22 spannende USB-Experimente

Neugier genügt!
Mit diesem Lernpaket schafft jeder den ersten Einstieg in die Elektronik mit USB. Ganz ohne Vorkenntnisse - mit einfachsten Experimenten geht es los.

Heute sind die PCs neuster Generation nur noch mit USB ausgestattet.
Beschäftigt man sich mit der USB-Schnittstelle, ist die Komplexität für manche Anwender zunächst abschreckend.
Wo man früher noch mit der parallelen oder seriellen Schnittstelle des PCs die eigene Elektronik einfach steuern und regeln konnte, muss man sich heute zwangsweise mit USB auseinandersetzen.
Der in diesem Lernpaket verwendete FTDI-USB-Baustein zeigt Ihnen, wie interessante USB-Steuerungen oder USB-Datenerfassungssysteme zum Teil auch ohne Mikrocontroller aufgebaut werden können.

Das USB-Lernpaket startet mit einfachen LED-an-, LED-aus- und Ampelversuchen über USB.
Ein Beispiel einer Alarmanlage und wie man den Wasserstand in einem Aquarium überwachen kann, vertiefen das gelernte Wissen.
Auch der Spaß soll nicht zu kurz kommen:
Haben Sie noch irgendwo ein Quarzuhrwerk, das nach einem kleinen Umbau über USB zum Flaschendrehspiel mutieren kann?

Anschließend werden die im Lernpaket enthaltenen Beispiele komplexer. Messungen von Helligkeit oder Temperatur mit einem selbst gebauten Analog/Digital-Wandler vermitteln weitere Grundlagen, die sowohl für die Software, für USB als auch für die Hardware notwendig sind.
Manch einer wird sich danach vielleicht wundern, wie einfach ein selbst gebauter A/D-Wandler mit ein paar Zeilen in der Anwendungssoftware behandelt werden kann.
Ein kleiner Fernbedienungstester mit Fotodiode, ein Voltmeter, ein Kennwort-Datenspeicher und die Verwendung als USB-Dongle sind weitere praktische Beispiele.

Da der Lernadapter auch als USB-Seriell-Konverter für Mikrocontroller-Anwendungen dienen kann, werden zusätzliche Softwarebeispiele für die Verwendung mit serieller Kommunikation aufgeführt.

Sie werden sehen, wie man die Ein- und Ausgabeleitungen auch für komplexe Schnittstellen wie I2C oder SPI verwenden kann.
Die Umsetzung einer USB-I2C-Schnittstelle wird zum Kinderspiel, da ein Software-Logikanalyzer das Daten- und Taktsignal im tatsächlich erzeugten Timing-Diagramm visualisiert.
Sie können in fünf einfachen Schritten eine universelle I2C-Schnittstelle entwickeln.

Ein weiteres Softwarebeispiel in diesem Lernpaket zeigt Ihnen in Ansätzen, wie man eine Flash-Programmierung des AT89LP-Mikrocontrollers über die SPI/ISP-Schnittstelle bewerkstelligen kann.

Wenn Sie bereits die Mikrocontroller-Elektronik entwickelt, aufgebaut und programmiert haben, können Sie den Adapter in diesem Lernpaket auch direkt als USB-Seriell-Konverter
oder SPI/RS232-Programmieradapter benutzen.

Die einzelnen Beispiele werden detailliert erläutert und sind umfangreich illustriert, damit die Zusammenhänge zwischen der Visual-Basic-Software sowie Hardware und mit dem verwendeten USB-Baustein FT232R nachvollzogen und für eigene Ideen verwendet werden können.

Inklusive: USB-Adapter + Platine + 17 Bauteile + Software + Handbuch-CD

SYSTEMANFORDERUNGEN
Windows 2000 / XP / Vista, 1 freier USB 2.0-Anschluss, gegebenenfalls ein USB-Verlängerungskabel, CD-ROM-Laufwerk, mindestens S-VGA-Grafik (800 x 600 Punkte oder höher)
Drucken Sie das vollständige Benutzer-Handbuch auf der beigefügten CD-ROM aus.
Dort erhalten Sie eine ausführliche Beschreibung des Lernpakets.
Bevor Sie den USB-Adapter an einen freien USB-Port anschließen beachten Sie bitte die Hinweise zur erforderlichen Treiberinstallation in Kapitel 5 des Handbuchs.

INHALT DES LERNPAKETS
1 * USB-Adapter in SMD-Ausführung (mit Jumper)
1 * Verbindung, 10pol von USB-Adapter zur Zusatzkarte
1 * Zusatzkarte
1* CD-ROM mit Dokumentation im PDF-Format, Beispielprogrammen und wichtigen Datenblättern
Weitere Bauteile:
1 * Duo LED 5 mm    (in einem etwas milchigem Gehäuse)
1 * Fotodiode BPW 40    (LED in einem glasklaren Gehäuse)
3 * LED 5 mm    (1 * rot, 1 * grün , 1 * gelb)
1 * LDR
1 * Widerstand 100k    1 * Diode BAT 42
1 * Widerstand 27 Ohm    1 * Anschlussdraht
1 * Elko 100pF    1 * Jumper
1 * 24C16 EEPROM

HANDBUCH
Das Handbuch ist als PDF-Dokument auf der CD-ROM abgelegt.
Legen Sie die CD ein und Sie erhalten ein Menü auf Ihrem Desktop.
Sollte das Menü nicht automatisch erscheinen, ist die Autostart-Funktion Ihres Laufwerkes deaktiviert.
Doppelklicken Sie in diesem Fall auf das betreffende Laufwerk im Arbeitsplatz, um das Menü manuell aufzurufen.
Sie können das Handbuch dann im Menü aufrufen.
Sofern Sie keinen PDF-Reader installiert haben, können Sie den Acrobat-PDF-Reader auf Ihren Computer installieren.
Klicken Sie im Menü unten rechts auf das Adobe-Reader Symbol, um die Installation zu starten.
Wir empfehlen Ihnen, die Beispielprogramme von der CD auf Ihren Computer zu kopieren.

Hinweis zur Hardware
So wird die Zusatzkarte mit dem USB Adapter verbunden:
Aktuelle Informationen zum Lernpaket finden Sie im auch Internet unter www.minimikro.de im Bereich „USB in der Elektronik".

HOTLINE/SUPPORT
Bei Fragen zur Installation, Problemen oder Störungen im Zusammenhang mit diesem Softwareprodukt wenden Sie sich bitte an das FRANZIS Kundensupport-Team.
mailto:[email protected]
Per Telefon (Montag bis Freitag 12 bis 18 Uhr): 0900 140 96 41 (0,44 € pro Minute aus dem dt. Festnetz, mobil ggf. abweichend)

Bei Anfragen aus Österreich und der Schweiz stehen folgende Rufnummern zur Verfügung:
Telefon: 0900 / 45 46 46 (1,56 € pro Minute für Anrufer aus Österreich)
Telefon: 0900 / 47 03 70 (1,00 SFr. pro Minute für Anrufer aus der Schweiz)

Bitte haben Sie Verständnis, dass Ihre Anfragen ausschließlich vom FRANZIS Kundensupport-Team entgegen genommen werden können.
Dadurch verbessern wir für Sie nachhaltig unseren Service und Ihre Fragen werden schnell und kompetent beantwortet.
So klappt es mit der Kundensupport-Hotline:
Halten Sie am Telefon bitte die wichtigsten Daten zu Ihrem PC System und zum Produkt zur Verfügung:
•    Titel des Produktes
•    Produkt-ISBN-Nummer (Diese finden Sie immer auf der Rückseite der jeweiligen Produktverpackung über dem optisch markanten Strichcode).
•    Betriebssystem Ihres PCs
•    Ausstattung Ihres PCs mit allen Peripheriegeräten

2011 Franzis Verlag GmbH, Gruberstr. 46a, D-85586 Poing

x300_c_FRANZIS-x_Lernpaket Experimente mit USB - HANDBUCH (182 Seiten)_1a.pdf

Inhalt

1 Materialliste und die Beschreibungen einzelner Bauelemente .......... 13

2 Messen, Steuern und Regeln mit PC-Schnittstellen .................... 14
2.1 Informationseinheiten – Daten ..................................... 17
2.2 Binär zählen (Logische 0 und 1) ................................... 18
2.3 Russisches Bauernrechnen .......................................... 19
2.4 Bits und Bytes .................................................... 19

3 USB-Grundlagen ...................................................... 20
3.1 USB 1.0, 1.1, 2.0, On-The-Go ...................................... 20
3.2 Strom, Spannung- und Geräte-Identifikation der USB-Schnittstelle .. 21
3.3 Serielle Datenübertragungen USB-RS232-SPI-I2C ..................... 22
3.4 USB – unbekannter serieller Bus ................................... 22
3.5 USB-Transfertypen ................................................. 23
3.6 FTDI-USB-Treiber .................................................. 24
3.7 USB-Anbieter-Identifizierung ...................................... 25

4 Hardware USB-Zusatzplatine .......................................... 26
4.1 Hardware USB-Adapter und Beschreibung ............................. 26
4.2 Hardware Zusatzplatine ............................................ 28
4.3 Der interne Aufbau des FT232R von FTDI ............................ 30
4.4 Funktionen des FT232R von FTDI .................................... 32
4.5 Beispiel für seriellen Anschluss eines Mikrocontrollers an USB .... 33

5 Installation des FTDI-Treibers Version 2.X .......................... 35
5.1 FTDI-USB-Treiber entfernen ........................................ 38

6 Kontaktaufnahme ..................................................... 39
6.1 Das erste VB-Beispielprogramm aufrufen ............................ 40
6.2 Die ersten Programmaufrufe in der FTD2XX.dll-Bibliothek ........... 41
6.3 Das Programm Beispiel 1 in Visual Basic ........................... 41
6.4 FTD2XX-Funktionen für VB deklarieren .............................. 42
6.5 Quellcode mit FT_ListDevices und FT_OpenEx ........................ 43
6.6 Die weiteren Funktionsaufrufe mit FT_ListDevices .................. 46
6.7 Die Verwendung als USB-Dongle ..................................... 47
6.8 Die Funktionsaufrufe FT_OpenEx und FT_Close ....................... 48

7 Lichtspiele (serielle Ausgänge DTS/RTS/TxD) nutzen .................. 49
7.1 LED an – LED aus (Aufrufe FT_ClrDtr, FT_SetDtr) ................... 50
7.2 LED aus – LED an, statt an – aus .................................. 53
7.3 LED an – LED aus (Aufrufe FT_ClrRts, FT_SetRts) ................... 53
7.4 LED-Blitz ......................................................... 54
7.5 LED-PWM – die Helligkeit einer LED steuern ........................ 56
7.6 Eine 2-Farben(DUO)-LED steuern .................................... 58
7.7 Wechselblinker mit DUO-LED ........................................ 61
7.8 Den TxD-Ausgang schalten (FT_SetBreakOn, FT_SetBreakOff) .......... 62
7.9 Beispiel Ampelschaltung mit 3 LEDs ................................ 63
7.10 Schaltungsbeispiel USB-Leselampe ................................. 64
7.11 Schaltungsbeispiel: LED als Solarzelle ........................... 65

8 Eingänge abfragen (Funktion FT_GetModemStatus) ...................... 66
8.1 Eine Alarmanlage .................................................. 69
8.2 Alarm-Impulszähler ................................................ 70
8.3 Schaltungsbeispiel Alarmanlage .................................... 71
8.4 Ist die Katze da? ................................................. 73
8.5 Vorsicht Wasser ................................................... 74
8.6 LDR – Ist es hell oder dunkel? .................................... 75
8.7 Alarmanlage mit einer Lichtschranke erweitern ..................... 76
8.8 LDR-Widerstand genauer ermitteln .................................. 77

9 Ein Quarzuhrwerk steuern (Flaschendrehspiel) ........................ 82
9.1 Die Spule anschließen ............................................. 82
9.2 Die Flaschendrehspiel-Software .................................... 84

10 BitBang – USB gibt Gas (FT_SetBitMode, FT_Write, FT_Read) .......... 86
10.1 Der synchrone BitBang-Mode ....................................... 87
10.2 Eingangssignale D0-D7 mit BitBang abfragen (FT_GetBitMode)........ 93
10.3 Der Quellcode für den BitBang-Mode ............................... 94
10.4 BitBang und die Emulation anderer Schnittstellen ................. 97

11 Ein einfacher A/D-Wandler mit BitBang .............................. 99
11.1 A/D-Wandler-Konzept .............................................. 99
11.2 Schaltbild A/D-Wandler mit einem Komparator ..................... 101
11.3 Der erste A/D-Wandler-Softwaretest .............................. 102
11.4 Das Zusammenspiel Software – USB – Hardware ..................... 104
11.5 Der Quellcode zum A/D-Wandler ................................... 106
11.6 Der vorgeschaltete Operationsverstärker ......................... 109
11.7 Multimeter – Spannungen am analogen Eingang E2 messen ........... 110
11.8 Batterietester .................................................. 113

12 Temperatur mit einem NTC messen ................................... 115
12.1 Software-Beispiel Temperaturmessung ............................. 116
12.2 Quellcode-Temperaturmessung ..................................... 117

13 Frequenzen erzeugen und Anwendungen ............................... 119
13.1 Frequenzgenerator mit seriellen Schnittstellensignalen .......... 119
13.2 Frequenzgenerator mit BitBang ................................... 119
13.3 D/A-Wandler mit PWM ............................................. 122

14 Kennwort-Datenspeicher – FTDI-BitBang mit I2C-EEPROM .............. 125
14.1 Grundlagen EEPROM-Datenspeicher ................................. 125
14.2 Grundlagen I2C-Schnittstelle .................................... 125
14.3 Das EEPROM sucht Anschluss ...................................... 127
14.4 Vorüberlegungen ................................................. 127
14.5 In 5 Schritten zum Erfolg ....................................... 129
14.6 Daten-Fishing ................................................... 136
14.7 Bedienung der Kennwortspeicher-Software ......................... 139
14.8 Kennwortspeicher-Software-Auszüge aus dem Quellcode ............. 140
14.9 Software-Beispiel I2C-Zweidrahtverbindung ....................... 142

15 IR-Fernbedienung testen, Fotodiode im Einsatz ..................... 145
15.1 Infrarot-Datenübertragung im RC5-Code ........................... 146
15.2 Beispielsoftware IR-Fernbedienungstest .......................... 147
15.3 Quellcode IR-Fernbedienungstest ................................. 150
15.4 Tochterblitz mit Fotodiode ...................................... 152
15.5 Auswertungen in einem Timing-Diagramm ........................... 152

16 Analyzer für digitale Signale bis 60 kHz .......................... 154

17 8-Kanal-Logikanalyser ............................................. 156
17.1 Digitale Schaltungen analysieren ................................ 158

18 Steuerung von Schrittmotoren ...................................... 159
18.1 Ein unipolarer Schrittmotor sucht Anschluss ..................... 160
18.2 Schrittweise steppen ............................................ 161
18.3 Software-Beispiel für einen Schrittmotor ........................ 162

19 Software-Beispiel serielles Schreiben und Lesen ohne VCP-Treiber .. 165

20 Beispiel Flash-Programmierung der Atmel-AT89LP-Mikrocontroller .... 169
20.1 ISP-Programmierung des Atmel AT89LPx052 über SPI ................ 171
20.2 Ein Visual-Basic-Beispiel – 2-K-Flash lesen ..................... 173

21 Literaturhinweise ................................................. 179

Sachverzeichnis ...................................................... 181

USB-Adapter

Steckerbelegung serielle Signalleitungen

Schaltplan des USB-Adapters mit FT232R  von Fa. FTDI

Es emuliert der im Lernpaket verwendete FTDI FT232R Controller im Grundsatz eine serielle Schnittstelle für den USB-Anschluss.

Schaltbild Zusatzkarte

Bauteileliste Zusatzkarte:
Bauteil Wert
C1 100nF
C2 100nF
C3 100uF
C4 0,47uF
IC1 LM358N   DIL-08
JP1 1X02   Pinhead + Jumper
P1 100k Poti-Linear
R1 100k R-EU_0204/7
R2 39k
R4 10k
R5 10k
S1 20-pin, DIL-20 gedrehter Sockel
T1 BC557A   TO-92
T2 BS170 TO-92
USB 2X05



Lernpaket-Bauteile:

1 × Duo-LED 5mm (2-pol.)
3 × LED 5 mm  1 × rot, 1 × grün, 1 × gelb
1 × LDR
1 × Fotodiode BPW40
1 × NTC 4,7k  (4700)
1 ×Widerstand 1k (Ringfarben: braun-schwarz-rot)
1 ×Widerstand 10k  (Ringfarben: braun-schwarz-orange)
1 ×Widerstand 100k (Ringfarben: braun-schwarz-gelb)
1 ×Widerstand 27 Ohm (Ringfarben: rot-violett-schwarz)
Hinweis: Diese Widerstände können auch in Metallfilmausführung mit anderen Farbringen sein:
1 ×Widerstand 1k (Metallfilm, Ringfarben: braun-schwarz-schwarz-braun)
1 ×Widerstand 10k (Metallfilm, Ringfarben: braun-schwarz-schwarz-rot)
1 ×Widerstand 100k (Metallfilm, Ringfarben: braun-schwarz-schwarz-orange)
1 ×Widerstand 27 Ohm (Metallfilm, Ringfarben: rot-violett-schwarz-gold)
1 × Elko 100uF
1 × 24C16 EEPROM
1 × Diode BAT42
1 × Anschlussdraht Dm=0,64mm
1 × Verbindung 10-polig von USB-Adapter zur Zusatzkarte
1 × Jumper
1 × CD-ROM mit Dokumentation in PDF-Format, Beispielprogrammen und wichtigen Datenblättern



Literaturhinweise
[0] USB-Handbuch für Entwickler
[1] www.wikipedia.de
[2] GMS-Bentheimer Softwarehaus GmbH www.gms2000.de
[3] Atmel-Spezifikationen: www.atmel.com
[4] FTDI, www.ftdichip.com
[5] B. Kainka, Basiskurs Mikrocontroller
[6] Reichelt Elektronik, www.reichelt.de
[7] www.heise.de/ct



DIN A4  ausdrucken
Impressum: Fritz Prenninger, Haidestr. 11A, A-4600 Wels, Ober-Österreich, mailto:[email protected]
ENDE