Entwicklung und Aufbau eines durch einen Mikrocontroller gesteuertern Funktionsgenerators

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung

1.1 Aufgabenstellung der Diplomarbeit

2 BASIC-Tiger

2.1 Blockschaltbild des BASIC-Tigers

2.2 Das Bussystem des BASIC-Tigers

2.3 Das erweiterte I/O-System des BASIC-Tigers (ePorts)

2.3.1 Die logischen Adressen

2.3.2 Die physikalischen Adressen

2.4 Ausgangsbausteine und Eingangsbausteine

2.5 Das Tiger – Basic – Device – Konzept

2.6 Multitasking

3 MAX038

3.1 Zeit- und Frequenzeinstellungen

3.1.1 Eingang FADJ

3.1.1.1 Deaktivierung von FADJ

3.1.2 Eingang DADJ

3.1.3 Durchstimmung der Frequenz

4 Die Schaltung

4.1 Blockschaltbild der Schaltung

4.2 Beschreibung der Schaltung

4.2.1 Sukzessive Approximation

4.2.2 R-2R-Verfahren

4.3 Grobabstimmung der Frequenz des MAX038

4.3.1 Analogschalter für Kondensatorauswahl

4.3.2 Begrenzte Schrittweite der Frequenz

4.4 Feinabstimmung der Frequenz und Tastverhältnis der Spannung des MAX038

4.4.1 Realisierung und Berechnung der Schaltung

4.4.2 Auswahl des richtigen Operationverstärkers

4.5 Ausgangsverstärker

4.5.1 FET als steuerbarer Widerstand

4.5.2 Ausgangsverstärker mit FET

4.6 Dämpfungsglied

4.7 Ausgangsspannung

4.7.1 Gleichrichter

4.7.2 Umrechnung

4.8 Frequenzmessung

4.9 Theoretische Betrachtung der Ausgangssignale

5 Touch-Panel

5.1 Prinzipschaltung für das Touch-Panel

6 Software

6.1 Flußdiagramm

6.2 Programmlisting

7 Zusammenfassung

Zielsetzung & Themen

Ziel dieser Diplomarbeit ist die Entwicklung und Realisierung eines Funktionsgenerators, der über einen 32-Bit-Mikrocontroller (BASIC-Tiger) gesteuert wird. Die Forschungsfrage fokussiert sich auf die präzise elektronische Generierung verschiedener Signalformen (Sinus, Rechteck, Dreieck, Sägezahn) in einem Frequenzbereich von 10 Hz bis 10 MHz bei einer Ausgangsspannung von 0,1 V bis 10 V, unter Verwendung einer Touch-Panel-Bedienoberfläche.

• Implementierung einer Mikrocontroller-gesteuerten Frequenz- und Amplitudenregelung mittels MAX038-Baustein.
• Entwicklung von D/A-Wandler-Schaltungen und Anpassungselektronik zur Signalmanipulation.
• Integration eines Touch-Panels als Benutzerschnittstelle für die manuelle Dateneingabe.
• Aufbau eines geschlossenen Regelkreises zur Frequenzmessung und -nachregelung mittels digitaler Signalverarbeitung.
• Einsatz von Multitasking-fähiger Software zur parallelen Steuerung von Hardwarekomponenten und Benutzeroberfläche.

Auszug aus dem Buch

Zusammenfassung der Kapitel

1 Einleitung: Beschreibt das Ziel der Arbeit, einen durch einen BASIC-Tiger Mikrocontroller gesteuerten Funktionsgenerator mit dem MAX038-Baustein zu entwickeln.

2 BASIC-Tiger: Erläutert die Architektur und die Multitasking-Fähigkeiten des eingesetzten 32-Bit-Mikrocontrollers sowie das Bussystem und die Peripherieanbindung.

3 MAX038: Detailliert die technischen Spezifikationen und die Ansteuerung des Funktionsgeneratorbausteins zur Erzeugung verschiedener Signalformen.

4 Die Schaltung: Umfasst die hardwareseitige Realisierung inklusive Frequenzabstimmung, D/A-Wandlung, Signalverstärkung und Frequenzmessung.

5 Touch-Panel: Beschreibt die Ansteuerung und Auswertung des Touch-Panels als Eingabeeinheit für die Frequenz- und Spannungswerte.

6 Software: Dokumentiert den Programmablauf, die Treiberkonfiguration und die Steuerungslogik zur Regelung der Hardwarekomponenten.

7 Zusammenfassung: Fasst die Ergebnisse der Arbeit zusammen und bewertet die Erfüllung der Anforderungen an den Funktionsgenerator.

Schlüsselwörter

Funktionsgenerator, Mikrocontroller, BASIC-Tiger, MAX038, Signalgenerierung, Multitasking, D/A-Wandler, Frequenzregelung, Touch-Panel, Elektronik, Schaltungstechnik, Automatisierung, Fourier-Analyse, Mess- und Regeltechnik.

Häufig gestellte Fragen

Worum geht es in der Arbeit grundlegend?

Die Diplomarbeit behandelt die Entwicklung und den Aufbau eines Funktionsgenerators, der als steuernde Einheit einen 32-Bit-Mikrocontroller (BASIC-Tiger) verwendet.

Welches ist der zentrale Funktionsbaustein?

Das Herzstück der Schaltung zur Signalerzeugung ist der Baustein MAX038 der Firma Maxim.

Welche Ausgangssignale werden unterstützt?

Das System kann Sinus-, Rechteck-, Dreieck- und Sägezahnsignale im Frequenzbereich von 10 Hz bis 10 MHz erzeugen.

Wie werden die Parameter eingestellt?

Die Eingabe der gewünschten Frequenzen und Amplituden erfolgt durch den Benutzer über ein berührungsempfindliches Touch-Panel.

Welche Rolle spielt Multitasking?

Multitasking ermöglicht es dem BASIC-Tiger, gleichzeitig Steuersignale zu generieren, Schnittstellen zu bedienen und das Display zu verwalten, ohne dass der Programmablauf durch rechenintensive Aufgaben blockiert wird.

Wie wird die Ausgangsspannung geregelt?

Die Ausgangsspannung wird über einen aktiven Vollweggleichrichter gemessen und mittels des Mikrocontrollers nachgeregelt, um Nichtlinearitäten und Bauteiltoleranzen auszugleichen.

Wie wird die Frequenzgenauigkeit sichergestellt?

Da der MAX038 toleranzbehaftet ist, wird eine Frequenzmessung implementiert, bei der das Signal ggf. heruntergeteilt und durch den Mikrocontroller nachgeregelt wird.

Was passiert bei einem Frequenzwechsel im laufenden Betrieb?

Der Mikrocontroller berechnet die erforderlichen Steuerspannungen für den MAX038 und passt gegebenenfalls Kondensatorwahl und Teilerverhältnisse an, um einen kontinuierlichen Betrieb zu gewährleisten.