RN-AVR Universal-Experimentierplatine und Alleskönner

Endlich schnell und einfach verschiedenste Mikrocontroller Schaltungen aufbauen ohne immer wieder neue und teure Einzelplatinen zu layouten.
Die Platine enthält eine komplette Mikrocontroller Schaltung mit einem der modernsten Atmel AVR Controllern dem ATMega 644 (40 Pin DIP Bauform) und große Lochrasterflächen zur eigenen Erweiterung der Schaltung. Vorgefertigte Schlitze erlauben auch das zerteilen der Platine, wodurch ein kleines kompaktes stapelbares Board entsteht. Spannungsstabilisierung, Steckplätze für USB-Anschluss und Funkmodul runden das Modul ab und erlauben unzählige Anwendungsmöglichkeiten.
RN-AVR-Universal – die mächtige Alternative zu vielen Open Source Boards die oft wenig flexibel sind und wenig Ports und Resourcen bereitstellen..

Die Vorteile von RN-AVR Universal gegenüber
vielen  anderen Boards und herkömmlichen Lochrasterplatinen

• große Lochrasterflächen für eigene freie Platinengestaltung
• alle Ports des Controllers ordentlich beschriftet, erleichtert den schnellen Schaltungsaufbau
• Leistungsstarker moderner AVR-Controller ATMega644
• Gehäuse: DIL-40 (bastelfreundliche Bauform)
• Flash: 64 KByte
• EEProm: 2K
• S-RAM: 4K
• I/ O Ports: 32
• zwei 8 Bit Timer
• ein 16 Bit Timer
• sechs PWM Kanäle mit 8 und 10 bit Auflösung
• zwei serielle Schnittstellen
• TWI
• I2C
• SPI
• JTAG
• Besonders stromsparend in allen Modis
  Aktiv 0,4 mA
  Power down 0,1 uA
  Power save 0,6 uA
• 3 interne Referenzspannungen einstellbar
• Interrupt mit Weckfunktion an allen Pins
• Spannungsversorgung zwischen 3 und 12V (zwei Mignon-Zellen reichen aus, drei sind ideal)
• Weitgehend ohne SMD Bauteile (lediglich 3 SMD Bauteile)
• Controller in IC Steckfassung (somit leichte Reparatur möglich)
• Große Lochrasterfläche für eigene Bauteile, Buchsen oder beliebige Module. Motortreiber, Sensoren, Kompass, Schrittmotortreiber, USB usw. lassen sich dort leicht als Modul unterbringen und flott verdrahten.
• Steckplatz für ein USB-Modul. Das USB-Modul (Bezugsquelle unten)  muss nur angesteckt werden, schon kann das Board mit dem PC Daten austauschen (keine Verdrahtung notwendig).
• Modulplatz für die beliebten und preiswerten RFM12 oder RFM12b Funkmodule auf der Unterseite. Einfach Funkmodul auflöten und schon kann dieses programmiert werden (keine Verdrahtung notwendig).
• Platine ist mit Schlitzen versehen und kann so leicht zerteilt werden. Dadurch entsteht ein sehr kleines kompaktes Board mit allen oberen Funktionen. Das Board kann so beispielsweise per Stiftleiste auf die genau passende Lochrasterfläche aufgesteckt werden.
• Board kann auf beliebige andere Platinen aufgesteckt werden
• Board kann mit Stiftleisten, Buchsenleisten oder Federklemmen versehen werden
• eingebaute Spannungsstabilisierung auf 3,3V (max. 800mA)  (durch anderen Spannungsregler auch 5V möglich)
• auch per USB mit Spannung zu versorgen
• Standard ISP -Programmierbuchse
• Programmierbare LED
• Lochrasterflächen alle verzinnt
• Lötlack und Lötstoplack erleichtert das löten
• Doppelseitig bestückbar
• Platinenlayout frei auf zum Download

AVR-Universal – Wie hätten Sie´s gern, Groß oder Klein ?

Ein besonderes Merkmal der Platine RN-AVR-Universal ist die Wandelbarkeit. Brauchen Sie eine große Platine für erste Experimente dann lassen Sie die Platine in dem gelieferten Euro Standardformat mit 160×100 mm. Dieser Aufbau bietet viel Platz und hohe Übersichtlichkeit. So können auch Displays, Buchsen , Schalter, Zusatzmodule usw. die sie vielleicht auf der Platine montieren wollen, leicht überblickt werden.

Haben Sie jedoch eine Schaltung fertig aufgebaut möchten Sie diese vielleicht doch in einem Gehäuse einbauen. Vielleicht bietet das Gehäuse aber nicht genügend Platz für das Europaformat.

Für diesen Fall besitzt die Platine bereits mehrere Schlitze. Sie müssen mit einem scharfen Messer oder einer Laubsäge nur ein paar weiß markierte Stege durchtrennen und schon haben Sie ein kleines kompaktes voll funktionsfähiges Controllerboard mit zusätzlichen Erweiterungsplatinen die Huckepack montiert werden könnten.

Die Platinenteile können mit Stiftleisten und Buchsen versehen werden, so das die Teile sofort passgenau aufeinander passen:

Belegung der Buchsen und Stecker von RN-AVR-Universal

Aufbau von RN-AVR Universal

Durch den Bestückungsdruck und die Bestückungsliste, etwas weiter hinten in dieser Dokumentation, ist der Aufbau unkritisch. Aufgrund moderner Bauteile hält sich die Anzahl der Kleinteile in Grenzen, weshalb die Schaltung meist in ca. 15 bis 30 Minuten aufgebaut ist.

Dennoch wie immer einige Anmerkungen zu kleinen Hürden:

1. Das Board arbeitet gewöhnlich mit 3,3 Volt. Das bedeutet es wird ein 3,3V Spannungsregler mitgeliefert. Bei dieser Spannung sollte der Controller mit maximal 8 Mhz getaktet werden, daher empfehlen wir einen 8 Mhz Quarz.
Natürlich könnten Sie auch einen 5V Spannungsregler einsetzen, dann könnten Sie das Board bis 20 Mhz takten wenn sie auch den Quarz wechseln.
Wir empfehlen jedoch bei 3,3 V zu bleiben, da dadurch das Board kaum Strom benötigt , was zu sehr langen Batterielaufzeiten führt.

2. Achten Sie darauf das die Elkos C1 und C2 auf der Oberseite aufgelötet werden, genau wie der Spannungsregler. Wir haben uns hier für SMD Bauteile entschieden um eine geringe Bauhöhe zu erreichen. Bei den Elkos C1 und C2 die Polung beachten, auf dem Bestückungsplan und auf den Elkos ist dazu eine weiße Markierung sichtbar.

3. Bezüglich der Polung LED´s auf den Bestückungsdruck achten. Die Anode (lange Bein) muss dorthin wo das „+“ steht!

Das waren eigentlich schon die besonderen Punkte die zu beachten sind. Ansonsten natürlich sauber mit einem 15 bis  35 W Lötkolben alles auf der Unterseite verlöten. Grundkenntnisse beim Löten werden empfohlen.

Nach dem Aufbau sollten Sie nochmals alle Lötpunkte kontrollieren. Wenn Sie dann Spannung anlegen, dann sollten deutlich weniger als 5 mA Strom fließen. Der Stroim ist so gering, das ihr Messgerät eventuell gar keinen anzeigt, das ist normal! Ist der Strom höher, dann deutet das auf ein Lötfehler hin.

Das erste Testprogramm kann dann recht einfach mit Bascom übertragen werden. Läuft dieses Testprogramm korrekt, dann blinkt die LED !

Das erste Testprogramm für RN-AVR Universal

Nach dem Zusammenbau bastelt man sich am besten erst mal ein kleines Testprogramm das die vorhandene LED blinken lässt und gleichzeitig die sogenannten Fusebits (Controller Voreinstellungen) richtig setzt. Das untere Programm für die Entwicklungsumgebung BASCOM macht beides in einem Rutsch. Einfach in Bascom eintippen und per BASCOM USB Programmer in den Controller laden. Sie können auch einen der zahlreichen anderen Programmer nutzen, jedoch werden dann die Fusebits gewöhnlich nicht automatisch korrekt programmiert sondern müssen manuell programmiert werden.

'##############################################################
'LedBlinken.bas
'
'Ein erstes Testprogramm für die Universalplatine RN-AVR UNIVERSAL
'
'Led blinkt bei aktiviertem 8 Mhz Quarz im Sekundentakt
'
'(c) https://www.mikrocontroller-elektronik.de/
'
'######################################################################


$programmer = 12 'MCS USB (Zeile weglassen wenn anderer Programmer)
$prog &HFF , &HFF , &HD9 , &HFE 'Fusebits richtig programmieren (Quarz ein,Jtag aus)

$regfile = "m644def.dat"
$framesize = 32
$swstack = 32
$hwstack = 64

$crystal = 8000000 'Quarzfrequenz
Config Pind.6 = Output 'LED
Led1 Alias Portd.6

Do
 Toggle Led1
 Wait 1
Loop

So sieht es in der Entwicklungsumgebung BASCOM aus:

Testprogramm für RS232 bzw. USB Datenübertragung

RN-AVR Universal verfügt über zwei serielle Schnittstellen zum Datenaustausch mit anderen Boards, anderen Geräten oder dem PC. Wenn Daten mit dem PC ausgetauscht werden sollen, muss beachtet werden das der PC andere Pegel an seiner RS232 Schnittstelle führt, er kann also nicht direkt mit den Pin´s verbunden werden. Dazu wäre dann ein Adapter oder Pegelwander Schaltkreis (z.B. MAX232) notwendig.

Da aber ohnehin die neusten PC´s oft gar keine RS232 Schnittstelle mehr besitzen ist es viel einfacher die USB-Schnittstelle zum Datenaustausch zu nutzen. Für diesen Zweck gibt es für RN-AVR Universal einen passendes USB-Modul (siehe Bezugsquellen). Dieses Modul wird nur mit den hinteren 6 Pin´s in den Modulsteckplatz gesteckt oder gelötet. Danach wird übe rein herkömmliches USB-Kabel (Mini-USB Stecker) das Modul mit dem PC verbunden. Der notwendige USB-Treiber installiert sich dabei gewöhnlich automatisch unter Windows. Auf dem PC wird dann automatisch eine sogenannte virtuelle COM-Schnittstelle eingerichtet. Wenn man sehen will, welcher COM-Port für das Modul benutzt wurde, dann schaut man in der Systemsteuerung nach, siehe Bild.

Im Bild erkennt man das hier COM8 reserviert wurde. Über ein Terminalprogramm oder eigene Programme können die Daten quasi so ausgetauscht werden, als wäre das eine normale serielle Schnittstelle.

Um das ganze zu testen findet ihr unter den Downloads das Bascom Testprogramm “RS232_USB_Beispiel.bas”. Laden Sie dieses Testprogramm in Bascom oder tippen Sie es ein. Compilieren Sie es und übertragen Sie es per USB-Programmer in das Board RN-AVR Universal.

Jetzt wählen Sie in Bascom das eingebaute Terminalprogramm und stellen dort die oben ermittelte COM8 Schnittstelle ein (siehe Bild).

Im blauen Fenster des Terminalprogramms sehen Sie nun die Daten die unser Board aussendet. In unserem Fall ist das eine Zahl die im Sekundentakt hochgezählt wird. Also die Datenübertragung klappt! Natürlich kann man gleichzeitig auch Daten vom PC zum Board übertragen, Beispiele dazu findet man im Roboternetz.de, RN-wissen.de der Bascom Hilfe und an vielen anderen Stellen im Internet.

Hier noch der Quellcode unseres Beispielprogramms:

'##############################################################
'RS232_USB_Beispiel.bas
'
'Ein Testprogramm für die Universalplatine RN-AVR UNIVERSAL
'
'Das Programm zählt eine zahl hoch und gibt diese im Sekundentakt
'über die RS232 Schnittstelle aus
'Wenn ein USB Modul an RN-AVR UNIVERSAL angesteckt oder eingelötet wurde
'dann wird die zahl über USB zu einem virtuellen COM Port übertragen
'und kann auch mit allen Programmen oder Terminalprogramm empfangen werden
'
' (c) www.mikrocontroller-elektronik.de
'######################################################################


$programmer = 12 'MCS USB (Zeile weglassen wenn anderer Programmer)
$prog &HFF , &HFF , &HD9 , &HFE 'Fusebits richtig programmieren (Quarz ein,Jtag aus)

$regfile = "m644def.dat"
$framesize = 32
$swstack = 32
$hwstack = 64

$crystal = 8000000 'Quarzfrequenz

$baud = 9800 'Baudrate (Übertragungsgeschwindigkeit)
Baud = 9800

Dim Z As Integer 'Zahl definieren die hochgezählt wird
Config Pind.6 = Output 'LED
Led1 Alias Portd.6

Z = 0
Do
 Print "Zahl:" ; Z
 Z = Z + 1
 Toggle Led1
 Wait 1
Loop

Der Bestückungsplan von RN-AVR Universal

Der Schaltplan vom Controllerboard RN-AVR Universal

Die verwendeten Bauteile zum Aufbau von RN-AVR Universal

Bauteile Bestückungsliste / Bestellliste

Platinenbezeichnung    Beschreibung                         Bestellnummer/Bezugsquelle

C1,C2                  SMD Elko ca. 10 bis 22 uF / 16V      Bezugsquelle Reichelt*
C3,C4,C7,C8            Keramik Kondensator 100n             Bezugsquelle Reichelt*
C5,C6                  Keramik kondensator 22pF             Bezugsquelle Reichelt*
IC1                    DIL 40 40 pol IC-Fassung             Bezugsquelle Reichelt*
IC1                    AVR Controller Atmel ATMega-644      Bezugsquelle Reichelt*
IC2                    Spannungsregler LD1117 3,3V          Bezugsquelle Farnell*
                       alternativ LD1117 5V                 Bezugsquelle Farnell*
L1                     Induktivität 10u                     Bezugsquelle Reichelt*
LED1                   Leuchtdiode 3mm                      Bezugsquelle Reichelt*
Q1                     Quarz 8 Mhz                          Bezugsquelle Reichelt*
R1                     Widerstand 10 kOhm ¼ Watt            Bezugsquelle Conrad*
R2                     Widerstand 680 Ohm ¼ Watt            Bezugsquelle Conrad*
R3                     Widerstand 1 kOhm ¼ Watt             Bezugsquelle Conrad*
J1,J2,J3,J4            Nach belieben:
                       10 pol Stiftleiste oder              Bezugsquelle Reichelt*
                       Buchsenleiste oder                   Bezugsquelle Reichelt*
                       Federkraftklemme                     Bezugsquelle Reichelt*
ISP                    10 pol ISP-Wannenbuchse              Bezugsquelle Reichelt*
POW                    2 pol.Stiftleiste oder Batterieclip  Bezugsquelle Reichelt*
POWER                  3 pol Stiftleiste für JUMPER         Bezugsquelle Conrad*

Weiterhin notwendig:

5 Stück   Jumper                                            Bezugsquelle Reichelt*
4 Stück   Abstandsbolzen zur Befestigung                    Bezugsquelle Reichelt*

Optional:
1 Stück   USBMODUL                                          Bezugsquelle ELV*
1 Stück   Funkmodul RFM12B                                  Bezugsquelle Ebay* oder Amazon*
1 Stück   Antenne (oder ein Stück Draht)                    Bezugsquelle Amazon*


Alle Angaben ohne Gewähr

Wie man das USB-Modul an RN-AVR Universal ansteckt

Als Option kann man ein weniges USB-Modul auf die Platine aufstecken oder auflöten. Dadurch kann das Board ganz einfach auch Daten mit dem PC austauschen. Auf dem PC wird dadurch eine virtuelle COM-Schnittstelle eingerichtet, so das beispielsweise ein Terminalprogramm zum Datenaustausch ausreicht. In Bascom ist bereits ein Terminalprogramm integriert.

Funkmodul RFM12B in RN-AVR-Universal einbauen

Für viele Anwendungen ist es hilfreich wenn mehrere Boards untereinander oder Board und PC Daten austauschen können. Für diesen Zweck gibt es auf der Unterseite der Platine einen Modulplatz für ein RFM12b kompatibles Funkmodul. Dieser Funkmodul-Typ ist äußerst preiswert aber dennoch schon sehr leistungsfähig. Reichweiten von 100 bis 200 Meter sind durchaus möglich. Das reicht beispielsweise für eine komplette Haussteuerung.

Das Modul muss lediglich auf der Unterseite aufgelötet und ein 17 cm Draht als Antenne am Anschluss ANT angeschlossen werden.

Nähere Angaben zum Funkmodul und dessen Programmierung findet man in dem Datenblatt des Funkmodules und im Artikel über das Funkmodul RFM12B. Weitere Beispiele unter den Downloads.

Das Funkmodul wird einfach auf die Unterseite der Platine gelötet

Das Beispielprogramm “Funkmodul RFM12 Test.bas” demonstriert die Programmierung des Funkmodules. Laden Sie dieses Programm in zwei Funkmodule. Nach der Übertragung senden und empfangen beide Boards im Wechsel 10 Bytes und geben diese über die serielle Schnittstelle (USB-Modul*) aus. Über ein Terminalprogramm können Sie den Datenaustausch beobachten.

Wenn Sie nun ein Board ausschalten, dann erscheint bei dem anderen “Kein Datenempfang“.

Zusatzmodule für RN-AVR Universal

Die großen Lochraster Flächen eignen sich ideal um beliebige Zusatzmodule mit dem Controllerboard zu verdrahten. Hier im Bild beispielsweise ein Sprachausgabe-Modul mit SD-Card und ein Schrittmotortreiber. Fast alles was auch an Boards wie Arduino angeschlossen werden kann, kann auch hier verwendet werden, es muss halt nur korrekt verdrahtet werden. Schaut einfach mal unter dem Link Komponenten nach ob ihr was passendes für euch findet.

Downloads für die Experimentierplatine RN-AVR Universal

  Datenblatt RFM12B
  RN-AVR Universal Eagle Platinenlayout (ZIP)
  RN-AVR Universal Bascom Beispiele (ZIP)

_{Das Leiterplattenangebot  ist ein Service Angebot der jeweiligen Anbieter. Bei Fragen bezüglich Lieferung und Preis bitte dort nachfragen!}

Folgende RN-AVR Universal Bascom Beispiele sind in der ZIP enthalten:

• PIR Bewegungssensor ansteuern
• DCF Funkuhr abfragen
• DCF-Chip DCFRS1 abfragen
• Luftfeuchte Sensor HYT 271 abfragen
• Luftfeuchte Sensor HYT939 abfragen
• Funkmodul Ansteuerung
• Funksteckdosen fernsteuern
• LCD ansteuern
• Soundmodul Somo 14D ansteuern
• Spannungsmessung
• Sprachausgabe von Zahlen
• Temperatur Sensor DS1820 abfragen
• Testprogramm LED blinken
• USB-Modul oder RS232 nutzen
• Soundmodul WTV020 nutzen

Die Beispiele sind alle für das Modul RFM12B in der 433 Mhz Version gedacht, bei einem 868 Mhz Modul müsste Quelltext leicht angepasst werden.

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Links zum Thema

• Video zu RN-AVR Universal
• Vorstellung des verwendeten Mini-USB-Modul UM2102
• Projekt Mikrofunk nutzt RFM12B
• Geeignetes Forum für Fragen / Diskussionen im Roboternetz
• RFM12 Funkmodul
• Alternatives Experimentierboard RN-Control
• Gute geeignete ISP Programmer im Test

Bezugsquelle

• Ebay Angebote zu RFM12B
• Bezugsquelle für passendes USB-Modul ELV

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Weitere Hinweise

Das Projekt unterliegt einer CC-Lizenz - Lizenzhinweis (zum Aufklappen anklicken)

Um ihnen weitgehende Möglichkeiten zum Nutzen der Schaltung einzuräumen, wurde dieses Projekt jetzt unter die CC-Lizenz gestellt. Sie haben So die Möglichkeit die Schaltung beliebig zu verändern oder weiterzugeben. Lediglich die kommerzielle Weitergaben ist nur mit Genehmigung möglich! Genauere Hinweise finden Sie im Lizenztext. Bei einer Veröffentlichung oder Weitergabe ist nachfolgender Text sichtbar zu übernehmen:

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Projekt (Schaltung & Projektdateien) von Frank ist lizenziert unter einer Creative Commons Namensnennung - Nicht-kommerziell - Weitergabe unter gleichen Bedingungen 4.0 International Lizenz. Über diese Lizenz hinausgehende Erlaubnisse können Sie unter https://www.mikrocontroller-elektronik.de/ erhalten. Lizenziert wurde das Projekt von: www.Roboternetz.de & www.Mikrocontroller-Elektronik.de  -  Autor/User Frank Dieser Name und diese Webseiten sind bei der Weitergabe stets deutlich sichtbar zu nennen!

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