Controller Board

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Übersicht Elektronik Komponenten:
Computer - Control Electronic - Mikroskop mit Piezzo, Scankopf und preamp = Messverstärker

Control Elektronik - Nachbau

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  Adapterboard

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  Adapterboard bestückt mit ESP ADC und DAC

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  Schaltplan

Control Electronic PCB

Die Control Electronic ist auf der separaten Platine dem 'AdapterBoard' untergebracht. Die Control Electronic führt die eigentliche Steuerung des Mikroskops durch.

Schaltplan und Layout des Controller Boards wurden mit der Open Source Software KiCad erzeugt.
Das KiCad Projekt für das Controller Board kann von Github heruntergeladen werden. [1]

Für die Bestellung des 10*10 cm grossen PCB bei einem Leiterplattenhersteller müssen die Layoutdaten aus dem Github Folder Production heruntergeladen und an den Lieferanten geschickt werden. Quelle z.B. Fischer pcb-supermarkt

Aktive Komponenten auf der Control Electronic

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  ESP32-DevKitC

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  DAC 2 Click mit Lötbrücken

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  2 x TL072

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  ADC 8 Click

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  USB to TTL Converter

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  USB Buchsenleiste Pinbelegung

ESP32-DevKitC

Wir verwenden das Development board ESP32-DevKitC von espressif Systems.
Bevor wir den ESP32 verwenden können, muss er programmiert werden. Die Programmierung des ESP32 ist beschrieben in Programmierung ESP32.
Das ESP32-DevKitC wird nicht auf die Platine gelötet, sondern in Buchsenleisten gesteckt

DAC 2 Click Digital Analog Converter

Wir verwenden für die Ansteuerung der Piezos drei 16-bit Digital Analog Konverter DAC 2 Click von MIKROE.
Die DACs werden mit 5 Volt und der internen Referenzspannug 4,096 Volt betrieben. Dazu werden die Lötbrücken bzw. 0 Ohm Widerstände auf den DAC boards gesetzt. Siehe Rote Pfeile
Da die DACs nicht in der Lage sind, die nötigen Spannungen für die Ansteuerung der Piezos zu erzeugen, müssen die Spannungen verstärkt werden.
Dies geschieht mit den Operationsverstärkern TL072.
Die drei DAC 2 Click werden nicht auf die Platine gelötet, sondern in Buchsenleisten gesteckt.

TL072 Operationsverstärker

Da die MIKROE DACs nur bis zu 5 Volt Ausgangsspannung liefern, benutzen wir Operationsverstärker um die Spannungen für die Ansteuereung der Piezos auf +- 15 Volt zu verstärken.
Mit zwei TL02, die jeweils 2 Operationsverstärker enthalten, können wir also die 4 Spannungen für die 4 Segmente der Piezoscheibe erzeugen.

ADC 8 Click Analog Digital Converter

Wir verwenden zur Messung der Spannung aus dem Tunnelstrom-Vorverstärker einen 16 Bit Analog Digital Wandler, den ADC 8 Click von MIKROE.
Als Messeingänge verwenden wir GND und A3.
Der ADC 8 Click wird nicht auf die Platine gelötet, sondern in Buchsenleisten gesteckt.

Vorsicht! Zerstörung des ADC bei Überspannung am Mess-Eingang
Der ADC ist empfindlich gegen Überspannung oder Verpolung am Mess-Eingang. Der ADC vertägt am Eingang eine Spannung zwischen GND - 0.3V und VDD + 0.3V. Aso bei einer Versorgungsspannung VDD = 3.3 Volt maximal 3.6 Volt am Eingang. Wichtig: Nie den Eingang direkt an den opamp Ausgang legen, sondern über den Spannungsteiler. Hinweis: Die Adapterplatine bietet den nötigen Spannunsteiler. Wir schliessen dazu den Operatiosverstärker an TUNNEL IN an und nicht direkt an der ADC 8 click Platine.

USB to TTL Converter

Wir verwenden für die Kommunikation zwischen PC und dem ESP32 eine zusätzliche USB Schnittstelle. Damit sind wir unabhängig von der Standard USB Programmierschnittstelle des ESP32 Dev Kit.
Der USB to TTL Adapter wird senkrecht in die USB Buchsenleiste gesteckt. Wichtig. Der USB to TTL Adapter muss mindestens einen PL2303 TA anthalten, Der alte PL2303 HXA ist nicht ab Windows 10 verwendbar. Lieferquelle z.B. Reichelt USB to TTL Adapter
Über diese USB Schnittstelle wird auch die Control Elektronik mit 5 Volt aus dem PC versorgt. Das heisst: Die USB Schnittstelle am ESP32 wird nur während der Programmierung des ESP32 benutzt.