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Die Inhalte zu diesem Kurs sind noch nicht aktuell für das Sommersemester 2022!
Elektronische Systeme
Einführung
Unterschiedlichste elektronische System umgeben uns Tag täglich: Mobiltelefone, Laptops, Fahrzeugsteuerung… In diesem Kurs wollen wir eine Systemidee von Ihnen in elektronischer Hard- und Software umsetzen, um dabei die Einblicke in die Elektronikentwicklung zu erweitern. Ziel ist vor dem Jahresabschluss bereits die Systeme zu präsentieren.
Weiterhin ergeben sich vor den Prüfungen 4 Termine, bei welchen Experten aus der Industrie interessante Einblicke in die Elektronik darstellen. Hier bin ich auf Ihr Interesse angewiesen und offen für Ideen.
Themen für Elektroniksimulationen
Neben dem Hauptprojekt sollen Digitalschaltungen in Falstad nachgebildet werden, welche Peripherals eines Atmega328 abbilden. Diese Simulationen sollen einen tieferen Blick in die Innereien des Microcontrollers ermöglichen.
- 8bit Timer/Counter + I/O-Ports
- SPI
- I2C/TWI
- ADC
- U(S)ART
- 16bit Timer/Counter
Optional wären: Watchdog, USART in SPI Mode, AVR32DB: EVSYS, PORTMUX, CCL, Brownout detector, 12bit timer, RTC, CRCSCAN, DAC, OPAMP, ZCD
Für einen 8bit Timer/Counter habe ich dazu bereits einen Ansatz für eine Lösung erstellt, siehe hier. Für einen Subcircuit ist hier ein Schieberegister als Beispiel zu finden.
Diese Schaltung soll als Grundlage für die anderen Hardwareteile dienen. Randbedingungen bei der Umsetzung sind:
- Sprechen Sie mir Ihren Kommilitonen, um ähnliche, neue Komponenten zu verwenden.
- Beachten Sie die Tipps für Falstad Schaltungen.
- Alle Register des entsprechenden Features sollen vorhanden sein.
Themen für Projekte
Die Projektseiten sind hier zu finden.
Die Themen für die Veranstaltung im Sommersemester 2022 sollen die Lehre in Microcontrollertechnik, Elektronik Labor, Digitaltechnik und Elektrotechnik I/II unterstützen.
| Nr. | Thema | Beschreibung | Umfang | sinnvolle Interessen | ||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Softwareentwicklung? | Hardwareentwicklung? | Systementwicklung? | ||||
| 1 | Komponentenregal | Im Projekt automatisches Komponenten-Regal sollen einige elektronische Aspekte gelöst werden: Automatisierung der Ein/Ausgabefächer, Mengenschätzung der Kleinteile (Kamera / Waage), QR-Code Auswertung, Verwendung der Mensa Card für die Authentifizierung | 3 | Ja | Ja | Ja |
| 2+3 | Magnetkreise mit altair flux auslegen (z.B. Elektromotor, Reluktanzmotor, Lautsprecher etc. ) | Das Programm Flux ermöglicht die Simulation von elektrischen und magnetischen Effekten per finite Elemente. Ziel der Aufgabe ist ein Aufbau verschiedener Magnetkreise (Gleichstrommotor, Reluktanzmotor, Synchronmaschine, Lautsprecher etc. ) und eine Beschreibung wie dies umsetzbar ist zu erstellen. Die Struktur ist über ein CAD-Programm (z.B. AutoCAD) zu erstellen. Gut wäre auch ein Output als Animation | 4 | Ja, Simulation | ||
| 4 | Entwicklung von Hard- und Software für großes LED Display basierend auf >50 8×8 Matrizen | im Labor sind etliche rote 8×8 LED Matrizen ohne Treiber vorhanden. Für diese ist eine günstige Treiberhardware zu entwickeln und eine Treibersoftware, welche leicht ansteuerbar ist. | 2 | Ja | Ja | |
| 5 | MEXLE Zwilling in Simulide | Das Prototyping und Lernsystem MEXLE 2020 soll in Simulide nachgebildet werden. Dies wurde bereits als „Mockup“ aufgebaut | 2 | Ja | ja | |
| 6 | Abstandssensorik | Für verschiedene Anwendungen sollen kapazitive und TOF Abstandssensoren aufgebaut und evaluiert werden. | 2 | Ja | Ja | Ja |
- Weitere Themen
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In der folgenden Tabelle sind einige weitere Beispiele dazu zu finden. Zusätzliche finden Sie unter Themen für Labor und Seminararbeiten. Gerne können Sie auch eigene Projekte vorschlagen, sofern diese die Lehre unterstützen und weitesten Sinne elektronische Systeme betreffen.
Nr. Thema Beschreibung Umfang sinnvolle Interessen Softwareentwicklung? Hardwareentwicklung? Systementwicklung? 1 Einarbeitung in Falstad circuitjs Ziel ist eine Systemübersicht über das Programm zu erstellen und kleine Verbesserungen vorzunehmen. z.B. neuer Verbindungs-/Datentyp ohne phys. Einheit und Konvertierungsmodule dafür (z.B. zur Eingabe von Zahlenwerten wie 0x025, welche dann über einen Bus auf einzelne Bits und Pegel heruntergebrochen werden können) 2 Ja, Java Script Ja, Systemübersicht 2 Modellierung eines Operationsverstärkers (z.B. einfaches Modell, komplexeres Modell) „1/2“…1 Ja, Simulation 4 Entwicklung von diversen Layouts (1) Intelligentes Displaymodul mit Tasten: Anbindung der Tasten und des Displays an I2C
(2) Funktionsgenerator-Hookup (auf AVR32DB Basisboard, welches bereits DAC und OPV hat). Umwandlung von unipolarem Signal (0..3,3V) in bipolares (-3,3V…+3,3V)
(3) Template für zukünftige Sensormodule
(4) Experimentierplatine mit Steckbrett im MEXLE Format
(5) Alternative Basisplatinen auf Basis des TI MSP430 oder PIC18 (ggf. auch STM8, vgl. hier)3…4 Ja, Schaltung/Layout in eagle Ja, Konzepterstellung für Funktion, Pinning und Anforderung an Software 6 Weiterentwicklung von „Spannungsanalyse“-Elektronik für MEXLE In den letzten Semestern wurden verschiedene MEXLE Systeme zum Einlesen von Spannungsverläufen erstellt. Dabei wurde unter anderem ein Handoszilloskop erstellt und eine DAC-Platine. Beide sind weiterzuentwickeln und zu testen 2..3 ja ja 7 I2C und SPI Sniffer / Tool Um die Schnittstellen I2C und SPI zu testen, kann es von Vorteil sein die Kommunikation „abzuhören“ und zu beeinflussen. Dies soll über einen 328PB nachgebildet werden. Eine geeignete Adapterplatine ist zu entwickeln 2 ja ja
Vorträge im Kurs
Im Sommersemester sind folgende Themen geplant, aber noch nicht bestätigt:
- System- und Hardwareentwurf unter normativen Vorgaben und Blick auf die besonderen Herausforderungen und Varianten von fehlertoleranten Systemen (Mobil Elektronik)
- Herstellung und Sonderformen von Platinen, z.B. flexible Leiterplatten, Vias, Multilayer (WE online)
- Batteriemanagement von Lithium Ionen Batterien (BOS AG)
- Analoge Sensoren und Schnittstellen zum Microcontroller (Microchip)
- Vorträge in bisherigen Kursen
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Im letzten Kurs wurden folgende Präsentationen gehalten:
- Wie wird eine Platine entwickelt?(externer Vortragender, Würth/WEdirekt)
Nutzentypen, Multilayer, Flex-Systeme, Vias - Weitere Tipps und Tricks zum Layouting von Platinen (Prof. Gruhler)
parasitäre Induktivitäten und Kapazitäten, Führung von analoger und digitaler Masse, Aufbau von Multilayerplatinen, Kunst des Layoutings - Mikrocontroller-Technologien (externer Vortragender, Microchip)
Hardware-Software-Codesign, typische Haken und Ösen bei der Hardwareentwicklung - Software- und Systementwicklung (externer Vortragender, Bosch)
Prozesse, industrielle Tools, Tagesablauf
Gegebenenfalls könnten folgende Themen interessant sein:
- Wie kann ich Kommunikation und Datenablage sicher machen
Checksummen, Zyklische Redundanzprüfung, Hash-Funktionen, Kryptographie - Wie wandelt man - z.B. im Elektroauto, im Netzteil, in der Endstufe - Wechselspannung in Gleichspannung und umgekehrt
Halbbrücke, Buck/Boost-Converter, Vollbrücke, B6-Brücke, Transistortypen, Gegentaktendstufe * Warum brennen Prozessoren nicht durch?
Thermomanagement, Wärmestromkreis, transiente thermische Impedanz - komplexere Filter
Bandsperre, Bessel-, Butterworth-, Chebyshev-Filter, Ausnutzung von Resonanz - Künstliche Intelligenz
Projektvorschläge folgen bis zum Semesterbeginn. Eigene Projektvorschläge sind gerne gesehen.
Terminplanung
Ein detaillierter Gruppen-/Terminplan ist in ILIAS zu finden.
weiterführende Links
Theorie paralleler und verteilter Systeme von Hr. Prof. Tantau an der Uni Lübeck
Dimensionierung von Schaltnetzteilen
iPES: interaktives Power Electronics Seminar
diverse Skripte für Elektronik der ZHAW (Schweiz)