Die Baugruppe Len_Step eignet sich für Anwendungen mit vielen Meßtastern zur Wegmessung und halbautomatische Meßeinrichtungen, bei denen eine Positionierung des Meßobjektes notwendig ist. Ferner dient sie als Erweiterungsmodul für die Baugruppe PL03; die Ankopplung erfolgt dabei über die Multiprozessorschnittstelle.
Für alle Teile der Schaltung sind im Laufe der Zeit stabile und effiziente Treiberroutinen entstanden, die die Entwicklungszeit bei neuen Applikationen deutlich verkürzen und überschaubar halten. Anfragen erwünscht:
sin/cos-Eingänge für analoge Inkrementalgeber (Steckerbelegung)
Vorzugsweise werden die 90° phasenverschobenen Ausgangssignale von optischen Meßtastern (+/- 10µA z.B. Heidenhain MT12, MT25) aufbereitet und verarbeitet . Zur Versorgung des Gebers stehen +5V zur Verfügung. Die Signale werden 4-fach ausgewertet, sodaß die genannten Meßtaster Auflösungen von 2,5µm liefern. Der Eingang HDH1 bietet zusätzlich eine 5-fach analoge Interpolation, die die Auflösung auf 0,5µm erhöht. Eine Auswertung des Referenzimpulses (nur bei HDH1, HDH4 und HDH5) wird per Programm ein- oder ausgeschaltet. Die internen Zähler haben 16 bit; die Grenzfrequenz beträgt 50kHz. Bei Inkrementalgebern mit Spannungsausgang sind externe Abschwächer vorzusehen (Serienwiderstand 100kOhm/Volt). zum Seitenanfang
sin/cos-Eingang für digitale Inkrementalgeber (Steckerbelegung)
Zwei Eingänge sind für digitale Inkrementalgeber vorgesehen. Die Signale werden 4-fach ausgewertet und sind bevorzugt für Meßlineale vorgesehen, die mit 40µm Intervallen eine Auflösung von 10µm liefern. Die internen Zähler haben 16 bit; die Grenzfrequenz beträgt 50kHz. Per Software lassen sich die Zähler bei Bedarf auf 24 oder 32 Bit erweitern.
Zur Versorgung der Inkrementalgeber werden +5V bzw. +12V (per Software) zur Verfügung gestellt. Die digitalen Eingänge sind mit RS232-Leitungsempfängern 1489 aufgebaut. Daraus resultieren die technischen Daten: 3-7kOhm Eingangswiderstand, +/-30V Eingangssignalbereich, Schaltschwelle bei ca. 1,3V mit ca. 0,3V Hysterese. Die Eingänge von Lineal2 sind mit 10k-Pullup-Widerstand nach +5V beschaltet; externe passive Inkrementalgeber lassen sich somit direkt anschießen. zum Seitenanfang
analoge Eingänge 0-5V / 10bit (Steckerbelegung)
Zwei analoge Eingänge werden vom prozesserinternen AD-Wandler mit 10bit Auflösung ausgewertet: Wandlungszeit < 10µs. Diese Eingänge verfügen über je 3k3-Pullup-Widerstände nach +5V. NTC-Widerstände oder andere Temperaturfühler (z.B. LM335) lassen sich direkt anschließen. Die Verwendung ist beliebig: Potentiometer, Fußtaster, Schlüsselschalter, Mehrfachschalter über unterschiedliche Widerstände. zum Seitenanfang
Schrittmotorausgang 2 x 0,5A (Steckerbelegung)
Dieser Ausgang treibt einen 2-phasigen bipolaren Schrittmotor kleiner Leistung (typ. 5,6V / 0,64A pro Strang). Der Konstantstrom-Ausgang kann max. 0,7A liefern; die eingestellten 0,5A / Strang werden nur bei geringen Schrittzahlen (500/s) erreicht. Wegen des induktiven Verhaltens von Schrittmotoren sinkt der Strom bei höheren Schrittraten (einige kHz) weiter ab. Der Ruhestrom kann per Software auf 1/3 des nominalen Wertes gesenkt werden. zum Seitenanfang
4-fach Schaltausgang 0,5A push-pull (Steckerbelegung)
Zur Ansteuerung von Relais/Ventilen stehen vier push-pull Ausgänge mit Freilaufdiode zur Verfügung. Die Ausgänge AB und CD des Treiber ICs L293D können per Programm auch deaktiviert werden (three-state). Der Gesamtstrom der Ausgänge A, B, C, D ist vom Prozessor überwachbar (Meßwiderstand 0,33 Ohm; interner AD-Wandler 10bit). zum Seitenanfang
Multiprozessor-Schnittstelle 62,5kBd (Steckerbelegung)
Zur Erweiterung der PL03 mit externen Modulen (Tastatur-Display, weitere PL03) wird die 2. ser. Schnittstelle des Prozessors an einer separaten Steckerleiste herausgeführt. Neben den Signalen TxD (Treiber mit off. Kollektor+Pulldown) und RxD sind +5V, +12V, ein Schaltsignal zum Ein-/Ausschalten der Stromversorgung sowie ein Eingang für ext. Interrupt beschaltet. Diese Schnittstelle kann als weitere RS232 verwendet werden, eignet sich aber bevorzugt zur schellen und einfachen Anbindung von weiteren Modulen mit 62,5kBd. Das Übertragungsformat ist kompatibel zum 8051-Multiprozessorformat. zum Seitenanfang
ser. PC-Schnittstelle (mod. RS232) mit off. Kollektor+Pulldown (Steckerbelegung)
Dies ist die Standard-Schnittstelle zum Anschluß eines externen Rechners (PC) und zum Download von Programmen ins Flash-EPROM. Eingangsseitig sind die Signale RxD und DSR (hardware handshake) vorhanden. TxD ist als Ausgang mit offenem Kollektor und Pulldown-Widerstand ausgeführt. Hierdurch lassen sich bis zu fünf PL03 an einem PC betreiben: Datenabfrage nach Adressierung vom PC. Die Signalleitungen RxD, TxD und DSR sind über T-Filter geführt und durch bipolare Dioden ESD-geschützt. Die max. Datenrate beträgt 38,4kBd. zum Seitenanfang
leistungsfähige Mikroprozessorsteuerung
Während sich die periphere Hardware auf der Leiterplatte befindet, ist die Mikroprozessorsteuerung huckepack auf der Grundplatine eingesteckt. Das verwendete Modul CHIP_3003 ist an anderer Stelle ausführlich beschrieben. zum Seitenanfang
12V-Stromversorgung (Steckerbelegung)
Die gesamte Baugruppe Len_Step wird aus einer einzigen Stromquelle 12V/DC gespeist: externes (Schalt-)Netzteil oder Akku. Das Ein- und Ausschalten erfolgt leistungsfrei über einen Taster. Neben dem Anschluß für den Ein-/Austaster liefert die betreffende Stiftleiste noch eine strombegrenzte Hilfsspannung für eine LED ('EIN') und einen geschalteten 12V-Ausgang (z.B. Erweiterungsmodul, Lüfter).
Alle benötigten Spannungen werden intern aus den +12V erzeugt: +5V, +8V, +18V, -8V und geschaltete +12V für Leistungsausgänge (Motore, Relais, Ventile). Eine Schottkydiode 2A sorgt für einen Verpolungsschutz am Eingang und setzt den Grenzwert für die max. Dauerstromaufnahme.
Bei Verwendung eines Netzteils, sollte dies der Applikation angepaßt und kurzschlußfest sein. Andernfalls (z.B. bei Betrieb an einem Akku), ist die Schaltung mit einer entsprechenden Sicherung abzusichern: typisch 2,5A flink.
Bei Unterbrechnung der Versorgungsspannung für mehrere 10ms (lastabhängig), sorgt ein Unterspannungsdetektor für ein Abschalten der internen Stromversorgung und verhindert ein Einschalten beim erneuten Anlegen der +12V Versorgungsspannung. Neben dem manuellen Taster kann auch der Prozessor die interne Stromversorgung programmgesteuert abschalten (z.B. Gerät zu lange unbenutzt).
Die Pufferung der Stromversorgung von RAM und Uhr übernimmt eine CR2330 Lithiumbatterie, die unter normalen Einsatzbedingungen mehr als fünf Jahre durchhält. zum Seitenanfang
Alle Bauteile finden auf einer 4-lagigen Leiterplatte 180x100mm² Platz, die mit vier Schrauben M3 an den Eckpunkten im Gerät befestigt werden kann. Die minimale Bauhöhe beträgt 30mm auf der Bestückungs- und 5mm auf der Lötseite. Die Anschlüsse sind an zwei Außenrändern der Leiterplatte angeordnet. Die Stromversorgung wird über eine Schraubklemme geführt. zum Seitenanfang
Steckerbelegung: Die Steckerleisten sind so beschaltet, daß sich ein möglichst einfacher externer Anschluß ergibt: zusammengehörige Pins liegen beieinander. Bei der ser. PC-Schnittstelle ergibt sich eine sinnvolle Belegung, indem diese über ein Flachbandkabel mit einem 9-pol. Sub-D-Stecker (male) verbunden wird.
5 x analoge Inkrementalgeber (Heidenhain MT12):
10-pol. Steckerwanne HDH1 - HDH5
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Pin Nr.
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1
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Phase A, Stromeingang |
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2
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GND |
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3
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+5V-Ausgang f. Meßtaster |
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4
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GND |
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5
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Phase B, Stromeingang |
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6
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GND |
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7
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Index, Stromeingang, HDH 1, 4 und 5 |
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8
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GND |
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9
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GND |
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10
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GND |
Die Pinbelegung erlaubt eine einfache Verdrahtung einer HDH-Buchse: 1->1 bis 8->8; Pin 9+10 verdrillt an Schirm (Mitte).
2 x digitaler Inkrementalgeber: 5-pol. Stiftleiste Lineal1+Lineal2
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Pin Nr.
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1
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GND, 0V |
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2
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frei |
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3
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Phase A, 0V/5V |
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4
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Phase B, 0V/5V |
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5
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+5V/+12V f. Weggeber |
Die Pinbelegung erlaubt eine einfache Verdrahtung einer 7-pol. DIN-Buchse (z.B. RSF-Weggeber).
ser. PC-Schnittstelle (RS232 mod.): 10-pol. Steckerwanne
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Pin Nr.
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1
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frei |
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2
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DSR, Handshake-Eingang |
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3
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RxD, ser. Dateneingang |
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4
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verbunden mit Pin6 |
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5
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TxD, ser. Datenausgang |
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6
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verbunden mit Pin4 |
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7
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frei |
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8
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frei |
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9
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GND, 0V |
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10
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GND, 0V |
Die Pinbelegung erlaubt eine einfache Verdrahtung eines 9-pol. SubD-Steckers (Quetschverb.).
ser. Multiprozessor-Schnittstelle (62,5kBd): 10-pol. Steckerwanne
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Pin Nr.
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1
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+5V-Ausgang |
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2
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+5V-Ausgang |
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3
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RxD-Multiprozessor-Eingang |
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4
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Ein-Aus-Eingang f. Taster |
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5
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TxD-Multiprozessor-Ausgang |
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6
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+12V-Ausgang |
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7
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/int-Multiprozessor-Eingang |
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8
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GND, 0V |
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9
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GND, 0V |
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10
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GND, 0V |
4x0,5A-Ausgang: 10-pol. Steckerwanne
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Pin Nr.
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1
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Ausgang A |
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2
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+12V-Ausgang |
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3
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Ausgang B |
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4
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+12V-Ausgang |
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5
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Ausgang C |
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6
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+12V-Ausgang |
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7
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Ausgang D |
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8
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+12V-Ausgang |
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9
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GND_L293 (0V über 0,33 Ohm) |
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10
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GND_L293 (0V über 0,33 Ohm) |
2x0,5A-Schrittmotorausgang (bipolar): 5-pol. Stiftleiste
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Pin Nr.
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1
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Phase 2B |
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2
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Phase 2A |
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3
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GND, 0V |
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4
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Phase 1B |
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5
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Phase 1A |
2xanaloge Eingänge 10bit: 3-pol. Stiftleiste
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Pin Nr.
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1
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ana.-Eingang 1 (AIN7) |
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2
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GND, 0V |
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3
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ana.-Eingang 2(AIN6) |
Ein-Aus-Taster, LED, 12V-Ausgang: 5-pol. Stiftleiste
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Pin Nr.
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1
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GND, 0V |
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2
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Ein-Aus-Taster gegen 0V |
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3
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LED-Ausgang (ca. 5mA) |
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4
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GND, 0V |
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5
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+12V-Ausgang (geschaltet) |
12V-Stromversorgungs: 2-pol.-Schraubklemme
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Pin Nr.
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1
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0V-Versorgungsspannung |
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2
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+12V-Versorgungsspannung |
Anfragen: