1/USART1-TXD)PB02 25 (EIC-EXTINT[7]/TC-B1/USART1-RXD)PB03 26 (USART1-CTS/SPI0-NPCS[3]/TC-CLK2)PB04 27 (USART1-RTS-SPI0-NPCS[2]/PWM-PWM[5])PB05 38 (SSC-RX_CLOCK/USART1-DCD/EIC-SCAN[4]/ABDAC-DATA[0])PB06 43 (SSC-RX_DATA/USART1-DSR/EIC-SCAN[5]/ABDAC-DATAN[0])PB07 54 (SSC-RX_FRAME_SYNC/USART1-DTR/EIC-SCAN[6]/ABDAC-DATA[1])PB08 55 (SSC-TX_CLOCK/USART1-RI-EIC-SCAN[7]/ABDAC-DATAN[1])PB09 57 (SSC-TX_DATA/TC-A2/USART0RXD)PB10 58 (SSC-TX_FRAME_SYNC/TC-B2-USART0-TXD)PB11

5

Abbildung 6: Schaltplan Einplatinenrechner Seite 3

3.1 Einplatinenrechner 20

4

UC3B0256

(ADC-AD0/GCLK0/USBID/ABDAC-DATA0)PA03 (ADC-AD1/GCLK1/USB_VBOF/ABDAC-DATAN0)PA04 (EXTINT0/ADC2/USART1-DCD/ABDAC-DATA1)PA05 (EIC-EXTIN1/ADC-AD3/USART1-DSR/ABDAC-DATAN1)PA06 E (PWM-PWM0/ADC-AD4/USART1-DTR/SSC-RX_FRAME_SYNC)PA07 (PWM-PWM1/ADC-AD5/USART1-RI/SSC-RX_CLOCK)PA08 E (TWI-SCL/SPI0-NPCS[2]/USART1-CTS)PA09 (TWI-SDA/SPI0-NPCS[3]/USART1-RTS)PA10 E (USART0-RTS/TC-A2/PWM-PWM[0]/SSC-RX_DATA)PA11 (USART0-CTS/TC-B2/PWM-PWM[1]/USART1-TXD)PA12 (EIC-EXTINT[8]/PWM-PWM[2]/USART0-CLK/SSCRX_CLOCK)PA13 (SPI0-MOSI/PWM-PWM[3]/EIC-EXTINT[2]/PM-GCLK[2])PA14 (SPI0-SCK/PWM-PWM[4]/USART2-CLK)PA15 (SPI0-NPCS[0]/TC-CLK1/PWM-PWM[4])PA16 (SPI0-NPCS[1]/TC-CLK2/SPI0-SCK/USART1-RXD)PA17 (USART0-RXD/PWM-PWM[5]/SPI0-MISO/SSC-RX_FRAME_SYNC)PA18 (USART0-TXD/PWM-PWM[6]/SPI0-MOSI/SSC-TX_CLOCK)PA19 (USART1-CLK/TC-CLK0/USART2-RXD/SSC-TX_DATA)PA20 (PWM-PWM[2]/TC-A1/USART2-TXD/SSC-TX_FRAME_SYNC)PA21 (PWM-PWM[6]/TC-B1/ADC-TRIGGER/ABDAC-DATA[0])PA22 (USART1-TXD/SPI0-NPCS[1]/EIC-EXTINT[3]/PWM-PWM[0])PA23 (USART1-RXD/SPI0-NPCS[0]/EIC-EXTINT[4]/PWM-PWM[1])PA24 (SPI0-MISO/PWM-PWM[3]/TC-A0/ABDAC-DATA[1])PA25 (USBB-USB_ID/USART2-TXD/TC-A0/ABDAC-DATA[1])PA26 (USBB-USB_VBOF/USART2-RXD/TC-B0/ABDAC-DATAN[1])PA27 (USART0-CLK/PWM-PWM[4]/SPI0-MISO/ABDAC-DATAN[0])PA28 (TC-CLK0/TC-CLK1/SPI0-MOSI)PA29 (ADC-AD[6]/EIC-SCAN[0]/PM-GCLK[2])PA30 (ADC-AD[7]/EIC-SCAN[1]/PWM-PWM[6])PA31 (TC-A0/EIC-SCAN[2]/USART2-CTS)PB00 (TC-B0/EIC-SCAN[3]/USART2-RTS)PB01 (EIC-EXTINT[6]/TC-A1/USART1-TXD)PB02 (EIC-EXTINT[7]/TC-B1/USART1-RXD)PB03 (USART1-CTS/SPI0-NPCS[3]/TC-CLK2)PB04 (USART1-RTS-SPI0-NPCS[2]/PWM-PWM[5])PB05 (SSC-RX_CLOCK/USART1-DCD/EIC-SCAN[4]/ABDAC-DATA[0])PB06 (SSC-RX_DATA/USART1-DSR/EIC-SCAN[5]/ABDAC-DATAN[0])PB07 (SSC-RX_FRAME_SYNC/USART1-DTR/EIC-SCAN[6]/ABDAC-DATA[1])PB08 (SSC-TX_CLOCK/USART1-RI-EIC-SCAN[7]/ABDAC-DATAN[1])PB09 (SSC-TX_DATA/TC-A2/USART0RXD)PB10 (SSC-TX_FRAME_SYNC/TC-B2-USART0-TXD)PB11

4

Abbildung 7: Schaltplan Einplatinenrechner Seite 4

3.1 Einplatinenrechner 21

Ferner ist auf der Platine die Steckleiste X2, X3, X5 und X6 untergebracht. Dort werden die analogen Wegsensoren angeschlossen. An diesen Steckern gibt es jeweils vier mal für die Sensoren die Anschlüsse für GND, Versorgungsspannung und das analoge Ausgangssignal der Sensoren. Da der analoge Eingangsbereich des AVR32 auf 3,3 Volt begrenzt ist, und der Wegsensor in diesem Projekt 10 Volt maximal am Ausgang liefert, muss das Eingangssignal darauf angepasst werden. Dies geschieht mit Hilfe von Spannungsteilern mit dem Verhältnis:

10k (1) = 1, 503

6k65

Daraus ergibt sich, bei einem Eingangssignal von 10 Volt, eine Ausgangsspannung von:

10k Ω (2) · 10 V = 3.99 V olt. U A =

10 kΩ + 6, 65 kΩ

Das bedeutet, dass der analoge Eingang übersteuert wird. Aufgrund des- ¹⁰ sen sind jeweils Klemmdioden D5 - D8 an den analogen Eingängen verschaltet. Diese begrenzen das Eingangssignal. Weiterhin sind alle analogen Eingänge mit einem Tiefpass versehen. Die Grenzfrequenz ergibt sich aus:

1 1 (3) f g = = = 159, 15 kHz.

2π 10 kΩ · 100 nF 2πRC

Außerdem sind auf dem Board zusätzlich vier Taster S1-S4 und vier LEDs LED1 - LED4 untergebracht. Die Taster werden als Input für den AVR32 ¹¹ genutzt. Die LEDs sind an GPIO -Pins des AVR32 angeschlossen. Somit

können diese beliebig in der Software angesteuert werden und damit bestimmte Stati des Controllers angezeigt werden. Mit dem Taster S5 ist ein Reset des Controllers möglich. Ebenfalls werden PWM-Ausgänge und Steuersignale des AVR32 auf den Stecker SV1 geführt. Unter diesen Signalen ¹⁰ Achtung erst ab Board Rev. 1.2 vorhanden

¹¹ General Purpose Input/Output

3.1 Einplatinenrechner 22

befinden sich in ausreichender Anzahl die PWM-Signale für die Leistungselektronik. In der folgenden Abbildung 8 ist das Layout mit den passenden Beschriftungen der Steckverbinder nochmals aufgeführt.

3.1 Einplatinenrechner 23

Abbildung 8: Layout Rechnerplatine