Radioelektronik Audio-HiFi-Video 9/2001

Przedstawiamy

stosunkowo prosty uk³ad

i konstrukcjê timera

mikroprocesorowego

umo¿liwiaj¹cego

odmierzanie

kalibrowanych odcinków

czasu i w³¹czanie

obci¹¿eñ podczas

odmierzania czasu.

U

rz¹dzenie jest przeznaczone do

wykorzystania w procesach

technologicznych wymagaj¹-

cych du¿ej dok³adnoœci odmie-

rzania czasu, np. ustawienie czasu ekspo-

zycji przy obróbce materia³ów œwiat³oczu³ych

oraz innych podobnych zastosowaniach.

Urz¹dzenie, zbudowane przy wykorzystaniu

mikrokontrolera AT89C1051, umo¿liwia

ustawienie odmierzanych czasów w czte-

rech zakresach: 9,9 s; 99 s; 9,9 min; 99

min. Wykorzystanie mikroprocesora zapew-

nia du¿¹ dok³adnoœæ odmierzanego czasu

i wysok¹ niezawodnoœæ urz¹dzenia.

Opis dzia³ania

Schemat timera przedstawiono na rys. 1.

Wszystkie funkcje urz¹dzenia s¹ realizo-

wane w sposób programowy przez mikro-

procesor. Port P1 mikrokontrolera jest wyko-

rzystany do sterowania uk³adami 4511 de-

koduj¹cymi stan wyœwietlaczy siedmioseg-

mentowych podawany z czterech mniej

TIMER

MIKROPROCESOROWY

znacz¹cych bitów portu oraz do sekwencyj-

nej obs³ugi klawiatury, zawieraj¹cej cztery

przyciski normalnie rozwarte. Dane do uk³a-

dów 4511 s¹ przekazywane przez bity 0, 1,

2, 3, portu P1, zatrzaskami dekoderów ste-

ruj¹ bity 4 i 5 tego portu, natomiast bit 7

jest wykorzystany do obs³ugi klawiatury.

Klawiatura umo¿liwia prze³¹czanie miêdzy

odliczaniem minut i sekund, prze³¹czanie

miêdzy odliczaniem ca³oœci lub dziesi¹tych

czêœci minut albo sekund oraz do zwiêksza-

nia lub zmniejszania wartoœci do odliczenia,

ustawionej na wyœwietlaczu. Blok klawiatury

na p³ycie czo³owej zawiera równie¿ przyciski

resetowania urz¹dzenia, wyzwalania prze-

rwania INT0 w³¹czaj¹cego odmierzanie cza-

su, oraz pole lutownicze dla dodatkowego

przycisku do³¹czonego do przerwania INT1,

nie wykorzystanego w uk³adzie.

Prze³¹czanie miêdzy odliczaniem ca³oœci

i dziesi¹tych czêœci minut i sekund jest sy-

gnalizowane za pomoc¹ diod D2 i D3, które

s¹ po prostu kropkami przy wyœwietlaczach

siedmiosegmentowych. Diody te zaœwie-

caj¹ siê odpowiednio w zale¿noœci od sta-

r

Z PRAKTYKI

10

nu bitu 4 portu P3. Z kolei stan bitu 5 portu

P3 informuje o tym, czy timer ma odliczaæ

minuty czy sekundy. W zale¿noœci od stanu

tego bitu zaœwiecaj¹ siê diody D4, lub D5,

umieszczone na p³ycie czo³owej obok wy-

œwietlacza. Po w³¹czeniu napiêcia zasilaj¹-

cego, lub po zresetowaniu uk³adu, do wy-

œwietlacza jest wpisywana wartoœæ pocz¹t-

kowa 25, a ca³oœæ ustawia siê na zakresie

9,9 s. W³¹czenie odmierzania czasu jest

realizowane przez wyzwolenie przerwania

INT0 mikroprocesora. Program obs³ugi prze-

rwania powoduje wyzerowanie bitu 7 portu

P3, wprowadzenie tranzystorów T1 i T2

w stan przewodzenia i w³¹czenie przekaŸni-

ka PK1. PrzekaŸnik ten mo¿e byæ u¿yty do

w³¹czania obci¹¿eñ wiêkszej mocy, zasila-

nych z sieci 220 V.

Tranzystor T2 w³¹cza na wyjœciu OUT2 na-

piêcie +5 V zasilaj¹ce timer. Wyjœcie to jest

przeznaczone do zasilania urz¹dzeñ nisko-

napiêciowych o ma³ym poborze mocy. Ca-

³oœæ jest zasilana napiêciem stabilizowa-

nym +5 V z prostego zasilacza, którego

schemat przedstawiono na rys. 2. Nale¿y

Rys. 1. Schemat timera

Rys. 2. Schemat zasilacza

11

zwróciæ jeszcze uwagê na rezystory R2

÷

R7,

które stabilizuj¹ stany poziomów logicznych

na wyjœciach portu P1 mikrokontrolera. Ich

monta¿ jest niezbêdny do prawid³owej pra-

cy dekoderów 4511 i poprawnej stabilnej

obs³ugi klawiatury.

Monta¿

Monta¿ urz¹dzenia rozpoczynamy od wyko-

nania p³ytek drukowanych przedstawionych

na rysunkach 3 i 4. P³ytki zosta³y tak zapro-

jektowane, aby mo¿na je by³o wykonaæ pi-

sakiem do druku z koñcówk¹ 0,5 mm. Oczy-

Radioelektronik Audio-HiFi-Video 9/2001

wiœcie lepszym sposobem bêdzie wykona-

nie p³ytek metod¹ fotochemiczn¹. Zasto-

sowanie znacznej liczby zwór wynika z chê-

ci wyeliminowania koniecznoœci wykona-

nia p³ytki dwustronnej. Niestety, zaprojekto-

wana w ten sposób p³ytka ma doœæ znacz-

ne wymiary. Dlatego czytelnicy dysponuj¹-

cy odpowiednimi mo¿liwoœciami techniczny-

mi mog¹ wykonaæ w³asny projekt p³ytki dwu-

stronnej z metalizowanymi otworami,

o znacznie mniejszych rozmiarach.

G³ówna p³ytka drukowana urz¹dzenia powin-

na mieæ po obu stronach niewielki margines,

na którym wykonamy otwory

do wkrêtów M3 mocuj¹cych

ca³oœæ wewn¹trz obudowy.

Rozmieszczenie elementów

na p³ytkach drukowanych

przedstawiono na rys. 5 i 6.

Monta¿ rozpoczynamy od

wlutowania wszystkich zwór

oznaczonych na schemacie

monta¿owym jako ZW. W dal-

szej kolejnoœci lutujemy po-

zosta³e elementy uk³adu z wy-

j¹tkiem mikrokontrolera. W je-

go miejscu nale¿y umieœciæ

odpowiedni¹ podstawkê. Przy

monta¿u wyœwietlacza i LED

nale¿y upewniæ siê, czy umie-

szczenie wyprowadzeñ ele-

mentów w p³ytce drukowanej

jest prawid³owe. Jako przyci-

ski klawiatury montujemy mi-

niaturowe prze³¹czniki nor-

malnie rozwarte.

Po ca³kowitym zmontowaniu

obydwu p³ytek drukowanych

nale¿y z³¹czyæ je razem pod

k¹tem prostym i zlutowaæ od-

powiadaj¹ce sobie pola lu-

townicze na obydwu p³yt-

kach. Nastêpnie trzeba umie-

œciæ ca³oœæ w odpowiednio

dobranej du¿ej obudowie,

mieszcz¹cej w swym wnê-

trzu równie¿ zasilacz +5 V.

Na pokrywie obudowy mon-

tujemy gniazdo sieciowe,

w którym bêdzie siê poja-

wiaæ napiêcie sieci 220 V,

w³¹czane przez przekaŸnik

PK1. Obok tego gniazda mo-

¿e znajdowaæ siê równie¿

para gniazdek bananowych

do³¹czonych do wyjœcia ni-

skonapiêciowego OUT2. Za-

silacz (rys. 2) mo¿na zmon-

towaæ na uniwersalnej p³ytce

i umieœciæ w obudowie.

Uruchomienie

Uruchomienie uk³adu rozpo-

czyna siê od sprawdzenia

Rys. 3. G³ówna p³ytka timera (skala 1:1)

Rys. 4. P³ytka czo³owa timera (skala 1:1)

poprawnoœci monta¿u elektrycznego. Na-

stêpnie nale¿y sprawdziæ zasilacz timera

i je¿eli jest w porz¹dku, to mo¿na go pod³¹-

czyæ do urz¹dzenia. Zasilacz powinien mieæ

transformator sieciowy o napiêciu uzwojenia

wtórnego nie mniejszym ni¿ 8 V pod obci¹-

¿eniem i o wydajnoœci pr¹dowej w granicach

0,3

÷

1,2 A, w zale¿noœci od przewidywane-

go poboru pr¹du z wyjœcia niskonapiêciowe-

go OUT2.

Teraz przychodzi kolej na zaprogramowanie

mikrokontrolera odpowiednim programem

obs³uguj¹cym urz¹dzenie. Programowanie

mie w postaci sta³ych: HIGH

EQU 60, LOW EQU 176.

Warto dodaæ, ¿e w ten w³a-

œnie sposób nale¿y równie¿

ustawiæ dok³adnoœæ odmie-

rzania czasu przez mikro-

kontroler, gdyby wartoϾ

czêstotliwoœci generowanej

przez rezonator nieco ró¿ni-

³a siê od 12 MHz.

Korekcja czêstotliwoœci

przez dobieranie rezona-

tora lub zmianê pojemnoœci

wspó³pracuj¹cych z nim

kondensatorów jest niece-

lowa, ze wzglêdu na ³a-

twoϾ tej korekcji realizo-

wanej w sposób ca³kowi-

cie programowy. Progra-

mowanie mikrokontrolera

trzeba przeprowadziæ zgo-

dnie z zaleceniami zawar-

tymi w instrukcji obs³ugi

programatora. Nastêpnie

zaprogramowany ju¿ kon-

troler mo¿na umieœciæ

w podstawce wlutowanej

w tym celu w p³ytkê g³ów-

n¹. Je¿eli programowanie

przebieg³o prawid³owo,

przy odwzorowaniu projek-

tu nie pope³niliœmy ¿adne-

go b³êdu, a u¿yte podze-

spo³y by³y w pe³ni sprawne,

to urz¹dzenie powinno za-

dzia³aæ od razu po w³¹cze-

niu napiêcia zasilaj¹cego.

Na wyœwietlaczu powinna

pojawiæ siê liczba 25, je¿e-

li nie zmieniliœmy tego

wczeœniej w programie,

a timer powinien ustawiæ

siê do odliczania dziesi¹-

tych czêœci sekundy na za-

kresie 9,9 s.

Pocz¹tkowe ustawienia

mo¿na zmieniæ w progra-

mie w zale¿noœci od w³a-

snych potrzeb i upodobañ.

W programie przewidzia-

no programow¹ eliminacjê

mu uzyskano stosunkowo krótki kod wyniko-

wy, a sam program dzia³a szybciej i efektyw-

niej ni¿ porównywalne programy napisane

w jêzykach wysokiego poziomu, jak np. C,

lub C++. Udostêpnienie kodu Ÿród³owego po-

woduje, ¿e mo¿na w programie przeprowa-

dziæ samodzielnie szereg ciekawych eks-

perymentów i modyfikacji.

Przyk³adow¹ prost¹ modyfikacj¹ mo¿e byæ

zmiana czêstotliwoœci rezonatora kwarcowe-

go. W takim przypadku nale¿y zmieniæ pocz¹t-

kowe wartoœci wpisywane do jednego z licz-

ników mikrokontrolera, zdefiniowane w progra-

mo¿emy przeprowadziæ za pomoc¹ opubli-

kowanego wczeœniej w ”Radioelektroniku” (nr

7 i 8/2001 ReAV) programatora AT51. Odpo-

wiedni program, który nale¿y wpisaæ do mi-

krokontrolera znajduje siê w Internecie pod

adresem http://bc107.republika.pl. Program

ten jest udostêpniany Czytelnikom w posta-

ci skompilowanego pliku TIMER.HEX oraz

w postaci kodu Ÿród³owego TIMER.ASM.

Mo¿na równie¿ uzyskaæ kontaktuj¹c siê

z autorem tej publikacji za poœrednictwem

redakcji. Kod Ÿród³owy programu zosta³ na-

pisany ca³kowicie w asemblerze. Dziêki te-

r

Z PRAKTYKI

12

Radioelektronik Audio-HiFi-Video 9/2001

Rys. 5. Rozmieszczenie elementów na p³ytce timera

drgañ zestyków klawiatury. W zwi¹zku z tym

zmiana stanu wyœwietlacza mo¿liwa jest co

0,5 s, natomiast zmiana stanu LED co 1 s.

Wykonany timer ze wzglêdu na mo¿liwoœæ

odliczania bardzo krótkich (0,1 s) i d³ugich

czasów (99 min) mo¿e znaleŸæ zastosowa-

nie nie tylko w fotografii, ale te¿ w ró¿nego

rodzaju procesach technologicznych,

w których dok³adne odmierzenie zadanego

czasu jest parametrem krytycznym.

n

Mariusz Janikowski

Bc107

@

priv2.onet.pl

Rys. 6. Rozmieszczenie elementów na p³ytce czo³owej timera