Hochschule Kempten      
Fakultät Elektrotechnik      
Elektrotechnik 2       Fachgebiet Elektronik, Prof. Vollrath      

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-   Projektpraktikum Elektronik


SoSe 2026 Projektpraktikum: Elektroniklabor

Prof. Dr.-Ing. Jörg Vollrath


Moodle: E606 EI-Projekt (2025)

Motivation


Ein Elektroniklabor benötigt Spannungsversorgung, Funktionsgenerator, Spannungsmesser, Oszilloskop und digitale IOs, um Schaltungen zu untersuchen und zu entwerfen.
Auf dem Markt gibt es kompakte Geräte (ADALM2000, Analog Discovery, Red Pitaya, Moku Go) die einige dieser Funktionen vereinigen.
Eine ideale preisgünstige Variante mit allen Funktionen, 4 Kanal Oszilloskop, minimaler Software Installation und schönem Userinterface ist nicht erhältlich.

Dieses Praktikum beschäftigt sich damit eine vorhandene preisgünstige Open Source Realisierung weiter voran zu treiben.
Dies ist ein Projektpraktikum mit 3 SWS begleitet von 1 SWS Projektmanagment.
Es werden Gruppen zu jeweils 4 (3) Studierenden gebildet.

Ein Block mit 180 min stehen mit Betreuung pro Woche zur Verfügung.
Am Ende wird eine Präsentation und ein Bericht bewertet.



Status


The current status of hardware and software is shown first:
Research Summary

Installation Instructions


The project is available at github JVollrath NodeEEBench.
The current version can be download as zip file NodeEEBenchV20261302.zip.
Unpack the files into "C:\temp". All files should then be in the directory "C:\temp\NodeEEBench".
The subdirectories "node" and "node_modules" contain the node executable to provide a web server and connection to a serial interface.

Hardware: BASYS3



Figure: BASYS3 FPGA Board with R2R DAC and Electronic Explorer

Hardware features:
4 channel, 12-Bit, 125 kSps, 0..1 V range ADC oscilloscope FPGA (XADC)
1 channel, 16-Bit, 30kSps, 0..3.3 V range, 15us settling time, 100k,220k R2R DAC
4k samples transfered via UART with Baud rate 230400



Pins Oscilloscope: OSC1 JXA 1 in, 7 GND; OSC2 JXA 2 in, 8 GND; OSC3 JXA 3 in, 9 GND; OSC4 JXA 4 in, 10 GND;

Pins AWG: JC upper 8 Bit 10,9,8,7,4,3,2,1; JB lower 8 Bit 10,9,8,7,4,3,2,1;

16 Bit R2R DAC: left side output D15 connected to scope 1, right side D0 and GND connection.

The FPGA configuration is done using the VHDL project files in the directory C:\temp\NodeEEBench\Xilinx\EEBench.
The Basys 3 Programming Guide guides through flash memory programming.

Hardware: Arduino





Additional ADC and DAC are realized with Digilent PMOD AD2, Digilent PMOD DA2, R2R DAC with 10k,20k resistors.
In the subdirectory Arduino are different sketches:

Software: User interface


Start the program with "C:\temp\NodeEEBench\NodeEEBench.bat".
A command window is started, the serial communication with a BASYS3 or Arduino board established and a web browser connects to "localhost:3000" to display the graphical user interface.
Besides the standard interface started with "C:\temp\NodeEEBench\NodeEEBench.bat" There is an additional special Arduino Interface for INL, DNL and SNR, FFT operation, which can be started with "C:\temp\NodeEEBench\StartServerAx.bat"
Detailed description is available at Interface Electronics ADC DAC Analysis Laboratory


Figure: Configuration and signal generator user interface


Figure: Oscilloscope and FFT interface V05


Figure: Histogram interface V06

Software features


Configuration with individual serial command transfer.
AWG: DC, stair, triangle and sine generator with frequency, amplitude and offset
OSC: 4 channel and AWG with 8..4096 sample selection, xy display, voltage and code selection, rising, falling single channel trigger, minimum, maximum, average, amplitude, period and frequency calculation.
There is voltage sample data and code data display available. A measured signal can be directly compared to the golden AWG signal in voltage or code.
FFT: AWG1, OSC1, OSC2, OSC3, OSC4 with highest magnitude frequencies and total noise magnitude for ENOB, SINAD, SFDR, SDR calculation.
Histogram with adjustable (16..256) number of bins.
Ramp Test INL, DNL
Lookup Table

Software architecture


The 3 main files are shown in the upper picture and listed here.

NodeEEBench.bat: Starting batch file
ServerEEBench.js: Javascript file for node js to create server and start communication
Projekte/NodeEEBench.html: Main user interface delivered by the nodejs server

Configuration for Arduino in folder Arduino/EEBench.
Configuration for BASYS3 FPGA in folder Xilinx/EEBench.

The folder 'Documentation' contains further information.


Unique features (Work in progress)


Signalgenerator DAC and Oscilloscope ADC integer value display.
Lookup table application for arbitrary waveform generator.
Oscilloscope data processing and feeding output to arbitrary waveform generator.
Serial interface data processing.
ADC, DAC, INL, DNL analysis.

Vorgehen 2026


  1. Sichten und Inbetriebnahme des vorhandenen Materials.
  2. Transfer auf CMOD A7
  3. PMOD DA2, PMOD AD2, MCP4728 DAC, I2C/SPI Digital Interface Page, SRAM Memory Buffer
  4. Präsentation der Ergebnisse
  5. Projektbericht
Achten Sie auf die Ergebnisssicherung (Dokumentation) und Tätigkeitsbeschreibung schon während des Projektpraktikums.
Planen Sie ihre Aktivitäten und überprüfen Sie ihren Projektfortschritt.
Sichern Sie Teilergebnisse durch geeignete Versionierung.

Zielsystem



Figure: Breadboard configuration of CMOD A7

Das Endergebnis ist eine Pappbox mit 2 oder 3 Breadboards.
1 oder 2 Breadboards realisieren das 4 Kanal Oszilloskop (PMOD AD2), den 2 Kanal Signalgenerator (PMOD DA2) und eine Spannungsversorgung VP+, VP-, Vref1,2 (MCP4728, TC7660S, MCP6022, R2R).
Die Eingangs- und Ausgangsspannungsbereiche werden durch Spannungsteiler und Operationsverstärkerschaltungen erweitert.
Interface und Power Dokumentation
Ein PMOD Anschluss könnte die Signal bereitstellen:

654321
VCCGNDVP+AWG1OSC2OSC1
VR1GNDVP-AWG2OSC4OSC3
121110987

Das extra Breadboard wird die zu untersuchende Schaltung enthalten, passt in die Pappschachtel und bleibt leer.

Components:

CMOD A7 control circuit USB
PMOD DA2 AWG1,2
PMOD AD2 OSC 1,2,3,4
TC7660S negative voltage -VDD
MCP6022 rail-to-rail OpAmp
output range conversion
voltage buffer
R-voltage divider
C-buffer caps
MCP4728 VP+, VP-, Vref1,2
(USB3 PD module +10V? -> TC7600 -10V)


Projekt Ideen



Bauteile



Bauteile

BASYS3 Board

Arduino MKR WIFI 1010

RaspberryPi Zero W2

A7 CMOD

TI MSP3240

ST Micro Nucleo

Infineon XMC4700 Relax

PMOD ADC, DAC


Digilent

LM27762EVM


Geräte

Breadboard, Electronic Explorer, Multimeter, Seitenschneider, Komponentenabbiegevorrichtung

Breadboard

Electronic Explorer

Multimeter

Seitenschneider

Abisolierer

ADALM2000

Red Pitaya


Progress 2026


11 Termine a 180 min entsprechen 3 SWS

31.03.2026 03 Projektfindungsphase

24.03.2026 02 Projektfindungsphase

Possible individual tasks:
Der Abschnitt Zielsystem wurde hinzugefügt.

17.03.2026 01 Start