Nachbau Control Electronic

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

Die Control Electronic ist auf der separaten Platine dem 'AdapterBoard' untergebracht. Die Control Electronic führt die eigentliche Steuerung des Mikroskops durch.
Die Platine ist 10x10 Zentimeter gross und wurde mit dem Schaltplan und PCB Layout Tool KiCad entwickelt.

Das KiCad Projekt liegt auf LINK KICAD.

Für die Fertigung des PCB werden die Layoutdaten im Github Folder Production an einen Leiterplattenhersteller geschickt.

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.
Wir löten die beiden TL072 nicht direkt ein. sondern verwenden IC Sockel.

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
Der ADC ist empfindlich gegen Überspannung oder Verpolung am Mess-Eingang. Also nie den Eingang direkt an den opamp Ausgang legen, sondern über den Spannungsteiler und die Verpolschutz-Diode beschalten.
Hinweis: Die Adapterplatine enthält eine Verspolschutzdioden und den nötigen Spannunsteiler, wenn wir den Ausgang des opamp über die Control electronic Platine iindirekt an den ADC anschliessen.

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.
Über diese USB Schnittstelle wird auch die Control Elektronik mit 5 Volt aus dem PC versorgt. Das heisst: Ausser während der Programmierung des ESP32 bleibt die Standard USB Programmierschnittstelle des ESP32 frei.