&�
elektroników hobbistów i profesjonali
7/97 � lipiec � 5 zł 30 gr
tów i pr
istów^^11
MDBS 3E7B77 ISSN 1230-3526
4LDhl Fnnsc 16FF
PROJEKTY ZAGRANICZNE
Prosty stymulator
układu nerwowego
z podwójnym wyjściem
Urządzenia związane
z m edycyn ą opis ujemy
stosunkowo rzadko. Wynika to
głównie z niezbyt
precyzyjnych danych
dokumentujących ich wpływ
na zdrowie łudzi.
Prosty stymułator układu
nerwowego, który
przedstawiamy w tym
numerze EP jest konstrukcją
sprawdzoną przez autora,
który odnotował dobre efekty
jego pracy. Nie oznacza to,
że potrafi w pełni zastąpić
łekarza!
Uważa się, że blisko 70% osób cierpiących na ból odczuwa ulgę dzięki zastosowaniu stymulatorów układu nerwowego. Proponowany układ elektronicznego stymulatora jest znacznie tańszy od typowych rozwiązań dostępnych na rynku.
Dzięki zastosowaniu podwójnego wyjścia możliwa jest terapia większych lub głębiej zlokalizowanych ognisk bólu.
Przed wykonaniem i rozpoczęciem stosowania tego układu należy zapoznać się z ostrzeżeniami autora.
Prezentowany stymulator jest elektronicznym urządzeniem uśmierzającym ból. Wysyła on krótkie impulsy prądowe przez elektrody znajdujące się na powierzchni ciała. Impulsy te od-działywują na znajdujące się głębiej nerwy. Może to przynieść ulgę osobie odczuwającej ból w stopniu zbliżonym do uzyskiwanego przy stosowaniu farmakologicznych środków uśmierzających, nie powodując niekorzystnych skutków ubocznych.
Zdania w kwestii zasady działania stymulacji są podzielone, ale znajdująca najwięcej poparcia teoria głosi, że powoduje ona blokowanie transmisji informacji o bólu przez system nerwowy.
Uwaga!
Osoby używające stymulatora serca nie mogą stosować prezentowanego urządzenia, zwłaszcza w przypadku stymulatora serca działającego "na żądanie", ponieważ mógłby on interpretować impulsy pochodzące ze stymulatora układu nerwowego jako impulsy z serca.
Elektrody stymulatora układu nerwowego nie mogą być zakładane w taki sposób, by prądy przepływały przez serce, np. na obie ręce. Należy o tym pamiętać zwłaszcza w sytuacji, gdy wykorzystywane są oba wyjścia.
Elektrod nie wolno zakładać na szyi w okolicy tętnic szyjnych, ponieważ stymulacja może zakłócić działanie znajdujących się tam baroreceptorów, sterujących ciśnieniem krwi i akcją oddechową.
W żadnym przypadku prądy pochodzące ze stymulatora nie powinny przepływać przez mózg - urządzenia nie wolno stosować w przypadku bólów głowy.
W przypadku uporczywego bólu należy udać się do lekarza. Stymulator nie leczy, a jedynie uśmierza ból (objawy). W przypadku jakichkolwiek wątpliwości należy skontaktować się z lekarzem.
Według innej teorii impulsy prądowe powodują lokalne wydzielanie związków uśmierzających ból, zbliżonych do pochodnych opium, ale nie powodujących skutków ubocznych.
Stymulacja uznana raz za alternatywną metodę leczenia bólu została zaakceptowana przez medycynę ortodoksyjną, a w prasie pojawia się wiele ofert sprzedaży stymulatorów. Są one na tyle kosztowne, że warto zająć się skonstruowaniem takiego urządzenia we własnym zakresie.
Dostępne w handlu stymulatory wyposażone są w transformatory podnoszące napięcie wyjściowe do żądanego poziomu. Twórcy niniejszego projektu nie udało się jednak znaleźć w ofertach transformatora, który nadawałby się do wykorzystania, zastosowano więc inne rozwiązanie zapewniające uzyskanie podwyższonego napięcia.
W prezentowanych poprzednio projektach użyto pomp diodowych, jednak przy instalowaniu płytki w małych obudowach powodowało to konieczność pionowego montażu diod, co nie było szczególnie wygodne. Poprzednie projekty dotyczyły prostej i rozszerzonej wersji stymulatora, wyposażonej w regulacje czasu trwania i częstotliwości impulsów prądowych. Doświadczenie wykazało, że regulacje te nie są niezbędne, należy natomiast dysponować możliwością regulacji amplitudy napięcia wyjściowego oraz pracy przerywanej, co jest przydatne przy dłuższych seansach terapeutycznych, a także w sytuacjach, gdy przynoszona ulga jest coraz mniej odczuwalna ze względu na przyzwyczajenie organizmu do ciągłej stymulacji.
Twórca projektu dwukrotnie pożyczył stymulator w wersji prostej swym przyjaciołom, któ-
Elektronika Praktyczna 7/97
15
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
rzy przeszli skomplikowane operacje kręgosłupa. W obu przypadkach uzyskano doskonałe rezulta-
ty.
W prezentowanym układzie podwyższone napięcie uzyskuje się dzięki zastosowaniu przetwornika z kluczowaniem. Napięcie wyjściowe jest regulowane przez proste układy astabilne i mono-stabilne, łatwe do zrozumienia i ewentualnej naprawy.
Podwójne wyjście pozwala na stymulację większych lub głębiej położonych obszarów bólu.
Opis układu
Schemat ideowy stymulatora przedstawia rys.l. Krótka informacja dla Czytelników nie znających zasady działania kluczowanych przetworników: polega ono na okresowym podawaniu napięcia zasilania na cewkę (Li), przez którą zaczyna płynąć coraz większy prąd, po czym obwód jest przerywany, a powstały w wyniku skok napięcia ładuje kondensator.
Układ objęty jest pętlą sprzężenia - gdy osiągnięte zostaje żądane napięcie, prąd cewki jest ograniczany. Bramki Schmitta IClc i ICld tworzą układ astabil-ny pracujący z częstotliwością około 65kHz. ICla i IClb stanowią elementy buforowe i sterujące bramkę tranzystora TR2 typu MOSFET z kanałem n, który przełącza napięcie zasilania w obwodzie zawierającym cewkę Li.
Gdy zamknięty jest obwód zawierający cewkę, natężenie przepływającego przez nią prądu narasta do około 150mA, co mieści się w możliwościach tranzystora TR2. Gdy tranzystor ten zostaje wyłączony, energia zgromadzona w polu cewki przekazywana jest przez diodę D3 do kondensatora C3.
Gdy napięcie panujące na kondensatorze osiąga 80V, diody Ze-nera Dl i D2 zaczynają przewodzić, polaryzując bazę tranzystora TRI. Tranzystor ten zostaje włączony i zwiera do masy wyprowadzenie 13 bramki ICld, blokując generator i ograniczając dalsze
narastanie napięcia wyjściowego. Ponieważ kolejne bramki układu odwracają poziom, na bramce TR2 pojawia się stan niski, powodujący zatkanie tego tranzystora. Zastosowanie układu 4093B -bramek Schmitta - zapewnia "czyste" przełączanie.
Opisany prosty układ podnoszenia napięcia pozwala na uzyskanie źródła napięcia 80V o obciążalności kilku mA przy zasilaniu z baterii o napięciu 6V, co upraszcza zasilanie urządzenia.
Generacja impulsów
Generator impulsów zbudowany jest z użyciem sześciu inwer-terów Schmitta, mieszczących się w układzie CMOS 40106 (IC2).
Układ "napędza" generator as-tabilny z inwerterami IC2e i IC2f, działający z częstotliwością około 120Hz w okresach, gdy dioda D5 jest spolaryzowana zaporowo. Sygnał wyjściowy tego generatora jest różniczkowany przez elementy C6 i R12, a następnie podawany na inwerter IC2d. W efekcie
COM
Rys. 1. Schemat blokowy stymulatora z podwójnym wyjściem.
16
Elektronika Praktyczna 7/97
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
+9V
TR3b
1
zlC2b PIN4
Rys. 2. Modyfikacje układu umożliwiające eksperymentowanie z szerokością i częstotliwością impulsu.
na wyprowadzeniu 8 układu IC2 pojawiają się dodatnie impulsy
0 czasie trwania około 130ms. Odpowiada to ciągłemu trybowi pracy urządzenia.
Jeśli przełącznik S2 jest otwarty, drugi układ astabilny, zbudowany na inwerterach IC2a i IC2b generuje sygnał o częstotliwości około 2Hz. W okresach, gdy poziom na wyjściu IC2b jest wysoki, dioda D5 przewodzi i blokuje pierwszy generator (z elementami IC2f i IC2e). Rezystory R7 i R8 oraz dioda D4 ustalają współczynnik wypełnienia przebiegu z drugiego generatora około 1/3. Sygnał na wyjściu stymulatora jest wtedy obecny przez około 1/ 3 okresu sygnału 2Hz - jest to przerywany tryb pracy stymulatora.
Jeśli przełącznik S2 jest stale zamknięty, stan na wyjściu IC2b pozostaje niski, a dioda D5 spolaryzowana zaporowo. Inwer-ter IC2c wysterowuje diodę LED D3, która świeci w sposób ciągły w trybie pracy ciągłej, gaśnie zaś
1 zapala się w trybie pracy przerywanej .
Zrozumienie zasady działania tej części układu powinno być łatwiejsze niż w przypadku bloków poprzednich. Ułatwi to konstruktorom wprowadzenie zmian układu zaproponowanych na rys.2 i eksperymenty z szerokością impulsów i ich częstotliwością.
Rezystor RIO określa częstotliwość, a zastąpienie go szeregowym połączeniem rezystora 12k.Q, i potencjometru 47kL2 pozwoli na regulację częstotliwości w zakresie od 50Hz do 270Hz. Rezystor R12 określa szerokość impulsu, a zastąpienie go szeregowym połączeniem rezystora 47kL2 i poten-cjometra 220kL2 pozwoli na regulację szerokości impulsu w zakresie od 40ms do 2 30ms.
Regulacja szerokości impulsu powinna być liniowa, natomiast regulacja częstotliwości liniowa nie jest, co w niczym nie umniejsza jej przydatności. Podane wyżej wartości stanowią wyniki obliczeń, w praktyce dobór wartości elementów wymagał będzie kilku eksperymentów.
Układ wyjściowy
Stopień wyjściowy jest podobny do zastosowanego w poprzednich wersjach stymulatorów, zbudowany na tranzystorach 2N5551 i 2N5401, przez które płyną impulsy prądu ze źródła podwyższonego napięcia. Jeśli na wyjściu układu IC2d panuje stan wysoki, na bazę tranzystora TR3 podawane jest napięcie 9V. Znaczna część tego napięcia pojawia się na emiterze tego tranzystora, powodując przewodzenie tranzystorów TR3 i TR4, w efekcie czego podwyższone napięcie 80V podawane jest na potencjometr regu-
lacji amplitudy VRl. Część tego napięcia pochodząca z suwaka potencjometru steruje bazy wtórników z tranzystorami TR5 i TR6, zapewniając odpowiednie natężenie prądu wyjściowego.
Kondensator C7 zapewnia zerową wartość składowej stałej prądu wyjściowego i zapobiega polaryzacji elektrod, a także pojawieniu się na wyjściu napięcia stałego w przypadku uszkodzenia układu.
Układ wyjściowy może pracować z dwiema parami elektrod, a więc gniazda wyjściowe SKl i SK2 połączone są równolegle. Rezystory szeregowe R16 i R17 zapobiegają uszkodzeniom grożącym w przypadku zwarcia elektrod, a także poprawiają symetrię rozpływu prądów w przypadku wykorzystywania pary elektrod.
Wykonanie
Zakładając, że układ zostanie umieszczony w obudowie zaproponowanej w wykazie elementów, należy rozpocząć od sprawdzenia, czy płytkę można zamocować do kołków wystających z dolnej części obudowy.
Otwór pod oś potencjometru VRl wykonać wykorzystując jako szablon płytkę układu. Zaznaczyć i wywiercić w pokrywie obudowy otwory pod gniazda wyjściowe i diodę LED. Przełączniki suwakowe Sl i S2 zamontować w otworach wykonanych w bocznej ściance dolnej części obudowy. Płytka drukowana została wykonana w taki sposób, by od strony przełączników ni znajdowały się na niej żadne inne elementy (patrz zdjęcia).
Mozaika ścieżek druku oraz schemat rozmieszczenia elementów przedstawione są na rys.3.
Montaż elementów przebiegać powinien w kolejności od najniższych do najwyższych, tj. poczynając od diod i rezystorów przez podstawki pod układy scalone na dużych kondensatorach kończąc. Elementy ICl, IC2 i TR2 nie będą na tym etapie montowane.
Bardzo starannie należy montować podzespoły tworzące konwerter napięcia, ponieważ niewłaściwie wykonane i działające kluczowane układy zasilające zazwyczaj ulegają uszkodzeniu, co bardzo utrudnia znalezienie błę-
Elektronika Praktyczna 7/97
17
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
du. Choć zastosowany tutaj zasilacz z kluczowaniem należy do najprostszych, dobrze byłoby zapewnić jego poprawne działanie od samego początku.
Potencjometr regulacji amplitudy VRl mocowany jest do płytki tak, by przez otwór w obudowie wystawał niewielki fragment osi wystarczający do zamocowania podkładek i pokrętła. Najlepiej jest przylutować do wyprowadzeń potencjometru krótkie odcinki drutu, przeprowadzić je przez otwory w płytce i przylutować do płytki dopiero po dokręceniu nakrętki. Taki montaż pozwala na użycie małego pokrętła i uniknięcie obecności nakrętki na pokrywie obudowy.
Ze względów bezpieczeństwa napięcie znamionowe kondensatora C7 powinno wynosić co najmniej 160V. W prototypie zastosowano łatwo dostępny kondensator polipropylenowy, ale można także użyć kondensator poliestrowy. W płytce wykonano większą liczbę otworów pod ten kondensator, co ułatwi jego wlu-towanie.
Niektóre osoby realizujące poprzednie projekty sygnalizowały trudności z określeniem wyprowadzeń tranzystorów. W razie wątpliwości należy używając omomierza przeprowadzić prosty test - tranzystor w uproszczeniu stanowi połączenie dwóch diod, przy czym w przypadku tranzystora npn baza stanowi połączenie anod, natomiast w przypadku tranzystor pnp - katod.
Jakkolwiek układ zasilany jest napięciem 9V, podczas uruchamiania należy pamiętać o obecności w układzie napięcia 80V. Wprawdzie niebezpieczeństwo porażenia jest znikome, będzie to raczej połaskotanie, ale ładunek zgromadzony w kondensatorze C3 w przypadku przypadkowego zwarcia wyprowadzenia C3 z innymi elementami może spowodować uszkodzenie ich - należy więc unikać zwarć. W przypadku układów ICl, IG2 i tranzystora TR2 należy zachować środki ostrożności właściwe w przypadku elementów CMOS.
Po zakończeniu montażu należy podłączyć do płytki przewody zasilające, łączące z gniazdami
wyjściowymi, przełącznikiem S2 oraz diodą LED. Wstawić układ IC2 w podstawkę, wlutować diodę LED i włączyć zasilanie. Dioda LED powinna zapalać się i gasnąć, sygnalizując przerywany tryb pracy urządzenia.
Wykazujący w tym przypadku tętnienia prąd zasilania nie powinien przekraczać 2,5mA. Zwarciu przewodów przełącznika S2 powinno towarzyszyć stałe świecenie diody LED, a prąd zasilacza powinien ustabilizować się na poziomie 2,5mA.
W takiej konfiguracji napięcia średnie na wyprowadzeniach 10 i 12 układu IC2 powinny wynosić około połowy napięcia zasilania. W rzeczywistości napięcia w tych punktach oscylują miedzy napięci em zasilania a masą z częstotli-wością około 120Hz. Napięcie średnie na wyprowadzeniu 8 może być trudne do zmierzenia, ponieważ występujące tam impulsy są wąskie.
Następnie należy wstawić w podstawkę układ ICl. W sytuacji, gdy w układzie nie ma jeszcze tranzystora TR2, diody Zenera nie będą przewodzić , tranzystor TRI pozostanie zatkany, a generator z bramkami IC2e i IC2f będzie działał. Napięcia średnie na wyprowadzeniach 3, 4, 10 i 11 układu ICl wyniosą więc około połowy napięcia zasilania (częstotliwość przebiegu jest równa około
65kHz).
Jeśli układ zachowuje się w wyżej opisany sposób, można wlutować tranzystor TR2. Płytkę należy ponownie zasilić, podłączając woltomierz do katody
diody D2, gdzie powinno pojawić się napięcie 80V.
Montaż końcowy
Pozostaje zamocowanie płytki w obudowie, podłączenie przełączników, gniazd wyjściowych i diody LED, zgodnie z rys.4. Można użyć obudowy dowolnego typu, ale zaproponowana w wykazie elementów posiada przegródkę na baterię, co ułatwia jej wymianę.
Można także wyposażyć obudowę w klips umożliwiający noszenie stymulatora na pasku. Aby ograniczyć możliwość przypadkowej zmiany nastawy potencjometru VRl, pokrętło zastosowane w prototypie było bardzo płaskie.
Rys. 3. Rozmieszczenie elementów i widok płytki drukowanej.
18
Elektronika Praktyczna 7/97
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
9V
BATTEHY
PP3
SKi SK2 C0H1
Rys. 4. Widok połączeń zewnętrznych.
Elektrody
Elektrody można wykonać we własnym zakresie, wykorzystując w tym celu waciki i wodny roztwór soli. Nie należy dopuszczać do bezpośredniego kontaktu metalu ze skórą, ponieważ może to spowodować podrażnienia, nawet w przypadku prądów o niskich natężeniach.
Najlepszym rozwiązaniem jest kupno kilku samoprzylepnych elektrod, które zakłada się bardzo łatwo i można je używać wielokrotnie. Najbardziej odpowiednie są elektrody o wymiarach około 45x45 mm, na ogół wyposażone w przewód z gniazdem 2mm.
Wykorzystywać można jedno lub oba wyjścia, przy czym korzystanie z dwóch przynosi lepsze efekty w przypadku stymulowania większych obszarów lub dwóch obszarów jednocześnie. Dla ułatwienia znajdowania właściwego miejsca przyłożenia elektrod można oznaczyć przewody kolorami.
Przed przystąpieniem do zakładania elektrod należy uważnie przeczytać ostrzeżenia znajdujące się w ramce (strona tytułowa). Na ogół elektrody przykłada się z obu
stron bolesnej okolicy. W przypadku bólu lędźwiowo-krzyżowe-go lub rwy kulszowej zalecane jest umieszczenie elektrod u podstawy pleców.
Chociaż nie należy umieszczać elektrod na czaszce, w przypadku nerwobólu nerwu trójdzielnego elektrody zakłada się po tej samej stronie głowy, jedną na wysokości tylnej części szczęki, drugą na wysokości ucha.
Elektrody nie mogą zostać umieszczone tak, by prąd przepływa! przez serce, o czym należy pamiętać w przypadku równoczesnej stymulacji dwóch różnych obszarów. Użytkownicy stymulatorów serca nie mogą używać prezentowanego urządzenia, zwłaszcza jeśli stymulator serca pracuje "na żądanie", ponieważ może on potraktować impulsy wysyłane przez stymulator układu nerwowego jak impulsy pochodzące z serca. W przypadku jakichkolwiek wątpliwości należy bezwzględnie zasięgnąć opinii lekarza.
Użytkowanie stymulatora
Stymulacja trwa zazwyczaj 2 0 do 30 minut, aczkolwiek jedna ze
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
(metalizowane 0.6W, 1%)
Rl: lOOkO
R2: 33kQ
R3, R14: 10kO
R4, R5: 470kQ
Ró: lMn
R7, R8: 220kQ
R9: 270kQ
RIO: 27kQ
Rl 1: 2,7kn
R12: 150kQ
R13: 18kQ
R15: 470O
R16, R17: 390O
VR1: lOkO obrotowy, węglowy,
liniowy
Kondensatory
Cl: 220|iF/16V/ wyprowadzenia
jednostronne
C2: 470pF, ceramiczny
C3: lOjiF/lOOy, wyprowadzenia
jednostronne
C4: 470nF, ceramiczny
C5: lOOnF, ceramiczny
C6: lnF, ceramiczny
C7: 1jiF/250V/ poliestrowy
Półprzewodniki
Dl: BZX61C33 (dioda Zenera)
D2: BZX61C47 (dioda Zenera)
D3, D4, D5: 1N4148
D6: dioda LED 3mm, o niskim
poborze prądu
TRI: ZTX108
TR2: ZVN4310A (MOSFET, kanał n)
TR3, TR5: 2N5551
TR4, TR6: 2N5401
IC1: 4093B
IC2: 40106B
Różne
LI: miniaturowy dławik z rdzeniem
ferrytowym 470mH
Sl, S2: przełącznik dwubiegunowy
dwu pozycyjny
SK1, SK2: gniazda jack mono
3.5mm
PL1, PL2: wtyki jack mono 3.5mm
Bl: bateria 9V plus złączka
obudowa z tworzywa sztucznego
145mmx85mmx34mm z przegródką
na baterię, gniazda 14-nóżkowe
2szt., bananki 2mm 4szt.,
elektrody (patrz tekst), płaskie
pokrętło z tworzywa,
cyna, przewody itp.
znajomych twórcy projektu, oczekująca na operację z powodu bardzo silnych bólów kręgosłupa używała stymulatora niemal bez
Elektronika Praktyczna 7/97
19
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
przerw, nie stwierdzając żadnych niekorzystnych skutków ubocznych.
Należy założyć elektrody we właściwym miejscu i przed włączeniem ustawić na minimum potencjometr regulacji amplitudy. Następnie zwiększać amplitudę do poziomu, przy którym odczuwalne stanie się lekkie łaskotanie - oznacza to właściwy poziom stymulacji.
Po pewnym czasie organizm przyzwyczai się do prądu o takim natężeniu i uczucie łaskotania zniknie, a wtedy należy podnieść amplitudę do momentu powrotu łaskotania. Jeśli uczucie ulgi jest słabsze lub niezbędny jest dłuższy czas trwania stymulacji, korzystna może okazać się zmiana trybu pracy z ciągłego na impulsowy.
Średni pobór prądu urządzenia zależy od nastawy regulacji amplitudy i wynosi w typowych warunkach od lOmA do 2 0mA.
W przypadku dłuższego czasu trwania stymulacji należy do zasilania użyć akumulatorów NiCd lub zewnętrznego zestawu akumulatorów. Ze względów bezpieczeństwa stymulatora nie wolno zasilać z zasilacza sieciowego.
Wyniki aktualnych badań medycznych wykazują, że około 70% użytkowników stymulatora odczuwa ulgę, aczkolwiek reakcje ze strony Czytelników na poprzednie dwa modele pozwalają przypuszczać, że odsetek ten jest nawet wyższy.
Na zakończenie należy podkreślić, że stymulator wyłącznie łagodzi objawy, nie lecząc żadnych schorzeń. Każdy, kto cierpi na przewlekle bóle występujące bez wyraźnej przyczyny, powinien zasięgnąć porady lekarza.
Artykuł publikujemy na podstawie umowy z redakcją miesięcznika "Everyday with Practi-cal Electronics".
Pomoc w domu
Czytelników dysponujących dostępem do Internetu na pewno ucieszy informacja o nowej stronie EPE WWW, zawierającej szersze informacje na temat wykorzystania stym ulatora, które powinny pomóc w łagodzeniu boli kręgosłupa i innych.
Materiał ten został specjalnie przygotowany dla EPE przez Panią J.Kidson, kręgarza pracującego w ośrodku Anglo-European College of Chiropactic (AECC), w Bournemouth w Anglii. Redakcja EPE jest bardzo zobowiązana wszystkim zaangażowanym w tę pomoc osobom, w szczególności Pani Kidson i Doktorowi H.Thiel z AECC.
Dalsze szczegóły znaleźć można na naszej stronie internetowej http://www.epemag.wim-borne. co.ukjindex.htm. , gdzie podany jest również sposób dostępu do stron AECC oraz EPE TENS.
Elektronika Praktyczna 7/97
PODZESPOŁY
Programowalny generator firmy Dallas
Amerykańska firma Dallas
dała się już poznać naszym
Czytelnikom jako producent
niezwykłych układów
scalonych, m.in. bardzo
popularnych pastylek - kluczy
do immohilizerów, scalonych
termostatów cyfrowych,
programowalnych ładowarek do
akumulatorów.
Najnowsze opracowanie tej
firmy to programowany
generator przebiegów
prostokątnych, układ noszący
oznaczenie DS1075. Jest to
awangardowe opracowanie,
które ma szansę bardzo szybko
stać się standardem.
W ańykule przedstawiamy
ten układ oraz proste
narzędzie umożliwiające jego
programowanie, które jest od
maja tego roku dostępne także
w naszym kraju.
Podstawowe parametry i możliwości układu DS1O75
napijcie zasilania 5V
pobór prądu podczas normalne] pracy
35 m A
pobór prądu w trybie Stand-by 0,8|jA,
maksymalne częstotliwości oscylatorów
wewnętrznych (w zależności od wersii
układu) 60,66,80,lOOMHz
maksymalna częstotliwość zewnętrznych
impulsów prostokątnych (DS1075 pracuje
jako dzielnikczęstotliwości) 50MHz
maksymalna częstotliwość rezonansowa
kwarcu wykorzystanego jako wzorzec
25MHz
zakres częstotliwości wyjściowych
200kHz lOOMHz
współczynnik wypełnienia przebiegu
wyjściowego ok 50%
stabilność częstotliwości generowanej przez
oscylator wewnętrzny (w całym zakresie
Temperatur) ą1%
dokładność wzorca wewnętrznego ą0,5%
zakres dopuszczalnych wartości
współczynnika podziału częstotliwości
wzorca wewnętrznego 1 2052
zakres dopuszczalnych wartości
współczynnika podziału częstotliwości
wzorca zewnętrznego 2 513
układ jest wyposażony w synchronizowane
z sygnałem zegarowym wejście OE
możliwe jest przełączanie układu w Tryb
oszczędzania energii Stand-by
programowanie układu odbywa się poprzez
interfejs 1-Wire, zbliżony parametrami do
standardu obowiązującego w innych
układach firmy Dallas (m m w serii Touch
Memory)
układyDS1075 dostępne sąw obudowach
DIP3 orazSOICa
Typowym problemem, z jakim spotykają się konstruktorzy różnego rodzaju systemów cyfrowych, jest dobór generatora o odpowiedniej częstotliwości. W niektórych aplikacjach są potrzebne generatory o nietypowych wartościach częstotliwości lub rzadko produkowane, co zmusza projektanta do budowania powielaczy lub dzielników częstotliwości. Dużo kłopotu sprawia także samodzielne zbudowanie generatora o programowanej częstotliwości, co pozwala na jej modyfikowanie w działającym systemie.
Wszystkie te trudności minimalizuje najnowsze opracowanie firmy Dallas - układ DS1O75. Spełnia on funkcję programowanie go dzielnika częstotliwości o stopniu podziału mieszczącym się w przedziale 1..2052. Zakres uzyskiwanych częstotliwości wyjściowych wynosi 200kHz..l00MHz. W strukturze układu zaimplementowano także oscylator wzorcowy o dość dużej dokładności i stabilności, co pozwala ograniczyć liczbę niezbędnych elementów.
Projektanci układu DS1O75 przewidzieli także możliwość jego w y korzy s tania j ako pro gr am o w al -nego dzielnika częstotliwości im-
pulsów prostokątnych, dostarczanych ze źródła zewnętrznego lub oscylatora kwarcowego dołączanego do odpowiednich wyprowadzeń układu. Stopień podziału częstotliwości wejściowej oraz bity kon-ngurujące tryb pracy układu zapisywane są w wewnętrznej pamięci EEPROM. Zapis oraz odczyt zawartości tej pamięci jest możliwy poprzez dwuliniowy (masa + sygnał) interfejs 1-Wire, znany Czytelnikom EP z opisów konstrukcji immobili-zerów AVT-292 oraz AVT-294. Schemat blokowy prezentujący wnętrze układu DS1O75 przedstawiono na rys.l. Jak widać struktura f m układu jest dość zło-s ^W żona. Podstawowe blo-,r ki widoczne na rysunku realizują następujące zadania:
internal oscylator - jest to wewnętrzny oscylator o stabilizowanej częstotliwości; w zależności od wersji układu generowana częstotliwość może wynosić: 60MHz (DS1075-60), 66MHz (DS1075-66), 80MHz (DS1O75-8O) lub lOOMHz (DS1O75-1OO);
- devider:M - preskaler o wybieranym zakresie podziału częstotliwości 1..4; jest wykorzystywany tylko podczas pracy z oscylato-rem wewnętrznym;
- programmable divider :N - programowany dzielnik częstotliwości o stopniu podziału w przedziale 2..513; sygnał na wyjściu tego dzielnika ma wypełnienie bliskie 50%;
- enabling seąuencer - prosty automat synchr oni żujący wpływ sygnału blokady wyjścia (ang. Out-put Enable) na kształt przebiegu wyjściowego; dzięki zastosowaniu tego automatu nie występuje niebezpieczeństwo zmiany kształtu przebiegu wyjściowego;
- I/O controller - blok umożliwiający przełączenie układu DS1O75 w tryb programowania i obsługujący interfejs 1-Wire, który umożliwia zarówno odczyt, jak i zapis zawartości pamięci EEPROM;
- power on reset - generator sygnału zerowania wszystkich modułów wewnętrznych (z wyjątkiem pamięci EEPROM), wyko-
Elektronika Praktyczna 7/97
21
PODZESPOŁY
1.
rzystywany także przez układ 1/0 controller do wykrywania warunku przełączenia się w tryb pr o gram o w ani a;
- EEPROM - blok pamięci nieulot-nej EEPROM o pojemności 17B (oficjalnej - Dallas prawdopodobnie część pamięci "ukrył" przed użytkownikami, podobnie jak w przypadku układów DS1620 i pochodnych); przechowywane jest w niej 9-bitowe słowo ustalające zawartość rejestru dzielnika N oraz 8-bitowe słowo konfi-gurujące preskaler ;M, multipleksery oraz tryby pracy układu; zapis i odczyt tej pamięci jest możliwy poprzez interfejs 1-Wire.
Ustalenie stopnia podziału tak, aby uzyskać żądaną częstotliwość na wyjściu nie jest zadaniem zbyt trudnym, znacznie więcej uwagi wymaga odpowiednie zaprogra- , mowanie rejestrów EEPROM układu. Wynika to faktu, że współczynnik podziału reguluje się nie tylko wpisaniem odpowiedniej liczby określającej nastawę podziału :N, lecz wymagane jest także ustalenie drogi przesyłania sygnału wewnątrz układu, co wymaga odpowiedniego skonfigurowania multiplekserów. Co więcej,

Fot. 2
interfejs 1-Wiie wymaga zastosowania specjalnego programatora lub samodzielnego wykonania takiego urządzenia.
Dallas z myślą o ograniczeniu tych problemów, wraz z wprowadzeniem do oferty handlowej układów DS1075, udostępnił prosty Starter Kit, zawierający płytkę programatora z możliwością "podglądania" najbardziej interesujących wyprowadzeń układu. Integralnym elementem zestawu jest także oprogramowanie pracujące "pod opieką" Windows 95 (rys.2), które ogromnie ułatwia programowanie układów DS1075. Aby zaprogramować układ wystarczy zadać źródło sygnału zegarowego (wewnętrzne lub zewnętrzne) i oczekiwaną częstotliwość wyjściową. Program automatycznie dobiera właściwy współczynnik podziału, ustawia także wszystkie bity konfiguracyjne. Dzięki temu konstruktor nie musi żmudnie przeliczać odpowiednich nastaw, co zdecydowanie przyspiesza i ułatwia pracę. Ponieważ minimalna, dopuszczalna przez producenta układu, częstotliwość wyjściowa wynosi 200kHz, program automatycznie kontroluje parametry zadane przez użytkownika, co zapobiega możliwości błędnego zaprogramowania układu. Po ustaleniu niezbędnych parametrów jest możliwe zaprogramowanie układu zainstalowanego w podstawce płytki programatora. Programowanie odbywa się poprzez port szeregowy RS232. Mikio-kontrolerPICl6C54po-L" średniczy pomiędzy
r złączem szeregowym i układem DS1075, umożliwiając odczyt i zapis tego układu, a także uruchomienie prostego programu demonstracyjnego.
\
Elementy wchodzące w skład Starter Kitu
dyskietka3 5 z oprogramowaniem pracuiącym tylko zWindows 95 oraz dokurnentaciąw postaci pliku * pdl, plików ze schematami * gil i kilku plików tekstowych, dyskietka nie zawiera programu instalacyjnego
- płytka programatora-demonstracyjna
- próbki układów (po 2 szt każdego) DS1075-6 0/66/80/100
- dokumentacja układu DS1075-XX oraz modułu DS1075X
Starter Kit wymaga zasilania napięciem stabilizowanym 5V Zasilacz i kabel RS232 nie wchodzą w skład zestawu
montażu powierzchniowego SOIC8.
Ponieważ głównym zamiarem producenta było umożliwienie zastąpienia układem DS1O75 standardowych generatorów w obudowach DIP8 oraz DIP14, a nie jest to możliwe bezpośrednio ze względu na inny układ wyprowadzeń, opracowano specjalną płytkę - adapter (fot.2), która pozwala zarówno programować zamontowany na niej układ, jak i montować go bezpośrednio w miejscu standardowych generatorów. Płytka z zamontowanym układem nosi oznaczenie DSlO75X-AA, gdzie AA oznacza częstotliwość wewnętrznego oscy-latora zamontowanego układu.
W zależności od obudowy zastępowanego generatora jest możliwe dostosowanie rozmiaru płytki, ponieważ ma ona wycięte dwie szczeliny. Ułatwiają one odłamanie zbędnej części w przypadku, gdy zastępujemy generator w obudowie będącej odpowiednikiem DIP8.
W najbliższej przyszłości ma zostać wprowadzona do produkcji wersja układu oznaczona DS1065. Będzie to nieco uproszczona (ze względu na mniejszą liczbę dostępnych wyprowadzeń) wersja DS1O75 w obudowie TO-92 (identyczna z obudową popularnych tranzystorów, np. BC547). Piotr Zbysiński, AVT
Zestaw udostępniła redakcji firma WG-EIectronics.
DS1075 - początek nowej linii
Układ DS1075 jest dostępny w dwóch wersjach obudów: DIP8 oraz miniaturowej, przystosowanej do
Rys. 2.
22
Elektronika Praktyczna 7/97
UKŁADY AUTOMATYKI
Uniwersalny sterownik logiczny LOGO!, część 2
LOGO! z punktu widzenia automatyka
LOGO
W drugiej części artykułu
przybliżymy podstawowe cechy
użytkowe LOGO! Nieco uwagi
poświęcimy także niezwykle
atrakcyjnemu oprogramowaniu
LOGO!Softf które firma Siemens
opracowała z myślą o ułatwieniu
tworzenia i testowania
implementowanych w sterowniku
programów.
Co potrafi LOGO!?
Jak wspomniano w pierwszej części artykułu, LOGO! jest wyposażony w sześć wejść cyfrowych i cztery wyjścia. Dopuszczalne jest tworzenie złożonych powiązań logicznych pomiędzy stanami wejściowymi i wyjściowymi, przy
Wymagania programu LOGOISoft
/ Windows 3 1/3 11
/ zalecany komputer z procesorem 486DX2
lub lepszym
/ minimum 4MB pamięci RAM / minimum 3MB wolnego mieisca na dysku
twardym / mysz / kolorowa karta gra liki - optymalna |estVGA
lubSVGA / do konligurowania LOGO' komputer musi
być wyposażony w interfejs RS232________
>1
Rys.l.
czym mogą to być proste zależności logiczne, czasowe lub licznikowe. Do tworzenia tych zależności wykorzystuje się szereg funkcji, które można podzielić na dwie zasadnicze grupy: funkcje podstawowe (ang. General Function) oraz funkcje specjalne (ang. Special Function) .
Na rys.l przedstawione zostały symbole funktorów logicznych, związane z grupą funkcji podstawowych. Do tej grupy należą:
- 3-wejściowa bramka AND;
- 3-wejściowa bramka OR;
- inwerter;
- 3-wejściowa bramka NAND;
- 3-wejściowa bramka NOR;
- bramka ExOR.
Działanie tych funktorów jest zgodne z tablicami prawdy odpowiadających im funkcji logicznych. Proste schematy elektryczne, znajdujące się po lewej stronie rys.l, przedstawiają przełącznikowe odpowiedniki realizowanych funkcji. W prawej części tego rysunku przedstawione zostały symbole graficzne funktorów logicznych. Każdy z bloków grupy GF ma trzy wejścia (z wyjątkiem inwertera, który ma jedno wejście) i jedno wyjście. Wejścia nie używane można podłączyć na stałe do wybranego poziomu logicznego (dla AND i NAND do "1", a dla OR i NOR do "0").
Bardzo bogate możliwości oferują moduły wchodzące w skład grupy funkcji specjalnych. Na rys.2
Elektronika Praktyczna 7/97
23
UKŁADY AUTOMATYKI
4a
-c
JL
IUL-1
p 1 1
n
^i Ś* ^ T ru T i"
Fl n
_! "HM i 1 1
Rys.2.
znajdują się symbole graficzne modułów tej grupy, wraz z wykresami obrazującymi ich sposób działania. Omówimy je w kolejności jak na rys.2:
- Moduł opóźnionego włączenia Wejście oznaczone Trg umożliwia wyzwolenie konfigur o walnego układu czasowego, dzięki czemu po zadanym czasie jest uaktywniane wyjście tego modułu.
- Moduł opóźnionego wyłączania Umożliwia wyłączenie sterowa-
Rys.3.
nego układu po zadanym czasie. Zastosowany timer jest retiigerowalny, dodatkowo wyposażony w wejście a syn chroniczne go zerowania.
Moduł przekaźnika impulsowego
Jest to odpowiednik cyfrowego przerzutnika typu T, z asynchronicznym wejściem zerowania. Moduł zegara sterującego Jest on dostępny tylko w wersji LOGO! z literą "R" w oznaczeniu. W praktyce jest to zegar czasu rzeczywistego, z możliwością konfigurowania trzech niezależnych cykli włącz\wyłącz. Funkcjonalnie odpowiadają one krzywkom stosowanym w zegarach elektromechanicznych, dotychczas bardzo popularnych w systemach automatyki. Zegar czasu rzeczywistego jest wyposażony w zasilanie awaryjne, które umożliwia jego pracę po zaniku napięcia zasilającego przez ok. 8 godzin. Moduł przekaźnika zatrzaskowego
Jest to odpowiednik asynchro-nicznego przerzutnika RS. Moduł generatora impulsów Przy pomocy tego modułu jest możliwe generowanie przebiegu prostokątnego o wypełnieniu 50% i minimalnym czasie trwania każdego poziomu 0,lsek. Dzięki zastosowaniu wejścia zezwalającego En, generacja przebiegu jest uaktywniana w wybranych momentach. Moduł opóźnionego załączenia z podtrzymaniem Jest to połączenie modułu generatora opóźnionego załączania z przerzutnikiem RS. Odmierzanie czasu T rozpoczyna się po wyzwoleniu poziomem "1" na wejściu Trg. Wyzerowanie wy-
jścia Q wymaga podania stanu logicznego "1" na wejście R. Maksymalny czas zliczania jaki można zadać wynosi 99 godzin i 59 minut.
- Moduł licznika zdarzeń Jest to dwukierunkowy licznik impulsów pojawiających się na wejściu Cnt z wbudowanym komparatorem. Jeżeli liczba zliczonych impulsów jest równa parametrowi Par, to wyjście Q jest ustawiane. Zerowanie licznika i przerzutnika wyjściowego jest możliwe poprzez podanie stanu "1" na asynchroniczne wejście zerujące R.
Tak więc konstruktorzy LOGO! przygotowali szereg niezwykle użytecznych modułów, które można bezpośrednio stosować w projektowanych systemach. Parametry pracy wszystkich modułów można weryfikować podczas pracy sterownika (są one wyświetlane na wskaźniku LCD), możliwe jest także modyfikowanie ich wartości w dowolnym momencie.
Poprzez łączenie ze sobą podstawowych modułów SF i GF można tworzyć niezwykle złożone układy logiczne. Niestety istnieją pewne ograniczenia, o których należy pamiętać podczas tworzenia projektu programu. Pierwsze z nich wynika z ograniczonej pojemności
Tabela 1.
Liczba Liczba Liczba
Funkcja parametrów RAM wykorzystanych bloków
opisujących liczników czasu
Funkcje podstawowe 0 0 0 1
Opóźnione załączenie 1 1 1 1
Opóźnione wyłączenie 2 1 1 1
Przekaźnik impulsowy 0 tl "i
Zegar sterujący L 2 a "]
Przekaźnik zatrzaskowy 0 1 0 1
Generator impulsów zegarowych 1 1 1 1
Opóźnione załączenie z podtrzymaniem 2 1 1 1
Licznik zdarzeń 2 2 0 1
Maksymalna ilość modułów w LOGO' 27 24 10 30
24
Elektronika Praktyczna 7/97
UKŁADY AUTOMATYKI
OVAC
Rys .4.
pamięci sterownika, która jest przeznaczona na przechowywanie programu i parametrów niektórych bloków. W tab.l zestawiono informacje
0 "pamięciożerności" poszczególnych modułów. Drugim, równie istotnym ograniczeniem jest maksymalna liczba bloków, które można połączyć kaskadowo pomiędzy dowolne wejście i dowolne wyjście. Dopuszczalne jest
tworzenie projektów 7-wars-twowych, co wystarcza w większości aplikacji.
W przypadku, gdy realizowany projekt wymaga zastosowania większej liczby układów połączonych kaskadowo, jest możliwe podzielenie jej na dwie mniejsze części
1 połączenie ich w szereg poprzez zaciski zewnętrzne. Niezbędne jest do tego celu zastosowanie dodatkowych przekaźników lub tiansop-torów na zewnątrz sterownika, co nieco komplikuje połączenia zewnętrzne, pozwala jednak w stosunkowo prosty sposób ominąć to ograniczenie.
Dokładność od-~ mierzania czasu przez wszystkie
Rys .5.
Jl
_L
Tiy
JUI
moduły czasowe, zaimple-mentowane w LOGO!, wynosi ok. 1%, co daje błąd ą36 sek./h. Jest to oczywiście wartość skrajna, bo w praktyce błąd odmierzania czasu jest znacznie mniejszy.
Programowanie LOGO!
Przygotowany uprzednio program można wprowadzić do pamięci przy pomocy kl a wi a tury znajdującej się ~ na obudowie sterownika lub przy pomocy interfejsu szeregowego z nadrzędnego komputera PC. Niezależnie od sposobu programowania sterownika, program jest zawsze wpisywany do nieulotnej pamięci EEPROM, skąd każdorazowo można go uruchamiać i modyfikować.
W przypadku programowania bezpośredniego (z klawiatury), poszczególne moduły i sposoby wzajemnego ich łączenia ustala się przy pomocy czterech przycisków kursorów, przycisku potwierdzenia (OK) i zaprzeczenia (ESC). Jest to bardzo prosty sposób konfigurowania sterownika, wymaga jednak od użytkownika sporej wyobraźni, ponieważ na wyświetlaczu zawsze prezentowany jest symbol modułu modyfikowanego. Pozostałe moduły znajdują się w pamięci sterownika, lecz nie są widoczne w polu wyświetlacza. Znacznie prostszym sposobem zaprogramowania LOGO! i weryfikacji przygotowanego algorytmu działania jest wykorzystanie komputera PC z zainstalowanym oprogramowaniem LOGO! Soft. Przy pomocy tego programu można skonfigurować LOGO! w sposób identyczny, jak przy pomocy klawiatury. Po wprowadzeniu programu można zweryfikować jego działanie, bez ko-_tif nieczności fizycznego podłączania sterownika do układu. ry s. 3 prz e ds ta wi ono wi dok
gicznych pomiędzy blokami tworzącymi projekt. Schematu tego nie można edytować bezpośrednio, służy on tylko orientacji w strukturze projektu.
Symulację działania projektowanego sterownika można przeprowadzić operując ręcznie (przy pomocy myszy) przełącznikami we-
Ptti.....Przn
Rys.7.
>1
Na
ekranu po rozpoczęciu cyklu programowania. Rys.4 przedstawia przykładowy schemat połączeń lo-
jściowymi (rys.5), jednocześnie obserwując zmiany stanów na wyjściach sterownika. Na ekranie LOGO!, widocznym na rys.5, wyświetlane są parametry jednego z zastosowanych w programie układów czasowych. Parametr ten można modyfikować podczas pracy sterownika bez zaburzania jego pracy.
Po weryfikacji projektu jest możliwe załadowanie go do pamięci sterownika. Niezbędny do tego celu jest specjalny kabel zakończony z jednej strony 9-stykowym złączem RS232, a z drugiej strony specjalnym złączem 6-stykowym. Przy pomocy LOGO! Soft program wpisany do pamięci sterownika można wczytać do komputera i dowolnie go modyfikować.
Program wpisany do pamięci nieulotnej EEPROM można przepisać do dodatkowych modułów EEPROM, które są dołączane poprzez złącze portu szeregowego. Jest to jeden z prostszych sposobów powielania programu dla wielu sterowników, co może mieć duże znaczenie w małoseryjnej produkcji sterowników na zamówienie.
Elektronika Praktyczna 7/97
25
UKŁADY AUTOMATYKI
Przykładowa aplikacja LOGO!
Ze względu na bardzo elastyczną konstrukcję LOGO!, można nim zastąpić praktycznie każdy prosty układ sterujący, np. zegar załączający oświetlenie na klatce schodowej, kontroler zaniku faz itp. Podręcznik do LOGO! przygotowany przez firmę Siemens prezentuje 6 różnych aplikacji.
Aby nieco przybliżyć Czytelnikom sposób tworzenia oprogramowania, przedstawimy jeden łatwy w zrozumieniu przykład jego zastosowania. Będzie to automat sterujący oświetleniem na klatce schodowej, umożliwiający włączenie światła na z góry określony czas (w projekcie założono, że będzie on wynosił 3 minuty 30 sekund) lub na stałe. Włączenie światła na stałe wymaga przytrzymania przycisku włączającego oświetlenie na czas dłuższy niż 5 sekund.
Z ostatniej chwili...
Fot. 1.
Rodzina sterowników LOGO! rozszerzy się w sierpniu i październiku tego roku o szereg nowych wersji. Najważniejszemo-dyfikacjetozwi^kszenie liczby wejść i wyjść w sterownikach oznaczonych "L" (np. LOGO! 230RL). Zamiast dotychczasowych sześciu wejść, nowe sterowniki oferują ich aż dwanaście, a w miejsce czterech wyjść -będzieich osiem. Obudowatej wersji LOGO! odpowiada 7 modułom DIN (fot.1).
Kolejną nowością są sterowniki wyposażone w interfejs sieciowy, mające w oznaczeniu literę "B". (np. LOGO! 24LB11). Za-
Na rys. 6 przedstawiono schemat ilustrujący działanie programu. Pokrótce go omówimy. Pomocą będzie schemat elektryczny z rys.7.
Moduł oznaczony .A jest modułem opóźnionego wyłączania, który generuje na swoim wyjściu poziom logicznej "1" po wyzwoleniu sygnałem z wejścia Trg. Parametr T określa czas zapalenia żarówek po naciśnięciu przycisku Prz. Sygnał z wyjścia modułu .A jest podawany na jedno z wejść bramki OR, którą oznaczono na schemacie z rys.4 literą D. Pojawienie się na jednym z wejść tej bramki wysokiego poziomu logicznego powoduje zapalenie się żarówek dołączonych do styków przekaźnika.
Jeżeli przycisk Prz będzie wciśnięty przez czas dłuższy niż 5 sek., to na wyjściu modułu B pojawi się stan logiczny "1". Impulsy wyjściowe tego modułu są dzielone przez
^^^^^^^^
stosowano w nich dwuprzewodowy interfejs standardu AS, który umożliwia współpracę LOGO! także z bardziej zaawansowanymi sterownikami przemysłowymi.
Zestawienie najbardziej istotnych właściwości i parametrów nowych sterowników znajdujesię w tab.1.
Pewnym modyfikacjom uległy także sterowniki produkowanedotych czas-zegar czasu rzeczywistego w LOGO! 230RC może pra-cować bez zasilania zewnętrznego aż 80 godzin. Dostępna jest także wersja sterownika zasilana napięciem 24V z wbudowanym zegarem (LOGO! 24RC).
Siemens zadbał także o rozszerzenie elementów tworzących zaplecze sterownikom Fot. 2
Dodatkowe wyposażenie LOGO!
x oprogramowanie LOGO' Soft (dostępne na
płycie CD-EP1)
x kabel do programowania sterownika x moduł dodatkowe] pamięci nieulotnej x szczegółowa instrukcja w języku polskim
z przykładami zastosowań LOGO'
2 w module C. Każdorazowe przytrzymanie przycisku na czas dłuższy niż 5 sek. powoduje zmianę stanu na wyjściu modułu C, a w konsekwencji na wyjściu bramki D. Krótsze przyciśnięcie wyzwala tylko układ czasowy A Ponieważ w typowych warunkach światło na klatce schodowej jest włączane z kilku miejsc, zastosowano kilka włączników połączonych równolegle, co widać na schemacie z rys.7. Piotr Zbysiński, AVT
Oprogramowanie LOGOJSoft jest dostępne na płycie CD-EP1.
LOGO! W sierpniu'97 mają pojawić się na rynku dwa zasilacze impulsową które z zewnątrz wyglądają nie-malidentyczniejakLO-G0! (fot.2). Zasilacze tedostarczają napięcia 24V i mają wydajność prądową 1.3A (LOGO! Power 1.3) oraz 2.5A (LOGO! Power 2.5). Można je wykorzystać do zasilania układów pomocniczych, dodatkowych przekaźników, itp.
Kolejnym uzupełnieniem rodziny LOGO! są dwa typy styczników, które umożliwiają załączanie obciążeń o mocy do 13kW. Przy pomocy tych styczników są usuwane ograniczenia mocy przełączanej przy pomocy standardowych wyjśćLOGO! Na fot.3 przedstawiono wi-dokstycznikaLOGO!Contact24.Drugawersja (LOGO!Contact230)przystosowanajestdoza-silania bezpośrednio napięciem sieciowym.
Fot.
Tab.1. Zestawienie podstawowych możliwości nowych wersji sterowników LOGO!
Parametr LOGOI24L LOGOI24RL LOGOI24LB11 LOGOI24RLB11 LOGOI230RL LOGOI230RCL L0G0IRLB11
Liczba wejść 12 12 12 12 12 12 12
Liczba wyjść 8 3 8 8 8 8 8
Liczba wejść/wyjść ?/- 4/4 4/4 -/- -/- 4/4
adresowanych
poprzez interfejs AS
Rodzaj Tranzystorowe Przekaźnik Tranzystorowe Przekaźnik Przekaźnik Przekaźnik Przekaźnik
i obciążalność 300tnA 10A 300tnA 10A 10A 10A 10A
wyjścia (obciążenie (obciążenie (obciążenie (obciążenie (obciążenie
rezystancyjne)/3A rezystancyjne)/3A rezystancyjne)/3A rezystancyjne)/3A rezystancyjne)/3A
(obciążenie (obciążenie (obciążenie (obciążenie (obciążenie
indukcyjne) indukcyjne) indukcyjne) indukcyjne) indukcyjne)
Napięciezasilama 24VDC 24VDC 24VDC 24VDC 85 2G4VAC 85 2G4VAC 85 2G4VAC
26
Elektronika Praktyczna 7/97
KURS
Realizacja projektów
na 8051 przy pomocy .ąp

oprogramowania firmy systems
W poprzednim odcinku
przybliżyliśmy Czytelnikom
sposób posługiwania się
kompilatorem C firmy IAR
podczas tworzenia nowego
projektu oraz jego elementów.
Po utworzeniu kodu
wynikowego czas na jego
analizę czyli - "debugging".
Uruchomieni9 debugera C-SPY następuje poprses kliknięcie ikony w systemie Embedded Workbench, lub poprses wybranie opcji "Debugger" s menu "Project".
Program źródłowy se wszystkimi komponentami zostanie automatycznie skompilowany i skonsolidowany prses kompilator, po csyrn zostanie uruchomiony debuger. Aby rospocsąć sesję należy teras jedynie otworzyć sbiór debugera utworzony na etapie kompilacji, w nassym przypadku będsie to "demo.d03".
Rys. 3.
Tak więc wybieramy opcję "Open" s menu "File", a następnie klikamy na sbiór "demo.d03". Debugger otworzy sbiór, następnie pokaże puste okno "Source", ponieważ w nassym prsykła-dsie nie sdefiniowano kodu swiąsanego bespośrednio s modułem CSTARTUP. Należy więc wybrać jeden s dwóch fw nassym przypadku) źródeł, są to programy : "derno" i"demo_two". Wybieramy "derno", w oknie "Source" pojawi się listing źródłowy "derno.sO3" (rys. 2).
Analiza na poziomie "C"
Analisę rospocsniemy od trybu "krok po kroku", w tym celu wystarcsy klik-nąć na odpowiednią ikonę lub wybrać opcję "Step" s menu "Execute". Program rospocsyna pracę sawsse od funkcji "rnain", tak więc w nassym prsy-
Rys. 2.
Rys. 4.
F, '- --"HKI %'
ŚŁl .1 Jff M

^ t____________�ąT____________Zl
1
Rys. 5.
padku ekran debugera będsie wyglądał
jak na rys. 5.
Aktualna posycja debugera jest sa-snacsona jako wyróżniony kolorem tekst w oknie program źródłowego., w nassym prsypadku jest to linia:
for (i = 0, d = 1; i < TO0_P0WER;
Wykonywanie kolejnych kroków programu polega na dalssym klikaniu na ikonę "Step".
Rys. ó.
Podgląd wybranych zmiennych
C-SPY jak każdy program tego typu poswala na bieżącą obserwację smien-nych sawartych w kodsie źródłowym programu oras w sależności od potrseby ich modyfikację.
Aby otworsyć okno służące tej funkcji wystarcsy wybrać opcję "Watch" s menu "Window" lub kliknąć na odpowiadającą jej ikonę u góry ekranu. Na ekranie pojawi się okno "Watch", należy teras wprowadsić wybraną smien-ną podając jej naswę.
Elektronika Praktyczna 7/97
27
KURS
Rys. 7.
W naszym przypadku wybraliśmy zmienną typu "integer" : "d". Każda zmienna w okni9 "Watch" jest opisana także nazwą funkcji w której jest użyta, podany jest jej typ oraz aktualna wartość.
Wykonajmy teraz dla przykładu sześć kol9Jnych kroków pętli, aby za-obs9rwować zmiany w okni9 "Watch". W tym celu, zamiast używać ikony "Step", posłużymy się opcją "Mutli Step..." z menu "Ex9cut9", wprowadzając liczbę kroków, u nas będzie to 6.
Ustawianie pułapek
Użytkownik w prosty sposób moŻ9 ustawić dowolna ilość "Er9akpoint'ów" - czyli pułap9k w kodzie źródłowym Club na poziomie as9mbl9ra 8051, przez podani9 numeru linii, lub nazwy funkcji. Można to zrobić takŻ9 w prostszy sposób, ustawiając kursor na wy-bran9J linii i wydając korn9ndę "Toggl9 Er9akpoint".
Rys. S.
W tym C9lu nal9Ży otworzyć okno "R9port", któr9 posłuży do przedstawie-nia informacji na temat wszystkich ustawionych późni9J pułap9k. W naszym przykładzi9 ustawimy pułapkę w linii:
d * = 2;
Er9akpoint zostani9 ustawiony, co widoczn9 jest wyróżni9ni9m linii kolo-r9m cz9rwonym w okni9 "Sourc9", okno "R9port" jest na razi9 pust9, bowi9m ni9 wykonaliśmy kol9Jn9go kroku programu.
Wykonanie programu do pułapki
Aby wykonać program do kol9Jn9go brakpointu nal9Ży wybrać opcję "Go"
z menu "Ex9cut9", lub kliknąć odpowiadającą tej kom9ndzi9 ikonę. Erogram zostani9 wykonany do napotkania pułapki, która została wcz9Śni9J ustawiona, co zostani9 potwi9rdzon9 odpowied-nim komunikat9m w okni9 "R9port".
Erogram C-SEY pozwala użytkownikowi na d9finiowani9 bardzi9J rozbudowanych pułap9k warunkowych. Dla przykładu ustawimy pułapkę w progra-mie, która zd9finiuJ9 prz9krocz9ni9 wartości 2000 dla zmi9nn9J "d".
strukcji aż do tej, która aktualni9 jest wskazywana prz9z kursor.
Najpi9rw nal9Ży J9dnak otworzyć okno "T9rminal I/O" z menu "Window", aby w efekcie uzyskać standardowe wyjście funkcji "printf" w tym oknie. Ea-miętajmy jednak że aby uaktywnić je należy zlinkować moduły programu z opcją ,,-rt", która uaktywnia standardowe wyjście funkcji I/O dla potrzeb debugera C-SEY.
Rys. 9.
W tym celu należy wybrać opcję "Edit Ereakpoints..." z menu "Control", po tym zostanie wyświetlone okno edycji pułapek (rys* 7).
Wprowadzamy w linii "Condition" nasz warunek "d>2000" i wybieramy w linii "Condition Type" opcję "Condition True". Następnie potwierdzamy operacje klikając na klawisz "Modify", wreszcie zamykamy okno "Ereakpoints" wybierając "Close".
woid
I
tuollAt 11
Rys. 10.
Teraz możemy wykonać program aż do momentu spełnienia warunku pułapki, używając podobnie jak poprzednio opcji "Go" z menu "Ex-ecute". Erogram automatycznie zatrzyma się w mo-m e n c i e kiedy zmienna "d" przyjmie wartość 2048 -waru ne k zo s tał spełniony. W oknie "Watch" zobaczyć mo żn a zm i en ną d oraz jej aktualną wartość (rys* 8).
Wykonanie programu "do kursora"
Inną pożyteczną opcją podczas sesji z debugerem C-SEY jest wykonanie in-
Wykonajmy dla przykładu program do instrukcji
demo_two (3) ;
W tym celu ustawiamy kursor na tej linii, a następnie wykonujemy komendę "Goto Cursor". Erogram zostanie wykonany do tej linii czego efektem będzie wypisanie komunikatu w oknie "Terminal I/O", wygenerowanym przez instrukcję "printf" w naszym przykładzie (iys.9).
Wykonanie programu do funkcji
Możliwe jest także wykonanie programu aż do wywołania interesującej nas funkcji: komenda "Step into a fun-ction" z menu "Execute".
W naszym przykładzie po wywołaniu tej komendy okno "Source" pokaże teraz wskazaną funkcję ,,demo_two(3);" z pliku DEMO_TWO.C.
Erzy analizie programu podczas wywołań sekwencji funkcji, często niezbędne staje się ich śledzenie. W programie C-SEY do tego celu służy okno "Calls" w menu "Window" (rys.ll). Sławomir Surowiński, AVT
Oprogramowanie udostępniła redakcji firma RK-Sysiem.
28
Elektronika Praktyczna 7/97
PROJEKTY
Energooszczędny zasilacz dużej mocy
kit AVT-334
Różnego rodzaju zasilacze
są często opisywane na
łamach EP. Nic w tym
dziwnego, jest to przecież
podstawowy blok większości
urządzeń elektronicznych.
W odróżnieniu od konstrukcji
już opisywanych, niniejszy
układ wyróżnia się dwoma
istotnymi cechami. Po
pierwsze nie zawiera
klasycznego, ciężkiego
transformatora sieciowego
i dużego radiatora, po drugie
jest układem o bardzo dużej
sprawności.
PROJEKT Z OKŁADKI
Prezentowany układ jest klasyczną przetwornicą zaporową, pracującą z częstotliwością 36kHz, zasilaną bezpośrednio wyprostowanym napięciem sieciowym i sterowaną specjalizowanym kontrolerem z tzw. pętlą prądową. Wyjściowe parametry zasilacza, 12V przy maksymalnym prądzie obciążenia 6A, są gwarancją jego dużej uniwersalności i wielu zastosowań.
Opisy zasilaczy impulsowych tego typu rzadko pojawiają się w czasopismach fachowych. Przyczyną takiego stanu jest zapewne ich spora złożoność konstrukcyjna, trudniejsze projektowanie i uruchamianie. Z uwagi na to, przedstawiony układ został opracowany w taki sposób, aby był powtarzalny i łatwy w uruchomieniu. Ponadto dla tych wszystkich, którzy na bazie przedstawionego układu chcieliby wykonać przetwornicę o innych parametrach napięciowo-prądowych, podajemy przystępnie, krok po kroku, sposób projektowania żądanego układu. Elementy użyte do budowy zasilacza mają niezbędny zapas mocy, dzięki czemu wspomniane przeprojektowanie będzie dotyczyć tylko transformatora impulsowego.
Opis układu
Schemat elektryczny układu przedstawiono na rys.l. Napięcie sieci, poprzez rezystor Rl ograni-
czający w chwili włączenia układu prąd ładowania kondensatora Cl do wartości bezpiecznej dla diod prostowniczych i filtr przeciwzakłóceniowy, jest prostowane za pomocą diod D1..D4. Kondensator filtrujący Cl ładuje się do napięcia szczytowego sieci, tj. około 310V. Napięciem tym jest zasilany cały układ przetwornicy znajdujący się po pierwotnej stronie uzwojenia transformatora. Przepływ prądu przez uzwojenie pierwotne Ul jest przerywany kluczem wykonanym na tranzystorze MOSFET Tl. W obwodzie źródła tego tranzystora znajduje się rezystor R2, dostarczający kontrolerowi przetwornicy informacji o energii, jaka jest zgromadzona w transformatorze (energia ta jest proporcjonalna do kwadratu prądu w uzwojeniu pierwotnym). Przebiegi prądowe w uzwojeniach transformatora przedstawiono na rys.2.
Z pracą klucza nieodłącznie związane są elementy jego zabezpieczenia przed uszkodzeniem. Elementy Cli, R8, D6 ograniczają szybkość narastania napięcia na Tl. W momencie, gdy tranzystor nie przewodzi, dioda D6 jest spolaryzowana w kierunku przewodzenia i tym samym kondensator Cli zostaje podłączony między masę i dren, spowalniając wzrost napięcia na tranzystorze. Włączenie tranzystora powoduje
30
Elektronika Praktyczna 7/97
Energooszczędny zasilacz dużej mocy
2xMUR1545
R17 100R
Z3
C14 470 25V
R18 47DR
C15 220 25V
R14 1k5
C16 :220nF 63V
C13
10V
Rys. 1. Schemat elektryczny zasilacza.
z kolei spolaryzowanie diody w kierunku zaporowym i rozładowanie Cli przez rezystor R8. Ponieważ wartość szczytowa napięcia na Tl przekracza 700V, przeładowywany taką amplitudą napięcia kondensator przy częstotliwości 36 kHz jest źródłem dość dużych strat mocy sięgających 12mW/lpF, co pogarsza niestety sprawność zasilacza. W podobny sposób działa dwójnik R9, Cl2, D7, tłumiący energię przepięć powstających w reaktancji rozproszenia transformatora.
Pole magnetyczne wytwarzane przez cewkę transformatora w zasadzie powinno w całości skupiać się tylko w rdzeniu. Tak oczywiście nie jest i zawsze niewielka jego część (nazywana polem rozproszonym) pozostaje poza rdzeniem. W polu magnetycznym rozproszonym również gromadzi się energia. Jej obecność dla układu elektronicznego objawia się w momencie wyłączenia (zatkania) tranzystora - wtedy to, zamiast być skierowaną do obciążenia (jak ta zgromadzona w rdzeniu), rozładowuje się w sposób pojemnościowy przez tranzystor. Jest to dla niego bardzo duże obciążenie - uszkodzenie któregokolwiek z elementów obwodu zabezpieczenia, pochłaniającego część tej energii, prawie zawsze powoduje natychmiastowe uszkodzenie tranzystora kluczującego. Ponieważ nie jest on elementem tanim, radzę wszystkim, aby kilkakrotnie sprawdzili
R15 1k8
wartości użytych elementów przed włączeniem zasilania oraz oczywiście użyli podzespołów najwyższej jakości.
Im tranzystor ma lepsze parametry, tym wartości pojemności obwodu zabezpieczającego mogą być mniejsze. Należy pamiętać, że staranne wykonanie transformatora może zmniejszyć wielkość pola rozproszenia. Modelowy układ pracował poprawnie (w różnych warunkach obciążenia) nawet z Cl2=82pF i Cll=270 pF. Chętni mogą zatem poeksperymentować -ryzykują zniszczenie Tl, mogą natomiast zyskać większą sprawność układu.
Pracą przetwornicy steruje układ scalony UC3842 produkcji Philipsa, realizujący wszystkie potrzebne funkcje przetwornicy o stałej częstotliwości pracy i regulacji mocy przez zmianę współczynnika wypełnienia impulsu. Dużą zaletą tego układu jest możliwość bezpośredniego sterowania klucza (tranzystora MOSFET z kanałem N o pojemności bramka -źródło nie większej niż lnF) oraz to, iż do startu układu wymagany jest jedynie prąd zasilający Im A. Zatem nie jest potrzebny pomocniczy zasilacz oraz driver stopnia mocy.
Funkcje wyprowadzeń są następujące. Końcówka 6 jest wyjściem stopnia mocy o napięciu 12V i wydajności prądowej 200 mA, co zapewnia możliwość wysterowania praktycznie każdego FET-a mocy.
Z kolei wyprowadzenie 3 jest wejściem komparatora czujnika prądu w uzwojeniu pierwotnym. Po włączeniu tranzystora jego prąd przewodzenia narasta liniowo, aż do chwili, gdy napięcie na nóżce 3 osiągnie IV. Jest to dla układu sygnał do wyłączenia klucza, ponieważ transformator (właściwie: dławik dwuuzwojeniowy) zgromadził już potrzebną energię.
Zasilanie układu jest podawane na nóżkę 7. W momencie włączenia układu do sieci, napięcie na niej "bada" układ startowy. Wystarczy, by napięcie na układzie przekroczyło 10V (pobór prądu lmA), aby układy wewnętrzne UC3842 zaczęły pracować poprawnie (m.in. źródło napięcia odniesienia). Po dalszym wzroście zasilania do poziomu 16V układ startowy odblokowuje stopień mocy i przetwornica startuje. Do prawidłowego i pewnego jej uruchomienia konieczna jest obecność kondensatora C9 o pojemności IOOuF. Zgromadzona w nim energia musi wystarczyć do przełączenia klucza T. Po starcie układ jest już zasilany napięciem z uzwojenia U2, wyprostowanym przez diodę D5. Rezystor R6 zapewnia przepływ prądu startowego lmA po załączeniu napięcia sieci. Gdy napięcie zasilania układu spadnie do 10V, np. na skutek zbyt małego napięcia w sieci lub zwarcia na wyjściu zasilacza, stopień mocy jest blokowany i cały cykl startu powtarza się. Układ jest
Elektronika Praktyczna 7/97
31
Energooszczędny zasilacz dużej mocy


6A

i "i |

1.2A

/ /
3 1|JS

i l

on Óff
Prąd w uzwojeniu wtórnym
Prąd w uzwojeniu pierwotnym
Rys. 2. Przebiegi prądowe w uzwojeniach transformatora impulsowego.
zabezpieczony przed nadmiernym wzrostem napięcia, jaki mógłby pojawić się przy np. uszkodzonym Tl - wewnątrz układu znajduje się dioda Zenera 34V: pomiędzy zasilaniem a masą (końcówka 5).
Wyprowadzenie 8, to wyjście źródła napięcia odniesienia 5V -jego wydajność prądowa wynosi lmA.
Końcówka 2 jest wejściem odwracającym wzmacniacza napięcia błędu, a wejście nie odwracające jest wewnętrznie podłączone do potencjału 2,5V. Wyjście wzmacniacza błędu jest dostępne na wyprowadzeniu 1. Wykorzystuje się go do zapewnienia właściwej kompensacji częstotliwościowej układu. Elementy R7 i C5 dołączone między wyjście napięcia odniesienia a końcówkę 4, decydują o częstotliwości pracy układu.
Zadaniem transformatora jest gromadzenie energii w polu magnetycznym podczas włączenia klucza oraz jej odpowiednie przekazanie do obciążenia. W zasadzie nazwa transformator jest nie najszczęśliwsza do określania tego elementu; z uwagi na charakter pracy jest on bowiem dławikiem. Oprócz uzwojenia pierwotnego (magnesującego) Ul i dwóch uzwojeń wtórnych U3 i U4 identycznych i nawijanych bifilar-nie, na karkasie znajduje się jeszcze jedno uzwojenie U2, dostarczające napięcie 16V do zasilania kontrolera przetwornicy.
W czasie gdy Tl nie przewodzi, zgromadzona energia magnetyczna indukuje w uzwojeniu wtórnym prąd, który poprzez podwójną diodę D8, D9 jest przekazywany do obciążenia. Kondensatory C14 i Cl 5 tłumią tętnienia napięcia wyjściowego. Należy zwrócić uwagę na kierunki nawinięcia uzwojeń (początki oznaczone są na schemacie kropką) -uzwojenia wtórne są odwrócone w stosunku do pierwotnego, gdyż indukowane w nich napięcie ma przeciwny znak.
Układ stabilizacji składa się z dwóch niezależnych części. Zadaniem pierwszej jest utrzymanie napięcia zasilania układu kontrolera na poziomie 16 V. Dzielnik Rll i R12 został tak dobrany, że napięcie na końcówce 2 wynosi dokładnie 2,5 V, przy napięciu zasilania 16V. Kontroler zatem tak steruje współczynnikiem wypełnienia impulsów klucza, aby napięcie na wyprowadzeniu 2 wynosiło 2,5 V, to zaś daje zasilanie
16 V. Ponieważ uzwojenie U2 jest silnie sprzężone magnetycznie z U3 i U4, napięcie wyjściowe też jest stabilizowane. Z uwagi na spadek napięcia na rezystancji uzwojenia wtórnego, stabilizacja taka nie jest najlepsza. Wprawdzie można jej jakość polepszyć stosując uzwojenie wtórne złożone z kilku przewodów, a nie tylko dwóch lub nawijając uzwojenie pomocnicze bifilarnie z wtórnym (izolacja!). Lepiej jednak zastosować dodatkowy układ z transop-torem. Dodatkowy układ stabilizacji zmienia za pomocą rezystora R13 i transoptora stosunek podziału dzielnika Rll i R12. Im LED w transoptorze jaśniej świeci, tym napięcie wyjściowe jest niższe. Jasnością LED steruje tranzystor T2, zaczyna on przewodzić przy napięciu wyjściowym ok. 12,5V, nie pozwalając na dalszy wzrost napięcia i odwrotnie.
Wykonanie transformatora i dławika
D o wykonania transformatora użyto rdzenia typu ETD44 produkcji POLFER-u, specjalnie przeznaczonego do zasilaczy impulsowych
0 częstotliwości pracy niższej niż 100 kHz. Na komplet składają się dwie kształtki typu "E" i karkas. Dla poprawnej pracy (brak nasycenia) i właściwych parametrów, rdzeń musi mieć szczelinę powietrzną o szerokości 2mm na środkowej kolumnie. Maksymalna moc przetwornicy zaporowej z ETD44 nie powinna przekraczać 100W.
Dla zminimalizowania niepożądanej indukcyjności rozproszenia
1 zapewnienia maksymalnie silnego sprzężenia pomiędzy uzwojeniami i co najważniejsze, dla bezpiecznej eksploatacji, nawijanie uzwojeń powinno być zrealizowane według następującego schematu:
Odstęp
min. 5mm
wypr 5
wypr 3
wypr 1
r 15
CO CO CO CO
druga część uzwojenia wtórnego wypr 7 wypr 12
co co \oo
izolacja-warstwa górna
TO co co co co co
\ wypr. 14 wypr, 10
wypr 9/
wypr 13
uzwojenie pomocnicze
druga warstwa uzwojenia pierwotnego
plerwBza warstwa uzwojenia wtórnego
ścianka karkasu
X pierwsza część uzwojenia wtórnego
Rys. 3. Rozkład uzwojeń transformatora impulsowego.
32
Elektronika Praktyczna 7/97
Energooszczędny zasilacz dużej mocy
Rys. 4. Sposób nawinięcia dławika przeciwzakłóceniowego.
- wszystkie uzwojenia nawija się w tym samym kierunku, układając starannie zwój przy zwoju, dokładnie zaznaczając początki i podłączając do nóżek karkasu zgodnie ze schematem;
- uzwojenie wtórne nawija się dwoma przewodami jednocześnie (bifilarnie) - na schemacie dla lepszej czytelności zostało ono rozbite na dwa pojedyncze;
- nigdy nie wolno nawijać uzwojeń od ścianki do ścianki karkasu, konieczny jest odstęp 5 mm dla wyeliminowania przebić międzyuzwojeni owych;
- każda warstwa uzwojenia musi przed położeniem następnej zostać starannie zaizolowana taśmą styrofleksową, preszpanem lub ceratką olejową - izolacja pomiędzy uzwojeniem wtórnym a pozostałymi, z uwagi na bezpieczeństwo użytkowania, powinna być podwójna;
- należy zadbać, aby końce uzwojeń były wyprowadzane do punktów lutowniczych karkasu dostateczne daleko od siebie -korzystne jest nałożyć na nie dodatkowe koszulki izolacyjne;
- kolejność układania uzwojeń powinna być jak na rysunku 1: na samym dole nawija się połowę uzwojenia wtórnego (7 zwojów, dwoma przewodami, w jednej warstwie), następnie uzwojenie pierwotne (136 zwojów, w dwóch lub trzech warstwach), później uzwojenie pomocnicze (11 zwojów, na środku karkasu), aż w końcu drugą połowę uzwojenia wtórnego.
Po nawinięciu uzwojeń i złożeniu rdzenia warto jest skontrolować indukcyjność uzwojenia pierwotnego. Powinna ona wynosić 2,8mH z tolerancją -10% i +20%. Nieprawidłowa wartość może świadczyć na przykład o:
- pomyłce w liczeniu zwojów;
- innym typie rdzenia lub materiale, z którego jest wykonany;
- złej wartości szczeliny powiet-
rznej;
- zwarciach w pozostałych uzwojeniach.
Pomocą w wykonaniu transformatora będzie rys.3.
Nie wolno korygować wielkości indukcyjności poprzez wkładanie przekładek pod kolumny boczne rdzenia. Szczelina musi być tylko na kolumnie środkowej.
O wiele prostsze jest wykonanie dławika przeciwzakłóceniowego. Na toroidalnym rdzeniu RP 18x10x6 należy nawinąć izolowanym przewodem (np. telefonicznym) dwa uzwojenia po 15 zwojów, w sposób pokazany na rys. 4. Ważne jest, aby strumienie magnetyczne wytwarzane przez te uzwojenia znosiły się (inaczej dławik nie będzie działał!). Jedno musi być zatem nawinięte w prawo, a drugie w lewo. Na dławiku występuje napięcie sieci, a napięcie na transformatorze może przewyższać 700 V. Dlatego właściwa izolacja i staranne wykonanie tych elementów jest niezwykle ważne.
Montaż i uruchomienie
Układ należy zmontować na płytce drukowanej (jej widok znajduje się na wkładce wewnątrz numeru) według typowych zasad. Rozmieszczenie elementów przedstawiono na ry.5. Rezystory mocy powinny być umieszczone możliwie wysoko nad powierzchnią płytki, aby nie podgrzewały jej i sąsiednich elementów. Tranzystor kluczujący powinien zostać przykręcony do niewielkiego ra-diatora o wymiarach ok. 25x35mm. Diody wyjściowe wymagają większego radiatora, wykonanego z blachy aluminiowej l,5mm, o wymiarach 60x40mm. Zamiast jednej podwójnej diody MUR1545 można użyć dwóch diod pojedynczych BY29/100. Płytka drukowana umożliwia taką zamianę bez przeróbek.
Do uruchomienia zasilacza wystarczą dwie żarówki samochodowe: 21W/12V i halogenowa 55W/ 12V, rezystor 100Q/2W (zamiast bezpiecznika) i miernik uniwersalny. Należy pamiętać, że strona pierwotna układu jest pod napięciem sieci energetycznej. Konieczne jest zatem zachowanie daleko idącej ostrożności! Do wyjścia układu podłączamy żarówkę 21W, wylutowujemy jednym końcem re-
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
(jeśli nie podano mocy, wynosi
ona 0,125W)
Rl: 4,7Q min. 2W drutowy
R2: 0J5O/2W nie używać
drutowych
R3: lka
R4: 27Q
R5: 20kO
R6: 180kO/lW
R7: 10kO
R8: 2,2kQ/2W
R9: 4,7kQ/4W
RIO: 150kO
Rl 1: 22kO
R12: 3,ókQ
R13: 15kO
R14: l,5kQ/0,5W
R15: l,8kQ
Rló, R17: 100O
R18: 470O
Kondensatory
Cl: 220^F/400V
C2, C3: 100nF/400V
C4: 10nF/63V
C5: 5,ónF/63V
Có: 470pF/63V
C8: 100pF/63V
C9: 100^F/35V
C10: 100nF/63V
Cli: 470pF/l,5kV
Cl 2: 150pF/l,5kV
Cl 3: 100|iF/10V
C14, C15: 4700|iF/35V
Cl6: 220nF/63V
Półprzewodniki
D1..D4: 1N4006
D5: BA157 lub BA159
Dó, D7: BA159
D8..D9: MUR1545 lub 2 szt. BY29/
100
DZ1: BZY55C12
Ol: CNY64
Tl: BUZ355 lub odpowiednik BUZ
80
T2: BC238
Ul: UC3842
Różne
TRI: transformator wg opisu na
rdzeniu i karkasie ETD44 Polfer,
szczelina 2 mm, uzwojenie
pierwotne 136 zwojów DNE 0,28
mm w dwóch lub trzech
warstwach, uzwojenie wtórne 14
zwojów dwoma przewodami DNE
1,5, uzwojenie pomocnicze 11
zwojów DNE 0,28 mm. Uzwojenie
wtórne dzielone na dwie połowy
po 7 zwojów.
DŁ1: dławik wg opisu na rdzeniu
RP 18x10x6 F1001 Polfer lub
podobny (2 razy 15 zwojów DNE
0,5 w izolacji polietylenowej)
W skład kitu wchodzi gotowy TRI oraz DŁ1.
Elektronika Praktyczna 7/97
33
Energooszczędny zasilacz dużej mocy
220V
Rl CS
h
h
Tl
:i2
Cli
\V
R13
^F^
Rys. 5. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej.
zystor R6 i podajemy napięcie sieci poprzez wymieniony powyżej rezystor 100Q. Jeśli po włączeniu do sieci rezystor ten natychmiast się spali, oznacza to, że uszkodzone są obwody zabezpieczeń tranzystora, sam tranzystor, elementy przeciwzakłóceniowe i prostujące. Przy poprawnym działaniu nic złego nie powinno się stać, a napięcie na kondensatorze filtrującym powinno być równe około 310 V.
Do następnej próby wlutowu-jemy R6 i wylutowujemy R13 oraz R16. Po włączeniu napięcia sieci przetwornica powinna wystartować po około dwusekundowej zwłoce, a podłączona do wyjścia żarówka powinna się jasno świecić. Start przetwornicy można również poznać po cichym, krótkim pisku. Najgorzej, gdy spali się rezystor bezpiecznikowy. Oznaczać to może, iż tranzystor Tl uległ uszkodzeniu. Sytuacja taka może się zdarzyć przede wszystkim przy niestarannym wykonaniu transformatora lub zastosowaniu innego tranzystora, nie figurującego na liście odpowiedników.
"Milczenie" przetwornicy może być spowodowane najprawdopodobniej: zwarciem na wyjściu transformatora (uszkodzone diody lub kondensator filtrujący), pomylone końcówki początku i końca uzwojeń lub utratą pojemności kondensatora C9.
Na koniec wlutowujemy rezystory R13, R16 i sprawdzamy napięcie na wyjściu przetwornicy (powinno ono zmaleć w stosunku do stanu poprzedniego). Pomiar
należy powtórzyć bez obciążenia i z obciążeniem 55W, aby przekonać się czy układ stabilizacji działa poprawnie. Na tym uruchomienie można uznać za zakończone. Gdy układ podczas pracy z pełnym obciążeniem źle stabilizuje lub nawet "szumi" transformatorem, można zwiększyć wartość pojemności C6 do lnF.
Przetwornicy nie należy używać bez obciążenia. Nie grozi to wprawdzie jej uszkodzeniem, ale może powodować jej niestabilną pracę.
Proces projektowania
Jak już wspomniano na wstępie, poprawne obliczenie zasilacza impulsowego jest zadaniem dość trudnym. Oprócz znajomości metodologii trzeba dysponować dokładnymi katalogami elementów, z czym nieraz bywa duży kłopot. W konstrukcji amatorskiej można jednak pozwolić sobie na szereg uproszczeń sprowadzających proces projektowy do prostych wzorów znanych z fizyki. Istota takiego uproszczenia polega głównie na nadmiarowości projektu. Na przykład w niniejszym projekcie wykorzystano rdzeń transformatora "o numer większy" niż trzeba, aby nie martwić się, czy będzie się on nasycał. Takie uproszczenia nie mają oczywiście miejsca w procesach produkcyjnych, gdzie nadmiarowość każdego elementu ma realny wymiar kosztowy. Ale do rzeczy.
Załóżmy, że chcemy zaprojektować, w oparciu o opisany powyżej układ, zasilacz impulsowy o następujących parametrach: na-
pięcie wyjściowe 12V i maksymalny prąd obciążenia 6A (moc 72W). Na początku wyznaczmy moc, jaką musi przenieść transformator. Będzie ona większa od mocy dostarczanej do obciążenia, z uwagi na straty mocy w elementach prostownika wyjściowego oraz samym transformatorze. Należy więc zacząć od oszacowania mocy strat w tych elementach:
- transformator - 4W w rdzeniu (według danych katalogowych) i 1W w uzwojeniach,
- diody prostownicze - 3,6W (6A prąd 0,6V spadku napięcia),
- przewody, kondensatory filtru, układ stabilizacji - 1W.
Zatem sprawność układu wyjściowego:
Pwy 72W
Pwy+Ps 72W+9,6W
(wyniki zaokrąglamy).
Można zatem obliczyć moc doprowadzoną do transformatora. Warto zwiększyć ją o np. 5%, aby układ miał choć minimalną rezerwę. Tak więc moc układu powinna wynosić około:
Pwy
P=-
�l,05=86W
Z kolei należy oszacować maksymalną wartość współczynnika wypełnienia klucza.
Ogólnie, w każdych warunkach pracy przetwornicy, nawet przy pracy z mocą maksymalną, czas włączenia tranzystora kluczującego powinien być mniejszy od czasu, w którym tranzystor jest wyłączony. W zasadzie, im krótszy jest czas włączenia tranzystora, tym lepiej, gdyż tętnienia
34
Elektronika Praktyczna 7/97
Energooszczędny zasilacz dużej mocy
napięcia wyjściowego są mniejsze. Dobrym oszacowaniem jest przyjęcie np. y=0,35.
Napięcie wyjściowe jest określone zależnością:
TT _Ui V
n 1-y
gdzie U. jest napięciem wejściowym (300V po uwzględnieniu spadków napięć na diodach prostowniczych i rezystorze Rl), a n przekładnią transformatora. Uw należy przyjąć o 1..2 V większe od założonego napięcia wyjściowego ze względu na spadek napięcia na diodach prostowniczych. Tak więc Uw =14V. Po przekształceniu powyższego wzoru i podstawieniu danych otrzymujemy wartość przekładni transformatora n=ll,5. Częstotliwość pracy przetwornicy wynosi ok. 3 6kHz, co daje okres drgań T=28us. Minimalna wartość indukcyjności uzwojenia pierwotnego jest określona zależnością:
T
n u Wy u we nUwy+Uwe
2P
Po podstawieniu wartości otrzymujemy Lmin= 2 mH, Do dalszych obliczeń wartość tę należy zwiększyć, co da niezbędny zapas, aby przetwornica pracowała zawsze z tzw. energią w indukcyjności większą od zera. Przyjmujemy zatem np. L=2,8mH. Fizycznie sens minimalnej indukcyjności sprowa-
dza się do tego, że w czasie wyłączenia tranzystora kluczującego prąd płynący przez diody D8 i D9 nie powinien spaść do zera. Zostało to pokazane na rys. 2 -
1 musi być większe od zera.
Rdzeń ETD44, jaki został użyty do wykonania transformatora, ma stałą Aj=15 0 (przy szczelinie
2 mm). Stała ta określa indukcyj-ność w nanohenrach jednego zwoju drutu nawiniętego na karkasie. Łatwo zatem jest obliczyć, ile zwojów ma mieć uzwojenie pierwotne:
7 - ' L
Po podstawieniu danych otrzymamy Z = 136 zwojów. Liczba zwojów na wolt powinna mieścić się optymalnie w zakresie 2..3. W omawianym przypadku zależność ta jest spełniona. Pozostaje wyliczyć uzwojenie wtórne i pomocnicze. Liczbę zwojów uzwojenia wtórnego wyznacza się dzieląc liczbę zwojów uzwojenia pierwotnego przez przekładnię i dodając ok. 15%, aby skompensować spadek napięcia na rezystancji przewodu:
Zp
Xw=Y- � 1,15= 14zwojów n
zaś liczbę zwojów uzwojenia pomocniczego wyznacza się analogicznie dla napięcia wyjściowego 16V. Wyliczamy przekładnię dla
16 V, a później liczbę zwojów, jak we wzorze powyżej, i odejmujemy 15% na spadki napięć. Z om=ll zwojów Na koniec pozostało oszacować wartość rezystora R2. Spadek napięcia uaktywniający komparator UC3842 wynosi IV. Wartość prądu, jaki popłynie przez cewkę w tym momencie, będzie wynosiła:
p L
Do obliczeń warto podać minimalną wartość indukcyjności jaka może się zdarzyć, a więc 2,8 mH - 10% = 2,5 mH. Stąd I =1,2A
R2= =0,82Q
lV
(zaokr. w dół do wartości z szeregu 0,75Q).
Minimalne napięcie zaporowe diod prostowniczych wynosi:
Obliczenie grubości przewodów nawojowych pozostawiam Czytelnikom. Wystarczy wzorować się na wartościach podanych dla niniejszej aplikacji, przyjmując jako stałą gęstość prądu w miedzi min. 2,5 A/mm2. Należy również zmienić wartość napięcia diody Zenera na odpowiednie do projektowanego napięcia wyjściowego. Robert Magdziak. AVT
Elektronika Praktyczna 7/97
35
PROJEKTY
Inwerter sygnału wideo
kit AVT-335
Czy prawdą jest, że
dzisiejszy świat zmierza
w stronę "cywilizacji
obrazkowej"? Wystarczy
rozejrzeć się dookoła, aby
bez trudu odpowiedzieć na to
pytanie. Słowo mówione
lub pisane zdaje się
ustępować obrazowi
i przekazowi graficznemu.
Nawet najpiękniejsza opowieść
o wakacjach już nie
wystarcza, jeżeli nie jest
ilustrowana efektowną fotką
lub filmem.
Technika rejestracji obrazów rozwija się i teraz zamiast nieruchomych fotografii coraz częściej możemy pochwalić się własnoręcznie nakręconym filmem wideo. Niektórzy mogli sądzić, źe ruchome obrazki całkowicie wyprą poczciwe zdjęcia, ale aparat fotograficzny wciąż nam towarzyszy, a o żywotności tego medium świadczy swoisty renesans zdjęć w technice czarno-białej. Tak naprawdę, to film i zdjęcia doskonale się uzupełniają. Technika wideo może nawet okazać się pomocna entuzjastom fotografii.
Każdy, kto chociaż raz w życiu "pstrykał" zdjęcia aparatem fotograficznym wie, że zanim powstanie odbitka zdjęcia na kartoniku papieru fotograficznego obraz najpierw zostaje utrwalany na błonie negatywowej. Wynika to z powszechnie przyjętej technologii fotografii opartej na światłoczułych solach srebra.
Aby w trakcie obróbki chemicznej powstało normalne zdjęcie, potrzebny jest jego negatyw (wyjątek to technologia zastosowana w aparatach firmy Polaroid, gdzie z aparatu dostajemy od razu gotowe zdjęcie - wadą tego rozwiązania jest brak możliwości
kadrowania, korekcji i trudności z powieleniem zdjęcia). Dla niewprawnego oka obraz widoczny na negatywie, szczególnie kolorowym jest mało czytelny. Czasem trudno się zorientować co przedstawia, a jeszcze trudniej podjąć decyzję, czy jakość zdjęcia jest odpowiednia, aby opłacało się wydać pieniądze na jego odbitkę. Tymczasem, jeśli mamy do dyspozycji kolorową kamerę wideo i opisany w artykule układ inwer-tera obrazu, to w stosunkowo prosty sposób możemy obejrzeć i ocenić kolorowy film negatywowy zanim jeszcze zostaną wywołane zdjęcia.
fiolet
NIEBIESKI
CYJAN
CZERWONY
ŻÓŁTY
ZIELEM
Rys. 1. Rozkład kolorów w prezentacji płaskiej.
Elektronika Praktyczna 7/97
37
Inwerter sygnału wideo
(4) 1Vpp
Rys. 2. Widok jednej
obrazu TV.
Zasada działania
W przypadku fotografii czarno-białej, pojęcia takie jak obraz negatywowy i pozytywowy są zrozumiałe i łatwo wytłumaczyć proces powstawania gotowego zdjęcia. Na wywołanym filmie negatywowym to, co w rzeczywistości jest białe lub jasne będzie czarne lub szare. W przypadku czarnych przedmiotów na negatywie otrzymają one barwę białą. Jeżeli negatywowy obraz będzie rzutowany na światłoczuły papier fotograficzny, a potem tak naświetlony papier zostanie wywołany, dokonana zostanie kolejna przemiana czerni w biel i odwrotnie. W efekcie na odbitce wszystko to, co w naturze jest jasne pozostanie jasne, a to, co ciemne będzie ciemne.
W przypadku fotografii kolorowej także występuje proces negatywowy, jednak znacznie bardziej skomplikowany. "Odwróceniu" podlega nie tylko natężenie światła, lecz także jego kolor. Warto wiedzieć, że tak jak na kineskopie odbiornika telewizyjnego, na fotografii kolorowy obraz powstaje także ze zmieszania trzech składowych podstawowych kolorów. W postaci cienkich błonek emulsji są one nałożone na przezroczyste podłoże błony fotograficznej. Po wywołaniu, na filmie zamiast rzeczywistych kolorów są widoczne kolory dopełniające, I tak: niebo przyjmie barwę żółtawą, czerwone kwiaty będą niebies-ko-zielone, a trawa purpur owo-fioletowa.
Zestawienie kolorów podstawowych i dopełniających pokazano
schematycznie na rys.l. Dodatkowo, tak jak na negatywie czarno-białym, jasne partie obrazu będą ciemne, a ciemne jasnymi. To wszystko sprawia, że tak trudno zorientować się, co naprawdę przedstawia kolorowy negatyw. Gdyby jednak popatrzeć na niego przy pomocy kamery wideo, a uzyskany obraz poddać inwersji i wyświetlić na kolorowym monitorze, to obraz negatywu byłby widoczny w kolorach zbliżonych do tych, jakie zostaną odtworzone na zdjęciu. Opis układu
Ten prosty pomysł nie tak łatwo zrealizować w praktyce. Powodem jest wielokrotnie już opisywana struktura sygnału wideo. Sygnału wizji nie można tak po prostu odwrócić przy pomocy np. wzmacniacza tranzystorowego w układzie OE. Inwersji powinien być poddany tylko sygnał treści obrazu każdej linii. Nie może się zmienić polaryzacja impulsów synchronizacji ani wygaszania. Nienaruszony powinien pozostać także "burst" koloru.
Wygląd całkowitego sygnału wizji przedstawiono na rys.2. Na oscylogramie oznaczonym 1 "burst", czyli sygnał synchronizu-jący dekoder koloru w odbiorniku telewizyjnym, znajduje się zaraz za impulsem synchronizacji linii, jeszcze w obrębie impulsu gaszącego. Ponieważ w systemie telewizyjnym PAL informację o kolorze
niesie faza podnośnej chrominan-cji nałożona na sygnał luminancji (czyli jaskrawości), ważne jest aby układy detekcji koloru w odbiorniku TV były odpowiednio synchro-nizowane na początku każdej linii. Burst koloru w sygnale wizji służy właśnie do tego celu.
Tak przyjęte założenia realizuje układ pokazany na rys. 3. Układ zbudowany został z wykorzystaniem m.in. wzmacniaczy Nortona. Sposób działania tych elementów różni je od tradycyjnych wzmacniaczy operacyjnych. We wzmacniaczu Nortona na wejściu i wyjściu układu znajdują się "lustra prądowe". Wzmocnieniu podlega różnica prądów wejścia odwracającego i nieod-wracającego. Wzmacniacz jest zatem sterowany prądowo, a nie napięciowo, jak większość wzmacniaczy operacyjnych. Oporność wejść wzmacniacza jest bardzo duża, a prądy wejściowe są rzędu zaledwie nA.
Wzmacniacz Nortona jest szczególnie przydatnym elementem do budowy wzmacniaczy napięcia zmiennego, ponieważ umożliwia ustawienie na wyjściu dowolnej wartości stałego napięcia wyjściowego.
W układzie inwertera użyty został układ scalony LM359 produkowany przez National Semi-conductor. Jest to podwójny wzmacniacz Nortona. Charakte-
�
Rys. 3. Schemat elektryczny inwertera.
Elektronika Praktyczna 7/97
Inwerter sygnału wideo
Rys. 4. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej.
ryzuje się szerokim pasmem i dużą szybkością działania, małym poborem mocy oraz możliwością kompensacji charakterystyki częstotliwości przy pomocy zewnętrznych elementów, dołączanych do specjalnie w tym celu wyprowadzonych końcówek. Wzmacniacz może być zasilany pojedynczym napięciem w zakresie 5V..22V, pasmo przenoszenia sięga 400MHz, przy wzmocnieniu od 10 do 100.
Amplituda sygnału wejściowego podawanego na wejście Jl powinna wynosić lVpp. Układy UlA i U2B wraz z otaczającymi je elementami służą do odtworzenia składowej stałej sygnału wizji. Dzięki temu, za pojemnością Cl dolna część impulsów synchronizacji znajduje się na stałym poziomie napięcia stałego 0,7V, bez względu na wartość chwilowej amplitudy sygnału treści obrazu. Dioda D2 ogranicza poziom napięcia wyjściowego na U2B-2 do +1V. Komparator U2A służy do detekcji impulsów synchronizacji. Poziom przełączania dobierany opornikami R15 i R14 jest ustawiony ok. 300mV powyżej składowej stałej sygnału wizji.
Tak otrzymany impuls służy do określenia przedziału czasowego, kiedy to całkowity sygnał wideo nie powinien być odwracany dla zachowania prawidłowej polaryzacji impulsów synchroni-zujących. Jak to zostało wcześniej napisane, także burst koloru nie powinien być odwracany, dlatego impuls przedziału czasowego zostaje wydłużony do ok.lOjis przy pomocy układu RC składającego
się z elementów R4 i C2. Impulsy o takim czasie trwania występują na wyjściach komparatorów U2C i U2D. Impulsy te sterują układem UlB, który wzmacnia sygnał wideo z inwersją lub bez. W sumie, na wyjściu UlB-14 sygnał jest wzmocniony około dwukrotnie. Na wyjściu J2 i obciążeniu 75Q amplituda sygnału wyjściowego powinna być zbliżona do amplitudy sygnału na wejściu układu. Potencjometrem R7 ustawia się poziom czerni w sygnale wyjściowym. Montaż i uruchomienie
Układ najlepiej zmontować na płytce drukowanej (jej widok znajduje się na wkładce wewnątrz numeru) i umieścić w niewielkim plastykowym pudełku. Rozmieszczenie elementów przedstawia rys. 4.
Ponieważ w czasie normalnej pracy inwerter pobiera około 3 Om A prądu, można go zasilać z baterii 9V. W takim przypadku, w obudowie powinno się znaleźć miejsce także na baterię. Przy zasilaniu zasilaczem niestabilizo-wanym 7..12V, w obudowie trzeba zamontować gniazdko połączone ze złączem JPl. Dodatkowo do obudowy trzeba przykręcić przełącznik, który poprzez styki JMPl odetnie zasilanie, gdy inwerter nie będzie używany. Dobrym rozwiązaniem jest zastosowanie przełącznika podwójnego. Styki drugiej sekcji trzeba połączyć z JMP2. Po wyłączeniu inwertera sygnał z wejścia będzie podawany bezpośrednio na wyjście i nie trzeba wtedy przełączać przewodów, aby oglądać obraz z kamery bezpośrednio na monitorze.
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl, R5: 10kO
R2: 2,2kQ
R3, PR: 14,7kQ
R4: 200kQ
Ró, R13, R14, R16: lkO
R8: 33kQ
R9: 8k2Q
RIO: 47kQ
Rl 1: 150O
R12, R17: 75Q
R15: 22kQ
Kondensatory
Cl, C4: 10|iF/10V
C2: lOOpF
C3: 31pF
C5, Có: lOOnF
Półprzewodniki
DL D2, D3, D4: 1N4148
Ul: LM359
U2: LM339
U3: 78L05
Różne
J1J2 gniazda CINCH do druku
Połączenie kamery, inwertera i monitora przedstawia rys.5. Sygnał z wyjścia wideo kamery jest podawany przewodem ekranowanym do gniazda Jl typu cinch, montowanego na płytce drukowanej. Z tego samego typu gniazda, oznaczonego jako J2, sygnał przewodem ekranowanym jest podawany na wejście monitora lub wejście monitorowe odbiornika telewizyjnego. W przypadku zastosowania gniazd innego typu, należy połączyć je krótkimi odcinkami kabla w ekranie z wejściem i wyjściem, rezygnując z wlutowania cinchy.
Strojenie płytki sprowadza się do ustawienia potencjometrem PRl poziomu czerni. Regulacji dokonu-
ŹnMto światła
Półprzeźroczysty ekran
Rys. 5. Sposób zastosowania układu.
Inweitar
Elektronika Praktyczna 7/97
39
Inwerter sygnału wideo
je się bez dołączonego sygnału wizji. Napięcie na wyjściu UlB-14 powinno wynosić 1,9..2,5V. Jeśli napięcia nie można zmierzyć, potencjometr trzeba ustawić w środkowej pozycji. Po dołączeniu sygnału z kamery trzeba tak skorygować położenie suwaka potencjometru, aby obraz na ekranie był synchronizowany i nie był wybielony. Pomocą przy uruchamianiu układu mogą być podane na schemacie poziomy napięć stałych zmierzone bez sygnału oraz oscy-logramy z charakterystycznych punktów układu, po dołączeniu do wejścia sygnału wideo.
Do przeglądania negatywów najlepiej używać kamery, w której można wyłączyć automatykę i ręcznie ustawić balans bieli oraz przysłonę. Do podświetlenia można użyć przeglądarki do slajdów lub zwykłej żarówki, której światło trzeba rozproszyć białym filtrem. Kamerę należy ustawić w trybie makro, a podświetlany z tyłu negatyw umieścić przed obiektywem. Na ekranie monitora pojawi się obraz z negatywu fotograficznego o w miarę naturalnych kolorach. Wierność odtworzenia fotograficznych kolorów bę-
dzie zależeć w znacznej mierze od możliwości ustawienia balansu bieli. Trzeba bowiem wiedzieć, że kolory na filmie nie są dokładnie negatywowe. Pewne zniekształcenia wprowadza bowiem celuloidowe podłoże, charakterystyka barwna samego filmu oraz barwa światła użytego do podświetlenia negatywu. W przypadku zanie-bieszczenia obrazu na ekranie monitora, przed obiektywem kamery należy umieścić jasnoniebieski filtr. Gdy obraz jest zbyt czerwony, należy zastosować filtr czerwony. Wygląda to troszkę paradoksalnie, że trzeba użyć filtru koloru, który chcemy osłabić, jednak pamiętajmy o dokonywanej przez układ inwersji obrazu.
Przy pomocy tego układu negatywy mogą być nie tylko oglądane na ekranie monitora, ale także nagrywane na taśmie wideo w celu stworzenia np. biblioteki posiadanych zdjęć. Innym zastosowaniem układu może być ubarwianie naszych filmów fantastycznymi i psychodelicznymi efektami. Bo nie tak łatwo na co dzień zobaczyć fioletową trawę, żółte niebo i niebieskie słońce. Ryszard Szymaniak, AVT
40
Elektronika Praktyczna 7/97
PROJEKTY
Uniwersalna karta 1/0 do PC
kit AVT-327
Przedstawiamy uniwersalną,
wielowejściową kańę do
komputerów PC.
Dzięki zastosowaniu
nowoczesnego układu firmy
SAMES, użytkownik ma do
dyspozycji 48
programowalnych Unii wejścia/
wyjścia, zorganizowanych
w sześć 8-bitowych ponów.
Prosta konstrukcja oraz
obsługa umożliwia
zastosowanie karty wszędzie
tam, gdzie istnieje potrzeba
generowania bądź
monitorowania wielu sygnałów
cyfrowych.
Podstawowe dane techniczne
/ 8-bitowa karta w standardzie ISA
/ dostęp poprzez dwa porty w obszarze 1/0 komputera
/ sześć 8-bitowych uniwersalnych portów we-jścia wyjścia -48 linii (standard TTL)
/ możliwość indywidualnego programowania każde) linii jako wejście lub wyjście cylrowe
/ dwa Tryby adresowania każdego wyprowadzenia bajtowe lub bitowe
/ programowalne rezystory podciągające każdy pm w Trybie wejścia
/ dodatkowy port z sygnałem potwierdzenia przy odczycie danej
/ możliwość generowania przez kartę przerwania na wybranej linii IRG komputera
/ możliwość ustawienia dowolnego adresu bazowego karty (Typowo 300h i 301 h)
/ sTandardowe 50-pmowe złącze krawędziowe Typu FC
/ zasilanie +5V, z szyny AT-BUS
Na łamach EP poruszaliśmy juź temat sterowania urządzeń zewnętrznych za pośrednictwem kom puter ów P C. Opi sy w ali śmy uniwersalne karty wykorzystujące typowe układy serii TTL-LS oraz układy programowalnych portów I/O typu 8255.
Teraz proponujemy wykonanie prostej karty, opartej na układzie SA9203, produkowanym przez południowoafrykańską firmę SAMES.
W artykule przedstawimy opis układu elektrycznego karty, sposób programowania układu oraz podamy kilka przykładów programowania, dzięki którym każdy, nawet mało doświadczony programista-elektronik, będzie w stanie wykorzystać urządzenie dla potrzeb domowego lub szkolnego laboratorium. Zanim zapoznamy się ze schematem elektrycznym karty przyjrzyjmy się zastosowanemu w projekcie specjalizowanemu układowi firmy SAMES.
Układ SA9203
Zastosowany układ wielo-wejściowego portu I/O został wykonany w technologii CMOS. Posiada multipleksowaną szynę danych i adresów wewnętrznych portów, dzięki czemu doskonale nadaje się do zastosowania także w autonomicz- RySi L Wewnętrzna budowa układu nych sterownikach wykorzystu- SA9203.
jących mikiokontiolery jednoukła-dowe (np. serii 8051). Kostka jest dostarczana przez producenta w typowej obudowie PLCC68.
Na rys.l przedstawiono schemat blokowy układu. Składa się on z: interfejsu wejściowego, łączącego mul ti.pl ekso w aną s zy nę danych/adresów z zewnętrznym układem sterującym, rejestrów konfiguracyjnych oraz rejestrów sześciu portów A..F. Znaczenie zewnętrznych sygnałów sterujących podano w tab.l.
Na rys.2 przedstawiono adresy wewnętrznych rejestrów układu. Ze względu na 8-bitowa szynę adresową AD0..AD7, dla zewnętrznego układu sterującego SA9203
wv>
ALE (*
RD WR FffiT
sames
INTEHFEJB WEJŚCIOWY
FŁEflTFW KONTROLNE
PORT A
PORT
C
pgnr D
PORT
E
PORT
F
Elektronika Praktyczna 7/97
43
Uniwersalna karta l/O do PC
Tabela 1.
Pin Typ Symbol Opis
18,52 zasilanie układu +5V
1,35 masa zasilania 0V
61..68 we/wy AD0..AD7 3-stanowa multipleksowana szyna danych/adresu: 8-bitowy adres zatrzaskiwany jest we wnętrzu układu SA9203 podczas opadającego zbocza sygnału ALE; dane zapisywane są lub odczytywane po podaniu odpowiednio sygnałów /WR (zapisu) lub /RD (odczytu)
2 we A3 nie używany w układzie SA9203, powinien być połączony z masą (Vss), znaczenie tego sygnału opiszemy w dalszej części artykułu
3 we /CS aktywny niski sygnał na tym wejściu powoduje wybór układu
4 we ALE sygnał kontrolujący zatrzaśnięcie adresu na szynie AD0..AD7 podczas zapisu przez urządzenie zewnętrzne, następuje to podczas opadającego zbocza tego sygnału
5 we /RD poziom niski na tym wejściu pozwala na odczyt wewnętrznych rejestrów układu
6 we /WR poziom niski na tym wejściu powoduje zapis danej do wewnętrznego rejestru układu
7 wy INT programowane wyjście zgłoszenia przerwania do układu zewnętrznego, możliwość ustalenia polaryzacji oraz uaktywnienia tego sygnału
8 we RST wysoki poziom podany na to wejście powoduje wyzerowanie układu, parametry portów po tej operacji podane zostaną w dalszej części
9 we STB wejście zatrzaskiwania danej w porcie A, gdy port ten pracuje jako wejście, polaryzacja tego sygnału oraz sposób aktywacji podamy w dalszej części
10..17 we/wy PA0..PA7 uniwersalny 8-bitowy port l/O; możliwość indywidualnego zdefiniowania każdej linii portu jako zatrzaskiwanego wyjścia lub wejścia; jako wejście port może pracować w trybie zatrzaskiwania (sygnałem STB) lub jako "przezroczysty" ("transparent")
19..26 we/wy PB0..PB7 8-bitowy uniwersalny port l/O; wszystkie piny mogą być ustawione jako zatrzaskiwane wyjścia lub jako wejścia typu "transparent"
27..34 we/wy PC0..PC7 identyczny jak port B
36..43 we/wy PD0..PD7 identyczny jak port B
44..51 we/wy PE0..PE7 identyczny jak port B
53..60 we/wy PF0..PF7 identyczny jak port B
zajmuje obszar 256 bajtów w przestrzeni adresowej. Wybrane obszary układu są zajęte przez porty konfiguracyjne oraz porty A..F jak pokazano na rys.2.
Układ umożliwia dwojakie adresowanie każdego z rejestrów portów A..F. Pierwszy sposób polega na jednoczesnym adresowaniu całego portu, drugi pozwala na zaadresowanie pojedynczej linii każdego z portów. W tym drugim przypadku przy odczycie danej
MNEMONIK REJESTR BAJTOWYM BTOWYM
00(1 OSi 10h 18h 20h 28h 70h 71 h 731 731
PA PORTA 00h...07h

PB PORTB OSh.OFh

PC PORTC 10h...17h

ro POKTD 18łi IFh

PE PORTE 20tl",27h

PF PORTF Z8h..2Fh

PACH HEJ ESTH KONTROLNY PORTU A 70h

PAICR REJESTR KONFIGURACJI PORTU A W TRYBIE WEJŚCIA 71 h

I OCR REJESTR KONFIGURACJI PORTÓW B...F 731

PAMP, REJESTR TRYBU ADRESOWANIA PORTÓW 73h
Rys. 2. układu Mapa adresowa rejestrów SA9203.
w postaci bajtu siedem najstarszych bitów nie ma znaczenia, jedynie najmłodszy DO wskazuje na stan linii lub wymusza go w przypadku pracy portu jako cyfrowego wyjścia.
Dodatkowe rejestry sterujące pracą całego układu zawsze adresowane są bajtowo. Dość użyteczną funkcją w przypadku tych rejestrów jest możliwość odczytu ich zawartości. Dzięki temu programista nie musi zapamiętywać ich stanu po zapisie w dodatkowych zmiennych wykorzystywanych w programie.
Na rys.3 jest przedstawiona mapa adresowa poszczególnych portów w trybie adresowania bitowego.
Poniżej opiszemy znaczenie poszczególnych portów kontrolnych układu SA9203: PACR - rejestr kontrolny portu A. Na rys.4 pokazano znaczenie poszczególnych bitów rejestru. Odpowiednie ustawienie lub wyzerowanie pozycji pozwala na indywidualne ustalę-
07 06 05 04 03 02 01 00
PORTA BIT7 BIT6 BIT5 BFT4 BIT3 BIT2 BIT1 BITO
OF OE OD OC OB OA 09 OS
PORTB BIT7 BIT6 BITS BFT4 BIT3 BIT2 BIT1 BITO
17 16 15 14 13 12 11 10
PORTC BIT7 BIT6 BITS BFT4 BIT3 BIT2 BIT1 BITO
1F 1E 1D 1C 1B 1A 19 18
PORTD BIT7 BIT6 BITS BFT4 BIT3 BIT2 BIT1 BITO
27 26 25 24 23 22 21 20
PORTE BIT7 BIT6 BIT5 BFT4 BIT3 BIT2 BIT1 BITO
2F 2E 2D 2C 2B 2A 29 2B
PORTF BIT7 BIT6 BITS BFT4 BIT3 BIT2 BIT1 BITO
Rys. 3. Adresy bitowe poszczególnych rejestrów.
nie linii portu A jako wejścia lub wyjścia cyfrowego.
PAICR - rejestr konfiguracyjny portu A w trybie wejścia. Rys.5 przedstawia znaczenie bitów rejestru. W przypadku ustawienia linii jako zatrzaskiwanego wejścia (z ang. latched input) dane zostają zapamiętane po nadejściu sygnału na wejściu STB. W przypadku ustawienia dowolnej linii portu A jako wyjścia, odpowiadający mu bit w rejestrze PAICR nie ma wpływu na działanie tej linii portu.
IOCR - rejestr konfiguracyjny wej-ścia-wyjścia. Rejestr pozwala na konfigurację portów B..F, załączanie wewnętrznych rezystorów podciągających w trybie wejścia, oraz określa polaryzację sygnału STB (patrz rys.6). Jak wspomniano wcześniej, wszystkie wyprowadzenia portów układu SA9203 posiadają wbudowane rezystory podciągające końcówkę portu, kiedy ten pracuje jako wejście. Zwalnia to użytkownika od stosowania dodatkowych elementów rezystancyjnych w niektórych aplikacjach. Rezystory te mogą być uaktywnione lub wyłączone oddzielnie dla każdego z portów A..F
Bit IOCR.2 definiuje polaryzację sygnału STB (ang. strobe), który zatrzaskuje daną w porcie A (lub wybranych jego liniach), pracującym jako wejście.
BIT7 BIT6 BIT5 BIT4 BIT3 BIT2 BIT1 BITO
PAD, PAD, PADS PAD4 PAD, PAD, PAD, PAD0
Rejestr PACR (70h)
Rys. 4. Znaczenie poszczególnych rejestru PACR.
Kierunek PA^
0 = '
1='
bitów
44
Elektronika Praktyczna 7/97
Uniwersalna karta l/O do PC
BIT7 BITB BIT5 BFT4 BIT3 BIT2 BIT1 BITO
PAT PAT PAT PAT PAT PAT PAT PAT

Definiuje ty
PĄ,
0 = transparentne Rejestr PAICR(71h) 1 = typu zatrzask
Rys. 5. Znaczenie bitów rejestru PAICR.
W przypadku ustawienia bitu na 0, dane są zatrzaskiwane podczas opadającego zbocza sygnału STB, a dla 1 podczas narastającego zbocza sygnału.
PAMR - rejestr trybu adresowania. Zgodnie z rys.7, ustawienie lub wyzerowanie odpowiedniego bitu w tym rejestrze pozwala na zmianę trybu adresowania poszczególnych portów A..F, aktywację oraz polaryzację sygnału zgłoszenia przerwania INT.
INT - wyjście zgłoszenia przerwania w przypadku zatrzaśnięcia danej w porcie A po nadejściu sygnału STB. Aktywacja linii następuje po odpowiednim ustawieniu bitu PAMR.l. Polaryzacja zgłoszenia przerwania ustalana jest poprzez bit PAMR.O.
RST - podanie wysokiego poziomu na to wejście zeruje cały układ. Zawartość wszystkich rejestrów zostaje wyzerowana. Następstwem tego jest:
- wszystkie piny portów A..F ustawione zostają jako wejścia;
- wejścia portu A pracują jako transparentne;
rezystory podciągające są uaktywnione we wszystkich portach;
- wyjście przerwania jest nieaktywne;
- adresowanie portów jest ustalone jako bajtowe.
Aktywny (wysoki) stan sygnału RST powinien trwać minimum lOOns.
Po niezbędnych informacjach dotyczących układu SA9203 zapoznajmy się z budową karty.
BIT7 BITB BIT5 BIT4 BIT3 BIT2 BIT1 BITO
,PBD PCD PDD PED PFD, STB PAP PBFB
Porty B...F
rezystory
podciągające
Port A
rezystory
podciągające
Poziom sygnału STB (strobe)
Kierunek
portów
B...F
Rys. 6. Znaczenie bitów rejestru PACR.
Opis układu
Schemat elektryczny układu karty jest przedstawiony na rys.8. W celu uproszczenia konstrukcji w układzie zastosowano programowany układ logiczny GAL16V8 -IC5. Aby ułatwić analizę całego układu na rys.9 przedstawiono jego strukturę wewnętrzną.
Głównym elementem całego układu jest oczywiście ICl. Układ IC2 spełnia rolę dekodera adresu. Obsługa karty z punktu widzenia programu jest 2-stop-niowa. Najpierw należy zapisać adres rejestru, do którego chcemy się odwołać, a następnie należy wpisać lub odczytać daną z tego rejestru. Taki, indeksowy sposób adresowania karty, minimalizuje zajęty obszar z przestrzeni adresowej l/Ó komputera do dwóch portów.
Pierwszy port (przesunięcie +0) umożliwia zaadresowanie wewnętrznych rejestrów układu SA92 03, drugi (przesunięcie +1) zapis/odczyt danej spod zaadresowanego wcześniej rejestru. Adres bazowy karty można ustawić dowolnie za pomocą przełączników (zwór) SWl. W typowych aplikacjach adres bazowy powinien zawierać się w zakresie 3OO..3lEh, co jest standardem przewidzianym dla kart prototypowych w komputerach PC. Drabinka rezystorowa RPl podciąga wejścia Q0..Q7 komparatora IC2 do plusa zasilania.
Ze względu na multipleksowa-ną szynę adresu/danych, w układzie ICl konieczne stało się zastosowanie dodatkowych układów pośredniczących pomiędzy szyną AT-BUS komputera PC. Rolę tę pełnią układy IC3 i IC4 oraz IC5. Układ IC3 to ośmiokrotna, dwukierunkowa brama, poprzez którą zapisywane są lub odczytywane dane z układu SA9203. Drugi układ IC4, to jednokierunkowa brama. Jej zadaniem jest przekazanie 8-bitowego adresu rejestru w układzie ICl.
BIT7 BITB BIT5 BIT4 BT3 BIT2 BIT1 BITB
PBM PCM PDM PEM PFM PAM INTE POLINT
Polaryzacja przerwania
INT
Zezwolenie na przerwanie INT
Tryb
adresowania portu A _
Tryb
adresowania portów B...F
Rejestr PAMR (73h)
3ys. 7. Znaczenie bitów rejestru PAMR.
0 = aktywne "1'
1 = aktywne "O"
0 = nieaktywne
1 = aktywne
0 = bajtowo
1 = bitowo
0 = bajtowo
1 = bitowo
0 = aktywne
1 = nieaktywne
0 = aktywne
1 = nieaktywne
0 = zbocze opadające
1 =zbocze narastające
0 = wejścia
1 = wyjścia
W sytuacji kiedy następuje zaadresowanie układu ICl zachodzą następujące zdarzenia. Na szynę komputera zostaje podany adres bazowy karty. W przypadku zgodności stanów na wejściach P0..P7 IC2 oraz ustawionej kombinacji wejść Q0..Q7 IC2, na wyjściu P=Q IC2 pojawia się niski stan logiczny, który jest następnie podawany na wejście ENA układu GAL -IC5. We wnętrzu IC5 (patrz rys.9) odblokowany zostaje dekoder DEK (1 z 8). W przypadku adresowania układu ICl na linii A0 i Al panuje logiczne 0, wobec czego na wyjściu Y4 dekodera '138 pojawi się stan niski, co spowoduje wybranie układu ICl (/CE=0). Ponieważ adresowanie rejestrów wewnętrznych układu SA92 03 wiąże się z zapisem danej, sygnał WRIN przyjmie stan niski, co w konsekwencji spowoduje pojawienie się stanu "1" na wyjściu bramki B3. Bramka ta jest połączona z wejściem zatrzaskiwania adresu ALE układu ICl. Teraz po podaniu danych na szynę AT-BU S D 0. .D 7, przy narastającym
Elektronika Praktyczna 7/97
45
Uniwersalna karta l/O do PC
Q_O Q-Q
o. ni
o. u.
i� iii n mmmnmmnm
sbsbssss ssaasassss
Ponieważ przy odczycie sygnał IORD (AT2) przyjmie stan "0", odblokowana zostaje bramka B2. W efekcie na wejściu /RD układu ICl oraz DIR - IC3 pojawia się stan niski, co powoduje przekazanie danej z portu AD0..AD7 ICl poprzez IC3 na szynę danych D0..D7 komputera.
W przypadku zapisu danej do rejestru sytuacja jest podobna, z tym, że tym razem sygnał IOWR (AT2) przyjmie stan niski, co wraz z Y5=0 ('138) powoduje otwarcie bramki Bl (w IC5). Wejście WR ICl przyjmie poziom "0", a wejście DIR IC3 pozostanie w stanie wysokim, umożliwiając przekazanie danej z szyny komputera K D0..D7 do układu ICl.
Dodatkowe bramki B5 i B6 w strukturze układu IC5 przekazują sygnał RD oraz CS na wyjścia odpowiednio DIR oraz G541. Ich zastosowanie było konieczne przy projektowaniu struktury GAL-a w programie kompilatora. W praktyce, jeżeli ktoś z Czytelników g zechce zastosować klasyczne układy scalone w miejsce IC5, bramki B5 i B6 można pominąć, a odpowiednie -og sygnały zewrzeć ze sobą (RD z DIR, CS z G541).
Nieco kontrowersyjne z pozoru może wydawać się użycie sygnału linii adresowej Al komputera. Otóż adresu karty z przesu-+2 lub +3, blokuje ją,
Rys. 8. Schemat elektryczny układu.
zboczu sygnału IOWR (złącze AT2) w układzie ICl zostanie zatrzaśnięty adres rejestru, do którego ma nastąpić zapis lub odczyt danej.
Rys.10 pokazuje przebiegi sygnałów podczas operacji zapisu i odczytu. Ze względu na czytelność rysunku nie podano zakresów czasów pomiędzy kolejnymi zboczami sygnałów sterujących. Zastosowany w naszej karcie
układ kombinacyjny IC5 spełnia założenia konstrukcyjne pod względem zależności czasowych, co zapewnia prawidłowe sterowanie układu SA9203.
W drugiej fazie komputer, chcąc np. odczytać daną z zaadresowanego wcześniej rejestru, wystawia adres karty z przesunięciem +1, co powoduje pojawienie się stanu niskiego tym razem na wyjściu Y5 dekodera '138 (w IC5).
podanie nięciem
zawężając tym samym obszar zajęty w przestrzenie adresowej 1/ O komputera. Ta oszczędność jest oczywista, a jej realizacja byłaby niemożliwa z wykorzystaniem układu IC2, ze względu na zbyt małą liczbę wejść - 8, zajętych przez linie adresowe A9..A2 szyny AT-BUS.
W układzie IC5 zawarto także dodatkowy inwerter sygnału zgłoszenia przerwania INT (rys.9). Jest to konieczne ze względu na to, że układ ICl po resecie (sygnał RST) ustala logiczne "1", co w efekcie, przy zwartej którejś
46
Elektronika Praktyczna 7/97
Uniwersalna karta l/O do PC
Rys. 9. Budowa dekodera adresowego.
zworze w SW2, mogłoby spowodować nieprzewidziane skutki po uruchomieniu komputera. Programując układ przerwań ICl (polaryzacja INT) należy pamiętać
0 tym, że sygnał generujący przerwanie w komputerze jest zanegowany (przez B4).
Karta nie posiada zatrzasku zapamiętującego stan pinu INT ICl, co umożliwiłoby monitorowanie zgłoszenia odebrania danych do portu A bez programowania kontrolera przerwań PC. Użycie tego trybu pracy portu A wymusza tę procedurę, dlatego do wejścia przełącznika SW2 doprowadzono wszystkie linie zgłoszenia przerwań IRQ2..IRQ7. Przy korzystaniu z tej opcji należy pamiętać, że w zasadzie wszystkie linie są używane przez inne urządzenia w komputerze PC.
1 tak:
IRQ2 - obsługuje drugi układ kontrolera przerwań (w komputerach AT i lepszych)
IRQ3 - obsługuje port szeregowy C0M2,
IRQ4 - C0M1;
CYKL ODCZYTU Z UKŁADU SMZ03 ĆS
CYKL ZAPISU DO UKŁA ĆS
ADffES
AD"
WAŻNE DANE
Rys. 10. Przebiegi charakterystyczne dla pracy układu.
IRQ5 - port drukarkowy LPT2; IRQ6 - stację dysków FDD; IRQ7 - port LPT1.
Wszystkich zainteresowanych wykorzystaniem kontrolera przerwań do obsługi karty odsyłam do lektury książki [1],
Ze względu na zgodność polaryzacji sygnału resetowania komputera PC, pin RST ICl połączono bezpośrednio w szyną RESET -AT2. W ten sposób podczas resetu komputera skasowaniu ulega także układ ICl.
Wszystkie sygnały portów A..F oraz masa zasilania wyprowadzono na złącze CONNl. Ze względu na zbyt małą liczbę końcówek -50, zastosowano dodatkową zworę SW3. Dzięki niej, w zależności od potrzeb, na wyprowadzenie 49 CONNl można wyprowadzić sygnał STB układu ICl lub zasilanie +5V.
Zastosowane w układzie kondensatory C1..C5 filtrują napięcie zasilające.
Montaż i uruchomienie
Cały układ elektryczny karty zmontowano na 2-stronnej płytce drukowanej, wykonanej w standardzie typowym dla krótkich kart ISA. W celu zwiększenia niezawodności działania, złącze ISA karty zostało dodatkowo pozłocone.
Rozmieszczenie elementów przedstawia rys.11. Montaż układu jest bardzo prosty. Zanim do tego przejdziemy należy lekko zeszlifować krawędzie płytki drukowanej pilnikiem lub drobnym papierem ściernym, zwracając uwagę, aby nie uszkodzić złoconych powierzchni złączy ATI
i AT2. Następnie należy wlutować podstawki pod układy IC2..IC5, a następnie pod ICl, zwracając uwagę na odpowiednie jej ustawienie względem obrysu na płytce drukowanej.
Wlutowanie zwor SWl, SW2, S W3, r-packa RPl oraz złącza CONN kończy montaż. Na płytce drukowanej przewidziano miejsce na wlutowanie typowego kołka Stocka, do którego doprowadzona jest masa zasilania. W pracach, szczególnie laboratoryjnych, ten przysłowiowy "punkt zaczepienia" okazuje się często bardzo przydatny.
Przykład 1. Skonfigurowanie rejestru portu A - PACR. Asm x86
mov dx,300h , u nas adres bazowy karty = 300h
mov al,71h .adres rejesiru PACR
out dx,al , zapis adresu rejestru układu IC1
mov dx,301 h , adres zapisu/odczytu danych karty
mov al.11110OOOb , PA7 PA4 jako
, wyjścia,PA3 PAO - wejścia
out dx,al , zapis konfiguracji do rejestru PACR
Turbo Pascal
port[$300] =$71, { zapisanie adresu rejestru PACR } port[$301] =$F0, {zapisanie danej 11110000w tym rejestrze}
Przykład 2. Zapis danej ("85") do portu C układu ICl. Asm x86
, część konfigurująca IC1
mov dx,300h , adres bazowy karty
mov al,72h , adres rejestru IOCR - patrz rys 6
out dx,al , zapis adresu IOCR
mc dx , adres zapisu/odczytu danych karty
mov al,01000000b , port C -wyjście, reszta wejścia
out dx,al ,i zapis do rejestru IOCR
, część zapisująca dana do portu C
mov dx,300h , adres bazowy
mov al,10h , adres portu C
out dx,al , no i zapis adresu portu C
mc dx , adres zapisu/odczytu danych karty
mov al,55h , 85 dziesiętnie
out dx,al ,i zapis danej do portu C
Turbo Pascal
port[$300] =$72, { zapisanie adresu rejestru IOCR }
port[$301] =$40, { port C - wyjście, reszta wejścia }
port[$300] =$10, { zapis adresu portu C }
port[$301] =85, {i zapis danej do portu C }
Przykład 3. Odczyt danej z portu F układu ICl z konfiguracją bez rezystorów "pull-ups" Asm x86
, częsc kc infigurująca IC1
mov dx,300h , adres bazowy karty
mov al,72h , adres rejestru IOCR - patrz rys 6
out dx,al , zapis adresu IOCR
mc dx , adres zapisu/odczytu danych karty
mov al, 11110001 b , port F -wejście bez
, "pull-ups", reszta
, wyjścia
out dx,al ,i zapis do rejestru IOCR
, część oc Iczytująca ( daną z portu F
mov dx,300h , adres bazowy
mov al,28h , adres portu F
out dx,al , najpierw zapis adresu portu F
mc dx , adres zapisu/odczytu danych karty
m al,dx , i odczyt danej z portu F
Turbo Pascal
port[$300] =$72, { zapisanie adresu rejestru IOCR }
port[$301] =$F1, { port F - wejście bez "pull-ups", re:
wyjścia }
port[$300; | =$28, { zapis adresu portu F }
dana =poi 1[$301], {i odczyt danej z portu F }
Elektronika Praktyczna 7/97
47
Uniwersalna karta l/O do PC
48 1/0 LINĘ UMIVERSAL PC CARD
GND
2 - Sław
3 - CEW2
4 - CDM
5 - LPT2
6 - FDD
7 - LPT1
3H&IUDZ
sg
o o o o o o o o o
E G16V8
| 000000000
ADRESi AS 3456789 o
Isuii
0000000000
HCT688
Rys, 11. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej.
Po włożeniu układów scalonych w podstawki należy ustawić zwory na SW1..SW3.
Do testów proponuję ustawienie:
- SWl: adresu bazowego na 300h: A2,3,4,5,6,7 - zwarte, A8,9 -rozwarte;
- SW2: zgłoszenia przerwania -wszystkie rozwarte;
- SW3: wyprowadzenie zasilania +5V na pin 49 złącza CONNl.
Sprawdzenie karty najlepiej jest przeprowadzić stosując dodatkowy układ, którego schemat elektryczny przedstawiono na rys.l2a i b. W przypadku a) można zbadać porty ICl w trybie wyjścia, natomiast układ b) złożony z ośmiu mikroprzełączników (np. typu SW-DIP8) pozwoli na zbadanie
a) -*5v (vcc) <----------------------------1 b)
Ś*
Do portów
PA...PF
(tryb wyjścia)
A
Do portów
PA...PF
(tryb wejścia)
0V{GND)
Rys. 12. Przykładowe układy do testowania karty.
poszczególnych portów w trybie wejść cyfrowych.
Autor oba układy testowe umieścił na płytce uniwersalnej, którą połączył z kartą (ok. Im) przewodem taśmowym AWG-50, zakończonym z obu stron wtykami FC-50.
Do przetestowania karty, oprócz proponowanego testera, niezbędny będzie program. Do kitu dołączana jest dyskietka z prostym programem testującym porty w komputerze PC. Za pomocą niego można wpisać lub odczytać dowolny port. Obsługa programu jest trywialna, a wszelkie wyjaśnienia zainteresowani czytelnicy znajdą w pliku "CZYTAJ.TO!" także zamieszczonym na dyskietce.
Tym, którzy zdecydują się na samodzielne wykonanie karty, należy się kilka wskazówek odnoszących się do programowania naszej, wielowe-jściowej karty.
Przykłady podane są w języku Turbo Pascal oraz Asembler x86.
W praktyce nie jest konieczne każdorazowe adresowanie rejestru wewnętrznego układu ICl. Jeżeli np. cyklicznie odczytujemy lub zapisujemy dane do tego samego portu, wystarczy zaadresować go raz na początku. Wbudowany w ICl zatrzask adresu (sterowany sygnałem ALE) przechowuje ostatnio zapisany adres do nadejścia kolejnego zbocza ALE.
Na koniec uwaga dotycząca dodatkowego, lecz nie wykorzystanego sygnału A8 układu ICl. Istnieje wersja układu ICl pod oznaczeniem SA9202. Kostka odpowiada funkcjonalnie układowi SA9203, z tym, że dodatkowo zawiera w swojej strukturze 256 bajtów statycznej pamięci RAM (adresy 100h..lFFh). Właśnie końcówka A8 pozwala na zaadresowanie tego obszaru pamięci poprzez podanie na A8 logicznej jedynki. W naszym układzie karty nie jest możliwe wykorzystanie pamięci RAM układu SA9202, ze względu na brak sterowania pinu adresowego A8. Oczywiście karta będzie pracowała poprawnie z obiema wersjami układów. Zainteresowanych Czytelników odsyłam do lektury pozycji [2], Sławomir Surowiński, AVT
Literatura
[1] Piotr Metzger - "Anatomia
PC", Helion wyd. I lub II. [2] "Telecomunications IC
Databook" - SAMES 1993.
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
RP1: R-pack 4,7k..l0kQ (SIL-9)
Kondensatory
Cl: 1OO^F/1OV
C2..C5: lOOnF
Półprzewodniki
ICl: SA9203 (Sames)
IC2: 74HCT688
IC3: 74HCT245
IC4: 74HCT541
IC5: GAL16V8 zaprogramowany
Różne
SWl: goldpin 2x8 + 8jumperów
SW2: goldpin 2x6 + ójumperów
SW3: goldpin 1x3 + jumper
CONNl: gniazdo AWP-50 kątowe
podstawka PLCC68 - 1 szt.
podstawki DIL20 - 4 szt.
48
Elektronika Praktyczna 7/97
PROJEKTY
Syntezer częstotliwości CB
kit AVT-345
W artykule przedstawiamy
konstrukcję prostego syntezęra
częstotliwości, który może
znaleźć zastosowanie m.in.
w odbiornikach CB.
Urządzenie jest łatwe
w wykonaniu i uruchomieniu,
co udało się osiągnąć dzięki
zastosowaniu popularnego
układu firmy Sanyo.
vddao
A1 PD LM VS6QD Q1
18
17
Iffl___16
14
Detektor tey
10kHz
Dzłelnh kroku
12
10kHz
Programowany dzielnic
Rys.
|^ 10
P1 P2 P3 P4 P6 PS F7 PS CH0 NC
Budowa układu LC7132.
Od samego początku rozwoju łączności radiowej, konstruktorzy urządzeń nadawczo-odbiorczych starali się tak projektować układy generatorów, aby pracowały stabilnie i umożliwiały precyzyjne ustawienie żądanej częstotliwości. Praca na ściśle określonej częstotliwości, z odpowiednio małą tolerancją, to nie tylko komfort dobrej łączności, ale także wymóg obowiązujących przepisów.
W miarę rozwoju techniki radiowej stosowano różne metody stabilizacji częstotliwości. Ze względu na konieczność konstruowania urządzeń wielokanałowych, szybko się okazało, że stabilizacja częstotliwości za pośrednictwem pojedynczych rezonatorów kwarcowych (na każdym kanale jeden lub dwa rezonatory) jest nieekonomiczna. Sięgnięto więc z powodzeniem po elektroniczne (układowe) metody stabilizacji częstotliwości, np. za pośrednictwem pętli fazowej PLL. Początkowo konstruowano syntezery na dostępnych układach TTL, później CMOS.
11
10.24MHz
We współczesnych radiotelefonach CB oraz VHF/UHF wykorzystuje się powszechnie syntezery częstotliwości w oparciu o jeden układ scalony i przeważnie jeden współpracujący z nim rezonator kwarcowy, które wytwarzają siatkę stabilnych częstotliwości, umożliwiając prowadzenie łączności na dowolnie wybranym kanale. Obecnie na rynku można z powodzeniem nabyć specjalizowany układ scalony firmy Motorola czy Sanyo, wykorzystywany do pracy m.in. w paśmie CB.
Poniżej prezentujemy opis wykonania syntez er a przystosowanego do pracy w podstawowej czterdziestce CB (26,965..27,405MHz), który może być pomocny przy modernizacji starszych radiotelefonów CB, bądź może być wykorzystany jako generator do kitu AYT-173, dzięki czemu możliwe będzie uzyskanie transceivera SSB na pasmo CB.
Opis układu
W urządzeniu zastosowano popularny układ scalony LC7132 firmy SANYO, wykorzystywany m.in. w takich radiotelefonach jak Alan 27, Cobra 21 LTD, Stabo SH700 czy Albrecht AE 4500.
Elektronika Praktyczna 7/97
Syntezer częstotliwości CB
Rys. 2. Typowa aplikacja układu LC7132.
Schemat blokowy struktury syntezera LC7132 przedstawiono na rys. 1.
Układ LC7132 posiada następujące wyprowadzenia i bloki wewnętrzne:
- P1..P8: wejścia programujące dzielnika częstotliwości (1..8);
- CH 9: wejście ustalające pracę na kanale (9);
- QI, QO: generator wzorcowy przystosowany do rezonatora kwarcowego 10,24MHz (11, 12);
- Vss: - zasilania (13);
- stały dzielnik częstotliwości 2 do 10 dla sygnału generatora;
- LM: wyjście sygnalizujące stan pętli PLL (14);
- PD: wyjście detektora fazy (15);
- AL wejście aktywnego filtru fazowego (16);
- AO: wyjście aktywnego filtru fazowego (17);
- Vdd: + zasilania (18);
- FIN wejście dzielnika częstotliwości wejściowej sygnału VCO (19);
- T/R: zmiana częstotliwości fRX/ fTX-nadajnik/odbiornik (2 0).
Częstotliwość wzorcowa, decydująca o odstępie międzykanało-wym syntezera, jest wytwarzana w generatorze kwarcowym 10,24MHz.
Sygnał z tego generatora, po uformowaniu do przebiegu prostokątnego i podzieleniu w dzielniku przez 1024 do wartości lOkHz, jest podany na jedno z wejść detektora fazy. Na drugie wejście detektora dochodzą sygnały z generatora VCO, przetworzone w dzielniku do wartości również lOkHz. Generator VCO pracuje na częstotliwości mniejszej od wartości częstotliwości CB: przy nadawaniu (T/R=0) na dwukrotnie mniejszej wartości CB, zaś przy odbiorze (T/R=l) mniejszej o wartość częstotliwości pośredniej 10,695 lub 10,7MHz. Sygnał wyjściowy z detektora fazy, poprzez filtr aktywny RC, steruje diodą
pojemnościową generatora VCO w taki sposób, aby odstęp między kanałami był równy dokładnie lOkHz. Przy braku synchronizacji na wyjściu LM występuje stan niski, który nie dopuszcza do załączenia nadajnika (po zastosowaniu układu blokady).
Uproszczony schemat blokowy syntezera jest pokazany na rys. 2, zaś schemat elektryczny syntezera (bez programatora) na rys. 3.
W skład układu syntezera wchodzą następujące bloki:
- oscylator VCO z tranzystorem Tl, z obwodem rezonansowym Li, C8 i dzielnikiem pojemnościowym C9, CIO w pętli dodatniego sprzężenia zwrotnego, pracujący w zakresie 16,27..16,7lMHz;
- zespół trzech diod pojemnościowych D1..D3 sterowanych w pętli PLL - wzmacniacz (separator) w układzie OE na tranzystorze T2;
- filtr dolnoprzepustowy Rl, R4, C5.
Montaż i uruchomienie
Układ syntezera zmontowano na płytce drukowanej o wymiarach 40x50mm (rysunek na wkładce). Rys. 4 przedstawia rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej.
Jako cewkę Li zastosowano obwód 7X7 typu 510 (indukcyj-ność około l|iH). W przypadku trudności z nabyciem takiego obwodu można przewinąć inny z serii 7X7 (13 zwojów DNE 0,2) lub wykorzystać inny obwód o oznaczeniu 504..518, po skorygowaniu wyprowadzeń i pojemności kondensatora C8.
Po zmontowaniu układu i podłączeniu zasilania o wartości 5..8V, należy najpierw skontrolować poziomy napięć na emiterze (kolektorze) tranzystora Tl (T2) i ewentualnie skorygować wartość rezystora polaryzacji bazy - R6 (R8) w taki sposób, aby napięcie to było zbliżone do połowy wartości napięcia zasilania.
Następnie, na wyjście syntezera, czyli do kondensatora Cl 2, podłączamy sondę w.cz. (oscyloskop, miernik częstotliwości) i sprawdzamy czy generator wytwarza sygnał w.cz. o częstotliwości zbliżonej do 16MHz. Do kondensatora C5 podłączamy woltomierz napięcia stałego i po po-
50
Elektronika Praktyczna 7/97
Syntezer częstotliwości CB
9 Przełącznik Nadawanie/Odbiór (T/R)
P1...P8
Rys. 3. Schemat elektryczny syntezera.
daniu na wejścia P1..P8 kombinacji 11110111 sprawdzamy poziom napięcia na diodach pojemnościowych oraz wartość częstotliwości sygnału wyjściowego syntezera. Ustawiamy rdzeń w cewce Li tak, aby uzyskać wskazanie woltomierza około 1,5V, przy częstotliwości wyjściowej 16,27MHz.
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl, R3: 10kO
R2, R5: 33kQ
R4: 4,7kn
R6: 180kQ
R7: 2,7kn
R8: 270kQ
R9: 820O
Kondensatory
Cl: 56pF
C2: 8..30pF (trymer)
C3, C6, C7, C14: 47pF
CA, C5, C13: 68nF
C8, Cli: 39pF
C9, C12: 220pF
CIO: 120pF
Półprzewodniki
US1: LC7132
DL D2, D3: BB105
Tl, T2: BC547
Różne
LI: 510 (filtr 7x7)
X: 10,240MHz
Ta wartość częstotliwości odpowiada kanałowi nr 1 (16,27+ 10,695=26,965MHz). Aby przekonać się, czy układ ma zamkniętą pętlę PLL (działa stabilizacja), można zmienić częstotliwość rezonansową Li, C8 (pokręcić nieznacznie rdzeniem w cewce lub dołączyć do C8 kondensator o pojemności kilku pF), a wartość częstotliwości powinna pozostać nie zmieniona (zmieni się wartość napięcia). Stabilizacja powinna następować do momentu, kiedy napięcie na woltomierzu nie wykroczy poza zakres 0,5-5V. Następnie przy zmianie kombinacji na wartość 00100010 odpowiadającej kanałowi 40, częstotliwość na wyjściu powinna wzrosnąć do wartości 16,7lMHz (16,71 + 10,695 = 27,405MHz), a wartość napięcia na woltomierzu powinna wzrosnąć do około 4V. Oczywiście, wartości napięć będą zależały od parametrów wypadkowych obwodu generatora, a w tym od zmian pojemności zespołu diod D1..D3 w funkcji napięcia na wyprowadzeniu 17 układu LC7132. Może zdarzyć się, że do poprawnej pracy syntezera wystarczy tylko jedna dioda BB105 (przy innych parametrach wejściowych generatora). W tablicy 1 przedstawiono częstotliwości pracy układu w za-
leżności od stanów logicznych wejść programujących dzielnika LC7132.
Dokładną korekcję częstotliwości przeprowadza się w środku pasma, czyli w kanale 2 0, za pośrednictwem trymera Cl. Poprzez korekcję wartości dzielnika pojemnościowego C1..C3, można bez zmiany rezonatora kwarcowego uzyskać przesunięcie kanałów w taki sposób, aby częstotliwości końcowe wynosiły nie "5" lecz "0" (kanał l-2 6,960MHz, 40-27,400MHz).
Wejścia dzielnika były programowane za pomocą mechanicznego przełącznika kanałów (koder) ustalającego odpowiednie stany logiczne. Wejścia 1..8 były dołączone do napięcia zasilania
Rys. 4. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej.
Elektronika Praktyczna 7/97
51
Syntezer częstotliwości CB
odilomlk z pojedynczą przemiany
Filtr p.ez. 10,B95MHz
Syntezer CB
odbiornik z podwójną pizemianą

MIX1 Filtr 10.695MHz MIX 2 Flllr 455kHz
i k i
18 27*16,71 MHz ID.MMHz T/R
SyntezsrCB ------
AVT173
CB/SSB

UL 1042 - Filtr 88B 10.69SMHZ - UL 1042



BFO 10.6835MHZ

rwdtpilk z dodatkowym generatorem
generator
meesMHz
SyntozerCB
nadajnik z podwajaczem ezestotllwoM
podwajocz częBtotliwo&ci
13.4825^13,70a5MHz T/R
Syntezer CB
Rys. 5. Przykłady zastosowań syntezera.
poprzez rezystory 10kQ, a zera uzyskiwano zwierając odpowiednie wejścia do masy. Według danych katalogowych dopuszczalne napięcie wejściowe może wynosić 15V. Zamiast przełącznika obrotowego lepiej jest zastosować układ generujący określone stany logiczne (np. zbudowany na układach CMOS lub sterownik mikroprocesoro-
do będzie opisany
wy) sprzęgnięty z wyświetlaczem. Można tutaj przystosować nastawnik opisany w EP 11/94 (AVT-168). Następny z takich układów, przystosowany LC7132, wkrótce w EP.
Przy wykorzystaniu syntezera do radiotelefonu, częstotliwość nadawania można uzyskać przez zmieszanie częstotliwości syntezera z dodatkową częstotliwo ścią 10,695MHz (10,7MHz). Warto wiedzieć, że poprzez zwarcie do masy punktu TX/ RX (20) następuje zmiana pracy dzielnika progra-mowanego i przejście syntezera na częstotliwość fcb/2. Kana-ł owi 1 będzie wtedy odpowiadała częstotliwość 13,4825MHz, a kanałowi 40-13,7025MHz. Wiąże się to z koniecznością zastosowania w torze nadajnika podwa-jacza częstotliwości, a także z dodatkowym układem (kluczem mechanicznym lub elektronicznym) dołączającym równolegle do C8 dodatkowy kondensator 47pF (nie zawsze jest to konieczne).
Przykłady wykorzystania opisanego syntezera zostały pokazane na rys. 5. Topografię wyprowadzeń innych, równie często spotykanych, syntezerów częstotliwości CB oraz podstawowe wiadomości na temat innych konstrukcji CB zamieszczono w książce "CB Radio" (wyd.5, WKiŁ, Warszawa 1997). Andrzej Janeczek SP5AHT, AVT
Tabela '
Kanał f CB [MHz] f RX [MHz] D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8
1 26,965 16,27 1 1 1 1 0 1 1 1
2 26,975 16,28 1 0 0 0 0 1 1 1
3 26,985 16,29 1 0 0 1 0 1 1 1
4 27,005 16,31 0 1 0 1 0 1 1 1
5 27,015 16,32 0 0 0 1 1 1 1 1
6 27,025 16,33 0 0 0 0 1 1 1 1
7 27,035 16,36 0 0 1 1 0 1 1 1
8 27,055 16,36 0 0 0 0 0 1 1 1
9 27,065 16,37 0 0 0 1 0 1 1 1
10 27,075 16,38 0 0 1 0 0 0 1 1
11 27,085 16,39 1 1 1 1 0 0 1 1
12 27,105 16,41 1 0 0 0 0 0 1 1
13 27,115 16,42 1 0 0 1 0 0 1 1
14 27,125 16,43 0 1 0 1 0 0 1 1
15 27,135 16,44 0 0 0 1 1 0 1 1
16 27,155 16,46 0 0 0 0 1 0 1 1
17 27,165 16,47 0 0 1 1 0 0 1 1
18 27,175 16,48 0 0 0 0 0 0 1 1
19 27,185 16,49 0 0 0 1 0 0 1 1
20 27,205 16,51 0 0 1 0 0 1 0 1
21 27,215 16,52 1 1 1 1 0 1 0 1
22 27,225 16,53 1 0 0 0 0 1 0 1
23 27,255 16,56 1 0 0 1 0 1 0 1
24 27,235 16,54 0 1 0 1 0 1 0 1
25 27,245 16,55 0 0 0 1 1 1 0 1
26 27,265 16,57 0 0 0 0 1 1 0 1
27 27,275 16,58 0 0 1 1 0 1 0 1
28 27,285 16,59 0 0 0 0 0 1 0 1
29 27,295 16,60 0 0 0 1 0 1 0 1
30 27,305 16,61 0 0 1 0 0 0 0 1
31 27,315 16,62 1 1 1 1 0 0 0 1
32 27,325 16,63 1 0 0 0 0 0 0 1
33 27,335 16,64 1 0 0 1 0 0 0 1
34 27,345 16,65 0 1 0 1 0 0 0 1
35 27,355 16,66 0 0 0 1 1 0 0 1
36 27,365 16,67 0 0 0 0 1 0 0 1
38 27,385 16,69 0 0 0 0 0 0 0 1
39 27,395 16,70 0 0 0 1 0 0 0 1
40 27,405 16,71 0 0 1 0 0 0 1 0
52
Elektronika Praktyczna 7/97
Uniwersalna karta l/O do PC
Jest to bardzo przydatne urzqdze-nie dla wszystkich posiadaczy komputerów PC, którzy zamierzajq sterować przy ich pomocy różnego rodzaju urzqdzenia zewnętrzne. Dzięki zastosowaniu w tej konstrukcji nowoczesnego układu firmy Sames zarówno montaż, jak i uruchomienie karty nie sprawi żadnych kłopotów konstruktorom. Str. 43.
Wskaźnik poprawnego zasilania
Zastosowanie tego miniaturowego ^ urzqdzenla pozwoli uniknqć wielu przykrych rozczarowań podczas eksploatacji układów zasilanych z różnych źródeł, str.61.
Synteza częstotliwości CB T
Kolejne opracowanie dla fanów techniki radiowej - niezwykle prosty syntezer częstotliwości do transceiverów CB. Łatwo dostępny i tani układ firmy Sanyo oraz mała ilość niezbędnych elementów zewnętrznych umożliwiajq samodzielne wykonanie tego urzqdze-nia także przez mało wprawnych elektroników, str. 49.
A Inwerter sygnału video
Możliwości prezentowanej konstrukcji doceniq Czytelnicy zajmujqcy się obróbkq sygnału wizyjnego - przy pomocy inwertera można w prosty sposób tworzyć efekty specjalne, oglq-dać na ekranie odbiornika TV stare filmy negatywowe, a także omijać niektóre zabezpieczenia... Str. 37.
Test A
Raport EP A
Tym razem zmontowaliśmy w naszym laboratorium urzqdzenie umożliwiajqce zastqpienie cyfrowego wyświetlacza sekund przez wskaźnik semi-analogowy. Można go zastosować w dowolnym zegarze elektronicznym, str. 83.
Tester >
autoalarmów
AVT-278
Układ ten powstał na życzenie Czytel ników, którzy autoalarmy AVT-278 wykonujq w większych ilościach. Str. 63.
Procesory sygnałowe nie cieszq się zbyt dużq popularnościq wśród amatorów, co jest wynikiem stosunkowo wysokich cen narzędzi do projektowania i samych układów. Tendencję tq zauważyli także wielcy producenci, co spowodowało, że pojawiły się niedawno tanie zestawy uruchomieniowe ułatwiajqce szybkie wkroczenie w tajemniczy świat DSP. Przedstawiamy je na str. 69.
Elektronika Praktyczna 7/97
Programowalny generator A firmy Dallas
W artykule przedstawiamy scalone generatory przebiegów prostokqt-nych firmy Dallas oraz zestaw umożliwiajqcy ich programowanie, str. 21.
Uniwersalny sterownik logiczny LOGO!
W drugiej części artykułu przedstawiamy możliwości LOGO!, które sq istotne dla automatyków pragnqcych stosować^ te sterowniki, str. 23.
ST6-Realizer - niezwykłe narzędzie dla... opornych
Wbrew żartobliwemu tytułowi artykułu oprogramowanie które prezentujemy ma bardzo duże możliwości. Czytelników zainteresowanych nowymi trendami w oprogramowaniu projektowym zapraszamy na str. 73.
Nr 55
lipiec '97
Projokty zagraniczne*
Inteligentny sterownik centralnego ogrzewania, część Prosty stymulator układu nerwowego...............................
Układy automatyki^^^^^^^^^^^^^B
Uniwersalny sterownik logiczny LOGO!, część 2..............
Energooszczędny zasilacz dużej mocy.........
Inwerter sygnału video....................................
Uniwersalna karta l/O do PC..........................
Syntezer częstotliwości CB..............................
Mikroprocesorowy odbiornik DTMF, część 2.
Wskaźnik bezpiecznego zasilania Moduł testera autoalarmu AYT-278
15 B
23
H
30 37 43 49 53
H
61 63
21 65
Programowalny generator firmy Dallas.........................
Nowe podzespoły.............................................................
FtosP^^^^^^^^^^^^^^^^^^^H
Starter kity DSP.......................................................................... 69
[ Program^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
STó-Realizer - niezwykłe narzędzie dla opornych.................73
[ Kurs ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
Realizacja projektów na 8051
przy pomocy oprogramowania firmy IAR ............................ 27
Biblioteki mikroprocesorowych procedur standardowych 77
Sterowniki impulsowe, część 2................................................79
BASIC Stamp w roli elektronicznej kostki do gry...................87
Raport EP^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^J
4-programowy sekundnik zegara cyfrowego......................63
ELEKTRONIKA 89
PRZBV!*SŁ i RYNEK.......................................................oy
Info Świat..................................................................91
Info Kraj.....................................................................92
Kramik+Rynok.........................................................93
Listy............................................................................98:
Wykaz roklamodawców.....................................1061
Ekspresowy Informator Eloktroniczny.............1071
Elektronika Praktyczna 7/97
PROJEKTY
Mikroprocesorowy odbiornik DTMF, część 2
kit AVT-329
Drugą część ańykuiu
poświęcimy prezentacji
programu sterującego pracą
mikroprocesora oraz
omówieniu zasad montażu
i uruchomieniu układu.
Sposób działania odbiornika
Program sterujący pracą mikio-kontiolera ma ok. 800 bajtów. Do przechowywania zmiennych programu wykorzystane zostały także cztery komórki pamięci RAM.
Po włączeniu zasilania, mikio-kontioler zgłasza swoją obecność poprzez "podniesienie słuchawki", czyli zwarcie styków przekaźnika linii Przl (rys. 6, EP6/97) i wygenerowaniu trzech sygnałów akustycznych w odstępie ok. 1 sekundy. Jeżeli nasze urządzenie będzie dołączone do linii telefonicznej, można podnieść słuchawkę i następnie włączyć napięcie zasilania odbiornika. Po krótkiej chwili będzie słychać w słuchawce stuknięcie styków przekaźnika i trzy sygnały akustyczne.
Od tego momentu odbiornik rozpoczyna normalną pracę. Na rys. 7 przedstawiony został uproszczony algorytm pracy, który ułatwia zrozumienie założonego przez autora sposobu sterowania odbiornikiem. Należy pamiętać, że zdalne sterowanie jego pracą wymaga posiadania źródła standardowego sygnału DTMF - może to być telefon dołączony elektrycznie do linii lub dowolny sygnalizator wykorzystujący sprzężenie akustyczne (poprzez mikrofon telefonu).
W obydwu przypadkach ważne jest, aby generowane sygnały były zgodne z normą opisującą standard DTMF.
Opiszemy teraz w jaki sposób odbywa się sterowanie pracą odbiornika od chwili przejścia procesora do trybu normalnej pracy.
Odbiornik podłączony do linii telefonicznej zlicza sygnały dzwonka generowane przez centralę. Jeżeli ich liczba będzie zgodna z liczbą zadaną przy pomocy zworki JPl, odbiornik "podniesie słuchawkę" i wygeneruje dwa krótkie sygnały powitalne.
Od tej chwili oczekuje na podanie dwucyfrowego hasła - jeżeli nie będzie ono zgodne z zadanym (przy pomocy DIP-switchy), generowany jest sygnał akustyczny
0 dość niskiej częstotliwości
1 czasie trwania ok. 1 sekundy. Sygnalizuje on błąd i po kolejnej sekundzie rozłączane jest połączenie.
Jeżeli w czasie ok. 16 sekund nie wybrana zostanie poprawna kombinacja cyfr, połączenie także jest rozłączane.
Jeżeli w podanym powyżej czasie wybrany zostanie poprawny kod, procesor generuje w krótkim odstępie czas dwa długie sygnały potwierdzenia o dość wysokiej częstotliwości.
Od tego momentu program wchodzi w pętlę oczekiwania na kombin a c j ę kod ów s teruj ą cy c h przekaźnikami w obydwóch kanałach. Przewidziano dwa rodzaje kodów sterujących:
- z prefiksem "#" - wykorzystywane są do określania aktualnego stanu wybranego wyjścia;
- z prefiksem "*" -wykorzystywane są do ustalania stanu wybranego wyjścia.
Szczegóły omawiamy poniżej.
Kontrola aktualnego stanu wyjść
Aby ustalić jakie są aktualne stany przekaźników sterowanych przez mikiokontroler należy wykonać następujące czynności:
- po dodzwonieniu się do odbiornika należy podać kod dostępu (procedura opisana powyżej);
- następnie naciskamy przycisk na klawiaturze telefonu oznaczony symbolem "hash" (#), następnie wybieramy numer interesującego nas kanału (cyfry z klawiatury 1 lub 2).
W zależności od stanu wybranego wyjścia w słuchawce usłyszymy:
Elektronika Praktyczna 7/97
53
Mikroprocesorowy odbiornik DTMF
Listing 1.
Wszystkie_dzwonki bset 1,porta jsr waitls ldx #$ff jsr sound_ok jsr waitO2s ldx #$ff jsr sound_ok
lda #! 80
sta time
pl jsr waitO2s
p3
brset 4,porta
bset 5,porta bset 6,porta brclr 4.porta bset 4,portb nop
lda portb bclr 4 ,portb and #$0f sta digitl p5 brclr 4,porta p2 jsr waitO2s dec time beq error brset 4.porta p4 brclr 4.porta bset 4,portb nop
lda portb bclr 4 ,portb and #$0f sta digit2 bclr 6,porta jsr waitO2s lda portb
and #$0f bset 6,porta cmp digitl beq p6
p6 bclr 5,porta jsr waitO2s lda portb
and #$0f bset 5,porta cmp digit2 beq p7 jmp error
k. 200
s trwania sygnału procedury generuj PCCZATEK OGRANICZENIA CZASU .tala określająca czas ocze .apis stałej do pamie iazowy czas opóźnieni .mniejsza licznik czs
pl ; testuje E4 PORTA
podnosi słuchawkę
określa generujs krótkie ustala <
wywołani
zas trwania dźwięku sygnał potwie
i RAM 200ms
al
akust. cej sygr
zy ]est sygnał DIPswitcha
kanale lub znak "1", co powoduje załączenie styków przekaźnika. Wykonanie polecenia sygnalizowane jest ponownie sygnałem akustycznym.
Ciągi znaków, które są traktowane jako po-p r awne zawarto w tab.2
Włączenie zasilania HlRESETl
sdany
urownuje kod podany
wyłącza DIPswitch 1
wyłącza DIPswitch 2 p3 ; sprawdza sygnał DTMF
Włącza bufor MT8870
opóźnienie dla stablizacji odczytu
Wpisuje wynik DTMF do akumulatora
wyłącza MT8 870
zeruje niepotrzebne bity (4MSE)
zapisuje pierwszy odebrany znak w RAM p5 ; czeka na powrót STD do stanu norn
Procesor
likwiduje
połączenie1
sprawdź.
p2 p4
wl
.a li , czy 3 ku je
znik
s uplyn irugi zi
bufor MT8870 opóźnienie dla stabilizai zapamiętuje drugi znak w wyłącza MT8870 zeruje niepotrzebne bity
Śj i odczytu akumulatorz
filetuje drugi znak w RAM czytuje DIPswitch 1
neguje zawartość A
usuwa zbędne bity
wyłącza DIPswitch 1
porównuje znak zadany z odebrany]
odczytuje DIPswitch 2
neguje zawartość akumulatora zeruje niepotrzebne bity (4MSE) wyłącza DIPswitch 2 porównuje odebrany znak z zadany]
/jeden krótki sygnał o dużej częstotliwości, jeżeli wyjście przekaźnikowe jest wyłączone;
/trzy sygnały w krótkich odstępach czasu, jeżeli wyjście przekaźnikowe jest włączone (styki zwarte).
Programowanie aktualnego stanu wyjść
Stany wyjść przekaźnikowych można zmieniać po wybraniu znaku " *". Jest on traktowany jako prefiks informujący procesor o przejściu do pętli programowania rejestru wyjściowego.
Po wybraniu kodu "*" należy podać numer wyjścia, którego stan chcemy zmodyfikować (jako poprawne są traktowane kody 1 i 2). Jeżeli wybrany zostanie poprawny ciąg znaków procesor potwierdza to krótkim sygnałem akustycznym - po usłyszeniu go w słuchawce należy wybrać znak "0", co powoduje rozłączenie styków przekaźnika w wybranym wcześniej
Ograniczenia czasowe
W celu zabezpieczenia prezentowanego układu przed
różnego rodzaju za-
kłóceniami mogącymi powstać w czasie trwania połączenia, wszystkie procedury sterujące są ograniczone czasowo. Oznacza to, że na wciśnięcie każdego z klawiszy funkcyjnych mamy ściśle ograniczoną ilość czasu.
Na podanie kodu dostępu przewidziano 1 ok. 16 sekund. Podob-
nie, jeżeli zadana liczba dzwonków nie wystąpi w zadanym czasie, zliczona ich liczba jest kasowana.
Po wybraniu dowolnego kodu sterującego czas na podanie kolejnego znaku ograniczony jest do ok. 10 sekund.
Zawsze po upływie tego czasu jest generowany sygnał akustyczny o niskiej częstotliwości i czasie
Rys. 7. Algorytm działania programu.
trwania ok. 1 sekundy, który sygnalizuje powstanie błędu.
Wartości dopuszczalnego czasu (ang. time-out) są wpisane na stałe do pamięci programu mik-rokontrolera. Dobrano je tak, aby użytkownik nie musiał się zbytnio spieszyć z wybraniem kodu.
Fragment procedury ograniczającej czas oczekiwania na podanie poprawnego kodu przedstawiono na list.l.
Detekcja liczby dzwonków i cyfr tworzących kod dostępu odbywa się w czasie rzeczywis-
Tabela 2. Sekwencje kodów zastosowane w odbiorniku.
Realizowana funkcja Pierwszy Drugi znak znak Reakcja odbiornika Trzeci znak Reakcja odbiornika
Kontrola wyjścia 1 # 1 -jeden sygnał (przekaźnik ma styki rozwarte) brak brak
Kontrola wyjścia 2 # 2 -jeden sygnał (przekaźnik ma styki rozwarte) -trzy sygnały (przekaźnik ma styki zwarte) brak brak
Włączenie przekaźnika w kanale 1 * 1 krótki sygnał o dużej częstotliwości 1 (wł.) krótki sygnał potwierdzenia
Wyłączenie przekaźnika w kanale 1 * 1 krótki sygnał o dużej częstotliwości 0 (wył.) krótki sygnał potwierdzenia
Włączenie przekaźnika w kanale 2 2 krótki sygnał o dużej częstotliwości 1 (wł.) krótki sygnał potwierdzenia
Wyłączenie przekaźnika w kanale 2 CNJ krótki sygnał o dużej częstotliwości 0 (wył.) krótki sygnał potwierdzenia
54
Elektronika Praktyczna 7/97
Mikroprocesorowy odbiornik DTMF
Rys. 8. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej.
tym, tak więc po ich zmianie nie jest konieczne restartowanie procesora.
Ograniczenia liczby błędów
Ponieważ liczba cyfr blokujących dostęp do sterowania jest mała, występuje ryzyko przełamania tej bariery przez osoby niepowołane. Wystarczy bowiem przeprowadzić (w najbardziej niekorzystnym przypadku z zastosowaniem kodowania z zakresu 0..9, *, #) zaledwie 143 próby, aby przełamać zabezpieczenie.
Z tego też powodu wprowadzono dodatkowe zabezpieczenie, polegające na ograniczeniu, podczas wprowadzania kodu, liczby dopuszczalnych błędów do dwóch. Po dwóch błędach procesor automatycznie rozłącza połączenie i nie reaguje na sygnały dzwonka przez ok. 3 minuty, co wpływa zniechęcająco na potencjalnego włamywacza.
Zabezpieczenie dodatkowe
W odbiorniku zastosowano jeszcze jedną procedurę zabezpieczającą, której zadaniem jest podniesienie komfortu użytkowania urządzenia.
Jest to dość proste zabezpieczenie programowe, które zapobiega pomyłkowemu wybraniu przez użytkownika błędnego kodu sterującego. Jeżeli zamiast dopuszczalnych dla numeru kanału znaków "1" lub "2" użytkownik wyśle inny znak, cała sekwencja rozkazu zostanie zignorowana, a procesor ostrzeże długim sygnałem o niskiej częstotliwości (syg-
nał błędu) i następnie zgłosi gotowość do odbioru poprawnego polecenia trzema krótkimi sygnałami o wysokiej częstotliwości. Podobnie, gdy zamiast innego, oczekiwanego przez procesor w danym momencie kodu, zostanie wygenerowany inny kod, procesor ostrzega o tym opisaną już sekwencją sygnałów akustycznych, traktując całą sekwencję odebranych uprzednio kodów jako nieważną. Liczba pomyłek nie jest ograniczona programowo.
Takie działanie programu znacznie ułatwia posługiwanie się odbiornikiem, zwłaszcza wtedy, gdy jest on sterowany z telefonu z wbudowaną klawiaturą w słuchawkę (większość telefonów bezprzewodowych i wszystkie komórkowe).
Montaż i uruchomienie
Odbiornik jest zmontowany na dwustronnej płytce drukowanej z metalizowanymi otworami. Rozmieszczenie elementów przedstawiono na rys.8. Widok ścieżek drukowanych przedstawiamy na wkładce wewnątrz numeru.
Ponieważ konstrukcja odbiornika opiera się na układach wykonanych w technologii CMOS, należy zachować maksimum ostrożności podczas ich montażu. Zalecane jest stosowanie podstawek, przy czym w zupełności wystarczają tanie podstawki z kontaktami w postaci sprężystych blaszek.
Montaż należy rozpocząć od rezystorów i diod (impulsowych, prostowniczych i Zenera). Wyjątkiem są diody D17..24, które
montowane są pionowo. Na rys.9 zaznaczono miejsca zamontowania tych diod. Podczas formowania wyprowadzeń tych elementów należy zwrócić uwagę na możliwość uszkodzenia szklanej obudowy.
Kolejnym etapem montażu jest wlutowanie podstawek pod układy scalone i transoptor oraz DIP-switche (Swl, Sw2). Następnie montujemy diody Dl 7.. 24, kwarc, kondensatory, tranzystory, a na końcu elementy o największych gabarytach: przekaźniki, transformator separujący i złącza ARK.
W egzemplarzu modelowym diody świecące, spełniające rolę sygnalizatorów stanu odbiornika, zamontowano bezpośrednio na płytce drukowanej. W przypadku montowania odbiornika w obudowie, można te elementy wyprowadzić na płytę czołową urządzenia. Wymagać to będzie połączenia każdej diod z płytką przy pomocy dwużyłowego przewodu. W celu ułatwienia ewentualnego demontażu układu dobrze jest zastosować proste złącza wykonane z goldpinów i fragmentów podstawek precyzyjnych.
Otwory o średnicy 3mm, wykonane w rogach płytki, umożliwiają umocowanie płytki w obudowie. Jako elementy dystansowe należy stosować tulejki z tworzywa sztucznego.
Podczas uruchamiania układu bardzo przydatne będą srebrzone kołki lutownicze, które należy wlutować w punkty oznaczone "A", "B" i "GND". Sposób wykorzystania tych punktów pomiarowych przedstawimy w dalszej części artykułu.
Przed rozpoczęciem procedury uruchomienia i testowania płytki
Miejsca
zamontowania
diodD17..24
Rys. 9. Rozmieszczenie diod montowanych pionowo.
Elektronika Praktyczna 7/97
55
Mikroprocesorowy odbiornik DTMF
Gniazdko telefoniczne
Zasilanie z transformatora 8. .12VAC lub z zasilacza 8.. 15VDC
Przykładowe urządzenia załączane przez odbiornik DTMF
Punkt testowy A>^ MassN*.^. Punkt testowy B
Rys. 10. Sposób podłączenia urządzeń zewnętrznych.
odbiornika należy jeszcze raz dokładnie sprawdzić jakość montażu i poprawność rozmieszczenia elementów, a następnie dołączyć kilka elementów zewnętrznych, zgodnie z ogólnym schematem przedstawionym na rys.10. Należy także ustawić, przy pomocy DIP-switchy możliwie najprostszy kod dostępu, aby maksymalnie ułatwić uruchomienie odbiornika.
Ponadto niezbędny będzie zasilacz lub transformator, dostęp do linii telefonicznej oraz bardzo przydatny jest oscyloskop. Można sobie oczywiście poradzić bez niego, wymaga to jednak nieco większego nakładu pracy.
Po podłączeniu odbiornika do linii telefonicznej dołączamy do niego zasilanie z zasilacza prądu stałego (napięcie wyjściowe rzędu 9..15V) lub ze zwykłego transformatora bez prostownika i filtru tętnień (napięcie rzędu 8..12V). Na wyjściu stabilizatora US4 należy sprawdzić wartość napięcia zasilającego - powinno ono wynosić ok. 5V, z tolerancją zależną od zastosowanego egzemplarza układu scalonego. Różnica nie powinna być większa niż ok. ą0,5V.
Punkty, które należy zewrzeć ibą aby wyzerować mikroprocesor (widok od strony lutowania)
Rys. 11. Punkty umożliwiające wyzerowanie procesora.
Po krótkiej chwili od momentu włączenia zasilania zwierane są styki przekaźnika linii Przl na ok. 6..10 sek. Jeżeli w tym czasie podniesiona zostanie słuchawka telefonu dołączonego równolegle do odbiornika DTMF, będzie w niej słychać potrójne sygnały akustyczne, powtórzone 3-krotnie z odstępami 1-sekundowymi. Jest to najprostszy test odbiornika. Jest on powtarzany każdorazowo po włączeniu napięcia zasilającego lub po zerowaniu procesora. Powtórzenie tego testu można uzyskać po ręcznym wyzerowaniu mikrokont-rolera - wystarczy zewrzeć ze sobą wyprowadzenia kondensatora Cli, zerującego procesor po włączeniu zasilania. Na rys.ll przedstawiono położenie wyprowadzeń tego kondensatora na płytce drukowanej (widok od strony lutowania).
Kolejny etap testowania układu wymagać będzie pomocy osoby wyposażonej w drugi telefon. Należy bowiem zadzwonić z niego pod numer telefonu, do którego dołączony jest odbiornik DTMF. Po wybranej przy pomocy zworki JPl liczby sygnałów dzwonka powinna zaświecić się dioda LED D13 (oznaczona ON_LINE), co oznacza, że odbiornik "podniósł słuchawkę" i dołączył dekoder DTMF US2 do linii telefonicznej. W ciągu maksymalnie 16 sekund należy wysłać z telefonu dzwoniącego kody dostępu do odbiornika. Odbiornik potwierdza odbiór tych kodów zgodnie z podanym wcześniej opisem. Pewne trudności mogą wystąpić w przypadku central telefonicznych ge-

Ą 1 \ a
i \ i
Śn


vOOO 0 mCD
nerujących sygnał dzwonka o parametrach nieco innych niż standardowe - odbiornik może w takich sytuacjach błędnie interpretować liczbę odebranych sygnałów. Pomocne w ustaleniu tego faktu będą dwa punkty pomiarowe wyprowadzone na płytce drukowanej - oznaczone przez "A" i "B". Punktem odniesienia dla tych sygnałów jest "GND".
Punkt "A" jest wyjściem trans-optora Tol. Można na nim obserwować sygnały dzwonka w postaci ciągu impulsów, w przybliżeniu prostokątnych. W punkcie "B" cała paczka impulsów powinna być widoczna jako jeden, dodatni impuls prostokątny o czasie trwania równym w dużym przybliżeniu czasowi trwania paczki wejściowej. Rys.12 oddaje w pewnym przybliżeniu pożądane kształty sygnałów w punktach "A" i "B".
Jeżeli w odpowiedzi na sygnał dzwonka otrzymujemy w punkcie "B" niestabilny ciąg impulsów, należy zwiększyć pojemność kondensatora C9. Jeżeli nie daje to pożądanego efektu niezbędne mogą się okazać modyfikacje wartości rezystancji R4 i R5. Piotr Zbysiński, AVT
ŚB"
Rys. 12. Przybliżone kształty sygnałów w punktach pomiarowych.
56
Elektronika Praktyczna 7/97
MINIPROJEKTY
Wspólną cechę układów opisywanych w działo "Mlnlprojekty" josf łatwość ich praktycznej realizacji. Na zmontowanie i uruchomienie układu w typowym przypadku wystarcza kwadrans. Mogą to być układy stosunkowo skomplikowane funkcjonalnie, niemniej proste w montażu i uruchamianiu, gdyż Ich złożoność i Inteligencja jest zwykle zawarta w układach scalonych. Wszystkie projekty opisywane w tej rubryce sq praktycznie wykonane w laboratorium AVT. Większość z nich wchodzi do oferty kitów AVT jako wyodrębniona seria "Mlnlprojekty" o numeracji zaczynającej się od 1000.
Wskaźnik bezpiecznego zasilania
Prezentowany układt
pomimo swojej prostoty,
spełnia bardzo ważną rolę,
pozwala bowiem
zabezpieczyć zasilane
przez nas układy przed
przekro c zen i e m
dopuszczalnego napięcia.
Dzięki niezwykle
uniwersalnej konstrukcji,
każdy użytkownik może
bardzo szybko dostosować
urządzenie do własnych
potrzeb.
Każde bez wyjątku urządzenie elektroniczne lub elektryczne jest zasilane napięciem, którego wartość najczęściej nie jest obojętna. Jeżeli układ jest zasilany z sieci energetycznej i wyposażony w dobry stabilizator, to monitorowanie wartości napięcia zasilającego najczęściej nie jest potrzebne. Chociaż z tą siecią energetyczną też różnie bywa...
Reakcja EP mieści się w budynku zlokalizowanym na samym krańcu Warszawy, dosłownie kilkaset metrów przed tablicą oznaczającą koniec obszaru zabudowanego. Nie wiemy jaki "geniusz" projektował i wykonywał sieć energetyczną w tej dzielnicy miasta, ale napięcie w gniazdkach w okolicznych zabudowaniach bardzo rzadko osiąga poziom 200V,
Rys. 1.
a najczęściej wynosi ok. 170, 130V!
Jaki morał wynika z tej opowieści? Taki, że nawet w poprawnie zaprojektowanym układzie elektronicznym napięcie może spaść poniżej wartości, przy której układ przestaje poprawnie pracować. Jeszcze bardziej niebezpieczny jest wzrost napięcia powyżej dozwolonej wartości. I to także może się przydarzyć w układzie o zasilaniu sieciowym. Autor spotkał się już z napięciem sieci wynoszącym, bagatelka, prawie 300V. Pewnie coś tam się komuś pomyliło...
Jednak bardziej typowym zastosowaniem proponowanego układu jest monitorowanie urządzeń o zasilaniu akumulatorowym lub bat ery j-nym, ładowarek akumulatorów, czy też najbardziej rozpowszechnionej ładowarki akumulatora, jaką jest bez wątpienia prądnica (alternator) samochodowy.
W wielu przypadkach, jak chociażby w wspomnianej instalacji samochodowej, wartość napięcia w układzie mało nas obchodzi. Wystarczy informacja, że mieści się ono w założonych granicach, a jeżeli tak nie jest, to czy napięcie jest za wysokie, czy za niskie.
Prezentowany układ u-możliwia monitorowanie napięć z dość szerokiego przedziału: od 5 do ok. 18V, a po drobnej przeróbce nawet znacznie większych, z praktycznie do w ol ną t ol era n c ją. Na przykład, nadzorując układ cyfrowy zbudowany z układów TTL możemy nasz wskaźnik ustawić na napięcie 5V z tolerancją ą5%. Jeżeli w układzie wszystko jest OK, to pali się dioda zielona, jeżeli napięcie wzrośnie powyżej 5,25V, czyli do wartości przy której TTL-e nie
Elektronika Praktyczna 7/97
61
MINIPROJEKTY
vcc
R1 + PR2
VCC = 5V
PR1 = lOOk
PR2 + R1 = 2k
PR3= 1OOk
TOLERANCJA =1%
SZEROKOŚĆ OKIENKA - 0.05V
Rys. 2.
powinny pracować, zapali się dioda czerwona. Spadek napięcia poniżej 4,75V, niegroźny dla całości układu, zostanie zasygnalizowany "spokojniejszym" kolorem -żółtym.
Proponowany układ może też być dodatkowym przyrządem pomiarowym przy przeprowadzaniu doświadczeń i eksperymentów z nowo zbudowanymi układami. Po drobnej przeróbce, opisanej w dalszej części artykułu, będzie on nadzorował jedynie wybrany punkt w badanym układzie.
Opis układu
Schemat elektryczny proponowanego układu pokazany został na rys.l. Najważniejszym blokiem funkcjonalnym urządzenia jest układ zbudowany na dwóch wzmacniaczach operacyjnych Ul A i UlB.
Aby dokonać porównania dwóch napięć, jedno z nich musi być dokładnie znane. W naszym układzie wzorcowe napięcie odniesienia wytwarzane jest przez układ scalony LM385 - IC3. Ten interesujący element obudowany jest identycznie jak wiele tranzystorów małej mocy: w obudowę TO-92 i posiada trzy wyprowadzenia: GND, Vref (napięcie odniesienia) i Adj (regulacyjne). Bez dodatkowych elementów zewnętrznych na wyprowadzeniu Vref panuje napięcie równe 2,5V i układ może być traktowany jako doskonałej jakości dioda Zenera.
Do tego wyjścia jest dołączone wejście odwracające wzmacniacza IClB i nieod-wracające wzmacniacza IClA. Pozostałe wejścia wzmacniaczy operacyjnych dołączone zostały do dzielnika napięcia utworzonego
z rezystorów PRl, R1+PR2 i PR3. Zmieniając wartości potencjometrów montażowych możemy ustawić "okienko" dowolnie zlokalizowane w obszarze napięcia zasilania i o dowolnej szerokości. Zasadę doboru wartości rezystancji dzielnika najlepiej ilustruje rys.2.
Jeżeli napięcie odniesienia mieści się wewnątrz utworzonego przez dzielnik napięcia "okienka", to na wyjściach obydwóch wzmacniaczy panuje coś w rodzaju stanu wysokiego. Autor celowo użył sformułowania: "coś w rodzaju", ponieważ pojęcie stanu wysokiego używane jest w technice cyfrowej i trudno go używać opisując analogowy fragment układu. W każdym razie na wyjściach wzmacniaczy napięcie jest bliskie dodatniemu napięciu zasilania i dołączone do nich układy cyfrowe CMOS traktują to jako stan wysoki, co wymusza stan niski na wyjściu bramki IC2A. Bramka IC2B pracuje jako inwerter sterujący diodą D2, która sygnalizuje prawidłowe napięcie w układzie. Gdy napięcie wejściowe jest poza wyznaczonym przez dzielnik napięcia "okienkiem" to powstanie stan niski na wyjściu jednego ze wzmacniaczy i w konsekwencji wymuszenie stanu wysokiego na wyjściu bramek IC2A i IC2C lub IC2D. Zielona dioda D2 zgaśnie i jeżeli napięcie w układzie jest za wysokie, to zapali się dioda czerwona Dl. Przy zbyt niskim napięciu zapala się dioda żółta -D3. Jeżeli w układzie zastosujemy akustyczny sygnalizator dołączony do wyjścia bramki IC2A, to zostanie on także uaktywniony.
Opisywany układ monitoruje napięcie, z którego sam jest zasilany. Co jednak zrobić, jeżeli zechcemy nadzorować napięcie zasilania innego układu, do którego nie możemy dołączyć zasilania naszego wskaźnika? Taka sytuacja może się zdarzyć np. przy kontrolowaniu układu zasilanego napięciem większym niż 18V, czyli przekraczającym zakres bezpiecznych napięć zasilania układów CMOS. Wielu Czytelników z pewnością już zauważyło pewne niezgodności pomiędzy schematem
i rysunkiem płytki drukowanej, a zdjęciem modelu prototypowego. Zainteresowanie wywołało też pewnie dodatkowe złącze oznaczone jako "+'".
Zaraz sobie wszystko wyjaśnimy. W wersji prototypowej układ miał służyć jedynie do monitorowania napięcia, z którego sam jest zasilany. Autor uznał jednak, że warto rozszerzyć jego możliwości i z tego powodu zostało dobudowane dodatkowe złącze, umożliwiające rozdzielenie zasilania układu i zasilania dzielnika napięcia. Normalnie złącza "+'" i "+'" są połączone ze sobą. Jeżeli jednak potrzebujemy rozłączyć napięcia zasilania, to wystarczy przeciąć ścieżkę oznaczoną na płytce literą "X" i napięcie zasilające dzielnik doprowadzić do wejścia " + ".
Montaż
i uruchomienie
Mozaikę ścieżek płytki drukowanej oraz rozmieszczenie elementów przedstawiono na rys. 3. Montaż wykonujemy w typowy sposób, rozpoczynając od elementów o najmniejszych gabarytach, a kończąc na kondensatorze elektrolitycznym i diodach LED. Jeżeli zdecydujemy się stosować akustyczną sygnalizację, to brzęczyk piezo z przetwornikiem możemy dołączyć do punktów lutowniczych odpowiednio oznaczonych na stronie opisowej płytki.
WYKAZ ELEMENTÓW
Kondensatory
Cl: lOOnF C2: IOOllF/16 Rezystory
PR3, PRl: lOOka
PR2: 4,7kQ
Rl, R2, R3, R4, R5: I kił
Półprzewodniki
Dl, D2, D3: diody LED fl.5
w trzech kolorach
ICl: TL082
IC2: 40ll
IC3: LM385-2,5V
Różne
Ql: piezo z generatorem
(opcja, nie wchodzi w skład
kitu)
Zl: ARK3
Kompletny układ i płytki drukowane są dostępne w ofercie AVT pod oznaczeniem AVT-1148.
Zmontowany ze sprawdzonych elementów układ nie wymaga uruchamiania,
Rys. 3.
ale jedynie ustawienia wartości rezystancji w dzielniku napięcia. Jeżeli mamy zamiar monitorować napięcie jednego tylko układu, to zamiast potencjometrów montażowych możemy użyć odpowiednio dobranych rezystorów. Zbigniew Raabe, AVT
Elektronika Praktyczna 7/97
MINIPROJEKTY
Moduł test era do kitu AVT-278
Prezen towany
w artykule układ nie
będzie dostępny w postaci
kitu, ponieważ jego
ogromna prostota umożliwia
zmontowanie go w postaci
"pająka" lub na prostej
płytce drukowanej, którą
bez większego trudu można
samodzielnie wykonać
w domu.
Układ przyda się
głównie konstruktorom
i instalatorom wykonującym
samodzielnie większe ilości
modułów alarmowych AVT-
278. Wiemy z listów, że
takich osób jest sporo.
JP1
IN4
COMM PK1
ce przekaźniki załączające urządzenia zewnętrzne). Sposób podłączenia przełączników zależy od spodziewanego stanu aktywnego na danym wejściu. Poprzez tę płytkę można zasilić kit AVT-278, doprowadzając zasilanie do złącza JP3.
Na rys. 2 pokazano rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej (widok ścieżek znajduje się na wkładce wewnątrz numeru). Mirosław Lach, AVT
Proces uruchamiania i testowania kitu AVT-278 można znacznie usprawnić przy pomocy prostego układu, który przedstawiamy w artykule. Moduł ten znakomicie wspomaga symulację współpracy kitu AVT-278 z instalacją elektryczną samochodu, skracając montaż centralki alarmowej w pojeździe do niezbędnego minimum. Przy zachowaniu struktury układowej kitu AVT-27 8, poprzez zmiany w programie, można wymyślać nowe zastosowania tego kitu w samochodzie i nie tylko w nim. Przykładem niech będzie inteligentne sterowanie oświetleniem kabiny.
Schemat e1ektry c zny modułu przedstawiono na rys. 1. Dwa złącza JPI i JP2 odpowiadają złączom testowanego kitu. Do wejść INl-IN6 podłączono przełączniki monostabil-ne (symulujące dołączane z zewnątrz włączniki z instalacji samochodowej) , a do wyjść diody świecące LED (symulują-
D6
IV*

R1O
V* 1K2
12V

1K2
JP3
-12V
12V
DUT3
DUT4
DUT5
DUT6
DUT7
IN3
INS
INI
MASA CDMM PKS ND PK2 NC PK2 CDMM PKl
IN4
IN5 +12V
DUT3 DUT4 DUT5 DUT6 DUT7(Tj -TR4"
IN3
JP3
IN4
IN5 f D6 a -TR9~|-
Rys. 2.
Rys. I.
Elektronika Praktyczna 7/97
63
NOWE PODZESPOŁY
Modemy telefoniczne
onuni
t
CML proponuje trzy nowe układy do transmisji modemowych:
FX909A - modem GMSK, który charakteryzują się następującymi właSciwoSciami:
- szybkoSć transmisji 4000..19200bit/s;
- elastyczna ramka danych (mobitex lub użytkownika);
- automatyczna obsługa protokołu transmisji (synchronizacja bitu/ramki, formatowanie bloków danych, CRC, zabezpieczenie danych);
- pobór prądu 2,2mA@3,3V/400uA (tryb uSpienia);
- monitor poprawnoSci danych;
- zabezpieczenie danych (scrambling); FX919A/929A - modem wykorzystujący 4-
poziomowe kodowanie FSK. Cechy charakterystyczne tego układu:
- szybkoSć transmisji 4800..19200bit/s;
- ogólny protokół transmisji (dla FX919);
- protokół transmisji RD-LAP dla (FX929);
- pełna obsługa ramek danych;
- niski pobór mocy wraz z funkcją uSpienia 2,5mA@3,3V/600uA (uSpienie);
- monitor poprawnoSci danych.
W układy modemów wbudowano pożyteczne układy służące do odpowiedniego przetworzenia danych wejSciowych, pozwa-
lające na znaczne odciążenie procesora sterującego transmisją.
Wszystkie trzy modemy pracują w pół-dupleksie i standardowo oferują synchronizację bitową i ramkową (Rx/Tx), formatowanie pakietów danych (Mobitex, RD-LAP, użytkownika), kontrolę błędów FEC - For-ward Error Correction i CRC.
Inna korzySć wynikająca z ich zastosowania, to możliwoSć zasilania ze źródła 3V i stosunkowo niewielka, 24-pinowa obudowa. Sterowanie układem odbywa się poprzez buforowany 8-bitowy port równoleg-
Miniaturowy czujnik temperatury
Firma Analog Devices oferuje nowoczesne czujniki temperatury z wewnętrznym przetwarzaniem analogowo-cyfrowym, noszą one oznaczenie TMP03 lub TMP04. Wewnętrzny czujnik temperatury (rys.l) generuje napięcie proporcjonalne do aktualnej temperatury otoczenia. Napięcie to jest przetwarzane w modulatorze cyfrowym na przebieg prostokątny o wypełnieniu zależnym od temperatury. Dopuszczalny zakres mierzonych temperatur wynosi -4O..+15O�C, przy czym producent specyfikuje parametry układu w zakresie -4O..+1OO�C. Deklarowana dokładnoSć w tym zakresie temperatur wynosi ą1,5%.
Układ TMP03 ma wyjScie typu otwarty kolektor, dzięki czemu można go stosować w bardzo różnorodnych aplikacjach. Układ TMP04 ma wyjScie przystosowane do współpracy z układami TTL lub CMOS zasilanych napięciem 5V. Obydwa układy są zasilane napięciem z zakresu 4,5..7V i pobierają ok. 6,5mW.
Dostępne wersje obudów dla układów TMP03/04 to:
- standardowa obudowa trójkońcówkowa TO-92;
- obudowa przeznaczona do montażu SMD SO-8;
- miniaturowa obudowa przeznaczona do montażu SMD SSOP.
ANALOG DEVICES
TMP03/04
SENSOR TEMPERATURY
GND
Poczwórny wzmacniacz
o programowanym wzmocnieniu
ANALOG DEYICES
Układ SSM2164 składa się z czterech niezależnych wzmacniaczy o wzmocnieniu ustalanym napięciowo. Bardzo małe zniekształcenia przenoszonego sygnału (poniżej 0,02%) oraz duży zakres dynamiki (ponad lOOdB) predestynują ten układ do stosowania w zaawansowanych aplikacjach audio. Schemat blokowy wzmacniacza przedstawiono na rys. 2.
Rozbudowany układ polaryzacji stopni wyjściowych wzmacniaczy VCA (ang. Voltage Controlled Amplifier) umożliwia dobranie pożądanego punktu ich pracy - poprzez zmianę
wartoSci rezystora dołączonego do wyprowadzenia MODĘ można wymuszać mieszaną klasę pracy AB lub "czystą" A, która jest szczególnie preferowana przez audiofili.
Różnice wzmocnienia pomiędzy poszczególnymi wzmacniaczami układu nie przekraczają 0,07dB (dla wzmocnienia równego 1) oraz 0,24dB (przy wzmocnieniu ok. 40dB). Napięcie zasilające układu SSM2164 powinno mieScić się w przedziale ą4..ą18V. Dopuszczalny zakres temperatur pracy wynosi -4O..+85�C. Układ jest dostępny w obudowie DIP16 oraz SOIC16.
Rys. 2.
Nowe mini-mikrokotrolery firmy
Rodzina najmniejszych (pod względem iloSci wyprowadzeń - wszystkie są pakowane w obudowy DIP8) mikrokontrolerów Świata powiększa się o dwa nowe układy. Noszą one oznaczenia: PIC12C671 iPIC12C672.
NowoScią zastosowaną w tych układach jest znaczne powiększenie pojemnoSci pamięci RAM i wbudowanie 4-kanałowego przetwornika A/C o rozdzielczości 8 bitów.
W tab.l. znajduje się zestawienie mikrokontrolerów miniaturowych, które są oferowane przez Microchip.
Tabela 1.
Oznaczenie Pojemność Pojemność Częstotliwość Ilość Ilość Dodatkowe
układu pamięci pamięci zegarowa pinów kanałów
programu [słowa] m [8] Mtfc] l/O przetwornika A/C
PIC12C508 512 25 4 6 Tlrner, WDT, wewnętrzny oscylator,
ISP, pracuje od2,5V
PIC12C509 1024 41 4 6 - Tlrner, WDT, wewnętrzny oscylator,
ISP, pracuje od2,5V
PIC12C671 1024 128 4 6 4 Tlrner, WDT, wewnętrzny oscylator,
ISP, pracuje od2,5V
PIC12C672 2048 128 4 6 4 Tlrner, WDT, wewnętrzny oscylator,
ISP, pracuje od2,5V
Elektronika Praktyczna 7/97
65
NOWE PODZESPOŁY
Nowe procesory DSP firmy
Jeden z największych producentów procesorów DSP wprowadził na rynek nową rodzinę układów, która nosi oznaczenie TMS320C6X. W chwili obecnej dostępny jest jeden nowy układ (TMS320C6 201], którego jednostka centralna zoptymalizowana jest do realizacji obliczeń stałoprzecinko-wych. Przy częstotliwości zegarowej 200MHz procesor ma moc obliczeniową 1600 MIPS (ang. Million Instructions per Second]. Na przełomie lat 1997/8 do pro-
#TEXAS
Instruments
dukcji w ramach rodziny C6X zostaną wprowadzone procesory zmiennoprzecinkowe.
Struktura układu integruje dwa kanały DMA, dwa port szeregowe, dwa timery, pamięć RAM na dane oraz wewnętrzny cache, przyspieszający dostęp do danych w niej zapisanych.
Duża szybkość pracy pozwala stosować nowe procesory w bardzo zaawansowanych aplikacjach telekomunikacyjnych i obróbce obrazu.
66
Elektronika Praktyczna 7/97
TEST
W działo "TEST" przód stawiamy narzędzia, programy i oprzyrządowanie pomocniczo, wykorzystywano w pracowniach konstrukcyjnych i faboratoriach efektronicznych. Prezentacja jest poprzedzona badaniami prowadzonych w faboratorium AVT. Zadaniem działu jest dostarczanie petnej i sprawdzonej informacji o aktuafnej ofercie krajowego rynku. Ceny podane w "Teście" sq cenami netto (bez 22% podatku VAT).
Starter kity DSP
Technika cyfrowej
obróbki sygnałów przy
pomocy specjalizowanych
systemów
mikroprocesorowych uchodzi
za sztukę niemal tajemną.
Faktem jest, że jest to
dziedzina wymagająca od
konstruktora dużej wiedzy
z zakresu techniki
m ikro pro c es oto wej
i solidnego przygotowania
m a iem a iyczn ego.
Me oznacza to jednak,
że osoby z mniejszym
doświadczeniem stoją na
straconej pozycji -
prezentowane przez nas
zestawy prowadzą
użytkownika za rękę,
pozwalając szybko
i w miarę bezboleśnie
poznać podstawowe zasady
obowiązujące w świecie
DSP.
W ramach "Testu" przedstawialiśmy już zestawy uruchomieniowe dla układów programowalnych i procesorów 8-bitowych. Postanowiliśmy skupić się teras na podobnych ze-stawach, opracowanych z myślą o początkujących i średnio-zaawansowanych konstruktorach, pragnących wkroczyć w "magiczny" świat DSP.
Prezentujemy cztery zestawy różnych firm, w których wykorzystano najbardziej popularne procesory sygnałowe. Każdy z zestawów wyposażony jest we wszystkie elementy niezbędne do przetwarzania analogowych sygnałów akus-
tycznych - przetworniki A/C i C/A, pamięć RAM, pamięć ROM z podstawowymi procedurami, port szeregowy do współpracy z komputerem nadrzędnym, itp.
Oprócz sprzętu, w skład zestawów wchodzi oprogramowanie umożliwiające tworzenie przez użytkownika samodzielnych opracowań oraz dokumentacja i noty katalogowe stosowanych w zestawach układów.
Tak więc, wbrew nazwie, prezentowane zestawy są silnymi narzędziami, które umożliwiają szybkie fi tanie!) poznanie nowoczesnej techniki
DSP, porównanie architektur współczesnych procesorów sygnałowych oraz przybliżenie własnej wyobraźni odpowiedzi na pytanie "cóż to naprawdę jest to DSP?".
Ze względu na ogromne walory techniczne zestawy polecamy wszystkim Czytelnikom pragnącym samodzielnie poznać możliwości nowoczesnej techniki obróbki danych. Ze względu na duży ładunek dydaktyki fw najlepszym tego słowa znaczeniu) zawarty w dokumentacji i oprogramowaniu, zestawy warte są polecenia także laboratoriom szkolnym i uczelnianym.
Starter kit ADSP-2100 Analog Devices
Analog Devices jest jedną z firm, która stworzyła własną rodzinę procesorów sygnałowych. EZ-ICIT Lite jest zestawem pozwalającym eksperymentować z procesorem ADSP-2181, który należy do "klanu" 16-bitowych procesorów DSP z rodziny ADSP-2 lxx.
Na płytce, oprócz procesora, znajduje się pamięć EP-ROM z programem do komunikacji z zewnętrznym komputerem oraz umożliwiającym śledzenie wykonywanych programów.
Dla ułatwienia eksperymentów z dźwiękiem, na płytce zamontowano także układ AD1847 będący koderem i dekoderem sygnałów z zakresu akustycznego. Posiada on możliwość programowego ustawienia częstotliwości próbkowania w przedziale 5,5..48kHz, co przy paśmie przenoszenia do 20 kHz pozwala osiągnąć dynamikę rzędu 70dE. Na płytce znajdują się dwa stereofo-
niczne gniazda dla sygnału lub lepszy,
wejściowego i wyjściowego. dyskietek 3,
Poza tym, płytka posiada za- 2ME RAM,
montowane gniazdo DB-9 do WINDOWS 3
komunikacji szeregowym por- miejsca na
tem RS232 z komputerem nad- Oprócz tego,
rzędnym oraz gniazdo zasila- dysponować
nia i stabilizator napięcia +5V. starczającym
Komputer współpracujący bilizowanego
z płytką musi być klasy 386 ności 300mA
posiadać napęd 5", co najmniej zainstalowany .1 i 4ME wolnego dysku twardym, użytkownik musi zasilaczem do-napięcia niesta-8..10V o wydaj-W zestawie, op-
Elektronika Praktyczna 7/97
69
TEST
rócz płytki, firma dostarcza także kabelek zasilający z wtyczką, którym można połą esy ć płytkę z zasilaczem. Jest takśe 9-żyłowy kabel RS do transmisji między PC, a płytką procesora.
Dostarczone w ramach kitu oprogramowanie zawiera asembler, linker i symulator, narzędzia niezbędne do pisania i uruchamiania własnych programów dla procesora ADSP-2181. Oprócz tego, firma dostarcza kilka przykładowych programów zarówno w wersji źródłowej jak i wykonywalnej. Wszystkie dotyczą
dźwięku. Są to m.in. generator DTMF, zestaw filtrów akustycznych wraz z przykładami efektów ich działania, program do kompresji i dekompresji dźwięku. Trzeba przyznać, że wersje demonstracyjne są starannie przygotowane. Ciekawostką jest dołączenie do płytki demonstracyjnej dźwiękowego gadżetu. Po każdym re-secie, w dołączonych do wyjścia słuchawkach rozlegną się fanfary i miły kobiecy głos poinformuje w języku angielskim użytkownika o gotowości starter kitu do pracy.
W zestawie można znaleźć
także trochę literatury. Jest podręcznik zawierający szczegółowy opis rodziny procesorów ADSP-21xx. Czytelnik znajdzie tam wszystkie dane o budowie wewnętrznej procesorów, działaniu poszczególnych instrukcji asemblera, organizacji pamięci wewnętrznej, rejestrach sterujących itp. Drugi podręcznik dotyczy płytki demonstracyjnej. Są tam zamieszczone wyczerpujące informacje o budowie samego układu wraz ze schematami ideowymi i opisem wyprowadzeń poszczególnych gniazd. Druga część dotyczy progra-
mów dołączonych do zestawu. Zamieszczono opisy działania, struktury oraz wydruki źródłowe istotnych fragmentów oprogramowania. Sporo miejsca poświęcono na przygotowanie czytelnika do pisania własnego oprogramowania, asembla-cję i tworzenie wersji wykonywalnych. W dodatkowych broszurach znajdują się informacje techniczne o procesorze i układzie przetwornika. Po rejestracji zakupionego zestawu, użytkownik nabywa prawo do ułatwień związanych z uzyskaniem pakietu kompilatora języka C.
Starter kit DSP5G000 Motoroli
W kartonowym pudełku zestawu użytkownik znajdzie wiele materiałów dotyczących zarówno procesora DSP56000, jak i współpracującego z nim oprogramowania. Zanim jednak powiemy co tam jest, trzeba wspomnieć o tym, co już należy posiadać, aby rozpocząć pracę z urządzeniem.
Wymagany jest komputer klasy 386 lub lepszy, z pamięcią RAM co najmniej 2ME, stacją dyskietek 3,5" i portem szeregowym RS, pozwalającym na transmisję z szybkością 19.2 00 bodów. Poza tym należy zaopatrzyć się w kabel RS z wtyczką DE-9 męską oraz zasilacz. Zasilacz fmoże być nie-stabilizowany) powinien dostarczać napięcia stałego
0 wartości 7..9V, przy poborze prądu 700mA. Może to być także zwykły transformator, z którego można pobierać prąd i napięcie o podanych wcześniej wartościach. Na początek przydadzą się także słuchawki
1 ewentualnie mikrofon.
Po otwarciu kartonu, na samym wierzchu znajdziemy płytkę prototypową o wymiarach 160 x lOOmm, w antystatycznym opakowaniu. Zależnie od posiadanej wersji, na płytce jest zamontowany procesor DSP56002 taktowany zegarem 40 lub 66 MHz. Jest to 24-bi-towy procesor stałoprzecinko-wy z 25 uniwersalnymi wyjściami I/O, wyprowadzeniem
dla portu szeregowego oraz magistralą dla emulacji. Procesor może współpracować z zewnętrzną pamięcią programu zapisanego w układzie EPROM albo realizować program w trybie emulacji przesłany magistralą OnCE.
Budowa płytki umożliwia testowanie pracy procesora w różnych konfiguracjach. Na osobnych złączach są wyprowadzone wszystkie porty oraz sygnały sterujące pracą procesora. Dzięki temu można badać ich stan w czasie działania uruchamianych programów oraz wykorzystać je do sterowania zewnętrznymi urządzeniami.
Należy jednak zachować ostrożność przy manipulacji wyprowadzeniami procesora, aby nie doprowadzić do uszkodzenia układu, np. przez przebicie ładunkiem elektrostatycznym. Ponieważ procesor jest montowany na płytce w technologii montażu powierzchniowego fSMD), jego wymiana jest praktycznie niemożliwa. Oprócz procesora na płytce jest zamontowana zewnętrzna pamięć RAM dla danych o pojemności 32lCsłów, jest miejsce na podstawkę dla pamięci ROM programu, gniazdo OnCE DE-9, układy umożliwiające pracę płytki w trybie emulatora i układy zasilające: gniazdo zasilania, prostownik i stabilizator +5V.
Dla eksperymentów z dźwiękiem, jego przetwarzaniem i korekcją, na płytce znajduje się także układ CS4215 będący stereofonicznym cyfrowym przetwornikiem sygnałów z zakresu akustycznego, pracujący jako koder i dekoder. Sygnał wyjściowy z przetwornika jest doprowadzony do gniazda słuchawkowego oraz gniazda wy-jściowego dla dal szego wzmocnienia we wzmacniaczu akustycznym. Dodatkowe gniazdo umożliwia wprowadzenie np. z mikrofonu zewnętrznego sygnału, który po zamianie w przetworniku na postać cyfrową może być później przekształcany w procesorze DSP.
Oprócz kilku prostych programów demonstracyjnych i testowych, użytkownik dosta-
je firmowy asembler dla procesorów rodziny 56000 oraz okienkowy debuger dla Windows firmy Domain Technologies umożliwiający pracę z płytką w trybie emulatora. Przed przystąpieniem do pracy należy najpierw połączyć kablem wyjście RS komputera z gniazdem OnCE. Wtyk słuchawek łączy się z gniazdem HDPHNE. Dopiero teraz można włączyć zasilanie.
Mocną stroną opisywanego starter kitu jest dołączona do niego bogata dokumentacja i literatura. W zestawie, oprócz płytki procesora, znajdują się dwie grube książki poświęcone asemblerowi dla procesora DSP56000, jego składni i trybom adresowania oraz dokładny opis struktury wewnętrznej układu. Osobna broszura zawiera szczegółowe dane tech-
70
Elektronika Praktyczna 7/97
TEST
nieśne procesora zamontowanego na płytce. Oprócz tego jest dołączony podręcznik, z wyczerpującym opisem debugera
okienkowego, opisem jego poleceń i wydrukami kodów źródłowych kilku prostych programów. Jest także dokumentacja
techniczna samej płytki ze schematami ideowymi poszczególnych bloków. To bardzo ważna część dokumentacji, jeś-
li chce się dołączać do układu urządzenia zewnętrzne. Cała literatura jest oczywiście w języku angielskim.
Starterkit Texas Instruments TMDS3200031
Spośród przedstawianych tu zestawów ten wyróżnia się tym, że jako jedyny przeznaczony jest do eksperymentowania z procesorem zmienno-przecinkowym fang. floating-pointj. W skład pakietu wchodzi kompletna karta, na której zamontowany jest procesor TMS320C31 o 32-bitowej architekturze, taktowany zegarem 50MHz. W 32-bitowym słowie danych 24 bity przedstawiają eksponentę, a 8 bitów mantysę. Dzięki temu zapisowi czasochłonne fw przypadku procesorów stałoprzecinko-wych) skalowanie wartości jest zbędne. Możliwości tego układu są bardzo duże, gdyś dzięki dużej mocy obliczeniowej procesora urządzenie jest w stanie np. dekodować w czasie rzeczywistym dźwięk kodowany w standardzie MPEG-1.
Komunikacja z komputerem odbywa się za pomocą przewodu zawartego w zestawie, umożliwiającego połączenie karty z portem równoległym. Wejście i wyjście analogowe, podobnie jak w zestawie TMDS3200051, jest obsługiwane przez układ TLC32040. Od potencjalnego użytkownika jest wymagane posiadanie zasilacza. W zupełności wystar-
cza zasilacz 12 V o wydajności 0,5 A. Zamontowane na płytce stabilizatory pozwalają uzyskać odpowiednie napięcia dla przetworników i samego procesora.
Oprogramowanie dołączone na dyskietce zawiera asern-bler i debuger oraz kilka przykładowych aplikacji przedstawiających możliwe zastosowania tego zestawu. Mamy więc możliwość zbadania generatora fali sinusoidalnej i piłoksz-tałtnej, jak również generatora DTMF.
Przy pomocy procesorów sygnałowych buduje się bardzo często filtry cyfrowe. My również mamy taką szansę wykorzystując jeden z przykładowych programów. Duża liczba gotowych programów jest poświęcona realizacji szybkiej transformaty Fouriera (FFT) będącej odmianą dyskretnej transformaty Fouriera (DFT). Posługuje się ona mniej złożonym algorytmem niż DFT, dając przy tym identyczne wyniki. Mają one duże znaczenie dla cyfrowego przetwarzania sygnałów - np. przy analizie widmowej sygnałów pozwala przedstawić sygnały składowych widma w postaci amplitudy i fazy.
Bardzo interesująca jest możliwość obliczania fraktali Mandelbrota i prezentacja ich na ekranie komputera. Kłopotliwy jest brak wymaganego sterownika SVGA (należy uzyskać go z podanego w opisie programu EES-u). Po uruchomieniu program dość szybko generuje odpowiedni, wykonany w odcieniach szarości, obrazek. Co ciekawe, pomimo zastosowania połączenia poprzez port równoległy, więcej czasu procesor sygnałowy poświęca na transmisję danych niż na ich obliczenie. Dzięki innemu przykładowemu programowi możemy przekształcić Starter kit w skaner.
Konieczne jest jednak wykonanie dodatkowego modułu z czytnikiem optycznym TSL1402.
Na płytce przewidziana jest możliwość zamontowania czterech dodatkowych złącz umożliwiających przyłączenie wykonanych samodzielnie dodatkowych modułów.
Użytkowników tego pakietu zachęcamy do skorzystania z zasobów internetowego serwera Texas Instruments, gdzie można znaleźć wiele dodatkowych, przykładowych procedur, jak również uaktualniane i poprawiane podstawowe oprogramowanie dotyczące tego zestawu.
Starterkit Texas Instruments TMDS3200051
Zestaw ten zbudowano z wykorzystaniem 16-bitowe-go, stało przecinkowego procesora TMS320C50 taktowanego zegarem 40 MHz. Zestaw komunikuje się z komputerem za pomocą standardowego złącza RS232. W skład pakietu nie wchodzi zasilacz sieciowy. Wystarczający jest zasilacz 12V o wydajności 300mA.
Dzięki stabilizatorom umieszczonym na płytce, uzyskujemy odpowiednie napięcia dla układu wejściowego i procesora. Za obsługę "wejścia i wyjścia analogowego jest odpowiedzialny układ TLC32040. Jest to kompletny analogowo-cyfrowy i cyfro-"wo-analogowy system wejścia-wyj ścia, zbudowany w jednym monolitycznym układzie CMOS. Zawiera filtr pasmowo-przepustowy o przełączanych pojemnościach, filtr antyaliasingowy na wejściu, 14-bitowy prze-
twornik A/C i C/A oraz dol-noprzepustowy filtr wygładzający na wyjściu. Układ jest przystosowany do współpracy z procesorami TMS320 posiadającymi wbudowany port szeregowy. Pracuje przy licznych kombinacjach wejściowej częstotliwości Master CLK i prędkości konwersji, które mogą być zmieniane przez procesor. Częstotliwość konwersji A/C i C/A może być zmieniana w zakresie
7,2..19,2kHz. Pozwala to dobrać odpowiednią częstotliwość próbkowania, aby zapewnić np. uniknięcie zjawiska aliasingu.
W skład zestawu wchodzi również dyskietka z oprogramowaniem, zawierająca asern-bler i debuger oraz przykładowe programy. Zarówno asernb-ler jak i debuger są przeznaczone do pracy w środowisku DOS. W przypadku gotowych aplikacji producent nas nie rozpieszcza. Oprócz plików
testowych do sprawdzenia płytki i układu wejścia/wyjścia, możemy uruchomić aplikację zamieniającą Starter Kit w analizator widma wykorzystujący szybką transformatę Fouriera (FFT).
Ci z użytkowników, którzy mają dostęp do Internetu mogą skorzystać z serwera Texas Instruments, zawierającego większą liczbę goto-
wych procedur, jak również uaktualnione wersje asemble-ra i debugera.
Przewidziany montaż dodatkowych czterech złącz na płytce umożliwia rozbudowę zestawu o własne moduły, zawierające dodatkowe przetworniki, układy sterujące lub wykonawcze itp. Ryszard Szymaniak Krzysztof Różyc
Elektronika Praktyczna 7/97
70
PROGRAMY
ST6-Realizer
- niezwykłe narzędzie dla... opojpych

Wielu początkujących (i
nie tylko!) projektantów po
pierwszych kontaktach
z mikroprocesorami bardzo
szybko się do nich zniechęca.
Niby mikroprocesor potrafi
wszystko, lecz tak naprawdę
trzeba go tego " wszystkiego"
nauczyć, pisząc odpowiedni
program- Asembler nie jest
językiem najbardziej
przyjaznym użytkownikowi,
a na zakup dobrych
kompilatorów C lub Pascala
mogą sobie pozwolić tylko
bogate firmy.
Wyjście z tej trudnej
sytuacji znalazła holenderska
firma Actum Soultions,
Szczegóły w ańykule.
Mmmalie wymagana sprzętowe pakieti ST6-Realizer
/ komputer PC z procesorem 386DX lub
lepszym
/pamięć RAM4MB / 14 MB wolnego mieisca na dysku twardym
Podstawowe możliwości pakieti ST6-Realizer
/ graficzne definiowanie projektu na dowolny
procesor rodziny ST6 / możliwość korzystania z gotowych bloków
i funkcji logicznych / możliwość tworzeniawłasnych modułów
funkcjonalnych / możliwość symulacji działania tworzonego
programu / generacja kodu wynikowego w postaci HEX
(do bezpośredniego programowania pamięci
programu) lub modułów do wykorzystania
w programach Tworzonych w sposób
Tradycyjny
Czy zdarzyło Ci się kiedyś stwierdzić, źe nie ma rzeczy mniej przyjemnej, niż poprawianie po raz setny jakiegoś uparcie źle funkcjonującego fragmentu programu? Weryfikacja tasiemcowych listingów, próby przypomnienia sobie, co teź takiego robi ten fragment programu, kłopoty z przepełniającym się stosem...
Z pewnością wielu Czytelników EP zna doskonale te problemy. Są one jedną z najpoważniejszych przeszkód, jakie stoją przed wszystkimi konstruktorami, którzy chcieliby rozpocząć samodzielne budowanie urządzeń mikroprocesorowych.
Najtańszym i najbardziej popularnym wśród początkujących konstruktorów narzędziem, umożliwiającym pisanie progra-
mów, są kompilatory asemb-lera, czasami umożliwiające linkowanie modułów z wcześniej opracowanymi fragmentami programu. Proces weryfikacji działania programu wspomagają zazwyczaj debugery lub symulatory programowe. Korzystanie z tych programów, pomimo ich ogromnej prostoty koncepcyjnej, wymaga silnej motywacji od użytkownika, co wynika z faktu, że są one zazwyczaj wyposażone w bardzo surowy interfejs, nie spełniający podstawowych zasad "przyjazności".
Stosunkowo szybko pojawiły się na rynku znacznie bardziej zaawansowane narzędzia dla projektantów. Początkowo były to kompilatory Pascala, wyparte z czasem przez znacznie bardziej uni w e r s aln e kom pil a tory j ę zy k a C (jak chociażby prezentowany przez nas od kilku miesięcy system firmy IAR). Systemy tego typu, oprócz szeregu niezaprze-
Elektronika Praktyczna 7/97
73
PROGRAMY
czalnych zalet, mają także jedną wadę - ich cena przekracza zazwyczaj możliwości finansowe nie tylko amatorów, lecz także niewielkich biur konstrukcyjnych.
Tak tragiczna sytuacja (jest w tym stwierdzeniu oczywiście nieco przesady) trwała zaskakująco długo, co można wytłumaczyć tylko faktem, że środowisko konstruktorskie jest bardzo konserwatywne. Nabyte niegdyś przyzwyczajenia są cenione często znacznie bardziej, niż wygoda pracy.
Jednym z pierwszych kroków w kierunku wypracowania nowego standardu projektowania oprogramowania był AppBuilder firmy InteL Nie ma w tym zdaniu pomyłki. Programiści tworzący AppBuildera założyli, że oprogramowanie będzie się projektować, a nie pisać! Idea ta została rozwinięta i doprowadzona do perfekcji przez holenderską firmę Actum Soultions, która opracowała niezwykłe narzędzie dla procesorów rodziny ST62 firmy SGS-Thomson. System ten nazywa się ST6-Realizer i został opracowany z myślą o maksymalnym ograniczeniu wymagań stawianych projektantowi, który chce wykorzystać w swoich opracowaniach mikrokontioler, lecz nie może sobie pozwolić na uczenie się jego architektury i języka programowania niskiego poziomu.
Sposób definiowania projektu
Oprogramowanie ST6-Realizer pracuje "pod skrzydłami" Windows (3.1/3.11 lub '95), dzięki
czemu obsługa programu nie odbiega od znanych już standardów. Stosunkowo małe wymagania programu wobec komputera, na którym pracuje, znacznie ograniczają koszty realizowanego projektu.
W skład pakietu nazwanego ST6-Realizer wchodzą cztery programy:
Realizer, który jest zintegrowanym edytorem i zarządcą projektu, umożliwia uruchamianie innych programów pakietu z poziomu menu;
- Simulator, program umożliwiający symulację programową tworzonego projektu;
- Analyzer, program analizujący tworzony projekt; generuje on raport z wykazem błędów (można je podglądać bezpośrednio w edytorze schematów!) oraz program wynikowy w postaci wybranej przez użytkownika;
- Sch2Lib Converter, jest to program odpowiadający za konwersję schematów do postaci modułów bibliotecznych, które można wykorzystywać w kolejnych projektach.
Stworzenie projektu wymaga określenia jego dwóch zasadniczych el em entó w:
- algorytmu działania, czyli opisania krok po kroku reakcji procesora na zdarzenia zewnętrzne i wewnętrzne. Mogą to być zmiany stanów logicznych na wejściach cyfrowych, zmiany poziomu napięcia na wejściach analogowych (większość procesorów serii ST62 ma wbudowany 8-bitowy przetwornik A/C), odmierzanie zadanego odcinka czasu, itp. Algorytm zapisuje się jako graf przejść pomiędzy poszczególnymi stanami charakterystycznymi dla pracy procesora w tworzonej aplikacji. Przejścia pomiędzy stanami można zdefiniować jako warunki uzależnione od pojedynczych zjawisk lub ich logicznej kombinacji (dostępne funkcje przedstawimy w dalszej części artykułu). Po opracowaniu algorytmu działania należy przenieść go
na planszę w edytorze programu ST6-Realizer. - zależności logicznych pomiędzy zdarzeniami. Na tym etapie tworzymy schemat elektryczny, przedstawiający fizyczne połączenia pomiędzy wejściami i wyjściami procesora. W większości typowych wypadków definiuje się tutaj sygnały umożliwiające realizację algorytmów z przejściami warunkowymi.
Po zdefiniowaniu tych dwóch podstawowych elementów tworzonego projektu należy określić jaki typ procesora zamierzamy zastosować. Kolejnym krokiem jest przypisanie wejść i wyjść konkretnym wyprowadzeniom układu, przy czym doskonale działa system podpowiedzi wbudowany w program - na bieżąco jest wyświetlana lista wyprowadzeń dostępnych dla danego wejścia lub wyjścia. Na rys.l przedstawiono kompletną definicję przykładowego projektu.
Po dokładnym opisaniu algorytmu i powiązań logicznych, należy poddać projekt analizie poprawności opisu. Zadanie to realizuje program Analyzer, który można wywołać z poziomu Realizer a. Na tym etapie są tworzone wszystkie pliki niezbędne do późniejszego testowania programu, kod wynikowy oraz plik raportu. Bardzo dużą pomocą dla projektanta jest wskazywanie bezpośrednio na planszy ze schematem przez program Realizer miejsca, w których wykryto błę-dy.
Po poprawnym przejściu tego etapu projektowania, można już zaprogramować procesor lub wykorzystać we własnym programie pliki ze źródłową wersją programu. Znacznie lepszym rozwiązaniem będzie jednak zweryfikowanie przy pomocy programu Simulator prawidłowości działania programu.
Na rys.2 przedstawiono widok ekranu monitora z działającym programem Analyzer. Przy pomocy tego programu jest możliwa bardzo precyzyjna analiza sposobu działania procesora. Licznik taktów zegarowych ułatwia orientację w szybkości reakcji układu na pobudzenia zewnętrzne i określenie przybliżonego czasu
74
Elektronika Praktyczna 7/97
PROGRAMY
trwania procedur obsługujących poszczególne zdarzenia.
Co oferuje ST6-Realizer użytkownikom?
Prezentowane oprogramowanie umożliwia użytkownikowi korzystanie z szeregu predefinio-wanych funkcji logicznych i modułów funkcjonalnych. Wśród nich są dostępne:
- wszystkie funktory logiczne (AND, NAND, OR, NOR, INV, ExOR); liczba dostępnych wejść to 2..8 (w zależności od funkcji);
- wyjście cyfrowe, wejścia analogowe i cyfrowe;
- tablice przekodowali, co upraszcza np. zmianę sposobu kodowania liczb, generowanie przebiegów o dowolnym kształcie, itp;
- licznik dwukierunkowy z możliwością ustalenia wartości początkowej;
- multipleksery;
- detektory zmian stanów logicznych;
- detektory pojawienia się zbocza;
- rejestr przesuwny;
- przetwornik A/C;
- układy arytmetyczne: sumator, sub traktor, moduł dzielący i mnożący;
- przerzutnik D;
- stałe;
- detektory przekroczenia zadanego poziomu;
- komparator;
- generator opóźnienia;
- generator przebiegu prostokątnego;
- układ czasowy (timer);
- moduł pamięci EEPROM.
_LJ jąJ I M I 1 I I
Rys. 2.
Jest to więc, jak widać, bardzo bogaty zestaw modułów, z których praktycznie da się zrobić wszystko.
Operacje matematyczne można wykonywać na kilku typach liczb. Podstawowym jest UBYTE (1 bajt: 0..225), wersja ze znakiem SBYTE (1 bajt: -128..+127), UINT (2 bajty: 0..65536), SINT (2 bajty: -32 768.. + 3276 7), oraz LONG (4 bajty: od -2147483648.. -2147483647).
Ponieważ jest możliwe tworzenie własnych bloków funkcjonalnych, połączenie szeregu gotowych modułów umożliwia rozszerzenie zawartości bibliotek.
Jak działa ST6-Realizer?
Każdy moduł funkcjonalny jest opis any
w asemblerze przy pomocy makrofun-kcji. Nie są one widoczne dla użytkownika - komfort pracy polega na operowaniu symbolami graficznymi z przyporządkowanymi w modułach bibliotecznych odpowiednimi procedurami.
W wyniku kompilacji projektu powstaje łańcuch makrofunkcji, wy-
konywanych w kolejności zależnej od wymagań narzuconych przez projektanta. Istnieją dwie możliwości skompilowania programu:
l.ST6-Realizer kompilując projekt może stworzyć minisystem operacyjny (ang. Realizer Ope-rating System), który odpowiada za wstępne skonfigurowanie procesora po włączeniu zasilania (inicjuje porty I/O, watchdoga, timery, układ przerwań, itp.), oraz rozpoczyna wykonywanie zadanego programu. Tempo jego realizacji można zmieniać podczas kompilacji dobierając czas trwania pojedynczego taktu wzorcowego systemu operacyjnego. Realizacja programu odbywa się krok po kroku zgodnie z algorytmem zapisanym przy pomocy grafu. ROS nadzoruje poprawność wykonywania programu. W sytuacjach awaryjnych następuje re-start procesora wywołany sprzętowym watchdogiem. Wynikiem takiej kompilacji jest program w postaci pliku HEX, który można wykorzystać do programowania pamięci procesora. 2. Skompilowanie programu do postaci relokowalnego modułu dla linkera, co umożliwia dołączenie opracowanej przez nas procedury do innych programów. Ponieważ w tej opcji system operacyjny jest pomijany (generowany jest tylko ciąg procedur), wszystkie bloki procesora należy inicjować oddzielnie.
ST6-Realizer - za i przeciw
Kilkutygodniowe testy pakietu ST6-Realizer wykazały, że jest to narzędzie o dużych walorach użytkowych. Dzięki opracowaniu przez producenta oprogramowania wszystkich niezbędnych w praktycznych zastosowaniach modułów funkcjonalnych i możliwości samodzielnego rozszerzania istniejących bibliotek, każdy użytkownik może bez trudu dopasować ich zawartość do własnych wymagań.
Ogromnymi atutami pakietu są łatwość budowania projektu i możliwość kompleksowego przetestowania działania układu przed zaprogramowaniem proce-
Elektronika Praktyczna 7/97
75
PROGRAMY
sora. Zastosowanie popularnego interfejsu graficznego czyni z Re-alizera narzędzie prawdziwie przyjazne, zwłaszcza dla mało wprawnych użytkowników. Całość uzupełnia doskonała dokumentacja, której wadą (zaletą?) jest fakt, że występuje tylko w języku angielskim.
Najistotniejszą wadą, jaką udało się nam wychwycić podczas tworzenia projektów testowych, to "zachłanność" kompilatora na pamięć programu. Jest to wynik ogromnej uniwersalności makrofunkcji stanowiących rdzeń programu. Ograniczenie to jest o tyle łatwe do ominięcia, że w rodzinie ST6 procesory z pamięcią 4 lub 8kB są łatwe dostępne i stosunkowo tanie.
Pamięciożerność Realizera maleje wraz ze wzrostem ogólnych rozmiarów programu - świadczy to o tym, że stosunkowo dużo miejsca w pamięci zajmuje system operacyjny ROS.
Prezentowane narzędzie można śmiało polecić zarówno początkującym elektronikom, jak i posiadającym doświadczenie, którzy chcą rozszerzyć swoje możliwości bez konieczności żmudnego uczenia się nowego języka programowania. Doświadczeni twórcy programów na procesory ST6 potraktują Realizera raczej z przymrużeniem oka, gdyż (opinia autora) rzeczą bardzo cenioną jest możliwość absolutnego panowania nad strukturą tworzonego programu. Tego ze wzglę-
dów zupełnie oczywistych Reali-zer nie może zaoferować.
Warto jednak zapoznać się z tym oprogramowaniem, gdyż jest to jeden z najdoskonalszych przykładów nowego (i chyba przyszłościowego) podejścia do tworzenia aplikacji w oparciu o mikrokontro-lery. Atrakcyjna cena zachęca do podjęcia ryzyka, gdyż jest ona porównywalna do ceny kompilatora asemblera z prostym linkerem.
Tak czy inaczej, zanosi się na to, że już w niedalekiej przyszłości pisanie programów wyjdzie z mody. Modne będzie ich rysowanie. Piotr Zbysiński, AVT
System ST6-Realizer udostępniła redakcji firma Eltron.
Elektronika Praktyczna 7/97
KURS
Biblioteki
mikroprocesorowych procedur standardowych
Procedura przerwania czasowego z kalendarzem
Przedstawiamy kolejną
procedurę dla procesorów
rodziny MCS-51. Tym razem
jest to zegar połączony
z kalendarzem - temat
bardzo popularny wśród
konstruktorów urządzeń
mikroprocesorowych.
Poniżej przedstawimy krótką procedurę, która obsługuje przerwania od timera, umożliwiającą utworzenie zegara z kalendarzem do roku 10000. Założeniem projektu tak "żywotnego" zegara nie była silna wiara w możliwość przetrwania architektury 8051 przez tak wiele lat, lecz chęć realizacji kalendarza gregoriańskiego.
W kalendarzu gregoriańskim, w odróżnieniu od kalendarza ju-liańskiego, lata przestępne występują co 4 lata z pewnymi wyjątkami. Generalna zasada jest taka: rok jest przestępny, jeśli liczba określająca go jest podzielna przez 4. Liczba roku podzielna przez 100, ale nie podzielna przez 400 oznacza rok zwykły, to jest ten wyjątek. Wynika z tego, że lata 1700, 1800, i 1900 były latami zwykłymi, zaś zbliżający się rok 2000 będzie rokiem przestępnym.
Realizacja projektu
Procesor 8051 posiada dwa układy czasowe, oznaczone jako TO i Tl. Układy czasowe działają niezależnie od pracy jednostki centralnej i komunikują się z nią wystawiając sygnały przerwania. Każdy z timerów posiada parę rejestrów TH i TL. Są to rejestry licznikowe, zliczające zdarzenia albo cykle zegara. W zależności od wzajemnego połączenia rejestrów TH i TL, timery TO i Tl pracują w jednym z czterech try-
Tabela 1.
Tryb Charakterystyka
0 8-bitowy timer/licznik, THx jest 8-bitowym licznikiem, TLx jest 5-bitowym preskalerem
1 16-bitowy timer/licznik
2 8-bitowy licznik z automatycznym załadowaniem; THx przechowuje wartość, która jest zapisywana do TLx po jego przepełnieniu
3 timer TO: następuje rozdzielenie źródeł sygnału dla THO i TLO; TLO jest zależny od kontrolnych bitów TO, a THO jest zależny od kontrolnych bitów T1
timer T1: jest zatrzymany
bów pracy, oznaczanych liczbami 0..3. W tabeli 1 przedstawiono krótką charakterystykę tych trybów.
Oprócz tych rejestrów, istnieje szereg bitów sterujących zliczaniem. Każdy z timerów posiada osobny zestaw takich bitów. Oto one:
- GATE - bit bramkowania, jego ustawienie oznacza, że zliczane impulsy są bramkowane sygnałem wysokim na linii INTx (x=0,l); wyzerowanie bitu oznacza, że bramkowania nie ma;
- C/T# - (counter/timer) bit wyboru źródła zliczanych impulsów, stan niski oznacza, że impulsy pochodzą z zegara procesora i są zliczane cykle procesora (timer), stan wysoki oznacza, że impulsy pochodzą z pi-nu Tx (licznik zdarzeń), przy czym zliczenie następuje po wykryciu zmiany stanu na pinie Tx z wysokiego na niski w dwóch sąsiednich cyklach procesora, czyli maksymalna częstotliwość zdarzeń jest 24-krotnie mniejsza od częstotliwości zegara procesora;
- TRx - (timer run) bit globalnego zezwolenia na zliczanie, stan wysoki włącza zliczanie, stan niski - wyłącza;
- TFx - (timer fuli) znacznik żądania przerwania, ustawiany po przepełnieniu rejestrów licznikowych, zerowany automatycznie po wejściu do procedury obsługi danego przerwania.
Lokacja powyższych bitów kontrolnych jest następująca:
- znaczniki GATE i C/T# razem z dwoma bitami M0 i Ml, kodującymi tryb pracy, zajmują jedną połówkę rejestru specjalnego TMOD (adres 89H). Młodsza połówka rejestru TMOD do-
Elektronika Praktyczna 7/97
77
Biblioteki procedur standardowych
tyczy TO, a starsza Tl, co pokazano poniżej:
GATE C/T# Ml MO GATE C/1#M1 MO
Timer Tl Timer TO
- znaczniki TRO, TFO (timera TO) i TRI, TFl zajmują starszą połówkę rejestru specjalnego TCON (adres 88H), co widać niżej: 8FH 8EH 8DH 8CH 8BH 8AH 89H 88H TFl TRI TFO TRO
Jest to rejestr adresowany bitowo, o czym świadczy młodsza cyfra jego adresu: jest to 0 albo 8.
Do naszych celów wykorzystamy tryb 2 timera TO. Jest to tryb 8-bitowego licznika z przeładowaniem. Wydawać by się mogło, że tryb ten jest mało efektywny. Rzeczywiście 8 bitów zapewnia nam zliczenie tylko 25 6 cykli, a więc stosunkowo często będzie potrzebna obsługa przerwania od TO. Z tego punktu widzenia o wiele lepszym rozwiązaniem jest praca w trybie 0, a jeszcze lepszym w trybie 1. Załadowanie rejestrów THO i TLO wartością początkową jest możliwe w procedurze obsługi, a jeśli odliczamy czas 1 sekundy, to do zliczenia mamy 1000000 cykli procesora przy zegarze 12MHz.
Dla eksperymentu ustalmy zatem tryb 1 dla timera TO i niech przerwanie będzie zgłaszane co 50000 cykli. Dostajemy przerwanie 20 razy na sekundę. W procedurę obsługi wkomponujemy rozkazy do załadowania pary rejestrów THO, TLO liczbą 65536-50000=15536. Trzeba bowiem wiedzieć, że liczniki w tym procesorze zliczają w przód. Okazuje się jednak, że tak zbudowany zegar ma dokładność zegarka mechanicznego. Czemu tak się dzieje? W momencie przepełnienia licznika następuje ustawienie flagi TFO, co jest dla systemu przerwań mikroprocesora informacją o żądaniu obsługi przerwania. Jednak żądanie to nie musi być obsłużone natychmiast.
Istnieje kilka powodów takiego stanu rzeczy. Po pierwsze, w momencie zgłoszenia obsługi przerwania może być obsługiwane przerwanie o wyższym priorytecie. Po drugie, w momencie zgłoszenia obsługi przerwania jest wykonywana instrukcja wielobaj-towa, a więc nie można jej zatrzymać w trakcie realizacji. Po trzecie, zostało jednocześnie zgłoszo-
ne do obsługi przerwanie o tym samym priorytecie, ale o wyższej kolejności obsługi (takim przerwaniem dla TO jest INT0). Po czwarte, jest wykonywana instrukcja RETI albo instrukcja zapisu danych do rejestru IE lub IP.
Każdy z wymienionych warunków wyklucza obsługę przerwania w danym cyklu procesora. Proces arbitrażu obsługi przerwania jest procesem bez pamięci, czyli w następnym cyklu maszynowym rozpoczyna się od początku i też nie musi skończyć się skokiem do procedury obsługi przerwania. Z dużą pewności możemy więc powiedzieć, że zegarek nasz będzie pracował z dokładnością o rząd wielkości gorszą niż zapewnia rezonator kwarcowy.
Wady tej nie ma tryb 2 timera. Przepisanie zawartości THO do TLO zachodzi sprzętowo, niezależnie od momentu obsługi przerwania. Ważne jest jedynie to, aby obsługa przerwania została zakończona przed następnym ustawieniem flagi TFO.
Na list.l przedstawiono procedurę obsługi przerwania od TO wraz z wbudowanym kalendarzem. Zakładamy, że procesor jest taktowany zegarem 12MHz. Zapis liczby 6 do THO oznacza, że żądanie obsługi przerwania od TO będzie pojawiać się co 2 5 0us. Ustalamy więc zmienną (SEK_250US), w której będziemy zliczać impulsy w odstępie 250|is. Zliczenie 40 takich odcinków daje lOms. Powinna teraz pojawić się zmienna zliczająca 10-milisekun-dowe odcinki czasu - SEK_10MS. Sto takich odcinków czasu daje już jedną sekundę. Następnie zliczane są minuty, potem godziny, dni, dni tygodnia, miesiące i lata. W przypadku lutego procedura musi rozważyć, czy dany rok jest przestępny, czy może jest rokiem zwykłym.
Ów podprogram można oczywiście modyfikować, dodając np. fragmenty kodu związane z wyświetlaniem sekwencyjnym na wskaźniku siedmiosegmentowym LED, obsługą klawiatury i inne, silnie związane z czasem procesy.
Wszystkie zmienne kodujące jednostki czasu (od sekundy do stulecia) są wyrażone w kodzie naturalnym binarnym. Mirosław Lach, AVT
Listing 1.
;FRAGMENT OPROGRAMOWANIA WIELU ZEGARÓW TEGO ; ŚWIATA WYPOSAŻONYCH W MIKROPROCESOR 80C51 ; LUB JEMU PODOBNY ZEGAR 12MHZ, CO DAJE CYKL ; ROZKAZOWY lus
SEK 250US EQU 30H
SEK 10MS EQU SEK 2 50US + 1
SEKUNDY EQU SEK 10MS+1
MINUTY EQU SEKUNDY+1
GODZ EQU MINUTY+1
DNI EQU GODZ+1
DNI TYG EQU DNI+1
MIESIĄCE EQU DNI TYG+1
LATA EQU MIESIACE+1
STULECIA EQU LATA+1
EA EQU 0AFH
ETO EQU 0A9H
TRO EQU 8CH
ORG 0
LJMP RESTART
ORG 0BH
LJMP T0_SERVIS
RESTART:
MOV TMOD,#00000010B;TRYB 21 TO
TAKTOWANY ZEGAREM
SETB ETO
SETB EA
MOV THO,#6
SETB TRO
MAIN:
SJMP MAIN
TO S1A:
AJMP T0_Sl
T0_SERVIS:
PUSH ACC
PUSH PSW
DJNZ SEK 250US,T0 S1A
MOV SEK 250US,#40
DJNZ SEK 10MS,T0_SlA
MOV SEK 10MS,#100
INC SEKUNDY
MOV A, SEKUNDY
CJNE A,#60,T0_Sl
MOV SEKUNDY,#0
INC MINUTY
MOV A,MINUTY
CJNE A,#60,T0_Sl
MOV MINUTY,#0
INC GODZ
MOV A, GODZ
CJNE A,#24,T0_Sl
MOV GODZ,#0
INC DNI
INC DNI TYG
MOV A,DNI TYG
CJNE A, #8,T0_S2
MOV DNI_TYG,#1
T0_S2:
MOV A, DNI
CJNE A,#29,T0_S3
; MINELO 2 8 DNI MIESIĄCA
MOV A,MIESIĄCE
CJNE A,#2,TO Sl
LCALL PRZESTĘPNY
JNC TO Sl
SJMP T0_S7
T0_S3:
CJNE A,#30,T0_S5
; MINELO 29 DNI MIESIĄCA
MOV A,MIESIĄCE
CJNE A,#2,TO Sl
SJMP T0_S7
T0_S5:
CJNE A,#31,T0_S4
; MINELO 30 DNI MIESIĄCA
MOV A,MIESIĄCE
CJNE A,#4,TO S8
SJMP T0_S7
T0_S8 :
CJNE A, #6,TO S9
SJMP T0_S7
T0_S9 :
CJNE A,#9,TO SIO
SJMP T0_S7
TO SIO:
CJNE A,#ll,T0_Sl
SJMP T0_S7
T0_S4:
CJNE A,#32,T0_Sl
; MINELO 31 DNI MIESIĄCA
T0_S7:
MOV DNI,#1
INC MIESIĄCE
MOV A,MIESIĄCE
CJNE A,#13,TO_S1
MOV MIESIĄCE,#1
INC LATA
MOV A,LATA
CJNE A,#100,TO Sl
MOV LATA,#0
INC STULECIA
T0_Ll:
POP PSW
POP ACC
RETI
Ś PODPROGRAM USTALANIA PRZESTEPNOSCI ROKU
; WEJŚCIE : NIC
; WYJŚCIE: CY=0 ROK PRZESTĘPNY
; CY=1 ROK ZWYKŁY
PRZESTĘPNY:
MOV A,LATA
CLR C
RRC A
JNC PRZEST1
RET
PRZEST1:
RRC A
JNC PRZEST2
RET
PRZEST2:
JZ PRZEST3
RET
PRZEST3:
MOV A,STULECIA
RRC A
JNC PRZEST4
RET
PRZEST4:
RRC A
RET
Elektronika Praktyczna 7/97
SPRZĘT
Sterowniki impulsowe, część 2
Przetwornice
Drugą część artykułu
poświęcamy omówieniu zagadnień
przenikania zakłóceń do
zasilanych układów.
Rozpoczniemy także przegląd
najczęściej stosowanych układów
przetwornic.
Przenikanie zakłóceń w układach analogowo-cyfrowych
Wiele układów elektronicznych składa się z części analogowej oraz z części cyfrowej. Na ogół obie te części są zasilane ze wspólnego zasilacza, który charakteryzuje się skończoną impedancją wyjściową Z .. Układy cyfrowe (bramki, przerzutniki) podczas swojej pracy pobierają impulsowo prąd, co powoduje, że na impedancji Z . odkłada się napięcie zakłócające. Poza tym należy brać pod uwagę istnienie niezerowych impedancji przewodów uziemienia (Zcl, Z^, Zc5) na których także powstają szkodliwe spadki napięć, będące zakłócającymi siłami elektromotorycznymi (Uncl, Uncgl Unc5) - rys.7.
Zakłócenia powstające na impedancji Zwyj przedostają się do części analogowej układu zbudowanej ze wzmacniaczy operacyjnych. Zakłócenia nałożone na napięcie zasilające powodują, że sygnał wyjściowy wzmacniacza operacyjnego także zawiera zakłócenie. Wartość tego zakłócenia jest ograniczona i zależy od parametru PSRR (ang. Power Supply Rejection Ratio - współczynnik tłumienia zmian napięcia zasilania). Chociaż we współczesnych wzmacniaczach operacyjnych współczynnik ten osiąga duże wartości, to jednak wpływ zakłóceń jest znaczny, zwłaszcza w układach, od których oczekuje się dużej czułości. Napięcie zakłócające Uni propagujące przez przewody zasilania może zostać formalnie sprowadzone do wejścia wzmacniacza operacyjnego, jako wejściowe napięcie różnicowe Ud o wartoś-
Ilustruje to rys.8.
Kolejny problem powstaje przy podłączeniu sygnału wyjściowego układu analogowego (np. sygnał wyjściowy z czułego prze-
twornika pomiarowego) do wejścia układu cyfrowego (np. wejścia przetwornika analogowo/cyfrowego). Połączenie obu mas powoduje zamknięcie obwodu dla sygnałów zakłócających Uncl, Unc3, Unc5. Powodują one powstanie spadków napięcia na pasożytniczych impedancjach masy układu analogowego (Zal, Z^, Zj5), które dodają się do wejściowych napięć różnicowych wzmacniaczy operacyjnych.
Rozwiązaniem tego problemu jest m.in. uziemianie wszystkich wzmacniaczy operacyjnych i innych elementów aktywnych w jednym punkcie (uziemienie gwiaździste), z tym, że dla bardziej rozbudowanych układów jest to bardzo kłopotliwe oraz trudne technicznie. Innym rozwiązaniem problemu jest zastosowanie przetwornicy napięcia stałego do zasilania części analogowej. Problem zamkniętych pętli sprzężeń dla idealnej przetwornicy mógłby być wtedy rozwiązany. Jednakże w rzeczywistości istnieją elementy pasożytnicze, które sprawiają, że rozwiązanie takie jest tylko połowiczne.
Wprowadzenie przetwornicy, w której elementem izolacji galwanicznej jest transformator impulsowy (rys.9), spowodowałoby dla idealnego transformatora przerwanie pętli dla zakłóceń. Jednakże w rzeczywistości transformator charakteryzuje się skończoną wartością pasożytniczej pojemności między uzwojeniami pierwotnym i wtórnym (Cs) co powoduje, że zakłócenia o wysokiej częstotliwości przedostają się na stronę wtórną. Poza tym zakłócenia indukowane na impedancji wyjściowej zasilacza Z . także sprzęgają się przez pojemność Cs do obwodu wtórnego transformatora. Prace projektowe muszą więc skupić się na problemie uzyskania jak najmniejszej wartości pojemności Cs. Można to osiągnąć m.in. przez fizyczne oddalenie od siebie uzwojenia pierwotnego
Zasilacz zwyj
Układ analogowy
Rys, 7, Źródła zakłóceń w układach analogowo-cyfrowych,
Elektronika Praktyczna 7/97
79
SPRZĘT
Rys, 8, Przenikanie zakłóceń przez przewody zasilajgce,
biegu sterującego bazę tranzystora) tranzystor jest znowu załączany. W tej chwili prąd uzwojenia wtórnego jest równy:
i podobnie:
Porównując przyrosty prądów:
i wtórnego. Taki krok powoduje jednak zmniejszenie współczynnika sprzężenia uzwojeń k i w rezultacie zwiększa induk-cyjności rozproszenia. To natomiast powoduje zwiększenie zakłóceń impulsowych
0 szerokim widmie częstotliwości wytwa-Tzanych przez przetwornicę podczas procesu przetwarzania napięcia stałego. Poza tym sama przetwornica generuje sygnały zakłócające, które przedostają się poprzez nieide-alną izolację galwaniczną na wyjście. Należy zatem tak zaprojektować przetwornicę, aby przenoszone i generowane przez nią zakłócenia były jak najmniejsze. Warunki te są niemożliwe do osiągnięcia, zatem konieczny jest kompromis w celu osiągnięcia zadowalających rezultatów.
Przegląd przetwornic pod względem wytwarzanych zakłóceń i tętnienia napięcia wyjściowego
W celu zbudowania przetwornicy, która spełniałaby przyjęte wymagania na wielkość zakłóceń w napięciu wyjściowym (zarówno generowanych, jak i przenoszonych), przeanalizowano istniejące rozwiązania przetwornic i do dalszych rozważań wybrano przetwornice: zaporowe, przepustowe, prze-ciwsobne (z odmianami w postaci przetwornic półmostkowych oraz mostkowych), przetwornice samowzbudne, rezonansowe oraz przetwornicę Cuka.
Przetwornica zaporowa
Podstawowy schemat przetwornicy zaporowej przedstawia rys.10.
W tej przetwornicy tranzystor T pracuje jako klucz, który jest przełączany między stanem nasycenia a stanem odcięcia. Zapewnia to niskie straty, dużą sprawność oraz niewrażliwość na rozrzuty parametrów technologicznych tranzystora. Przetwornica zaporowa jest przetwornicą dwutaktową, tzn. podczas pierwszego taktu pracy energia pobierana ze źródła wejściowego jest gromadzona w rdzeniu (w postaci energii pola magnetycznego), aby w drugim takcie być przekazaną do wyjścia układu. Zakładając, że w stanie ustalonym napięcie na kondensatorze filtrującym jest w przybliżeniu stałe
1 równe Uo oraz przyjmując, iż tranzystor T i dioda D są idealne, można dokonać przybliżonej analizy pracy układu.
W pierwszym takcie pracy tranzystor jest wprowadzany w stan nasycenia i przewodzi prąd uzwojenia pierwotnego. Pomijając spadek napięcia na nasyconym tranzystorze (Ucesat=0), napięcie wejściowe U . przyłożone jest w całości do uzwojenia pierwotnego. Napięcie to jest transformowane na stronę wtórną, ale kierunek włączenia diody D jest
taki, że jest ona spolaryzowana zaporowo i wpływ strony wtórnej transformatora można w dalszych rozważaniach pominąć. Prąd w uzwojeniu pierwotnym narasta liniowo we zależności:
osiągając po upływie czasu t wartość maksymalną Ipmax.
W chwili t tranzystor jest wyłączany i przechodzi w stan zatkania. Na uzwojeniu wtórnym powstaje przepięcie, które powoduje odblokowanie diody oraz przepływ prądu przez uzwojenie wtórne. Prąd ten opada liniowo we zależności:
Wartość lwmiX można wyznaczyć z warunku ciągłości przepływu strumienia w rdzeniu transformatora:
(gdzie: Z - liczba zwojów uzwojenia pierwotnego, Zw-liczba zwojów uzwojenia wtórnego, Rm- reluktancja - opór magnetyczny rdzenia transformatora). Z powyższego wynika, że:
Po upływie czasu T (gdzie T- okres prze-
otrzymuje się charakterystykę sterowania przetwornicy:
gdzie jest współczynnikiem wypełnie-
nia przebiegu sterującego.
Napięcie wyjściowe przetwornicy zaporowej może być więc stabilizowane w stosunku do zmian napięcia wejściowego przez zmianę współczynnika wypełnienia y, z tym, że nie jest to liniowa zależność od
Y-
Powyższe zależności są prawdziwe dla przypadku, gdy strumień ty w rdzeniu nie spada do zera (jest to tzw. przepływ ciągły). Warunkiem takiego przepływu jest, aby Ipmin <>0 (a co za tym idzie, aby Iwmin<>0) i jest on zachowany, gdy średni prąd obciążenia Io nie spada poniżej wartości prądu obciążenia krytycznego Iokr równego:
Dla prądów obciążenia IoNapięcie wyjściowe zaczyna zależeć od częstotliwości pracy, wielkości obciążenia oraz wartości indukcyjności uzwojenia pierwotnego. Dlatego też unika się pracy przetwornicy w zakresie nieciągłego przepływu
Zasilacz z>
Przetwornica
DC/DC Układ analogowy
Rys, 9, Przenikanie zakłóceń w układach analogowo-cyfrowych,
80
Elektronika Praktyczna 7/97
SPRZĘT
Rys, 10, Schemat ideowy przetwornicy zaporowej,
strumienia w rdzeniu transformatora.
Dla przepływu nieciągłego z charakterystyki sterowania wynika, iż jeśli Ro wzrasta (przetwornica jest coraz mniej obciążana), to wzrasta także napięcie wyjściowe Uo, teoretycznie do nieskończenie dużej wartości. Przetwornica zaporowa nie może zatem pracować bez obciążenia, a przy obciążeniu zmieniającym się w dużych granicach należy zastosować obciążenie wstępne.
Napięcie na tranzystorze przełączającym w momencie jego wyłączenia jest równe sumie napięcia wejściowego i przetransformo-wanego napięcia wyjściowego:
Dla dużych wartości współczynnika wypełnienia napięcie to znacznie wzrasta, co może doprowadzić do uszkodzenia tranzystora.
Przetwornica zaporowa jest także niekorzystna jeżeli chodzi o rozmiar rdzenia. Ponieważ cała energia przekazywana do obciążenia musi najpierw być zgromadzona w rdzeniu transformatora, zatem powinien on charakteryzować się dużą wartością indukcji nasycenia. Energia zgromadzona w rdzeniu transformatora jest równa:
Zatem przy większych mocach dostarczanych przez przetwornicę należy zmniejszyć indukcyjność uzwojenia pierwotnego L zwiększyć napięcie wejściowe U . oraz czas załączenia tranzystora kluczującego. Zmniejszenie indukcyjności L powoduje zwiększenie prądu magnesującego, a więc zwiększenie strumienia magnetycznego w rdzeniu i przyspieszone nasycanie się rdzenia. Rozwiązaniem tego problemu jest albo zwiększenie rozmiarów rdzenia (co wpływa ujemnie na gabaryty konwertera) albo wprowadzenie szczeliny powietrznej. Szczelina powietrzna powoduje jednak dla otwartych rdzeni ferromagnetycznych (np. kształtek typu E) zwiększenie zakłóceń generowanych na zewnątrz w postaci pola elektromagnetycznego i, co najważniejsze, zwiększenie indukcyjności rozproszeń, które są podstawowym powodem powstawania zakłóceń szpilkowych w napięciu wyjściowym.
Najbardziej istotne przebiegi napięć i prądów w obwodzie przetwornicy zaporowej przedstawia rys. 11.
Analiza pracy przetwornicy zaporowej pod względem wielkości tętnień napięcia wyjściowego
W celu dokonania analizy wartości tętnień napięcia wyjściowego, przyjęto wstępne założenie, że kondensator filtrujący C nie posiada elementów pasożytniczych, tzn. szeregowej rezystancji ESR oraz szeregowej indukcyjności ESL. Wpływ tych parametrów pasożytniczych będzie omówiony dalej.
Tętnienia na pojemności filtrującej C można określić podając współczynnik tętnień %:
Rys, 12, Schemat ideowy przetwornicy przepustowej,
(gdzie AUc to zmiany napięcia na kondensatorze filtrującym, Uo -średnie napięcie wyjściowe) . Współczynnik tętnień napięcia wyjściowego jest równy (dla przepływu ciągłego):
Dla pracy z nieciągłym strumieniem w rdzeniu transformatora współczynnik tętnień jest równy:
Jak wynika z powyższych rozważań, dla interesującego przypadku pracy (przepływ ciągły) współczynnik tętnień jest proporcjonalny do l/f. Współczynnik ten jest także zależny od wielkości obciążenia, przy czym dla przepływu ciągłego im to obciążenie jest większe, tym tętnienia są mniejsze.
Powyższe zależności zostały wyprowadzone dla przypadku, gdy pasożytnicza rezystancja szeregowa była równa zeru (ESR=O), oraz pasożytnicza indukcyjność szeregowa także była równa zeru (ESL=O). Jeśli uwzględnić rezystancję szeregową, to okazuje się, że zwiększa ona wartość tętnienia napięcia wyjściowego o składową równą:
Pizeplyw ciągły (;o > ;okr)
Przepływ nieciągły {\o < iokr)
t T
ti T
t T
0 t T
Rys, 11, Przebiegi napięć i prgdów w obwodzie przetwornicy zaporowej,
Natomiast pasożytnicza indukcyjność szeregowa powoduje powstawanie dodatkowej składowej równej:
Ponieważ w przetwornicy zaporowej występują znaczne nagłe skoki prądów płynących przez ESL, zatem znacznie zwiększa się poziom zakłócających impulsów szpilkowych na wyjściu.
Reasumując można powiedzieć, że przetwornica zaporowa pomimo prostej konstrukcji oraz niewielkiej liczby elementów składowych nie jest korzystna, zarówno pod względem wartości tętnień napięcia wyjściowego, jak i poziomu generowanych zakłóceń typu szpilkowego.
Przetwornica przepustowa
Podstawowy schemat przetwornicy przepustowej przedstawia rys.12.
W przetwornicy tej występuje dodatkowo dławik L, który wraz z kondensatorem C stanowi filtr dolnoprzepustowy tłumiący wyższe harmoniczne przebiegu wyjściowego. Zakładając (jak w przypadku przetwornicy zaporowej), że w stanie ustalonym napięcie na kondensatorze filtrującym C jest w przy-
Elektronika Praktyczna 7/97
81
SPRZĘT
Tr
a) b)
Rys, 13, Metody usuwania energii magnesujgcej z rdzenia transformatora,
bliżeniu stale i równe Uo, oraz przyjmując, że elementy przełączające (diody oraz tranzystor) są idealne, można dokonać przybliżonej analizy układu.
W momencie załączenia tranzystora kluczującego, na stronę pierwotną w całości jest przyłożone napięcie wejściowe Uwej, które transformuje się na stronę wtórną. Prąd w uzwojeniu pierwotnym narasta liniowo wg zależności:
gdzie n=zp/zw (przekładnia transformatora). Natomiast po stronie wtórnej:
Składowa prądu pierwotnego:
reprezentuje tzw. prąd magnesujący, który jest niezbędny do procesu transformowania napięcia z obwodu pierwotnego do wtórnego i który fizycznie odpowiada gromadzącej się w rdzeniu energii pola magnetycznego. Po upływie czasu t tranzystor kluczujący jest wyłączany. Wielkości prądów są następujące:
Natomiast maksymalna wartość strumienia magnetycznego w rdzeniu transformatora:
Zatkanie tranzystora powoduje powstanie przepięcia, które blokuje diodę Dl. Dioda D2 jest tzw. diodą obejściową, która umożliwia ciągły przepływ prądu w obwodzie obciążenia. W czasie od t do T prąd w cewce. L opada liniowo wg zależności:
aby w czasie T osiągnąć wartość:
Obliczając wahania prądu płynącego przez dławik otrzymuje się, że:
natomiast charakterystyka sterowania opisana jest wzorem:
Jest ona, w przeciwieństwie do przetwornicy zaporowej, funkcją liniową.
Powyższe zależności są prawdziwe dla ciągłego przepływu strumienia w dławiku L, tzn. dla prądu obciążenia Io większego od wartości prądu krytycznego Iokr danego wzorem:
Jeśli przepływ strumienia w rdzeniu dławika L jest nieciągły, to charakterystyka sterowania jest nieliniowa i dana wzorem:
0 t Ł / T t
0 t Ł T X t Ś^------------->
Napięcie wyjściowe zaczyna zależeć w tym przypadku od wielkości obciążenia, częstotliwości pracy, kwadratu współczynnika wypełnienia przebiegu. Podobnie jak w przetwornicy zaporowej unika się pracy dla prądów obciążenia mniejszych od wartości prądu krytycznego, z tym, że w przypadku przetwornicy przepustowej brak obciążenia powoduje, iż napięcie wyjściowe narasta tylko do wartości n*Uwe., a nie do bardzo dużych napięć, jak w przetwornicy zaporowej. Lepsze także jest wykorzystanie rdzenia w przetwornicy przepustowej. W rdzeniu gromadzi się tylko energia magnetyczna niezbędna, aby zaistniał proces transformacji napięcia. Wartość tej energii dana jest wzorem:
gdzie Im jest to prąd magnesujący rdzenia, którego największa wartość jest równa:
Maksymalna wartość strumienia w rdzeniu, która musi być brana pod uwagę podczas procesu projektowego aby rdzeń nie uległ nasyceniu, jest równa:
Jeśli zapewnić odpowiednio dużą wartość Lp, to można zminimalizować zjawisko gromadzenie się energii w rdzeniu. Istniejącą już energię należy z rdzenia usuwać, aby zapobiec jego nasyceniu. Można to zrobić dwojako- albo tracąc tę energię w postaci ciepła (stosowane dla przetwornic małej mocy- rys.l3b), albo zawracając ją do źródła (co wiąże się ze stosowaniem dodatkowego uzwojenia rozmagnesowującego, które powoduje zwiększenie indukcyjności rozproszeń i tym samym zwiększenie generowanych zakłóceń- rys,13a).
Najbardziej istotne przebiegi napięć i prądów w obwodzie przetwornicy przepustowej przedstawia rys.14. Adam Myalski
Ś1 '
'1inax '1min
0 t T t 0 t T
Rys, 14, Przebiegi napięć i prgdów w obwodzie przetwornicy przepustowej,
82
Elektronika Praktyczna 7/97
RAPORT E P
W tym dziale opisujemy wybrane kity oferowane przez różnych producentów. Przekazujemy uwagi dotyczące montażu, uruchamiania i działania zestawu. Wszystkie urządzenia były bowiem zmontowane i sprawdzone w faboratorium EP.
Przedstawiamy kofejny zestaw oferowany przez pofskiego producenta, firmę Nord.
4-programowy sekundnik zegara cyfrowego
kit NE-055
Układ służy do wzbogacenia
wizualizacji czasu w zegarze
cyfrowym opańym o typowe,
najczęściej 7-segmentowe
wyświetlacze LED. Powstała
więc konstrukcja podobna do
znanego Czytelnikom zegara
z telewizyjnego "Teleexpresu".
Prostota układu oraz
niewielka liczba połączeń
zewnętrznych umożliwiają
zaadaptowanie sekundnika do
prawie każdego modelu zegarka
elektroni czn ego.
Proponowany układ składa się z 60 diod LED rozmieszczonych na obwodzie koła, w którego centralnej części znajduje się miejsce na wlutowanie wyświetlaczy LED posiadanego zegara. Dzięki zastosowaniu taniej pamięci EPROM z zapisanym kodem sterowania LED, konstrukcja sekundnika została uproszczona do niezbędnego minimum.
Interesującą cechą układu jest możliwość rezerwowego zasilania liczników odpowiadających za prawidłowe wskazania sekund np. z baterii, co przy częstych przerwach w dostawie prądu jest wprost niezbędne.
Chociaż uruchomienie układu jest dość proste, sam montaż wymaga nieco cierpliwości i staranności.
Opis układu
Schemat elektryczny układu sekundnika przedstawiono na rys.l. Do wejścia CLK jest podawany przebieg taktujący o dowolnej częstotliwości z przedziału lHz..l27Hz, zsynchronizowany z przebiegiem wzorcowym zegara bazowego. Powinien on mieć kształt prostokątny o dowolnym wypełnieniu i przyjmować poziomy logiczne jak dla układów CMOS zasilanych napięciem U2. Producent zestawu dopuszcza jednak większą amplitudę
sygnału CLK. Dzięki diodom Dl i D2 zostaje ona w razie konieczności zredukowana do wartości bezpiecznej.
Przebieg wejściowy powinien charakteryzować się dostatecznie długimi czasami trwania stanu niskiego lub wysokiego (min. lus). Jeśli rozbudowywany zegar dostarcza sygnału o opisanych parametrach, to oznacza, że nadaje się do bezpośredniej współpracy z prezentowanym układem. W przeciwnym razie należy mieć na uwadze konieczność dobudowania układu dopasowującego. Jedynie zegary, które nie dostarczają żadnego sygnału o stabilnej częstotliwości, zsynchronizowanego z odmierzanym czasem (niezmiernie rzadko spotykane) nie nadają się do proponowanej rozbudowy.
Pierwszym stopniem układu od wejścia CLK jest licznik USl (CD4024), którego zadaniem jest dostarczenie do drugiego licznika (US2) sygnału o częstotliwości lHz. W tym celu ma on ustawiany stopień podziału w zakresie 1..127 przy pomocy diod DA..DG oraz zwór A, B,..G, X. Sygnał lHz zostaje następnie podawany do US2, który pracuje jako licznik modulo 60. Jego wyjścia (Qp..Q5) dostarczają sygnałów adresujących pamięć EPROM US3 (na sześciu
Elektronika Praktyczna 7/97
RAPORT E P
mniej znaczących wejściach), poprzez separujące wtórniki emite-rowe zbudowane z elementów R6..R17, D11..D16, T1..T6. Ponieważ pamięć ta dostarcza na wyjściu słowa 8-bitowe, a do przekazania pełnej informacji o stanie
poszczególnych diod w każdej sekundzie minuty potrzeba 60 bitów, to dla każdej sekundy należy przypisać 8 komórek pamięci. Zatem do bitów wystawianych przez US2 są dodane 3 (A6..A8 EPROM-u) wystawiane przez 3-bitowy licznik US6 (7493) taktowany przez timer US5 (NE555). Wymusza on sekwencyjne "przemiatanie" 8 bajtów pamięci odpowiadających aktualnej sekundzie i wystawianie na wyjściowej szynie danych EPROM-u (Q0..Q7, US3) słów sterujących (poprzez wtórniki T7..T14, R18..R25) kolumnami diod LED. Rzędy wysterowywane są za pośrednictwem wzmacniaczy tranzystorowych (R28..R35, T15..T22). Ponieważ diody LED pracują przy sterowaniu multipleksowym, a współczynnik wypełnienia przebiegów sterujących wynosi tylko 1/8, należało dla zapewnienia zadowalającej jasności świecenia dążyć do uzyskania jak największych prądów chwilowych. W tym celu wzmacniacze sterujące rzędami zbudowano w oparciu o tranzystory BC327 (T15..T22) o dopuszczalnym prądzie kolektora 800mA, a emitery są zasilane wprost z Ul (9V), a nie z 15V. Zwróćmy uwagę, że diody LED oraz rezystory R18..R25 pracują w pobliżu swych dopuszczalnych wartości prądowo-termicznych i ich przekroczenie - np. wskutek przypadkowego podwyższenia napięcia zasilającego Ul - grozi zniszczeniem lub znacznym skróceniem żywotności tych elementów. Z tego względu zaleca się by napięcie Ul było stabilizowane (z dopuszczalną tolerancją w "górę" ą10%).
Istnieje możliwość przystosowania układu do zasilania napięciem Ul innym niż 9V (z przedziału 7..12V), lecz wymaga to wymiany rezystorów R18..R25 wg dalszego opisu.
Za pomocą zwór Jl i J2 ustala się odpowiedni stan na liniach adresowych A9 i A10 pamięci EPROM. Umożliwia to wybranie jednego z czterech "programów" zapisanych w pamięci US3. Jak widać każdy z programów zajmuje po 512 bajtów w przestrzeni adresowej pamięci.
Rys. 1.
84
Elektronika Praktyczna 7/97
RAPORT E P
Tabela 1.
U1[V] R18..25H 7 220 8 270 9 330 10 390 11 470 12 560
Producent oczywiście zawarł w zestawie odpowiednio zaprogramowany układ pamięci EPROM US3, toteż nie ma potrzeby robić tego we własnym zakresie.
Dodatkowy klawisz oznaczony na schemacie jako R służy do wy-zerowania układu w momencie kiedy sekundnik zegara wzorcowego pokazuje "00".
Do zasilania układu wykorzystano dwa napięcia: Ul (9V/300mA) oraz U2 o dowolnej wartości z zakresu 5..18V/0,4 mA. Napięcie Ul wykorzystywane jest do zasilania wszystkich "prądożernych" części układu: diod LED i ich sterowników oraz pamięci EPROM. Napięcie U2 zasila wyłącznie dwa liczniki CMOS zliczające impulsy wejściowe i bieżące sekundy. Jego ciągłe podtrzymywania gwarantuje stałą pracę układu, a więc brak konieczności synchronizowania sekundnika po chwilowym zaniku napięcia zasad-
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl, R3, R5, Ró, R8, RIO, R12, R14,
Rló, R27: 47kQ
R2, R4: 470kQ
R7, R9, Rl 1, R13, R15, R17: lkO
R18..R25: 330O (dobrać)
R26: 10kO
R28..R35: 6,8kQ
Kondensatory
CL Có, C8: 22|iF/16V
C2, C3, C7: 47nF /KCP
C4: 22nF /KCP
C5: lOnF /KCP
Półprzewodniki
US1, US2: CD4024
US3: EPROM NE055
US4: UA7805
US5: NE555
US6: UCY7493
US7: UCY7445
T1..T6: BC238
T7..T14: BC308
T15..T22: BC327
D1..D16, D, A..G: 1N4148
D101..D160: LED $=3mm
Różne
podstawki pod układy scalone
reset zwiemy R
kołki montażowe - 6 szt.
płytka drukowana NE055
niczego Ul. Niewielki pobór prądu ze źródła zasilania +U2 (ok. 400|iA) umożliwia zasilanie tych układów z dowolnej baterii o niewielkiej pojemności.
Montaż i uruchomienie
Układ elektryczny sekundnika umieszczono na dwustronnej płytce drukowanej. Producent, w celu zminimalizowania kosztów, postanowił wykonać dwustronną płytkę bez metalizowanych otworów. W związku z tym nabywca musi samodzielnie dokonać "metalizacji" (połączeń między obiema warstwami), korzystając z odcinków sreb-rzanki lub lutując wyprowadzenia niektórych elementów po obu stronach płytki drukowanej.
W przypadku układów scalonych eliminuje to możliwość zastosowania zwykłych podstawek. Jednak prawidłowo zmontowany układ, przy zachowaniu środków ostrożności związanych z użytkowaniem i montażem układów CMOS, działa od razu. Do montażu najlepiej jest użyć uziemionej stacji lutowniczej o mocy do 40..50W, starając się nie dopuścić do przegrzania elementów, a w szczególności układów scalonych. Diody LED należy wlutować szczególnie starannie, aby czoło soczewek wszystkich 60 diod było na tym samym poziomie. Producent dostarcza w zestawie diody w różnych kolorach w celu odróżnienia co 5-tej sekundy (5, 10, 15, 20 itd. aż do 60-tej).
Przed przystąpieniem do wlu-towania rezystorów R18..R25 należy zastanowić się, jakim napięciem zasilimy punkt Ul. W zestawie znajdują się rezystory o wartości 330Q, odpowiednie do pracy przy 9V. Wartości rezystancji dla innych napięć należy dobrać z tabeli 1.
Dopasowanie mechaniczne sekundnika do układu zegara można przeprowadzić dwojako. Pierwszy sposób polega na wlutowaniu wyświetlaczy zegara w płytkę sekundnika, a następnie wykonanie niezbędnych połączeń odcinkami przewodu. Można także postąpić nieco bardziej radykalnie i po prostu wyciąć prostokątny otwór w płytce sekundnika tak, aby czoło wyświetlaczy dało się przełożyć przez wykonane wycięcie. Oczywiście decyzja należy do nabywcy, w zależ-
ności od tego, jakim zegarem dysponuje i czy jego budowa umożliwia konkretne zastosowanie.
Producent kitu w instrukcji podaje sposoby połączeń sekundnika do zegarów znajdujących się także w jego ofercie, kity NE077 iNE061. Podczas pracy pobór prądu układu nie powinien przekraczać 300mA (dla Ul). ZW
Elektronika Praktyczna 7/97
85
SPRZĘT
BASIC Stamp
w roli elektronicznej kostki do gry
Po kilk u ar tyk u la ch
prezentujących możliwości
komputerka BASIC Stamp
i zaimplementowanego w nim
języka, przedstawiamy
przykład prostej, lecz bardzo
efektown ej aplikacji.
Jest to mikroprocesorowa
kostka do gry (podwójna!)
z wyświetlaczem wyniku
w postaci 14 diod LED,
ch arakteryz ują ca się
minimalną liczbą elementów
zewnętrznych.
Listing 1
' Program KOSTKA.BAS
' Podw ojna elektroniczi ia kostka do gr
symbol kostkal = bO
symbol kostka2 = bl
symbol losowanie = W3
symbol oczka = b2
symbol Wybierz = 7
high Wybierz
let dirs = 255
let ko stkal - 1 1 1 1 1
let ko stka2 = 411111
Powtórz:
let oc zka = kostkal
gosub Wskaźnik
let oc zka = kostka2
gosub Wskaźnik
input Wybierz
if pin 7 = llthen Losuj
let W3 = W3+1
Eeente r:
oUtput Wybierz
goto P owtorz
Wskazn ik:
lookup oczka,(64,18,82 ,27,91,63),oczk
let pi ns = pins&%10000i 300
toggle Wybierz
let pi ns = pins1 oczka
pause 4 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
retum
Losuj:
random losowanie
let ko stkal = b6&%00000111
let ko stka2 = b7&%00000111
if kos tkał > 51 then Lo: 3UJ
if kos tka2 > 51 then Lo: 3UJ
goto R eenter
Na rys. 1 znajduje się schemat elektryczny proponowanego rozwiązania mikroprocesorowej, podwójnej kostki do gry. Każda z tych dwóch kostek jest reprezentowana przez układ siedmiu diod LED, których zapalenie sygnalizuje liczbę "wyrzuconych" oczek. Łatwo zauważyć, że diody świecące są sterowane bezpośrednio z portu BASIC Stampa. Taka konfiguracja układu jest prawidłowa, ponieważ wydajność prądowa każdej linii portu sięga 20mA.
Linia P7 steruje przełącznikiem zbudowanym na tranzystorach Tl i T2, który kluczuje grupy diod tworzących kostki. Mamy więc do czynienia z sekwencyjnym wyświetlaniem wyniku losowania. Dodatkową funkcją linii P7 jest obsługa przycisku losowania.
Zasada pracy kostki opiera się na generowaniu przypadkowych ciągów liczb, w oparciu o wbudowaną w PBASIC funkcję generatora ciągu pseudolosowego.
Na list. 1 przedstawiono program podwójnej kostki do gry, napisany w języku PBASIC. Zadaniem procedury głównej jest sekwencyjne wyświetlanie wyniku losowania oraz wykrywanie naciśnięcia przycisku losowania SWl.
Po wykryciu naciśnięcia przycisku SWl, program przechodzi do realizacji podprogramu Losuj. Przy jego pomocy zostaje wytworzona 16-bitowa liczba pseudolo-
Kostkai
Kostka 2
sowa, umieszczona w słowie w3 (zastępcza nazwa losowanie). Liczba ta będzie podstawą dla tworzenia wyniku losowania. Jak wiadomo, słowo w3 odpowiada w strukturze danych PBASICA bajtom b6 i b7. Wartości tam zapisane, po wym as kowani u trzech najmłodszych bitów i wy-zerowaniu pozostałych bitów, są umieszczane odpowiednio w zmiennych kostkal i kostkaż. Oczywiście, interesuje nas tylko sześć różnych liczb, a nie osiem, bowiem tyle będzie dostępnych po tej operacji. Pozostaje więc jeszcze ograniczyć ten zakres liczb poprzez odrzucenie liczb większych od 5. W przypadku zapisu do kostkal albo kostkaż co najmniej jednej liczby większej od 5, losowanie jest powtórzone.
Wyświetlaniem zajmuje się podprogram Wskaźnik. Podpro-gram ten dokonuje przekodowania z zapisu binarnego na układ świecących diod LED. Bardzo pomocnym rozkazem jest LOOKUP. Zwraca on jedną z wartości zawartą w nawiasie o takiej liczbie porządkowej, jaka jest zapisana w pierwszym argumencie. Zwracana wartość jest umieszczana w trzecim argumencie instrukcji. W ten sposób bardzo łatwo w języku PBASIC tablicować różne funkcje.
Następne operacje tego podprogramu są ściśle związane z wyświetlaniem informacji. Najpierw wszystkie diody LED są wygaszone (operacja zerowania pi-nów P6..P0, stan pinu P7 pozostaje nie zmieniony), potem jest zmieniony stan pinu P7 na przeciwny, następnie jest ustawiony właściwy układ włączonych diod LED. Taka kolejność działań pozwala uniknąć "duchów", czyli słabo świecących stanów drugiej kostki na diodach kostki pierwszej. Mirosław Lach, AVT
Rys. 1.
Elektronika Praktyczna 7/97
87
PROJEKTY ZAGRANICZNE
Inteligentny centralnego część 1
sterownik ogrzewania,
W artykule przedstawiono
koncepcję, budowę i sposób
eksploatacji sterownika
system u cen traln ego
ogrzewania. Konstrukcja
urządzenia jest oparta n a
mikrokon trolerze
zoptymalizowana pod kątem
niezawodności i prostoty
użytkowania.
Właściwości układu
/ niezależne włączanie centralnego
ogrzewania i ogrzewania wody; / możliwość przełączania prądu 5A przy 240V
napięcia przemiennego; / niezależne programy na każdy z siedmiu
dni; / pojedynczy lub podwójny cykl przełączania
w ciągu dnia; / opcja termostatowania przy użyciu
dodatkowego czujnika temperatury; / wyświetlanie bieżącej temperatury i czasu; / awaryjne zasilanie akumulatorowe
zabezpieczające oprogramowanie
sterownika w przypadku zaniku zasilania
sieciowego; / możliwość konfiguracji wyjść jako stale
włączonych lub stale wyłączonych; / sygnalizacja działania przekaźników za
pośrednictwem diod LED.
Opis urządzenia
Na rys.l przedstawi ono uproszczony schemat blokowy sterownika centralnego ogrzewania. Sterownik oparty jest na mikrokontrolerze z rodziny 8051 (Atmel AT89C2051). Mikrokont-roler dokonuje odczytu zawartych w jego wewnętrznej pamięci ROM instrukcji programu, a realizując je steruje ogrzewaniem. Liczba wymaganych zewnętrznych układów elektronicznych jest bardzo mała.
Użytkownik komunikuje się ze sterownikiem za pośrednictwem czterech klawiszy, których stany są w sposób ciągły testowane przez mikro kontroler. Po stwierdzeniu naciśnięcia klawisza podejmowane są stosowne decyzje.
Komunikaty systemu są wyprowadzane na dwuwierszowy, 16-znakowy, ciekłokrystaliczny wyświetlacz alfanumeryczny. Komunikaty te są wyprowadzane z wykorzystaniem pełnego zestawu znaków ASCII.
Urządzenie nadzoruje temperaturę za pośrednictwem analogowego czujnika, którego sygnał należy poddać konwersji A/C przed przekazaniem go do mik-rokontrolera. Operację konwersji realizuje przetwornik A/C.
Do przełączania napięcia sieciowego zasilającego obwód centralnego ogrzewania lub podgrzewania wody służą przekaźniki.
Sterownik centralnego ogrzewania może być zasilany z sieci 220V lub z akumulatora. W normalnych warunkach jest wykorzystywane zasilanie sieciowe, natomiast w przypadku zaniku napięcia sieciowego uruchamiane jest awaryjne zasilanie akumulatorowe, zapewniające utrzymanie informacji o czasie oraz programie.
Kompletny schemat ideowy sterownika centralnego ogrzewania przedstawia rys.2. Symbolem IC3 oznaczono mikrokontroler Atmel AT89C2051. Układ ten jest kompatybilny z przemysłowym
Zegar
Sieć
Bateria
Przełącznik źródef
zasilania
Mikrokontroler
CPU
ROM
RAM
Timer
l/O
Napięcie zasilania
LCD
ADC
Czujnik temperatury
Przełączniki na płycie czołowej
CH HW SET YES
Przekaźnik
pompy obiegowej
Przekaźnik wody ciepłej
Rys. 1. Schemat blokowy sterownika centralnego ogrzewania.
Elektronika Praktyczna 7/97
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
standardem 8051, aczkolwiek AT89C2051, jako układ ekonomiczny, nie posiada wszystkich możliwości układów z rodziny 8051. Układ Atmel jest wyposażony w:
- 2048 bajtów pamięci "flash" ROM;
- 128 bajtów pamięci RAM;
- dwa 16-bitowe liczniki/timery;
- 15 programowalnych linii we/ wy;
- generator.
Mimo że niektóre mikrokont-rolery posiadają wbudowane przetworniki A/C, to nie jest tak niestety w przypadku układu AT89C2051. Przetwornik A/C jest więc jedynym większym układem, o który należy uzupełnić urządzenie. Dzięki zastosowaniu mikrokontrolera liczba podzespołów wchodzących w skład urządzenia została znacznie zredukowana w stosunku do rozwiązania opartego na konwencjonalnym mikroprocesorze i układach peryferyjnych.
Oscylator mikrokontrolera wymaga podłączenia do wyprowadzeń 4 i 5 rezonatora kwarcowego Xl i kondensatorów C5 i C6. Zastosowany mikrokontroler może pracować z częstotliwościami zegara sięgającymi 24MHz, jednak
IC3
ATMEL 89C2051
R5 10k
RLA1 N.0." ..N.C.
Rys. 2. Schemat ideowy sterownika centralnego ogrzewania.
10
Elektronika Praktyczna 7/97
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
w przedstawianym urządzeniu zastosowano taktowanie 6MHz, co określa czas wykonania instrukcji w języku maszynowym równy 2u.s. Szybkość taka zdecydowanie wystarcza dla realizacji funkcji sterownika centralnego ogrzewania. Użycie wyższej częstotliwości zegara oznaczałoby jedynie generację przez mikrokontroler silniejszych zakłóceń elektrycznych i szumów.
Zerowanie po włączeniu zasilania zapewnia kondensator C7 o pojemności IOjiF, podłączony między wejście zerujące (wyprowadzenie 1) i dodatni biegun zasilania. Wewnętrzny rezystor (50kn..300kn) łączy wyprowadzenie 1 z masą. Mikrokontroler zostaje wyzerowany po włączeniu napięcia zasilania - na jego wejściu zerującym pojawia się napięcie zasilania, które następnie znika w miarę ładowania kondensatora C7.
W układzie przewidziano możliwość ręcznego zerowania przy pomocy z worki wstawianej między punkty J i K, aczkolwiek prawdopodobieństwo zaistnienia potrzeby korzystania z tej opcji jest niewielkie.
Urządzenie zostało zaprojektowane do pracy z zasilaniem sieciowym, ale jest także wyposażone w awaryjne zasilanie akumulatorowe, chroniące przed utratą nastaw i programu w razie zaniku napięcia sieciowego.
Zasilacz jest konwencjonalny. Zawiera transformator sieciowy Tl oraz prostownik mostkowy RECl i daje napięcie niestabili-zowane. Bezpiecznik FSl został umieszczony w "gorącym" przewodzie zasilania, co w razie uszkodzenia zapobiega przepływowi przez urządzenie prądu o zbyt dużym natężeniu. Zaleca się użycie bezpiecznika automatycznego.
Warystor Rl, połączony równolegle z transformatorem, ma za zadanie chronić układ przed przepięciami i udarami napięciowymi, które mogą wystąpić w sieci. W normalnych warunkach warystor wykazuje bardzo wysoką im-pedancję, ale gdy napięcie sieci na skutek wystąpienia np. stanu przejściowego przekroczy pewien poziom, impedancja wary stora spada i napięcie zostaje ograni-
rogramowanie, które w przypadku zaniku napięcia sieciowego podejmuje odpowiednie działania.
Napięcie wyjściowe układu ICl trafia na stabilizator napięcia IC2, dający stabilizowane napięcie +5V, zasilające sterownik. Wyjście stabilizatora jest odsprzęgane przez kondensatory C3 i C4. Kondensatory odsprzęgające umieszczono również w wybranych punktach układu.
Stabilizator 7805 (IC2) dostarcza prądu o natężeniu do lOOmA, co przekracza potrzeby sterownika centralnego ogrzewania - jednak z wyłączeniem zasilania przekaźników, które są zasilane nie-stabilizowanym napięciem +12V. Oznacza to, że w przypadku zaniku napięcia sieciowego i zasilania awaryjnego żaden z przekaźników nie będzie wzbudzony i oba wyjścia będą otwarte.
Cztery klawisze S1..S4 oznaczone CH, HW, SET i YES umożliwiają użytkownikowi programowanie i konfigurowanie żądanego trybu pracy sterownika. Kontakty tych klawiszy są połączone z masą oraz z liniami we/wy P3.0 do P3.3 mikrokontrolera, skonfigurowanymi jako wejścia. Linie te również posiadają wewnętrzne rezystory podciągające, tak więc naciśnięcie klawisza spowoduje zmianę stanu odpowiadającej mu linii z wysokiego na niski. Oprogramowanie może stwierdzić fakt naciśnięcia klawisza i odpowiednio zareagować. Program zapobiega także odbiciom, towarzyszących działaniu wszelkich przełączników mechanicznych - dokonywana jest sekwencja odczytów danej linii oddzielonych opóźnieniami dłuższymi niż okres drgania kontaktów (zazwyczaj 1 Oms do 20ms).
System przekazuje informacje użytkownikowi za pośrednictwem modułu wyświetlacza ciekłokrystalicznego LM016XMBL (X2) produkcji firmy Hitachi, na który można wyprowadzić dwie linie tekstu, zawierające do 16 znaków
ni się z wysokiego na niski. Stan tej linii
jest monitoro- ________________________________________
wany przez op- RySi 3. Przebiegi czasowe przetwornika A/C ADC0831.
czone. Poziom ograniczania w prezentowanym urządzeniu wynosi 275V.
Transformator Tl ma dwa uzwojenia wtórne 6V, które są połączone szeregowo i dają napięcie przemienne 12V. Po wyprostowaniu wartość maksymalna uzyskanego napięcia wynosi około 17V. Napięcie to jest następnie wygładzane przez kondensator elektrolityczny Cl o dużej pojemności.
Zasilanie awaryjne zapewniają dwa akumulatory NiCd (Bl). Akumulatory te są odpowiednikami baterii PP3 i są ładowane prądem o natężeniu około lOmA przez rezystor R2 i diodę Dl.
Układ IC1 - ICL7673 - jest automatycznym przełącznikiem realizującym przełączenie między zasilaniem podstawowym (sieciowym) a awaryjnym (akumulatorowym). Układ ten detekuje, które z jego dwóch napięć wejściowych jest większe i przekazuje to napięcie na wyprowadzenie 1.
Podczas normalnej pracy, napięcie zasilania pochodzące z sieci wynosi 12,.16V i jest wyższe od napięcia pochodzącego z akumulatorów, równego około 9V, a więc do wyprowadzenia 1 układu ICl doprowadzone zostanie zasilanie sieciowe. W przypadku zaniku napięcia sieci wyższe oczywiście okaże się napięcie z akumulatorów i ono będzie przekazane do wyprowadzenia 1 układu ICl. Proces przełączania napięć trwa około 50ms i nie zakłóca pracy zasilanego układu.
Wyprowadzenia 3 i 5 układu ICL7673 są to wyjścia z otwartym kolektorem, wskazujące, które z zasilań wejściowych podane jest aktualnie na wyprowadzenie 1 tego układu. Wyjście 3 jest połączone z linią we/wy P3.4 mikrokon-trolera, skonfigurowaną jako wejście. Linia ta posiada wewnętrzny rezystor podciągający, połączony z zasilaniem mikrokontrolera. Po odłączeniu przez układ ICl zasilania sieciowego i włączeniu zasilania akumulatorowego, Stan AAA
Elektronika Praktyczna 7/97
11
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
alfanumerycznych. Moduł ten zawiera wyświetlacz oraz kontroler HD44780, zapewniający współpracę wyświetlacza z otoczeniem.
W pewnym uproszczeniu kontroler HD44780 można traktować jako ciąg rejestrów o długości pojedynczego bajtu oraz adresów pamięciowych, poprzez adresowanie których można wyprowadzać na wyświetlacz żądane znaki. Dostęp do kontrolera umożliwia szyna danych D0..D7 oraz trzy linie sterujące: Register Select RS (wybór rejestru), Read/Write !R/W (odczyt/zapis) oraz Enable (zezwolenie).
Aby mogło nastąpić przekazanie danych, stan linii EN musi być wysoki. Dwie kolejne linie sterujące RS i !R/W są wykorzystywane do selekcji rejestru (dane lub sterowanie) i określenia rodzaju dostępu (odczyt lub zapis), którego wymaga realizowana operacja.
Układ HD44780 umożliwia transmisję informacji w dwóch cyklach, z użyciem linii danych D4..D7 i taką właśnie możliwość, ograniczającą liczbę używanych wyprowadzeń kontrolera, wykorzystano w sterowniku.
Linie mi kr oko ntro 1 er a P1.4..P1.7 są wykorzystywane jako linie danych i są połączone z wejściami D4..D7 układu HD44780. Linie Pl.l, Pl.2 i Pl.3 służą do transmisji sygnałów sterujących odpowiednio EN, !R/W i RS. Linia Pl.l wymaga zastosowania zewnętrznego rezystora podciągającego R9.
Kontrast wyświetlacza można regulować przy pomocy potencjometru VRl, którego suwak jest połączony z wyprowadzeniem 3 modułu LM016XMBL.
Sterownik centralnego ogrzewania jest wyposażony w dwa przełączane wyjścia, których zadaniem jest - zależnie od zaprogramowania - włączanie bądź wyłączanie centralnego ogrzewania lub ogrzewania wody. Wyjścia te są identyczne, w związku z czym omówione zostanie tylko wyjście obsługujące centralne ogrzewanie.
Wyjście to wyposażono w przekaźniki, umożliwiające przełączanie żądanych mocy. Ponieważ wydajność prądowa linii we/wy mikrokontrolera nie pozwala na wzbudzenie cewki przekaźnika,
zastosowano tranzystor TRI. Gdy w linii we/wy P3.5 mikrokontrolera pojawi się stan wysoki, tranzystor TRI zostaje nasycony. Oznacza to połączenie jednego z wyprowadzeń cewki z masą, a więc wzbudzenie i zwarcie zestyków przekaźnika RLA. Dioda D3 zabezpiecza tranzystor przed napięciem indukującym się w cewce przekaźnika w momencie zatkania tranzystora.
Tranzystor TRI wysterowuje także - przez rezystor R5, ograniczający natężenie prądu - diodę LED D5, sygnalizującą stan przekaźnika. Zestyki przekaźnika są połączone ze złączką przewodową TB3, co umożliwia wygodne połączenie z przełączanymi urządzeniami zewnętrznymi.
Przekaźniki są zasilane niesta-bilizowanym napięciem 12V, pochodzącym bezpośrednio z wyjścia prostownika RECl. Rozwiązanie takie zastosowano, by uniknąć znacznego obciążenia prądowego stabilizatora IC2. Wykorzystanie do zasilania przekaźnika napięcia stabilizowanego +5V wymagałoby użycia przekaźników zasilanych napięciem 5V, z których każdy pobierałby prąd o natężeniu około lOOmA. Oznaczałoby to konieczność zastosowania stabilizatora większej mocy oraz wyższe straty mocy w stabilizatorze, a także nadmierne obciążenie akumulatorów w przypadku uruchomienia awaryjnego zasilania.
Jedną z możliwości oferowanych przez sterownik centralnego ogrzewania jest pomiar i wyświetlanie temperatury. Niezbędny w tym celu jest taki elektroniczny czujnik temperatury, którego sygnał wyjściowy byłoby łatwo przekazać do oprogramowania mikrokontrolera.
Jako czujnik wykorzystano precyzyjny sensor temperatury LM335 będący (w uproszczeniu) diodą Zenera. Element ten, odpowiednio spolaryzowany przez rezystor ze źródła napięciowego, wykazuje napięcie przebicia proporcjonalne do aktualnie panującej temperatury bezwzględnej, a więc wyrażonej w stopniach Kelvina. Tak więc w temperaturze O�C (2 73K) napięcie przebicia LM335 wynosi 2,73V, natomiast w temperaturze 2 5�C napięcie to wyniesie 2,98V.
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
(z wyjątkiem Rl 0.25W 5%, węglowe warstwowe) Rl: warystor 275V R2: 330O R3, R9: 22kO R4: 3,3kQ
R5, Ró, R7, R8: 10kO VR1: 20kQ, wieloobrotowy VR2, VR3: 10kQ, wieloobrotowy Kondensatory
Cl: 470|iF/25V/ wyprowadzenia jednostronne C2: 47nF, ceramiczny C3, C7, C9: 1O^F/1ÓV, wyprowadzenia jednostronne C4, C8: lOOnF, ceramiczny C5, Có: 33pF, ceramiczny Półprzewodniki DL D2, D4: 1N4148 D2: LM335 (czujnik temperatury) D5, D6: czerwone diody LED 3mm
IC1: przełącznik zasilania ICL7673 IC2: stabilizator 7805 IC3: AT89C2051 (zaprogramowany) IC4: przetwornik A/C ADC0831 RECl: prostownik mostkowy W005 L5A/50V TRI, TR2: BC546 Różne
Bl: akumulator NiCd (odpowiednik PP3)
FS1: bezpiecznik automatyczny 200mAy do montażu na płytce RLA, RLB: przekaźniki 12V, 10A/ 240V
S1..S4: przełączniki klawiszowe Tl: transformator sieciowy 12V/ L2A
TB1, TB2: złączka przewodowa podwójna
TB3, TB4: złączka przewodowa potrójna
Xl: rezonator kwarcowy ÓMHz X2: moduł wyświetlacza ciekłokrystalicznego 2x16 znaków
Oczywiście układ cyfrowy, jakim jest mikrokontroler, nie posiada możliwości bezpośredniej interpretacji sygnałów analogowych - należy je więc przetworzyć do postaci cyfrowej. W tym celu urządzenie wyposażono w 8-bitowy przetwornik A/C ADC0831 (IC4), zapewniający dyskretyzację temperatury na 2 56 poziomach.
Przetwornik ADC0831 posiada także wbudowany różnicowy wzmacniacz wejściowy, co po-
Elektronika Praktyczna 7/97
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
zwala na przesunięcie zera analogowego w stosunku do masy, a także możliwość regulacji napięcia odniesienia, dzięki czemu niskie sygnały analogowe mogą być przetwarzane z wykorzystaniem pełnej rozdzielczości przetwornika. Wymienione własności układu ADC0831 są bardzo cenne z punktu widzenia przedstawianego zastosowania, ponieważ z zakresu mierzonych temperatur wynika niewielki zakres zmian napięcia wyjściowego układu LM335, natomiast jego składowa stała jest wysoka.
Zakres mierzonych i wyświetlanych przez urządzenie temperatur ustalono na -20�C do 43,75�C, któremu odpowiada zakres napięć wyjściowych układu LM335 od 2,53V do 3,1675V. Aby dostosować przetwornik ADC0831 do tego zakresu napięć, należy podać odpowiednie poziomy na wejście wzmacniacza odwracającego oraz napięcia odniesienia.
Regulacji dokonuje się przy pomocy potencjometrów VR2 i VR3, umieszczonych między zasilaniem i masą. Potencjometr VR2 służy do ustalenia napięcia podawanego na wejście wzmacniacza odwracającego (wyprowadzenie 2), które powinno wynosić 2,53V. Potencjometr VR3 ustala wartość napięcia odniesienia (podawanego na wyprowadzenie 3), która powinna wynosić 0,6375V. Przy takich nastawach obu potencjometrów, jeden bit na wyjściu konwertera odpowiada napięciu analogowemu 0,25V, co z kolei jest równoważne 0,25�C. Oprogramowanie jednakże podaje wartości temperatury w zaokrągleniu do najbliższej liczby całkowitej. Należy tu podkreślić, że podane napięcia dotyczą idealnie funkcjonującego układu LM335, i jeśli chce się uzyskać najwyższą dokładność, należy przeprowadzić opisaną dalej procedurę kalibra-cyjną.
Układ LM33 5, spolaryzowany napięciem zasilania +5V przez rezystor R4, jest połączony z nie-odwracającym wejściem przetwornika ADC0831. W urządzeniu zapewniono możliwość montażu układu LM33 5 bezpośrednio na płytce drukowanej, bądź poza płytką - wtedy LM335 łączony jest z płytką za pośrednictwem
złączki TB2. Kondensator C9 służy do odsprzęgania zasilania.
Przetwornik ADC0831 jest wyposażony w interfejs składający się z wyjściowej linii danych (DO) i linii zegara (CLK). Układ uaktywniany jest niskim stanem wejścia CS. Wymienione linie są połączone z liniami we/wy mik-rokontrolera Pl.4, Pl.5 i Pl.O. Linie Pl.4 i Pl.5 są połączone także z modułem wyświetlacza. Rozwiązanie takie jest możliwe, ponieważ szyna danych modułu wyświetlacza jest w stanie wysokiej impedancji, jeśli na jego wejście EN podany zostanie stan niski, natomiast wyjście danych DO przetwornika ADC0831 znajduje się w stanie wysokiej impedancji, jeśli na jego wejściu CS panuje stan wysoki. Dopóty, dopóki oprogramowanie nie usiłuje uzyskać dostępu do obu tych układów jednocześnie, konflikt nie występuje.
Linia we/wy Pl.O mikrokont-rolera wymaga zastosowania zewnętrznego rezystora podciągającego, którą to funkcję spełnia R3.
Aby dokonać przetwarzania A/ C, na wejście CS należy podać stan niski. Utrzymując linię CS w stanie niskim na wejście CLK należy podać jedenaście impulsów zegarowych (zboczy opadających). Bity wyniku konwersji pojawiają się sekwencyjnie na wyjściu DO, po wystąpieniu zboczy opadających impulsów zegarowych od 2. do 9. Jako pierwszy wyprowadzany jest bit najbardziej znaczący. Po jedenastym impulsie zegarowym przetwarzanie jest blokowane przez podanie wysokiego stanu na linię CS.
Dobrą ilustrację omówionego procesu stanowi diagram czasowy przedstawiony na rys.3. Oprogramowanie zapewnia pojawienie się wymaganych sekwencji impulsów na odpowiednich liniach we/wy mikrokontrolera. Odczyt bitów wyniku konwersji wyprowadzanych na linię DO odbywa się podczas wysokiego stanu impulsów zegarowych od 3. do 10. Wynik ten może być następnie w dowolny sposób przetwarzany.
Artykuł publikujemy na podstawie umowy z redakcją miesięcznika "Everyday with Practi-cal Electronics".
Elektronika Praktyczna 7/97
13