35
Projektarbeit 3. Semester Aufbau eines temperaturbeständigen Mikrocontrollerboards mit dem Honeywell HT83C51 Chris Bauer Matrikel-Nr.: 166070 Kurs: TMT08B Karlsruher Institut für Technologie Institut für Angewandte Informatik Hermann-von-Helmholtz-Platz 1 76344 Eggenstein-Leopoldshafen Betreuer: Dr. J. Isele DHBW-Karlsruhe Fachleiter: Prof. Dr. D. Fehler Bearbeitungszeitraum: 11.01.2010 07.03.2010

Aufbau eines temperaturbeständigen Mikrocontrollerboards ...geothermiewiki.iai.kit.edu/images/6/60/Bauer_83C51.pdf · Der von Honeywell entwickelte 8Bit Mikrocontroller HT83C51 stammt

  • Upload
    others

  • View
    4

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Aufbau eines temperaturbeständigen Mikrocontrollerboards ...geothermiewiki.iai.kit.edu/images/6/60/Bauer_83C51.pdf · Der von Honeywell entwickelte 8Bit Mikrocontroller HT83C51 stammt

Projektarbeit 3. Semester

Aufbau eines temperaturbeständigen Mikrocontrollerboards mit dem Honeywell

HT83C51

Chris Bauer Matrikel-Nr.: 166070 Kurs: TMT08B

Karlsruher Institut für Technologie Institut für Angewandte Informatik Hermann-von-Helmholtz-Platz 1 76344 Eggenstein-Leopoldshafen Betreuer: Dr. J. Isele

DHBW-Karlsruhe Fachleiter: Prof. Dr. D. Fehler

Bearbeitungszeitraum: 11.01.2010 – 07.03.2010

Page 2: Aufbau eines temperaturbeständigen Mikrocontrollerboards ...geothermiewiki.iai.kit.edu/images/6/60/Bauer_83C51.pdf · Der von Honeywell entwickelte 8Bit Mikrocontroller HT83C51 stammt

19.01.2012 Chris Bauer 1 von 34

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung ........................................................................................................... 3

1.1 Institut für angewandte Informatik - IAI ......................................................... 3

1.2 Ziel dieser Praxisarbeit ................................................................................. 3

2 Kleine Einführung in die Geothermie .............................................................. 3

2.1 Allgemeine Informationen ................................................................................. 3

2.2 „ZWERG“ .......................................................................................................... 4

2.3 Aktueller Stand .................................................................................................. 4

3 High Temperature ICs der Firma Honeywell ................................................... 6

3.1 Mikrocontroller HT83C51 .................................................................................. 6

3.2 High Temperature positive Linear Regulator ..................................................... 7

3.3 High Temperature Dual Precision Operational Amplifier - HTOP01 .................. 8

3.4 High Temperature Quad Operational Amplifier - HT1104 ................................. 9

3.5 HIGH TEMPERATURE QUAD ANALOG SWITCH - HT1204 ........................... 9

3.6 High Temperature Analog Multiplexers - HT506 / HT507 ............................... 10

3.7 High Temperature N-Channel Power FET – HTNFET .................................... 10

3.8 High Temperature Crystal - Clock Generator - HTCCG .................................. 11

3.9 High Temperature 32K x 8 Static RAM - HT6256 ........................................... 12

3.10 Single-Axis Magnetic Sensor - HMC1021D .................................................. 12

3.11 High Temperature Gate Arrays - HT2000 Family .......................................... 13

3.12 Weitere Hersteller und ihre Komponenten .................................................... 13

4 Mikrocontroller - Board DHBW ....................................................................... 14

4.1 Aufbau ........................................................................................................ 14

4.2 Inbetriebnahme und Tests .......................................................................... 15

5 Passive Bauelemente ...................................................................................... 16

5.1 Platine ........................................................................................................ 16

5.2 Hochtemperatur Stecker und Kabel ........................................................... 16

Page 3: Aufbau eines temperaturbeständigen Mikrocontrollerboards ...geothermiewiki.iai.kit.edu/images/6/60/Bauer_83C51.pdf · Der von Honeywell entwickelte 8Bit Mikrocontroller HT83C51 stammt

19.01.2012 Chris Bauer 2 von 34

6 Platinen Entwurf in Eagle – HT83C51 ............................................................ 17

6.1 Spannungsversorgung ............................................................................... 18

6.2 Rund um den Mikrocontroller ..................................................................... 19

6.3 Version mit RAM als Programmspeicher .................................................... 19

6.4 Version mit Flash Mikrocontroller und Bootloader ...................................... 21

6.5 Hochtemperatur Latch ................................................................................ 21

6.6 TI Mikrocontroller - SM470R1B1M-HT ....................................................... 22

6.7 Lieferzeiten und Kosten .............................................................................. 22

7 Fazit und Ausblick ........................................................................................... 23

Abbildungsverzeichnis .............................................................................................. 25

Literaturverzeichnis .................................................................................................. 26

Anhang .................................................................................................................... 28

Erstellen des HTPLREG Bausteins für die Eagle Libary .......................................... 28

Hochtemperatur Internetquellen ............................................................................... 29

Schaltplan und Layout der Platinen in Eagle ............................................................ 31

Version mit RAM als Programmspeicher: .......................................................................... 31

Version mit Flash MirkoController und RAM: .................................................................... 32

Platinenlayout mit RAM als Programmspeicher ............................................................... 33

Datenblatt Honeywell HT83C51 ............................................................................... 34

Page 4: Aufbau eines temperaturbeständigen Mikrocontrollerboards ...geothermiewiki.iai.kit.edu/images/6/60/Bauer_83C51.pdf · Der von Honeywell entwickelte 8Bit Mikrocontroller HT83C51 stammt

19.01.2012 Chris Bauer 3 von 34

1 Einleitung

1.1 Institut für angewandte Informatik - IAI

Das Karlsruher Institut für Technologie gliedert sich am Campus Nord in 22 Institute,

darunter auch das Institut für Angewandte

Informatik (IAI), welches auf den Gebieten der

Informations-, Automatisierungs- und

Systemtechnik Forschung betreibt. Dabei stützt

es sich hauptsächlich auf die drei

Forschungsschwerpunkte Erde & Umwelt,

Gesundheit und Schlüsseltechnologien.

Seid kurzer Zeit arbeiten hier Arbeitsgruppen im

Bereich der erneuerbaren Energien, vor allem der

Geothermie. Neben der Entwicklung von

semantischen Datenmodellen im Bereich der Geothermie, soll in den nächsten Jahren auch

ein modulares Baukastensystem für Bohrlochsonden entwickelt werden. Das Projekt befindet

sich im Moment allerdings noch in einem sehr frühen Stadium.

1.2 Ziel dieser Praxisarbeit

In dieser Praxisarbeit sollen folgende Fragestellungen untersucht werden:

- Zunächst einmal soll überprüft werden, welche Hochtemperaturbausteine bei der

Firma Honeywell verfügbar sind und welche Funktionen diese haben.

- Mit dem Mikrocontroller HT83C51 soll ein erster Platinenentwurf für die

Hochtemperaturanwendung in den Bohrlochsonden erstellt werden.

- Wie sehen Platinen und andere Bauteile wie z.B. Kabel für diese Randbedingungen

aus und welche Hersteller bieten diese an.

2 Kleine Einführung in die Geothermie

2.1 Allgemeine Informationen

Geothermie oder auch Erdwärme genannt, nimmt unter den erneuerbaren Energieträgern

eine besondere Rolle ein. Ihre Energiequelle ist das Innere der Erde. Diese Wärme kann

direkt zum Wärmen oder Kühlen und zum Erzeugen von elektrischem Strom genutzt werden.

Die Nutzung von Geothermie ist praktisch überall und jederzeit, unabhängig von der

Jahreszeit oder des Wetters, möglich. Deshalb zählt die oberflächennahe Geothermie zu den

am häufigsten zum Einsatz kommenden erneuerbaren Energien. [GEO]

Abb. 1: Luftbild KIT Campus Nord

Page 5: Aufbau eines temperaturbeständigen Mikrocontrollerboards ...geothermiewiki.iai.kit.edu/images/6/60/Bauer_83C51.pdf · Der von Honeywell entwickelte 8Bit Mikrocontroller HT83C51 stammt

19.01.2012 Chris Bauer 4 von 34

2.2 „ZWERG“

Am IAI wird seit kurzer Zeit, unter der Leitung von Herrn Dr. J. Isele, an dem neuen

Forschungsprojekt ZWERG gearbeitet. Ziel dieses Projektes ist es, Bohrlochsonden für

Bohrlöcher im Bereich der tiefen Geothermie zu entwickeln.

Aufgrund der hohen Umgebungstemperaturen und hohen Drücken stellt dies große

Anforderungen an die Messsonden und deren technische Elemente im Inneren. Aufgrund

dieser Randbedingungen werden spezielle, temperaturbeständige elektrische und

elektronische Bauteile benötigt. Alternativ versucht man die Sonden mit der Bohrspülung zu

kühlen, bzw. spezielle nach außen hin isolierte und gekühlte Bereiche zu fertigen, in welchen

dann die Bauteile geschützt werden. Wegen dieser technischen Schwierigkeiten, welche bei

in situ Messungen auftreten und der immensen Kosten, wird heute meist auf den Einsatz

solcher Bohrlochsonden verzichtet.

Ein Teil des „Zwerg“ Baukastens ist der Mantel, welcher die Aufgabe hat, die inneren

Bauteile vor den harten äußeren Umgebungsbedingungen zu schützen.

Der Baukasten soll durch eine Kamera, steuernde Elektronik oder Aktoren und Sensoren etc.

erweitert werden.

2.3 Aktueller Stand

Bisher wurden im Bohrloch Baukastenprojekt „Zwerg“ die mechanischen Bauteile, wie

Sondenmantel, Sondenkupplungen, Druckausgleich konstruiert und Abschätzungen

bezüglich der Kühlung des Innenraumes durchgeführt.

Beim Sondenmantel kam man zu dem Ergebnis diesen doppelwandig mit Vakuumdämmung

aufzubauen. [EB] Bei einem Außendurchmesser des Außenrohres von 170mm bleibt so ein

Innenrohr mit dem Innendurchmesser von 90mm zur Nutzung.

Durch die Sondenkupplung müssen alle benötigten Leitungen und Schläuche durchgeführt

werden können. [LOH] Zum Anderen muss diese den Gewichtsbelastungen beim

Herablassen, den eventuell auftretenden Torsions- und Biegekräften, sowie dem hohen

Druck standhalten, damit Dreck und aggressive Gewässer nicht ins Innere der Sonde

gelangen.

Page 6: Aufbau eines temperaturbeständigen Mikrocontrollerboards ...geothermiewiki.iai.kit.edu/images/6/60/Bauer_83C51.pdf · Der von Honeywell entwickelte 8Bit Mikrocontroller HT83C51 stammt

19.01.2012 Chris Bauer 5 von 34

Abb. 2: Sonde im Bohrloch [LOH]

Im nächsten Abschnitt des Projektes geht es darum, sich den inneren Komponenten, wie der

elektronischen Steuerung und dazugehöriger Peripherie zuzuwenden. In einem parallel

laufenden Projekt geht es um die Kamera sowie deren Nutzung und wie diese in den Sonden

eingesetzt werden könnte.

Page 7: Aufbau eines temperaturbeständigen Mikrocontrollerboards ...geothermiewiki.iai.kit.edu/images/6/60/Bauer_83C51.pdf · Der von Honeywell entwickelte 8Bit Mikrocontroller HT83C51 stammt

19.01.2012 Chris Bauer 6 von 34

3 High Temperature ICs der Firma Honeywell

Die meisten elektronischen Bauteile wie z.B. Widerstände, Dioden, Kondensatoren und IC’s

haben eine maximale Betriebstemperatur, welche für unsere Anwendung in der Geothermie

nicht mehr ausreichend hoch ist.

Diese Temperaturgrenze liegt meist bei 85°Grad, im Automotivebereich bei 125°C. In einer

vorherigen Projektarbeit [EB2] wurde die benötigte

Kühlleistung, um die Sonde großflächig auf

Betriebstemperatur herunter zu kühlen, welche die

Nutzung von gewöhnlichen elektronischen

Bauteilen ermöglicht, abgeschätzt. Demnach ist es

kaum möglich, die komplette Bohrlochsonde

herunter zu kühlen, jedoch ist es punktuell mit

einem angemessenen Leistungsaufwand denkbar.

Deshalb sollte die Elektronik und die dazugehörenden passiven Bauelemente wenn möglich

den genannten Umgebungsbedingungen bestmöglich standhalten. Die Firma Honeywell hat

in ihrem Sortiment so genannte „High Temperature“ Produkte, welche in der Raumfahrt, bei

Erdölbohrungen, Kernreaktoren und der Luftfahrt verwendet werden. Diese Produktfamilie

beinhaltet einen Mikrocontroller der 80C51 Familie und weitere ICs welche u. a. für die

Verwendung des Mikrocontrollers benötigt werden. Im Folgenden wird auf die verschiedenen

Bausteine und ihre Funktionen eingegangen.

3.1 Mikrocontroller HT83C51

Der von Honeywell entwickelte 8Bit Mikrocontroller HT83C51 stammt aus der Intel 8051

Familie. Er ist Pin kompatibel zum Intel 8XC51FC, hergestellt mit Honeywell’s „dielectrically

isolated high-temperature (HTMOS™) process“ und für Betriebstemperaturen von -55 bis zu

225°C, bei einer Taktung mit 16MHz, im Dauereinsatz bis zu 5 Jahren geeignet. Der

HT83C51 verwendet den Standard MCS-51 Befehlssatz welcher für Kontrollanwendungen

optimiert ist. Da er Pin für Pin kompatibel zum MCS-51 Serienprodukt ist, ist er auch mit allen

bekannten Entwicklungsumgebungen kompatibel. Die Schlüsseltechnologien beinhalten ein

programmierbares Counter Array, watch dog timer, erweiterter Serieller Port für

Multiprozessor Kommunikation und eine hierarchische Interrupt Struktur. Die Interrupt

Struktur beinhaltet 7 Quellen mit 4 Prioritätsstufen. Der HT83C51 unterschiedet sich vom

8XC51FC, indem er nur halbduplex serielle Kommunikation unterstützt und ein 8K

maskenprogrammierbares ROM zur Verfügung stellt. Der Controller ist in einem Standard

DIP Gehäuse (40 Pins) erhältlich. Möglicherweise sind auf Anfrage auch andere Gehäuse

Abb. 3: High temperature IC’s [IC]

Page 8: Aufbau eines temperaturbeständigen Mikrocontrollerboards ...geothermiewiki.iai.kit.edu/images/6/60/Bauer_83C51.pdf · Der von Honeywell entwickelte 8Bit Mikrocontroller HT83C51 stammt

19.01.2012 Chris Bauer 7 von 34

erhältlich. Der Mikrocontroller benötigt eine Single 5V±10% Spannungsversorgung und

verbraucht bei einer Taktfrequenz von 16MHz

einen Strom von 70mA, im Leerlauf sind es

nur 15mA. Der Controller bietet 4 I/O Ports a

8 PINs, diese Ports bieten eine zusätzliche

alternative Verwendung, wie z.B. den Zugriff

auf externe Speicher oder Interrupt Eingänge.

Der Controller bietet die Möglichkeit bis zu

64K externen Programmspeicher und 64K

externen Datenspeicher anzuschließen. Intern

hat der Controller 256 Byte Datenspeicher. Des Weiteren beinhaltet der Chip einen internen

Oszillator für die Taktsteuerung, drei 16Bit Zähler und einen Taktausgang. Er beinhaltet ein

programmierbares Counter Array mit Capture/Compare, Software Timer mit Watchdog

Fähigkeit, Hochgeschwindigkeitsausgang und Pulsweitenmodulation. Mit niedrigerer Taktrate

arbeitet der Controller normalerweise 1 Jahr bei 300°C.

3.2 High Temperature positive Linear Regulator

Der HTPLREG ist ein Analog-Digital Linearregler, ausgelegt um über einen hohen

Temperaturbereich von -55°C bis

zu 225°C zu arbeiten. Er stellt

eine feste Ausgangsspannung,

welche je nach Variante des

Bauteils zwischen 5V, 10V, 12V,

15V variiert, bereit. Die maximale

Eingangsspannung beträgt bei

der 5V Variante 25V bei allen

anderen Bausteinen beträgt sie

28V.

Der maximale Ausgangsstrom beträgt 500mA. Der Linearregler kann über einen Shutdown

Pin in den Ruhezustand versetzt werden, während dessen beträgt der Ruhestrom 1,5 mA.

Ein interner Kurzschlussschutz wird bereitgestellt. Der HTPLREG wird in einem 4PIN

Hermetic Power Package ausgeliefert.

Abb. 5: Functional Diagram [HTP]

Abb. 4: Honeywell HT83C51[HT83]

Page 9: Aufbau eines temperaturbeständigen Mikrocontrollerboards ...geothermiewiki.iai.kit.edu/images/6/60/Bauer_83C51.pdf · Der von Honeywell entwickelte 8Bit Mikrocontroller HT83C51 stammt

19.01.2012 Chris Bauer 8 von 34

3.3 High Temperature Dual Precision Operational Amplifier - HTOP01

Der HTOP01 ist ein 2facher Präzisions- Kleinleistungs- Operationsverstärker, welcher eine

sehr geringe Input Offsetspannung und einen geringen Drift der Offsetspannung in einem

Temperaturbereich von -55°C bis 225°C zur Verfügung stellt. Hierzu wird die Input

Offsetspannung kontinuierlich gemessen und abgeglichen, um eine nahezu perfekte

Offsetspannungskompensation über den ganzen Temperaturbereich und die Zeit zu

gewährleisten. Der Input Offset Drift beträgt maximal 0.2µV/°C. Ein interner Oszillator und

Logik beinhalten alle notwenige Technik, um den Abgleich durchzuführen. Es sind keine

externen Kapazitäten erforderlich. Der Oszillator erzeugt eine zufällige Frequenz zwischen 2

und 4 KHz, was in sehr

hohem Maß nachweisbar

Taktgeräusche reduziert.

Zusätzlich wird ein Clock

Input Pin zur externen

Steuerung zur Verfügung

gestellt (XCLK). Mit einem

Auswahl Input Pin (SEL)

kann zwischen den beiden

Taktgebern (intern/ extern)

ausgewählt werden. Die externe Taktoption ermöglicht Timing Flexibilität für synchron

verglichene Systeme, in denen kein Taktsignal im abgeglichenen Verstärkerausgang toleriert

werden kann. Um Energie zu sparen schaltet ein Power Shutdown PIN (SHDN) alle

analogen Elektroniken ab, wenn er auf high gesetzt wird. Der Strom mit SHDN ist kleiner als

150µA.

Als Spannungsversorgung benötigt der OP VDD=5V und VSS=0V (Single Supply 5V). Das

Verstärkungsbandbreiten- Produkt beträgt 2 MHz. Die Großsignalverstärkung beträgt

minimal 80dB. Der Ausgangsstrom beträgt im normalen Betrieb ±20mA und maximal ±50mA

im Kurzschlussfall. Der Operationsverstärker ist in einem 14 PIN Keramik DIP Gehäuse

erhältlich.

Abb. 6: Dual Precisions OP [OP]

Page 10: Aufbau eines temperaturbeständigen Mikrocontrollerboards ...geothermiewiki.iai.kit.edu/images/6/60/Bauer_83C51.pdf · Der von Honeywell entwickelte 8Bit Mikrocontroller HT83C51 stammt

19.01.2012 Chris Bauer 9 von 34

3.4 High Temperature Quad Operational Amplifier - HT1104

Der IC HT1104 beinhaltet 4 Operationsverstärker welche vielseitig und über einen sehr

großen Temperaturbereich einsetzbar sind. Diese Verstärker stellen eine garantierte

Performance über den kompletten Temperaturbereich von -55 bis 225 Grad zur Verfügung.

Der IC ist in einem Hermetic 14-Lead Keramik DIP

Gehäuse erhältlich. Er stellt Single oder Split Supply

Operation zur Verfügung (±5V oder 0-10V) und hat einen

ESD (electrostatic discharge) geschützten Schaltkreis. Er

wird in der Raumfahrt und Luftfahrtelektronik, zur

Turbinensteuerung und Steuerung schwer beanspruchter

Verbrennungsmotoren eingesetzt. Der Spannungsdrift mit

der Temperatur beträgt maximal 15µV/°C. Input Offset

Spannung beträgt über den kompletten Temperaturbereich von -55°C bis 225°C maximal

7mV. Der OP besitzt zusätzlich einen Ein-/Ausgangs- Überlastschutz. Die

Leerlaufverstärkung beträgt minimal 100dB. Das Verstärkungsbandbreitenprodukt beträgt

1,4MHz. Der Ausgangs-Kursschluss beträgt 15mA.

3.5 High Temperature Quad Analog Switch - HT1204

Der HT1204 beinhaltet in einem Gehäuse 4 unabhängig voneinander arbeitende Schalter,

welche die Signale, ob digitale oder analoge, über einen

extrem weiten Temperaturbereich schalten können. Es

ist also ein 4x1 – Schließer, dass heißt 4 Signale

können unabhängig voneinander durchgeschaltet

werden. Typische Anwendungen für den HT1204 sind:

Signal Abtastung, Takten, Modulieren, Demodulieren

und Multiplexen. Der 4fach Schalter weißt ein geringes

Übersprechen zwischen den Schaltern auf. Der

Eingangswiderstand beträgt 100Ω, die

Eingangskapazität beträgt 12pF und der

durchzuschaltende Strom pro Schalter beträgt ±20mA.

Im schlechtesten Fall beträgt der Leckstrom 500nA bei

225 °C. Die Einschaltzeit beträgt 100ns und die

Abschaltzeit 200ns.

Der IC benötigt eine Spannungsversorgung zwischen 5 und 11V und ist in einem 14-Lead

Keramik DIP erhältlich.

Abb. 7: Quad OP [OP2]

Abb. 8: Analog Switch [SW]

Page 11: Aufbau eines temperaturbeständigen Mikrocontrollerboards ...geothermiewiki.iai.kit.edu/images/6/60/Bauer_83C51.pdf · Der von Honeywell entwickelte 8Bit Mikrocontroller HT83C51 stammt

19.01.2012 Chris Bauer 10 von 34

3.6 High Temperature Analog Multiplexers - HT506 / HT507

Der HT506 ist ein 16fach Analog Multiplexer,

welcher 16 Eingänge besitzt und über einen 4 Bit

Code für die Kanalauswahl verfügt.

Der HT507 ist ein IC, welcher zwei 8fach

Multiplexer, mit 3Bit Code für die Kanalauswahl,

beinhaltet.

Zusätzlich haben beide Multiplexer einen Enable

Pin für die Deaktivierung des Gerätes. Die

Multiplexer sind in einem 28 Pin Keramik DIP

Gehäuse erhältlich und haben bei

Betriebstemperaturen zwischen -50 und 225°C

eine garantierte Lebenserwartung von 5 Jahren.

Der Eingangswiderstand der beiden Multiplexer

beträgt 400Ω und der Ausgangsleckstrom weniger als

2,5µA bei 225°C.

Die Geräte sind fähig mit Splitt Supply (±5V) oder

Single Supply (VDD=10V VSS=GND=0V) zu arbeiten.

Der analoge Ein- / Ausgangsbereich geht von ±5V

oder von 0-10V. Die Enable und Adress-Eingangspins

bieten TTL oder CMOS Kompatibilität. An jedem

Anschluss kann ein Strom von 10mA und ein

kurzfristiger Strom (1ms lang) von 15mA fließen. Das

Schalten der einzelnen Kanäle erfolgt mir einer kurzen

Unterbrechung. Die Schaltzeiten betragen beim

Einschalten 400ns und beim Ausschalten 200ns.

3.7 High Temperature N-Channel Power FET – HTNFET

Bei dem HTNFET handelt es sich um einen sehr ausfallsicheren N-Channel Power FET,

welcher speziell für einen extrem großen Temperaturbereich ausgelegt wurde.

Der NFET kann zwischen -50 und 225°C für 5 Jahre garantiert eingesetzt werden. Er ist in

einem 4Pin Power-Tab Package erhältlich (HTNFET-T), oder als 2facher NFET in einem

8Pin Keramik DIP Gehäuse (HTNFET-D). Der Ausgangsstrom beträgt bis zu 1A im

Dauerbetrieb. Die typische Eingangsspannung beträgt bis zu 60V.

Abb. 10: HT506 [MU]

Abb. 9: HT507 [MU]

Page 12: Aufbau eines temperaturbeständigen Mikrocontrollerboards ...geothermiewiki.iai.kit.edu/images/6/60/Bauer_83C51.pdf · Der von Honeywell entwickelte 8Bit Mikrocontroller HT83C51 stammt

19.01.2012 Chris Bauer 11 von 34

Die Drain-Source Durchschlagsspannung beträgt mindestens 55V, die Gate

Schwellenspannung beträgt bei 25°C maximal 2,4V. Die maximale Leistung beträgt 50W bei

einer Tj von 250°C (Sperrschichttemperatur).

3.8 High Temperature Crystal - Clock Generator - HTCCG

Der HTCCG ist ein CMOS und TTL kompatibler Hochtemperatur Frequenzgenerator. Er hat

einen integrierten Kristall gesteuerten Oszillator

Treiber, Teilerkette, Spannungsüberwachung

(low voltage monitor), Enable und Reset

Anschluss. Die Ausgangsfrequenz des HTCCG

reicht von 24KHz bis zu 20MHz, es ist ebenfalls

möglich, die Ausgangsfrequenzen durch 2, 4 und

8 geteilt abzugreifen. Für extreme low Power

Applikationen ist auch ein Enable Pin vorhanden,

um den Chip zu deaktivieren. Der Der IC benötigt

eine Single 5V Spannungsversorgung. Es kann

zusätzlich ein externer Frequenzgenerator

angeschlossen werden, welcher Frequenzen von

48KHz bis zu 40MHz liefert. Dazu ist ein PIN für die Auswahl extern/intern zuständig. Der

Frequenzgenerator kann für Anwendungen, welche alleinig die Präzisionsteilerkette

benötigen, umgangen werden. Der IC ist in einem 14 PIN Keramik DIP Gehäuse erhältlich

und für einen Temperaturbereich von -55 bis zu 225°C geeignet.

Abb. 11: HTNFET [FET]

Abb. 12: Clock Generator [HTC]

Page 13: Aufbau eines temperaturbeständigen Mikrocontrollerboards ...geothermiewiki.iai.kit.edu/images/6/60/Bauer_83C51.pdf · Der von Honeywell entwickelte 8Bit Mikrocontroller HT83C51 stammt

19.01.2012 Chris Bauer 12 von 34

3.9 High Temperature 32K x 8 Static RAM - HT6256

Der HT6256 SRAM wird in einem Hermetik 28 PIN Keramik

DIP Gehäuse ausgeliefert. Er benötigt eine 5V±10% Single

Supply Spannungsversorgung, ist für eine

Betriebstemperatur von -55 bis zu 225°C ausgelegt und ist

mit Honeywell´s Silicon on Insulator (SOI) Technology

hergestellt. Die Ein-/Ausgänge sind CMOS kompatibel und

verfügen über CMOS Puffer. Der Lesezugriff erfolgt komplett

asynchron.

Die Zugriffzeit beträgt im Lese oder

Schreibmodus weniger als 50ns über den

kompletten Temperaturbereich, dies

unterstützt eine Taktung des Mikrocontrollers

von 20MHz. Der Leistungsbedarf beträgt

weniger als 30 mW/MHz während des

Betriebs und weniger als 10mW wenn er

Deaktiviert ist.

3.10 Single-Axis Magnetic Sensor - HMC1021D

Der Honeywell HMC1021D ist ein Sensor in einem 8 PIN Keramik DIP Gehäuse, welcher auf

einer Achse Magnetfelder messen

kann. Der HMC1021D kann bei

Hochtemperaturanwendungen

eingesetzt werden, verfügt über die

Fähigkeit kleine magnetische Felder

zu messen und hat ein

nichtmagnetisches Gehäuse. Mit ihm

können magnetische Felder in Stärke

und Richtung bis zu schwachen 85

micro Gauss (8,5 nT) gemessen

werden, weshalb er eine höchst zuverlässige Komponente ist, um kleine magnetische

Felder, wie z.B. das Erdmagnetfeld, zu messen.

Es können magnetische Felder mit einer Stärke von ±6 Gaus (±0,6 Tesla) gemessen

werden. An den IC muss eine Referenzspannung zwischen VBRIDGE und GND, welche

zwischen 1,8V und 12V liegt angeschlossen werden.

Abb. 13: Pinout RAM [RAM]

Abb. 14: Temperaturverhalten [RAM]

Abb. 15: PIN OUT HMC1021D [HMC]

Page 14: Aufbau eines temperaturbeständigen Mikrocontrollerboards ...geothermiewiki.iai.kit.edu/images/6/60/Bauer_83C51.pdf · Der von Honeywell entwickelte 8Bit Mikrocontroller HT83C51 stammt

19.01.2012 Chris Bauer 13 von 34

In Abhängigkeit des Magnetfeldes und der Richtung wird eine positive oder negative

Spannung ausgegeben. Der Chip ist in einem 8PIN Keramik DIP Gehäuse erhältlich.

3.11 High Temperature Gate Arrays - HT2000 Family

Bei einem Gate Array handelt es sich um eine vorkonfektionierte Logikschaltung die im

Nachhinein nicht mehr verändert werden kann, also eine auf spezifische Anwendungen

integrierte Schaltung. Das „Funktionsprogramm“ (Verilog oder VHDL Simulation) muss dem

Hersteller bei der Bestellung zugestellt werden. Dieses wird dann umgesetzt, somit sind die

Kosten für eine Kleinserie sehr hoch. Die HT2000 Gate Arrays sind mit Honeywells

„HTMOS“ Technologie entwickelt und können über den vollen Temperaturbereich von -55 bis

zu 225 Grad mit bis zu 25MHz arbeiten. Es kann zwischen verschiedenen I/O Typen gewählt

werden (Driver, Receiver, Bi-Directional, Three State). Es sind Gate Arrays mit 40K bis zu

390K Gates im Rohzustand zu erhalten.

3.12 Weitere Hersteller und ihre Komponenten

Im Laufe des Projektes und der Materialsuche für das Hochtemperatur Mikrocontroller Board

sind weitere Hersteller und Komponenten ergründet worden, auf die im Folgendem kurz

eingegangen wird.

Für die Spannungsversorgung des Mikrocontrollerboards sind Kondensatoren zur Pufferung

und Filterung notwendig. Bei RS sind Aluminium axial Kondensatoren in den Versionen von

2,2µF bis zu 1000µF von der Firma Vishay erhältlich, welche in einen Temperaturbereich von

-80°C bis zu 200°C eingesetzt werden können. Ab einer Temperatur von 125°C muss eine

Spannungsminderung berücksichtig werden [RS].

Abb. 16: Tabelle Gate Arrays HT2000 Familie [Gate]

Page 15: Aufbau eines temperaturbeständigen Mikrocontrollerboards ...geothermiewiki.iai.kit.edu/images/6/60/Bauer_83C51.pdf · Der von Honeywell entwickelte 8Bit Mikrocontroller HT83C51 stammt

19.01.2012 Chris Bauer 14 von 34

Auf der Homepage des Herstellers Vishay sind weitere Hochtemperaturkondensatoren wie

die „Wet Tantalum HI TMP®“ Kondensatoren zu finden. Diese sollen ebenfalls bis zu 200°C

einzusetzen sein und haben bei diesen Temperaturen eine Lebenserwartung von 500

Stunden [VIS].

Bei der Firma Kemet, welche ausschließlich Kondensatoren herstellt sind ebenfalls einige

Kondensatoren, welche eine Betriebstemperatur jenseits der 200Grad aufweisen, zu finden.

Die Lebenserwartung beträgt hier 2000 Stunden bei 200Grad Umgebungstemperatur [KEM].

Für die Spannungsversorgung wird eine Diode zum Schutz vor Verpolung benötigt, diese

sollte auch den Randbedingungen standhalten. Eine solche Diode, welche bis zu 200°C

Betriebstemperatur bietet, ist bei dem Hersteller Edidiodes zu finden [ED]. Allerdings muss

noch überprüft werden, ob diese tatsächlich für die Anwendung geeignet ist, da manche

Werte des Datenblattes nicht den Vorstellungen entsprechen. Weitere Dioden, welche

ebenfalls in Erwägung gezogen werden können sind bei ST Electronics [ST] und Diotec

[DIO] zu finden.

Der Hersteller Cissoid bietet weitere ICs für einen Temperaturbereich bis zu 225°C

Dauereinsatz an [CIS]. Die Produktpalette erstreckt sich hierbei von logischen Operatoren

wie And, Or, Nor bis zu DC-DC Converter, Halb- bzw. Vollbrücken zur Motoransteuerung

und Transistoren. Des Weiteren sind auf der Herstellerseite Partnerfirmen verzeichnet,

welche ebenfalls Hochtemperatur-Anwendungen anbieten.

Texas Instruments (TI) bietet ebenfalls Hochtemperatur-Elektronik-Komponenten an [TI].

Unter anderem ist auch ein 32-Bit Mikrocontroller, welcher 1MB Flash und 64KB SRAM

Speicher integriert hat, erhältlich. Allerdings weisen Angaben darauf hin, dass diese

Komponenten teilweise noch nicht lieferbar sind.

Auch Atmel bietet Hochtemperatur-Elektronik an, allerdings wird hier auch darauf verwiesen,

dass manche Bausteine noch nicht erhältlich sind. Es sind dort ICs wie Halbbrücken zur

Motorsteuerung bis 200°C erhältlich [ATM].

4 Mikrocontroller - Board DHBW

4.1 Aufbau

Zunächst einmal war es notwendig die prinzipielle Funktionsweise und allgemeine Hardware

zur Funktion eines Mikrocontrollers kennen zu lernen. Hierzu wurde zum einen

entsprechende Fachliteratur aus der Bibliothek ausgeliehen. [BIP] Zum anderen wurde das

Atmel Atmega Board, welches an der DHBW-Karlsruhe zu Lernzwecken der Assembler-

Programmierung für die Studenten zur Verfügung steht, aufgebaut.

Page 16: Aufbau eines temperaturbeständigen Mikrocontrollerboards ...geothermiewiki.iai.kit.edu/images/6/60/Bauer_83C51.pdf · Der von Honeywell entwickelte 8Bit Mikrocontroller HT83C51 stammt

19.01.2012 Chris Bauer 15 von 34

Auf dem Mikrocontroller-Board sind zwei Atmel AT89S8252 Mikrocontroller der Intel 8051

Familie verbaut. Diese sind mit dem Standard MCS-51 Befehlsatz in Assembler kompatibel.

Bei diesem System der DHBW-Karlsruhe programmiert ein Atmel AT89S8252 den anderen

Controller. Er empfängt ein Programmfile vom Rechner per Serieller Schnittstelle, schreibt

die Nutzdaten in ein RAM und programmiert dann über die SPI Schnittstelle den anderen

Mikrocontroller. Nach einem automatischen Reset des programmierten Mikrocontrollers wird

in diesem das Programm gleich ausgeführt.

Auf der Platine ist eine Prozesssimulation zur leichten Funktionsüberprüfung realisiert. Port 0

ist auf LEDs als Ausgangsport und Port 2 auf 4 Taster als Eingangsport geführt. Zusätzlich

stehen diese Portpins und die Portpins der anderen beiden Ports zur freien Verfügung,

indem sie auf 2mm Buchsen und Wannenstecker herausgeführt werden.

Des Weiteren ist die SPI Schnittstelle auf 2mm Buchsen nach Außen geführt, um so einen

externen Mikrocontroller programmieren zu können, welcher über SPI Schnittstelle verfügt.

Zu diesem Board existiert ein Bausatz mit fertiger Platine und den notwendigen Bauteilen an

der DHBW. Diese Platine muss nur noch bestückt und verlötet werden. Anschließend kann

dann mit einem anderen schon fertigen Atmel Board ein Atmel AT89S8252 mit dem

notwendigen Intel-Hex-File beschreiben werden. Danach müssen die ICs nur noch in ihre

Sockel eingebaut werden und das Board sollte betriebsbereit sein.

4.2 Inbetriebnahme und Tests

Zur Inbetriebnahme des Boards musste zuerst die Serielle Datenübertragung zwischen

Rechner und Mikrocontroller hergestellt werden. Dies wurde mittels eines USB to RS232

(Seriell) Konverters von DELOOK realisiert. Die Programmdaten werden mit dem

Hyperterminal von Windows an das DHBW-Board übertragen.

Um den Mikrocontroller programmieren zu können, wird mit einem Texteditor ein *.a51 File

erstellt. Diese Files können z.B. mit dem MED-Texteditor erstellt und in Assembler Sprache

beschrieben werden. Anschließend muss die Datei noch mit einem Compiler in

Maschinencode (Binärcode) übersetzt werden. Der Compiler erstellt eine *.txt Datei, welche

dann mittels Hyperterminal an das Board übertragen werden kann. Ist diese Datei erfolgreich

übertragen, wird der Code gleich ausgeführt und es kann ein Funktionstest durchgeführt

werden.

Page 17: Aufbau eines temperaturbeständigen Mikrocontrollerboards ...geothermiewiki.iai.kit.edu/images/6/60/Bauer_83C51.pdf · Der von Honeywell entwickelte 8Bit Mikrocontroller HT83C51 stammt

19.01.2012 Chris Bauer 16 von 34

5 Passive Bauelemente

5.1 Platine

Die Firma LeitOn GmbH bietet eine Platine mit einer Glasübergangstemperatur (TG) von

>=260°C an. Der Glasübergang trennt den spröden energieelastischen Bereich

(Glasbereich) vom weichen Bereich (gummielastischer Bereich). Bei der Platine P96/26 von

Isola, welche auf einem Polyimidharz basierenden Hoch-Tg-Laminat aufbaut handelt es sich

um eine ein oder zwei lagige Platine [ISO]. Diese wurde speziell für

Hochtemperaturanwendungen entwickelt und kann bei einer Umgebungstemperatur von bis

zu 200 Grad dauerhaft eingesetzt werden. Multilayer-Varianten sind bei diesen

Temperaturen von der Firma LeiOn bzw. Isola nicht erhältlich.

Bei der Fertigung der Platine muss bei der Struktur darauf geachtet werden, dass die

Leiterbahnstärke und der Leiterbahnabstand 4mil nicht unterschreiten dürfen, wobei 6mil

besser wären (1mil entspricht 0,03mm).

Bei der Hochtemperaturentwicklung der Platine bietet die Firma LeitOn GmbH Unterstützung

an, da diese Firma hier schon Erfahrung gemacht hat und auch Produkte wie Lötzinn,

Lötstopplack und die Platine selbst dort angeboten werden. Für den Informationsaustausch

und auch ein Angebot wurde schon Email-Kontakt aufgenommen.

Auf ein Angebot von LeitOn wird derzeit noch gewartet. Es ist aber schon sicher, dass diese

Hoch-TG Platinen auch gefräst werden können. Somit sind zumindest eine eventuelle

Testplatine und Versuchsaufbauten im IAI unter den 200°C im Backofen möglich.

Mit anderen Platinenherstellern wie Andus, Contag, Würth oder Brockstedt kann im Laufe

des Projektes, wenn die Anwendungen konkreter werden zusätzlich Kontakt aufgenommen

werden.

Auch der Hersteller Andus stellt möglicherweise Platinen her (Dickkupfer), welche den

Umgebungsbedingungen standhalten könnten [AN]. Auf der Herstellerseite Contag ist

ebenfalls unter dem Stichwort Hoch-TG eine ein- bis zwei-seitige Leiterplatte zu finden. In

der frühen Entwicklungsphase war es aber ausreichend von einem Hersteller sicher zu

wissen, dass dieser Platinen für diesen Temperaturbereich anbietet.

5.2 Hochtemperatur Stecker und Kabel

Das Auffinden von Hitzebeständigen Kabeln dürfte sich als nicht ganz so schwierig wie bei

manch anderen Komponenten herausstellen.

Es muss hier lediglich die Isolierung den Umgebungsbedingungen standhalten und der

Widerstand der Leitung darf nicht zu hoch werden mit ansteigender Temperatur. Als

Beschichtung der Kabel kämen Silikon oder andere Temperaturbeständige Kunststoffe wie

Teflon in Frage. Besonders bei Temperatursensoren und Thermoelementen, welche bis zu

Page 18: Aufbau eines temperaturbeständigen Mikrocontrollerboards ...geothermiewiki.iai.kit.edu/images/6/60/Bauer_83C51.pdf · Der von Honeywell entwickelte 8Bit Mikrocontroller HT83C51 stammt

19.01.2012 Chris Bauer 17 von 34

einigen Hundert Grad messen, werden solche Kabel benötigt. Im RS-Katalog sind solche

Kabel mit Spezifizierung bis zu

250°C als Feindraht mit PTFE-

Isolierung erhältlich. Diese Kabel

sind für Thermoelemente und für

die Verlängerung der Leitungen

von Thermoelementen ausgelegt.

Mit diesen Feindrahtleitungen

könnte eine Verbindung zwischen

den einzelnen Platinen hergestellt

werden [RS2].

Ein Kabel mit mehr als 3 Litzen

wurde noch nicht für 200°C

Umgebungstemperatur gefunden. Allerdings bietet der Hersteller LEONI Kabel

verschiedener Art nach Anfrage für einen Temperaturbereich von -190°C bis zu 1250°C an

[LEO]. Diese können auch komplett fertig konfektioniert werden.

Auf der Homepage von HK Testsysteme GmbH werden als Produkte Hochtemperatur

Steckverbinder angeboten [HK]. Laut Kontakt mit dem Hersteller können diese Stecker in

Design und Anzahl der Kontakte variabel auf die Kundenwünsche gefertigt werden. Ob ein

Einsatz mit Steckern auf der Platine und an den Kabeln überhaupt in Frage kommen kann,

muss zuerst noch untersucht werden. Aufgrund der Erschütterungen, welche während des

Herablassens der Sonde herrschen, könnte es sein, dass es sicherer wäre, die Kabel direkt

zu verlöten, um so eine Unterbrechung der Übertragung zu vermeiden. Zumindest aber

sollten die Steckverbindungen mechanisch gut verbunden sein.

6 Platinen Entwurf in Eagle – HT83C51

Nachdem die Bausteine von Honeywell auf ihre Funktion geprüft waren und das DHBW-

Board aufgebaut war könnte mit der minimal Ausstattung für die Temperaturbeständige

Platine begonnen werden. Hierbei wurde gleich von Anfang an versucht möglichst alle

Bauteile, auch die passiven, für die Umgebungsbedingung von 200 °C zu spezifizieren.

Hierfür war es bei fast allen Bauteilen notwendig längere Recherchen zu betreiben, sowie

teilweise auch Email Kontakt mit den Herstellern aufzunehmen.

Beim Erstellen des Platinenlayouts wurde nach PIN kompatiblen IC’s in der Eagle Libary

gesucht und diese dann in die Bausteine von Honeywell umbenannt. Zusätzlich war es

erforderlich einen Baustein selbst in der Bibliothek anzulegen, da dieser in der Gehäuse-

Abb. 17: Burn in Board mit Hochtemperatur Steckverbinder von HK [HK2]

Page 19: Aufbau eines temperaturbeständigen Mikrocontrollerboards ...geothermiewiki.iai.kit.edu/images/6/60/Bauer_83C51.pdf · Der von Honeywell entwickelte 8Bit Mikrocontroller HT83C51 stammt

19.01.2012 Chris Bauer 18 von 34

Form nicht vorhanden war. Hierfür wurde auch eine eigene Honeywell Bibliothek angelegt, in

welcher der Baustein in Eagle nun zu finden ist (siehe

Anhang).

Als ersten Ansatz für das Platinenlayout wurde eine runde

Platine mit einem Durchmesser von 88mm vorgesehen.

Diese wurde an der einen Seite um 10mm abgeflacht um

die interne Durchführung von Kabeln zu ermöglichen. Auf

der anderen Seite wurde die Platine um 20mm abgeflacht

um Kabel und Schläuche, welche durch die Sonde führen, vorbei leiten zu können. Die

Platinen sollen, nach der ersten Überlegung, als Stapel aufgebaut werden können und so

flexibel für Erweiterungen sein (siehe Abb. 18).

6.1 Spannungsversorgung

Zunächst einmal ist es notwendig eine 5V Single Supply Spannungsversorgung für das

Mikrocontroller Board herzustellen. Diese wird mittels des positive Linear Regulators

Honeywell HTPLREG realisiert. Des Weiteren wurde eine Diode als Verpolungsschutz und

Kondensatoren zur Pufferung bzw. Filterung von Störungen vorgesehen.

Als Diode wurde bisher auf dem Layout nur ein Platzhalter vorgesehen, da noch nicht

endgültig geklärt ist, welche Diode bei den Randbedingungen tatsächlich funktioniert und für

unsere Anwendung richtig geeignet ist. Für erste Tests bei Umgebungstemperatur könnte

eine Diode 1N4001 bis 1N4007 eingesetzt werden.

Der Kondensator C1 ist für die Pufferung der Eingansspannung zuständig. Dieser wird mit

einer Kapazität von 100µF vorgesehen und ist bei RS erhältlich. Kondensator C2 ist für die

Filterung hoher Frequenzen und sollte deshalb eine Kapazität von 100nF aufweisen. Dieser

ist vom Kondensatorhersteller Kemet auch in SMD 1206 für 200°C Umgebungstemperatur

erhältlich und wird aufgrund von mangelndem Platz auf der Platine einem herkömmlichen

Abb. 19: Spannungsversorgungsschaltung

Abb. 18: Sandwichbauweise Arobis [FZK]

Page 20: Aufbau eines temperaturbeständigen Mikrocontrollerboards ...geothermiewiki.iai.kit.edu/images/6/60/Bauer_83C51.pdf · Der von Honeywell entwickelte 8Bit Mikrocontroller HT83C51 stammt

19.01.2012 Chris Bauer 19 von 34

Axial oder Radial Kondensator vorgezogen. Der Kondensator C3 ist für die

Spannungspufferung der Ausgangsspannung zuständig und von der Schaltung, welche vom

HTPLREG versorgt wird abhängig. Der Kondensator wurde mit 10µF ausgelegt womit die

Schaltung noch erweiterbar ist. Dieser ist ebenfalls bei RS erhältlich.

6.2 Rund um den Mikrocontroller

Die weitere Elektronik für das Board wurde für eine einfache Inbetriebnahme, wie z.B. das

Ansteuern einer LED oder Ein- /Ausschaltvorgängen ausgelegt. Das heißt, für konkrete

Anwendungen bei denen beispielsweise Signalanpassungen notwendig sind, wird dies mit

weiteren Bauteilen auf einer getrennten Anwenderplatinen realisiert. Auch die zu steuernden

LEDs müssten auf einer getrennten Platine mit den zugehörigen Widerständen

untergebracht werden. Auf dem Mikrocontrollerboard sollen nur die für den Betrieb

notwendigen Bauteile integriert und I/O Ports über Stecker nach außen geführt werden.

Im Laufe der Projektarbeit wurde festgestellt, dass es schon für die Programm-Entwicklung

notwendig ist einen externen Programmspeicher zu verwenden, da der Honeywell HT83C51

Mikrocontroller nur einen internen Masken programmierbaren 8K ROM beinhaltet. Außerdem

besitzt er keinen Bootloader oder eine Schnittstelle mit der er programmiert werden könnte.

Im laufenden Betrieb in der Bohrlochsonde will man die Elektronik über ein Bus-System

ansprechen können, hierfür bietet der Mikrocontroller ebenfalls keine Möglichkeit. Es müsste

also Beispielsweise I²C über normale Port Pins mit entsprechendem Programmcode

realisiert werden.

Für die Ansteuerung des externen Speichers ist es zusätzlich notwendig, ein 8Bit Latch zu

verwenden, da wie bei vielen Mikrocontrollern der 8051 Familie auch beim HT83C51 das

Adresssignal der unteren 8Bit auf den gleichen PINs wie das 8Bit Datensignal ausgegeben

wird. Ein zusätzliches weiteres Problem ist das nicht Vorhandensein eines EEPROMs /Flash

welches bei den Randbedingungen bis 200°C funktioniert. Auch andere

Hochtemperaturhersteller bieten einen solchen nicht an.

In den folgenden Kapiteln wird auf verschiedene Lösungsmöglichkeiten des

Speicherproblems eingegangen.

6.3 Version mit RAM als Programmspeicher

Eine Überlegung war das von Honeywell angebotene RAM HT6256 für den

Programmspeicher zu verwenden. Hierfür müssen einige Dinge beachtet werden, auf die im

Folgenden eingegangen wird.

Page 21: Aufbau eines temperaturbeständigen Mikrocontrollerboards ...geothermiewiki.iai.kit.edu/images/6/60/Bauer_83C51.pdf · Der von Honeywell entwickelte 8Bit Mikrocontroller HT83C51 stammt

19.01.2012 Chris Bauer 20 von 34

Zunächst einmal muss am Mikrocontroller der EAn PIN nicht mit 5V sondern mit Masse

verbunden werden. Damit wird das Programm komplett vom externen Speicher gelesen und

der interne Programmspeicher nicht ausgeführt.

Wird EAn mit 5V verbunden, so wird von der Adresse 0000H bis 1FFFH vom internen ROM

gelesen und von 2000H bis FFFFH vom externen Speicher. Der RAM-Speicher muss in

diesem Fall, da er als

Programmspeicher funktionieren soll

wie ein EEPROM angesprochen

werden. Hierzu muss das WEn Signal

des HT6256 RAMs auf high Level

liegen, denn damit sind nur

Leseoperationen erlaubt. CSn wird

fest auf GND verdrahtet. Der OEn

Eingang des RAMs wird mit dem

PSENn Augang des Mikrocontrollers

verbunden. Die Daten und

Adressleitungen von Port 0 des

Honeywell HT83C51 werden über das

8Bit Latch mit dem RAM verbunden.

Die Adressleitungen des Port 2 werden direkt mit dem RAM verbunden. Das ALE (Address

Latch Enable Signal) wird an den Takteingang des 8 Bit Latches angeschlossen. Mit dieser

Verschaltung kann der Mikrocontroller auf das RAM als normalen Programmspeicher

zugreifen. Hierbei ist allerdings darauf zu achten, dass ein RAM ein flüchtiger Speicher ist,

das heißt, sobald die Spannungsversorgung ausfällt wird der Inhalt gelöscht. Um dies zu

verhindern wird versucht das RAM mit einer Spannungsversorgung zu puffern. Dies kann

mittels Kondensator oder Batterie geschehen, wobei hierbei auf die Temperaturfestigkeit

geachtet werden muss. In Frage würden Hochtemperatur Kondensatoren der genannten

Hersteller kommen. Jedoch müsste hierzu noch ausgerechnet werden, welche Kapazität

notwendig wäre, um den Speicher für ein paar Minuten oder Stunden zu puffern.

Es wurde zusätzlich ein Jumper auf der Platine vorgesehen, um die Spannungsversorgung

des RAMs von der Spannungsversorgung des Boards trennen zu können. Hier könnte auch

eine Diode eingelötet werden, welche den Stromfluss nur in den RAM-Speicher zulässt und

den Kondensator auflädt, dieser sich aber nicht über die komplette Schaltung entladen kann.

Um den RAM-Speicher zu beschreiben, könnte ein Programmer wie z.B. ein Galep 4 oder 5

verwendet werden, wofür der RAM-Speicher gesockelt werden müsste [GAL]. In der

Bauteile-Typenliste, welche mit diesem Gerät beschrieben werden können, sind auch 28PIN

NV-RAMs aufgeführt. Beim Beschreiben mit dieser Methode ist auch darauf zu achten, dass

Abb. 20: Platinenentwurf in Eagle

Page 22: Aufbau eines temperaturbeständigen Mikrocontrollerboards ...geothermiewiki.iai.kit.edu/images/6/60/Bauer_83C51.pdf · Der von Honeywell entwickelte 8Bit Mikrocontroller HT83C51 stammt

19.01.2012 Chris Bauer 21 von 34

die Daten eines normalen RAMs verloren gehen würden, sobald er aus dem Sockel des

Programmers herausgenommen wird. Deshalb ist eine Pufferspannung unabdingbar.

Eine weitere Möglichkeit Programmdaten in den RAM zu speichern wäre ein EEPROM

Emulator, Allerdings muss hier noch einmal genau überprüft werden ob es möglich ist, einen

RAM-Speicher zu emulieren und zu beschreiben.

Der Speicher wird vom Honeywell HT83C51 in dieser Version des Boardes so angesprochen

wie ein 32K EEPROM. Wenn ein pinkompatibles EEPROM für 200°C gefunden wird, könnte

dies anstelle des RAMs verbaut werden. Des Weiteren bietet diese Version die Möglichkeit

in der Programmentwicklungsphase ein EEPROM, welches unter der Betriebsbedingung von

200°C nicht funktioniert trotzdem zu verwenden.

6.4 Version mit Flash Mikrocontroller und Bootloader

Eine andere Möglichkeit das Problem mit dem Programmspeicher zu umgehen wäre einen

dem Honeywell HT83C51 PIN kompatiblen Mikrocontroller für die Programmentwicklung zu

verwenden. In dieser Version des Layouts wurde der RAM HT6256 von Honeywell als

Datenspeicher an den Mikrocontroller angebunden. Die Beschaltung ändert sich nur soweit,

dass anstelle des PSENn Anschlusses nun der PIN RDn an OEn und der PIN WRn an WEn

angebunden werden. Am Controller wird der EAn PIN diesmal auf 5V gelegt. Der

Mikrocontroller könnte dann entweder über UART oder über die SPI Schnittstelle, je nach

ausgesuchtem Modell, auf der Platine im System beschrieben werden (ISP - In System

Programmer).

Zu diesem Vorteil kommt allerdings auch der Nachteil, dass dieser Mikrocontroller nicht

Hochtemperatur fähig ist und somit nach der Entwicklung das fertige Programm an

Honeywell gesendet und in die Maske programmiert werden müsste. Sind nun häufiger

Änderungen im Programm vorzunehmen, wovon leider aufgrund der verschiedenen

Ausbaustufen auszugehen ist, wird dies eine sehr kostspielige und zeitraubende Lösung.

Somit ist diese Lösung leider keine richtige Alternative.

6.5 Hochtemperatur Latch

Bei den oben genannten Lösungsmöglichkeiten wird ein 8Bit Latch der 74XX Baureihe

verwendet. Bei diesem Latch handelt es sich um ein IC im 20 PIN DIL Gehäuse, welcher bei

der 200°C Umgebungstemperatur nicht funktionsfähig ist. Hierfür wird noch ein IC gesucht,

welcher den Randbedingungen standhält. Bisher wurde nur ein 2Bit Latch der Firma Cissiod

gefunden [CIS2]. Allerdings muss auch bei diesem IC noch abgeklärt werden, ob dieses nun

schon erhältlich ist. Dieses 2Bit Latch kann ebenso wie die Honeywell ICs bei bis zu 225°C

erfolgreich eingesetzt werden. Es ist entweder in einem DIL 14 oder in einem SOIC16

Gehäuse erhältlich. Bei diesem IC ist für jedes Flip Flop getrennt der Takt nach außen

Page 23: Aufbau eines temperaturbeständigen Mikrocontrollerboards ...geothermiewiki.iai.kit.edu/images/6/60/Bauer_83C51.pdf · Der von Honeywell entwickelte 8Bit Mikrocontroller HT83C51 stammt

19.01.2012 Chris Bauer 22 von 34

geführt, sowie zusätzlich zum Ausgang jedes Flip Flops ein invertierter Ausgang vorhanden.

Für die Ansteuerung des externen Speichers müssten für 8Bit vier solcher 2Bit Latches

vorgesehen werden, was einen erheblichen Platzverlust auf der Platine zur Folge hätte.

Aufgrund dessen und der Hoffnung noch ein 8Bit Latch für die Umgebungsbedingungen zu

finden, wurde vorerst, nach dem späten Auffinden des 2Bit Latches, darauf verzichtet, dieses

auf der Platine zu integrieren. Aufgrund des geringen Zeitverbleibs wurde dies auf einen

späteren Zeitpunkt verschoben wobei hierbei gleich die Spannungsversorgung auf eine

separate Platine untergebracht werden muss.

6.6 TI Mikrocontroller - SM470R1B1M-HT

Zum Ende des Projektes hat sich ein weiterer Lösungsansatz ergeben. Im Laufe des

Projektes und während der Materialsuche wurde immer wieder Hardware gefunden, welche

bei 200°C Umgebungstemperatur noch zuverlässig arbeitet. Zum Ende hin wurde ein

16/32Bit Mikrocontroller der Firma TI, welcher bei einer Temperatur von bis zu 220°C

eingesetzt werden kann, gefunden [TI2].

Dieser Mikrocontroller bietet sehr viel mehr Ausstattung wie der Honeywell HT83C51. Zum

Beispiel beinhaltet er 1MB Flash, 64KB SRAM, 2 High End CAN Controller (CAN2-HECC)

und Hardware Debugging Möglichkeit, um nur ein paar wenige Daten zu nennen.

Im weiteren Verlauf des Projektes gilt es nun abzuklären, ob und wann der Mikrocontroller zu

erhalten ist. Zusätzlich ist eine Abschätzung der Kosten notwendig, wobei hier zusätzlich

berücksichtigt werden muss, dass dieser Mikrocontroller nur noch sehr wenig bis keine

externen ICs benötigt. Beim Honeywell HT83C51 muss im Vergleich noch sehr viel externe

Peripherie verbaut werden. Auch die Anbindung des TI Mikrocontrollers an andere Elektronik

in der Bohrlochsonde würde mit den vielen verschiedenen Bus-Möglichkeiten nicht so viele

Probleme bereiten wie die Lösung mittels HT83C51.

6.7 Lieferzeiten und Kosten

Bei den Kosten der Hochtemperatur Elektronik muss teilweise ein immenser Mehrbetrag in

Kauf genommen werden. So kostet beispielsweise ein dem Honeywell HT83C51 kompatibler

Mikrocontroller der Firma NXP bei RS-Online 3,98€. Bei diesem Mikrocontroller handelt es

sich um die 8XC52, 8XC51 Baureihe [NXP].

Der Honeywell Mikrocontroller kostet laut einem Angebot der Firma Elcos 620€. Bei dem

Internetversand DigiKey ist er mit einem Preis von 560€ gelistet. Die Hochtemperaturvariante

kostet somit immer noch das 140-fache. Bei anderen Bauteilen wie dem RAM und Positive

Linear Regulator sieht das Preisverhältnis sehr ähnlich aus, sodass für Hochtemperatur

Elektronik mindestens der Faktor 100 im Preis eingerechnet werden muss.

Page 24: Aufbau eines temperaturbeständigen Mikrocontrollerboards ...geothermiewiki.iai.kit.edu/images/6/60/Bauer_83C51.pdf · Der von Honeywell entwickelte 8Bit Mikrocontroller HT83C51 stammt

19.01.2012 Chris Bauer 23 von 34

Auch die Lieferzeiten dieser Komponenten sind größer da sie meist nicht auf Lager sind. Bei

dem Mikrocontroller von Honeywell muss mit einer Lieferzeit von ca. 6 Wochen gerechnet

werden.

Es werden die Dioden der Firma Diotec und ST Electronics bestellt, um diese unter hohen

Temperaturen zu prüfen. Somit werden mehr Informationen über den Betrieb unter diesen

Randbedingungen gewonnen, da die Datenblätter unzureichend sind.

7 Fazit und Ausblick

In dieser Projektarbeit sollte eine erste temperaturfeste Platine mit dem Honeywell HT83C51

Mikrocontroller aufgebaut werden. Schon zu Beginn des Projektes zeigte sich, dass sich die

Realisierung der gestellten Aufgabe schwieriger erwies als zunächst vermutet.

Probleme gab es am Anfang vor allem mit der Findung von temperaturfesten Komponenten

jeglicher Art. Hierfür musste ein gewisses Fingerspitzengefühl entwickelt werden, unter

welchen Stichworten und Suchanfragen überhaupt geeignete Ergebnisse zu finden sind.

Nach einer gewissen Einarbeitungszeit stellte sich zusätzlich heraus, dass die Features des

Mikrocontrollers sich wirklich nur aufs Wesentliche beschränken und deshalb einiges mit

externen Bauteilen gelöst werden muss. Das noch fehlende 8 Bit Latch, welches die

Umgebungstemperaturen von 200°C aushält, lässt eine erschwert Bauteilsuche erahnen.

Auch andere Bauteile wie Dioden sind für diesen Temperaturbereich nicht so einfach

aufzufinden. Beziehungsweise die Datenblätter angeblich geeigneter Bauteile sind teilweise

in diesem Bereich sehr rätselhaft. Deshalb soll mit manchen Bauteilen in naher Zukunft in

eigenen Hochtemperaturtests herausgefunden werden, inwiefern diese sich für die

vorgesehenen Anwendungszwecke eignen.

Es ergaben sich aber auch positive Aspekte während des Projektes. So wurden zum Beispiel

gegen Ende viele verschiedene Hersteller, welche Hochtemperaturbausteine anbieten,

gefunden. Herauszuheben ist hier unter anderem auch ein Mikrocontroller der Firma TI.

Dieser soll bis 220 Grad einsetzbar sein und bietet wesentlich mehr Features als der

Honeywell HT83C61. Im Laufe des Projektes muss nun abgeklärt werden, welcher der

Controller besser für den Einsatz in der Bohrlochsonde geeignet ist bzw. welcher

Mikrocontroller ein besseres Preisleistungs-Verhältnis bietet.

Auch Platinenhersteller, welche Platinen mit den nötigen Randbedingungen anbieten

können, wurden gefunden. Hier ist besonders die Firma LeitOn GmbH zu erwähnen, welche

uns im Laufe des Projektes noch unterstützen könnte. Bei der Platine ist man mittlerweile zu

dem Entschluss gekommen, dass es nicht so vorteilhaft ist einen Platinenstapel aufzubauen,

sondern die Platine eher länglich aufzubauen und längs in die Sonde einzubauen.

Page 25: Aufbau eines temperaturbeständigen Mikrocontrollerboards ...geothermiewiki.iai.kit.edu/images/6/60/Bauer_83C51.pdf · Der von Honeywell entwickelte 8Bit Mikrocontroller HT83C51 stammt

19.01.2012 Chris Bauer 24 von 34

Somit ist am Ende zu sagen, dass es nach jetzigem Stand zwar eine lauffähige Version

eines Mikrocontrollerboards gibt, bei dieser aber noch die Notwendigkeit einer Überarbeitung

besteht. Im Verlauf dieser Überarbeitung sollte nicht nur das Design, sondern auch die

anderen Möglichkeiten der neu gefundenen Hardware mit in Betracht gezogen werden.

Page 26: Aufbau eines temperaturbeständigen Mikrocontrollerboards ...geothermiewiki.iai.kit.edu/images/6/60/Bauer_83C51.pdf · Der von Honeywell entwickelte 8Bit Mikrocontroller HT83C51 stammt

19.01.2012 Chris Bauer 25 von 34

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Luftbild KIT Campus Nord 3

Abbildung 2: Sonde im Bohrloch 5

Abbildung 3: High Temperature ICs von Honeywell 6

Abbildung 4: Mikrocontroller Honeywell HT83C51 7

Abbildung 5: Funktional Diagram Positive Linear Regler – HTPLREG 7

Abbildung 6: Dual Precisions Operationsverstärker 8

Abbildung 7: Quad Operationsverstärker 9

Abbildung 8: Quad Analog Switch 9

Abbildung 9: 16fach Multiplexer 10

Abbildung 10: Dual 8fach Multiplexer 10

Abbildung 11: High Temperature N-Channel Power FET 11

Abbildung 12: High Temperature Crystal - Clock Generator 11

Abbildung 13: High Temperature 32K x 8 Static RAM – Pinoutdiagramm 12

Abbildung 14: High Temperature 32K x 8 Static RAM – Temperaturverhalten 12

Abbildung 15: Single-Axis Magnetic Sensor 12

Abbildung 16: High Temperature Gate Arrays - HT2000 Family 13

Abbildung 17: Hochtemperatur Steckverbinder von HK Testsysteme 17

Abbildung 18: Sandwichbauweise Arobis Altlastenroboter 18

Abbildung 19: Spannungsversorgungsschaltung – Mikrocontrollerboard 18

Abbildung 20: Platinenentwurf in Eagle 20

Page 27: Aufbau eines temperaturbeständigen Mikrocontrollerboards ...geothermiewiki.iai.kit.edu/images/6/60/Bauer_83C51.pdf · Der von Honeywell entwickelte 8Bit Mikrocontroller HT83C51 stammt

19.01.2012 Chris Bauer 26 von 34

Literaturverzeichnis

[AN] http://www.andus.de/leiterplatten/thermo.php

[BIP] Die 8051 Mikrocontrollerfamilie von Otmar Feger, Stand 1987, ISBN: 3-89090-360-6

Mikrocomputertechnik von Bernd-Dieter Schaaf, Stand 2007, ISBN: 3-466-40718-9

Mikroprozessortechnik von Klaus Wüst, Stand Juni 2003, ISBN: 3-8348-0046-5

[CIS] http://www.cissoid.com/

[CIS2] http://www.cissoid.com/images/stories/pdf/Datasheets/cht-7474.pdf

[DIO] http://www.diotec.com/pdf/bav18.pdf

[EB] Entwurf eines Vakuum gedämmten Bohrlochsondenmantels, Projektarbeit 4.

Semester 2009, Forschungszentrum Karlsruhe, Andreas Eberle

[EB2] Voruntersuchung zum Entwurf eines Kühlmoduls für Bohrlochsonden auf Basis von

Peltierelementen, Projektarbeit 3. Semester 2009, Forschungszentrum Karlsruhe,

Andreas Eberle

[ED] http://www.edidiodes.com/pdf/Special/HTD3.pdf

[FET] http://www.honeywell.com/sites/servlet/com.merx.npoint.servlets.

DocumentServlet?docid=DCCE80583-1A4A-5AA3-E02A-D4CB25848F4F

[FZK] http://www.iai.fzk.de/www-extern/index.php?id=808

[GAL] http://www.conitec.net/german/galep4.php

[Gate] http://www.honeywell.com/sites/servlet/com.merx.npoint.servlets.

DocumentServlet?docid=D50E086BB-BB6C-A8B7-13BD-904661EAD362

[GEO] http://www.geothermie.de/wissenswelt/geothermie.html

[HK] http://hk-testsysteme.de/

[HK2] http://hk-testsysteme.de/burninmit2.jpg

[HMC] http://www.honeywell.com/sites/servlet/com.merx.npoint.servlets.

DocumentServlet?docid=D50E086BB-BB6C-A8B7-13BD-904661EAD362

[HTC] http://www.honeywell.com/sites/servlet/com.merx.npoint.servlets.

DocumentServlet?docid=DA5F0E274-7A61-B672-0E4A-54679F1399A0

[HTP] http://www.honeywell.com/sites/servlet/com.merx.npoint.servlets.

DocumentServlet?docid=D1F712A2E-CE49-5F51-D289-266FDD8AFCF8

[HT83] http://www.honeywell.com/sites/servlet/com.merx.npoint.servlets.

DocumentServlet?docid=D8EEF27C2-75FB-1DA9-5B52-EA5848921D74

Page 28: Aufbau eines temperaturbeständigen Mikrocontrollerboards ...geothermiewiki.iai.kit.edu/images/6/60/Bauer_83C51.pdf · Der von Honeywell entwickelte 8Bit Mikrocontroller HT83C51 stammt

19.01.2012 Chris Bauer 27 von 34

[IC] http://i.cmpnet.com/planetanalog/2008/11/C0305-Figure3.gif

[ISO] http://www.isola.de/d/ecomaXL/

index.php?site=ISOLA_DE_product_technical_data&sid=79&p=18

[KEM] http://www.kemet.com/kemet/web/homepage/

kechome.nsf/weben/Hi%20Temp

[KIT] http://www.kit.edu/ueber_kit.php

[LEO] http://www.leoni-industrial-solutions.com/Hochtemperatur-br-bestaendige-

Kabel.10002.0.html

[LOH] Entwurf einer multifunktionalen Kupplung für den Geothermie Sondenbaukasten

„ZWERG“, Bachelorarbeit 2009, Forschungszentrum Karlsruhe, Roland Lohrer

[MU] http://www.honeywell.com/sites/servlet/com.merx.npoint.servlets.

DocumentServlet?docid=D06A04A59-1CFC-BF13-D1F5-4B2DDB43E299

[NXP] http://docs-europe.origin.electrocomponents.com/webdocs/002f/

0900766b8002f14e.pdf

[OP] http://www.honeywell.com/sites/portal?smap=aerospace&page=High-Temp-

Electonics3&theme=T5&catID=C82A27CF1-C0F1-76E9-6B52-

2C477FB52FF7&id=H5E761CAC-F16E-40AF-B54E-3DFBA7F0A988&sel=1

[OP2] http://www.honeywell.com/sites/servlet/com.merx.npoint.servlets.

DocumentServlet?docid=DF04F9BE0-88C9-65C5-9020-CC03C00CFCB7

[RAM] http://www.honeywell.com/sites/servlet/com.merx.npoint.servlets.

DocumentServlet?docid=D435AEE4D-E935-2ADA-20AD-0F2A00712BC9

[RS] http://de.rs-online.com : Kondensator Aluminium Axial 175 °C

[RS2] http://de.rs-online.com/web/search/searchBrowseAction.

html?method=searchProducts&searchTerm=363-0389&x=0&y=0

[ST] http://www.st.com/stonline/books/pdf/docs/3240.pdf

[SW] http://www.honeywell.com/sites/servlet/com.merx.npoint.servlets.

DocumentServlet?docid=DE7DECF3E-3F70-4ECD-9BAF-AEB5A6BB3066

[TI] http://focus.ti.com/hirel/docs/productcontent.tsp?sectionId=605&tabId=2412

[TI2] http://focus.ti.com/lit/ds/symlink/sm470r1b1m-ht.pdf

[VIS] http://www.vishay.com/docs/40072/134d.pdf

http://www.vishay.com/docs/40024/135d.pdf

Page 29: Aufbau eines temperaturbeständigen Mikrocontrollerboards ...geothermiewiki.iai.kit.edu/images/6/60/Bauer_83C51.pdf · Der von Honeywell entwickelte 8Bit Mikrocontroller HT83C51 stammt

19.01.2012 Chris Bauer 28 von 34

Anhang

Erstellen des HTPLREG Bausteins für die Eagle Libary

Für die 5V Single Supply Spannungsversorgung wird ein

HTPLREG IC von Honeywell eingesetzt. Um diesen im

Schaltplan und auf der Platine hinzufügen zu können,

musste er zuerst in der Libary erstellt werden.

Hierzu wird zuerst ein Schaltplan Symbol erstellt (Abb. 1) auf

dem alle Pins

vorhanden sein

müssen.

Anschließend wird das Package gezeichnet,

welches im Platinen-Layout zu sehen ist (Abb. 2).

Bei diesem ist darauf zu achten, dass die

Gehäuse Abmessungen, sowie die PIN-Abstände

und Durchmesser denen vom Hersteller

gegebene

n entsprechen. Diese sind im Datenblatt ersichtlich.

Sind diese beiden Dateien erstellt, kann das Symbol

des Schaltplans mit dem Package kombiniert

werden. Dies ist unter dem Punkt Device möglich.

Hier wird jeder einzelne PIN des Gehäuses mit

einem des Symbols zugewiesen. Dies ist für das

spätere Routen der Leiterbahn wichtig, damit Eagle

weiß welcher PIN wohin führt (Abb. 3). Hier können

zusätzlich Kommentare hinzugefügt werden, welche später beim Auswählen in der Bibliothek

hilfreich sein könnten.

Nach dem Abspeichern und anschließendem

Neustarten des Eagle Programms kann der

Baustein über die Bibliothek in den

Schaltungsentwurf eingefügt werden (Abb. 4).

Abb. 1 Symbol

Abb. 2: Package

Abb. 4: Bibliothek

Abb. 3: Device

Page 30: Aufbau eines temperaturbeständigen Mikrocontrollerboards ...geothermiewiki.iai.kit.edu/images/6/60/Bauer_83C51.pdf · Der von Honeywell entwickelte 8Bit Mikrocontroller HT83C51 stammt

19.01.2012 Chris Bauer 29 von 34

Hochtemperatur Internetquellen

Hier werden einige im Laufe der Projektarbeit gefundene Internetquellen zum Thema

Hochtemperatur Elektronik dokumentiert. Diese Quellen könnten bei anderen

Arbeiten möglicherweise hilfreich sein.

http://www.cissoid.com

Cissoid stellt Hochtemperatur Halbleiter wie z.B. AD-Wandler, 74XX Logik Familie,

Glock Generator usw.

http://www.atmel.com/dyn/products/product_card.asp?part_id=4003

Atmel High Temperature Automotive ICs bis zu 200°C: Bsp.: H-Brücken

https://www.spezial.com/suche.php

Suche und Shop für Elektronik, teilweise auch temperaturbeständig

http://de.digikey.com/

Elektronik Shop ähnlich Konrad oder RS, Honeywell Produkte erhältlich

http://www.ccieurolam.com/cms/content/view/24/84/lang,de/

http://www.brockstedt.de/de/prod/index.html

http://www.leiton.de/hoch-tg-leiterplatten.html

http://www.rhe.de/de/Dickschichttechnik.html

Platinenhersteller welche evtl. für 200°C Anwendungen Platinen liefern könnten

http://focus.ti.com/lit/sg/sgzt004/sgzt004.pdf

TI Harsh Environments Guide

http://www.ti.com/ht

TI Hochtemperatur Seite, links ist ein Menü zur Produktauswahl

http://focus.ti.com/lit/ds/symlink/sm320f2812-ht.pdf

TI Hochtemperatur DSP bis 200°C

http://www.sintef.no/Home/Information-and-Communication-Technology-

ICT/Instrumentation/Offshore-Instrumentation/High-Temperature-Electronics-Design/

Hochtemperatur Elektronik Design, ASICs für HT, PDF einer Sonde für Ölbohrungen

diese ist mit HTASICs realisiert und bis 200°C fähig

http://www.extremetemperatureelectronics.com/

Extrem Temperatur Elektronik Plattform: Tutorial, Hersteller, Infos rund um HT

Page 31: Aufbau eines temperaturbeständigen Mikrocontrollerboards ...geothermiewiki.iai.kit.edu/images/6/60/Bauer_83C51.pdf · Der von Honeywell entwickelte 8Bit Mikrocontroller HT83C51 stammt

19.01.2012 Chris Bauer 30 von 34

http://www.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/doc0014.pdf

EEPROM von Atmel für bis zu 150°C

http://www.ibizradio.com/linkplay/honeywell/honeywell-high-temp.html

Videopodcast von Honeywell zu High Temperature Elektronik

http://www.elcos.be/

Versand von Luft und Raumfahrt Elektronik, auch Honeywell Chips, laut Internetseite

von Honeywell zuständig für den Raum Deutschland

Page 32: Aufbau eines temperaturbeständigen Mikrocontrollerboards ...geothermiewiki.iai.kit.edu/images/6/60/Bauer_83C51.pdf · Der von Honeywell entwickelte 8Bit Mikrocontroller HT83C51 stammt

19.01.2012 Chris Bauer 31 von 34

Schaltplan und Layout der Platinen in Eagle

Version mit RAM als Programmspeicher:

Page 33: Aufbau eines temperaturbeständigen Mikrocontrollerboards ...geothermiewiki.iai.kit.edu/images/6/60/Bauer_83C51.pdf · Der von Honeywell entwickelte 8Bit Mikrocontroller HT83C51 stammt

19.01.2012 Chris Bauer 32 von 34

Version mit Flash Mikrocontroller und RAM:

Page 34: Aufbau eines temperaturbeständigen Mikrocontrollerboards ...geothermiewiki.iai.kit.edu/images/6/60/Bauer_83C51.pdf · Der von Honeywell entwickelte 8Bit Mikrocontroller HT83C51 stammt

19.01.2012 Chris Bauer 33 von 34

Platinenlayout mit RAM als Programmspeicher

Die Leiterbahnbreite beträgt 0,6mm Stückliste verwendeter Bauteile: Honeywell HT83C51 Honeywell HT6256 RAM Honeywell HTPLREG 5V Diode – Abklären, ob Diotec oder ST (Durch Messung im Ofen) 10µF Kondensator von Vishay 100µF Kondensator von Vishay 100nF Kondensator SMD 1206 von Kemet 8Bit Latch: 74HC573

Page 35: Aufbau eines temperaturbeständigen Mikrocontrollerboards ...geothermiewiki.iai.kit.edu/images/6/60/Bauer_83C51.pdf · Der von Honeywell entwickelte 8Bit Mikrocontroller HT83C51 stammt

19.01.2012 Chris Bauer 34 von 34

Datenblatt Honeywell HT83C51