B. Kainka

Arduino Messlabor            

Vorwort

Vorwort

Ein gut ausgerüstetes Elektronik-Labor steht voll mit Netzteilen, Messgeräten, Prüfeinrichtungen und Signalgeneratoren. Dazu kommen Werkzeuge, Bauteile und die vielen Baugruppen und Projekte, an denen man gerade arbeitet. Da kann es schon mal eng werden im Labor. Wäre es da nicht besser, wenn man ein kompaktes Gerät für fast alle Aufgaben hätte? Alles in einem, klein und vielseitig, dazu noch preiswert und leicht zu beschaffen.  

Nach mehreren Versuchen mit anderen Systemen fiel die Wahl auf den Arduino Nano. Auf dieser Basis soll ein möglichst vielseitiges PC-Interface zum Messen und Steuern entwickelt werden. Es hängt einfach an einem USB-Kabel und bildet je nach Software den Messkopf eines Digitalvoltmeters oder PC-Oszilloskops, einen Signalgenerator, eine einstellbare Spannungsquelle, einen Frequenzzähler, ein Ohmmeter ein Kapazitäts-Messgerät, einen Kennlinienschreiber und noch viel mehr.

Die hier zusammengetragenen Schaltungen und Methoden sind nicht nur für genau diese Aufgaben im MSR-Labor relevant, sondern viele Details sind auch in ganz anderen Zusammenhängen einsetzbar. Oft stößt man bei der Entwicklungsarbeit mit Mikrocontrollern auf komplexe Aufgabenstellungen im Bereich der Messtechnik. Vielfach lassen sich dann die Methoden aus diesem Buch einsetzen. Man hat jeweils einen Startpunkt und kann die Software in die gewünschte Richtung weiter entwickeln.

Bleiben sie kreativ!

Ihr Burkhard Kainka

Software und weitere Informationen zum Buch: www.elektronik-labor.de/AVR/ArduinoMSR.html

Inhalt

1 Vorbereitungen    1
1.1 Wahl des Controllers    1
1.2 Der Arduino Nano    4
1.3 Spannungsversorgung    5

2 Vorversuche    8
2.1 Portausgaben    8
2.2 Analoge Ein- und Ausgaben    12
2.3 Der serielle Plotter    15
2.4 PWM-Signalgenerator    18
2.5 Ein Sägezahn-Generator    20
2.6 Direkte digitale Synthese    23

3 GCC-Programmierung    27
3.1 Schnelle Portausgaben    27
3.2 PWM-Ausgabe    28
3.3 Timer-Interrupt    32
3.4 Schneller Sinus-Generator    34
3.5 AD-Zwischenspeicherung    41

4 Das MSR-Labor    49
4.1 Zweikanal-DDS-Generator    50
4.2 Binäre serielle Übertragung    52
4.3 Frequenzeinstellung    55
4.4 Ablenkzeiten und Zweikanal-Betrieb    59
4.5 Triggerung    64
4.6 Gleichspannungs-Ausgabe    66

5 Zusätzliche Ein- und Ausgänge    70
5.1 Phaseneinstellung der DDS    71
5.2 Signalgenerator bis 8 MHz    72
5.3 Frequenzmessung    76
5.4 Zusätzliche Analogeingänge    81
5.5 Kapazitätsmessung ab 1 pF    84
5.6 Widerstandsmessung bis 1 MΩ    87
5.7 Widerstandsmessung ab 1Ω    89

6 Messungen und Experimente    91
6.1 Unterabtastung    91
6.2 Untersuchung bei höheren Frequenzen    94
6.3 Messung an einem synchronen Signal    96
6.4 Frequenzgang eines Tiefpassfilters    98
6.5 Ein LC-Tiefpass    102
6.6 LC-Resonanz    105
6.7 Transistor-Prüfschaltung    108

7 Firmware-Erweiterungen    113
7.1 Alternative DDS-Funktionen    113
7.2 Reduzierte Amplitude    114
7.3 Dreieck und Sägezahn    115
7.4 XY-Darstellung    118
7.5 Frequenz-Sweep    122
7.6 Rampenfunktion    125
7.7 Messung von Kennlinien    129

8 Anwendungsbeispiele    133
8.1 Der Emitterfolger    133
8.2  Emitterfolger als Impedanzwandler    134
8.3 Sallen-Key-Filter    136
8.4 Schwebungsgenerator    138
8.5 Operationsverstärker    140
8.6 Spannungsverdopplung    143
8.7 Allpassfilter    145
8.8 Bandpassfilter    148

Anhang    151
Liste der verwendeten Bauteile    151