10

Elektronika dla Wszystkich

Potrzebuję wzmacniacza o dużej mocy 130-160W do sub-

woofera samochodowego zasilanego z akumulatora. (...)

Proszę o podanie możliwie prostego i taniego sposobu, aby

osiągnąć ten cel.

Nie ma prostego i taniego sposobu na wykonanie wzmacniacza zasi-
lanego napięciem „samochodowym” 14,4V o mocy większej niż
20W na 4

Ω. Półśrodkiem jest zastosowanie popularnych wzmacnia-

czy i głośnika subwoofera z dwiema 4-omowymi cewkami – pozwo-
li to uzyskać moc do 40W. Można się natomiast spodziewać, że dwie
kostki wzmacniacza klasy H w rodzaju TDA1562 przy współpracy
z głośnikiem dwucewkowym pozwolą przekroczyć moc 100W. Aby
uzyskać jeszcze większe moce, trzeba stosować przetwornicę
podwyższającą napięcie zasilania i stosować końcówki mocy zasila-
ne symetrycznie. Nie można jednak połączyć ani „równolegle”, ani
„mostkowo” dwóch kostek TDA1562, by wysterować jeden klasycz-
ny głośnik jednocewkowy.

Czy dałoby się (i czy to w ogóle ma sens) zastosować mo-

duły nadawczo-odbiorcze (433MHz) do sterowania mode-

lem statku (oczywiście, poprzez serwomechanizmy)? Za-

sięg rzędu 100 metrów byłby całkiem wystarczający.

Najtańszych modułów na pewno nie warto stosować do takich celów.
Najtańsze moduły odbiorcze to odbiorniki superreakcyjne, zupełnie
nieprzystosowane do pracy ciągłej. Podobnie modułów takich nie
można wykorzystać ani do przesyłania głosu, ani do praktycznej rea-
lizacji radiowego łącza między komputerami.

Praktyka pokazuje też, że zasięg poszczególnych par jest różny

i może wynosić tylko kilka... kilkanaście metrów. Do eksperymentów
ze zdalnym sterowaniem trzeba byłoby użyć droższych modułów
w cenie znacznie większej niż 100zł za parę, a i to bez gwarancji uzy-
skania zasięgu i niezawodnego działania.

Czy w warunkach amatorskich da się wykonać ciekawe

przyrządy astronomiczne?

Redakcja nie ma informacji na ten temat. Niemniej co jakiś czas po-
jawiają się pytania z tej dziedziny. Część nadchodzących pytań doty-
czy różnych specyficznych szczegółów związanych z radioteleskopa-
mi i odbiorem bardzo szerokiego spektrum częstotliwości. Z treści
pytań wynika, że zainteresowani nie są zaawansowanymi elektroni-
kami, a musieliby rozwiązać problemy wymagające dużego doświad-
czenia w zakresie problematyki w.cz i b.w.cz. Jedynym praktycznym

wyjściem byłoby połączenie sił astronomów, którzy określiliby po-
trzeby, z doświadczonymi radiowcami. Redakcja mogłaby pośredni-
czyć w nawiązaniu takich kontaktów.

A jeśli ktoś z Czytelników opracował i wykonał tego typu przyrzą-

dy i akcesoria, istnieje możliwość zaprezentowania ich na łamach
EdW. Wszelkie zgłoszenia potrzeb, osiągnięć i możliwości należy kie-
rować wprost do Redaktora Naczelnego z dopiskiem ASTRONOMIA.

Otóż, wręcz zakochałem się w

µ

P Atmela, zwłaszcza

w AT89c2051, ale niestety - natknąłem się na poważny

problem.... Mianowicie kod wynikowy mojego programu

przewyższa pojemność ROM-u ponad 10-krotnie! W takiej

sytuacji nie wiem co zrobić... Czy jest możliwe umieszcze-

nie części programu

µ

P w wewnętrznej pamięci - np. we

FLASH-u?

Jeśli chodzi o procesor 89C2051 nie ma możliwości dołączenia ze-
wnętrznej pamięci programu. Dotyczy to także podobnego procesora
AT90S2313 z rodziny AVR. Jeśli program jest zbyt duży i nie można
go „odchudzić”, należy po prostu zastosować potężniejszy procesor
z rodziny ’51, niekoniecznie firmy ATMEL.

Co oznacza: push-pull, sink current, source current?

Push-pull (pchać-
ciągnąć) określa po
prostu stopień lub
wzmacniacz prze-
ciwsobny. Nie cho-
dzi o wzmacniacz
mostkowy, oznacza-
ny w skrócie BTL.
Ogólną zasadę bu-
dowy stopnia wyjściowego typu
push-pull

pokazuje

rysunek

A (gdzie celowo nie są zaznaczone
emitery, a w miejscu tranzystorów
bipolarnych mogą pracować tranzy-
story polowe). Stopnie z rysunku B
nie są wyjściami push-pull. Stopnie
push-pull są niezmiernie często wy-
korzystywane w rozmaitych urzą-
dzeniach elektronicznych.

Skrzynka

Porad

W rubryce przedstawiane są odpowiedzi na pytania nade-
słane do Redakcji. Są to sprawy, które, naszym zdaniem,
zainteresują szersze grono Czytelników.

Jednocześnie informujemy, że Redakcja nie jest w stanie
odpowiedzieć na wszystkie nadesłane pytania, dotyczą-
ce różnych drobnych szczegółów.

Rys. A

Rys. B

Rys. C

Oprócz określenia

push-pull często spo-
tyka się też sformuło-
wanie pull-up resi-
stors, oznaczające re-
zystory podciągające
(wejścia). Przykład
pokazany jest na ry-
sunku C. Dużo rza-
dziej spotyka się okre-
ślenie pull-down resi-
stors, oznaczające re-
zystory

ściągające

(wejścia) do potencja-
łu masy według ry-
sunku D.

Source to po an-

gielsku źródło, wy-
pływ, natomiast sink to ujście, upust, źródło ujemne. Source current
to prąd wypływający, np. z wyjścia, natomiast sink current to prąd
wpływający do wyjścia, jak pokazuje rysunek E.

Jestem elektronikiem - amatorem i właśnie projektuję

swój drugi układ mikroprocesorowy. Mam pytanie doty-

czące układu 74138. Proszę o wyjaśnienie zastosowania

wejść /G2A, /G2B i G1. Są to nóżki o numerach odpowie-

dnio 4, 5 i 6.

W innych katalogach wejścia te oznaczone są odpowiednio /EN2,
/EN3 i EN1 – są to wejścia zezwalające. Do pracy układu w roli

3-bitowego dekodera z wyjściami zanegowanymi, na wejście EN1
(nóżka 6) koniecznie musi być podany stan wysoki, a na oba wejścia
/EN2, /EN3 (nóżki 4, 5) – stan niski. Każda inna kombinacja stanów
na tych wejściach zezwalających blokuje pracę dekodera i wtedy na
wszystkich ośmiu wyjściach panuje stan wysoki.

Czy można zmierzyć impedancję kabla antenowego

przy użyciu multimetru, ewentualne jakiejś prościutkiej

przystawki?

Nie. Impedancja kabla dotyczy tylko wysokich częstotliwości i nie
można jej zmierzyć przyrządem pracującym przy prądzie stałym
i małych częstotliwościach. Taki pomiar pokazałby co najwyżej rezy-
stancję żył oraz pojemność między żyłami, a te wielkości nic nie
mówią o impedancji falowej kabla, która wynika z materiałów i roz-
miarów żył i dielektryka. Szerzej temat pomiaru impedancji poruszo-
ny był w artykule Radar kablowy, czyli zbuduj własny TDR, zamie-
szczonym w EdW 10 i 11 z roku 2001.

Co to jest PCM? Takie określenie spotykam przy opisie

sprzętu audio (...).

Generalnie skrót PCM znaczy Pulse Code Modulation, co jest tłuma-
czone na polski jako modulacja kodowo-impulsowa. Według defini-
cji jest to proces, podczas którego sygnał analogowy jest próbkowa-
ny, a jego chwilowa amplituda, odniesiona do stałej wartości odnie-
sienia, jest kwantowana i zamieniana na wartość cyfrową (liczbę).
Można powiedzieć, że PCM to „klasyczny” sposób zamiany sygnału
analogowego na cyfrowy. Zagadnienie jest omówione szerzej w arty-
kule w dziale MEU.

11

Skrzynka porad

Elektronika dla Wszystkich

Rys. E

Rys. D

12

Elektronika dla Wszystkich

Konkurs

Na rysunku przedstawiony jest układ z trzema
tranzystorami.

Jak zwykle zadanie konkursowe polega na

rozszyfrowaniu:

Jak działa i do czego służy taki układ?

Odpowiedzi, koniecznie oznaczone dopi-

skiem Jak02, należy nadsyłać w terminie 45 dni
od ukazania się tego numeru EdW. Nagrodami
w konkursie będą kity AVT lub książki.

Rozwiązanie zadania z EdW 10/2002

Przedstawiony układ z dwoma tranzystorami
to wzmacniacz wielkiej częstotliwości. Dla
utrudnienia na schemacie nie zaznaczono
dwóch kondensatorów. Kompletny schemat
pokazany jest na rysunku C. Dwa tranzysto-
ry umieszczone jeden nad drugim tworzą
układ wzmacniacza zwany kaskodą. Dolny
tranzystor pracuje w układzie ze wspólnym
emiterem, górny - ze wspólną bazą. Ponieważ
na kolektorze T1 zmiany napięcia są zniko-
me, szkodliwa pojemność złącza kolektor-ba-
za T1 nie ogranicza pasma przenoszenia.

O tym, że jest to wzmacniacz w.cz. świadczy mała wartość pojemno-
ści odsprzęgających C1, C2.

Wzmacniacze kaskodowe są też

wykorzystywane w układach wysoko-
napięciowych. Dolny tranzystor pra-
cuje przy małym napięciu kolektora,
więc może to być „zwykły” tranzystor
o dobrych parametrach. Tylko górny
tranzystor jest wysokonapięciowy
i nawet gdy jego niektóre parametry
są mierne, cały wzmacniacz ma dobre
parametry dzięki tranzystorowi T1,
który decyduje tu o wzmocnieniu i in-
nych właściwościach.

Jeśli kaskoda ma pracować w ukła-

dach w.cz., zazwyczaj obciążeniem
nie jest rezystor, tylko obwód rezo-
nansowy lub filtr z obwodem rezo-
nansowym włączony według rysun-
ku D.

Prawie wszystkie odpowiedzi były

prawidłowe. Niektórzy uczestnicy
przeprowadzili szerszą analizę i pod-
kreślili dobre właściwości wzmacniacza, zwłaszcza możliwość pracy
przy dużych częstotliwościach (np. jako wzmacniacz antenowy)
ze względu na wyeliminowanie wpływu efektu Millera.

Nagrody otrzymują: Tomasz Dudek - Łańcut, Maciej Szustro

- Kownaty, Robert Gawron - Rabka.

A

B

C

D

Różne urządzenia elektroniczne muszą długo
i niezawodnie funkcjonować oraz utrzymy-
wać wymagane parametry w różnych warun-
kach pracy. Profesjonaliści testują opracowy-
wane układy w komorach klimatycznych.
Komora klimatyczna oprócz regulacji tempe-
ratury ma także możliwość regulacji wilgot-
ności, dzięki czemu można symulować naj-
różniejsze warunki, jak choćby tropikalne
czy polarne. Komora klimatyczna może być
dowolnie programowana, żeby warunki
zmieniały się w czasie według wymaganej
normami procedury testowej. Działanie i pa-
rametry urządzenia mogą być sprawdzane na
bieżąco, w czasie zjawisk klimatycznych,
a w niektórych przypadkach urządzenie jest
poddane cyklowi zmian klimatycznych i te-
stowane dopiero po zakończeniu takich prób.
Szczegółowe procedury testowe zależne są
od przeznaczenia badanych urządzeń i zwią-
zanych z nimi norm. Najostrzejsze wymaga-
nia stawiane są urządzeniom do celów mili-
tarnych, medycznych, lotniczych, itp. i w ta-
kich przypadkach kontrola działania i stało-
ści parametrów z wykorzystaniem komory
klimatycznej jest zwykle konieczna. Urzą-
dzenia do mniej odpowiedzialnych zastoso-
wań nie muszą być sprawdzane w komorach
klimatycznych. W wielu wypadkach trzeba
albo po prostu warto sprawdzić tylko działa-
nie w różnych temperaturach. Wtedy można
wykorzystać prostsze urządzenie, jakim jest
komora termiczna. Komora termiczna umoż-
liwia jedynie regulację temperatury, a wilgot-
ność wynika z aktualnej zawartości pary
wodnej i z temperatury.

Poniższy artykuł zawiera opis prostej ko-

mory termicznej. Zasadniczo dobra komora
termiczna powinna umożliwić sprawdzanie,
jak zmieniają się parametry urządzeń elektro-
nicznych przy zmianach temperatury co naj-
mniej w zakresie od –20

o

C do +120

o

C, a na-

wet od –55

o

C do +150

o

C. W praktyce nie ma

takiej potrzeby. Do testów układów
w podwyższonej temperaturze nie tylko hob-
byści wykorzystują najzwyklejszą suszarkę
do włosów, rzadziej piekarnik elektryczny.
W praktyce okazuje się, że najtrudniej jest
zbadać zachowanie układu w niskich tempe-
raturach. Domowa lodówka nie zawsze roz-
wiązuje problem.

Przedstawiony układ umożliwia testowa-

nie niewielkich układów w niskich tempera-
turach. Będzie także inspiracją dla innych,
specyficznych opracowań. W prezentowa-
nym modelu zrezygnowałem z możliwości
pracy w podwyższonych temperaturach. Mo-
del jest więc ostatecznie komorą chłodniczą.

Plany wykonania komory termicznej po-

jawiły się ładnych kilka lat temu, w roku
1995, gdy nie istniała jeszcze Elektronika dla
Wszystkich i gdy pisałem cykl artykułów do
Elektroniki Praktycznej na temat modułów
Peltiera. Później temat elementów Peltiera
pojawił się w EdW jako projekt Chłodziarka
do piwa (6/1997) oraz w Klubie Konstrukto-
rów (7, 8/1997). Kilka lat temu zacząłem eks-
perymenty z chłodziarką i komorą termiczną.
Okazało się, że kluczowe znaczenie ma sku-
teczne odbieranie ciepła z modułu Peltiera;
powstały próbne modele, w tym model
z chłodnicą wodną. Inne bieżące prace odsu-
nęły jednak ten ciekawy temat na dalszy plan
i dopiero teraz zmobilizowałem się, by za-
prezentować przykładowe proste, może tro-
chę zaskakujące rozwiązanie.

Moduły Peltiera

Aby zrozumieć działanie oraz właściwości
i ograniczenia opisywanej komory termicz-
nej koniecznie należy przypomnieć kluczo-
we informacje o elementach Peltiera. Podsta-
wą jest tu zjawisko, które odkrył w 1834
francuski uczony Jean C. A. Peltier. Stwier-

dził on, że złącze dwóch różnych metali mo-
że wydzielać albo pochłaniać ciepło, zależnie
od kierunku przepływu prądu. Nie znaczy to,
że ciepło powstaje bądź znika, niezgodnie
z zasadami zachowania energii. Można po-
wiedzieć, że moduł Peltiera transportuje cie-
pło.

Zjawisko Peltiera związane jest z budową

materiałów, tworzących złącze. Jak wiado-
mo, w sumie za przewodnictwo prądu odpo-
wiadają elektrony zawarte w najwyższym pa-
śmie energetycznym materiału, czy jak kie-
dyś mówiono, elektrony z najwyższej orbity
czy powłoki. W każdym razie elektron na
orbicie (w paśmie) ma jakąś energię, zależną
od odległości od jądra. Czym wyższa orbita
(pasmo), tym energia elektronu jest większa.
Elektron przechodząc z orbity wyższej na
niższą, oddaje energię. Wykorzystujemy to
zjawisko choćby w diodach LED i lasero-
wych, gdzie energia oddawana przez po-
szczególne elektrony ma postać kwantów
światła – promieniowania o określonej czę-
stotliwości (i długości fali). Z kolei, aby elek-
tron przeszedł z niższej orbity (pasma) na
wyższą, trzeba mu dostarczyć odpowiednią
porcję energii.

Można to zilustrować prostym przykła-

dem piłki na schodach w dwukondygnacyj-
nym mieszkaniu. Piłka może spaść z wyższe-
go piętra na niższe i przy okazji oddać część
swej energii, na przykład tłukąc kosztowny
wazon stojący w korytarzu na parterze. Piłka
sama nie wskoczy na piętro, trzeba dostar-
czyć jej energii, na przykład precyzyjnym
kopnięciem, najlepiej nie za silnym i nie za
słabym.

Analogicznie jest z elektronami odpowie-

dzialnymi za zjawisko Peltiera. Przypuśćmy,
że mamy dwa przewodniki, w których swo-
bodne elektrony znajdują się na orbitach
(w pasmach) o różnej energii, co wynika

13

Projekty AVT

Elektronika dla Wszystkich

+++

+++

+++

K

K

o

o

m

m

o

o

r

r

a

a

t

t

e

e

r

r

m

m

i

i

c

c

z

z

n

n

a

a

2

2

6

6

5

5

4

4

z właściwości użytych materiałów. Jeśli przez
złącze z takich dwóch materiałów popłynie
prąd stały, a więc elektrony będą się poruszać
w jednym kierunku, to zależnie od kierunku
prądu złącze będzie albo wydzielać ciepło,
albo pochłaniać ciepło. Obrazowo przedsta-
wia to rysunek 1.

Jak widać, w takim złączu kierunek prądu

będzie decydować o tym, czy ciepło jest po-
chłaniane, czy wydzielane.

Opisana prosta zasada nie mówi jednak

całej prawdy o rzeczywistych elementach
Peltiera, a może nawet wprowadzić w błąd.
Po pierwsze, ciepło nie ginie bezpowrotnie
w tajemniczych okolicznościach. Pochłonię-
te ciepło, które przecież jest formą energii,
nie znika, tylko pochłonięte w jednym miej-
scu, zostaje oddane gdzie indziej. Po drugie,
nie można ot tak po prostu pochłaniać du-
żych ilości ciepła na pojedynczym złączu, bo
pojedyncze złącze jest stosunkowo mało wy-
dajne. Aby uzyskać znaczną wydajność pro-
cesu, należy zastosować wiele takich złącz.
Z kilku względów zestaw takich złączy nale-
ży połączyć szeregowo. Sytuację ilustruje
rysunek 2. Porównanie z rysunkiem 1 poka-
zuje natychmiast, że w takim dziwnym two-
rze jednocześnie co drugie
złącze chłodzi, a co drugie
grzeje. Ciepło pobierane
w złączach „chłodzących”
jest oddawane w sąsiednich
złączach „grzejących”. Rysu-
nek 2 potwierdza opinię, że
nie ma nic za darmo, i że za-
sada zachowania energii jest
zachowana – ciepło nie ginie
i nie pojawia się znikąd. Aby
praktycznie wykorzystać taki
zestaw, należy złącza rozmie-
ścić na zasadzie pokazanej na
rysunku 3. Wtedy jedna stro-
na zestawu będzie pochła-

niać, a druga oddawać ciepło. Rysunek 3 po-
kazuje zasadę działania modułu Peltiera
i udowadnia, że wcale nie chodzi o element
pochłaniający ciepło, tylko o element trans-
portujący ciepło, rodzaj pompy cieplnej „na-
pędzanej” prądem.

Warto pamiętać, że pod względem elek-

trycznym elementy są umieszczone szerego-
wo, ale pod względem cieplnym – równole-
gle, co zwiększa możliwości transportu ciepła.

W rzeczywistym ogniwie poszczególne

elementy mają postać kolumienek czy pro-
stopadłościanów i są rozmieszczone nieco
inaczej, niż pokazuje rysunek 3. Sąsiednie
elementy z odmiennego materiału nie styka-
ją się bezpośrednio, tylko za pośrednictwem
miedzianych styków. Obecność miedzi i nie-
co inne ukształtowanie elementów czynnych
niczego nie zmienia. Przekrój modułu Peltie-
ra pokazany jest na rysunku 4. Rysunek 5
pokazuje działanie przy różnych kierunkach
prądu. Zależnie od kierunku prądu, jedną ze
stron nazywany stroną zimną – tu moduł po-
chłania ciepło. Druga strona to strona gorąca
– tu moduł wydziela ciepło. Typowy moduł
Peltiera to dwie ceramiczne płytki, pomiędzy
którymi umieszczono kilkanaście do kilkuset
prostopadłościennych kolumienek wykona-
nych ze specjalnego stopu. Wiele małych ko-
lumienek połączonych elektrycznie w szereg
umieszczonych jest między dwiema (zwykle
kwadratowymi) płytkami ceramicznymi, peł-
niącymi rolę szkieletu mechanicznego. Płyt-
ki te muszą też pełnić rolę izolatora elek-
trycznego i elementu dobrze przewodzącego
ciepło. Najczęściej wykonane są z tlenku gli-
nu (Al

2

O

3

), materiału, który jako izolator ma

wyjątkowo dobre właściwości elektryczne
i jednocześnie znakomicie przewodzi ciepło,
a do tego ma dobre właściwości mechanicz-

ne: jest twardy i niezbyt kruchy. Fotografia 1
pokazuje moduł Peltiera o wymiarach
40x40x3,8mm.

Niewątpliwie zdolność do transportu cie-

pła zależy w jakiś sposób od wymiarów
i liczby kolumienek. Ale zależy też od natę-
żenia prądu: czym większy prąd, tym więk-
szy transport ciepła. Prądu nie można jednak
zwiększać dowolnie, ponieważ w grę wcho-
dzi poważny problem wynikający ze znane-
go zjawiska Joule’a. Zjawisko Joule’a (dżu-
la) to po prostu wydzielanie się ciepła
w przewodniku, w którym płynie prąd. Tym
razem kierunek pradu nie ma znaczenia, co
ilustruje rysunek 6. A przecież każdy prze-
wodnik ma jakiś opór – rezystancję. Prąd
płynący przez rezystancję wywołuje zamia-
nę mocy elektrycznej na ciepło. Zależność tę
określa znany wzór:

P = I

2

R

Już ten wzór pokazuje, że straty cieplne są

wprost proporcjonalne do drugiej potęgi prą-
du. Tymczasem transport ciepła wskutek zja-
wiska Peltiera rośnie liniowo ze wzrostem
prądu. Jeśli zaznaczylibyśmy na rysunku, jak
przy wzroście prądu zmienia się zdolność
transportu ciepła oraz straty mocy wynikają-
ce ze zjawiska Joule’a, otrzymamy wykresy,
jak na rysunku 7. Niebieską linia zaznaczy-
łem zdolności transportowe, a czerwona linia
pokazuje wydzielanie się ciepła w rezystancji
modułu. Problem polega na tym, że moduł
musi przepompować nie tylko ciepło ze strony
zimnej na gorącą, ale też musi wypompować
na stronę gorącą ciepło Joule’a, wydzielane

14

Projekty AVT

Elektronika dla Wszystkich

Rys. 1

Rys. 6

Fot. 1

Rys. 4

Rys. 5

Rys. 2

Rys. 3

w rezystancji modułu. Czym większy prąd,
tym szybciej rosną straty w rezystancji i tym
mniej „ciepła zewnętrznego” przepompowuje
moduł. Na rysunku 7 zaznaczyłem punkt P.
Przy takim prądzie cała moc pompowania
ciepła (zjawisko Peltiera) zostanie wykorzy-
stana do usunięcia ciepła Joule’a z wnętrza
modułu i moduł ten nie będzie w ogóle peł-
nić przewidzianej roli – nie będzie pochłaniał
ciepła na stronie zimnej.

Oznacza to, że moduł Peltiera miałby cha-

rakterystykę „niebieską” tylko wtedy, jeśli
nie występowałyby w nim straty mocy Jou-
le’a w postaci ciepła. Byłaby to znakomita
pompa cieplna: na stronie gorącej wydzieli-
łoby się dokładnie tyle ciepła, ile pobrane zo-
stałoby na stronie zimnej. Na rysunku 7 zie-
lonym kolorem zaznaczyłem wypadkową
charakterystykę chłodzenia modułu, otrzy-
maną z odjęcia od charakterystyki transpor-
towej (niebieskiej) ciepła Joule’a (czerwo-
na). Krzywa zielona to charakterystyka rze-
czywistego modułu. Pokazuje ona, że nie
można nadmiernie zwiększać wartości prądu
pracy modułu. W zależności od wielkości,
materiału i proporcji wymiarów elementar-
nych kolumienek istnieje jakaś wartość prądu
optymalnego Iopt, przy którym moduł trans-
portuje najwięcej ciepła ze strony zimnej na
gorącą – na rysunku 7 wyznacza to punkt X.
I tej wartości prądu nie należy w żadnym wy-
padku przekraczać – niekiedy z innych
względów warto nawet pracować przy nieco
niższej wartości prądu.

Przy okazji warto zwrócić uwagę, że zie-

lona krzywa na rysunku 7 pokazuje zdolność
chłodzenia strony zimnej w funkcji prądu.
Jest to więc charakterystyka strony zimnej
i powstaje przez odjęcie charakterystyk nie-
bieskiej i czerwonej. Charakterystyka strony
gorącej będzie inna: tu wydzieli się zarówno
transportowane ciepło, jak i ciepło Joule’a.
Charakterystyka strony gorącej powstanie
przez zsumowanie charakterystyk niebieskiej
i czerwonej. Na rysunku 7 jest to krzywa po-
marańczowa.

Charakterystyki zielona i pomarańczowa

dobitnie świadczą, że moc wydzielana na
stronie gorącej będzie dużo większa niż moc
chłodzenia - przy prądzie Iopt 3-krotnie. Ilu-
struje to rysunek 8. W praktyce oznacza to,
że jeśli chcemy zbudować chłodziarkę, musi-

my skutecznie odebrać te duże ilości ciepła
ze strony gorącej. Ale moduły Peltiera (i in-
ne układy o podobnym działaniu) mogą też
pełnić inne role: mogą służyć do ogrzewania.
Nazywane są pompami cieplnymi, i o dziwo,
uzyskują sprawność powyżej 100%. Znów
nie jest to zaprzeczenie zasady zachowania
energii – na stronie gorącej uzyskujemy nie
tylko doprowadzoną moc elektryczną, ale też
moc przepompowaną ze strony gorącej. Ta-
kie systemy są już wykorzystywane, ale na
razie koszt ich zainstalowania nie rekompen-
suje podwyższonej sprawności.

Dotychczasowe rozważania nie pokazują

wszystkich ograniczeń związanych z wyko-
rzystaniem modułów Peltiera do budowy ty-
tułowej komory termicznej. Zielona charak-
terystyka z rysunku 7 dotyczy sytuacji
w pewnym sensie sztucznej, gdy temperatura
z obu stron modułu jest jednakowa. W prak-
tyce taka sytuacja panuje tylko przez krótką
chwilę po włączeniu prądu. Temperatury
z obu stron są jednakowe i moduł w miarę
skutecznie transportuje ciepło z jednej strony
na drugą. W miarę pracy modułu w systemie
chłodziarki lub właśnie komory termicznej
na stronie zimnej temperatura obniża się,
a temperatura strony gorącej wzrasta wsku-
tek nieidealnego odbierania zeń ciepła. To
oczywiste, że podczas pracy modułu, pomię-
dzy stroną gorącą i zimną wytwarza się jakaś
różnica temperatur. I tu daje o sobie znać ko-
lejne szkodliwe zjawisko. Kolumienki modu-
łu zbudowane są ze stopu przewodzącego
ciepło. Tym razem chodzi o najzwyczajniej-
sze przewodzenie ciepła w materiałach, za-
chodzące wszędzie tam, gdzie występują róż-
nice czy inaczej gradient temperatury. Zjawi-
sko to daje o sobie znać dopiero po wytwo-
rzeniu różnicy temperatur między stroną
zimną i gorącą i niewątpliwie też jest zjawi-
skiem szkodliwym. Czym większa różnica
temperatur między obiema stronami, tym
większy szkodliwy przepływ ciepła w „nie-
właściwą” stronę. Wcześniej stwierdziliśmy,
że moduł musi wypompować szkodliwe cie-
pło Joule’a, powstające w rezystancji wsku-
tek strat. Teraz okazuje się, że moduł musi
też przeciwstawić się nieuchronnej tendencji
do wyrównywania temperatur między stro-
nami wskutek „zwyczajnego” przewodzenia
ciepła (zwłaszcza przez kolumienki modułu).

Ogranicza to jego możliwości. Rysunek 9

pokazuje nieco uproszczone charakterystyki
przykładowego modułu. Pierwotna zielona
krzywa z rysunku 7 to krzywa górna, doty-
cząca zerowej różnicy temperatur między
stronami modułu. Niższe, szare krzywe doty-
czą coraz większych różnic temperatur. Dol-
na, czerwona wskazuje, że przy dużej różni-
cy temperatur obu stron zdolności transporto-
we są bliskie zera. Oznacza to, że dany mo-
duł Peltiera nawet w najlepszych warunkach
nie jest w stanie wytworzyć większej różnicy
temperatur. Dla każdego modułu w katalogu
podaje się tę największą możliwą do osią-
gnięcia różnicę temperatur – zazwyczaj wy-
nosi ona 60...70

o

C. Dla modułów użytych

w modelu różnica ta wynosi według danych
katalogowych około 67

o

C. Wydawałoby się,

że da to znakomite parametry: jeśli strona go-
rąca będzie skutecznie chłodzona wodą
z kranu o temperaturze około +12

o

C, tempe-

ratura strony zimnej powinna wynieść
–55

o

C. W rzeczywistości takiej temperatury

osiągnąć się nie da. Po pierwsze, w praktyce
nie uda się idealnie odebrać ciepła ze strony
gorącej, by miała ona tylko +12

o

C, jak cho-

dząca ją woda. Po drugie, jak wskazuje rysu-
nek 9, przy maksymalnej różnicy temperatur
moc chłodzenia jest... równa zero. Tymcza-
sem w praktycznej realizacji nie uda się ide-
alnie zaizolować cieplnie chłodzonej komory
testowej. Moduł podczas pracy stale będzie
musiał wypompowywać z komory pewną
ilość ciepła, napływającego przez niedosko-
nałą izolację i ciepła wydzielanego w ukła-
dzie elektronicznym testowanym w komorze.

Kluczowym elementem w komorze chło-

dzącej jest jeden lub kilka modułów Peltiera.
Minimalna uzyskiwana temperatura zależy od
konstrukcji komory, jej izolacji cieplnej oraz
od skuteczności odbierania ciepła ze strony go-
rącej. Wcześniejsze próby wykazały, że jedy-
nym skutecznym sposobem, umożliwiającym
uzyskanie temperatur znacznie poniżej zera
jest wykorzystanie chłodzenia wodnego. Jakie-
kolwiek klasyczne radiatory, nawet z wymu-
szonym obiegiem powietrza za pomocą wenty-
latorów, dają nieporównanie gorsze wyniki.
W praktyce największym problemem przy
wykonywaniu komory opisanego typu będzie
wykonanie wymiennika ciepła, wewnątrz
którego ma przepływać zimna woda z kranu.

15

Projekty AVT

Elektronika dla Wszystkich

Rys. 7

Rys. 8

Rys. 9

I właśnie nie część elektroniczna, tylko

wymiennik ciepła oraz staranność wykona-
nia izolacji cieplnej zadecydują o końcowym
efekcie.

Opis układu

W modelu pokazanym na fotografiach pracu-
ją dwa moduły Peltiera o wymiarach
40x40x3,8mm produkcji rosyjskiej, pocho-
dzące z warszawskiej firmy Semicon. Połą-
czone są one szeregowo, a więc ich napięcie
pracy wynosi około 24V.

W najprostszym przypadku komorę chło-

dzącą można wykonać bez jakichkolwiek
układów automatyki. Napięcie zasilające mo-
duły powinno być dobrze filtrowane (tętnienia
poniżej 10%), ale nie musi być stabilizowane.
Trzeba zapewnić możliwość regulacji prądu,
na przykład skokowo według rysunku 10.
Wartość rezystancji ograniczającej Rx trzeba
dobrać, by prąd nie przekroczył dopuszczalnej
dla zastosowanych modułów wartości 6A i by
uzyskać jak najniższą temperaturę.

W prezentowanym modelu zastosowany

jest elektroniczny sterownik modułu z czuj-
nikiem temperatury. Pełny schemat ideowy
sterownika pokazany jest na rysunku 11.

Układ jest zasilany napięciem stabilizo-

wanym przez stabilizator 7809 (U3).

Czujnikiem temperatury jest popularny

układ LM335 (D2), natomiast jeszcze bar-
dziej popularna kostka TL431 jest źródłem
napięcia wzorcowego.

Jak wiadomo, napięcie na czujniku

LM335 jest proporcjonalne do temperatury
bezwzględnej, wyrażonej w kelwinach (ze
współczynnikiem 10mV/K). Napięcie to po-
dane z punktu A na wtórnik U1A dostępne
jest w punkcie D jako rzeczywista wartość
temperatury czujnika i wnętrza komory.

Potencjometr P1 pozwala ustawić potrzeb-

ną temperaturę w szerokim zakresie od –20

o

C

do około +150

o

C. Napięcie w punkcie E od-

powiada wartości nastawionej temperatury.

Napięcia w punktach D, E odpowiadają

temperaturom bezwzględnym (temperatura
w kelwinach pomnożona przez 10mV). Przy-
kładowo temperaturze +20

o

C odpowiada na-

pięcie 2,93V, a temperaturze 0

o

C – napięcie

2,73V. Aby odczytać temperaturę w skali
Celsjusza, należy wprowadzić przesunięcie
o te 2,73V (teoretycznie 2,7315V). Służy te-
mu dzielnik R6, R12 i wtórnik U1C. Za po-
mocą potencjometru montażowego PR1 na-
leży tak ustawić napięcie stabilizacji układu
U4, żeby w punkcie C uzyskać napięcie
2,73V, odpowiadające temperaturze 0

o

C.

Jak widać na schemacie, do punktu C do-

łączony jest woltomierz, którego drugi zacisk
przełącznik S1 łączy albo z punktem D, albo
E. Pozwala odczytać zarówno aktualną tem-
peraturę wnętrza komory (D), jak też wartość
ustawioną (E).

Rezystor R13 i potencjometr PR2 pozwala-

ją ustawić dolną granicę
regulacji temperatury.
Dodatkowo wykorzysta-
ny jest tu wzmacniacz
U1D – w punkcie C wy-
stępuje napięcie odpo-
wiadające minimalnej
temperaturze ustawianej
potencjometrem P1. Po-
tencjometrem PR2 nale-
ży ustawić w punkcie
B napięcie równe 2,53V,
co odpowiada tempera-
turze –20

o

C. Punkt B bę-

dzie wykorzystywany
bardzo rzadko.

Górna granica regulacji temperatury wy-

znaczona jest głównie przez wartość R6. Przy
podanych na schemacie wartościach elemen-
tów ta górna granica wynosi około +150

o

C.

Kto chciałby ją obniżyć, może zmniejszyć
wartość R6 i ewentualnie skorygować warto-
ści R5, R11, R13, żeby w punkcie C uzyskać
2,73V, a w punkcie B 2,53V.

Dzięki zastosowanemu rozwiązaniu, do po-

miaru aktualnej i nastawionej temperatury wy-
starczy jakikolwiek woltomierz o zakresie 2V.

Oprócz obwodów pomiarowych, opisy-

wany układ ma także obwody wykonawcze
do sterowania modułami Peltiera oraz grzał-
kami. Dwa wzmacniacze różnicowe U2A,
U2C porównują temperaturę nastawioną (na-
pięcie z punktu E) z aktualną temperaturą
czujnika (napięcie z punkty D). Wzmacniacze
są niemal identyczne, różnią się tylko kierun-
kiem zmian napięcia wyjściowego. Jeżeli
aktualna temperatura jest wyższa od nasta-
wionej, na wyjściu wzmacniacza U2A napię-
cie jest praktycznie równe zeru. Wzmacniacz
U2B dba o to, by na rezystorze kontrolnym

16

Projekty AVT

Elektronika dla Wszystkich

Rys. 10

Rys. 11 Schemat ideowy

LM 335

R18 napięcie też było równe zeru – tranzy-
stor T1 jest zatkany i grzałki nie pracują.

Jednocześnie na wyjściu wzmacniacza

U2C napięcie jest znacznie wyższe od poten-
cjału masy. Rezystor R17 i dioda D4 ograni-
czają napięcie na wejściu „dodatnim”
U1D do wartości około 0,6V. Wzmacniacz
U1D otwierając odpowiednio tranzystor T2
dba, żeby takie samo napięcie wystąpiło na
R19. Napięcie 0,6V na rezystorze R19 o war-
tości 0,1 oznacza, że maksymalny prąd pły-
nący przez tranzystor T2 i moduły Peltiera
jest ograniczony do około 6A.

Wzmacniacz U1D, tranzystor T2 i rezy-

stor R19 stanowią więc źródło prądowe ste-
rowane napięciem z diody D4. Zastosowanie
takiego sterowania prądowego jest korzyst-
ne, bo uniezależnia prąd modułów Peltiera
zarówno od napięcia zasilania, jak i zmian
charakterystyki modułów pod wpływem tzw.
zjawiska Seebecka.

Tu należy podkreślić, że typ diody D5

i wartość R17 umożliwiają dość dokładne
dobranie optymalnego prądu modułów.

Dociekliwi Czytelnicy mogą się zastana-

wiać, dlaczego nie wykorzystać modułów
Peltiera także do grzania, przez zmianę kie-
runku prądu. Taka zmiana jest możliwa, nale-
ży jednak wziąć pod uwagę, że kolumienki
w modułach Peltiera są montowane z wyko-
rzystaniem stopu lutowniczego o stosunko-
wo niskiej temperaturze topnienia. Łatwo
mogłoby się zdarzyć, by moduł rozgrzał się
do temperatury powyżej +200

o

C, co mogło-

by doprowadzić do rozlutowania połączeń
i nieodwracalnego uszkodzenia.

Bezpieczniej jest wykorzystać sposób

z oddzielnymi grzałkami, którymi mogą być
rezystory mocy. A tranzystor T1 można za-
montować na metalowej obudowie komory,
żeby i on brał udział w podgrzewaniu. W ta-
kim przypadku trzeba też zwrócić uwagę na
tranzystor T1, żeby nie przekroczyć dopu-
szczalnej temperatury złącza równej +150

o

C.

Jeśli izolacją cieplną byłby styropian,

trzeba tak umieścić T1 oraz grzałki, żeby po
rozgrzaniu nie stopiły styropianu. Może trze-
ba będzie zastosować inny materiał izolacyj-
ny (wełna mineralna, wata szklana).

W prezentowanym modelu nie ma grzałek

i obwody ze wzmacniaczami U2A, U2B są
niewykorzystane. W ten sposób model jest
tylko komorą chłodniczą.

Montaż i uruchomienie

Sterownik można zmontować na płytce dru-
kowanej, pokazanej na rysunku 12. Opis re-
gulacji PR1, PR2 podany był wcześniej.
W prezentowanym modelu komora wykona-
na jest ze zwyczajnego garnka aluminiowego
o średnicy 18,5cm i wysokości 12cm. Chło-
dnica wodna i sterownik są zamocowane na
dnie garnka, jak pokazują fotografie. Czujnik
temperatury umieszczony jest na drucie we-
wnątrz garnka. Tranzystor T2 został umie-
szczony na chłodnicy wodnej, co gwarantuje
mu znakomite warunki chłodzenia. Mimo
wszystko warto zadbać, żeby spadek napię-
cia na tranzystorze był jak najmniejszy (ma-
ksimum kilka woltów). Chodzi o zmniejsze-
nie niepotrzebnych strat cieplnych w tranzy-

storze T2. Wystarczy dodać dobrany rezystor
szeregowy w obwodzie zasilania według
wcześniejszego rysunku 10. Przy większych
napięciach, na tranzystorze tym zupełnie nie-
potrzebnie dodatkowo wydzielałaby się duża
ilość ciepła, z którego usunięciem musiałaby
sobie poradzić chłodnica wodna, tracąc przy
tym część swojej wydajności.

Uzyskane parametry komory zależą

w największym stopniu od izolacji komory.
Warto jak najstaranniej wykonać izolację cie-
plną. Chodzi nie tylko o izolację od otocze-
nia, ale co bardzo ważne, także o izolację cie-
plną w okolicach modułów Peltiera. Istotnym
błędem byłby brak izolacji między chłodnicą
a komorą, gdzie z konieczności odległości
elementów o różnych temperaturach są nie-
wielkie. Jak wskazuje rysunek 9, warto też
eksperymentalnie dobrać optymalną wartość
prądu, dającą najniższą temperaturę.

W czasie pracy komory przepływ wody

chłodzącej musi być taki, żeby wzrost tempe-
ratury chłodnicy był możliwie mały.

Na koniec chciałbym serdecznie podzię-

kować Danielowi Loretzowi z Warszawy za
pomoc w wykonaniu modelu, a konkretnie
aluminiowej chłodnicy wodnej.

Piotr Górecki

17

Projekty AVT

Elektronika dla Wszystkich

Wykaz elementów

Rezystory:
R1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5,6kΩ
R2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2,2kΩ
R3,R7,R8,R14 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4,64kΩ 1%
R4,R9,R10,R15 . . . . . . . . . . . . . . .332kΩ 1% (301kΩ...402kΩ 1%)
R5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12kΩ
R6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15kΩ
R11 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20kΩ
R12 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27kΩ
R13 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10kΩ
R16,R17 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100kΩ
R18,R19 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .0,1Ω 5W
P1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10kΩ potencjometr
PR1,PR2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10kΩ PR

Kondensatory:
C1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100µF/16V
C2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100µF/40V

Półprzewodniki:
D1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1N4001
D2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .BZX55C5V6
D3,D4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1N4148
T1,T2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .BS170
U1,U2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .LM324
U3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .LM7809
U4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .TL431

Inne:
G1,G2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .grzałki
Pc1,Pc2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .moduły Peltiera
S1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .przełącznik

Płytka m

montażowa jjest ddostępna

w sieci hhandlowej AAVT

jako kkit sszkolny AAVT-22654A.

Rys. 12 Schemat montażowy

18

Elektronika dla Wszystkich

Do czego to służy?

Sama nazwa mówi co to za gra. Każdy z nas,
zna ją od najmłodszych lat. Ale dla przypo-
mnienia, jest to prosta gra logiczna polegają-
ca na zapełnianiu przez przeciwników (kół-
kami i krzyżykami) tablicy o wymiarach za-
zwyczaj 3x3. Jeżeli w zapełnionej tablicy
znajdą się jednakowe elementy obok siebie
po linii prostej lub po skosie, to wygrywa ten
zawodnik, do którego te elementy należały.
Można w nią grać na kawałku kartki, ale pro-
ponuję, zamiast tego rozwiązania zastosować
elektroniczną wersję gry „kółko i krzyżyk”,
w której wyeliminowane zostały kartka i dłu-
gopis. Może niezupełnie, ale kartka może się
przydać do zapisywania wyników rozgrywek.
Proponowana wersja gry jest bardzo prosta
w obsłudze, dzięki czemu może być używana
przez wszystkich, nawet tych najmłodszych.
Całe urządzenie przypomina narysowaną na
kartce tablicę, przy czym ma aktywne wewnę-
trzne pola, które po naciśnięciu przyjmują ko-
lor czerwony lub zielony w zależności od ko-
lejki gry. Wspomniane kolory należy domyśl-
nie uznawać za kółko lub krzyżyk. Dodatko-
wa dioda wskazuje kolejność przeciwnika, by
nie było jakichkolwiek nieporozumień pod-
czas rozgrywek. Dzięki niewielkim wymia-
rom, grę można nosić w kieszeni. Wyłączanie
wyświetlacza podczas dłuższej bezczynności
gry przyczynia się do zmniejszonego poboru
prądu, który dla święcących diod jest znaczny.
Użytkownicy o końcu gry są powiadamiani
dźwiękiem wydobywającym się z membrany
piezo, przy czym jednocześnie zostaje zablo-
kowana klawiatura urządzenia.

Jak to działa?

Schemat ideowy gry znajduje się na rysunku 1.
Głównym elementem sterującym grą jest mi-
krokontroler AVR o symbolu AT90S2313.
Jest to odpowiednik dobrze znanego
89C2051. Diody wyświetlacza zostały połą-
czone w matrycę, do której kolumn dodatko-

wo zastały dołączone przyciski S1-S9. Tran-
zystory T1-T3 sterują kolumnami matrycy,
natomiast rezystory R5-R7 ograniczają prąd
płynący przez odpowiednie diody wyświetla-
cza. Dołączenie przycisków do matrycy po-
zwoliło na zmniejszenie ilości połączeń po-
trzebnych do obsługi klawiatury. Membrana
piezo Q1 sygnalizuje każde naciśnięcie przy-
cisków tablicy oraz proces zakończenia gry.
Dioda D10 wskazuje na kolejność przeciwni-
ka. Ponieważ brakowało wyprowadzeń mi-
krokontrolera, jej anody zostały dołączone do
matrycy sterującej tablicą diod. Przycisk S10,
który wywołuje przerwanie, służy do restarto-
wania gry oraz budzenia mikrokontrolera
z trybu IDLE. Kondensator C1 zeruje układ
po włączeniu napięcia zasilającego, natomiast
kondensatory C4 i C5 są odpowiedzialne za

filtrowanie zasilania. Z tego niewielkiego opi-
su wynika, że budowa elektroniczna gry jest
bardzo prosta, ale program zawarty w mikro-
kontrolerze też nie musi być skomplikowany.
Dlatego też teraz przedstawię kilka procedur
zawartych w oprogramowaniu kontrolera. Li-
sting 1 pokazuje pętlę główną programu.
Zmienna „licznik” jest inkrementowana
w przerwaniu od timera 1, w którym realizo-
wane jest multipleksowanie klawiatury oraz
wyświetlacza. Jeżeli zmienna ta osiągnie
przedstawioną wartość, wyłączany jest wy-
świetlacz a mikrokontroler przechodzi w stan
IDLE. Zmienna licznik jest kasowana po każ-
dym naciśnięciu przycisku tablicy, co będzie
widoczne na pozostałych listingach. Zmienna

G

G

r

r

a

a

„

„

K

K

ó

ó

ł

ł

k

k

o

o

i

i

k

k

r

r

z

z

y

y

ż

ż

y

y

k

k

”

”

µ

µ

P

P

3

3

0

0

2

2

1

1

Rys. 1 Schemat ideowy

„licznik” osiągnie swoją wartość tylko przy
braku naciśnięć przycisków tworzących tabli-
cę. Jeżeli „flaga4” będzie ustawiona, to możli-
wa jest obsługa klawiatury oraz sprawdzane są
warunki zakończenia gry (warunki wygranej),
których, jak łatwo policzyć, może być dla ma-
trycy 3x3 tylko 8. Zmienna „Tab(x)” określa
element tablicy utworzonej matrycy. Jeżeli
któryś warunek zakończenia gry się zgadza,
ustawiana jest „flaga2”. Ustawienie tejże flagi
powoduje przełączenie się diody wskazującej
kolejność przeciwnika na kolor zwycięzcy.
W dalszej kolejności generowany jest odpo-
wiednio spreparowany za pomocą pętli „for”
dźwięk. Następnie program krąży w pętli, aż
zostanie ustawiona „flaga3”. Jest ona ustawia-
na w przerwaniu po naciśnięciu przycisku
startu S10. Na listingu 2 przedstawiona zosta-
ła obsługa wyświetlacza oraz klawiatury. Na
samym początku sprawdzany jest stan klawia-
tury (tylko przy wartościach zmiennej
J=1...3), po czym program obsługuje pozosta-
łe diody wyświetlacza. Wpisanie do zmiennej
„Tab(x)” wartości 1 powoduje zaświecenie się

diody czerwonej, a 2-diody zielonej. Wpisanie
wartości 0 powoduje zgaszenie diody określo-
nej indeksem tablicy. Przy J=10 obsługiwana
jest dioda D10, która jak wspominałem poka-
zuje kolejność rozgrywki. Listing 3 przedsta-
wia elementy programu konwertujące warto-
ści zmiennej „key” odczytanej w przerwaniu

obsługi wyświetlacza na odpowiednie warto-
ści zgodne z utworzoną tablicą „Tab”. Jeżeli
przyciśnięty został przycisk, któremu odpo-
wiadająca wartość elementu w tablicy jest
równa „0”, to wydawany jest dźwięk oraz jest
zaświecany odpowiedni kolor diody w zależ-
ności, od tego na jaki kolor wskazywała dio-
da kolejności D10. Tak jak wspominałem, ze-
rowana jest zmienna „licznik”, dzięki czemu
przedłużany jest czas pracy gry. Na tym listin-
gu widoczna jest także procedura obsługi
przerwania od przycisku startu S10. Zerowa-
na jest w nim wspomniana „flaga3” oraz
zmienna licznik. Wyzerowanie „flagi3” jest
równoważne ze startem gry od początku. Po-
zostałe elementy programu są zamieszczone
w dołączonym oryginalnym programie.

Montaż i uruchomienie

Grę należy zmontować na płytkach drukowa-
nych przedstawionych na rysunku 2 i 3, przy
czym płytka wyświetlacza jest dwustronna.
Montaż najlepiej będzie rozpocząć od płytki
sterownika, wlutowując w pierwszej kolejno-
ści dwie zworki, przechodząc dalej do ele-
mentów najmniejszych, a kończąc na włoże-
niu zaprogramowanego mikrokontrolera
do podstawki.

Ciąg dalszy na stronie 25.

19

Elektronika dla Wszystkich

Listing 1

Do

If Licznik => 60000 Then

'Warunek

wprowadzający mikrokontroler w tryb IDLE

Disable Timer0
Stop Timer0
Portb = 0
Reset W1
Reset W2
Reset W3
Idle

End If
If Flaga4 = 0 Then

' J e ż e l i

flaga4=0 to obsługuj klawiaturę matrycowa
oraz

Call Obs_klaw

'sprawdzaj warunki zakończenia gry

For I = 1 To 2

If Tab(1) = I Then

'Pierwsze warunki zakończenia gry

If Tab(2) = I Then

If Tab(3) = I Then

Set Flaga2

End If

End If

End If
If Tab(2) = I Then

' D r u g i e

warunki zakończenia gry

If Tab(5) = I Then

If Tab(8) = I Then

Set Flaga2

End If

End If

End If
………….
………….
If Flaga2 = 1 Then

' J e ż e l i

flaga2 ustawiona to zeruj flage4 oraz
wygeneruj dźwięk zwycięstwa

P = I
Set Flaga4
For K = 50 To 250 Step 50

'Generowanie dźwięku

Sound Portb.0 , 100 , K

Next K
Reset Flaga2

End If

Next I

End If

Loop Until Flaga3 = 1

' J e ż e l i

flaga3 ustawiona została w przerwaniu od
przycisku S10
Loop

' t o

wyjdź z pętli do-loop
End

Listing 2

Wyswietl:

'Procedura realizu-

jąca wyświetlanie zaznaczeń oraz obsługu-
jąca klawiaturę matrycowa

Incr Licznik

'Zwiększ zmienna

licznik określająca stan kiedy procesor ma
przejść w stan IDLE

Portb = 0
Set Kol
If J = 1 Then

'przy zmiennej j

=1..3 sprawdzaj klawiaturę

Set W1

End If
If J = 2 Then

Set W2

End If
If J = 3 Then

Set W3

End If

If S1 = 0 Or S2 = 0 Or S3 = 0 Then

'zapisz odczytana wartość z klawiatury do
zmiennej key

Key = Pind And &B01111011

End If
Reset W1
Reset W2
Reset W3
Incr J
If J = 11 Then

'Jeżeli j=11 to

zmień na j=1

J = 1

End If
If J = 1 Then

'wyswietl punkt

tab(1)

If Tab(1) = 1 Then

'wartość

Zapisywana Do Tablicy Oznacza :1 - świeci
led czerwona,

Set W1 : Set Dr1

'2 -

świeci led zielona

End If
If Tab(1) = 2 Then

Set W1 : Set Dg1

End If

End If
If J = 2 Then

'Zapis do drugiego

elementu tablicy

If Tab(2) = 1 Then

Set W2 : Set Dr1

End If
If Tab(2) = 2 Then

Set W2 : Set Dg1

End If

End If

………..
………..
If J = 9 Then

If Tab(9) = 1 Then

Set W3 : Set Dr3

End If
If Tab(9) = 2 Then

Set W3 : Set Dg3

End If

End If
If J = 10 Then

'J=10 jest zarezer-

wowana dla led pokazującej kolejność prze-
ciwnika

If P = 1 Then

'Wartość P określa

którego przeciwnika dotyczy kolejka gry

Set W3
Reset W2
Reset W1

Else

Set W2
Reset W1
Reset W3

End If
Reset Kol

End If

Return

Listing 3

Sub Obs_klaw

'obsługa oraz kon-

wersja wartości jaką zawiera zmienna key

If Key = 104 Then

'wartość 104 oznacza

naciśniecie klawisza numer 2

Temp = 2

End If
If Key = 112 Then

Temp = 3

End If
If Key = 88 Then

Temp = 1

End If

………….
………….
If Temp <> 0 Then

'Jeżeli przycisk był

już naciśniety to nie przypisuj zmiennym
tablicy nic

If Tab(temp) = 0 Then

Licznik = 0
Sound Portb.0 , 100 , 1000

'Wydaje dźwięk po każdym naciśnięciu przy-
cisku

Tab(temp) = P
Flaga1 = 1

End If
Temp = 0

End If
If Flaga1 = 1 Then 'Jeżeli flaga1

ustawiona to zmień przeciwnika na poprzed-
niego

Reset Flaga1
If P = 1 Then

P = 2

Else

P = 1

End If

End If

End Sub

Zalacz:
'Przerwanie obsługi przycisku nowej gry

Set Flaga3

'Flaga3 określa

rozpoczęcie nowej gry

Waitms 250
Licznik = 0

20

Elektronika dla Wszystkich

Czasem potrzeba czegoś więcej niż uni-

wersalnego generatora funkcji, nawet

bardzo wysokiej klasy. Powiedzmy, że

dla przetestowania jakiegoś układu by-

łoby bardzo wskazane wytworzyć co 21

sekund serie impulsów o przypadko-

wym czasie trwania, zawartym między

0,2ms a 345ms, a liczba tych impulsów

powinna być równa liczbie dziesiątek

sekund aktualnego czasu zegarowego,

ale tylko wtedy, gdy liczba ta jest aku-

rat nieparzysta... Dla parzystych dzie-

siątek sekund liczba impulsów wynosić

powinna zawsze 14. A jeśli na wejściu

pojawi się sygnał podczas trwania siód-

mego lub trzynastego z kolei impulsu,

trzeba zatrzymać proces!

I co teraz?

W praktyce elektronika-automatyka zacho-
dzi często potrzeba wygenerowania jakiegoś
specyficznego sygnału, na przykład serii im-
pulsów prostokątnych o określonych para-
metrach. Przydałaby się też możliwość zba-
dania reakcji układu na te sygnały. Wtedy są
dwie możliwości: kupić lub skonstruować ja-
kiś specjalizowany generator/tester tego ro-
dzaju układów albo... napisać kilka linijek
programu i mniej więcej po czasie wypicia
jednej kawy mieć gotowy przyrząd. Oczywi-
ście trzeba jeszcze mieć w pobliżu jakiegoś
PC-ta, ale ten warunek elektronicy spełniają
w 99% przypadków, bo może to być pecet
nawet baaardzo stary.

Przykład 1

Wyobraźmy sobie, że trafia w nasze ręce ma-
szyna do produkcji sznurowadeł z podejrze-
niem zacinania się siłownika do przeciągania
sznurka o zadaną długość. Stwierdzamy, że do-
pływ powietrza do siłownika sterowany jest
jednym elektrozaworem, a osiągnięcie położe-
nia końcowego badane jest czujnikiem induk-
cyjnym. Okazuje się, że podejrzany siłownik
czasami nie osiąga końcowego położenia w za-
danym czasie, co psuje całą resztę cyklu i po-
woduje konieczność dłuższego postoju i inter-
wencji serwisu. Na domiar złego zdarza się to
dość rzadko i nie sposób zauważyć przyczyny
podczas normalnej pracy. Przydałoby się zatem
zbadać sam układ siłownik-czujnik położenia.

Zależałoby nam na określeniu, czy i jak

często siłownik nie osiąga końcowego poło-
żenia w założonym czasie.

Podłączamy więc do zaworu i czujnika

komputer (rysunek 1) i piszemy tak:

bas=&H378:C=0:B=0

poczatek:
out bas,0:delay 2
out bas,1
for X=1 to 10000:next X

if (inp(bas+1) and &B00001000)=0 then
incr C
else
incr B
end if

do
if inkey$<>„” then
goto poczatek
else
goto wyniki
loop

wyniki:
?„Liczba prawidłowych cykli:”;C
?„Liczba nieprawidlowych cykli:”;B

Zostawiamy to wszystko włączone na noc

a rano już wszystko wiadomo: siłownik wy-
konał 8536 prawidłowych cykli, a 121 było
zbyt długich.

Teraz garść objaśnień:
Na 25-stykowym gnieździe drukarkowym

(Centronix) mamy 12 wyjść i 5 wejść, które
można wykorzystać w każdej chwili. Oto
przyporządkowanie poszczególnych bitów
numerom wyprowadzeń portu:
Adres bazowy (&H378) - cały bajt wyjściowy:
b0 - nóżka 2
b1 - 3
b2 - 4
b3 - 5
b4 - 6
b5 - 7
b6 - 8
b7 - 9
Adres bazowy + 1 - to 5 linii wejściowych:
b3 - nóżka 15

b4 - 13
b5 - 12
b6 - 10
b7 - 11
Adres bazowy + 2 - jeszcze 4 linie wyjściowe:
b0 - nóżka 1
b1 - 14
b2 - 16
b3 - 17

Jeśli więc chcemy wysłać na nóżkę 5. złą-

cza stan wysoki, piszemy

out &H378,8

Jeszcze lepiej jest napisać:

out &H378,&B00001000

ponieważ wtedy od razu widzimy, na której
linii wyjściowej pojawi się jedynka. Po pro-
stu ósemka lub 2

3

napisana jest tu w postaci

binarnej, czyli takiej, jaka jest wysyłana
wprost do portu. Po prawej stronie liczby
&B00001000 mamy najmniej znaczący bit,
czyli mówiąc w skrócie - 2. nóżkę złącza,
a po lewej - najstarszy bit - nóżka 9.

Aż do czasu wysłania na ten port następ-

nej, innej liczby wartości jego bitów (i stany
logiczne na nóżkach złącza) nie zmienią się.

Przedstawiony na początku przykładowy

program działa następująco:

Na początku zmienna bas uzyskuje war-

tość &H378; jest to adres podstawowy portu
WE/WY zapisany w postaci heksadecymal-
nej. Dobrze jest tak to zapisać, ponieważ
później będziemy korzystać z adresów o 1
i o 2 większych, a zatem aby nie używać bez-
względnych wartości przy adresowaniu, wy-
godniej będzie napisać bas+1 (wiadomo, że
chodzi tu o wejścia komputera) i bas+2 (dal-
sze wyjścia). A pod adresem bas jest po pro-
stu 8 wyjść.

B jest liczbą błędnie wykonanych cykli,

a C liczbą prawidłowych cykli; na początku
zerujemy te zmienne.

Pętla główna rozpoczyna się etykietą

poczatek. Następnie wysyłamy na wyjście
b0 portu o adresie bas stan niski, na czas 2
sekund. W tym czasie siłownik ma zająć po-
łożenie spoczynkowe. Wtedy wysyłamy
stan wysoki, który powoduje załączenie
elektrozaworu i powoduje ruch roboczy si-
łownika. W tym momencie rozpoczyna się
odliczanie czasu na dojście siłownika do po-
łożenia końcowego. Załatwia to w tym
przypadku 10000 przejść pętli for - next ze
zmienną X.

Po tym czasie badamy warunek:

if (inp(bas+1) and &B00001000)=0

Wykorzystanie PC-ta w praktyce

elektronika-automatyka

Rys. 1

21

Forum Czytelników

Elektronika dla Wszystkich

Ponieważ instrukcja inp(bas+1) daje nam

wartość całego bajtu o adresie bas+1, a my
chcemy znać tylko wartość jednego bitu tego
bajtu, zastosowałem maskę &B00001000,
która wraz z operatorem AND powoduje wy-
zerowanie wszystkich bitów odczytanego
z portu bajtu - oprócz tego jednego, na
którym nam zależy, czyli tego o wadze 2

3

. Je-

śli w momencie odczytu bajtu 15. nóżka złą-
cza była zwarta do masy (tranzystorem wyj-
ściowym czujnika indukcyjnego na rysunku
1), warunek powyższy będzie spełniony; bit
b3 był równy zeru. Wtedy zwiększa się o je-
den wartość zmiennej B. Jeśli czujnik nie był
wyzwolony, bit ten miał wartość jeden
i zwiększy się o jeden wartość zmiennej C.
Po rozpatrzeniu tego warunku program prze-
chodzi do pętli

do
if inkey$<>„ ” then
goto poczatek
else
goto wyniki
end if
loop

aby sprawdzić, czy nie jest wciśnięty klawisz
spacji (wyjście z pętli głównej i wyświetlenie
wyników). Jeśli nie jest wciśnięty, wykony-
wany jest skok do etykiety poczatek: i kolej-
ny cykl ruchu siłownika.

Przykład 2

Załóżmy teraz, że chcemy generować impul-
sy o czasie trwania 2s i okresie 10s z możli-
wością zmiany okresu. Żeby było trochę tru-
dniej, chcemy aby była możliwość, powiedz-
my, zatrzymania tego generatora przyciskiem
na 15. nóżce złącza, ale tylko w trakcie prze-
rwy między impulsami. I jeszcze coś takiego:
na początku każdego impulsu chcielibyśmy
mieć na oddzielnym wyjściu krótki impuls
do synchronizacji jakiegoś innego urządze-
nia. Czy to nie nazbyt wygórowane żądania?
Wcale nie. Wyjście podstawowe zrobimy,
powiedzmy, na nóżce 2., a dodatkowe impul-
sy - na nóżce 3 (rysunek 2).

Mamy do dyspozycji kilka możliwości

odliczania czasu. Jeśli nie zależy nam na du-
żej rozdzielczości nastawianych wartości,
można użyć po prostu funkcji delay t, gdzie
t jest czasem opóźnienia w sekundach. Moż-
na to zrobić również w pustej pętli for - next,
do - loop albo while - wend.

Można też wykorzystać zmienną timer.
Program może wyglądać następująco:

bas=&H378:input„podaj okres”;T
A:
out bas,3:delay .1:out bas,1:delay 1.9:out
bas,0
x=timer
do
if (inp(bas+1) and &B00001000)=0 then stop
loop until timer-x>=T-2
goto A

Jest to wersja minimalna programu, bez

żadnych udogodnień i zabezpieczeń, ale
w praktyce to najczęściej wystarcza, bo po-
trzebujemy takiego programu np. na godzinę
i chodzi głównie o to, aby potrafić go szybko
napisać i uruchomić czy zmodyfikować.

Na początku oczywiście ustalenie adresu

podstawowego - bas=&H378. Potem żąda-
nie podania okresu generowanego przebiegu.
Od etykiety A: rozpoczyna się nasz przebieg
- wysyłamy na port liczbę 3, czyli w zapisie
dwójkowym &B00000011. Widać od razu, że
na nóżkach 2 i 3 pojawią się jedynki.

Trwać to będzie tylko przez 0,1 sekundy,

ponieważ po komendzie delay .1 następuje
wysłanie na port nowej liczby, tym razem
&B00000001. Znaczy to tyle, że znika je-
dynka z nóżki 3. ale pozostaje jedynka na
nóżce 2. To był koniec tego krótkiego impul-
su, który miał się pojawiać na początku każ-
dego impulsu naszego podstawowego prze-
biegu. Teraz czas na resztę okresu, czyli
trzeba odliczyć czas T pomniejszony o 2 se-
kundy, które już minęły. Można byłoby użyć
komendy delay (T-2), ale mamy jeszcze do
realizacji ostatnie zadanie - możliwość wyłą-
czania generatora podczas trwania stanu ni-
skiego.

Można w tym celu zapamiętać jako x war-

tość zmiennej TIMER, która jest niczym in-
nym jak liczbą sekund, które upłynęły od
ostatniego włączenia komputera. Wartość ta
zmienia się co 50ms, czyli dość często jak na
nasze wymagania. Nie żądamy przecież su-
perdokładności i rozdzielczości regulacji
w większości praktycznych przypadków. Pę-
tla kończy się, gdy od jej rozpoczęcia upłynie
czas T-2 sekundy.

Należałoby w zasadzie uniemożliwić

wpisanie okresu mniejszego niż 2s, ale nie
o to przecież chodzi... Wystarczy o tym tyl-
ko pamiętać.

Aby w tej części okresu mieć wpływ na

działanie programu, musimy umieścić w pętli
służącej do odmierzania czasu również frag-
ment, gdzie cyklicznie będzie badany stan
nóżki 15. Warunek skonstruowany jest
podobnie jak w poprzednim przykładzie, czy-
li badamy tylko stan bitu b3 słowa wejścio-
wego odczytywanego instrukcją inp(bas+1).

I znów - należałoby może zrobić jakieś

bardziej eleganckie wyjście z programu, ale
z praktyki wiadomo, że jeśli tylko komputer
nie zawiesza się, to już sobie damy ze wszy-
stkim radę. Chyba że taki program nie ma
być używany tylko sporadycznie; wtedy

można poświęcić mu jeszcze trochę czasu
i doprowadzić go do lepszego stanu. W koń-
cu nie maluje się trzonka siekiery przed jej
użyciem. Ważne, żeby ją w ogóle znaleźć...

Chciałem na tych przykładach pokazać,

jak prosto można rozwiązać dość zawiły pro-
blem - braku odpowiedniego generatora.

Przykład 3

Zróbmy to jako uzupełnienie przykładu 2.
Załóżmy, że zależy nam na tym, aby impulsy
na nóżce 2. nie miały stałego czasu, ale żeby
były coraz dłuższe.

A zatem jeszcze raz:

bas=&H378:input„podaj okres”;T
A:
out bas,3:delay .1:out bas,1

do tej pory - w zasadzie bez zmian, lecz teraz
zamiast stałego opóźnienia 1,9s trzeba wsta-
wić wartość, która będzie się co okres zwięk-
szać. I to nie w nieskończoność, tylko ma-
ksymalnie do długości okresu pomniejszonej
o jakąś niewielką wartość. Jako kolejne
„ćwiczenie” zastąpimy teraz skok bezwarun-
kowy z końca pętli do etykiety A: pętlą do -
loop.

bas=&H378:input„podaj okres”;T
a=.4

do

incr a,.1

‘ [ lub a=a+.1 ]

if a>=T-.5 then a=.5

out bas,3:delay .1:out bas,1:

delay (a-.1):out bas,0

x=timer

do
if (inp(bas+1) and &B00001000)=0

then stop

loop until timer-x>=T-a

loop

Zmienna a jest tu czasem trwania impul-

su, a zatem czas przerwy musi wynosić T-a.

Ciąg dalszy na stronie 30.

Rys. 2

22

Kurs Protela

Elektronika dla Wszystkich

Schemat przystawki w wersji odręcznej po-
kazany jest na rysunku 57a. Na podstawie
tego szkicu narysowałem w Protelu schemat,
pokazany na rysunku 57b.

Ten prosty układ zostanie umieszczony

w niewielkiej obudowie z tworzywa sztucz-
nego. Tylna ścianka obudowy zostanie wy-
korzystana jako radiator - zamiast plastiko-
wej wkładki będzie tam umieszczony odpo-
wiedniej wielkości kawałek blachy alumi-
niowej o grubości 1...1,5mm, więc trzeba
odpowiednio ustawić na płytce tranzystor
MOSFET.

Projektując płytkę trzeba też zadbać, by

obwody wiodące znaczne prądy zawierały
szerokie ścieżki lub pola miedzi.

Jeśli chodzi o diodę LED, zostanie ona

umieszczona na płycie czołowej i dołączona
za pomocą przewodów, więc na płytce wy-
starczyłyby jakkolwiek umie-
szczone dwa otwory. Ja od razu,
rysując schemat, przypisałem
diodzie D1 obudowę oznaczoną
D4 (odstęp punktów 400mil),
by między nóżkami w razie po-
trzeby można było przeprowa-
dzić ścieżki.

Dwa przełączniki też będą

dołączone przewodami, więc
też można przypisać im dowol-
ne obudowy. Ja zdecydowałem
się na obudowę oznaczoną T2
w jednej z moich starszych bi-
bliotek. Pierwotnie była to alter-
natywna obudowa dla zwykłego
tranzystora w obudowie TO-92.

Ponieważ nie miałem do-

tychczas w bibliotece „schema-
towej” symbolów przełączni-
ków, na poczekaniu wykonałem
dwa: przełącznik trzypozycyjny
(3POZ) i

dwupozycyjny

(2POZ). Po skończeniu rysowa-
nia schematu „podłożyłem” pod
niego ramkę.

Płytka

Mając gotowy schemat, stworzyłem nowy
arkusz „płytkowy” – dokument PCB (F – N)
i najpierw w warstwie KeepOutLayer ręcznie
narysowałem na nim obrys płytki odpowie-
dni do obudowy. Będzie to, płytka jedno-
stronna o wymiarach około 53x37mm
z dwoma otworami o średnicy 3,2mm w od-
stępie 41mm. Zaznaczyłem te otwory i ob-
szary, gdzie nie powinno być elementów ani
ścieżek. „Surowa” płytka pokazana jest
na rysunku 58a. Rysując obrys, prze-
łączałem jednostki klawiszem Q z ca-
lowych (milsów) na metryczne (mili-
metry), mając wcześniej ustawiony
skok kursora równy 25mil.

Po wykonaniu obrysu płytki przełą-

czyłem się na schemat. Mając na ekranie
otwarty schemat, poleceniem D - P (De-

sign, Update PCB) wrzuciłem bez problemu
wszystkie elementy na płytkę (obok płytki).
Upewniłem się, że włączone jest sprawdzanie
bieżące - On-line DRC: T – D oraz D – O.

Potem patrząc na schemat i analizując ob-

wody przepływu prądu, po kilku próbach
ręcznie ustawiłem elementy, by było jak naj-
mniej skrzyżowanych „nitek” połączeń (Con-
nections). Przewidziałem od razu przebieg
kluczowych szerokich ścieżek, gdzie będą

S

S

p

p

o

o

t

t

k

k

a

a

n

n

i

i

a

a

z

z

P

P

r

r

o

o

t

t

e

e

l

l

e

e

m

m

9

9

9

9

S

S

E

E

Spotkanie 11

Na kolejnych spotkaniach zaprojektujemy płytkę do przystawki uruchomieniowej i przy okazji znów się czegoś nauczymy. Omówimy
też sprawę wydruków. Komplet materiałów do opisanych ćwiczeń można znaleźć na naszej stronie internetowej w projekcie
Przystawka.ddb.

Rys. 57a

Rys. 57b

Rys. 58a

płynąć znaczne prądy i od razu zdecydowa-
łem, że na płytce będzie jedna krótka zwora
ze źródła tranzystora do kondensatora C3.
Tranzystor mocy umieściłem przy tej krawę-
dzi płytki, obok której umieszczony będzie
radiator. Wstępny układ elementów pokaza-
ny jest na rysunku 58b.

Przed poprowadzeniem ścieżek trzeba

wprowadzić szereg zmian. Przede wszystkim
trzeba powiększyć punkty lutownicze, do
których przewodami zostaną dołączone prze-
łączniki J1 i J2.

Punkty i punkciki

Przy tego typu operacjach będziemy korzy-
stać z selekcji, czyli wybiórczego zaznacza-
nia niektórych elementów. W dalszej części
kursu będę wymiennie używał określeń za-
znaczenie i selekcja. Elementy można zazna-

czyć (wybrać, podświetlić, wyselekcjono-
wać), klikając na nie z wciśniętym klawi-
szem Shift (Shift + kliknięcie). Jeśli elementy
są rozmieszczone luźno, można też kliknąć
i trzymając klawisz myszy przeciągnąć kur-
sor, zaznaczając prostokąt – objęte nim ele-
menty zostaną wybrane i zaznaczone. Można
też zaznaczyć naciskając klawisze E – S lub
krócej po prostu S i wybrać opcję (np. Inside

Area). Polecam dwa pierwsze sposo-
by: Shift+kliknięcie oraz przeciąga-
nie myszą.

Zaznacz więc prze-

łączniki J1 i J2, jak po-
kazuje rysunek 59
i podwójnie kliknij na dowolnym
z zaznaczonych punktów, by otwo-
rzyć okno z właściwościami tego
punktu. Ponieważ chcemy zmienić
właściwości nie tylko tego punktu,
więc koniecznie kliknij przycisk
Global, by rozwinąć szersze okno.
Okno to wręcz przeraża wielu po-

czątkujących, ale Ty jak zwykle zachowaj
spokój.

Okno wcale nie jest straszne, a za to oka-

zuje się niezmiernie pożyteczne, oferując nie-
samowite możliwości, z których zresztą bę-
dziesz wykorzystywać tylko malutką część.

Najpierw zastanów się, co chcemy zmie-

nić: średnice i otwory we wszystkich punk-
tach obu zaznaczonych elementów. Wpisz
(dwukrotnie) średnicę punktu np. 120mil
i (raz) średnicę otworu, np. 40mil w odpowie-
dnie okienka. Na rysunku 60 odpowiednie
okienka zaznaczyłem kolorem niebieskim.
Zwróć uwagę, że automatycznie zostały za-
znaczone odpowiednie okienka z prawej stro-
ny - co ja zaznaczyłem kolorem żółtym. Zna-
czy to, że do wszystkich zmienianych punk-
tów skopiowane zostaną te zaznaczone atry-
buty: zmienione zostaną rozmiary punktów
i średnice otworów.

Tym sposobem poznałeś przeznaczenie

okienek z prawej strony ramki – określasz tu,
co będzie zmieniane.

Na razie jeszcze nie ustaliłeś, jakich

obiektów (punktów lutowni-
czych) dotyczyć będą zmia-
ny. Czy wszystkich punktów
na płytce? Nie, w tym przy-
padku tylko punktów dwóch
przełączników. Aby nie
zmienić wszystkich punktów
na płytce, celowo zaznaczyli-
śmy tylko te dwa elementy
(dokonaliśmy selekcji). I te-
raz dzięki temu zaznaczeniu
selektywnie dokonamy
zmian. Pomoże nam w tym
środkowy rząd okienek.
Wcześniej zwróć uwagę, że
lewe okienko Selection jest
zaznaczone (dlatego, że klik-
nięty punkt należy do wybra-

nych elementów) - zaznaczyłem to na rysun-
ku kolorem zielonym.

Skoncentruj się: chcemy zmienić wszyst-

kie punkty obszaru selekcji. Informujemy
o tym program, klikając strzałkę przy środ-
kowym okienku Selection i wybierając Same,
jak pokazuje rysunek 61. Masz do wyboru
trzy możliwości: albo zmieniasz obiekty ma-
jące takie same atrybuty (Same), albo dowol-
ne, jakiekolwiek (Any), albo też różne (Dif-
ferent) od atrybutu klikniętego obiektu.

My w środkowym oknie Selection wybie-

ramy Same, żeby zmiany dotyczyły tylko
składników (punktów) zaznaczonych – o ta-
kim samym atrybucie, jak w lewym okienku.
Inaczej mówiąc - wszystkich zaznaczonych
punktów.

To naprawdę nie jest trudne. Przeanalizuj

to jeszcze raz: W lewym rządku okienek
wpiszesz, co chcesz zmienić. Jeśli zmiany
dotyczą jednego punktu, masz tylko ten je-
den rządek okienek (bo nie klikniesz przyci-
sku Global). Przy zmianach globalnych,
w prawym rządku okienek zostanie zazna-
czone, które atrybuty zostaną zmienione
w innych elementach podlegających zmia-
nie. Natomiast środkowy rząd okienek wy-
korzystasz, żeby określić, jakie składniki
(punkty) mają podlegać zmianie. Zwróć
uwagę, że na początku we wszystkich środ-
kowych okienkach masz opcję Any, co ozna-
cza, że domyślnie zmiany dotyczą wszyst-
kich składników. W środkowych okienkach
możesz dowolnie wybierać opcje Any, Same,
Different, i właśnie w ten sposób określisz
precyzyjnie, które punkty zostaną zmienione.

Często wykorzystasz tu możliwość wcze-

śniejszej selekcji, czyli wybrania jednego lub
kilku elementów bibliotecznych.

Jak widzisz, okno globalnych zmian daje

Ci mnóstwo możliwości. Ale to jeszcze nie
koniec. W prawym dolnym rogu masz bar-
dzo ważne okienko Change Scope. My nie
chcemy zmieniać All FREE primitives -
wszystkich wolnych, czyli niezwiązanych
składników (punktów, które nie wchodzą
w skład elementów bibliotecznych, np. zosta-
ły umieszczone poleceniem P-P). My chce-
my zmienić właściwości wszystkich składni-
ków, także tych związanych, wchodzących
w skład elementów bibliotecznych. Dlatego
koniecznie musimy zmienić opcję w okienku
Change Scope na All primitives.

Po kliknięciu OK pokaże się małe okien-

ko z bardzo ważną informacją: ile dodatko-
wych elementów będzie zmienionych. Rysu-
nek 62 pokazuje, że w tym przypadku będzie
to pięć dodatkowych elementów. Kliknij Yes
i ewentualnie rozsuń elementy, jeśli powstał
konflikt, jak na rysunku 63.

23

Kurs Protela

Elektronika dla Wszystkich

Rys. 59

Rys. 60

Rys. 61

Rys. 58b

24

Kurs Protela

Elektronika dla Wszystkich

Okienko z rysunku 62 z liczbą zmienia-

nych elementów jest naprawdę ważne, bo
od razu zorientujesz się, czy czegoś nie
przegapiłeś. Jeśli przykładowo wcześniej
nie zmieniłbyś zawartości okienka Change
Scope, w okienku z rysunku 62 otrzymał-
byś informację, że zostanie zmienionych 0
dodatkowych elementów. Jeśli z kolei
w środkowym okienku Selection zamiast
Same, pozostawiłbyś Any, otrzymałbyś in-
formację o zamianie 43 elementów i pro-
gram zmieniłby właściwości wszystkich
punktów. Dzięki zaznaczeniu potrzebnych
elementów i wybraniu opcji Same zmieni-
łeś tylko to, co chciałeś.

A teraz dla wprawy pozmieniajmy właści-

wości jeszcze innych punktów. Przykładowo
większość punktów ma średnicę 80mil.
Zmieńmy ją na 90mil. Podwójne kliknięcie

na dowolny z takich
punktów otworzy
okno właściwości,
które poszerzysz,
klikając przycisk
Global.

Chcemy zmie-

nić tylko rozmiary
wszystkich punk-
tów okrągłych, ma-
jących wcześniej
średnicę 80mil.
Tym razem nie do-

konujemy więc za-

znaczenia (selekcji) elementów podlegają-
cych zmianie. Tabelka po zmianach będzie
wyglądać, jak na rysunku 64. W środko-
wym okienku X-Size zaznaczyłem Same, że-
by zmienione zostały elementy, które wcze-
śniej miały wielkość 80mil. Wybrałem też
Same w środkowym okienku Shape (ksz-
tałt), żeby program nie zmienił kwadrato-
wych punktów tranzystora, które też mają
wielkość 80mil. Po dokonaniu zmian pro-
gram zasygnalizuje naruszenie reguł w ele-
mencie C3. Słusznie, odstęp wynosi teraz
tylko 10 milsów. Zmieńmy to.

Osoby przyzwyczajone do Autotraxa ma-

ją kłopoty ze zmianą punktów tylko jednego
elementu. Rzeczywiście Protel nie oferuje
specjalnej opcji zmiany punktów w obrębie
jednego elementu. Ale nie jest to żadna wa-
da. Trzeba się tylko przyzwyczaić do innego
sposobu pracy. Po prostu najpierw trzeba za-
znaczyć potrzebny element (np. Shift+klik-
nięcie), w tym przypadku kondensator C3.
Potem trzeba kliknąć podwójnie na jeden z

punktów i otworzyć tabelkę właściwości
(globalnych). Trzeba zmienić opcję Any na
Same w środkowym okienku Selection
i opcję w okienku Change Scope. Na pozór
odwrotne wartości wpisane w okienkach X-
Size oraz Y-Size wynikają z tego, że element
został wcześniej odwrócony o 90 stopni - za-
znaczyłem to czerwoną linią (Rotation

Rys. 63

Rys. 64

Rys. 65

Rys. 66

Rys. 67

Rys. 62

25

Kurs Protela

Elektronika dla Wszystkich

90.000). Po zmianach tabelka będzie wyglą-
dać jak na rysunku 65, a po zatwierdzeniu
i usunięciu zaznaczenia (odznaczenie) kon-
densatora, punkty będą wyglądać jak na
rysunku 66.

Zmieńmy jeszcze dla nabrania wprawy

punkty lutownicze tranzystora T1. Trzeba go
zaznaczyć (Shift+kliknięcie) i podwójnie
kliknąć na którymś punkcie. Wygląd tabelki
po zmianach pokazuje rysunek 67.

Zaznacz jeszcze punkty lutownicze ozna-

czone A, B, C, D. W tych obwodach będą
płynąć znaczne prądy, więc możemy po-
większyć te punkty i ich otwory według ry-
sunku 68.

A teraz zadanie domowe: koniecznie

poćwicz zmiany wielkości, kształtu i śre-

dnicy otworu punktów lu-
towniczych. Dobrze utrwal
sobie w pamięci sposób
zmiany punktów tylko
w jednym elemencie - bę-
dziesz często przeprowa-
dzał takie zmiany.

Ja po wprowadzeniu opi-

sanych zmian staranniej
ustawiłem elementy i zaczą-
łem prowadzić te ścieżki,
które trzeba poprowadzić
ręcznie. Resztę zrobi potem
automat.

Piotr Górecki

Ciąg dalszy ze strony 19.

Płytka klawiatury z diodami wymaga bardziej
skomplikowanego montażu. W pierwszej ko-
lejności, po wlutowaniu mikrostyków, należy
tak wyprofilować kolorowe diody LED, by
znalazły się nad przyciskami, a ich naciśnię-
cie powodowało zadziałanie tychże przyci-
sków. Po zmontowaniu płytek należy je zło-
żyć w przysłowiową kanapkę. Po poprawnym
zmontowaniu układ powinien od razu po-
prawnie pracować. Układ modelowy został
zasilony napięciem 6V z 4 ogniw 1,5. Próby,
jakie przeprowadziłem, wykazały, że gra tak-
że działa poprawnie przy napięciu zasilają-
cym 3V, ale dla większej jasności diod należy
zmniejszyć wartości rezystorów ograniczają-
cych R5-R7. Grę należy obowiązkowo wypo-
sażyć w wyłącznik zasilania, ponieważ w sta-
nie IDLE pobór prądu nie jest pomijalnie ma-
ły. Cały układ należy umieścić w jednej z do-
stępnych na rynku obudów. W przypadku
braku obudowy można wykonać ją z kawał-
ków laminatu, przy czym przykładowy pro-
jekt laminatowej płyty czołowej znajduje się
na rysunku we wkładce. Wystarczy wtedy
wykonać boki oraz dno urządzenia. Należy
także schować baterie zasilające. Obsługa gry
jest bardzo prosta i sprowadza się tylko do na-
ciskania przycisków na wyznaczonej tablicy.
Kolejka graczy jest pokazywana odpowie-
dnim kolorem diody D10. Po naciśnięciu
przycisku na wyznaczonej tablicy, naciśnięty
przycisk przyjmuje kolor, na jaki wskazywa-
ła dioda D10. Naciśnięcie przycisku z diodą
S10 uruchamia nową grę oraz wychodzi ze
stanu IDLE, podczas gdy mikrokontroler się
w nim znalazł. W przypadku remisu grę nale-
ży rozpocząć po naciśnięciu wspomnianego
przycisku startu (S10). Kolorom diod mogą
być przypisane odpowiednio kółko lub krzy-
żyk, dlatego we własnym zakresie należy
podjąć decyzję, jaki kolor diody będzie uwa-
żany za kółko, a jaki za krzyżyk. Grę można,
po zmianie programu zawartego w mikrokon-
trolerze, wykorzystać także jako dwie kostki
sześciościenne. Wyświetlacz gry w sam raz

się nadaje do tego celu. Jedną kostką mogły-
by być diody zielone, a drugą czerwone. Lo-
sowanie oraz wybranie kostek do pokazania
umożliwiałby przycisk startu S10. W wyniku
braku pamięci w mikrokontrolerze nie udało
mi się zaimplementować jako drugiej rozryw-
ki kostki do gry, oczywiście w jednym mikro-
kontrolerze. Aby to dało się zrobić, trzeba by
wymienić mikrokontroler na mikrokontroler
o większej pamięci, którym może być znany
89C4051. Ma on 4k pamięci i z powodzeniem

do gry „kółko i krzyżyk” można dopisać im-
plementację kostki sześciościennej. Przy za-
stosowaniu powyższego mikrokontrolera na-
leży pamiętać o zmianie obwodu zerowania
na zalecany dla rodziny mikrokontrolerów
’51. Można by także wymyślić inne rodzaje
gier, które mogłyby być zaimplementowane
do opisywanego urządzenia, oczywiście przy
jego ograniczeniach wyświetlacza i klawiatu-
ry. Mogą to być wszelkiego rodzaju gry
zręcznościowe, logiczne czy innego rodzaju.
Pamięć zawarta w mikrokontrolerze AVR
może wystarczyć do realizacji różnych gier.
Ale jeżeli okaże się za mała, można zmienić
mikrokontroler na wspomniany 89C4051.
Mam nadzieję, że można wymyślić jeszcze
wiele innych implementacji gier dla tego
urządzenia.

Marcin Wiązania

Wykaz elementów

Rezystory
R1,R5,R6,R7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .220Ω
R2,R3,R4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10kΩ
Kondensatory
C1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4,7µF
C2,C3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .33pF
C4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .47µF
C5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100nF
Półprzewodniki
U1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .AT90S2313
X1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Kwarc 8MHz
T1,T2,T3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .BC548
D1 – D10 . . . . . . . . . . . . .LED 5mm dwukolorowe
Inne
S1 – S10 . . . . . . . . . .Mikrostyk o niskim przycisku
S11 . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Przełącznik hebelkowy
Q1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Membrana piezo
Z1 . . . . . . .Goldpin 1x15 oraz odpowiednie gniazdo
BT1 . . . . . . . . . . . . . . . . .Koszyk na baterie 4x1,5V

Rys. 2 i 3 Schematy montażowe

KKoom

mpplleett ppooddzzeessppoołłóóww zz ppłłyyttkkąą jjeesstt ddoossttęęppnnyy

ww ssiieeccii hhaannddlloowweejj AAVVTT jjaakkoo kkiitt sszzkkoollnnyy AAVVTT-33002211..

R

R

y

y

s

s

.

.

6

6

8

8

Podstawy

26

Elektronika dla Wszystkich

Ciągle rosnąca liczba radiowych urządzeń
nadawczo-odbiorczych, a w tym głównie ra-
diotelefonów i telefonów komórkowych,
sprawia, że robi się coraz ciaśniej w eterze.

Także na pasmach amatorskich panuje

nie mniejszy tłok, pomimo dużego wyboru
innych środków łączności bezprzewodowej.
Łączności krótkofalowca czy CB-sty są
przyjemnością do momentu, kiedy nie dowie
się od sąsiadów, że i oni słuchają go, wiedzą
z kim i na jaki temat prowadzi rozmowy. Nie
byłoby w tym nic niepokojącego, gdyby są-
siedzi słuchali na tych samych częstotliwo-
ściach, gdzie jest sygnał podstawowy - lecz
problem w tym, że oni słuchają za pośre-
dnictwem innych urządzeń i na częstotliwo-
ściach normalnie przeznaczonych do innych
celów (odbiornikach radiowych, magnetofo-
nach, domofonach, magnetowidach...). Sy-
tuacja jest jeszcze bardziej niepokojąca, kie-
dy pojawią się zakłócenia odbioru telewizyj-
nego. W takt modulacji pojawiają się miga-
nia obrazu telewizyjnego, wchodzą rozbar-
wienia kolorów, paski, kropki czy wręcz zry-
wanie obrazu, jednym słowem - harmonicz-
ne sygnału dostają się także na wizję. Z tych
też powodów wszystkie dopuszczone do
handlu, a później eksploatacji radiotelefony
powinny mieć atest (homologację, czyli tak
zwany protokół zgodności), a więc muszą
być wcześniej przebadane w laboratoriach
pod kątem mocy wyjściowej i niepożąda-
nych sygnałów wyjściowych. Z kolei każdy
z użytkowników musi dbać o właściwą in-
stalację antenową.

Nie wszystkie jednak zakłócenia są spo-

wodowane uszkodzeniem nadajnika czy an-
teny. Często powodem takiej sytuacji jest sil-
ne pole elektromagnetyczne powstające wo-
kół anteny (podczas nadawania), jak również
zbyt mała odporność urządzeń odbiorczych
na promieniowanie w.cz. Z praktyki wiado-
mo, że nie wszystkie urządzenia domowe
spełniają obowiązujące normy.

Silne pole elektromagnetyczne, powstają-

ce wokół anteny, wywołuje napięcie w.cz. we
wszystkich przewodnikach prądu znajdują-
cych się w bliskim jej sąsiedztwie. W przy-

padku, kiedy sygnał z anteny dociera do wej-
ściowych elementów nieliniowych (diody,
tranzystory...) - może wywołać demodulację
sygnału, czyli powstanie zakłócenia. Obja-
wia się to tym, że na tle innej emisji występu-
je niepożądana emisja zakłócająca. Z tych też
powodów wszelkie urządzenia odbiorcze:
odbiorniki RTV, magnetowidy... powinny
być wyposażone w ekrany elektromagne-
tyczne (np. z cienkiej blachy połączonej
z masą urządzenia) oraz filtry zapobiegające
wnikaniu zakłócających sygnałów. Nieraz,
aby wyeliminować poziom sygnału w.cz. na
wejściu wzmacniacza m.cz., wystarczy dolu-
tować równolegle do potencjometru siły gło-
su kondensator ceramiczny o pojemności od
kilkuset pF do kilku nF.

Zakłócenia mogą rozchodzić się także po-

przez sieć zasilającą 220V. Z tej też przyczy-
ny warto instalować w układzie zasilacza
dławiki w.cz. lub specjalne filtry przeciwza-
kłóceniowe. Czasami wystarczy kilkakrotne
przeciągnięcie kabla zasilającego przez od-
powiedniej wielkości rdzeń ferrytowy. Jeżeli
żaden z tych sposobów nie da zadowalają-
cych efektów, to należy obniżyć moc wyj-
ściową nadajnika do wartości, przy której za-
kłócenia ustąpią, lub nadawać wtedy, kiedy
nasi sąsiedzi np. śpią.

Przyczyną zakłóceń sygnałów telewizyj-

nych mogą być sygnały harmoniczne emito-
wane przez nadajnik. W przypadku CB dru-
ga harmoniczna sygnału 27MHz może za-
kłócać odbiór telewizyjny w pierwszym ka-
nale (54MHz). Co prawda kanały 1 do 4 są
już sukcesywnie wycofywa-
ne z eksploatacji, ale są je-
szcze rejony kraju, gdzie
nadal program telewizyjny
jest retransmitowany na
tych właśnie kanałach. Ko-
lejne harmoniczne: trzecia
(81MHz; pasuje akurat
w zakresie UKF), siódma
(189MHz), ósma (216MHz)
mogą powodować zakłóce-
nia w trzecim, siódmym
i ósmym kanale TV. Naj-

większe niebezpieczeństwo występuje na
tych obszarach kraju, gdzie natężenie sygna-
łu telewizyjnego jest niewielkie (na skraju
zasięgu), a przy tym są stosowane indywidu-
alne, prowizoryczne anteny.

Jednym ze sposobów eliminowania za-

kłóceń pochodzących od radiotelefonów
(transceiverów) jest stłumienie sygnału har-
monicznego przez zastosowanie dodatkowe-
go filtru dolnoprzepustowego, podłączonego
do wyjścia antenowego. Filtr taki, dołączony
do wyjścia radiotelefonu, powinien przepu-
szczać sygnał podstawowy bez ograniczeń
i skutecznie tłumić wszystkie sygnały powy-
żej jego częstotliwości.

Nie wszystkie zakłócenia są oczywiście

spowodowane harmonicznymi. W każdym
razie, aby skutecznie eliminować zakłócenia,
należy znać ich przyczynę - źródło.

Lokalizacja przyczyny zakłóceń jest nie-

raz bardzo trudna, o czym świadczą listy
nadsyłane także do redakcji.

Celem niniejszego artykułu jest pomoc

w konstrukcji prostych filtrów, które mogą
okazać się skuteczne przy eliminacji sygna-
łów zakłócających (harmonicznych). W za-
sadzie każdy czynny radioamator (krótkofa-
lowiec, CB-sta, nasłuchowiec) może taki filtr
bez obawy włączyć w kabel antenowy bez
ingerencji do środka urządzenia nadawczo
odbiorczego. Dzięki temu może uzyskać
znacznie czystszy sygnał wyjściowy nadajni-
ka, a także odbiornika.

FF

FF

ii

ii

ll

ll

tt

tt

rr

rr

yy

yy

pp

pp

rr

rr

zz

zz

ee

ee

cc

cc

ii

ii

w

w

w

w

zz

zz

aa

aa

kk

kk

łł

łł

óó

óó

cc

cc

ee

ee

nn

nn

ii

ii

oo

oo

w

w

w

w

ee

ee

w

w

w

w

..

..

cc

cc

zz

zz

..

..

Rys. 1 i 2

W praktyce najczęściej stosuje się filtry

dolnoprzepustowe w postaci układów typu
podwójne PI, zaś jako filtry górnoprzepusto-
we - układy podwójne T (rysunki 1 i 2).

W filtrach dolnoprzepustowych do cewek

występujących w obwodach PI dołącza się do-
datkowe kondensatory, które - stanowiąc obwód
rezonansowy - mają na celu poprawienie zbo-
czy filtru (rysunek 3). W konsekwencji uzysku-
je się filtr o znacznie korzystniejszej charaktery-
styce (większe tłumienie pozapasmowe).

Filtry dolnoprzepustowe (FGP) są stoso-

wane najczęściej na wyjściach nadajników,
zaś górnoprzepustowe (FGP) w odbiornikach
od strony anteny. Za filtrem dolnoprzepusto-
wym zaleca się włączenie filtru dolnoprzepu-
stowego (od strony wejścia odbiornika).

W celu obliczenia poszczególnych ele-

mentów filtrów (wartości LC) stosuje się
dość skomplikowane wzory, a obecnie coraz
częściej programy komputerowe.

Warto także zapoznać Czytelników EdW

z bardzo prostym sposobem wyliczeń, które
znacznie ułatwiają eksperymentowanie na
poszczególnych częstotliwościach z zakresu
fal krótkich (1-30MHz). Oczywiście wyli-
czone wartości LC są tutaj słuszne dla znor-
malizowanych wartości linii przesyłowych
(kabli koncentrycznych) 50

Ω.

Na poszczególnych rysunkach podane są

wartości LC odpowiadające częstotliwości
granicznej 1MHz.

Potrzebne wartości oblicza się, dzieląc

elementy filtru LC przez żądane częstotliwo-
ści robocze w [MHz]: C=Cn:f, L=Ln:f

Jako f [MHz] przyjmuje się częstotliwość

graniczną filtru (maksymalną dla FDP i mini-
malną dla FGP), która powinna znajdować
się co najmniej 10% powyżej lub poniżej

skrajnej częstotliwości roboczej.

Wartości LC dla 5-elementowego filtru

dolnoprzepustowego (FDP 5) zgodnie z ry-
sunkiem 1 (R=50

Ω, SWR<1,5, K2f<35dB,

K3f<54dB)
L1, L2: 10,91

µH

C1, C3: 3,65nF
C2: 6,288nF

Wartości LC dla 5-elementowego filtru

górnoprzepustowego (FGP 5) zgodnie z ry-
sunkiem 2 (R=50

Ω, SWR<1,5)

L1, L2: 5,803

µH

C1, C3: 2,775nF
C2: 1,611nF

Wartości LC dla 7-elementowego filtru

dolnoprzepustowego (FDP 7) zgodnie z ry-
sunkiem 3 (R=50

Ω, SWR<1,5, K2f<50dB,

K3f<70dB)
L1: 9,36

µH

L2: 7,8

µH

C1: 3,676nF
C2: 356pF
C3: 5,596nF
C4: 992pF
C5: 3,160nF

Na rysunku 4 pokazano przykła-

dowy kompletny filtr wejściowy
odbiornika na popularne pasmo 80m,
złożony z członów FDP i FGP
(fmin=2MHz, fmax=4MHz).

Filtry mogą być zmontowane z za-

stosowaniem kawałków laminatu
dwustronnego, gdzie jedna strona sta-
nowi ekran, zaś druga powinna mieć
pola lutownicze uzyskane metodą tra-
wienia albo nacięcia brzeszczotem do
metalu lub po prostu wyskrobania
wkrętakiem.

Przy konstrukcji filtrów trzeba pa-

miętać o zastosowa-
niu w nim odpowie-
dnich kondensato-
rów. Dla mocy do
10W

wystarczą

kondensatory na na-
pięcie 100V, ale już

przy większych mo-
cach powinny być
stosowane konden-
satory na napięcie
250V i większe.

Jako cewki dla obwodów

wejściowych odbiornika mo-
gą być zastosowane dobrane
gotowe dławiki w.cz., zaś do
FDP nadajnika powinny być
lepszej jakości (grubszym

drutem np. CuAg 1), powietrzne lub na ferry-
towych rdzeniach toroidalnych. Liczba zwo-
jów cewek na rdzeniach ferrytowych zależy
głównie od liczby AL, o czym już pisaliśmy.
Potrzebną liczbę zwojów cewek powietrznych
jednowarstwowych (bez rdzeni) można z wy-
starczającą dokładnością oszacować z nomo-
gramu podanego na rysunku 5. Oczywiście
dokładną liczbę zwojów cewek, niezależnie:
powietrznych czy toroidalnych, można dobrać
za pomocą mierników indukcyjności (multi-
metrów, mostków LC). Warto przy tym pamię-
tać, że ściskanie zwojów czy powiększanie ich
liczby powoduje wzrost indukcyjności, zaś
rozciąganie czy odwijanie zwojów - zmniej-
szenie indukcyjności.

Po usztywnieniu cewek, np. klejem glute-

nowym, filtry powinny być zamknięte w me-
talowych ekranach zaopatrzonych w typowe
gniazda UC1 czy BNC.

Andrzej Janeczek

27

Elektronika dla Wszystkich

Podstawy

Rys. 3

Rys. 4

Rys. 5

28

Podstawy

Elektronika dla Wszystkich

Dobroć

Rzeczywista cewka to nie tylko „czysta” in-
dukcyjność. Uproszczony schemat zastępczy
rzeczywistej cewki pokazany jest na rysun-
ku 4. Na szeregową rezystancję zastępczą
składa się rezystancja uzwojenia oraz wszel-
kie straty w rdzeniu. Cewka jest tym lepsza,
im mniejsza jest jej rezystancja zastępcza.
Dobroć to stosunek reaktancji indukcyjnej do
rezystancji szeregowej
Q =

ωL/R = 2πfL/R

Zamiast dobroci, do analizy często wyko-

rzystuje się pokrewny parametr: tg

δ (tangens

delta)
tg

δ = R/ωL = 1/Q

Zwróć uwagę, że dobroć cewki nie jest

stała – zależy od częstotliwości. Ze wzrostem
częstotliwości dobroć wzrasta, bo wzrasta re-
aktancja (2

πfL). Niestety, powyżej pewnej

częstotliwości dobroć zaczyna się zmniej-
szać. Powodem są wspomniane wcześniej
straty w rdzeniu (patrz rysunek 2) oraz zjawi-
sko naskórkowości zmniejszające czynny
przekrój przewodu. Trzeba więc wybrać
rdzeń z odpowiedniego materiału i ewentual-

nie zastosować licę zamiast drutu. Zjawisko
naskórkowości polega na tym, że prądy o du-
żych częstotliwościach płyną tylko w po-
wierzchniowej warstwie drutu, a nie przeni-
kają do jego wnętrza – prądy są niejako wy-
pychane w kierunku powierzchni drutu.
Zmniejsza się czynny przekrój drutu i jego
wypadkowa rezystancja (!) wzrasta ze wzro-
stem częstotliwości. Dlatego zwykły drut
stosuje się w zakresie częstotliwości do
20...50kHz. Gdy częstotliwość wynosi dzie-
siątki i setki kiloherców, a cewka ma mieć
jak największą dobroć, wykorzystuje się li-
cę, czyli przewód zawierający od kilku do
kilkudziesięciu oddzielnych, wzajemnie
izolowanych, cieniutkich żyłek o średnicy
0,03...0,07mm.

Przy częstotliwościach powyżej kilku

MHz znów wykorzystuje się drut, często sre-
brzony, ale to inna historia, bo wtedy stosuje
się inne rdzenie oraz cewki bez rdzenia.

W katalogach podaje się różne informa-

cje na temat dobroci. Rysunek 5 pochodzą-
cy z katalogu POLFER-u pokazuje konkret-
ne przykłady dotyczące rdzenia kubkowego
M-22/13 z materiału F-2002 o AL=250nH.

Natomiast rysunek 6, wzorowany na cha-
rakterystyce z katalogu firmy Philips, to tzw.
krzywe ISO (ISO-curves), dotyczące rdzenia
prostokątnego RM8 z materiału 3H1 (F-2001)
o AL=250 i uzwojenia wykonanego zwykłym
drutem. Rysunek 6 pozwala w przybliżeniu
oszacować możliwą do uzyskania dobroć
przy danej częstotliwości i indukcyjności.

Z kolei rysunki 7 i 8 pokazują przykłado-

we wartości dobroci, uzyskane w cewkach na
rdzeniach kubkowych Philipsa: małym P11/7
i większym P36/22. Zwróć uwagę, jakie naj-
większe wartości dobroci i przy jakich czę-
stotliwościach można uzyskać na rdzeniach
o różnych wartościach AL.

Informacje dotyczące dobroci podawane

są przez poszczególnych producentów
rdzeni w jeszcze inny sposób i z uwagi na
liczne możliwości i wymagania, prawie
nigdy nie można z nich obliczyć precyzyj-
nej wartości dobroci konkretnej cewki. Dla-
tego właśnie profesjonalni konstruktorzy
przed wprowadzeniem cewki do produkcji
wykonują i testują serie próbne wykonane na
różnych rdzeniach różnym drutem.

Rys. 7

Rys. 8

Rys. 4

Rys. 5

R

R

d

d

z

z

e

e

n

n

i

i

e

e

f

f

e

e

r

r

r

r

y

y

t

t

o

o

w

w

e

e

w

w

p

p

r

r

a

a

k

k

t

t

y

y

c

c

e

e

część 2

Rys. 6

W każdym razie podstawowa zależność

jest oczywista – zarówno mały, jak i duży
rdzeń o danej wartości AL wymagają takiej
samej liczby zwojów. Jeśli ta sama liczba
zwojów musi zmieścić się na malutkim kar-
kasie, drut nawojowy musi być cienki.
Oznacza to, że cewka na małym rdzeniu bę-
dzie mieć większą rezystancję drutu niż
cewka na rdzeniu dużym, a to oznacza też
różnicę dobroci. Podobnie jest dla cewek na
rdzeniach o jednakowej wielkości, o różnej
wartości AL. W tym wypadku cewka o dużej
wartości AL będzie zawierać mniej zwojów
grubszego drutu, czyli będzie mieć większą
dobroć.

Wcześniej ustaliliśmy, że cewka o szer-

szej szczelinie jest „lepsza”, bo pozwala na
pracę przy większych wartościach prądu. Te-
raz okazuje się, że szersza szczelina powodu-
je pogorszenie dobroci, a w wielu zastosowa-
niach właśnie dobroć jest kluczowym para-
metrem. Nie ma więc stałej reguły doboru
materiału, wielkości rdzenia i wartości AL.

Stabilność

Omówiliśmy tylko dwa zagadnienia: zdol-
ność pracy przy dużych prądach oraz dobroć,
związaną ze stratami w uzwojeniu i rdzeniu.
Tymczasem od materiału i od szerokości
szczeliny zależą też inne właściwości, w tym
stabilność parametrów cewki.

Rysunek 9 pochodzący z katalogu firmy

Siemens pokazuje zależność przenikalności
początkowej materiału N22 (odpowiednik
F-2001) od temperatury. Zmiany przenikal-
ności sa bardzo duże. Na szczęście jest to
charakterystyka przenikalności początkowej
materiału, a nie zależność cieplna AL dla
rzeczywistych rdzeni. W każdym razie rdze-
ni bez szczeliny, które mają dużą wartość
przenikalności i tym samym współczynnika
AL, nie stosuje się do cewek, których kry-
tycznym parametrem jest stabilność cieplna.
Do tego należy stosować rdzenie ze szczeli-
ną. Tabela 3, pochodząca z katalogu firmy
TDK, pokazuje m.in. wartość współczynnika
termicznego dla rdzeni RM6. Materiały H6F,
H6A, H5A mają właściwości zbliżone do
krajowych odpowiednio F-1001, F-2001,
F3001. Czerwona ramka pokazuje wartości
współczynnika cieplnego w ppm/

o

C. Okazu-

je się, że stabilność cieplna rdzeni ze szczeli-
ną z odpowiednich materiałów jest dobra –
współczynnik cieplny jest dodatni, a wartości
wynoszą kilkadziesiąt do kilkuset ppm/

o

C.

Dla przypomnienia 100ppm to 0,01%. Cew-
ka z rdzeniem o współczynniku 200ppm/

o

C

(=0,02%/K) przy zmianach temperatury od
+15

o

C do +35

o

C zwiększy indukcyjność

o 0,4%. W obwodach rezonansowych cewki
z reguły współpracują z kondensatorami sty-
rofleksowymi, które mają ujemny współ-
czynnik cieplny (około –110ppm/

o

C), co do-

datkowo kompensuje obwód i zwiększa sta-
bilność cieplną.

Materiały magnetyczne podlegają zjawi-

sku starzenia. Na szczęście wynikające stąd
zmiany przenikalności wartości AL i w su-
mie indukcyjności są niewielkie. Jest to li-
niowa zależność od logarytmu upływającego
czasu. Znaczy to, że zmiany są największe
tuż po wyprodukowaniu i maleją z upływem
czasu. W katalogach podaje się wartość
współczynnika starzenia (DF - disaccomo-
dation factor) dla poszczególnych materia-
łów. Wzór na zmianę indukcyjności:

∆L/L = DF*µ

e

*log(t

2

/t

1

)

gdzie DF to odczytany z katalogu współ-
czynnik, wynoszący zwykle 1...5*10

-6

, µ

e

to

przenikalność efektywna, ściśle i wprost pro-
porcjonalnie związana z wartością AL, nato-
miast log(t

2

/t

1

) to logarytm ze stosunku koń-

ca i początku czasu rozważanego odcinka
czasu, w odniesieniu do chwili wyproduko-
wania rdzenia.

Przykładowo dla rdzeni Philipsa RM8

z materiału 3H1 (odpowiednik F-2001)
o AL=40 µ

e

wynosi 22, dla AL=1000 µ

e

wy-

nosi około 540, a DF około 2*10

-6

. Jeśli inte-

resuje nas zmiana indukcyjności w odcinku
czasu rozpoczynającym się miesiąc, a koń-
czącym się pięć lat (60 miesięcy) po wypro-
dukowaniu rdzenia, policzymy
dla AL=40: L/L = 2*10

-6

*22*log(60/1) =

0,0078%
dla AL=1000: L/L = 2*10

-6

*540*log(60/1) =

0,19%
Jeśli użyjemy rdzenia, który leżał pół roku
przed wmontowaniem w układ, otrzymamy
dla AL=40: L/L = 2*10

-6

*22*log(5) = 0,0031%

dla AL=1000: L/L = 2*10

-6

*540*log(5) =

0,075%

Co prawda zmiany nie są duże, niemniej

warto zapamiętać dwa wnioski: po pierwsze,
tam, gdzie wymagana jest duża stabilność pa-
rametrów, trzeba stosować rdzenie ze szczeliną
o jak najmniejszej wartości AL (ale to jedno-
cześnie zmniejsza dobroć), po drugie, w miarę
możliwości nie należy stosować rdzeni
„wprost spod igły”, tylko je przez pewien czas
leżakować. Optymalne parametry zwykle uzy-
skuje się przy wartościach AL rzędu 250...400.

Jeśli chodzi o cewki do zastosowań precy-

zyjnych, należy też zwrócić uwagę na
odchyłki parametrów wynikające z rozrzutu
technologicznego podczas składania i kleje-
nia połówek rdzenia. Nawet drobne paprochy

29

Podstawy

Elektronika dla Wszystkich

Rys. 9

Tabela 3

i zanieczyszczenia znacznie zmienią przeni-
kalność rdzenia bez szczeliny i z małą szcze-
liną, dając rozrzut indukcyjności wewnątrz
partii cewek. Także i tu dla uzyskania du-
żej stabilności warto stosować cewki
o mniejszej wartości AL (większa szcze-
lina). Zazwyczaj gotowe cewki są impre-
gnowane. W procesie produkcji stosuje
się też dodatkowe wygrzewanie goto-
wych cewek, ale to temat zdecydowanie
wykraczający poza ramy artykułu.

W precyzyjnych zastosowaniach,

gdzie wymagana jest dokładna wartość

indukcyjności, stosuje się rdzenie z otworem w
środkowej kolumnie. W otworze tym umieszc-
zone są elementy dostrojcze: tulejka z gwintem

wklejona w dolną połówkę rdzenia oraz mały
walcowy rdzeń ferrytowy z otworem z gwin-
tem z tworzywa sztucznego. Fotografia 4

pokazuje kilka rdzeni z elementami dostro-
jczymi. Pozwalają one regulować induk-
cyjność cewki w zakresie co najmniej ±5%.
Stosowanie takich elementów ma sens jedy-
nie w rdzeniach ze szczeliną, więc nie ma
rdzeni bez szczeliny z otworem dla elemen-
tów dostrojczych.

Piotr Górecki

Ciąg dalszy w następnym numerze EdW.

30

Podstawy

Elektronika dla Wszystkich

F

F

o

o

t

t

.

.

4

4

Ciąg dalszy ze strony 21..

Czas impulsu zwiększa się liniowo o 0,1s w każdym okresie, od

0,5s do T-0,5s, a po osiągnięciu T-0,5s zmniejsza się skokowo do
0,5s itd. Mamy więc przebieg o stałej częstotliwości i piłokształtnie!
zmieniającym się współczynniku wypełnienia. W dalszym ciągu sy-
gnałem z nóżki 15. możemy zatrzymywać generator, co jest dozwo-
lone jedynie w przerwach między impulsami. Dość wyrafinowane
urządzenie, a jakież proste... Dobrze, że do tego celu nie trzeba bu-
dować komputera.

I jeszcze jedna możliwość

Czas trwania impulsu (przy stałej częstotliwości) a zatem i współ-
czynnik wypełnienia może zmieniać się również w sposób losowy.
Bywa to przydatne choćby w przypadku konieczności zasymulowa-
nia naciskania jakiegoś przycisku maszyny przez operatora.

Ten sam program będzie wówczas następujący (pominę teraz pę-

tlę służącą zatrzymywaniu generatora oraz dodatkowe impulsy, aby
nie zaciemniać sytuacji):

bas=&H378:input„podaj okres”;T

do

a=.5+rnd*(T-1)

out bas,1:delay a:out bas,0

delay (T-a)

loop

Przy założeniu, że wpiszemy T=10s, współczynnik wypełnienia prze-

biegu będzie zmieniać się teraz między 0,5/10 a 9,5/10, czyli 5% - 95%
- w sposób losowy; zapewnia to zmienna rnd.

Wartość rnd generowana jest przez komputer i zmienia się w gra-

nicach 0 - 1, a zatem w trzeciej linii programu trzeba odpowiednio
„uformować” wzór na a, żeby uzyskać zmiany tej wartości w odpo-
wiednim zakresie.

Po tych kilku przykładach nie muszę chyba wspominać, że moż-

liwości takiego wykorzystywania komputera są właściwie ograni-
czone jedynie ludzką fantazją.

Marek Klimczak

[e-mail]

31

Elektronika dla Wszystkich

Rozwiązanie zadania powinno zawierać schemat elektryczny i zwięzły opis działania.
Model i schematy montażowe nie są wymagane, ale przysłanie działającego modelu
lub jego fotografii zwiększa szansę na nagrodę.
Ponieważ rozwiązania nadsyłają Czytelnicy o różnym stopniu zaawansowania, mile widziane
jest podanie swego wieku.
Ewentualne listy do redakcji czy spostrzeżenia do erraty powinny być umieszczone na oddziel-
nych kartkach, również opatrzonych nazwiskiem i pełnym adresem. Prace należy nadsyłać
w terminie 45 dni od ukazania się numeru EdW (w przypadku prenumeratorów – od otrzymania
pisma pocztą).

S

S

z

z

k

k

o

o

ł

ł

a

a

K

K

o

o

n

n

s

s

t

t

r

r

u

u

k

k

t

t

o

o

r

r

ó

ó

w

w

Pomysł zadania 84 związany jest z rubryką
Co tu nie gra? Nadesłane rozwiązania zada-
nia 80 przekonały mnie, że warto postawić
jako kolejny temat zadania propozycję, którą
już dawno temu nadesłał dobrze znany ucze-
stnik Szkoły Krzysztof Kraska z Przemyśla.
Krzysztof chciałby rozwiązać problem oglą-
dania telewizji bez przeszkadzania innym.
Chodzi tylko o fonię. Oczywiście zastosowa-
nie słuchawek z długim kablem skutecznie
rozwiązuje problem. Jednak jest to rozwiąza-
nie mało eleganckie i na pewno mało nowo-
czesne. Krzysztof, który uważał, że niektóre
zadania w Szkole są mało ambitne, proponu-
je, by uczestnicy zmierzyli się z interesują-
cym i trudniejszym tematem.

Oto oficjalny temat zadania:

Zaprojektować system bezprzewo-
dowej transmisji fonii.

Zasięg systemu powinien wynosić mini-

mum 5 metrów. Można zastosować różne
sposoby transmisji. Oczywiście w pierw-
szym rzędzie trzeba wziąć pod uwagę łącze
podczerwieni. Osoby choć trochę zajmujące
się techniką w.cz. mogą rozważyć użycie
mininadajnika o mocy poniżej 20mW, co by-
łoby zgodne z obowiązującymi przepisami.
Kolejna naprawdę godna uwagi możliwość,
to wykorzystanie tzw. pętli indukcyjnej.

Wyobrażam sobie, że nadajnik będzie nie-

wielkim pudełkiem, że będzie zasilany z zasi-
lacza wtyczkowego, a sygnał audio będzie
podany z wyjścia słuchawkowego telewizora.

Odbiornik nie musi być bardzo maleńki. Po-
nieważ głównym celem jest to, żeby nie
przeszkadzać innym, można dopuścić, żeby
odbiornik miał nieco większe rozmiary.
Oczywiście pobór prądu nie może być duży
i baterie lub akumulatorki powinny starczać
co najmniej na kilkadziesiąt godzin pracy.

Oczywiście tor nie musi być stereofonicz-

ny, a jakość dźwięku też nie musi być rewe-
lacyjna. Pasmo przenoszenia 50Hz...8kHz
należy uznać za wystarczające.

Nie uważajcie tego zadania za zbyt trud-

ne. Wcale nie wymaga ono głębokiej wiedzy
na temat systemów radiowych czy podczer-
wonych. Na przykład pomysłodawca tego
zadania zastosował mały fabryczny odbior-
nik radiowy FM ze słuchawkami, a do tego
nadajnik podłączony do gniazdka słuchaw-
kowego telewizora. Jeśli podobnie skorzysta-
cie z gotowych urządzeń lub „żywcem” sko-
piujecie jakiś układ, nie będzie to błędem, ale
napiszcie o tym. Tym razem korzystanie
z częściowych rozwiązań z literatury jest jak
najbardziej na miejscu, bo celem jest stwo-
rzenie systemu: prostego systemu transmisji
fonii.

Jeśli chodzi o wykorzystanie podczerwie-

ni: zastosowanie odbiorników TFMS czy
SFH tym razem nie wchodzi w grę, bo nie są
one przeznaczone do torów z sygnałem ana-
logowym. Może ktoś chciałby zbudować po-
rządny tor podczerwony z wykorzystaniem
w nadajniku i odbiorniku popularnych kostek
CMOS 4046 w roli modulatora FM (VCO)
i demodulatora (detektor fazy)? Zwróćcie
uwagę na rozwiązanie zadania 80 w rubryce
Co tu nie gra?

Jeśli chodzi o pętlę indukcyjną, to trzeba

opasać np. pokój pętlą z drutu. Najlepiej, gdy-
by pętla zawierała kilka zwojów drutu. Chodzi
o dużą cewkę o jednym lub kilku zwojach. Ta-
ką cewkę trzeba podłączyć wprost do wyjścia
typowego wzmacniacza audio, dodając szere-
gowy rezystor, żeby nie przeciążyć wzmacnia-
cza. Cewka jest po prostu podłączona zamiast
głośnika i prądy m.cz. przepływające przez
nią wytwarzają pole magnetyczne, które jest
odbierane przez inną, małą cewkę.

Pętlę można umieścić i ukryć pod listwą

przypodłogową. Do jej wykonania można
wykorzystać zwykły drut, np. nawojowy al-
bo też wielożyłowy przewód telefoniczny,
byle nieekranowany. Cewka odbiorcza, nie-
mal dowolna, też nieekranowana, można
wykorzystać cewkę na rdzeniu ferrytowym
lub nawet cewkę bez rdzenia.

Choć dziś pętla prądowa jest niemal zapo-

mniana, przez lata była z powodzeniem wy-
korzystywana i to nawet do celów profesjo-
nalnych. Do dziś aparaty słuchowe są przy-
stosowane do korzystania z takiej pętli.

Jak wiadomo, tylko na papierze układy dzia-

łają bez zarzutu. W praktyce bywa gorzej. Nie-
mniej zachęcam do wszelkich eksperymentów.
Bardzo proszę też o sprawozdania z nieudanych
prób. Także za opisy takich zupełnie nieuda-
nych prób można otrzymać nagrody i punkty,
dlatego wbrew pozorom zadanie wcale nie jest
zbyt trudne. Jak zwykle, dobre idee i pomysły
teoretyczne też mają duże szanse na nagrody.

Serdecznie więc zachęcam do udziału

i w tym zadaniu. Czekam też na propozycje
kolejnych tematów. Pomysłodawcy wykorzy-
stanych zadań otrzymują nagrody rzeczowe.

Zadanie nr 84

32

Szkoła Konstruktorów

Elektronika dla Wszystkich

Temat zadania 80 brzmiał: zaproponować
nietypowy sposób wykorzystania licznika ro-
werowego. Stawiając to zadanie, napisałem:
mam nadzieję, że nadeślecie jakieś modele.

Mile mnie zaskoczyliście, nadsyłając aż 9

modeli. Serdecznie gratuluję wszystkim,
którzy podjęli się udziału w tym jakże trud-
nym zadaniu!

Jeśli chodzi o prace teoretyczne, tym razem

było ich mniej niż zwykle i obejmowały pro-
pozycje ogólne lub niedopracowane schematy.
Znaczna część z nich zawierała skądinąd cie-
kawą ideę: żeby licznik rowerowy, który wy-
korzystywany jest stosunkowo rzadko, na co
dzień pełnił rolę domowego termometru. Po-
mysł znakomity, niemniej nadesłane propozy-
cje do praktycznej realizacji się nie nadają.
Szczegóły podane są pod koniec artykułu.

Zaproponowaliście też, żeby licznik rowe-

rowy wykorzystywać jako uniwersalny wska-
źnik, zarówno do zliczania impulsów, jak
i częstotliwości, oraz do różnych innych ce-
lów. Michał Koziak z Sosnowca rozważał
różne możliwości, zaczął już nawet realizo-
wać układ sterujący w technice SMD, ale brak
takowych elementów w najbliższych sklepach
uniemożliwił sfinalizowanie planów. Michał
rozważał dodanie przetwornika U/F, wykorzy-
stanie licznika w roli licznika czasu, prędko-
ściomierza modelarskiego, a także jako uni-
wersalnego wyświetlacza dla mikroprocesora.
Rzeczywiście umiejętne dołączenie do mikro-
procesora mogłoby przekształcić licznik ro-
werowy w nietypowy wyświetlacz. Paweł
Szwed z Grodźca Śl. przysłał dwa schematy.
Jeden to zupełnie nietypowy wskaźnik włą-
czonego biegu w samochodzie. Licznik rowe-
rowy współpracowałby z generatorem VCO
i przełączanym dzielnikiem napięcia z kontak-
tronami. Poszczególne kontaktrony zmienia-
łyby napięcie na wejściu generatora sterowa-
nego napięciem (VCO), a licznik wskazywał-
by liczbę – numer włączonego biegu. Pomysł
oryginalny, a układ można byłoby uprościć,
stosując zamiast VCO zwykły generator, do
którego kontaktrony dołączałyby rezystory
o różnej wartości. Druga propozycja Pawła to
Miernik obciążenia procesora. Byłby to wła-
ściwie termometr, mierzący temperaturę pro-
cesora. Tu w roli generatora VCO miałaby
pracować kostka 4046. Oto fragment opisu:
Zasada pracy tego układu jest prosta: wraz ze
wzrostem temperatury, wzrasta napięcie na
wejściu układu scalonego. Powoduje to zwięk-
szenia częstotliwości generatora i w rezultacie
pokazanie większej wartości na liczniku rowe-
rowym. Kalibracji układu dokonujemy za po-
mocą potencjometru. Układ może okazać się
przydatny przy overclockingu.

Licznik pokazywałby albo wprost tempe-

raturę, albo raczej umowne jednostki związa-
ne z obciążeniem procesora.

Rozwiązania praktyczne

Na fotografii 1 pokazany jest prościutki ter-
mometr, a właściwie przetwornik temperatu-
ra-częstotliwość na bazie układu 4046. Wy-
konał go Andrzej Szymczak ze Środy Wlkp.
Model pokazany na fotografii 2 to również
termometr, autorstwa Michała Stacha z Ka-
mionki Małej. W przypadku pracy licznika
rowerowego w roli termometru występuje
problem z temperaturami ujemnymi. Jedynie
Michał Stach podjął próbę rozwiązania tej
kwestii. Jako jeden z niewielu podkreślił też
niezaprzeczalne zalety licznika rowerowego
w roli termometru, a mianowicie pamięć
wartości maksymalnej i obliczanie wartości
średniej. Choć może układ nie jest dopraco-
wany do końca, rozwiązanie jest na tyle god-
ne uwagi jako przykład i źródło inspiracji, że
kieruję je do Pracowni Konstrukcyjnej
i ewentualnej publikacji. Dzięki zastosowa-
nemu nietypowemu prostownikowi, układ
zapamiętuje najwyższe temperatury dodat-
nie, a także najniższe temperatury ujemne, co
jest dodatkową zaletą.

Fotografia 3 pokazuje model wykonany

przez Jakuba Sobańskiego z Rudki. Oto
fragment listu: (...) natchnieniem do tej kon-
strukcji był mój kolega. W połowie wakacji
w jego komputerku siadła bateria i trzeba ją
było zmienić na nową i przez to skasować
wszystkie dane. Kolega chciał „nabić” stan
licznika kilometrów sprzed zmiany baterii,
więc postanowiłem specjalnie dla niego
skonstruować ten gadżet. Nie chciałbym się
chwalić, ale ja w tym roku przejechałem
1900km, oczywiście bez pomocy „nabijarki
kilometrów”.

Prezentowana „nabijarka kilometrów” to

po prostu generator na kostce 555, gdzie ele-
mentem wykonawczym jest przekaźnik kon-
taktronowy własnej roboty.

Fotografia 4 pokazuje luksomierz – przy-

stawkę do pomiaru natężenia światła, którą wy-
konał Jakub Świegot ze Środy Wlkp. Dzielnik
złożony z fotorezystora dołączony jest do wej-
ścia VCOin kostki 4046, a impulsy wyjściowe
podane są na licznik rowerowy przez transoptor.

Niewątpliwie godna uwagi jest przystaw-

ka, którą nadesłał Mariusz Chilmon z Augu-
stowa. Model pokazany jest na fotografii 5,
a schemat na rysunku 1. Wydawałoby się,
że stosowanie takiego wynalazku jest zupeł-
nie niepotrzebne, bo zliczane impulsy można
podać wprost na wejście licznika rowerowe-
go. Tymczasem Mariusz zwrócił uwagę na
istotną zależność praktyczną: licznik rowero-
wy pokazuje przebytą drogę z dokładnością

Rys. 1

Fot. 1 Model Andrzeja Szymczaka

Fot. 2 Prototyp Michała Stacha

Fot. 3 Układ Jakuba Sobańskiego

Fot. 4 Luksomierz Jakuba Świegota

Fot. 5 Model Mariusza Chilmona

Rozwiązanie zadania nr 80

33

Szkoła Konstruktorów

Elektronika dla Wszystkich

do kilometra albo do stu metrów. Tymczasem
obwód koła ma około 2m. Oznacza to, że do
zmiany wskazania licznika kilometrów o je-
den potrzebnych jest wiele impulsów. Tym-
czasem w różnych nietypowych zastosowa-
niach potrzeba byłoby, żeby każdy impuls
wejściowy zwiększał stan licznika o jeden.
I proponowany schemat pokazuje sposób re-
alizacji takiego zadania. Każdy impuls wej-
ściowy zeruje licznik 4060 i rozpoczyna no-
wy cykl pracy. Licznik zliczy wiele impul-
sów własnego oscylatora aż do chwili, gdy
stan wysoki podany przez diodę D1 zabloku-
je oscylator. Gratuluję Mariuszowi pomysłu
i przydzielam 7 punktów i nagrodę!

Interesującą pracę z opisem eksperymen-

tów i osiągnięć nadesłał też Dariusz Dreli-
charz z Przemyśla. Fotografia 6 pokazuje
licznik zamontowany na płytce, na której
znajdują się też elementy prościutkiego inter-
fejsu wejściowego z jednym tranzystorem.
Dariusz jako jeden z nielicznych sprawdził, że
w przypadku wielu liczników trzeba uwzglę-
dniać biegunowość ich obwodów wejścio-
wych. Ostatecznie zaproponował dwa sposo-
by wykorzystania licznika: w roli częstościo-
mierza oraz wiatromierza. Jak sam sprawdził,
częstościomierz nie jest rewelacją ze względu
na małą dokładność i ograniczony zakres
wskazań, nawet z dodatkowymi dzielnikami
wstępnymi. Natomiast wiatromierz bardzo mi
się podobał. Fotografia 7 pokazuje przetwor-
nik prędkość wiatru-częstotliwość. Niewątpli-
we właśnie licznik rowerowy znakomicie
nadaje się do systemu pomiaru prędkości wia-
tru, zarówno stacjonarnego domowego, jak
i przenośnego. Dodatkową zaletą jest pamięć
wartości maksymalnej i średniej. Projekt zain-
teresuje wielu z Was, dlatego kieruję go
wprost do publikacji w dziale Forum Czytelni-
ków, a Autorowi przydzielam nagrodę i 7
punktów.

Fotografia 8 pokazuje model woltomie-

rza-przystawki, autorstwa Jarosława Tarna-
wy z Godziszki. Przetwornikiem napięcie-
częstotliwość jest tu generator VCO z kostki
4046. Jarek podał kilka schematów, w tym
schemat amperomierza (Tarnawa.gif).

Fotografia 9 pokazuje model, a rysunek 2

- schemat ideowy amperomierza autorstwa
stałego uczestnika Szkoły, Marcina Wiązani
z Buska Zdroju. Marcin jako jedyny zmierzył

się też z problemem pomiaru pojemności
akumulatorów. Wykonał przystawkę – mier-
nik władowanych amperogodzin i pojemno-
ści akumulatorów. Schemat układu pokazany
jest na rysunku 3, a model z licznikiem na
fotografii 10. Niewiele brakowało, a skiero-
wałbym układ do Pracowni i do publikacji.
Okazuje się jednak, że jest to w istocie mier-

nik czasu wyskalowany tak, żeby pokazywał
pojemność. Warunkiem poprawnej pracy jest
więc utrzymanie określonej, stałej wartości
prądu rozładowania, co w proponowanym
układzie jest spełnione dzięki wykorzystaniu
rozwiązania z Miernika pojemności akumula-
torów z EdW 12/97. Warunek stałości prądu
nie jest natomiast spełniony w wielu ładowar-
kach NiCd i NiMH i wtedy prezentowany
układ nie spełni swej roli. Na pewno nie nada-
je się on też do kontroli ładowania akumula-
torów kwasowych gdzie z reguły prąd zmie-
nia się w szerokich granicach. Niemniej taka
prosta idea może zaciekawić Czytelników.
Osoby zainteresowane dalszymi szczegółami
mogą zwrócić się do Marcina bezpośrednio
([e-mail] [e-mail]).

Jak wspomniałem przed czterema miesią-

cami, w brytyjskim czasopiśmie Electronic
World w numerze 9/2000 (str. 734), w dziale
Circuit Ideas przedstawiono nadesłany przez
Czytelnika z Grecji pomysł wykorzystania

Fot. 6 Interfejs Dariusza Drelicharza

Rys. 2

Rys. 3

Fot. 9 Amperomierz Marcina Wiązani

Fot. 7 Wiatromierz Dariusza Drelicharza

Fot. 8 Woltomierz Jarosława Tarnawy

34

Szkoła Konstruktorów

Elektronika dla Wszystkich

licznika rowerowego w roli miernika prądu
(amperów) i miernika pojemności akumula-
torów - licznika amperogodzin. Pomiar prądu
polega na pomiarze spadku napięcia na rezy-
stancji, wzmocnieniu tego napięcia, przetwo-
rzeniu go na częstotliwość w przetworniku
U/f (VCO), zliczeniu i zobrazowaniu właśnie
na typowym liczniku rowerowym. Oryginal-
ny schemat z nietypowym przetwornikiem
prąd-częstotliwość pokazany jest na rysunku 4.
W liczniku funkcja prędkościomierza umoż-
liwia kontrolę prądu, a funkcja licznika kilo-
metrów wykorzystana jest do pomiaru liczby
władowanych amperogodzin. Tylko w takim
układzie, gdzie występuje przetwornik prąd-
częstotliwość, możliwe jest dokładne zmie-
rzenie doprowadzonego ładunku, niezależnie
od zmian prądu ładowania w czasie. Intere-
sujące byłoby tu wykorzystanie pomysłu
nietypowego „prostownika” Michała Stacha,
żeby wykorzystać ten sam układ zarówno
podczas ładowania, jak i kontrolnego rozła-
dowania.

Podsumowanie

Jestem bardzo zadowolony z nadesłanych
rozwiązań tego dość trudnego i nietypowego
zadania. Prac w sumie było wprawdzie
mniej, ale kilka rozwiązań naprawdę god-
nych jest szczególnej uwagi. Widzę dalszy
postęp w pracach uczestników Szkoły. Wzra-
sta estetyka i staranność nadsyłanych modeli.
Nie tylko młodzi uczestnicy Szkoły mogą
brać wzór ze swoich starszych Kolegów. Na
fotografiach 11 i 12 można zobaczyć frag-
menty płytek drukowanych wykonanych
w warunkach domowych przez Michała Sta-

cha i Marcina Wiązanię. Zwróćcie uwagę na
wygląd ścieżek i połączeń.

Chciałbym też zwrócić uwagę na kilka in-

nych zagadnień. Otóż na przykład większość
propozycji pomiaru temperatury zawierała
termistor NTC włączony według rysunku 5a.
Dwie osoby chciały włączyć termistor PTC
według rysunku 5b, argumentując, że PTC
ma większą czułość. Rzeczywiście, zmiany
rezystancji są większe, ale oba typy NTC
i PTC to elementy silnie nieliniowe, zwła-
szcza PTC. Takie rozwiązanie jest do przyję-
cia w przypadku regulatora temperatury,
gdzie istotny jest próg przełączania. Nato-
miast przy wykorzystaniu takiego rozwiąza-
nia do pomiaru trzeba wziąć pod uwagę nieli-
niowość czujnika. Tylko gdyby pracował on
w wąskim zakresie temperatur, można uznać,
że napięcie będzie liniową funkcją temperatu-
ry. W takich termometrach o szerokim zakre-

sie pomiarowym miałby pracować zwykły, li-
niowy przetwornik VCO, więc wskazanie
licznika rowerowego nie będzie odpowiadać
temperaturze. Z powodu silnej nieliniowości
nie można takiego miernika wykalibrować.

To samo dotyczy pomiaru innych wielkości

fizycznych za pomocą nieliniowych czujników
o szerokim zakresie przetwarzania. Zwykle
wtedy dzielnik (według rysunku 5) po prostu
nie nadaje się, a czujnik powinien pracować
w trybie prądowym. Należy zastosować raczej
przetwornik prąd-częstotliwość, który może
pracować w szerokim zakresie prądów.

Następna sprawa to pomiar małych prą-

dów przez pomiar spadku napięcia na małym
rezystorze szeregowym. W niektórych nade-
słanych propozycjach wartość rezystora wy-
nosi 0,1

Ω, mierzony prąd jest znacznie

mniejszy od 1 ampera, a więc spadek napię-

Fot. 11 Fragment płytki

Michała Stacha

Fot. 12 Fragment płytki

Marcina Wiązani

Fot. 10 Miernik Marcina Wiązani

Rys. 4

M

Maarrcciinn W

Wiiąązzaanniiaa Gacki . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .110022

M

Maarriiuusszz CChhiillm

moonn Augustów . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6699

DDaarriiuusszz DDrreelliicchhaarrzz Przemyśl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6600

M

Miicchhaałł SSttaacchh Kamionka Mała . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4433

JJaarroossłłaaww CChhuuddoobbaa Gorzów Wlkp. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4400

M

Maarrcciinn M

Maalliicchh Wodzisław Śl. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3399

KKrrzzyysszzttooff KKrraasskkaa Przemyśl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3377

BBaarrttłłoom

miieejj RRaaddzziikk Ostrowiec Św. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3377

RRoom

maann BBiiaaddaallsskkii Zielona Góra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3333

PPiioottrr W

Wóójjttoowwiicczz Wólka Bodzechowska . . . . . . . . . . . . . . .3333

DDaarriiuusszz KKnnuullll Zabrze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2299

JJaarroossłłaaww TTaarrnnaawwaa Godziszka . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2299

PPiioottrr RRoom

myysszz Koszalin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2277

RRaaffaałł SSttęęppiieeńń Rudy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2266

FFiilliipp RRuuss Zawiercie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2255

PPiioottrr DDeerreesszzoowwsskkii Chrzanów . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2244

SSzzyym

moonn JJaanneekk Lublin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2222

M

Maarriiuusszz CCiioołłeekk Kownaciska . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2200

RRaaddoossłłaaww CCiioosskk Trzebnica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2200

JJaakkuubb KKaallllaass Gdynia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2200

JJaacceekk KKoonniieecczznnyy Poznań . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2200

M

Miicchhaałł KKoozziiaakk Sosnowiec . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2200

M

Miicchhaałł PPaassiieecczznniikk Zawiszów . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1188

RRaaddoossłłaaww KKooppppeell Gliwice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1177

ŁŁuukkaasszz CCyyggaa Chełmek . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1166

AAnnddrrzzeejj SSaaddoowwsskkii Skarżysko-Kam. . . . . . . . . . . . . . . . . . .1166

M

Maacciieejj JJuurrzzaakk Rabka . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1155

RRyysszzaarrdd M

Miilleewwiicczz Wrocław . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1155

EEm

miill UUllaannoowwsskkii Skierniewice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1155

AArrttuurr FFiilliipp Legionowo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1144

RRoobbeerrtt JJaawwoorroowwsskkii Augustów . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1144

AAlleekkssaannddeerr DDrraabb Zdziechowice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1133

JJaakkuubb JJaaggiieełłłłoo Gorzów Wlkp. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1133

DDaawwiidd LLiicchhoossyytt Gorenice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1133

ZZbbiiggnniieeww M

Meeuuss Dąbrowa Szlach. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1122

AArrkkaaddiiuusszz ZZiieelliińńsskkii Częstochowa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1122

W

Woojjcciieecchh M

Maacceekk Nowy Sącz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1111

SSeebbaassttiiaann M

Maannkkiieewwiicczz Poznań . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1111

PPaawweełł SSzzwweedd Grodziec Śl. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1111

PPiioottrr BBeecchhcciicckkii Sochaczew . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1100

M

Maarrcciinn DDyyoonniizziiaakk Brwinów . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1100

TToom

maasszz GGaajjddaa Wrząsawa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1100

BBaarrtteekk SSttrróóżżyyńńsskkii Kęty . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1100

Punktacja
Szkoły Konstruktorów

Rys. 5

35

Szkoła Konstruktorów

Elektronika dla Wszystkich

cia jest rzędu kilkudziesięciu miliwoltów lub
mniej. I takie maleńkie napięcia mają być
wzmocnione za pomocą popularnego wzmac-
niacza LM358 w układzie z rysunku 6. Niby
wszystko jest dobrze, bo układ LM358 może
pracować przy napięciach wejściowych bli-
skich ujemnemu napięciu zasilania, jednak
trzeba wziąć pod uwagę napięcie niezrówno-
ważenia tego wzmacniacza operacyjnego. Je-

śli prądy są małe,
a tym samym mierzo-
ne napięcia są porów-
nywalne z napięciem
niezrównoważenia,
trzeba liczyć się ze
znacznymi błędami.

Na koniec szcze-

rze gratuluję udziału

w tym niełatwym zadaniu. Nagrody otrzymu-
ją: Mariusz Chilmon, Dariusz Drelicharz,
Marcin Wiązania i Michał Stach. Upominki
otrzymują: Jarosław Tarnawa i Jakub So-
bański. Serdecznie zapraszam do udziału
w rozwiązywaniu kolejnych zadań i do nadsy-
łania prac w terminie.

Wasz Instruktor

Piotr Górecki

Rozwiązanie zadania 80

W EdW 10/2002 na stronie 36 zamieszczony
był schemat laserowego toru transmisji
dźwięku. Jest on pokazany na rysunku A.
Według pomysłodawcy sygnał z mikrofonu,
wzmocniony we wzmacniaczu U1, ma mo-
dulować światło diod laserowych D1, D2.
Wykorzystanie w odbiorniku dwóch fotoele-
mentów miałoby poprawić właściwości tego
odbiornika, a mostkowy wzmacniacz pozwa-
lałby uzyskać większe wzmocnienie.

Do układu tego zgłosiliście wiele zastrze-

żeń. Muszę jednak od razu stwierdzić, że nie
wszyscy uczestnicy zauważyli podstawowy
błąd. Wielu uczestników słusznie zwróciło
uwagę na usterki mniej ważne, ale pominęło
błąd, który zupełnie przekreśla przydatność
zaproponowanego schematu.

Zacznijmy jednak od końca, od głośnika.

Oto fragment jednego z listów: (...) Dużym
błędem jest podłączenie głośnika pomiędzy
wyjścia wzmacniaczy - głośniki wysokoomo-
we to dziś rzadkość. Wartości stałych kon-
densatorów C1 i C2 także będą za małe (ma-
ksimum 1

µF), a pojedyncze elektrolity nie bę-

dą mogły znaleźć tu zastosowania, gdyż
zmienia się polaryzacja sygnału.

Rzeczywiście, ze względu na małą wydaj-

ność wyjść wzmacniaczy operacyjnych nie
może to być głośnik, a co najwyżej słuchaw-
ki. We wzmacniaczu mostkowym, gdzie na
obu wyjściach napięcie stałe powinno być
jednakowe, kondensatory nie są potrzebne.
A jeśli już, to przecież wystarczyłby jeden.
Słusznie jednak zauważyliście, że napięcia
stałe na wyjściach wzmacniaczy U3, U4 nie
będą równe. Wejście nieodwracające U3 jest

dołączone do masy, a w punkcie połączenia
fotorezystorów napięcie będzie zbliżone do
połowy dodatniego napięcia zasilania. Nieza-
leżnie o tego, czy U3, U4 miałyby być zasi-
lane napięciem symetrycznym, czy nie, takie
połączenie jest ewidentnie błędne, bo wyj-
ście wzmacniacza U3 byłoby w spoczynku
nasycone. Poza tym wzmacniacz mostkowy
nie jest niezbędny – większość uczestników
jak najbardziej słusznie chce uprościć
wzmacniacz w odbiorniku.

Słusznie zakwestionowaliście też połącze-

nie w szereg dwóch fotoelementów. Jeśli bę-
dą one odbierać ten sam sygnał świetlny i by-
łyby identyczne, zmienny sygnał wyjściowy
będzie równy zeru! Przecież wtedy oba foto-
rezystory zmieniałyby rezystancję w tej samej
proporcji i stosunek rezystancji FR1/FR2 był-
by zawsze równy 1. Dwa fotorezystory mia-
łyby rację bytu, jeśli każdy odbierałby sygnał
tylko z jednej diody laserowej, a światło obu
diod niosłoby informacje, będące w pewnym
sensie „w przeciwnej fazie”. Taka koncepcja
pozwoliłaby nieco zmniejszyć wpływ zewnę-
trznych zakłóceń, bo odbiornik reagowałby
na użyteczny sygnał różnicowy, a nie na za-
kłócające sygnały wspólne. I chyba taka była
słuszna intencja pomysłodawcy. Ale przy
dłuższym łączu skuteczne rozdzielenie
dwóch torów laserowych byłoby dość trudne
do zrealizowania. Ponadto kilka osób zwróci-
ło uwagę, że przy silnym oświetleniu zewnę-
trznym (a tego nie można wykluczyć), przez
oba fotorezystory popłynie duży prąd, który
może nawet je uszkodzić: dwa połączone sze-
regowo fotorezystory mocno obciążą zasila-
nie lub nawet doprowadzą do zwarcia np.

podczas dnia czy też przy oświetleniu ich
mocną latarką. Słusznie!

Wielu uczestników stwierdziło, że fotore-

zystory w roli odbiorników są za wolne. I ge-
neralnie mają rację. W takim systemie nale-
żałoby wykorzystać fotodiody albo ostatecz-
nie fototranzystory.

Więcej zgłoszonych zastrzeżeń dotyczy-

ło nadajnika. Słusznie prawie wszyscy
stwierdzili, że układ polaryzacji mikrofonu
jest poprawny. Podobnie poprawny jest
wzmacniacz z kostką U1. Gorzej z układem
U2. Tu nie wszyscy byli zgodni, jak ma dzia-
łać wzmacniacz operacyjny U2 i tranzystory
T1,T2. Niektórzy przypuszczali, że pracują
one w trybie liniowym i amplituda sygnału au-
dio płynnie moduluje jasność obu diod. I taka
koncepcja od biedy miałaby rację bytu. Nie-
mniej ze schematu wynika niedwuznacznie, iż
U2 pracuje jako komparator. Ma ogromne
wzmocnienie, więc zamienia sygnał audio na
sygnał prostokątny, przy czym próg przełącza-
nia komparatora jest wyznaczony przez poten-
cjometr P. Przytomnie zauważyliście, że przy
takim sposobie pracy (...) nie ma żadnego sta-
nu przejściowego. Taki sygnał będzie albo za-
łączał diodę D1, albo D2 (w oryginale zawsze
któraś świeci z pełną jasnością!). (...) nie wi-
dzę sensu stosowania aż dwóch diod lasero-
wych. W zupełności wystarczy jedna.

Tu ujawnia się podstawowy błąd – rzeczy-

wiście w takim układzie pracy diody włącza-
ne są na przemian i jedna z diod zawsze świe-
ci pełną jasnością. Jeśli jasność diod jest jed-
nakowa, otrzymujemy... stały strumień świa-
tła, nie niosący absolutnie żadnej informacji.

Na marginesie przypominam, że dołącza-

nie bazy tranzystora wprost do wyjścia
wzmacniacza operacyjnego jest co najmniej
ryzykowne ze względu na wyjściowe napię-
cia nasycenia tego wzmacniacza. Przecież
tylko we wzmacniaczach typu rail-to-rail na-
pięcie wyjściowe może być bardzo bliskie na-
pięciom zasilania. W innych wzmacniaczach
napięcie nasycenia może wynosić 1V, a nawet
więcej, a wtedy w układzie z rysunku B tran-
zystory nigdy nie zostaną zatkane – oba będą
stale przewodzić, niezależnie od napięcia na

C

C

o

o

t

t

u

u

n

n

i

i

e

e

g

g

r

r

a

a

?

?

- Szkoła KKonstruktorów klasa III

Rys. 6

A

36

Szkoła Konstruktorów

Elektronika dla Wszystkich

wyjściu wzmacniacza. Należałoby wtedy do-
dać np. dzielniki według rysunku C. Ale
oczywiście takie dzielniki nie poprawią ukła-
du z rysunku A, gdzie mimo wszystko świe-
cące na przemian (jednakowe) diody dadzą
wypadkowy stały strumień światła.

Wielu uczestników dostrzegło ten ewi-

dentny błąd i chciało go poprawić, proponu-
jąc płynną modulację prądu diod. Idea przy-
najmniej teoretycznie jest słuszna, jednak
w takim przypadku trzeba koniecznie wyrzu-
cić komparator i zmodyfikować obwody ste-
rowania diod, czy diody, żeby pracowały
w trybie liniowym. Niestety, część uczestni-
ków zupełnie zapomniała, że diody laserowe
to nie zwykłe diody LED. Przy małych prą-
dach dioda laserowa zachowuje się jak zwy-
kła, kiepska dioda LED, a dopiero przy prą-
dach większych od prądu progowego dioda

zachowuje się jak laser
i wytwarza silną wiązkę
spójnego światła. Krót-
ko mówiąc, dioda lase-
rowa nie może pracować
przy małych prądach
i nie można modulować
jej jasności od zera do
wartości maksymalnej,
tylko od wspomnianej
wartości progowej do
wartości maksymalnej.

Dlatego propozy-
cje z rysunków
D, E są ewident-
nie błędne.
W układzie z ry-
sunku D układ

przypomina pracę w klasie C, gdzie przy nie-
wielkich napięciach wejściowych żadna
z diod nie świeci. Nawet w układzie z rysun-
ku E, zawierającym dodatkowe diody LED
D3, D4, przypominającym wzmacniacz
w klasie B, przy sygnale wejściowym rów-

nym zeru żadna z diod laserowych D1,
D2 nie świeci albo świeci bardzo słabo.
Tu też diody laserowe nie będą po-
prawnie pracować. Nieco lepsze wła-
ściwości miałyby układy z rysunku F,
gdzie w spoczynku diody świeciłyby
z dużą jasnością, a punkt pracy usta-
wiony byłby w połowie liniowego za-

kresu, pomiędzy prądem progowym a prądem
maksymalnym.

Duże plusy może sobie postawić tych kil-

ku Kolegów, którzy o tym pomyśleli!

Ale szczerze mówiąc, sposób z analogo-

wą, liniową modulacją jasności diody lub
diod na pewno nie da dobrych rezultatów.
Przecież odbiornik oprócz sygnału użytecz-
nego odbierze też najróżniejsze „śmieci”, szu-
my niesione przez światło otoczenia. Przecież
w torze pracowałyby moduły laserowe, świe-
cąc na czerwono, a w odbiorniku musiałyby
pracować elementy reagujące na światło o róż-
nych długościach fali. Nawet zastosowanie
czerwonego filtru niewiele tu pomoże. Dlatego
należałoby poszukać lepszego sposobu.

Ja proponuję powrócić do oryginalnego

układu z komparatorem. Na jedno wejście po-
dawany byłby wzmocniony sygnał audio.
Wystarczy na drugie wejście komparatora po-
dać przebieg trójkątny lub piłokształtny
o znacznej częstotliwości, by uzyskać układ
pracujący jak wzmacniacz klasy D. Pokazuje
to rysunek G. Warunkiem prawidłowego
działania jest duża częstotliwość modulująca
z generatora „trójkąta”, która musi być co naj-
mniej dwa razy większa od najwyższej czę-
stotliwości toru audio. W praktyce powinna
być nie dwa, tylko co najmniej pięć razy
większa. Dioda laserowa bez problemu po-
winna pracować przy częstotliwościach rzędu
100kHz czy nawet 500kHz, chyba że zastoso-
wany wskaźnik laserowy ma obwody zmniej-
szające szybkość reakcji diody. W systemie
z rysunku G dioda laserowa jest na przemian
wyłączana i świeci pełną mocą, co jest jak
najbardziej korzystne. W odbiorniku nie jest

potrzebny żaden
dekoder czy de-
modulator – wy-
starczy zastoso-
wać prosty filtr
u ś r e d n i a j ą c y,
wzmocnić sygnał

i podać na głośnik. Taki impulsowy system,
choć też podatny na zewnętrzne zakłócenia,
powinien zapewnić znacznie lepsze parame-
try niż analogowy tor według rysunku F.

Jeszcze lepsze parametry mógłby mieć

układ impulsowy z innym rodzajem modula-
cji. Jeden z uczestników napisał: sygnał z U1
podałbym na jakiś modulator FM o nośnej
minimum 50kHz i wykorzystałbym tylko je-
den promień lasera. Odbiornik jest całkowi-
cie błędny. Zgodnie z moją propozycją zmia-
ny nadajnika, w odbiorniku zastosowałbym
demodulator FM. I niewątpliwie taki układ
rozwiązałby problem szumów i zakłóceń
oraz zwiększyłby zasięg, bo po pierwsze, la-
ser pracowałby dwustanowo: albo byłby wy-
gaszony, albo świeciłby pełną jasnością. Po
drugie, ewentualne szumy powodowałyby
zmiany amplitudy, a nie częstotliwości,
a przecież przy modulacji FM informację nie-
sie nie amplituda, tylko częstotliwość fali no-
śnej. Oczywiście w systemie FM należy wpro-
wadzić preemfazę (w nadajniku) i deemfazę
(w odbiorniku). W roli modulatora FM można
z powodzeniem zastosować generator VCO
z popularnej kostki 4046 i ta sama kostka mo-
głaby pracować jako dekoder – wystarczy wy-
korzystać jeden z detektorów fazy w klasycz-
nym układzie pracy pętli fazowej. Wstępna
propozycja pokazana jest na rysunku H.

Nagrody-upominki za najlepsze odpowie-

dzi otrzymują: Marcin Jaworski - Między-
lesie, Grzegorz Zawada - Gorzów Wlkp.,
Łukasz Salich - Kraków.

Zadanie 84

Na rysunku J pokazany jest układ wskaźni-
ka włączonego biegu. Schemat nadesłany zo-
stał jako rozwiązanie jednego z poprzednich
zadań Szkoły.

Jak zwykle pytanie brzmi:

Co tu nie gra?

Jak zwykle proszę o krótkie odpowiedzi.

Kartki, listy i e-maile oznaczcie dopiskiem
NieGra84 i nadeślijcie w terminie 45 dni od

ukazania się tego nume-
ru EdW. Autorzy naj-
lepszych odpowiedzi
otrzymają upominki.

Piotr Górecki

B

C

D

E

F

G

H

J

37

Elektronika dla Wszystkich

Wykonajmy teraz prosty migacz-impulsator.
Kontrolką będzie kropka na lewym wyświe-
tlaczu, a dodatkowo, dzięki odmiennemu
sposobowi sterowania, do wyjścia Q6 można
podłączyć zewnętrzne obciążenie, jak poka-
zuje rysunek 15. Tym razem na wyjściu
PB.7 na stałe ustawimy stan niski i będziemy
zmieniać stan tranzystora T6 za pomocą wyj-
ścia PD.6. Program pokazany jest na rysun-
ku 16 (C004a.bas), a cykl pracy trwa 2,2s.

Czy przez prostą modyfikację, zgodnie z

ćwiczeniem 1, możemy wykonać impulsator
uruchamiany i zatrzymywany przyciskami
S2, S1? Przemyśl to sam...

W zasadzie tak. Ze startem nie byłoby kło-

potu. Gorzej z zatrzymaniem, bo w czasie od-
liczania czasu przez polecenie WAITMS pro-
cesor jest zajęty tylko odliczaniem czasu i nie
reaguje wtedy na naciśnięcia przycisków.
Aby zatrzymać im-
pulsator, czasem na-
leżałoby trzymać
przycisk nawet 1,1s.
A gdybyś tu miał czas
opóźnienia jeszcze
większy? To jeden z
ważnych powodów,
by nie stosować poleceń z grupy WAIT...,
a czas odmierzać inaczej, nie angażując do te-
go całej mocy procesora.

Jeśli masz membranę piezo (bez generato-

ra), najlepiej od syreny alarmowej, na przy-
kład PCA-100, możesz zrealizować bardzo
głośny sygnalizator.
Układ połączeń po-
kazany jest na rysun-
ku 17. Program poka-
zany jest na rysunku
18 (C004b.bas). Zwróć
uwagę na wstępną
konfigurację portów.

Częstotliwość re-

zonansowa membra-
ny piezo PCA-100

wynosi około 3,5kHz, co daje okres około
285 mikrosekund. Przy takiej częstotliwości
zmian wykorzystamy polecenie WAITUS
(mikrosekundy) zamiast WAITMS (milise-
kundy). Ponieważ tym razem czas opóźnienia
jest mały, możemy zrealizować sterowanie
przyciskami według ćwiczenia 1.

Nasz program generuje ton ciągły, a głośność

dźwięku jest zaskakująco duża. Uzyskanie tonu

Mikroprocesorowa Ośla łączka

M1

30

Ochrona wejść

Praktyka pokazuje, że obwody wejściowe mikroproceso-
rów są dość odporne na uszkodzenia. Niemniej należy

pamiętać, że wszystkie popularne procesory są wykonane
w technologii CMOS, a ich delikatne obwody wejściowe
mogą zostać uszkodzone pod wpływem ładunków

statycznych. Dlatego jeśli do końcówek procesora pełnią-
cych rolę wejść dołączone są długie przewody lub istnie-
je ryzyko zwarć do obcych, wyższych napięć, warto sto-
sować dodatkowe obwody ochronne. Spełnią one też do-
datkową rolę i usuną ewentualne zakłócenia impulsowe,
indukujące się w długich przewodach. Jeśli końcówka
pełni rolę wejścia „pływającego”, można zastosować ob-
wód RC według rysunku 7 z typowymi dla układów
CMOS wartościami elementów. Gdy wejście jest „pod-
ciągnięte” (DD=1), wartość wejściowego rezystora szere-
gowego musi być mniejsza, jak pokazuje rysunek 8.
Choć w procesorach AVR stosowany jest „tranzystor pod-
ciągający”, można w uproszczeniu potraktować go jako
rezystor o oporności co najmniej 35k

Ω.

TECHNIKALIA

Rys. 7

Rys. 8

Kody

Jak wiesz, wszystko w mikroprocesorach opiera
się na zerach i jedynkach. Nie jest to dla człowie-
ka okoliczność sprzyjająca. Choć działanie pro-
cesora to w sumie przetwarzanie ciągów zer i je-
dynek, jednak w istocie mamy do czynienia mię-
dzy innymi z obliczeniami matematycznymi czy
operacjami na tekstach. Powstaje problem, jak za
pomocą zer i jedynek przedstawić np. liczbę 147
czy tekst „Pomiar”. Trzeba ustalić jakiś dobry
sposób, inaczej kod, pozwalający zapisywać
liczby i litery za pomocą znaków 0, 1.

Jeden bit jest niewątpliwie za ciasny, by za-

pisać w nim literę czy cyfrę - on może reprezen-
tować tylko jedną z dwóch wartości. Wiesz jed-
nak, że podstawową „jednostką organizacyjną”
jest bajt, czyli zestaw ośmiu bitów. W bajcie
można umieścić jedną z wielu ośmiobitowych
kombinacji zer i jedynek (jest ich razem 256). I
tu otwierają się różne możliwości kodowania.
Można się na przykład umówić, że cyfrę 3 bę-
dzie reprezentował ośmiobitowy kod 10111000,
cyfrę 4 kod 01000000, cyfrę 5 - 00101011, małą
literę a kod 11100000, dużą literę A kod
10000001. Oczywiście można ustalić, że będzie
zupełnie inaczej. Możliwości jest mnóstwo. Na
przykład w powyższym przykładzie nie widać
żadnej logiki zaproponowanego kodu. W prakty-
ce wypadałoby znaleźć takie sposoby kodowa-
nia, gdzie występuje jakaś prawidłowość, co po-
tem niewątpliwie ułatwi przetwarzanie liczb i tek-
stów. I takie kody istnieją. Dla liczb jest to kod
(system) dwójkowy, dla liter oraz innych zna-
ków od wielu lat wykorzystuje się tak zwany
kod ASCII (czytaj: aski). Kodu ASCII na razie
zupełnie nie musisz znać. Natomiast kod dwój-
kowy musisz dobrze poznać i zrozumieć, bo bę-
dziesz często zapisywał liczby za jego pomocą.

Kod dwójkowy, binarny

system liczbowy

Jeśli nie pamiętasz podstaw dwójkowego syste-
mu liczenia, przypominam:

Jeden bit daje tylko dwie możliwości: 0, 1.

Dwa bity dają 2*2=2

2

=4 możliwości, które ponu-

merujmy od 0 do 3:

Trzy bity dają 2*2*2=2

3

=8 możliwo-

ści. 4 bity dają 2*2*2*2 =2

4

=16 możli-

wości, które ponumerujemy od 0 do 15
(tabelka na następnej stronie)

Czy już widzisz nierozerwalny związek obu

kolumn tabeli? To nie przypadek: w lewej
kolumnie mamy liczby 0...15 zapisane w sposób
klasyczny, a w prawej kolumnie mamy... te same

ELEMENT

arz ELEMENT

arz ELEMENT

arz ELEMENT

arz ELEMENT

arz

Ćwiczenie 4

Impulsator i syrena

Rys. 15

Rys. 16

Rys. 18

Rys. 17

0 00
1 01
2 10
3 11

38

Elektronika dla Wszystkich

przerywanego nie jest łatwe, ponieważ jak już
wiesz, polecenia WAIT, WAITMS, WAITUS
całkowicie przejmują kontrolę nad procesorem,
nie pozwalając mu na wykonywanie w tym cza-
sie innych zadań (z wyjątkiem obsługi przerwań,
których jeszcze nie wykorzystujemy).

Jeśli nie masz

membrany piezo,
mógłbyś wykorzystać tranzystor mocy i jaki-
kolwiek głośnik o rezystancji 8

Ω i mocy powy-

żej 2W, na przykład w którymś układzie z ry-
sunku 19 – przy głośniku 8-omowym pobór
prądu będzie wynosił 0,5...0,6A, więc typowy
zasilacz wtyczkowy 4,5V 600mA wystarczy.
Jeśli masz słabszy zasilacz albo zasilasz płyt-
kę z komputera PC, włącz w szereg z głośni-
kiem rezystor 3,3...10

Ω i mocy minimum 1W.

Powinieneś też zmodyfikować program. Po
włączeniu zasilania koń-
cówka PD.5 pełni rolę
wyjścia i występuje na
niej stan niski, co zna-
czy, że tranzystor w spo-
czynku nie przewodzi
i prad się nie marnuje.
Jednak po właczeniu
i wyłaczeniu generatora
stan końcówki PD.5 bę-
dzie przypadkowy – mo-
że być wysoki. Wtedy
dźwięku nie będzie, ale
tranzystor niepotrzebnie
przewodziłby znaczny
prąd. Aby tego uniknąć,
trzeba dodać polecenie
zerujace komórkę Po-
rtD.5 po zatrzymaniu ge-
neratora przyciskiem S2.

Nie zaszkodzi Ci też wiedzieć, że BA-

SCOM ma specjalne polecenie SOUND
umożliwiające wytworzenie krótkiego, poje-
dynczego dźwięku. Trzeba określić, na której
nóżce mają się pojawić impulsy, ile ma ich
być i jak długo każdy ma trwać. Oto składnia:

Dla membrany piezo i głośnika można

zmieniać w zakresie 50...10000. Typowo war-
to ustawić:
SOUND Portx.x, 1000, 100

Dla brzęczyka piezo z generatorem

CzasKazdego należy ustawić na maksi-
mum, to jest 65535, a LiczbaImpulsow
na 4...10. Przykład wykorzystania polece-
nia SOUND masz na rysunku 20
(C004c.bas).

A teraz zupełnie inne zadanie: czy po-
trafisz sprawić, żeby kolejno, co

100ms, zaświecały się segmenty abcdef pra-
wego wyświetlacza, dając
wrażenie przesuwania się
punktu świetlnego (obro-
tu)? Oznaczenia segmen-
tów wyświetlacza znaj-
dziesz na rysunku 21. Za-
danie jest proste. Mając
włączony tranzystor T3,
musimy kolejno zaświecać
potrzebne segmenty. Możemy zrobić to „na
piechotę”, zaświecając kolejno poszczególne
segmenty:

Niezbyt to eleganckie, prawda?

Można trochę uprościć program, zmienia-

jąc za jednym zamachem stan wszystkich
linii portu:

Zauważ, że cała zabawa polega na przesu-

waniu zera w rejestrze portu. Możemy to
zrobić na kilka sposobów, w tym przez wyko-
rzystanie polecenia ROTATE lub pokrewnego

M1

31

Mikroprocesorowa Ośla łączka

liczby, tylko zapisane w kodzie
dwójkowym. Zwróć uwagę na wier-
sze zaznaczone szarym kolorem. W
tych szarych polach o wartości liczby
dwójkowej decyduje pozycja, na
której występuje jedynka. Jak
widzisz, pierwsze miejsce z prawej
ma wagę 1, drugie 2, trzecie 4,
czwarte 8, itd. Ilustruje to rysunek
poniżej.

Zwróć także uwagę, że liczenie

zaczynamy nie od jedynki, jak
wskazywałoby stare przyzwyczaje-
nie, ale od zera. To niezmiernie
ważna sprawa! W technice kom-
puterowej liczenie zaczynamy
od zera, a nie od jedynki. Zapamiętaj to raz na za-
wsze!

„Rozszyfrowanie” kodu dwójkowego jest nie-

zmiernie proste - pomocą w utrwaleniu podanej
zależności będzie rysunek poniżej, pokazujący
kilka przykładów analizy liczb dwójkowych. Od-
cieniami szarości zaznaczyłem kolumny z waga-
mi poszczególnych bitów

Zasada jest identyczna i jeszcze prostsza niż

w naszym „naturalnym” kodzie dziesiętnym:

Teraz już chyba nie będziesz mieć kłopotów

z rozszyfrowaniem wartości ośmiobitowych liczb
dwójkowych. Kolejne przykłady znajdziesz w ta-
beli na rysunku poniżej.

W jednym bajcie możemy zapisać jedną z 256

(2*2*2*2*2*2*2*2=2

8

) kombinacji zer i jedy-

nek, inaczej mówiąc dowolną liczbę z zakresu
0...255 w postaci dwójkowej (binarnej).

W mikroprocesorze mamy często do czynie-

nia z liczbami większymi niż 255. Do ich zapisa-
nia nie wystarczy jeden bajt. Dość często wyko-
rzystujemy liczby dwubajtowe, czyli 16-bitowe.
Taką 16-bitową liczbę (oraz miejsce do jej zapi-
sania) nazywamy słowem - po angielsku word.
16 bitów daje 2

16

, czyli 65536 możliwości, wobec

tego (dwójkowa) liczba dwubajtowa może mieć
wartość 0...65535.

Rys. 19

Rys. 20

PortB=&B11111110 ‘ zaświeć segment a
Waitms 100 ‘ czekaj 100ms
PortB=&B11111101 ‘ zaświeć segment b
Waitms 100 ‘ czekaj 100ms
PortB=&B11111011 ‘ zaświeć segment c
Waitms 100 ‘ czekaj 100ms
PortB=&B11110111 ‘ zaświeć segment d
... i tak dalej aż do segmentu f ...

Ćwiczenie 5

Przesuwanie bitów

Wagi bitów

liczby dwójkowej

8 4 2 1

Liczba

dwójkowa

Wagi bitów

Suma Liczba

dziesiętna

8

4

2

1

2

3

2

2

2

1

2

0

101=

0

1

0

1 =4+1

=5

1011= 1

0

1

1 =8+2+1 =11

11=

0

0

1

1 =2+1

=3

1010= 1

0

1

0 =8+2

=10

110=

0

1

1

0 =4+2

=6

1110= 1

1

1

0 =8+4+2 =14

1001= 1

0

0

1 =8+1

=9

111=

0

1

1

1 =4+2+1 =7

Liczba

dziesiętna

Wagi bitów

Suma

1000 100 10

1

10

3

10

2

10

1

10

0

425=

0

4

2

5 =400+20+5

2034= 2

0

3

4 =2000+30+4

17=

0

0

1

7 =10+7

501=

0

5

0

1 =500+1

4070= 4

0

7

0 =4000+70

Liczba

dwójkowa

Wagi bitów

Suma

Liczba
dziesiętna

128 64 32 16

8

4

2

1

2

7

2

6

2

5

2

4

2

3

2

2

2

1

2

0

10010101= 1

0

0

1

0

1

0

1 =128+16+4+1

=149

1011011=

1

0

1

1

0

1

1 =64+16+8+2+1

=91

110011=

1

1

0

0

1

1 =32+16+2+1

=51

10101010= 1

0

1

0

1

0

1

0 =128+32+8+2

=170

11110100= 1

1

1

1

0

1

0

0 =128+64+32+16+4 =244

1001110=

1

0

0

1

1

1

0 =64+8+4+2

=78

101001=

1

0

1

0

0

1 =32+8+1

=41

11000111= 1

1

0

0

0

1

1

1 =128+64+4+2+1

=199

ELEMENT

arz ELEMENT

arz ELEMENT

arz ELEMENT

arz ELEMENT

arz ELEMENT

arz

SOUND KtoraNozka, LiczbaImpulsow, CzasKazdego

0 0000

1 0001
2 0010
3 0011
4 0100
5 0101
6 0110
7 0111
8 1000
9 1001
10 1010
11 1011
12 1100
13 1101
14 1110
15 1111

SHIFT. Trzeba podać nazwę „przesuwanego”
rejestru, kierunek przesuwania (Left,Right)
oraz skok w bitach. W naszym przypadku:
ROTATE PortB , LEFT , 1

Przy czym jedynkę można pominąć.

Program genialnie uprościmy, zaświecając
najpierw segment a przez wpisanie zera do
najmłodszego bitu i przesuwając to zero w
lewo:

Problem jednak w tym, że port B ma

osiem bitów, i do dwóch najstarszych dołą-
czone są segment g i punkt dziesiętny, które
nie powinny świecić. Trzeba więc skrócić
cykl, dodając procedurę badania warunku.
Program może wyglądać jak na rysunku 22
(C005a.bas). Zaświecenie segmentu g na
czas krótszy od 1 mikrosekundy na pewno
pozostanie niezauważone, dlatego śmiało
możemy wykorzystać ten prosty sposób.

Zmień linię:

na

Efekt pokaże się na wszystkich wyświe-

tlaczach (C005ax.bas).

Zgodnie z nazwą, polecenie ROTATE po-

woduje krążenie zawartości rejestru - ozna-
cza to, że bit(-y), który „wychodzi na ze-
wnątrz”, wcale nie jest tracony, tylko wraca

na przeciwną stronę rejestru. Po ośmiu poje-
dynczych skokach zawartość jest identyczna
jak na początku.

Istnieje pokrewne polecenie SHIFT, które też

przesuwa zawartość rejestru w wybranym kie-
runku i z wybranym skokiem.
SHIFT rejestr , kierunek , skok

Jednak tu bit, który „wychodzi na ze-

wnątrz”, jest tracony, a z drugiej strony do

rejestru wpisywane jest zero. Mo-
żemy to wykorzystać w programie
według rysunku 23 (C005b.bas).
Mam nadzieję, że się zorientowa-
łeś, iż właśnie na tej zasadzie dzia-
ła wstępna procedura testowa za-
pisana w procesorze z zestawu
AVT-3500.

Zrealizujmy jeszcze efekt

„obrotowy” według rysunku 22 na
wszystkich wyświetlaczach i

niech przyciski S1, S2 zmieniają kierunek
wirowania. Program zawarty jest w pliku
C005c.bas.

Dodajmy jeszcze warunki początkowe:

niech po włączeniu zasilania (zaprogramo-
waniu) wyświetlacz będzie wygaszony.
Niech efekt wirowania pojawi się po naci-
śnięciu jednego z przycisków i niech jedno-
czesne naciskanie obu znów gasi wyświe-
tlacz. Program pokazany jest na rysunku 24
(C005d.bas).

Zwróć uwagę, że

przez dodanie opóźnie-

nia (Waitms 200) w prosty sposób uniezależ-

niliśmy się
od nieunik-

nionego nierównego zwolnienia przyci-
sków. Bez tego opóźnienia wyłączenie było-
by praktycznie niemożliwe, ponieważ wy-
magałoby zwolnienia obu przycisków w tej
samej chwili, z dokładnością do ułamka mi-
krosekundy. Polecenie Wait... całkowicie

zajmuje wykonywanie
Twojego programu, co
akurat w tym przypadku
jest pożądane, więc na-
stępne sprawdzanie stanu
styków odbywa się
200ms od chwili, gdy zo-
stał zwolniony pierwszy
z dwóch przycisków.

39

Elektronika dla Wszystkich

W początkowych ćwiczeniach będziemy zaj-

mować się tylko bitami (bit), bajtami (byte) i
ewentualnie 16-bitowymi słowami (word).

Dwójkowe, dziesiętne,

szesnastkowe...

Przyznasz, że postać dwójkowa liczby, choć
niewątpliwie interesująca, nie jest zbyt wygodna
dla człowieka. My, ludzie, jesteśmy mocno
przyzwyczajeni do systemu dziesiętnego.
Natomiast dla mikroprocesora (komputera) liczba
dwójkowa to jedyna strawna postać liczby. Duże
liczby dwójkowe są bardzo niewygodne do
zapisywania. Głównie dlatego w informatyce
obok systemu dwójkowego wykorzystuje się
podobny doń pod pewnymi względami system
szesnastkowy, inaczej heksadecymalny. Więcej
na ten temat dowiesz się z Technikaliów.

Twórca BASCOM-a, Mark Alberts, ułatwił

życie programistom - pisząc programy, możemy
podawać liczby zarówno w postaci dwójkowej,
dziesiętnej, jak i szesnastkowej. Potem kompila-
tor i tak zamieni je na postać dwójkową i skieru-
je ją do pamięci procesora.

A jak rozróżnić, czy liczba 111 to dwójkowo

siedem, czy dziesiętnie sto jedenaście, czy też
szesnastkowo dwieście siedemdziesiąt trzy? Aby
uniknąć wątpliwości ustalono, że zwyczajny zapis
oznacza liczbę dziesiętną. Więc 111 bez wątpli-
wości należy potraktować jako sto jedenaście.
Ustalono też, że dla odróżnienia liczb
dwójkowych należy dodać do takiej liczby literę
B (B jak binary - liczba dwójkowa). Dlatego
dwójkową siódemkę zapisuje się jako 111B lub
B111. My będziemy konsekwentnie wykorzysty-
wać wersję drugą. W BASCOM-ie aby uniknąć
pomyłek, należy dodatkowo poprzedzić literkę B
znakiem &. Często warto też wpisać nieznaczące
zera z lewej strony, żeby liczba składała się z
ośmiu cyfr. Przyzwyczajaj się do takiego zapisu.
Przykładowo zarówno &B00000111, jak i &B111
oznacza liczbę siedem.

Liczby szesnastkowe zawsze poprzedza się

literą H (od hexadecimal). Nie dziw się więc,
napotkawszy liczbę H23 (dziesiętnie 35) czy
HEA (dziesiętnie 234). W BASCOM-ie liczby
szesnastkowe też musimy dodatkowo poprzedzić
znakiem &. Oto kilka przykładów:
&H4F - dziesiętnie 79
&H2DA - dziesiętnie 730
&HC - dziesiętnie 12
&HC0 - dziesiętnie 192

Niezależne bity?

Teraz kolejna istotna sprawa: Zwróć uwagę, że
możemy potraktować bajt jako liczbę z zakresu
0...255 (dwójkowo 0...11111111). Ale możemy
też potraktować go jako zestaw ośmiu zupełnie
niezależnych bitów. Dobrym przykładem jest port
B naszego mikroprocesora. Zawiera osiem bitów
ponumerowanych od 0 do 7:

Jak już wiesz, możemy pojedynczo zmieniać

stany poszczególnych bitów. Na przykład jeśli na
początek wszystkie bity bajtu zawierają zera, a
trzy najstarsze bity powinny zawierać jedynki,
możemy je wpisać za pomocą trzech rozkazów:
PortB.7 = 1
PortB.6 = 1
PortB.5 = 1

Mikroprocesorowa Ośla łączka

M1

32

ELEMENT

arz ELEMENT

arz ELEMENT

arz ELEMENT

arz ELEMENT

arz ELEMENT

arz

PortB.0=0 ‘ zaświeć segment a
Waitms 100 ‘ czekaj 100ms
PortB.0=1 ‘ wyłącz segment a
PortB.1=0 ‘ zaświeć segment b
Waitms 100 ‘ czekaj 100ms
PortB.1=1 ‘ wyłącz segment b
PortB.2=0 ‘ zaświeć segment c
...i tak dalej aż do segmentu f

Rys. 22

Rys. 23

PORTB.7

PORTB.6 PORTB.5 PORTB.4 PORTB.3 PORTB.2 PORTB.1 PORTB.0

Rys. 21

Portd = &B1110111 ‘włączony prawy wyświetlacz

Portd = &B0000111 ‘włączone wszystkie wyświetlacze

Drugi musi zostać zwolniony w czasie tych
200ms.

Zauważyłeś, że

w danym momencie
można zaświecić
więcej niż jeden segment wyświetlacza. Mo-
żemy jednocześnie zaświecać kilka segmen-
tów tego samego, lub kilku wyświetlaczy.

Przykłado-

wo wszystkie
cztery kropki
zaświecimy:

Wszystkie segmenty prawego wyświetla-

cza zaświecimy:

Dużo częściej zaświecamy tylko nie-

które segmenty jednego wyświetlacza, na
przykład:

Niebawem wykorzystamy to w prakty-

ce, najpierw jed-
nak zajmiemy się
licznikami.

40

Elektronika dla Wszystkich

Rejestr PortB w swych ośmiu bitach zawsze
zawiera jakąś liczbę dwójkową z przedziału
0...255 i z powodzeniem może pełnić rolę
licznika. Do zwiększania jego zawartości o 1
wykorzystamy bardzo pożyteczne polecenie
INCR:
INCR PortB

Stan tego licznika będą pokazywać po-

szczególne segmenty włączonego wyświetla-
cza, jak pokazuje rysunek 25. Będzie to nie-
typowy, „odwrotny” wskaźnik, bo jedynka
logiczna spowoduje wygaszenie segmentu, a
0 - jego zaświecenie. Wypróbuj działanie ta-
kiego licznika z niecodziennym wskaźni-
kiem za pomocą programu według rysunku

26 (C006a.bas). Efekt jest dziwny, niemniej
widać wyraźnie, że licznik pracuje.

Interesujące wskazanie uzyskasz, stosując

zamiast INCR polecenie zmniejszania za-
wartości licznika, czyli DECR. Gdy licznik
liczy do tyłu, czyli zmniejsza swą zawartość,
wskazanie „odwrotnego” wyświetlacza ma
jeszcze ściślejszy związek z kodem dwójko-
wym (C006b.bas). To jednak jest nieistotny
szczegół. Ważne jest to, że potrafisz już zbu-
dować prosty licznik.

M1

33

Mikroprocesorowa Ośla łączka

Ale lepiej jest wpisać je, jednocześnie wpisu-

jąc odpowiednią liczbę dwójkową:
PortB = &B11100000

Zwróć uwagę, że do portu wpisujemy liczbę

dwójkową dwieście dwadzieścia cztery. Zgodnie
z wcześniejszymi informacjami, pisząc program
pod BASCOM-em, możemy śmiało wykorzystać
liczbę dziesiętną. Polecenie
PortB = 224
też ustawi te trzy najstarsze bity.

Możemy skorzystać z systemu szesnastkowe-

go. Ponieważ
&B11100000 = 224 = &HE0
możemy zapisać:
PortB = &HE0

Wszystkie trzy sposoby dadzą identyczny re-

zultat!

Oczywiście wpisanie liczby 1 (&B00000001)

ustawi najmłodszy bit (LSB), natomiast wpisanie
liczby dziesiętnej 128 (&B10000000) ustawi naj-
bardziej znaczący bit (MSB).

Analogicznie jest dla liczb dziesiętnych 2, 4,

8, 16, 32, 64 - ustawiają one kolejne bity bajtu.

Wynika stąd, że np. wpisanie liczby 160 usta-

wi bity o numerach 5, 7, ponieważ
160 = 128+32=B10100000

A wpisanie liczby 85 ustawi bity o numerach

1, 3, 5, 7, ponieważ
85=64+16+4+1=B01010101

Wykorzystujemy to do wyświetlania „po

ludzku” cyfr i innych znaków za pomocą polece-
nia LOOKUP.

Czy polecenia PortB = 128 oraz

PortB.7 = 1 dadzą identyczny efekt? Nie!

Polecenie PortB = 128 ustawi najstarszy

bit i wyzeruje pozostałe. Polecenie PortB.7 = 1
też ustawi najstarszy bit, ale nie zmieni wcze-
śniejszych stanów pozostałych bitów.

Adresowanie

W mikroprocesorze wszystko opiera się na licz-
bach dwójkowych, czyli binarnych. Procesor
„zna się” tylko na liczbach dwójkowych. Tak na-
prawdę „nie zna się” ani na liczbach dziesiętnych,
ani na literach. Pisząc program, używamy róż-
nych nazw, poleceń, etykiet, itp. Różnorodne na-
zwy są wykorzystywane tylko przy pisaniu pro-
gramu źródłowego na PC-cie. Potem po spraw-
dzeniu i skompilowaniu BASCOM zamienia pro-
gram na znane sobie cyferki i „spuszcza” do pa-
mięci FLASH procesora w najczystszej postaci
zerojedynkowej. Także, w czasie działania pro-
gramu, wszystko opiera się na przetwarzaniu zer
i jedynek. Nawet gdy mikroprocesor przetwarza
albo wyświetla liczby lub litery „po ludzku”,
w sumie też opiera się na liczbach dwójkowych.

Podobnie jest z adresami oraz nazwami reje-

strów i komórek pamięci. Jak wiesz, procesor
ma tysiące komórek pamięci FLASH, RAM,
EEPROM. Są one zorganizowane w bajty, a baj-
ty są w naturalny sposób ponumerowane. Proce-
sor znajduje odpowiedni bajt za pomocą jego
numeru kolejnego, czyli adresu. Oczywiście
„prawdziwe” adresy bajtów w pamięciach
FLASH, RAM, EEPROM to liczby i to liczby
dwójkowe.

Aby coś zapisać do bajtu pamięci (rejestru) al-

bo z niego odczytać, oprócz tej zapisywanej (od-
czytywanej) liczby, trzeba też podać adres tego
bajtu, czyli... liczbę. Jednak operowanie adresami
bajtów w postaci liczb jest dla człowieka niewy-
godne, dlatego niektóre, najczęściej używane

Rys. 24

Rys. 25

ELEMENT

arz ELEMENT

arz ELEMENT

arz ELEMENT

arz ELEMENT

arz ELEMENT

arz

Ćwiczenie 6

Licznik binarny

i dekadowy

PortB=&B01111111 ‘umożliwia zaświecenie kropek
PortD=&B0000111 ‘włącza cztery wyświetlacze

PortB=&B10000000 ‘segmenty a - g
PortD=&B1110111 ‘włącza prawy wyświetlacz

PortB=&B01111001 ‘zaświeca segmenty b, c oraz kropkę
PortD=&B0111111 ‘włącza lewy wyświetlacz

W praktyce często wykorzystujemy licz-

niki dekadowe, liczące od 0 do 9 (dwójkowo:
0 ... 1001). Musimy skrócić cykl zliczania.

Czy potrafiłbyś samodzielnie napisać

program licznika dziesiętnego liczącego w
górę, zliczającego naciśnięcia przycisku S1,
pokazującego kod w postaci „normalnej”
postaci dwójkowej? Spróbuj - nie zapomnij
o poleceniu DEBOUNCE. Żeby wskazanie
nie było „odwrotne”, musimy zanegować
stany wszystkich bitów - licznikiem nie mo-
że więc być PortB - niech będzie to rejestr o
nazwie EEDR (wykorzystujemy tu nietypo-

wo jeden z rejestrów, ponieważ nie używa-
my zmiennych - na razie nie musisz rozu-
mieć szczegółów). Realizację takiego pro-
stego licznika dwójkowego masz na rysun-
ku 27 (C006c.bas). Umiesz już zrealizować
licznik, ale nie bardzo wiesz, jak wynik wy-
świetlić „po ludzku”. Czy masz pomysł, jak
można to zrobić?

Uzyskamy to, wpisując do rejestru PortB

odpowiednią liczbę. Aby na przykład „po
ludzku” wyświetlić liczbę 1, zaświecimy seg-
menty b, c, czyli wpiszemy do rejestru liczbę
&B11111001 (dziesiętnie 249). Aby „po
ludzku” wyświetlić liczbę 4, zaświecimy seg-
menty b, c, f, g, czyli wpiszemy do rejestru
liczbę &B10011001 (dziesiętnie 153). W ra-
mach samodzielnych ćwi-
czeń ustal, jakie liczby-
kody trzeba wpisać do
portu B, żeby „po ludz-
ku” wyświetlić wszystkie
cyfry 0...9. Pomocą bę-
dzie rysunek 28, na
którym możesz zapisać
także kody trochę kośla-
wych liter A...F, które być
może przydadzą Ci się do
wyświetlania liczb szes-
nastkowych. Najpierw w
postaci zerojedynkowej
wpisz kody potrzebne do
zaświecenia właściwych
segmentów, a potem zna-
jdź ich odpowiedniki
dziesiętne. Możesz do te-
go wykorzystać kalkula-
tor z komputera PC w we-
rsji profesjonalnej.

I oto pomału zmierza-

my do ukoronowania
pierwszej serii ćwiczeń.
Do portu B będziemy

wpisywać nie zanegowaną wartość licznika,
tylko liczby-kody z rysunku 28. Nasz licznik
EEDR zawiera jedną z liczb 0...9 w postaci
dwójkowej (00000000... 00001001). Na pra-
cowicie uzupełnionym przez Ciebie rysunku
28 masz liczby, które wpisane do portu B spo-
wodują wyświetlenie „po ludzku” cyfr 0...9 -
stanu licznika. Aby liczbie dwójkowej 0...9
przyporządkować liczby-kody
z rysunku 28, wykorzystamy
niezmiernie pożyteczne pole-
cenie LOOKUP. Składnia jest
następująca:

Liczby-kody możesz podać zarówno w po-

staci dwójkowej, jak i dziesiętnej. Na rysunku
29 (C006d.bas) masz zmodyfikowany fragment
programu. Oto wielka chwila - zrealizowałeś
najprawdziwszy licznik dziesiętny! Gratuluję!
Możesz też „odREMować” linię z poleceniem
Waitms 400 i uzyskasz licznik automatyczny.

A działanie polecenia LOOKUP naprawdę

nie jest skomplikowane. Etykietkę zazwyczaj
umieszczamy na końcu programu. Liczba za-
warta w rejestrze1 decyduje, który kolejny
kod zza etykietki bę-
dzie załadowany do
rejestru2. Ale uwaga!
Zaczynamy liczyć od

45

Elektronika dla Wszystkich

bajty (rejestry) dodatkowo oznaczono nazwami.
Są to angielskie nazwy określające funkcje peł-
nione przez dany bajt. Szerszy opis i pełny wykaz
rejestrów I/O mikroprocesora ‘2313 przedstawio-
ny był w EdW 11/2002.

Podczas programowania w BASCOM-ie mo-

żemy wykorzystać, ale nie pełne nazwy, tylko ści-
śle określone, oficjalnie przyjęte skróty. Już po-
niższa tabela udowadnia, że człowiekowi na
pewno łatwiej operować kilkuliterowym skrótem,
niż adresem dwójkowym.

Pisząc programy w BASCOM-ie, często korzy-

stamy z tych skrótów, choćby na przykład PORTB.

W procesorze mamy tysiące bajtów, a każdy

składa się z ośmiu bitów, czyli elementarnych ko-
mórek pamięciowych. W wielu przypadkach inte-
resuje nas nie cały bajt, tylko jeden z jego bitów.
Aby przykładowo ustawić dwa najmłodsze bity
rejestru PortB, możemy napisać:
PortB.1 = 1
PortB.0 = 1

Na marginesie wspomnę, że w procesorach

AVR najczęściej używane bity też mają własne
nazwy. Na przykład większość bitów wspomnia-
nego rejestru (bajtu) ACSR, sterującego pracą
komparatora analogowego, ma własne nazwy i
oficjalne skróty:

Na razie niech nie interesuje Cię, co oznacza-

ją te nazwy i jakie funkcje pełnią te bity. Ważne
jest to, że niestety w BASCOM-ie nie możesz
skorzystać z nazw bitów. Aby na przykład ustawić
bit o nazwie ACD, nie możesz zrobić tego nastę-
pująco:
ACD = 1

Musisz napisać:

ACSR.7 = 1

Nie jest to zresztą żadne utrudnienie.

Negacja

Aby zmienić stan pojedynczego bitu, wykorzystu-
jemy zazwyczaj dyrektywę Toggle, np.
Toggle JakisBit

Można też wykorzystać operator logiczny NOT:

JakisBit = NOT JakisBit

Toggle nie może zmienić stanu wszystkich bi-

tów bajtu - może to wykonać tylko operator NOT:
CalyBajt = NOT CalyBajt

Sprawdzanie dwóch

warunków

Do sprawdzania warunku wykorzystujemy proce-
durę IF...THEN...

Jeśli trzeba sprawdzić, czy jednocześnie speł-

nione są dwa warunki, wykorzystuje się operator
logiczny AND. Przykładowo aby sprawdzić, czy
oba przyciski S1, S2 są wciśnięte napiszemy:

Mikroprocesorowa Ośla łączka

M1

34

Rys. 26

Rys. 27

adres w postaci

dwójkowej

pełna nazwa

angielska

oficjalny skrót

nazwa polska

100001

Watchdog Timer

Control Register

WDTCR

Rejestr sterujący
pracą watchdoga

1000

Analog Comparator

Control and Status

Register

ACSR

Rejestr

komparatora
analogowego

11000 Port B Data Register

PORTB

Rejestr portu B

10111

Port B Data

Direction Register

DDRB

Rejestr kierunku

portu B

1100

The UART I/O

Data Register

UDR

Rejestr danych

we/wy UART

bit7

bit6

bit5

bit4

bit3

bit2

bit1

bit0

ACD

niewykorzystany

ACO

ACI

ACIE

ACIC

ACIS1 ACIS0

Analog

Comparator

Disable

-

Analog

Comparator

Output

Analog

Comparator

Interrupt Flag

Analog

Comparator

Interrupt

Enable

Analog

Comparator

Input

Capture Enable

Analog

Comparator

Interrupt Mode

Select

ELEMENT

arz ELEMENT

arz ELEMENT

arz ELEMENT

arz ELEMENT

arz ELEMENT

arz

rejestr2 = LOOKUP (rejestr1, etykietka)

...

etykietka:
DATA kod0, kod1, kod3, ... ‘kody cyfr 0...9

zera: liczba zero w reje-
strze1 spowoduje wpisa-
nie do rejestru2 pierwsze-
go kodu umieszczonego
za etykietką, czyli liczby
192 (&B11000000), która
zaświeci segmenty a, b, c,
d, e, f, czyli wyświetli cy-
frę zero. Jeśli w liczniku
będzie liczba 1, do reje-
stru2 zostanie wpisany
drugi kod, czyli 249
(&B11111001), zaświeca-
jący segmenty b, c czyli
jedynkę. I tak dalej. To
naprawdę jest proste! Zre-
sztą całe te obliczenia ko-
dów wykonaliśmy tylko
raz i od tej chwili mamy
już „gotowca” - fragment
programu, który będzie-
my często wykorzysty-
wać. Od tej chwili potra-
fisz uzyskać na wyświe-
tlaczach w razie potrzeby
dowolne efekty, nie tylko
„ludzkie” cyfry.

A teraz wykonajmy

jeszcze jeden licznik: re-
wersyjny, czyli dwukie-
runkowy. Niech naciśnięcie S1 zmniejsza
zawartość licznika, a S2 - zwiększa.
Spróbuj napisać program samodzielnie. Jak
zwykle jest kilka możliwości. Na rysunku

46

Elektronika dla Wszystkich

30 (C006e.bas) znajdziesz przykład realiza-
cji takiego licznika.
W ćwiczeniu 5 nauczyliśmy się wyświetlać
jednakowe segmenty kilku wyświetlaczy za
pomocą poleceń ROTATE i SHIFT.

Jeśli w podobny sposób chcielibyśmy za-

świecać kolejne kropki lub na przykład seg-
menty „a” czterech wyświetlaczy, napotka-
my problem. Rejestry sterujące portu D mają
po siedem bitów i niektóre polecenia, w tym
ROTATE i SHIFT, nie będą działać popraw-
nie w takim niepełnym rejestrze. Trzeba wy-
korzystać inne sposoby. Mamy do dyspozycji
nie tylko cztery kropki wyświetlacza. Jak po-

kazuje rysunek 31a, do wyjść Q2...Q6 może-
my dołączyć kilka zestawów po pięć diod
LED w każdym. Jeśli wszystkie diody dołą-
czone do jednego wyjścia będą jednakowe,
można zastosować jeden wspólny rezystor
ograniczający dla każdego wyjścia według
rysunku 31b. Jeden tranzystor może przewo-
dzić prąd do 400mA, więc w zależności od
rezystancji R i prądu diod, liczba lampek mo-
że być duża. Ja jestem w takim wieku, że nie
chciało mi się budować całego węża. Jeśli i
Tobie nie chce się dołączać wielu rezystorów
i diod, możesz wykorzystać cztery kropki wy-
świetlaczy (albo cztery dowolne segmenty), a

M1

35

Mikroprocesorowa Ośla łączka

aby sprawdzić, czy przynajmniej jeden z dwóch
warunków jest spełniony, wykorzystujemy ope-
rator logiczny OR:

Analogicznie:

If Pind.0=0 OR Pind.1=0 Then ....

Odmierzanie czasu

W ćwiczeniach często wykorzystywaliśmy pole-
cenia z grupy WAIT...

Masz do dyspozycji:

WAITMS Czas ‘czas w milisekundach
WAIT Czas ‘czas w sekundach

We wszystkich przypadkach liczba jednostek

czasu może wynosić 1...65535.

Dostępne jest też polecenie DELAY, opóźnia-

jące działanie dalszej części programu o około 1
milisekundę.

Musisz koniecznie pamiętać, że odmierzanie

czasu zrealizowane jest programowo z wykorzy-
staniem pętli. Oznacza to, że podczas odmierza-
nia czasu komputer nie przechodzi do wykonania
innych zadań, tylko właśnie liczy czas. Z kilku
względów dokładność odmierzania czasu za po-
mocą poleceń WAIT jest niewielka. Nie powinno
się ich używać do realizacji zegarów czy precy-
zyjnych timerów.

BITWAIT

Tak samo pętlę wykorzystuje polecenie BITWA-
IT. Wykonanie polecenia BITWAIT to wprowa-
dzenie procesora w wewnętrzną nieskończoną
pętlę. Realizacja programu zostaje w pewnym
sensie wstrzymana, bo procesor „kręci się w kół-
ko” w bezproduktywnej pętli aż do czasu, gdy
zmienni się stan wskazanego bitu. Nieumiejętne
wykorzystanie BITWAIT łatwo może doprowa-
dzić do zawieszania programu.

DEBOUNCE

Polecenie DEBOUNCE przeznaczone jest wy-
łącznie do eliminowania drgań styków współpra-
cujących z końcówkami wejściowymi. Oto skła-
dnia polecenia:
DEBOUNCE KtoryPin , JakiStan ,

ProceduraDoZrobienia, SUB

gdzie ProceduraDoZrobienia to eykieta,
do której program przejdzie z wykorzystaniem
polecenia GOSUB. Etykiety znasz z ćwiczeń
QBASIC-a. Polecenie DEBOUNCE jest bardzo
przydatne, ale też trzeba wiedzieć, że wykorzy-
stuje ono pętlę i wstrzymuje pracę programu. Po
stwierdzeniu, że na danej końcówce (Ktory-
Pin

) pojawił się stan aktywny (JakiStan),

zostaje uruchomiona pętla, odliczająca 25ms
(podobnie jak WAITMS 25). Po odliczeniu tego
czasu jeszcze raz sprawdzany jest stan końców-
ki, i jeśli nadal jest to stan aktywny, następuje
skok (GOSUB) do podprogramu
ProceduraDoZrobienia.

Oznacza to, że w czasie wspomnianych 25ms

procesor zajmuje się wyłącznie odmierzaniem
czasu, a nie kolejnymi poleceniami Twojego pro-
gramu. Często takie opóźnienie o 25ms (0,025s)
nie ma znaczenia, ale niekiedy mocno przeszka-
dza. Wtedy odkłócanie styków trzeba zrealizo-
wać inaczej.

Standardowo czas opóźnienia wynosi 25ms.

Możesz je zmieniać za pomocą polecenia konfigu-
racyjnego, umieszczanego na początku programu:

Rys. 29

Rys. 30

Rys. 28

ELEMENT

arz ELEMENT

arz ELEMENT

arz ELEMENT

arz ELEMENT

arz ELEMENT

arz

Ćwiczenie 7

Sterownik

węża świetlnego

Widmowy wyświetlacz

If Pind.0=0 AND Pind.1=0 Then ....

WAITUS Czas ‘czas w mikrosekundach

47

Elektronika dla Wszystkich

dodatkowo dołącz do wyjścia Q2 jedną małą
czerwoną diodę LED według rysunku 31c.

Chcemy uzyskać na tych diodach efekt

przesuwającego się paska świetlnego. Na
cykl składa się dziesięć kodów. Rysunek 32
pokazuje zasadę obliczania kodów dla po-
szczególnych odcinków czasu. Do wygene-
rowania potrzebnej sekwencji wykorzystamy
licznik w postaci rejestru o nazwie TCNT0
oraz polecenie LOOKUP.
Na

rysunku 33

(C007a.bas) znajdziesz
program realizujący taki
przykładowy efekt świetl-
ny.

Jeśli chciałbyś dodać

możliwość zmiany kierun-
ku „ruchu”, możesz wyko-
rzystać program pokazany
na rysunku 34 (C007b.bas).

Zmodyfikuj któryś z

programów, żeby uzyskać
jakiś własny efekt. Pomo-
że Ci „pusty” rysunek 35,
z którego pomocą łatwiej
zaprojektujesz sekwencję
własnego pomysłu o do-
wolnej długości i znaj-
dziesz potrzebne kody.
Mając do dyspozycji pięć
gałęzi i pięć grup lampek,
możesz zaprojektować in-
teresujące sekwencje. Za-
miast pojedynczych diod
LED możesz wykorzystać
jakieś stopnie mocy, co
pozwoli uzyskać wspania-
łe efekty. Kilka propozycji
znajdziesz na rysunku 36.
W przypadku bipolarnych tranzystorów mo-
cy według rysunku 36a należy dobrać warto-
ści rezystorów w obwodzie bazy, żeby nieza-
wodnie nasycić tranzystor. W przypadku
układów Darlingtona i gotowych „darlingto-
nów” mocy według rysunku 36b wartość re-
zystorów nie jest krytyczna. Rysunek 36c po-
kazuje sposób sterowania MOSFET-ów,
które zostaną w pełni otwarte przy napięciu
U

GS

około 5V. Typowo napięcie progowe

MOSFET-ów mocy wynosi około 3V, i przy
napięciu U

GS

=4,5...5V tranzystory te będą w

pełni otwarte i mogą przewodzić prąd rzędu
kilku amperów. Jeśli układ wykonawczy był-
by zasilany wyższym napięciem, np. 12V,
można wykorzystać sposób z rysunku 36d,
gdzie napięcie na bramce MOSFET-a będzie
wynosić 1V albo 12V, lub też prostszy, ale
gorszy sposób z rysunku 36e. Należy pamię-
tać, że maksymalne napięcie na wyjściach

CONFIG DEBOUNCE = Czas
gdzie Czas to liczba milisekund, zwykle 5...30.

ROTATE, SHIFT

Jak nietrudno zgadnąć, ROTATE powoduje cy-
kliczne przesuwanie zawartości wewnątrz reje-
stru (bajtu), jak pokazuje rysunek poniżej. Trze-
ba podać nazwę „przesuwanego” rejestru, kieru-
nek przesuwania (Left albo

Right) oraz

skok (o ile bitów należy przesunąć zawartość):

ROTATE rejestr , kierunek , skok
na przykład:
ROTATE PortB , RIGHT , 2

Jeśli skok wynosi 1 (a tak jest najczęściej),

liczbę 1 można pominąć, np.:
ROTATE PortD , LEFT

Po operacji przesunięcia o osiem bitów za-

wartość bajtu jest identyczna, jak przed opera-
cją.

Polecenie SHIFT podobnie przesuwa zawar-

tość bajtu, ale bit „wysuwany na zewnątrz” jest
tracony, a bit „wchodzący” to zawsze zero.
Ilustruje to rysunek poniżej.

Można traktować operacje przesuwania ja-

ko manipulacje niezależnymi bitami. Ale moż-
na też zrobić inaczej. Zawartość rejestru to za-
wsze jakaś liczba. Warto pamiętać, że przesu-
nięcie za pomocą polecenia SHIFT liczby o je-
den bit w lewo jest równoznaczne z pomnoże-
niem jej przez 2, o ile tylko „wychodzący” tra-
cony bit nie jest jedynką. Ilustruje to rysunek
poniżej.

Podobnie przesunięcie w prawo to podziele-

nie przez 2 i odrzucenie reszty, jak pokazuje
rysunek poniżej. Dotyczy to polecenia SHIFT,
a nie ROTATE.

Mikroprocesorowa Ośla łączka

M1

35

Rys. 31

Rys. 32

ELEMENT

arz ELEMENT

arz ELEMENT

arz ELEMENT

arz ELEMENT

arz ELEMENT

arz

Rys. 33

Rys. 34

Q2...Q6 jest niższe od napię-
cia zasilania o napięcie nasy-
cenia tranzystorów T2-T6
(napięcie nasycenia „dar-
lingtonów” BC516 wynosi
ok. 0,6V). Można też stero-
wać MOSFET-y bezpośre-
dnio z końcówek portów
PB, PD, gdzie
maksymalne napięcie jest
równe napięciu zasilania
VCC. Sposób taki pokazany
jest na rysunku 19b.

A teraz zastanów się, jak

za pomocą pięciu diod LED
można wyświetlić efekt świetlny w postaci
napisu?

W układzie z pięcioma diodami LED mo-

żesz uzyskać niesamowity efekt świetlny, po-
ruszając wyświetlaczem, który wyświetla
zmieniające się szybko wzorki. Możesz na-
wet wytworzyć w ten sposób ulotne, widmo-

we napisy. Uzupełnij rysunek
37 i wpisz w puste miejsca
liczby-kody. Jeśli w ciemności
będziesz energicznie poruszał
modułem, zobaczysz świecący

napis EdW - skrót tytułu najpopularniejsze-

go czasopisma dla elektroników-hobbystów.
Choć długiego węża świetlnego nie chciało
mi się robić, to jednak dołączyłem pięć diod
do wyjść Q2...Q6 według rysunku 31c, by
osobiście przekonać się, jak będzie się pre-
zentował napis EdW. Ty zrób to samo, jeśli
masz pod ręką pięć diod LED i pięć rezysto-
rów o nominale 56...220

Ω. Program pokaza-

ny jest na rysunku 38 (C007c.bas), „Szero-
kość” napisu możesz regulować czasem
opóźnienia (Waitus 400...10000).

Fotografia 2 pokazuje mój model, w

którym na czas takich prób musiałem tym-

czasowo zakleić kontrolkę
zasilania D2. Oczywiście
przy zamaszystych ruchach
wahadłowych napis będzie
wyświetlany na przemian:
prawidłowo i w lustrzanym
odbiciu. Prawidłowy obraz
przy ruchach tam i z powro-
tem uzyskasz tylko wtedy,
jeśli zaprogramowany mo-
tyw (deseń) będzie syme-
tryczny. Do jednoznacznego
pokazania napisów należało-
by zapewnić albo ruch w
jedną stronę (np. obrotowy),
albo przy zmianie kierunku
ruchu zmieniać kolejność

48

Elektronika dla Wszystkich

M1

36

Mikroprocesorowa Ośla łączka

INCR, DECR

Polecenia INCR i DECR traktują zawartość bajtu
jako liczbę dwójkową, a nie jako zestaw niezależ-
nych bitów. INCR to skrót od increment - przy-
rost, powiększenie. Polecenie to zwiększa liczbę
dwójkową w rejestrze o jeden. Maksymalna licz-
ba ośmiobitowa to B11111111, czyli 255. Zwięk-
szenie o jeden takiej maksymalnej zawartości re-
jestru ośmiobitowego daje zero (B00000000).

Analogicznie DECR to skrót od decrement -

ubytek, strata. Zmniejsza ono liczbę w rejestrze o
1. Zmniejszenie w ośmiobitowym rejestrze liczby
zero da oczywiście liczbę 255 (B11111111), jak

LOOKUP

Składnia jest następująca:

Lookup przyporządkowuje liczbie inną licz-

bę. Liczba zawarta w rejestrze1 wskazuje, który
kolejny kod spośród kodów umieszczonych w li-
nii DATA będzie załadowany do rejestru2. Ina-
czej mówiąc, mamy w tabeli liczby-kody. Podaje-
my indeks, czyli kolejny numer kodu, i funkcja
LOOKUP zwraca nam kod o danym numerze.
Ale uwaga! Zaczynamy liczyć od zera: liczba ze-
ro w rejestrze1 spowoduje wpisanie do rejestru2
pierwszego kodu umieszczonego za etykietką
(kod0). Jeśli w rejestrze1 pojawi się liczba 1, do
rejestru2 zostanie wpisany drugi kod (kod1). I tak
dalej.

Rejestr1 może być 16-bitowy, więc liczb-ko-

dów może być nawet 65536.

Liczby-kody można podawać zarówno w po-

staci dwójkowej, dziesiętnej jak i szesnastkowej.
Kody w linii data to liczby, które są częścią pro-
gramu i są umieszczone wraz z nim w pamięci
FLASH. Nie można ich zmienić w trakcie pracy
programu.

Rys. 36

Rys. 38

ELEMENT

arz ELEMENT

arz ELEMENT

arz ELEMENT

arz

Rys. 35

Rys. 37

Fot. 2

rejestr2 = LOOKUP (rejestr1, etykietka)
...
etykietka:
DATA kod0, kod1, kod3, ... ‘kody cyfr 0...9

51

Elektronika dla Wszystkich

Do czego to służy?

Zasilaczy na łamach EdW było już wiele –
i słusznie. Jest to bowiem jeden z najbardziej
niezbędnych przyrządów w pracowni elek-
tronika. Zbigniew Raabe powiedział kiedyś
przy opisie takowego, że koncepcji budowy
zasilaczy jest tyle, ilu jest na świecie elektro-
ników. Na różne okazje potrzebne są różne
zasilacze. Poza tym wiem z doświadczenia,
że dobrych zasilaczy nigdy za wiele. Dziś ja
chciałbym zaproponować Czytelnikom bu-
dowę niecodziennego zasilacza sieciowego,
przydatnego zwłaszcza przy pracy nad ukła-
dami mającymi współpracować z kompute-
rem czy też wszelkimi systemami mikropro-
cesorowymi. Gdy pracujemy nad takim ukła-
dem, cały czas używamy komputera – zwy-
kle budowa części sprzętowej jest prosta lub
wręcz banalna, a cały trud polega na napisa-
niu programu dla mikrokontrolera lub PC-ta.
Do zasilania wykorzystujemy jakiś zasilacz,
ale rzadko bywa tak, że jest on pod ręką
i wszelkie manipulacje przy nim są utrudnio-
ne. Zwłaszcza w sytuacji, gdy „pracownia”
elektronika hobbysty to skromny stolik mo-
gący pomieścić komputer, opracowywany
układ, parę narzędzi i ... niewiele więcej. Za-
silacz stoi wtedy gdzieś w rogu lub wetknię-
ty jest w nie zawsze wygodnie położone
gniazdko. Pomyślałem, że byłoby czymś nie-
zwykle wygodnym mieć dostęp do zasilacza
z poziomu komputera PC. Chcemy zaprogra-
mować procka (bez ISP) lub dokonać zmian
w układzie – jedno kliknięcie i zasilacz jest
wyłączony, możemy bez obaw wyjąć układ
z podstawki. Po dokonaniu zmian klikamy
i układ jest znów zasilany. Chcemy zmienić
napięcie – klikamy na odpowiedni przycisk
i ... no, myślę że wystarczy już tej wyliczan-
ki i Czytelnicy zgodzą się ze mną, jak uży-
teczny może być taki niezwykły zasilacz.
Oprócz możliwości zmiany napięć oferuje on
stałą kontrolę napięcia wyjściowego, które
obrazowane jest na „wyświetlaczu” w głów-
nym oknie programu. Wynik aktualizowany

jest ok. 5 razy na sekundę. Model wyposaży-
łem w niewielki transformator TS6/40 z my-
ślą o zastosowaniu go do zasilania głównie
układów mikroprocesorowych i cyfrowych
nie czerpiących prawie nigdy więcej niż
300...500mA prądu. Nic nie stoi jednak na
przeszkodzie, aby zastosować większy trans-
formator i duży radiator na układzie LM317
– taki zasilacz mogący dostarczyć prądu po-
nad 1A sprosta chyba wszystkim wymaga-

niom jakie napotka w pracowni niejednego
elektronika.

Jak to działa?

Schemat ideowy układu przedstawiony jest
na rysunku 1. Pomimo dość dużej liczby
elementów sposób funkcjonowania zasilacza
jest w sumie bardzo prosty. Komunikuje się

2

2

6

6

5

5

5

5

++

++

Z

Z

a

a

s

s

i

i

l

l

a

a

c

c

z

z

s

s

t

t

e

e

r

r

o

o

w

w

a

a

n

n

y

y

k

k

o

o

m

m

p

p

u

u

t

t

e

e

r

r

o

o

w

w

o

o

Rys. 1 Schemat ideowy

on z komputerem za pomocą portu szerego-
wego, którym może być dowolny z portów
COM1...COM4 (jest wybierany przy urucho-
mieniu programu w PC-cie). Do konwerto-
wania napięć w jedną stronę wykorzystałem
zwykły wzmacniacz operacyjny TL081. Pra-
cuje on tu w roli komparatora, a do jego zasi-
lania użyte są linie RTS i DTR, na które
w chwili otwarcia portu podawane są prze-
ciwne stany. Konwersję w drugą stronę za-
pewnia prosty bufor z tranzystorem T1.
Działanie całości jest następujące: przez cały
czas (co ok. 200ms) procesor U2 wysyła do
komputera informację o napięciu wyjścio-
wym. Robi to „na ślepo”, nie zastanawiając
się, czy została odebrana, czy nie. Informację
tę uzyskuje za pośrednictwem, ośmielę się
użyć tego słowa, rewelacyjnego układu U3
typu LM331. Pracuje on w typowej aplikacji
przetwornika U/F z wyjątkiem włączenia re-
zystorów R13 i R14 zamiast jednego rezysto-
ra na wejściu. Tworzą one dzielnik przez dwa,
potrzebny ze względu na fakt, że zakres do-
puszczalnych napięć wejściowych tej kostki
wynosi w przybliżeniu 0...Uzas-2V, co przy
Uzas=15V daje wartości 0...13V. To stanow-
czo za mało. Dzięki R13 i R14 możliwe jest
mierzenie napięć z zakresu ok. 0...25V, co jest
wręcz idealne w naszym zastosowaniu. War-
tości tych rezystorów zostały zgodnie z prostą
zasadą Thevenina dobrane tak, aby układ U3
„widział” rezystor o zalecanej wartości mniej
więcej równej 100k

Ω. Choć w modelu uży-

łem zamiennika kostki LM331 o nieco gor-
szych parametrach – układu XR4151 – uzy-
skane wyniki i tak przeszły moje oczekiwa-
nia, mogę z czystym sumieniem polecić ten
układ wszystkim jako alternatywne rozwiąza-
nie przetwornika analogowo-cyfrowego. Po
szczegóły odsyłam do EdW12/2000 i 1/2001
oraz na stronę internetową EdW – są tam no-
ty aplikacyjne wymienionych układów.

Współczynnik przetwarzania wynosi

1kHz/V, a więc napięcie wyjściowe zasilacza
w woltach jest dwukrotnie (dzielnik) większe
od częstotliwości przebiegu na nóżce 3 U3
wyrażonej w kilohercach. Jest to wyjście ty-
pu otwarty kolektor, co załatwiło problem
z dopasowaniem napięć ze strefy 15V do
5V . Procesor (za pomocą pozostałego Time-
ra0 – Timer1 wytwarza baudrate dla portu)
mierzy czas trwania 50 okresów tego prze-
biegu i wysyła wynik (najpierw starszy a po-
tem młodszy bajt Timera0) przez port szere-
gowy. Następnie czeka 200ms, znowu mie-
rzy i wysyła - i tak w kółko. Nie interesuje go
przy tym, czy dane zostały odebrane – opisa-
na transmisja ma miejsce stale, nawet bez
względu na to, czy port jest otwarty, czy nie.
Komputer może te liczby odebrać i zinterpre-
tować lub zignorować – wedle „uznania”. Je-
śli program Zasilacz.exe jest uruchomiony
i port jest otwarty, przychodząca informacja
jest przez komputer przetwarzana z uwzglę-
dnieniem dzielnika przez dwa, liczby mie-

rzonych okresów oraz długości trwania okre-
su zegara w procesorze (ok. 1,085

µs). Wynik

trafia na „wyświetlacz”. Tak wygląda komu-
nikacja w kierunku procesor - komputer.

W drugą stronę jest ciekawiej, bo przesy-

łanych jest kilka rodzajów informacji. Rysu-
nek 2 zawiera przykładowy zrzut z ekranu
głównego okna programu Zasilacz.exe.

Obecny jest na nim wspomniany wyświe-
tlacz, 9 przycisków służących do wyboru na-
pięć, przycisk on/off, mały checkbox oraz
oczywiście help i about. Do czego służy ów
checkbox wyjaśnię później, teraz jedynie
przepraszam obrońców ojczyzny - polszczy-
zny, ale taki termin chyba najlepiej oddaje
pełnioną funkcję („miejsce służące zaznacze-
niu pewnej opcji” lub coś podobnego mało
mnie pociąga) – dla równowagi w helpie (ha!
znów angielskie określenie) użyłem niezbyt
trafnego słowa „opcja”. To samo dotyczy
użytego wcześniej określenia baudrate. Wci-
śnięcie jednego z przycisków wyboru napięć
lub włącznika/wyłącznika powoduje wysłanie
przez komputer jednego bajtu, w którym
starsza połówka stanowi rozkaz mówiący
procesorowi co ma zrobić, a młodsza to argu-
ment tego rozkazu. Procesor U2 odbiera ten
bajt w procedurze obsługi przerwania
UART-a i - zależnie od jego wartości - odpo-
wiednio reaguje. Jeśli zmieniamy napięcie
wyjściowe, rozkaz wynosi zero a argument
określa, które napięcie wybieramy i przyjmu-
je wartości od 6 (napięcie numer 9 – regulo-
wane P10) do 14 (napięcie numer 1 regulo-
wane P2). Wysłanie liczby 15 powoduje po-
łączenie nóżki ADJ układu U1 z masą, oczy-
wiście przez jeden z tranzystorów układu U4.
Powoduje to podanie na wyjście zasilacza
najmniejszego możliwego napięcia, z więk-
szością kostek 74LS145 równego ok.
1,4V (1,25V + napięcie kolektor-emiter tran-
zystora). Jak widać, liczby 14...6 są dokład-
nym zanegowaniem liczb 1...9. Jest tak ze
względu na obecność w zasilaczu bramek
z układu U8. Wielu zapyta, po co zastosowa-
łem tę kostkę, skoro negacja ta jest tu zupeł-
nie niepotrzebna, a nawet gdyby była po-
trzebna, to z dziecinną łatwością można ją
zrealizować programowo? Otóż po włącze-
niu urządzenia do sieci układ U2 jest reseto-
wany, co jak wiadomo, powoduje podanie na
wszystkie porty stanów wysokich. Nawet

jeśli pierwszą instrukcją programu w proce-
sorze byłoby podanie na linię P1.3...P1.6 sta-
nów niskich, to i tak przez krótki czas byłyby
tam stany wysokie, a to spowodowałoby wy-
stąpienie na wyjściu zasilacza przez mniej
więcej ten czas maksymalnego możliwego do
uzyskania z danym transformatorem napię-
cia. Układ U8 zapobiega wystąpieniu takiego
niekorzystnego zjawiska – tuż po włączeniu
zasilacza na wyjściu pojawia się ok. 1,4V.

Po wciśnięciu przycisku ON zasilacz jest

włączany. Komputer otwiera port, po czym
wysyła liczbę 15 (włącz 1,4V na wyjściu)
oraz liczbę 176 odpowiadającą rozkazowi 11
i argumentowi 0. Ponowne wciśnięcie tego
przycisku wyłączy zasilacz - zaowocuje mia-
nowicie wysłaniem liczby 15, potem 208
(rozkaz 13) i zamknięciem portu. Skąd takie
dziwne liczby? A no z nikąd – ich wartość
jest zupełnie nieistotna, ważne żeby były uni-
kalne. Jeśli procesor odbierze liczbę 176, to
podaje na nóżkę P3.7 stan niski, jeśli 208 –
stan wysoki. A do portu P3.7 ... nic nie jest
podłączone! Jedynie napis REL sugeruje, że
chodzi o jakiś przekaźnik. Dlaczego jednak
nie ma go na schemacie i płytce drukowanej?
Otóż na tym etapie projektowania zasilacza
powstał mały dylemat. Nasz zasilacz trzeba
jakoś włączać i wyłączać, ściślej – dołączać
i odłączać od niego zasilany układ. W najpros-
tszym przypadku można by realizować wyłą-
czanie, podając po prostu na wyjście naj-
mniejsze z możliwych napięć, co zresztą jest
czynione. Zgodzicie się jednak wszyscy, że
uznanie urządzenia, na którym występuje na-
pięcie sporo ponad 1V, za odłączone od zasi-
lacza jest grubą przesadą. Nasuwa się więc
użycie przekaźnika włączonego w obwód
wyjścia zasilacza. Popularne przekaźniki
przeznaczone do pracy przy napięciu sieci
230V nie są dobrym rozwiązaniem, bo czer-
pią zwykle 50...150mA. Najlepszy byłby
przekaźnik małosygnałowy ze względu na
dużą rezystancję cewki, a co za tym idzie –
mały pobór prądu. Jednak przekaźniki takie
cechują się zadziwiającym wręcz zróżnico-
waniem rozkładów wyprowadzeń i ich liczbą.
Poza tym z doświadczenia wiem, że są one
znacznie trudniej dostępne niż ich duzi kole-
dzy, zwłaszcza w niewielkich sklepach elek-
tronicznych w małych miastach. Gdybym
więc zastosował jakiś konkretny typ lub na-
wet dodał w miarę uniwersalne miejsce na
płytce, to i tak istniałoby wiele typów wręcz
idealnie się tu nadających pod względem pa-
rametrów, które trzeba by wlutować „na dru-
tach” lub na oddzielnej płytce. Ostatecznie
uznałem, że na płytce drukowanej zasilacza
nie będzie przekaźnika. Konkretny typ jaki
zastosujecie należy zamontować na niewiel-
kim kawałku płytki uniwersalnej wraz z tran-
zystorem (-ami) sterującym i (koniecznie!)
diodą likwidującą przepięcia. Na płytce są
stosowne punkty do pobrania napięć
5V i 15V oraz punkt REL. Przykładowo

52

Elektronika dla Wszystkich

Rys. 2 Główne okno programu

Zasilacz.exe

– w modelu zastosowałem tani (2,50PLN)
i prosty przekaźnik JZC pobierający przy no-
minalnym napięciu 12V prąd 30mA. Nie jest
to może element o jakichś rewelacyjnych pa-
rametrach, ale nadaje się tu całkiem nieźle.
Jest zasilany z wyjścia 15V poprzez szerego-
wą diodę LED, co daje na cewce przekaźni-
ka napięcie troszkę ponad 12V. Diodę można
przy okazji wykorzystać w roli kontrolki.
Sterowanie odbywa się za pomocą dwóch
tranzystorów NPN włączonych jeden za dru-
gim w konwencji wspólnego emitera. W ob-
wodzie kolektora drugiego z nich jest przeka-
źnik i dioda. Pierwszy pełni rolę bufora mię-
dzy dwiema strefami napięć (5V – 15V) oraz
inwertera – dzięki niemu przekaźnik jest włą-
czany, gdy na P3.7 panuje stan niski, a nie
wysoki. Dysponując przekaźnikiem na
5V wystarczy tu jeden typowo włączony
tranzystor PNP.

No cóż – omówienie programu rozpoczą-

łem niejako od końca. Nie wspomniałem
o ważnym zjawisku mającym miejsce zaraz
po jego uruchomieniu – o skanowaniu wyj-
ścia zasilacza. Skanowanie służy umieszcze-
niu na przyciskach odpowiadających im
wartości napięć. Polega ono na tym, że kom-
puter wybiera kolejne napięcia (1...9) i - po
odczekaniu chwili na ich ustalenie się - od-
czytuje ich wartości, które następnie umie-
szcza na przyciskach. Użytkownik widzi
wtedy małe okienko z paskiem postępu sy-
gnalizującym zaawansowanie skanowania.
Proces może być w każdej chwili przerwany,
ale nie w połowie kroku. Dzięki skanowaniu
przy starcie programu informacja na przyci-
skach jest zawsze aktualna. Choć trwa ono
ok. 5s, nie jest uciążliwe, gdyż występuje je-
den jedyny raz po uruchomieniu. Jeśli pod-
czas korzystania z zasilacza okno programu
jest chwilowo niepotrzebne, nie należy go
zamykać, tylko zmi-
nimalizować – dwu-
krotne kliknięcie na
ikonkę w Trayu na-
tychmiast je przy-
wraca. Samo skano-
wanie nie jest w ża-
den sposób niebez-
pieczne dla układu
dołączonego do za-
silacza o ile zastosu-
jemy przekaźnik na
jego wyjściu. Jednak
znajdą się pewnie ta-
cy, którzy go nie za-
stosują, zdając się na
własną pamięć, aby
podczas skanowania
nie pozostawiać
żadnych urządzeń
podłączonych do za-
silacza. Ponieważ
pamięć ludzka jest
zawodna, przed roz-

poczęciem tego procesu ukazuje się ostrze-
żenie, mające na celu ustrzec ich przed skut-
kami pomyłki. Przy zastosowaniu przeka-
źnika ostrzeżenie to tylko niepotrzebnie de-
nerwowałoby użytkownika – w takim przy-
padku należy je wyłączyć, zwierając do ma-
sy nóżkę 14 procesora U2 (P1.2). Nie pole-
cam takich praktyk, gdy w układzie przeka-
źnika nie ma. Obecność przekaźnika jest
niemal obowiązkowa.

Na koniec wyjaśnienie funkcji małego

checkboksu znajdującego się po lewej stronie
panelu z przyciskami. Jego zaznaczenie
znacznie ułatwia proces regulacji zasilacza –
sprawia, że po wybraniu któregokolwiek
z napięć wartość poprzednio ustawionego na-
pięcia kopiowana jest na odpowiadającym
mu przycisku. Dzięki temu bez konieczności
ponownego skanowania widać, które napię-
cia są już wyregulowane, a które jeszcze nie.
Podczas normalnej pracy opcja ta powinna
być odznaczona, gdyż jedynie przeszkadza-
łaby, fałszując napisy przy szybkim przełą-
czaniu napięć. Przyczyną jest niezbyt duża
szybkość zmian napięcia na wyjściu U1 po
skokowej zmianie rezystancji pomiędzy koń-
cówką ADJ a masą.

Montaż i uruchomienie

Schemat montażowy znajduje się na rysun-
ku 3. Sam montaż jest typowy. Kolejność
jest właściwie dowolna, najlepiej rozpocząć
go od zworek i podstawek pod układy scalo-
ne. Zależnie od wartości napięć jakie chcemy
uzyskać, należy wlutować rezystory
R2...R10 i potencjometry P2...P10 o odpo-
wiednich wartościach, zgodnie z prostym
wzorem: Uwy=1,25V*(Q/200R + 1) ;
Rn+Pn>Q>Rn ; n=2,...,10. W miarę możli-

wości należy wybrać potencjometr o ma-
łej wartości w porównaniu ze współpracują-
cym rezystorem (zwiększy to precyzję regu-
lacji), aby tylko suma ich rezystancji gwaran-
towała uzyskanie potrzebnego napięcia. Dla
leniwych w wykazie podaję wyliczone war-
tości dla kilku popularnych napięć ustawio-
nych w modelu.

Uruchomienie sprowadza się do wyregu-

lowania przetwornika U/F za pomocą helitri-
ma P1. W tym celu należy uruchomić pro-
gram Zasilacz.exe – po skanowaniu na przy-
ciskach pojawią się przypadkowe wartości.
Na dowolnym kanale trzeba ustawić napięcie
ok. 20V lub inne będące w okolicy najwięk-
szego napięcia jakie chcemy uzyskać z na-
szego zasilacza (ostatecznie może to być
wręcz dowolne stosunkowo spore napięcie -
liniowość LM331 okaże się i tak wystarcza-
jąco dobra).

Ciąg dalszy na stronie 57.

53

Elektronika dla Wszystkich

Wykaz elementów

RReezzyyssttoorryy::

R1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .200Ω

R2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .240Ω

R3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .560Ω

R4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .680Ω

R5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1kΩ

R6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1,5kΩ

R7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2kΩ

R8,R9,R10 . . . . . . . . . . . . . . . .dobrać zależnie od potrzeb

R11,R17 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100kΩ

R12 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6,81kΩ 1%

R13,R14 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .220kΩ

R15,R16,R18 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22kΩ

R19 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12kΩ

P1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .helitrim 5k

P2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .47Ω PR

P3,P4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100Ω PR

P5,P6,P7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .470Ω PR

P8,P9,P10 . . . . . . . . . . . .PR (dobrać zależnie od potrzeb)

KKoonnddeennssaattoorryy::

C1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2200µF/25V

C2,C3,C13,C16 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100nF

C4,C9,C10,C14,C15 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100µF/25V

C5,C6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1µF MKT

C7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10nF MKT

C8 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2,2µF/16V

C11,C12 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .33pF

C17 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10µF/16V

PPóółłpprrzzeewwooddnniikkii::

D1...D4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1N4148

M1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .mostek 1,5A

T1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .BC548B

U1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .LM317T

U2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .89C2051

U3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .LM331 (‘4151)

U4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .74LS145

U5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .TL081

U6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7815

U7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7805

U8 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4011

IInnnnee::

X1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11,0592MHz

CON1,CON2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .ARK2

CON3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .DB9F

KKoom

mpplleett ppooddzzeessppoołłóóww zz ppłłyyttkkąą

jjeesstt ddoossttęęppnnyy ww ssiieeccii hhaannddlloowweejj AAVVTT

jjaakkoo kkiitt sszzkkoollnnyy AAVVTT-22665555..

Rys. 3 Schemat montażowy

54

Elektronika dla Wszystkich

Tytułowa nazwa układu może być nieco my-
ląca. Nie chodzi bowiem o sterownik oświe-
tlenia całego akwarium. Jest to raczej swoi-
sty gadżet mający na celu podniesienie walo-
rów wizualnych akwarium. Zgadzam się, że
akwarium tworzy w pomieszczeniu miłą at-
mosferę. Wiele osób posiada akwaria w wy-
eksponowanych częściach mieszkania, np.
w salonie. Przez zwolenników technik Feng
Shui brak na wyposażeniu pokoju akwarium
jest traktowane jako wielki błąd. Ale zdaje
się, że w tym przypadku zachodzą dodatko-
we komplikacje (liczba rybek, ich kolor, ga-
tunek, kształt akwarium, etc., etc.).

Przedstawiony układ steruje pracą trzech

diod świecących, umieszczonych w ruinach
zamku lub wraku statku, jakie można kupić
w sklepach akwarystycznych. Diody te po
kolei płynnie zapalają się i gasną. Czasy wy-
gaszania i zapalania nachodzą na siebie: gdy
jedna dioda powoli gaśnie – druga powoli
zwiększa natężenie świecenia. Takie ruiny
zamków lub wraków statków, podświetlone
od wewnątrz, bardzo ładnie prezentują się
w akwarium, gdy przez szpary w burcie stat-
ku lub okna zamku sączą się zmieniające bar-
wę promienie światła.

Jak to działa?

Schemat ideowy przedstawiono na
rysunku 1. Na układzie U1 zbudo-
wany jest generator o częstotliwo-
ści ustalonej elementami R1 i C1.
W modelu częstotliwość zmierzona
na nóżce 1 jest równa 2642Hz.
Układ pracuje w konfiguracji z naj-
wyższym stopniem podziału we-
wnętrznego licznika (nóżki 12 i 13
podłączone do plusa). A więc na je-
go wyjściu obecny jest sygnał pro-
stokątny o okresie 24 sekund [(1 ÷
2642) * 2

16

]. Sygnał ten podawany

jest na wejście zegarowe licznika

U2. Do pierwszych trzech wyjść tego układu
podłączone są układy opóźniające RC.

Gdy na wyjściu Q0 układu U1 pojawi się

logiczna jedynka, kondensator C2 będzie ła-
dowany przez rezystor R3. Prąd ładowania
zostanie wzmocniony przez tranzystory T5
i T6 pracujące w układzie Darlingtona. Tran-
zystory te sterują pracą diody świecącej do
nich podłączonej. Z uwagi na dużą wartość
rezystorów R3-R5 zastosowanie pojedyn-
czego tranzystora nie pozwala uzyskać od-
powiednio dużego prądu dla zasilania diody.
Układ z dwoma tranzystorami jest zdecydo-
wanie pewniejszy. Jasność diody odpowiada
stanowi naładowania się kondensatora. Czas
potrzebny do uzyskania maksymalnej jasno-
ści diody wynosi około 10 sekund.

Po kolejnym impulsie podanym na wej-

ście układu U2 zmieni się sytuacja na jego
wyjściach, tzn. na wyjściu Q0 pojawi się „ze-
ro”, a na wyjściu Q1 „jedynka”. Teraz kon-
densator C2 będzie się rozładowywał przez
rezystor R3, a dioda D1 powoli gaśnie. Jed-
nocześnie przez rezystor R4 ładowany będzie
kondensator C3, a dioda D2 świecić się coraz
jaśniej. W końcu dioda D1 zgaśnie całkowi-
cie, a dioda D2 zaświeci pełną jasnością.
W ten sposób zrealizowane zostało płynne

przejście z podświetlania jednym kolorem na
drugi.

Kolejny impuls podany na wejście układu

U2 spowoduje reakcję jak wyżej. Tym jednak
razem gasnąć będzie dioda D2, a powoli zapa-
lać się dioda D3. Podanie następnego impulsu
na wejście U2 spowoduje pojawienie się sta-
nu wysokiego znowu na wyjściu Q0. Stanie
się tak, ponieważ cykl pracy licznika U2 jest
skrócony do trzech (wejście reset połączone
z wyjściem Q3). Tym razem gasnąć będzie
dioda D3, a zapalać się dioda D1. W ten spo-
sób zamknięty został cykl, w którym pracuje
układ. Rezystory R6-R8 ograniczają wartość
prądu płynącego przez diody.

Montaż i uruchomienie

Układ można zmontować na płytce drukowa-
nej pokazanej na rysunku 2. Montaż prze-
prowadza się według ogólnie przyjętych za-
sad. Diody świecące połączone są z płytką za
pomocą czterech przewodów. Przewody te
powinny mieć odpowiednią długość i kolor,
tak aby można było je ukryć „po drodze” od
płytki do zamku. Wyprowadzenia diod i luto-
wana do nich część przewodów powinny być

2

2

6

6

2

2

5

5

/

/

A

A

+

+

A

A

k

k

w

w

a

a

r

r

i

i

o

o

w

w

y

y

s

s

t

t

e

e

r

r

o

o

w

w

n

n

i

i

k

k

o

o

ś

ś

w

w

i

i

e

e

t

t

l

l

e

e

n

n

i

i

a

a

Rys. 1 Schemat ideowy

zabezpieczone przed wodą. Można to zrobić
poprzez zalanie ich klejem typu Distal lub kle-
jem nakładanym na gorąco za pomocą pistoletu.

Sam model zamku lub wraku powinien

być odpowiednio dobrany. Istnieją małe mo-
dele z pełnym wnętrzem. W takiej sytuacji
można wydrążyć otwór wiertłem, ale z pew-
nych oczywistych względów nie jest to dobre
rozwiązanie. Lepiej od razu kupić model
z pustym wnętrzem, np. model ruin zamku
z pustą wewnątrz basztą. Wtedy wystarczy
od spodu baszty wsunąć diody. Małe modele
z pełnym środkiem można oświetlać z ze-
wnątrz, a diody ukryć np. pod kamieniem.

Możliwości zmian

Wiadomo, że gusta są różne. Dlatego też dla
niektórych osób zaproponowane przeze mnie
czasy zmiany kolorów mogą okazać się np.
zbyt długie, choć według mnie odpowiadają
one atmosferze powolnie toczącego się życia
podwodnego. Jeżeli jednak ktoś życzyłby so-
bie krótszych czasów, powinien:

Zmniejszyć wartości par elementów R3 i C2,

R4 i C3 oraz
R5 i C4. Uzy-
ska się wów-
czas szybsze
czasy narastania
i zmniejszania
natężenia jasno-
ści diod LED.

Zmniejszyć

wartość elemen-
tów R1 i/lub C1.
Zmniejszy się
wówczas okres
impulsu steru-
jącego przełą-
czaniem diod.
W modelu im-
puls ten wynosi
prawie 24 se-
kundy, a moż-
na go wyli-
czyć, posługu-
jąc się wzorem:

(2,3 * R1 * C1) * 2

16

.

Nic nie stoi na przeszkodzie, aby zapropo-

nowany układ oświetlał całe akwarium.
Można np. zastosować różnokolorowe ża-
rówki. Mogą to być żarówki niskonapięcio-
we, np. 12V lub sieciowe na 230V. W pierw-
szym przypadku tranzystory T2, T4 i T6 na-
leży wymienić na tranzystory mocy (jakieś
BD-ki, np. popularne BD911), lub nawet
w miejsce par Darlingtonów wstawić „goto-
we” Darlingtony mocy, np. BD649. W przy-
padku stosowania żarówek sieciowych

w miejsce LED-ów wstawić trzeba układy
z optotriakami i triakami.

Sterownik wyposażony w żarówki może

oświetlać ogrodowe oczko wodne. Będzie to
oświetlenie bardzo wyrafinowane w stosun-
ku do sterowników oświetlenia oferowanych
na rynku. Np. sterownik oferowany w katalo-
gu „Błękitni” składa się z jednej żarówki
przesłanianej trzykolorową tarczą (zielony,
czerwony, żółty) obracaną przez silnik.

Dariusz Drelicharz

55

Elektronika dla Wszystkich

Wykaz elementów

R1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .82kΩ
R2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .47kΩ
R3-R5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1MΩ
R6-R8 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .470Ω
C1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2,2nF
C2-C4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10µF/16V
C5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100µF/16V
C6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100nF
D1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .dioda czerwona
D2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .dioda niebieska
D3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .dioda zielona
T1-T6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .BC548
U1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4541
U2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4017

Płytka ddrukowana jjest ddostępna w sieci

handlowej AAVT jjako kkit sszkolny AAVT-22625A.

Rys. 2 Schemat

montażowy

56

Elektronika dla Wszystkich

Do czego to służy?

Posiadacze komputerów PC przynajmniej
raz spotkali się ze zjawiskiem jego „zawie-
szenia się”. Programy przestają wówczas
działać lub działają niewłaściwie. Przyczyny
tego stanu rzeczy bywają różne - np. niepra-
widłowa instalacja aplikacji czy „przełado-
wanie” komputera ich nadmiarem w stosun-
ku do jego możliwości wydajnościowych. In-
nym, równie częstym powodem takiego zja-
wiska jest po prostu przegrzewanie się które-
goś lub kilku podzespołów peceta. Najczę-
ściej jest to procesor, ale także może to być
chipset karty graficznej lub płyty głównej.
Bezpośrednimi przyczynami są często: za-
trzymanie się lub silne spowolnienie obrotów
(spowodowane nagromadzeniem się kurzu)
wentylatora chłodzącego dany podzespół,
niewystarczająca ilość pasty silikonowej
między procesorem/chipsetem a chłodzącym
go radiatorem, wysoka temperatura otocze-
nia.

Nadmierny wzrost temperatury może przy-

czynić się do uszkodzenia fizycznego (prze-
grzania) chłodzonego podzespołu. Aby temu
zapobiec, wiele nowych płyt głównych posia-
da wbudowane zabezpieczenia eliminujące te-
go typu zdarzenia (najczęściej należy w tym
celu włączyć odpowiednie funkcje w BIOS-ie
płyty głównej - w opcji „PC Health”). Jednak
nie wszystkie posiadają tego typu udogodnie-
nia. Tym bardziej nie mają ich niemal wszyst-
kie starsze płyty główne. Podobna sytuacja
dotyczy kart graficznych. Zasilacze kompute-
rowe są praktycznie niezabezpieczone - za-
trzymanie wentylatora grozi uszkodzeniem co
najmniej jednego tranzystora.

Aby móc na bieżąco kontrolować tempe-

raturę chronionego podzespołu, proponuję
wykonanie prostego i zarazem dość efektow-
nego wskaźnika. Nie dostarczy on wpraw-
dzie dokładnej informacji na temat wysoko-
ści temperatury, ale ostrzeże przed jej
nadmierną wysokością. Pozwoli to w porę
zareagować użytkownikowi komputera: wy-

łączyć go i zdiagnozować przyczynę. Jeśli
nie czujemy się na siłach lub/i komputer jest
jeszcze na gwarancji - pecet należy oddać do
wykwalifikowanego serwisu.

Jak to działa?

Układ komputerowego wskaźnika tempera-
tury jest nieskomplikowany. Schemat ideowy
przedstawia rysunek 1. Od razu nadmienię,
iż jeden egzemplarz układu może kontrolo-
wać temperaturę tylko jednego podzespołu.
Z tego względu osoby chcące być informo-
wane o temperaturze np. procesora i chipsetu
karty graficznej powinny wykonać dwie
sztuki takiego układu. Nie nadweręży to ni-
czyjego portfela, gdyż wskaźnik został za-
projektowany w oparciu o minimalną liczbę,
tanich i łatwo dostępnych podzespołów.

„Sercem” wskaźnika temperatury jest sca-

lony wzmacniacz operacyjny U1 pracujący
tu w podwójnej roli - komparatora i genera-
tora niskiej częstotliwości. Komparatora,
gdyż porównuje napięcie wzorcowe (mniej
więcej równe połowie napięcia zasilania
+5V) z dzielnika rezystorowego R3/R4 (po-
dane na wejście nieodwracające 3 kompara-
tora U1A) z napięciem pochodzącym z dru-
giego dzielnika: R1/termistor R2. Dzięki za-
stosowaniu rezystora R5 wraz z szeregowy-
mi kondensatorami C1, C2 komparator
U1A pracuje dwustopniowo. Poniżej ustalo-
nego przez R1 pierwszego progu temperatu-

ry czerwona sekcja dwukolorowej diody
LED D1 nie świeci wcale. Powyżej włącza
się okresowo (częstotliwość impulsowania
ustalają elementy R5,C1,C2), po przekrocze-
niu drugiego progu świeci stale. Opornik R6
ustala głębokość histerezy. Upraszczając -
ustala odstęp pomiędzy pierwszym a drugim
progiem włączania LED wyrażony w C.
Warto zauważyć, że zielona sekcja LED D1
świeci się zawsze, co daje ciekawy efekt
optyczny. Jeśli LED D1 świeci tylko na zie-
lono, użytkownik komputera otrzymuje in-
formację, że temperatura kontrolowanego
podzespołu utrzymuje się w bezpiecznych
granicach.

Zastosowanie dwóch szeregowych kon-

densatorów elektrolitycznych C1,C2 elimi-
nuje potrzebę zastosowania kosztownego
i dużego kondensatora stałego o pojemności

2,2...4,7µF. Kondensatory te
nie muszą mieć rewelacyj-
nych parametrów, małe zna-
czenie ma ich upływność -
odpowiadają jedynie za czę-
stotliwość pulsowania LED
D1 - odchyłki rzędu nawet
kilkudziesięciu procent nie
mają większego znaczenia.

Montaż

i uruchomienie

Układ wskaźnika składa się z niewielkiej
liczby elementów. Przesądza to o niedługim
czasie ich wmontowywania w płytkę druko-
waną. Rysunek jej ścieżek zamieszczono we
wkładce, widok od strony montażu przedsta-
wia rysunek 2.

W pierwszej kolejności w płytkę lutujemy

rezystory - poza termistorem R2. Następnie
kondensatory i tranzystor – „na leżąco”,
układ scalony i LED D1- tę ostatnią piono-
wo, jak najbliżej powierzchni płytki. W płyt-
kę należy też wlutować końcówki dwóch
przewodów doprowadzających „+” i „-” za-
silania. Drugie ich końce należy podłączyć

+

+

+

Rys. 1 Schemat ideowy

K

K

o

o

m

m

p

p

u

u

t

t

e

e

r

r

o

o

w

w

y

y

w

w

s

s

k

k

a

a

ź

ź

n

n

i

i

k

k

t

t

e

e

m

m

p

p

e

e

r

r

a

a

t

t

u

u

r

r

y

y

do komputera - np. do dodatkowego złącza
USB na płycie głównej komputera (korzysta-
jąc z dokumentacji płyty głównej zlokalizo-
wać „+” i „-”) , niewykorzystanego IrDa lub
do wtyczki zasilania zasilacza PC - w punkty
+5V (czerwony przewód) i masę (czarny
przewód). Termistor R1 powinien być wluto-
wany w płytkę za pośrednictwem odcinka
izolowanego, dwużyłowego przewodu. Na-
stępnie należy go przymocować do radiatora
chłodzonego podzespołu, którego temperatu-
rę chcemy kontrolować. Sposób mocowania
zależy od inwencji użytkownika. Autor ufor-
mował przewód termistora na zaczepie radia-
tora w taki sposób, że czujnik rezystancyjny
się nie przemieszcza. Miejsce styku termisto-

ra z radiatorem po-
kryto kroplą pasty
silikonowej.

Wartości rezy-

storów R1 i R6 zo-
stały tak dobrane,
że dioda LED za-
czyna pulsować po
przekroczeniu tem-
peratury ok. 58

o

C

(pierwszy próg –
„ostrzegawczy”).
Świeci w sposób

ciągły (na czerwono - barwa zielona podwój-
nej LED jest wtedy bardzo silnie wytłumiona
dzięki zastosowaniu szeregowego opornika
R7), gdy temperatura termistora osiągnie ok.
72

o

C (drugi próg – „alarm termiczny”). Kto

chce, może dobrać inne wartości ww. rezy-
storów celem ustalenia innych progów włą-
czania diody. Dociekliwi poszukają wtedy,
np. w Internecie, informacji na temat dopu-
szczalnych temperatur pracy poszczególnych
odmian procesorów Intela, AMD, Cyrixa,
i ustalą wartości oporników wg swoich po-
trzeb. Podczas prób kalibracyjnych korzyst-
niej zamiast potencjometrów jest lutować

rezystory stałe o nieco różniących się warto-
ściach - np. 18k

Ω zamiast 15kΩ, 36kΩ za-

miast 39k

Ω, itp.

Na czas prób można nie lutować w płytkę

opornika R7 - zielona sekcja LED nie będzie
się wtedy świecić. R7 można nie lutować
wcale - wtedy wystarczy zastosować zwykłą
pojedynczą czerwoną diodę LED 8mm. Mi-
nusem tego ostatniego rozwiązania będzie
nieinformowanie użytkownika o pracy wska-
źnika (taką dodatkową funkcję pełniła bo-
wiem zielona sekcja LED D1). W przypadku
jego uszkodzenia lub odłączenia zasilania
i jednoczesnym przegrzewaniu się mierzone-
go elementu nie zostaniemy poinformowani
o tym fakcie.

Podczas ustalania wartości R5,R6 czuj-

nik - termistor powinien być podłączony do
jakiegokolwiek termometru - zalecany jest
elektroniczny (np. wbudowany w multi-
metr), ale dopuszczalny również i zwykły -
rtęciowy czy alkoholowy (miejsce stykania
pokryć niewielką ilością pasty silikonowej)
o wystarczająco szerokim zakresie tempe-
ratur. Zmiany temperatury najłatwiej uzy-
skać wygrzewając czujnik pod żarówką
lampy stołowej. Po kilku próbach (czekać
na ustalenie się temperatur) proces dobiera-
nia R1, R6 można uznać za zakończony.
W razie uzasadnionej potrzeby zamiast po-
jedynczych R5 i R6 można wlutować dwa
szeregowe.

Zmontowany ostatecznie układ najlepiej

przymocować w jednej z przednich, plasti-
kowych zaślepek - np. na napęd CD-ROM
czy na drugą stację dyskietek. W zaślepce
wiercimy tylko jeden otwór. Wlutowana
blisko powierzchni płytki LED D1stanowi
dostateczne i jedyne mocowanie niewiel-
kiej płytki. Diodę tę wkładamy we wspo-
mniany otwór „na wcisk”. Takie rozwiąza-
nie ma tę zaletę, że nie „psuje” obudowy
(konieczność wywiercenia otworu) - w ra-

zie potrzeby zaślepkę można zawsze wy-
mienić na „nieuszkodzoną” (można ją do-
stać w serwisie komputerów, jeśli nie posia-
damy zapasowej).

Na zakończenie warto ostrzec przed roz-

plombowaniem nowego komputera celem
zamontowania w nim opisanego wyżej ukła-
du. Pozbawi nas to gwarancji producenta.
Wyjątek stanowi posiadanie gwarancji na po-
szczególne podzespoły (np. procesor, płytę,
karty rozszerzeń) - wtedy nie musimy się
obawiać jej utraty. Początkujący elektronicy
i posiadacze komputerów powinni poprosić
o pomoc bardziej doświadczoną osobę, która
wmontuje i podłączy układ wskaźnika.

Dariusz Knull

57

Elektronika dla Wszystkich

Rys. 2 Schemat

montażowy

Wykaz elementów

Rezystory
R1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15kΩ
R2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .NTC 110 100kΩ
R3,R4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10kΩ
R5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3,9kΩ
R6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .39kΩ
R7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .220Ω

Kondensatory
C1,C2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10µF/16V

Półprzewodniki
D1 . . . .LED dwukolorowa (czerwono-zielona) 8mm
T1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .BC548
U1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .LM358, 258

Ciąg dalszy ze strony 53.

Przy użyciu częstościomierza, oscyloskopu lub analizatora sta-

nów logicznych należy ustawić na nóżce 3 U3 częstotliwość równą
dokładnie połowie ustawionego napięcia wyjściowego, zmierzone-
go cyfrowym woltomierzem. Jeśli ktoś nie ma częstościomierza,
może po prostu mniej więcej wyregulować P1 tak, aby wskazanie
na wyświetlaczu w programie zgadzało się ze wskazaniem mierni-
ka. Jeśli po pewnym czasie wystąpią rozbieżności – regulację nale-
ży powtórzyć. W ten sposób po kilku próbach nawet bez częstościo-
mierza można zadowalająco wyregulować przetwornik. Na koniec
regulujemy poszczególne napięcia i to wszystko. Zasilacz jest goto-
wy do pracy.

Program na 2051 oraz program zasilacz.exe można ściągnąć z na-

szej strony internetowej z działu FTP http:\\www.edw.com.pl\libra-
ry\pliki\zasilaczaa.zip

Arkadiusz Antoniak

58

Elektronika dla Wszystkich

Prezentowany w artykule układ to najprost-
szy generator testowego sygnału wideo,
który posłużył mi do dostrojenia nadajnika
telewizyjnego (audio/video modulator Vel-
leman-KIT), którego opis znajdował się
w EdW 06/2000. Na tym jednak nie kończą
się możliwości przedstawionego układu:
można za jego pomocą sprawdzić działanie
dowolnego telewizora wyposażonego
w wejście AV lub SCART, problem zestro-
jenia posiadanego sprzętu RTV stanie się
dziecinnie prosty.

Dzięki dużej prostocie (tylko 8 elemen-

tów) zrozumienie i montaż układu nie sprawi
problemu nawet najbardziej początkującemu
elektronikowi. W treści artykułu znajduje się
również skrócony opis sygnału wideo, co po-
zwoli zrozumieć sposób kodowania obrazu
telewizyjnego.

Opis układu

Kluczowym elementem urządzenia jest scalo-
ny generator sygnału wideo – BA7004.

Rysunek obudowy oraz funkcje poszcze-

gólnych wyprowadzeń zostały pokazane na
rysunku 1. Natomiast jego schemat bloko-
wy widoczny jest na rysunku 2. Jak widać,
w jednej obudowie zawarte są wszystkie nie-
zbędne bloki, zaczynając od oscylatora
a kończąc na buforze wyj-
ściowym. Podstawowe dane
techniczne kości zostały ze-
brane w tabeli 1. Na uwagę
zasługuje również fakt, że
układ BA7004 nie wymaga
żadnego strojenia czy uru-
chamiania i po włączeniu
zasilania od razu generuje
sygnał wideo.

Tab. 1 BA7004 – dane techniczne

Skrótowo omówię teraz wygląd sygnału wi-
deo na podstawie przebiegu tworzonego
przez układ BA7004. Skupimy się na wyglą-
dzie pojedynczej linii, dla której wygląd sy-
gnału jest pokazany na rysunku 3. Na samym
początku warto zaznaczyć, że sygnał wideo
nie niesie informacji o położeniu punktów na
ekranie odbiornika, tylko o kolorze kolejnych
punktów. Gotowy obraz składany jest z poje-
dynczych 625 linii i my zajmiemy się sygna-
łem właśnie takiej linii. Układ BA7004 gene-
ruje przez cały czas jeden i ten sam sygnał
składający się z tych samych linii.

Patrząc na rysunek 3, możemy na sa-

mym początku zauważyć trwający 4

µs

impuls na poziomie 0V. Jest to tak zwany
impuls synchronizacji poziomej, którego
zadaniem jest poinformowanie odbiorni-
ka, że zostaje nadawany obraz kolejnej li-
nii. Po wysłaniu impulsu synchronizacji
generator na 8

µs ustawia poziom

0,3V odpowiadający kolorowi czarnemu.
W tym czasie promień elektronów w ki-
neskopie jest ustawiany na początku nowej li-
nii. Następnie po impulsie synchronizacji
i czasie na ustawienie promienia elektronów
w odpowiednim miejscu generator wysyła
trwający dokładnie 52

µs sygnał niosący infor-

mację o kolorze punktów w linii. Kolorowi

czarnemu odpowiada poziom 0,3V, a ko-
lor biały jest reprezentowany przez 1,0V.
Czyli jasność punktu jest wprost propor-
cjonalna do poziomu sygnału. Po dołącze-
niu opisywanego generatora do telewizora
na ekranie zobaczymy dwa białe, pionowe

pasy ustawione mniej więcej na środku.

Schemat generatora został przedstawio-

ny na rysunku 4. Dioda D1 spełnia rolę sy-
gnalizatora, czy jest obecne napięcie zasila-
nia. Układ BA7004 do poprawnej pracy wy-
maga rezonatora ceramicznego (X1) o czę-
stotliwości 500kHz oraz dwóch kondensato-
rów C1, C2. Przełącznik S1 umożliwia poda-
nie na wyjście VIDEO OUT sygnału
z dwóch źródeł: z układu BA7004 oraz
z wejścia VIDEO IN. Takie rozwiązanie po-
zwala na stałe podłączenie układu do nadaj-
nika, co jeszcze bardziej upraszcza i skraca
czas zestrajania nadajnika z telewizorem.

Montaż i uruchomienie

Układ można zmontować na płytce uniwer-
salnej. Poprawnie zmontowany nie wymaga
żadnego uruchamiania i działa bezpośrednio
po podłączeniu zasilania.

Marcin Osiniak

F

F

o

o

r

r

u

u

m

m

C

C

z

z

y

y

t

t

e

e

l

l

n

n

i

i

k

k

ó

ó

w

w

G

G

e

e

n

n

e

e

r

r

a

a

t

t

o

o

r

r

o

o

b

b

r

r

a

a

z

z

u

u

k

k

o

o

n

n

t

t

r

r

o

o

l

l

n

n

e

e

g

g

o

o

T

T

V

V

Wykaz elementów

R1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .330Ω
R2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1kΩ
C1,C2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4,7nF
C3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1µF/16V
D1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .LED
IC1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .BA7004

Rys. 1

Rys. 2

PARAMETR

SYM.

JEDN. MIN

TYP.

MAX

H-sync

H

SYNC

kHz

—

15,625 —

Napięcie zasilania

Vcc

V

8

9

13

Pobór prądu

Ic

mA

4,5

9

12,5

Amplituda sygnału

Vpp

V

1,7

1,9

2,1

Temperatura pracy T

W

o

C

-10

—

75

Rys. 4

Rys. 3

59

Forum Czytelników

Elektronika dla Wszystkich

Bezprzewodowe czajniki do gotowania wo-
dy nie informują o „wykonaniu zadania”.
Najprostszym sposobem sygnalizacji zagoto-
wanej wody byłoby przywiązanie dzwonecz-
ka do wyłącznika czajnika. Jest to jednak
niezbyt praktyczne rozwiązanie.

Niniejsze sygnalizator posiada szereg za-

let, ponieważ nie będzie dzwonił podczas
przenoszenia czajnika i nie wpadnie niko-
mu... do herbaty.

Opis układu

Schemat ideowy pokazany jest na rysunku 1.

Gdy woda zaczyna się gotować, wzrasta

temperatura obudowy czajnika. W chwili,
gdy woda wrze, temperatura obudowy osiąga
około 101

o

C i tak właśnie nastawiony jest

próg zadziałania sygnalizatora. Dlaczego
akurat 101

o

C? Powód jest prosty – gdyby

ustawić próg na temperaturę wrzenia wody
(100

o

C), to sygnalizator zacząłby „hałaso-

wać” przed wyłączeniem czajnika, a przecież
woda musi się chwilę pogotować.

Teraz druga sprawa – utrzymanie tempera-

tury 101

o

C nie jest trwałe, gdyż np. podczas

nalewania pierwszej szklanki wody tempera-
tura obudowy gwałtownie spadnie. Należy
ustalić więc dolny próg wyłączania sygnaliza-

cji. Wraz ze spadkiem temperatury będzie ma-
lało napięcie na przetworniku T/U. Potrzebny
jest wyłącznik progowy, który wyłączy sygna-
lizator po spadku napięcia na przetworniku
T/U. Wyłącznik ten jest zrealizowany na dio-
dzie Zenera (5V1). Po przekroczeniu wartości
napięcia przewodzenia diody, układ włącza
sygnalizator lub po spadku napięcia wyłącza
go. Wzmacniacz operacyjny U1A to generator
przebiegu prostokątnego o ustalonej częstotli-
wości ok. 3Hz i o odpowiedniej amplitudzie
zależnej od R4 i R5 (zależy od użytego gene-
ratora piezo). Kondensator C2 pełni dość
istotną rolę, podnosi napięcie między impulsa-
mi przerywającymi pracę generatorka piezo,
ponieważ jest kłopot ze zdobyciem generator-
ka piezo, który dość głośno będzie dawał znać
o sobie przy niskim napięciu i małych wymia-
rach. Potencjometrem P1 ustalamy górny próg
zadziałania sygnalizatora. Czujnikiem tempe-
ratury jest termistor NTC 20k

Ω 20

o

C.

Układ należy zasilać napięciem 6V

(z dwóch baterii litowych 3V). Kondensator
C1 to „akumulator”
energii. Jest on po-
trzebny, ponieważ układ
pobiera podczas pracy
około 2mA prądu. Ba-
terie doładowują kon-

densator, z którego pobierany jest prąd. Czę-
stotliwość „piknięć” sygnalizatora ustalamy
wartościami C3 i R3. Tranzystor T1 pełni ro-
lę klucza prądowego zasilającego generator
piezo.

Montaż i uruchomienie

Układ można zmontować na płytce drukowa-
nej pokazanej na rysunku 2.

Przed uruchomieniem układu, kondensa-

tor C1 należy zaformować, w przeciwnym
wypadku podczas pierwszego włączenia sy-
gnalizatora kondensator pobierałby zbyt du-
ży prąd, co mogłoby doprowadzić do rozła-
dowania baterii.

Układ działa od razu po zmontowaniu, je-

dyną regulację jaką należy przeprowadzić to
ustawienie załączenia sygnalizatora.

Paweł Korejwo

S

S

y

y

g

g

n

n

a

a

l

l

i

i

z

z

a

a

t

t

o

o

r

r

z

z

a

a

g

g

o

o

t

t

o

o

w

w

a

a

n

n

i

i

a

a

w

w

o

o

d

d

y

y

w

w

c

c

z

z

a

a

j

j

n

n

i

i

k

k

u

u

b

b

e

e

z

z

p

p

r

r

z

z

e

e

w

w

o

o

d

d

o

o

w

w

y

y

m

m

Wykaz elementów

Rezystory:
R1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1MΩ
R2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8,2kΩ
R3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .220kΩ
R4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .47kΩ
R5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .470kΩ
P1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1MΩ PR
Kondensatory:
C1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2200µF/9V
C2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1-2,2µF
C3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .330nF
Półprzewodniki:
D1 . . . . . . . . . . . . . . .dioda Zenera 5V1
T1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .BC548
US1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .LM358
Inne:
Dwie baterie CR2032
Piezo z gen. KPE242 (3V)

Rys. 1 Schemat ideowy

Rys. 2

Schemat montażowy

B

B

e

e

z

z

k

k

o

o

m

m

p

p

r

r

o

o

m

m

i

i

s

s

o

o

w

w

a

a

j

j

a

a

k

k

o

o

ś

ś

ć

ć

a

a

u

u

d

d

i

i

o

o

,

,

czyli

d

d

r

r

o

o

g

g

a

a

d

d

o

o

D

D

i

i

r

r

e

e

c

c

t

t

D

D

i

i

g

g

i

i

t

t

a

a

l

l

C

C

h

h

a

a

i

i

n

n

Dlaczego przetwornik 1-bitowy jest lepszy od 16-bitowego

Żeby dobrze zrozumieć obecną sytuację oraz
trendy w rozwoju systemów audio, trzeba
powrócić do przełomu lat 70. 80., gdy po-
wstawała płyta kompaktowa, i przypomnieć
najważniejsze informacje techniczne. Przez
prawie dwadzieścia lat płyta CD była rekla-
mowana i powszechnie uznawana za szczy-
towe osiągnięcie w dziedzinie jakości dźwię-
ku. Przełom wieków przyniósł istotne zmia-
ny, a czas pokazał, że dalszy rozwój syste-
mów cyfrowych poszedł w dwóch oddziel-
nych kierunkach:
1. dalszego polepszenia parametrów tech-
nicznych sygnału w dążeniu do ideału –
przedstawicielami tej linii rozwojowej są
DVD-Audio oraz SACD,
2. radykalnej kompresji sygnału, pozwalają-
cej zmniejszyć objętość i szybciej przesłać
sygnał cyfrowy – tu czołowymi przedstawi-
cielami są format MP3 oraz sposoby kodo-
wania dźwięku na płycie DVD-Video.

W obu kierunkach rzuca się w oczy dalsza

intensywna „cyfryzacja” sprzętu. Szczegóły

są bardzo interesujące i warto mieć orienta-
cję, co dzieje się w tych dziedzinach

CD, czyli

stary, poczciwy PCM

Aby bezboleśnie zagłębić się w fascynujący,
całkowicie nowy świat cyfrowego dźwięku,
trzeba przypomnieć dwie podstawowe zasady
przetwarzania sygnału analogowego na cy-
frowy. Rysunek 1a pokazuje fragment prze-
biegu akustycznego – przebieg ten to zmiany
napięcia w czasie. Jest to najprawdziwszy
przebieg analogowy. Aby zamienić go na
„klasyczną” postać cyfrową, należy najpierw
podzielić go na pojedyncze próbki (co się na-
zywa próbkowaniem, ang. sampling). Sygnał
analogowy z natury jest ciągły, a cyfrowy –
nie (jest dyskretny, czyli nieciągły, przerywa-
ny). Dlatego konieczne jest próbkowanie cią-
głego sygnału - to niezbędny etap wstępny do
przetwarzania analogowo-cyfrowego. Rysu-
nek 1b pokazuje sygnał po próbkowaniu.
W tym wypadku poszczególne próbki mają

postać wąskich impulsów. Zależnie od roz-
wiązania układowego obwodów próbkują-
cych, zamiast takich wąskich próbek można
uzyskać przebieg schodkowy według rysun-
ku 1c (próbkowanie z pamięcią). Należy wy-
raźnie podkreślić, że w obu przypadkach war-
tość poszczególnych próbek dokładnie odpo-
wiada wartości sygnału analogowego w mo-
mentach próbkowania. Co niezmiernie waż-
ne, jeżeli częstotliwość próbkowania jest od-
powiednio duża, co najmniej dwa razy więk-
sza od częstotliwości sygnału analogowego, z
takiego nieciągłego sygnału szpilkowego
(rys. 1b) lub schodkowego (rys 1c) można z
powrotem odtworzyć oryginalny sygnał
analogowy bez jakichkolwiek zniekształceń
(rys 1a). Taki nieciągły sygnał zawiera pełne,
precyzyjne informacje o sygnale.

Dyskretne sygnały z rysunków 1b, 1c nie

są sygnałami cyfrowymi – to wąskie impulsy
napięcia lub schodkowy przebieg napięcia.

Żeby uzyskać sygnał cyfrowy, trzeba każ-

dej próbce przypisać liczbę, określającą jej

64

Elektronika dla Wszystkich

M

E

U

dodatek

do

miesięcznika

P

o

z

n

a

ć

i

z

r

o

z

u

m

i

e

ć

s

p

r

z

ę

t

a g a z y n

l e k t r o n i k i

ż y t k o w e j

M

U

To warto wiedzieć

To warto wiedzieć

wielkość (amplitudę). Proces ten nazywa się
kwantowaniem i dopiero to jest właściwe
przetwarzanie analogowo-cyfrowe. Przypi-
sywanie próbkom z rysunku 1c liczb określa-
jących amplitudę pokazuje w uproszczeniu
rysunek 1d. W sytuacji z rysunku 1d dostęp-
nych jest tylko kilka liczb-poziomów - ko-
niecznie należy mieć świadomość, że w ta-
kim procesie każdej próbce nie przyporząd-
kowuje się liczby idealnie dokładnie określa-
jącej jej amplitudę, tylko najbliższą z dostęp-
nych wartości cyfrowych. Jak wskazuje rysu-
nek 1d, w najgorszym przypadku uzyskana
wartość cyfrowa różni się od wartości rze-
czywistej próbki nie więcej niż o połowę róż-
nicy między kolejnymi dostępnymi warto-
ściami cyfrowymi. Niewątpliwie pojawia się
tu pewien błąd. Jest on tym mniejszy, im wię-
cej jest dostępnych poziomów cyfrowych.
Ilustruje to rysunek 1e, gdzie ten sam sygnał
z rysunku 1c próbkowany jest z większą do-
kładnością.

Ostatecznie analogowy sygnał z rysunku

1a zostanie więc zamieniony na ciąg liczb
(dwójkowych), jak pokazuje rysunek 1f.

Jest to tak zwany system i kodowanie

(modulacja) PCM - Pulse Code Modulation.
Uzyskany ciąg liczb zostanie zapisany,
a później z powrotem może być zamieniony
na postać analogową. Podane informacje su-
gerują, że odzyskany przebieg będzie miał
kształt schodkowy i nie będzie idealnie wier-
nie odwzorowywał przebiegu oryginalnego.
Dokładność odwzorowywania, czyli wier-
ność zależy od dwóch czynników:
1. od liczby próbek, inaczej od częstotliwości
próbkowania, oraz
2. od dokładności liczb określających amplitudę.

Czym większa częstotliwość próbkowa-

nia i większa liczba możliwych poziomów
amplitudy, tym wierniej odwzorowany bę-
dzie sygnał przy odtwarzaniu. Ilustruje to ry-
sunek 2. W praktyce liczbę poziomów am-
plitudy określa liczba dwójkowa. Dwójkowa
liczba 8-bitowa pozwala rozróżnić 256 róż-
nych poziomów. Do kodowania muzyki 256
możliwych poziomów to zdecydowanie za
mało, żeby uzyskać akceptowalną jakość.
Trzeba wykorzystywać liczbę dwójkową
o liczbie bitów większej niż 8. Druga sprawa
to częstotliwość próbkowania. Pełne pasmo
audio sięga do 20kHz. Aby nie „zgubić” tak-
że tych najwyższych składowych, częstotli-
wość próbkowania musi być od nich co naj-
mniej dwa razy większa – mówią o tym
twierdzenia Shannona i Nyquista.

W systemie CD przyjęto, że każda próbka

ma rozdzielczość 16 bitów, co daje 65536
różnych poziomów, a częstotliwość próbko-
wania wynosi 44,1kHz. Częstotliwość prób-
kowania (44,1kHz) i rozdzielczość bitowa
(16) wyznaczają przepływność bitową: przy
zapisie, odczycie i transmisji dane są przesy-
łane z prędkością (44100*16) 705776 bitów
na sekundę, czyli 705,776kb/s.

Dotyczy to jednego kanału, więc w syste-

mie CD stereo przepływność wynosi około
1,5Mb/s (w praktyce przepływność wypad-
kowa jest nieco inna ze względu na dodatko-
we zabiegi związane z korekcją błędów). Na-
leży podkreślić, że przepływność określa się
w bitach, a nie w bajtach na sekundę, stąd
mała literka b. Przy obliczaniu wymaganej
pojemności płyty, która jest wyrażana w baj-
tach, a nie w bitach, należy uwzględnić, że 1
bajt to 8 bitów.

Szumy

Wydawałoby się, że przy 16-bitowej rozdziel-
czości (65536 poziomów) i częstotliwości
próbkowania ponad 40kHz, schodkowy prze-
bieg będzie tak bardzo podobny do sygnału
oryginalnego, że nie ma się o co martwić
i uzyskiwana jakość dźwięku będzie bez za-
rzutu. Rzeczywiście, kształt zrekonstruowa-
nego przebiegu będzie bardzo bliski orygina-
łowi i absolutnie nie trzeba się martwić, że ja-
kieś składniki sygnału znikną lub zostaną
zniekształcone. Zgodnie z twierdzeniami
Shannona i Nyquista wystarczy, żeby często-
tliwość próbkowania była większa niż
podwojona najwyższa częstotliwość użytecz-
na – wtedy żadne składniki sygnału nie zosta-
ną pominięte. W systemie CD warunek tej
jest spełniony i to z pewnym (niewielkim) za-
pasem: przy przyjętej górnej częstotliwości
granicznej pasma sygnału równej 20kHz czę-
stotliwość próbkowania wynosi 44,1kHz. Mi-
mo wszystko rekonstrukcja nie będzie jednak
idealna i w odtwarzanym sygnale pojawią się
obce składniki, których nie było w oryginale.
Warto przyjrzeć się tej sprawie bliżej.

Mianowicie jeśli zobrazuje się zawartość

widmową sygnału schodkowego (rysunki 1d,
1e, 2a, 2b) lub prążkowego (rysunek 1b),

w uzyskanym widmie poja-
wią się dodatkowe składniki,
których nie było w oryginal-
nym sygnale analogowym
(rysunek 1a). Zjawisko po-
wstawania tych dodatko-
wych, niejako lustrzanych
składników to tzw. aliasing
(dobrej polskiej nazwy nie
ma). Rysunek 3 pokazuje
obrazowo zawartość widmo-
wą sygnału oryginalnego
i rekonstruowanego w syste-
mie CD. Oprócz odzyskane-

go sygnału oryginalnego w widmie pojawiają

się obce składniki – jak widać są to sygna-
ły o częstotliwościach większych niż
20kHz. Rysunek 4 pokazuje dwa podobne
przypadki, gdyby częstotliwość próbko-
wania wynosiła 30kHz i 70kHz. Przy czę-
stotliwości próbkowania 30kHz te obce
składniki nałożyłyby się częściowo na sy-
gnał użyteczny, co objawiłoby się niedo-
puszczalnym pogorszeniem jakości –
w odtwarzanym sygnale pojawiłyby się

65

Elektronika dla Wszystkich

M

E

U

Rys. 1

Rys. 2

Rys. 3

dodatkowe dziwne dźwięki. Nie byłoby spo-
sobu na usunięcie ich. Przy częstotliwości
próbkowania 70kHz obce składniki byłyby
odsunięte daleko od sygnału użytecznego.

Aby z sygnału według rysunku 3b sku-

tecznie usunąć wszelkie obce składniki, nale-
ży zastosować najzwyklejszy filtr dolnoprze-
pustowy o odpowiedniej stromości. Musi on
przepuścić bez strat składowe o częstotliwo-
ściach 20kHz, a silnie stłumić składniki
o częstotliwościach powyżej 24,1kHz. Wy-
maga to zastosowania filtru dolnoprzepusto-
wego o bardzo stromych zboczach, jak poka-
zuje obrazowo rysunek 5. Taki „ostry” filtr
usunie dodatkowe składniki widma, inaczej
mówiąc, zlikwiduje „schodki” i da na wyjściu
gładki sygnał odpowiadający oryginałowi.
Filtr taki, nazywany filtrem antyaliasingo-
wym, można wykonać, jednak z uwagi na
wymaganą bardzo dużą stromość zboczy,
w górnym zakresie pasma przepustowego bę-
dzie on miał nieliniową charakterystykę fazo-
wą i opóźnieniową, co nie jest korzystne
i utrudnia zadanie. Dużo łatwiej byłoby odfil-
trować obce składniki przy częstotliwości
próbkowania 70kHz z rysunku 4c. Wymaga-
na stromość zboczy filtru byłaby zdecydowa-
nie mniejsza. Dlatego zawsze warto stosować
możliwie największą częstotliwość próbko-
wania, bo pozwala to zastosować prostszy
filtr antyaliasingowy. Niemniej należy pod-
kreślić, że i przy częstotliwości 44,1kHz (ry-
sunki 3b, 5) też w pełni realne byłoby sku-
teczne usunięcie obcych składników. Wyma-
ga to wprawdzie bardzo stromego filtru, ale
jest możliwe.

Ale nie tu leży główny problem (ściślej

biorąc, dużo ważniejsze jest zastosowanie
skutecznego filtru antyaliasingowego podczas
zapisu, co jest zmartwieniem producentów
profesjonalnego sprzętu używanego podczas

nagrywania). Wszystko byłoby wspaniale,
gdyby kolejne próbki idealnie odzwierciedlały
amplitudę oryginalnego sygnału. Tak jednak
nie jest. I właśnie to jest znaczący problem.

Owszem, zastosowanie odpowiednio stro-

mego filtru rozwiązuje problem obcych skła-
dników, ale tylko wtedy, gdy wszystkie odtwa-
rzane próbki miałyby wartości dokładnie od-
powiadające oryginałowi, jak na rysunku
1b i 1c. Tymczasem w systemie cyfrowym wa-
runek ten nie jest zachowany: podczas kwanto-
wania próbce przypisuje się „najbliższą” do-
stępną liczbę, która odpowiada rzeczywistej
wartości z pewnym przybliżeniem (połowa
najmłodszego bitu) – porównaj rysunki 1c, 1d,
2a. Oznacza to, że przy odtwarzaniu amplitudy
poszczególnych „schodków” nie odpowiadają
dokładnie wartościom oryginalnym. I tu ujaw-
nia się problem: w rekonstruowanym sygnale
pojawia się dodatkowy szum – tak zwany
szum (re)kwantyzacji. Wprawdzie przy roz-
dzielczości 16-bitowej jest on niewielki, ale
jednak jest. Co istotne, jest to szum szerokopa-
smowy, którego widmo obejmuje też pasmo
akustyczne, jak wskazuje rysunek 6. Szumu
tego nie da się więc odfiltrować. Można o nim
zapomnieć w popularnych odtwarzaczach CD,
gdzie przedwzmacniacz i wzmacniacz mocy
mają szumy własne większe niż szum rekwan-
tyzacji. Jednak nie można go pominąć w od-
twarzaczach najwyższej jakości, współpracu-
jących ze wzmacniaczami o znikomo małych
szumach. I właśnie ten szum (re)kwantyzacji
to najważniejszy problem w systemach CD
najwyższej klasy, i tu leży praktyczna granica
możliwości systemu CD.

Dla ścisłości należałoby jeszcze wspo-

mnieć o tym, że w rzeczywistych systemach
występuje dodatkowy problem nie tylko z od-
tworzeniem prawidłowej amplitudy, ale i cza-
su. Niewątpliwie każdy system CD pracuje
z częstotliwością taktowania 44,1kHz zarów-
no przy zapisie, jak i przy odczycie. Poszcze-

gólne próbki taktowane są zatem co
22,67573696... mikrosekundy. Podczas zapi-
su nie ma z tym żadnego problemu, natomiast
przy odczycie sygnał taktujący musi zostać
odtworzony i zsynchronizowany z danymi
z płyty CD. Z różnych powodów może się
zdarzyć, że to odtwarzanie i synchronizacja
nie będą idealne i w efekcie choć wypadkowa
częstotliwość będzie prawidłowa, jednak po-
szczególne „schodki” nie będą idealnie rów-
ne, jak z dużą przesadą pokazuje rysunek 7.
To niebezpieczeństwo również powoduje nie-
znaczne zwiększenie szumów i nie może być
pominięte w odtwarzaczach najwyższej klasy.

DVD-Audio

Jakość płyty CD (44,1kHz, 16 bitów) była
przez lata uznawana za znakomitą, bo była
znacznie lepsza od wcześniejszych systemów
analogowych (taśma magnetofonowa, płyta
winylowa). Jednak z czasem postęp technicz-
ny umożliwił przetwarzanie dźwięku z jeszcze
większą prędkością i rozdzielczością. I oto do-
szliśmy do płyty DVD-Audio. Głównym
czynnikiem umożliwiającym praktyczne wy-
korzystanie wielu nowych możliwości było
pojawienie się płyty DVD-Video, której po-
jemność wynosi co najmniej 4,7GB, czyli
około siedmiokrotnie więcej niż płyty CD.
Niedługo po przyjęciu standardu DVD-Video
(1996) powstał system DVD-Audio (1998-
2000), w którym na płycie DVD dane z dwóch
(stereo) do sześciu niezależnych kanałów za-
pisywane są z częstotliwością nie 44,1kHz,
tylko 96kHz lub nawet 192kHz i z rozdziel-
czością nie 16, tylko 20 lub 24 bitów, (24 bity
dają 16777216 poziomów). Oczywiście w sy-
stemie DVD-Audio wspomniane problemy ze
stromością filtru oraz szumy rekwantyzacji są
radykalnie mniejsze i przynajmniej teoretycz-
nie może to zapewnić niewyobrażalną dyna-
mikę sygnału do 144dB i pasmo do 96kHz.
Zapis w systemie DVD-Audio jest w sumie
bardzo podobny, jak na płycie CD, tylko dzię-
ki „gęściejszemu” sygnałowi, parametry tech-
niczne są znacznie lepsze. Przy częstotliwości
96kHz i rozdzielczości 24 bity przepływność
bitowa na jeden kanał jest ponad trzy razy
większa niż w płycie CD i wynosi (96000*24)
2,304Mb/s (podobnie jest w konkurencyjnym
systemie SACD, gdzie przepływność wynosi
2,8224Mb/s na każdy kanał). Większa wartość
przepływności, czyli ogólna liczba informacji
o sygnale wskazuje, że uda się go zapisać i od-
tworzyć bardziej precyzyjnie, więc wierność
odtwarzania DVD-Audio (2,304Mb/s) oraz
SACD (2,8224Mb/s) jest znacznie lepsza niż
CD (0,706Mb/s). W systemie SACD (Super
Audio CD) dane kodowane są i zapisywane
inaczej, niemniej objętość plików i uzyskiwa-
ne parametry techniczne są porównywalne
z systemem DVD-Audio.

Robert Bandyk

Ciąg dalszy w następnym numerze EdW.

66

To warto wiedzieć

Elektronika dla Wszystkich

M

E

U

Rys. 4

Rys. 5

Rys. 6

Rys. 7