Mikrocontroller an den Computer (USB)

Einleitung

Möchtet ihr eure Schaltung mit dem PC verbinden?

Dafür bieten die meisten Mikrocontroller (µC) den UART (RS232) Port an. Früher wurden am Computer über diesen Port Modems oder andere externe Geräte angeschlossen. Heute haben Laptops so einen Port nicht mehr und normale PC’s besitzen diesen Port ggf. nur noch direkt auf dem Mainboard.

Die Möglichkeiten

Um also die eigene Schaltung mit UART an den PC anzubinden gibt es folgende Möglichkeiten:

  • Den UART-Port auf dem Mainboard nach außen führen.
    • Einfach zu installieren.
    • Man benötigt jedoch einen Pegelwandler (MAX232) an der eigenen Schaltung!
    • Wenn der PC ausgetauscht wird, ändert sich ggf. die Pinbelegung auf dem Mainboard oder das neue Mainboard hat keinen UART-Anschluss mehr.
  • USB->UART Adapter kaufen
    • Funktioniert mit fast jedem Betriebssystem.
    • Kostet wenig.
    • Portierbar auf jeden Computer mit USB
    • Man benötigt weiterhin einen Pegelwandler.
    • Man ein zusätzliches Gerät das zu Hause rumfliegt.
  • USB->UART Konverter (FT 232 RL) in der eigenen Schaltung
    • Auf fast jedem Betriebssystem einsetzbar.Auszug aus dem Datenblatt:
      Windows 98, 98SE, ME, 2000, Server 2003, XP.
      Windows Vista / Longhorn
      Windows XP 64-bit.
      Windows XP Embedded.
      Windows CE.NET 4.2 & 5.0
      MAC OS 8 / 9, OS-X
      Linux 2.4 and greaterGetestet auf: Windows XP und 7 sowie Linux Mint 13.
    • Kann an jeden Computer eingesetzt werden der USB 2.0 besitzt.
    • Wenige externe Teile (4 Kondensatoren)
    • nur SMD!

Der FT 232 RL

Wie ihr seht, hat dieser Chip einige Vorteile. Er wird ebenfalls sehr oft in den USB->UART Adaptern eingesetzt. Dahinter befindet sich jedoch ein Pegelwandler der den direkten Einsatz mit dem µC wieder unmöglich macht. Ein weiterer Vorteil ist, dass man die eigene Schaltung direkt mit der USB Spannung versorgen kann solange der Strom 500mA nicht überschreitet (auch im Peak). Es gibt auch USB Ports die 1A können, diese sind aber nicht immer vorhanden!

Beschaltung

Der FT 232 RL liefert an Rx und Tx sowie an allen anderen Signal Pins 5V (in meiner Schaltung). Betreibt man jedoch seine eigene Schaltung mit 3,3V muss man VCCIO des FT 232 RL ebenfalls auf 3,3V legen. VCC darf weiterhin von den 5V des USB betrieben werden. Man kann auch den 3.3VOUT des FT 232 RL mit dem VCCIO verbinden (Kondensator muss bleiben!). Dann hat man auf jeden fall 3,3V Pegel auf den Signalleitungen! Das funktioniert in der regel auch, wenn die eigene Schaltung mit 5V betrieben wird.

Der von mir gezeigte Schaltplan ist ein Prototyp gewesen. Funktioniert jedoch 100%ig!

In dem Schaltplan sind 3 Anschlüsse vorgesehen.

  • 1x USB
  • 1x 2-Pin (Rx, Tx) (Überflüssig)
  • 1x 4-Pin (5V, Rx, Tx, GND)

Bei der Planung habe ich leider vergessen, dass man die Massen miteinander verbinden muss wenn man verschiedene Spannungsquellen nutzt. Daher gibt es einen 2-Pin Anschluss der eigentlich 3 Pins haben müsste.

Schaltplan und Layout

Die Kondensatoren C2,3,4 sind zur Stabilisierung der Versorgungspannung. C1 sorgt für die Stabilisierung der 3,3V die der Chip selbst erzeugt. Für C2 ist eig. ein 0,01µF vorgesehen. Da ich diesen nicht auftreiben konnte, habe ich einen 0,1µF Elko genommen. Ich merke dabei jedoch keinen Nachteil! Mir wurde gesagt, dass dort auch gut ein 0,01µF (10nF) Keramikkondensator eingesetzt werden kann.

C2,3,4 hängen in diesem Fall an der gleichen Leitung. Jedoch kann man Vcc auch seperat mit Spannung versorgen und dann müssen C3,4 an der Spannungsquelle angeschlossen sein.

Die Platine ist relativ großzügig geplant. Das einzige SMD-Teil ist der IC selbst. Damit die Herstellung einfach bleibt, habe ich darauf geachtet, nur eine Seite der Platine mit Leiterbahnen zu versehen. So ist ein Nachbau wesentlich einfacher.

Kosten

Der FT 232 RL kostet bei Reichelt aktuell (Feb. 2014) 3,10 €. Das zweitteuerste ist die USB-Buchse mit 0,22 €. Man kann also für knapp 4-5€ seine Schaltung leicht mit dem PC verbinden. Eine fertige Platine mit MiniUSB kann man auch für 6-11€ kaufen.

Zum vergleich:Ein Max232 kostet ca. 0,30€ und ein USB RS232 Adapter ca. 5-8€. Mit allen Bauteilen zusammen kommt man evtl. auf über 10€.

Erweiterungsmöglichkeiten

Man kann an CBUS0 (Pin 23) und CBUS1(Pin 22) noch zwei LEDs ansschließen. Bei 5V mit einem 270Ohm Vorwiderstand und der Kathode (-) an den Chip dienen diese dann zur Visualisierung der Rx und Tx Leitungen.

Man kann die Einstellungen der CBUS GPIOs über das interne EEProm ändern. Die Standardeinstellungen könnt ihr euch auf Seite 28 des Datenblatts ansehen.

Fertige Platine

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Verbinden mit dem Mikrocontroller

Um diese Platine mit dem µC zu verbinden, müsst ihr Rx mit Tx verbinden. Das heißt, Rx vom FT 232 RL an Tx vom µC und Tx vom FT 232 RL an Rx des µC. Wenn ihr eine externe Platine, wie diese hier, mit eurer Schaltung verbinden wollt, denkt daran die Massen miteinander zu verbinden. Ansonsten habt ihr ein unterschiedliches Potenzial und es funktioniert ggf. nicht. Gleiches gilt auch, wenn ihr den Chip direkt auf eure Platine bringt.

Ich hoffe euch hat dieser Artikel geholfen. Bei Fragen, einfach in die Kommentare damit!

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