Pozdrawiamy: Zbigniewa Sumera z Będzina, Jacka Cudajewicza,
Bartka Tułacza z Lasowic, Marcina Lubnaua z Torunia, Andrze−
ja Szewieczka z Chałupek, Grzegorza Przewdzieckiego, Piotra
Jakubowskiego, Rafała Radzimskiego z Białogardu, Macieja Ad−
rianowicza, Rafała Koconia, Łukasza Gwoździa, Emila Kacz−
marka, Konrada Chojnackiego, Dariusza Wysokińskiego z War−
szawy, Artura Gombosza z Milanówka, Macieja Adrianowicza,
Jacka Leszczyńskiego, Sebastiana Korzenia, Czesława Czarnec−
kiego z Olesna, Mirosława Szymańskiego, Grzegorza Podgórskie−
go, Dariusza Grzesicę, Andrzeja Sordyla, Bartka Wichra, Janu−
sza Przewłockiego, Daniela Szymborskiego, Grzegorza Małgow−
skiego, Marcina Krawca i Sylwię Beredę z Legionowa.

Uwagi do rubryki Errare humanum est dotyczące EdW 08/2002 przy−
słali: Rafał Burszewski z Tczewa, Przemysław Agata z Pabianic,
Zbigniew Gibek ze Świętochłowic, Paweł Lasko z Nowego Sącza,
Andrzej Szymczak ze Środy Wlkp., Adam Grzesiak z Ostrowa
Wlkp., Krzysztof Wysocki z Kozienic, Marcin Garncarek z Prze−
mocza, Tomasz Jędras z Lubina i Krzysztof Smoliński z Sieradza.

Nagrody otrzymują: Łukasz Podgórnik i Adam Grzesiak.

Bardzo dziękujemy za liczne pozdrowienia i życzenia, które dociera−
ją do naszej Redakcji. Dzięki nim, jak również bardzo ciekawym
listom, wiele radości sprawia nam przeglądanie poczty.

Nagrodę książkową za listy do Poczty (i nie tylko) otrzymuje

Grzegorz Niemirowski z Ryk.

W Poczcie EdW 9/2002 ukazał się list Bartosza Reichela, który
„odrobinę” skrytykował Visual Basica. Także Piotr Górecki, we wstę−
pie do Mikroprocesorowej oślej łączki, zawarł pewne opinie na temat
języków programowania. Wywołało to ciekawą reakcję jednego z na−
szych stałych Czytelników, który napisał dwa poniższe listy:

Piszę w sprawie listu Pana Bartosza Reichela, opublikowanego

w EdW 9/2002. List ten jest bardzo ciekawy, niestety, nie mogę się
zgodzić z tym, co jego autor pisze o VB. To nie jest żaden kanał! VB
jest normalnym językiem o dużych możliwościach i nadającym się do
wielu zastosowań. Pliki OCX i dodatkowe biblioteki stosowane są
w wielu językach, w C++, Delphi i innych. Skończyły się czasy, gdy
cały program był w jednym pliku. Zupełnie nie rozumiem zdania
o niechlujstwie i lenistwie. Jest ono prawdziwe dla każdego języka,
nie tylko dla VB. Nie twierdzę, że VB jest lepszy albo gorszy od pro−
ponowanego przez Pana Reichela Delphi. Wszelkiego rodzaju święte
wojny o wyższości Świąt Bożego Narodzenia nad Świętami Wielkano−
cy nie mają sensu i nie powinny znaleźć się w takim czasopiśmie jak
EdW. Poza tym, przecież znajomość jednego języka nie wystarczy, na−
wet jeśli programować będziemy tylko mikrokontrolery. Nie można

trzymać się tylko jednego, jedynie słusznego języka, a inne mieszać
z błotem, często tylko dlatego, że się ich nie zna, albo zna tylko po−
bieżnie. Kto już zaczął poznawać jakiś język, np. VB, a potem usły−
szał, że on się do niczego nie nadaje, niech nie przestaje go pozna−
wać. Przekona się, że zdobyta wiedza się przyda. Jednocześnie niech
będzie otwarty na poznawanie i wykorzystanie innych języków pro−
gramowania.

Pozdrawiam,

Grzegorz Niemirowski

To mój drugi list o językach. Nie ukrywam, że ten pierwszy napisałem
z cichą nadzieją, że zostanie opublikowany w Poczcie. Już długo pro−
gramuję w VB i znam co nieco ten język, dlatego drażnią mnie wszel−
kie bezsensowne ataki, które często są pozbawione obiektywnych ar−
gumentów.

Bardzo więc Pana proszę, żeby nie używał Pan sformułowań typu

„(...) Visual Basic albo lepiej DELPHI”. VB na pewno nie jest gorszy
od Delphi, a często lepszy. Każdy niech pisze w tym co lubi i to co jest
do danego zastosowania najodpowiedniejsze. Faworyzowanie jakie−
goś języka nie ma sensu. Nie wiem, pod jakim wpływem napisał Pan
to zdanie o VB i Delphi, w każdym bądź razie często można spotkać
nieprzychylne opinie o VB z ust ludzi, którzy nie mają pojęcia o tym
języku. Nadal np. pokutuje przekonanie, że język ten nie jest kompilo−
wany, tylko interpretowany. Oczywiście jest to nieprawdą, może mylą
VB z Basikiem na Commodore? Dobrze, że chociaż oddzielił Pan te
języki w swojej wyliczance ze strony 36 z EdW 9/02. Aha, Visual C++
to nie jest jakaś modyfikacja C++, to jest kompilator języka C++
firmy Microsoft, a nie język programowania.

Pozdrawiam,

Grzegorz Niemirowski

gnthexfiles@poczta.onet.pl

www.grzegorz.net

ICQ# 163509464

GG# 3148039

Witam!
Odpuszczam sobie długie wstępy typu och i ach! I tak ci, którzy czy−
tają wasze pismo, wiedzą, że jest po prostu THE BEST i koniec! A ci,
którzy nie czytają, to ich problem!

Przechodząc do sedna sprawy, chcę wam powiedzieć, że pomysł

Mikroprocesorowej oślej łączki jest wspaniały! Sam już od dawna
obiecywałem sobie, że wreszcie wezmę się za mikroprocesory! Ale
Bascom się skończył, czasu było mało i tak jakoś zleciało. No a teraz
wreszcie coś nowego i od podstaw! Żałuję jedynie, że dopiero w paź−
dzierniku, no, ale jakoś to pogodzę z nauką! Prawdę mówiąc, już pla−
nuję układy, które wykonam z wykorzystaniem mikroprocesorów

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Listopad 2002

Poczta

W rubryce „Poczta” zamieszczamy fragmenty Waszych li−

stów oraz nasze odpowiedzi na pytania i propozycje. Elek−

tronika dla Wszystkich to nasze wspólne pismo i przez tę

rubrykę chcemy zapewnić jak najbardziej żywy kontakt re−

dakcji z Czytelnikami. Prosimy o listy z oczekiwaniami

w stosunku do nas, z propozycjami tematów do opracowa−

nia, ze swoimi problemami i pytaniami. Postaramy się

w miarę możliwości spełnić Wasze oczekiwania.

Specjalną częścią „Poczty” jest kącik tropicieli chochlika

drukarskiego „Errare humanum est”. Wśród Czytelników,

którzy nadeślą przykłady błędów, będą co miesiąc losowa−

ne nagrody w postaci kitów z serii AVT−2000. Piszcie więc

do nas, bardzo cenimy Wasze listy, choć nie na wszystkie

możemy szczegółowo odpowiedzieć. Jest to nasza wspól−

na rubryka, dlatego będziemy się do Was zwracać po imie−

niu, bez względu na wiek.

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

i wiedzy o nich! I zaznaczam, że nie będą to jakieś małe „pier−
dołki”, tylko projekty na dużą skalę!

Myślę, że pójdzie mi szybko, bo elektronikę mam już dosyć

opanowaną, choć zajmuję się nią od roku. Sporo konstruuję.
Moje największe osiągnięcie to zdalne sterowanie kodowane
4− i 8−kanałowe. Właściwie na tym mi najbardziej zależało. No
i drugie, to robot sterowany za pośrednictwem peceta, do
którego też napisałem dość rozbudowany program w VB.

Jeszcze raz gratuluje pomysłu i proszę, aby ten, kto to czy−

ta, powiedział to tak, aby cała redakcja słyszała!

No i teraz druga mała sugestia. Ostatnio bardzo popular−

ny stał się Tuning! Ja nie jestem jakimś wielkim fanem, ale
sam stwierdziłem, że takie drobne gadżety, jak neony i inne
efekty świetlne są ciekawe! No i tu nasunęła mi się myśl, żeby
zrobić stroboskop, wsadzić go do halogenów i od czasu do
czasu włączyć! Wiem, że to jest niezgodne z prawem, no ale...!
No i zrobiłem stroba do celów testowych, ale na 220V! Bo
skąd ja wezmę 600V w samochodzie! Szukałem więc, ryłem po
necie przez dwa dni i tylko jeden schemat z 94 roku! Ale mi nie
odpowiada! Więc teraz gorąca prośba: Czy moglibyście stwo−
rzyć taki projekt? Myślę, że byłby to dobry temat i wielu by so−
bie taki gadżecik do swojego cacuszka zrobiło! A może coś
w ramach Szkoły konstruktorów?

Jeszcze raz pozdrawionka dla wszystkich, no i gratulacje

za pomysł Mikroprocesorowej oślej łączki!!!!!!!!!! Po prostu
bomba!

Pozdrowienia

Sławek Idaszak

EdW 11/2002 Lista osób nagrodzonych

Marek Bobrowski . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Stara Wieś
Bartosz Czerwiec . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Mogilno
Dariusz Drelicharz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Przemyśl
Adam Grzesiak . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ostrów Wlkp.
Remigiusz Idzikowski . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Szczecin
Jakub Jagiełło . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Gorzów Wlkp.
Jerzy Jasion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Kałużyce
Karol Jemiołkowski . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sokoły
Zenon Jutrzenka . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Wyszków
Danuta Kazanowska . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Leszno
Mirosław Kopera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Dębica
Karol Kowaczuk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Grabowiec
Dawid Kozioł. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Elbląg
Wojciech Macek. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Nowy Sącz
Marcin Malich . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Wodzisław Śl
Grzegorz Niemirowski . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ryki
Michał Nowakowski . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Wrocław
Marek Osiak. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Starogard Gd.
Piotr Podczarski . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Redecz Wlk.
Łukasz Podgórnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Dąbrowa Tarnowska
Jan Ratajczak . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Wrocław
Stefan Rogulski . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tłuszcz
Karol Smużny . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Łódź
Agata Sobczyńska . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tymianka
Michał Stach . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Kamionka Mała
Radek Szabłowski. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Siemień
Maciej Szostek . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Gdańsk−Jasień
Piotr Ślusarczyk. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Lubin
Janusz Wałaszek . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tarnów
Marcin Węgielewski. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Pokory
Marcin Wiązania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Buska Zdrój
Tomasz Wiśniewski . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Stargard Szcz.
Rafał Włoch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Kol. Tarło
Antoni Zgraja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Dąbrowa Górnicza

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Listopad 2002

Jaki jest wzór na obliczanie częstotliwości granicznej
filtrów dolno− i górnoprzepustowych pierwszego rzędu?

Chodzi o filtry RC, jak na rysunku obok. Pod−
stawowy wzór: f = 1 / 2

warto uprościć do postaci f = 0,159 / RC
gdzie częstotliwość w hercach, rezystancja
w omach, pojemność w faradach.

Jeśli pojemność podamy w mikrofaradach

a rezystancję w kiloomach, częstotliwość wyj−
dzie w kilohercach.

Przy dokładnych obliczeniach należy wziąć

pod uwagę i w razie potrzeby uwzględnić rezy−
stancję wyjściową i wejściową współpracują−
cych stopni. Ponieważ dokładne obliczenia zazwyczaj nie są koniecz−
ne, można oszacować z grubsza częstotliwość czy wartości elementów
w sposób przybliżony.

Niektórzy praktycy pamiętają częstotliwość graniczną dla jednej

pary wartości R, C i potem szybko na kawałku kartki dokonują przy−
bliżonego przeliczenia.

Przykładowo pojemność 1uF i rezystancja 1k

Ω

dają częstotliwość

graniczną około 160Hz. Jeśli potrzebny był−
by filtr o częstotliwości około 50Hz, albo
pojemność, albo rezystancję trzeba zwięk−
szyć mniej więcej trzykrotnie, np.: 1uF,
3k

Ω

. Można dać inne proporcjonalne war−

tości, np.: 220nF, 15k

Ω

albo 100nF,

30...33k

Ω

. Ilustruje to tabelka:

Mam taką prośbę: w latach 1966−70 byłem czytelnikiem
miesięcznika MŁODY TECHNIK i w jednym z nich prze−
czytałem artykuł na temat wykonania lampki wiecznej
przy grobie lub grobowcu. Były podane − rodzaj i rozmiar
płyt metalowych do zakopania w ziemi, głębokość, odle−
głość tych płyt oraz moc żarówki (wydaje mi się, że 1,5 V).
Ja chcę wykonać taką lampkę z 12 diod świetlnych wraz
z jakimś małym włącznikiem zmierzchowym, tak aby na
noc mogło to oświetlenie samoczynnie się włączyć. Może
ktoś mi poradzi, jak to zrobić.

Najwidoczniej był to pomysł na wykonanie ogniwa elektrochemicz−
nego. Pomysł jest interesujący, jednak efekt będzie zależał od wielu
czynników, między innymi od wilgotności gruntu. Jeśli ktoś z Czytel−
ników ma jakieś godne uwagi informacje (problem elektrod, uzyski−

wanych napięć) czy tym bardziej doświadczenia praktyczne, bardzo
prosimy o zaprezentowanie ich w EdW. Zgłoszenia prosimy opatrzyć
dopiskiem WIECZNA LAMPKA.

Chciałbym zapytać, co to jest procesor PIC i AVR. Czym
się różnią te procesory od poznanego na łamach EdW pro−
cesora 89C2051?

Z treści listu wynika, że pytający jest początkującym elektronikiem,
czerpiącym wiedzę o procesorach jedynie z kursu BASCOM College.
Podstawowa odpowiedź brzmi: procesorów PIC nie da się zaprogra−
mować za pomocą programu BASCOM. Procesory PIC produkowa−
ne przez firmę Microchip mają zupełnie inną budowę wewnętrzną,
inne możliwości, wyprowadzenia, rozkazy. Jest to odrębna rodzina
procesorów, konkurencyjna w stosunku do rodziny, z której pochodzi
89C2051. Obecnie nie można powiedzieć ani że procesory PIC są
lepsze, ani że gorsze. Po prostu jest to inna rodzina procesorów
o mniej więcej zbliżonych możliwościach. W najbliższym czasie Re−
dakcja nie przewiduje publikacji materiałów na temat skądinąd bar−
dzo dobrych procesorów PIC.

Natomiast procesory AVR pochodzące z firmy ATMEL i różnice

w stosunku do 89C2051 będą bardziej szczegółowo opisane w jed−
nym z pierwszych odcinków mikroprocesorowej Oślej łączki.

1. Przymierzam się do zakupu radioodtwarzacza do samocho−
du, mam na oku kilka modeli. Dokładnie chodzi mi o THD
radioodtwarzacza i proszę o sprostowanie mojego toku myślo−
wego jeżeli jest błędny, np: jeżeli moc wynosi 18 W, a występu−
jący przy niej poziom zniekstałceń jest równy 1%, to jeśli zwięk−
szymy moc, czy zwiększy się także poziom zniekształceń. Jeśli
tak, jak bardzo będzie to słyszalne?
2. Chciałbym do swojego przyszłego systemu audio zaprojekto−
wać i zbudować zwrotnicę częstotliwościową, ale nie wiem, czy
rozmieszczenie elementów i grubość ścieżek będzie miało
wpływ na właściwości zwrotnicy?

Ad 1. THD (Total Harmonic Distortion) to całkowite zniekształce−
nia sygnału. Podczas normalnej pracy każdego współczesnego
wzmacniacza mocy zniekształcenia te są niższe od 1%, zwykle
wynoszą poniżej 0,1%). W przypadku wzmacniacza samochodowe−
go problem THD nabiera innego znaczenia, niż w sprzęcie stacjo−
narnym. Po pierwsze we wnętrzu jadącego samochodu zawsze wy−
stępują obce dźwięki (szum opon, silnika, dźwięki zewnętrzne),
które są znacznie większe od składowych harmonicznych sygnału

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, dotyczące

różnych drobnych szczegółów.

R C f

1uF

Ω

160Hz

1uF

Ω

50Hz

220nF 15k

Ω

50Hz

100nF 30k

Ω

50Hz

3uF

Ω

50Hz

....

.... 50Hz

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

użytecznego z radioodtwarzacza. W związku z tym walka o obniże−
nie zawartości harmonicznych o ułamki procenta nie ma większego
sensu. Pytanie Czytelnika porusza zupełnie inny problem: rzeczywi−
sty sens parametrów katalogowych. Zniekształcenia równe 1% otrzy−
muje się, gdy wzmacniacz zaczyna lekko obcinać wierzchołki sygna−
łu. W praktyce uzyskuje się wtedy maksymalny niezniekształcony
sygnał. I właśnie wtedy uzyskuje się maksymalną moc ciągła (sinu−
soidalną) około 17...18W. Większej mocy przy zasilaniu „samocho−
dowym” 14,4V na głośniku 4

Ω

uzyskać nie można. Tymczasem

w katalogach podaje się maksymalną moc kanału wzmacniacza sa−
mochodowego równą 22W. Jest to "sztuczny" parametr dla celów
marketingowych, mierzony przy niedopuszczalnie wielkich znie−
kształceniach równych 10%, gdy sygnał wyjściowy zupełnie nie
przypomina sinusoidy, tylko przebieg prostokątny.

Ad 2. W zwrotnicy biernej, gdzie płyną duże prądy, grubość ście−

żek, a tym samym ich rezystancja, ma pewien wpływ parametry.
W rozmieszczeniu elementów krytyczne jest wzajemne rozmie−
szczenie cewek, jeśli jest ich dwie lub więcej. Cewki powinny być
ustawione prostopadle względem siebie, żeby ich pola magnetyczne
nie oddziaływały ze sobą. Konstruowanie dobrych zwrotnic jest
trudną sztuką i oprócz wspomnianych czyników należy też uwzglę−
dnić inne, np. jakość kondensatorów i sposób wykonania (dobroć, li−
niowość) cewek.

Proszę nawet o krótkie wskazówki, ponieważ mój problem
elektroniczny spędza mi sen z powiek i na razie nie potra−
fię o niczym innym myśleć. Otóż robię układ czasowy na

µµ

P, odliczający krótkie odcinki czasu. Układ mój będzie

zasilany z bateryjki 6V. Załączenie zasilania, a tym samym
rozpoczęcie pracy układu ma być przez chwilowe załącze−
nie włącznika (przez krótkie podanie impulsu napięcia),
po którym układ już ma działać nieprzerwanie, włączając
po określonym czasie obciążenie (drucik żarowy ok.
4.5W). Wykorzystałem przerzutnik D (CMOS4013), poda−
jąc na wejście S stan wysoki, ale układ jest jakiś niestabil−
ny (kolejne, naprzemienne podawanie stanu wysokiego na
wejście S powoduje, że obciążenie raz jest pod napięciem
raz nie po odliczeniu zadanego czasu, czyli coś przerywa).
Zastosowałem rezystory i kondensatory na wejściu
S i R tak jak jest w opracowaniu Pana i p. Góreckiego
w artykule „Uniwersalnego włącznika” z 98/02 z EDW,
a układ działa niestabilnie. Generalnie chodzi mi o to,
jaki najlepiej układ zastosować do takiego „chwilowego”
załączania, czy wspomniany wyżej 4013, czy może tranzy−
storowy model tyrystora(tyrystor), czy może układ na
MOSFECIE? Zależy mi, żeby układ nie wzbudzał się
w niekontrolowany sposób i pewnie działał oraz w stanie
spoczynku nie pobierał prądu. A może są jakieś wyspecja−
lizowane układy scalone przeznaczone do tego celu?

Podobnych pytań nadchodzi do Redakcji więcej. Na wszystkie pyta−
nia dotyczące rozmaitych drobnych szczegółów nie możemy odpo−
wiedzieć zarówno ze względu na szczupłość grona redakcyjnego, jak
i brak precyzji w pytaniu. Przykładem jest cytowana prośba. Nie jest
pewne, czy układ ma być zrealizowany na mikroprocesorze,
bo Autor wspomina o wykorzystaniu zupełnie innych układów i co
gorsza, z opisu nie wynika, jak ma działać urządzenie.

Skrzynka porad

Wielu melomanów posiada − z racji ogra−
niczeń mieszkaniowych − niewielkie zesta−
wy głośnikowe − tzw. monitory, dlatego
uzupełniają oni dolną część pasma aku−
stycznego subwooferem − kolumną odtwa−
rzającą tylko najniższe częstotliwości. Ci
wszyscy, dla których muzyka jest w życiu
ważna, chcieliby słuchać basu takiego ja−
kim on jest naprawdę, a nie buczenia i du−
dnienia. Z kolei, aby się do tego stanu zbli−
żyć, potrzebny jest dobry system: filtr −
wzmacniacz − zestaw głośnikowy, którego
cena przyprawia o ból głowy. Ja też lubię
posłuchać kontrabasu i perkusji, a szastać
pieniędzmi nie powinienem; zrobiłem więc
pewne doświadczenie...

W „normalnym” systemie subwoofera,

według rysunku 1, mamy filtr dolnoprzepu−
stowy i wzmacniacz zasilający głośnik umie−
szczony w obudowie. Ponieważ, jak pokazu−
je rysunek 2, charakterystyka głośnika opada
w stronę niższych częstotliwości już od ok.
100Hz, stosuje się kilka różnych systemów
akustycznych, które służyć mają przesunięciu
możliwie nisko punktu załamania charaktery−
styki częstotliwościowej. Powszechnie stoso−
wanym rozwiązaniem jest układ „bass−re−
flex”, czyli odpowiednich wymiarów rura
promieniująca najniższe częstotliwości w fa−
zie z membraną głośnika. W ten sposób tro−
chę sztucznie można wzmocnić częstotliwo−
ści w okolicy 30−100Hz. Za to poniżej często−
tliwości rezonansu mechanicznego głośnika
w obudowie charakterystyka spada już „na
łeb, na szyję” i właściwie nic się już nie da
z tym zrobić. Pokazuje to charakterystyka
b na rysunku 2. Ponadto w okolicy częstotli−
wości rezonansowej wzrasta wielokrotnie
wartość impedancji cewki głośnika i w związ−
ku z tym maleje prąd płynący w cewce.
A mniejszy prąd − to mniejsze wychylenia
membrany i mniejsze ciśnienie akustyczne.
Aby uzmysłowić sobie, co się dzieje w tym
zakresie basu, trzeba jeszcze dodać zmiany
fazy fali ciśnienia akustycznego w stosunku

do fazy sygnału wejściowego oraz opóźnie−
nia w związku z istnieniem rury bass−refle−
ksowej. To wszystko powoduje, że odczuwa−
my bas jako rozmyty, rozlazły, dudniący,
a mimo pozornie dużej dawki mocy ciągle
brakuje tego solidnego, najniższego basu.

Niektórzy ratują się w tym momencie

podkręcaniem regulatora basu do maksi−
mum, ale to przeważnie tylko pogarsza spra−
wę. Basu nie da się wymusić, jeśli nie ma go
na płycie. Możemy starać się jedynie mniej
lub bardziej prawidłowo odtworzyć to, co zo−
stało zapisane na krążku CD.

Z punktu widzenia poprawności odtwa−

rzania fazy lepsze jest rozwiązanie kolum−
ny subwoofera jako zamkniętej. W tym
przypadku jednak mamy do czynienia
z charakterystyką częstotliwościową a na
rysunku 2. Pewną poprawę daje zastosowa−
nie dwóch jednakowych głośników w ukła−
dzie „tandemu”, co pokazuje charakterysty−
ka c oraz fotografia 1.

Mamy więc w miarę mocny bas, kolumna

szybko reaguje na impuls (brak otworu), ale
w dalszym ciągu przydałoby się więcej naj−
niższego basu z zakresu 20−30Hz. I tu doszli−
śmy do sedna sprawy.

Idea

Zróbmy taki eksperyment: zbadajmy kształt
prądu płynącego przez głośniki. W tym celu
trzeba wstawić szeregowo z głośnikami nie−
wielki rezystor, na którym spadek napięcia
świadczyć będzie o płynącym prądzie. Przy−
najmniej tak mówi prawo Ohma, a dlaczego
mielibyśmy je kwestionować?

I tutaj ci, którzy dysponują oscyloskopem

2−kanałowym, będą zadziwieni. W układzie
z rysunku 1, tylko z dodanym opornikiem rzę−
du 0,47

Ω

między głośnikiem a masą, podaje−

my na wejście sygnał sinusoidalny i oglądamy
przebieg napięcia na tymże rezystorze na tle si−
nusoidy wejściowej. Okazuje się, że w okolicy
odczuwanej jako niski bas, czyli powiedzmy
20−60Hz, prąd płynący przez głośniki wcale
nie odzwierciedla sygnału podanego do wej−
ścia wzmacniacza. Inne jest wszystko: ampli−
tuda, faza i kształt! Pokazuje to fotografia 2.

Głośnik to dość skomplikowany instru−

ment i nie podejmuję się wytłumaczyć do
końca zjawisk, które się tam pojawiają. Wy−
daje się jednak, że powinno nam bardziej za−
leżeć na jak najlepszym odwzorowaniu prądu
w cewkach głośników. Bardziej niż na
odwzorowaniu napięcia na ich zaciskach.
W końcu to prąd powoduje wychylenie
membrany, a nie samo istnienie napięcia na
zaciskach cewki głośnika.

Projekty AVT

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Listopad 2002

Rys. 1

Rys. 2 Charakterystyka głośnika

Fot. 1 Zastosowanie dwóch jedna

kowych głośników w układzie

„tandemu”

W całym tym eksperymencie chciałem

uzyskać właśnie to − aby odwzorowaniem na−
pięcia wejściowego wzmacniacza był prąd
głośników, a nie napięcie na głośnikach.

Opis układu

Zastosowałem zatem układ przedstawiony
w postaci poglądowej na rysunku 3.

Sygnał wejściowy (z filtru dolnoprzepu−

stowego) podany jest nie bezpośrednio na
wejście naszego klasycznego wzmacniacza
mocy, tylko na wejście nieodwracające do−
datkowego wzmacniacza operacyjnego. Do
jego wejścia odwracającego doprowadziłem
sygnał będący spadkiem napięcia na dodatko−
wym rezystorze połączonym szeregowo z gło−
śnikiem (głośnikami). Rezystor ten wtrącony
został w obwód głośnika, aby można było na
bieżąco mierzyć jego prąd. Teraz dodatkowy
wzmacniacz musi wypracować taki sygnał,

aby spadek napięcia na rezystorze pomiaro−
wym był równy sygnałowi wejściowemu co
do amplitudy, fazy i kształtu, mimo wszelkich
przeciwności ze strony głośnika i jego obudo−
wy, które chciałyby temu przeszkodzić.

W zależności od zasilania, jakie najwygo−

dniej będzie użyć dla dodatkowego wzmacnia−
cza, trzeba zaprojektować odpowiedni układ
rzeczywisty. Najbardziej prawidłowym wydaje
się symetryczne zasilanie napięciem ±15V. Po−
nieważ na początku użyłem do subwoofera sta−
rego wzmacniacza 50W firmy Braun z demo−
bilu, z jednym napięciem +65V i kondensato−
rem na wyjściu, musiałem nieco przekompo−
nować układ polaryzacji wejść, aby nie robić
dodatkowego symetrycznego zasilacza. Zo−
stańmy jednak przy prostym i przejrzystym za−
silaniu symetrycznym. Rzeczywisty układ bę−
dzie wyglądał jak na rysunku 4.

Dwa rezystory wejściowe (z obu kanałów

stereo) i kondensator 330nF tworzą odpowie−
dni filtr górnozaporowy, którego charaktery−
stykę (rysunek 5 − b) dobrałem tak, że po zło−
żeniu jej z opadającą w kierunku małych czę−
stotliwości charakterystyką akustyczną całej
reszty systemu subwoofera (rysunek 5 − a) usi−
łuje ona zbliżyć ją do moich potrzeb. Jedno−
cześnie w kierunku wyższych częstotliwości
odcina ona wyższe partie basu i resztę pasma
z nachyleniem 6dB/okt. − w zakresie gdzie
charakterystyka głośnika jest już płaska. Trze−
ba poświęcić trochę czasu, aby dobrze „zestro−
ić” ten filtr z resztą systemu akustycznego,
czyli aby charakterystyka systemu subwoofe−
ra wspólnie z charakterystyką np. monitorów

zlewały się w jeden dźwiękowy obraz, że
tak malowniczo to ujmę. A wspomniana
„reszta systemu” to nie tylko wzmacniacz
i głośniki, to również pomieszczenie odsłu−
chowe z całym jego wyposażeniem w firan−
ki, dywaniki, meble itd.

I jeszcze coś na temat filtru: ponieważ

jego charakterystyka jest jednostajnie opa−
dająca w zakresie słyszalnych częstotliwo−
ści (rysunek 5 − b), strojenie może polegać
wyłącznie na regulacji wzmocnienia
wzmacniacza operacyjnego za filtrem za
pomocą potencjometru P. Nie potrzeba

zmieniać elementów R i C w samym filtrze,
bo przesuwamy charakterystykę b w pionie.
Na to samo by wyszło, gdybyśmy zmieniali
elementy RC i krzywa ta przesuwałaby się
w poziomie. Można stosować tu wymyślne
filtry n−tego rzędu, ale uważam, że znacznie
ważniejszą sprawą na tym etapie jest uzyska−
nie prądowego sterowania głośników.

Wracajmy zatem do meritum. Po zbudo−

waniu układu z rysunku 4 możemy przystąpić
do zbadania jego działania. Na wszelki wypa−
dek proponuję na początku podłączyć głośnik
przez dodatkowy rezystor rzędu 33

Ω

/5W.

Układ przy źle dobranych parametrach lubi się
wzbudzić na częstotliwości kilku herców, co
może się okazać zabójcze dla głośników.
Oczywiście ten rezystor powinien być włączo−
ny między wyjście wzmacniacza a głośnik,
aby jego wartość − dla pomiaru prądu − nie do−
dawała się do rezystora pomiarowego 0,47

Ω

Trzeba zwrócić dużą uwagę na stabilność

układu − należy zacząć od niewielkiego wzmoc−
nienia dodatkowego wzmacniacza. Można ją re−
gulować wartością rezystora R6. Małe wzmoc−
nienie daje gorsze parametry sygnału wyjścio−
wego, ale zapewnia bardziej stabilną pracę. Po−
tem można zwiększyć wzmocnienie tego stop−
nia aż do granicy stabilności, po czym zmniej−
szyć je dla bezpieczeństwa o ok. 30%.

Jak widać z fotografii 3, podczas pierw−

szych prób i pomiarów zastosowałem montaż
„wisząco−pajęczynowy”, ale tak mnie intere−
sowały wyniki, że nie myślałem o estetyce.

Po dobraniu wzmocnienia możemy podać

na wejście całego układu sinusoidę o częstotli−
wościach w zakresie 10−100Hz i zaobserwo−
wać, jak na jej tle zachowuje się napięcie na
rezystorze 0,47

Ω

. Satysfakcja gwarantowana!

Moim zamysłem było to, aby pozostawić

dotychczas używany wzmacniacz basowy

Projekty AVT

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Listopad 2002

Fot. 3 Montaż „wisząco – pajęczynowy”

Rys. 5

Rys. 3

Rys. 4

Fot. 2 Prąd płynący przez głośniki

nie odzwierciedla sygnału

podanego do wejścia wzmacniacza

bez żadnych zmian. Na schematach jest on
obwiedziony przerywaną linią. Sprzężenie
zwrotne (napięciowe) uwzględniłem w jego
symbolu, bo ono prawie zawsze istnieje −
w takiej czy innej postaci. Nie musimy się
jednak nim zajmować, bo traktujemy wzmac−
niacz mocy jako odrębne, autonomiczne urzą−
dzenie, które wzmacnia swój sygnał wejścio−
wy. Wzmacnia i napięcie, i prąd, ale w taki
sposób, że jego napięcie wyjściowe odwzo−
rowuje kształt napięcia wejściowego. My zaś
− dla celów naszego doświadczenia − potrze−
bujemy, aby napięcie wejściowe odwzorowa−
ne było przez prąd wyjściowy, ponieważ
przypuszczamy, że tak będzie lepiej.

Ocenę właściwości tego układu pozosta−

wiam Czytelnikom, którzy na pewno zechcą to
sprawdzić. Ja w każdym razie nie wracam do
poprzedniego − klasycznego − układu. Według
mnie nareszcie mam niski bas, odtworzony
bardziej precyzyjnie, bez niekontrolowanych
„dodatków” ze strony głośników i obudowy.

Warto sprawdzić, na ile obecne zasilanie

głośnika odbiega od poprzedniego. Zobacz−
my zatem kształt napięcia na głośniku przy
zmianach częstotliwości w okolicach rezo−
nansu głośnika.

Jak widać z fotografii 4a,b,c,d,e jest on

zdecydowanie inny niż sygnał wejściowy.
Jest inny, niż był w układzie „normalnym”.
I musi taki być, jeśli chcemy, aby kształt prą−
du w głośnikach pozostawał taki, jaki jest
kształt napięcia zapisany na płycie. Krótko

mówiąc: teraz nasz stary wzmacniacz jest
zmuszony do produkowania napięcia wyj−
ściowego o takim kształcie, aby prąd w gło−
śniku wyglądał tak, jak chce tego producent
płyty. Uzyskane przebiegi przedstawione są
na oscylogramach − fotografia 4a,b,c,d,e.

Na początek − dla sprawdzenia działania

samego układu sterowania prądowego, poda−
łem jednak sygnał (sinusoidę) za filtrem. Na
wszystkich zdjęciach sinusoida o stałej am−
plitudzie przedstawia sygnał zdjęty z oporni−
ka 0,47/5W w obwodzie głośnika, czyli jest
to kształt prądu, jaki płynie przez cewkę gło−
śnika. Jego kształt, amplituda oraz faza są
stałe dla zakresu częstotliwości 10−100Hz,
tak samo jak w sygnale podanym na wejście
+ dodatkowego wzmacniacza operacyjnego
(za filtrem dolnoprzepustowym na rysunku
4). Zmieniający się sygnał − to napięcie na
wyjściu wzmacniacza mocy.

Ustawienia oscyloskopu: Kanał 1: napię−

cie na rezystorze 0,47

Ω

/5W; 0,2V/dz. Kanał

2: napięcie wyjściowe wzmacniacza mocy;
2V/dz. Podstawa czasu: 5ms/dz.

Po tych pomiarach nastąpił kilkutygo−

dniowy okres słuchania muzyki w nowym
układzie subwoofera.

Montaż i uruchomienie

Po testach wykonałem nieco solidniejszy mon−
taż dodatkowych układów na płytce uniwer−
salnej (fotografie 5 i 6) zamkniętej w małej
obudowie z tworzywa sztucznego i podłączy−
łem do „prawdziwego” wzmacniacza mocy.

Jak widać na fotografii 7, jest to wybitnej
urody i dobrej jakości piecyk firmy Mitsubi−
shi Electric. Duży rezystor 0,47

Ω

umieści−

łem we wnętrzu wzmacniacza mocy, aby nie
prowadzić dość długich przewodów głośni−
kowych do dodatkowej obudowy.

Prosty układ dodatkowy według rysunku

4 można zmontować na niewielkiej płytce
drukowanej, pokazanej na rysunku 6. Moż−
na w niej wykorzystać różnego typu wzmac−
niacze operacyjne, np. TL072, niekoniecz−
nie typ podany na schemacie.

Ciąg dalszy na stronie 23.

Projekty AVT

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Listopad 2002

Fot. 4 a, b, c, d, e

Kształt napięcia na głośniku

przy zmianach częstotliwości

okolicach rezonansu głośnika

Fot. 5 Montaż na płytce uniwersalnej

Fot. 6

Wykaz elementów

R11,,R

R22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..222200kk

Ω

R33,,R

R55 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11kk

Ω

R44 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000kk

Ω

R66,,R

R77 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1100kk

Ω

R88 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..00,,2222

Ω

//55W

R11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..2222kk

Ω

C11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..333300nnFF
C

C22,,C

C33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000nnFF cceerraam

miicczznnyy

C44 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..4477µµFF
C

C55 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000nnFF
C

C66,,C

C77 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000nnFF cceerraam

miicczznnyy

C88,,C

C99 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000

µµ

FF//2255V

C1100,,C

C1111 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1100

µµ

//5500V

U11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..44555588
U

U22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..77881155
U

U33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..77991155

Komplet podzespołów z płytką jest dostępny

w sieci handlowej AVT jako kit szkolny AVT−

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Listopad 2002

Ciąg dalszy ze strony 15.

Podsumowanie

Ciekaw jestem Waszych opinii na ten temat,
zarówno teoretycznych, jak praktycznych.
Bo teoria może się tu lekko „rozchodzić”

z praktyką (chyba tylko pozornie, przez na−
szą niekompletną wiedzę), tak jak np.
w przypadku anten telewizyjnych.

Następnym etapem powinno być zbadanie

rzeczywistego ruchu membrany głośnika, bo−

wiem dopiero jej wychylenia powodują zmiany
ciśnienia akustycznego. Najlepiej byłoby, aby
fala akustyczna generowana przez głośnik była
pod względem amplitudy, fazy i w ogóle kształ−
tu zgodna z napięciem wejściowym wzmacnia−
cza. Bywają do tego celu stosowane specjalne
przetworniki przyklejane do membrany, np.
optyczne, które badają rzeczywisty ruch mem−
brany i dają sygnał sprzężenia zwrotnego. Na
razie jednak wydaje mi się, że opisany w arty−
kule sposób przynosi już pozytywne efekty.

Stoi przede mną pokusa, aby do badania

wychyleń membrany użyć światła (może
wiązki podczerwieni albo światła laserowe−
go), ale zdaje się, że jest to zadanie nieco prze−
rastające możliwości domowego warsztatu.

Marek Klimczak

matik1@poczta.onet.pl

Fot. 7 Piecyk firmy Mitsubishi Electric

Rys. 6 Schemat montażowy

Projekty AVT

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Listopad 2002

Jest to urządzenie, które umożliwia wyświe−
tlanie w przestrzeni napisów oraz prostych
obrazków, może też pełnić funkcję efektow−
nego zegara. Siedem wirujących diod LED
daje efekt zawieszonych w powietrzu cyfe−
rek. Jest to iluzja, ale jest bardzo interesująca
i wygląda miło. Zaprojektowane urządzenie
posiada naprawdę duże możliwości. Umożli−
wia m.in. włączanie i zatrzymanie przesuwu
napisów, regulację: prędkości przesuwu na−
pisów, szerokości napisów, szerokości okna,
w którym wyświetlane są napisy, programo−
wanie haseł reklamowych, cykliczne wy−
świetlanie pojedynczego hasła lub zdania,
kolejne wyświetlanie wszystkich zaprogra−
mowanych haseł reklamowych. Pełny opis
funkcji oraz sposób programowania zamie−
szczę na końcu niniejszego tekstu.

Wyświetlacz widmowy jest podobny do

opisanego w EdW (numer 7/2002) µProjektu
3000 o nazwie Widmo, albo magiczna różdżka.
Podobny w tym sensie, że wykorzystuje ten
sam efekt stroboskopowy, czyli powstały efekt
bazuje na wadzie ludzkiego oka, jaką jest nie−
wątpliwie inercja – bezwładność. Urządzenie
sterowane jest za pomocą dowolnego pilota
pracującego w standardzie RC5. Jest to na−
prawdę bardzo wygodny sposób komunikacji,
zwłaszcza że urządzenie podczas pracy jest w
ciągłym ruchu (wykonuje ruch obrotowy).

Jak to działa?

Schemat ideowy urządzenia widoczny jest na
rysunku 1. Jest to w miarę prosty układ elek−
tryczny, ale zastosowany w nim mikroproce−
sor AT90S8535AVR umożliwia realizację
naprawdę skomplikowanych operacji.

Mikrokontroler ten sprostał zadaniu, które

mu powierzyłem, ze względu na swoje moż−
liwości sprzętowe.

Za pracę wyświetlacza odpowiedzialny

jest program napisany w języku Bascom
AVR ver.1.11.6.4. Program można ściągnąć
ze strony internetowej EdW www.edw.com.pl
z działu FTP.

Wykonane przeze mnie urządzenie posia−

da dwa niezależne źródła zasilania. Część
elektroniczna zasilana jest z 9V baterii, która

umieszczona została w elemencie wirują−
cym. Jest to bardzo korzystne rozwiązanie,
ponieważ pozbyłem się problemu z doprowa−
dzeniem zasilania do części ruchomej, a sto−
sunkowo ciężka bateria zapewniła przeciw−
wagę dla modułu wyświetlającego. 3 baterie
4,5 V umieszczone w podstawie posłużyły do
zasilania silnika napędowego. Opcjonalnie
zamiast baterii można dołączyć zewnętrzny
zasilacz 12–14 V. Jako element napędowy
wykorzystałem silnik z odtwarzacza wideo.

Jak wynika z przedstawionego schematu

ideowego, oprócz mikrokontrolera znajdują
się tam też inne elementy. Jednym z nich jest
odbiornik podczerwieni SFH506, bez które−
go niemożliwa byłaby komunikacja z urzą−
dzeniem za pomocą pilota. Na płytce umie−
ściłem też złącze SPI umożliwiające progra−
mowanie mikroprocesora. W praktyce nie
jest ono potrzebne, ale na etapie projektowa−
nia urządzenia i modyfikacji parametrów
może okazać się bardzo pomocne.

###

Rys. 1

śś

Tu właściwie kończy się sprzęt a zaczyna

oprogramowanie. Aby zrozumieć działanie
programu, konieczna jest wiedza, jak zbudo−
wane są znaki (literki, cyfry, obrazki). Sposób
budowy przedstawia rysunek 2. Czarny kwa−
dracik oznacza zapaloną diodę w kolumnie.
Poszczególne znaki zostały zapisane w pa−
mięci flash ROM mikrokontrolera. Każdy z
nich został zaprojektowany w oparciu o ma−
trycę 7x7. Tak naprawdę kształt opisany jest
na pięciu kolumnach, ale dołożenie jeszcze
dwóch wyeliminowało problem odstępu po−
między znakami. Przykładowa deklaracja
kształtu cyfry 1 oraz litery A pokazana jest na
listingu 1. Tak więc wyświetlanie znaków bę−
dzie polegało na wysłaniu na port, do którego
podpięte są diody, po kolei takich kombinacji
liczbowych zsynchronizowanych czasowo.

Program obsługujący wyświetlacz wid−

mowy po skompilowaniu końcowej wersji
zajmuje całą pamięć flash ROM, calutkie
8kB! Składa się on z 26 zadeklarowanych
zmiennych, ośmiu procedur (napisy, opo−
znienie, czytaj_czas, czytaj_napis, za−
pisz_napis, dzwięk, przesuw_napisu, obsługi
przerwania – fotodioda), głównej pętli pro−
gramowej oraz dwóch bloków danych opisu−
jących kształty znaków.

Po uruchomieniu wyświetlacza program

analizuje założenia początkowych wartości
zmiennych, zapisanych w pamięci EE−
PROM, które potrzebne są do „rozruchu”
pozostałej części programu. Są to m.in.;
czas, od którego zegar startuje zaraz po
włączeniu zasilania, długość okna, w
którym, wyświetlane są znaki, szerokość
znaków, itp. – listing 2.

W głównej pętli programu, pomiędzy sło−

wami kluczowymi Do...Loop umieszczona

została funkcja Getrc5, której zada−
niem jest dekodowanie kodów z pilo−
ta oraz same warunki uzależnione od
zmiennej Command, której przypisy−
wane są wartości kodu. W pętli głów−
nej znajduje się aż 14 różnych warun−

ków. Są to między innymi: ustaw zegar,
wpisz tekst, roluj napisy, przełącz ze−
gar/tekst, wywołaj zaprogramowany napis,
wywołaj hasło początkowe, zmniejsz/zwięk−
sz prędkość przesuwu napisu, zmniejsz−
/zwiększ szerokość okna, włącz/wyłącz prze−
suw napisu, zwęż/rozciąg napis, zapisz do
pamięci eeprom. Funkcję Getrc5 wraz
z przykładową instrukcją warunkową, która

umożliwia nam wejście do procedury „ustaw
zegar”, widzimy na listingu 3.

Po wejściu do tego trybu – listing 4, pro−

gram zaczyna analizę naciskanych kolejno na
pilocie klawiszy.

Każde wprowadzenie danej sygnalizowane

jest krótkim sygnałem dźwiękowym oraz za−
palającą się diodą. Zmienna Czas przyjmuje
wartości zmiennej Command po każdorazo−
wym naciśnięciu klawisza. Następnie końcową
postać tej zmiennej (Czas) przypisujemy we−
wnętrznej zmiennej Time$, czyli aktualny czas.

Po wprowadzeniu ostatniej cyfry zegara

program automatycznie przechodzi do wyko−
nywania procedury „Czytaj_czas” – listing 5,
która odpowiedzialna jest za pobranie z pa−
mięci danych opisujących kształty cyfr.

Tutaj znowu, tylko w odwrotnej kolejno−

ści, zmienna Czas równa jest zmiennej Ti−
me$. Zabiegi tego typu pozwalają na ograni−
czenie liczby wprowadzanych do programu
zmiennych. Następnie dzięki funkcji Mid,
która znajduje się w „obrębie pracy” dwóch
pętli powtórzeń, każdy znak opisujący

Projekty AVT

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Listopad 2002

Rys. 2

zmienną Czas przetwarzany jest na ciąg liczb
(patrz: listing 1). Zmienna Dane(index) rów−
na jest kolejno sczytywanym liczbom z ta−
kiego ciągu. Umożliwia nam to zastosowanie
dwóch współpracujących ze sobą funkcji Re−
store oraz Read.

Wyświetlanie znaków odbywa się w prze−

rwaniach, które zgłaszane są za pomocą
dwóch współpracujących ze sobą diod. Pro−
cedura obsługi przerwania o nazwie Fotodio−
da – listing 6, zawiera dwa warunki, uzależ−
nione od zmiennych Wskaznik oraz Dl_slo−
wa. Ta druga, jak sama nazwa wskazuje,
równa jest liczbie znaków w danym słowie,
natomiast pierwsza odpowiedzialna jest za
przesuw okna, w którym wyświetlane są na−
pisy (gdy niewłączona jest opcja przesuwu
napisu, ma ona stałą wartość). Następnie w
każdym z tych warunków znajdują się trzy
pętle powtórzeń. Jedna odpowiedzialna jest
za wysyłanie na port liczby, która sprawi, że
diody zgasną, natomiast pozostałe dwie wy−
syłają na port kolejne wartości zmiennej Da−
ne (index), czyli kombinacje liczbowe opisu−
jące kształty znaków.

Teraz chciałbym przybliżyć zasadę dzia−

łania pozostałych, równie ciekawych pro−
cedur, które w swojej budowie są nieco
mniej skomplikowane od omawianych
wcześniej. I tak procedura Przesuw_ napisu
podobnie jak procedura Fotodioda „pracu−
je” w przerwaniach, tylko że w tym przy−
padku przerwanie zgłaszane jest przez we−
wnętrzny licznik Timer1. Wejście do tego
trybu jest możliwe po naciśnięciu klawisza
na pilocie o kodzie 4. Tak naprawdę włą−
czenie bądź wyłączenie przesuwu napisu
zależeć będzie od zmiennej Timer_start,

która, jak wynika z założeń, może przyjmo−
wać dwie wartości 0 lub 1. Na początku
programu zmienna ta przyjmuje wartość
równą 0 – (patrz: listing 2). Zmiana jej war−
tości realizowana jest za pomocą funkcji
Not, czyli negacji – listing 7.

Wyżej wspomniany licznik na „potrzeby”

programu został skonfigurowany jako Timer
– listing 8, o Prescalerze równym 8, co w

Projekty AVT

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Listopad 2002

praktyce oznacza, że „przekręci się” po upły−
wie 0,5 sekundy.

Przesuw napisu będzie polegał na stop−

niowej zmianie położenia okna, w którym
wyświetlane są napisy – listing 9. Odpowie−
dzialna za to jest zmienna Wskaznik, która po
każdorazowym wywołaniu tej procedury bę−
dzie zwiększana o 1. Przy okazji omawiania
tego fragmentu zdradzę tajemnicę prostego
rozwiązania zmiany prędkości przesuwu.
Mianowicie, aby szybciej zwiększać wartość
zmiennej, Wskaznik dodaje do niej zmienną
Predkosc_napisu, którą zwiększam, naciska−
jąc klawisz 5 – listing 10.

Kolejna procedura o nazwie Opoznienie –

listing 11, odpowiedzialna jest za szerokość
wyświetlanych znaków. Niestety, regulacja
wysokości znaku jest niemożliwa w realiza−
cji, gdyż ogranicza ją liczba diod (7).

Znajdują się tam dwie „popularne” funk−

cje Wait oraz stosowana już w wielu przypad−
kach pętla powtórzeń For...To. Procedura ta
wywoływana jest podczas pracy Fotodiody
(patrz; listing 5), gdy na port „wyrzucane” są
znaki. Zasada jej działania jest bardzo prosta,
polega na powtarzaniu w pętli funkcji Wait
do wartości zmiennej Zwloka.

Ostania procedura, którą chcę omówić,

różni się od pozostałych tym, że efektu jej
pracy nie widzimy, tylko słyszymy. Mowa
oczywiście o procedurze Dzwiek – listing
12. Jak widać, zastosowałem tam funkcję
Sound, która umożliwia załączenie dźwięku
na określony czas trwania. Procedura wywo−
ływana jest przy każdym naciśnięciu kla−
wisza na pilocie.

Tak właśnie to działa. W razie jakiejś nie−

jasności polecam jeszcze raz dokładnie prze−
analizować listingi.

Montaż i uruchomienie

W tej części artykułu postaram się Wam
udzielić paru wskazówek co do wykonania
takiego urządzenia metodą „chałupniczą”.
Jak widać na schemacie ideowym, główna
część elektroniczna połączona jest z linijką
diod za pomocą gniazda DB9. Moja propo−
zycja: płytkę główną wykonać według ry−
sunku 3, natomiast diody wraz z wtykiem
DB9 połączyć na przysłowiowego „pająka”
i umieścić w plastykowej rynience na prze−
wody o wymiarach 32mmx15mm (szero−
kość x grubość). Wymiary idealnie pasują
do wspomnianego już wtyku, poza tym ła−
two możemy tam wkomponować diody,
wiercąc w przedniej części rynienki syme−
trycznie rozmieszczone otwory, o średnicy

diody LED. Ja osobiście użyłem diod ultraja−
snych o średnicy 5mm. Wiercąc otwory pod
diody, należy robić to w miarę starannie, aby
były one pasowane na wcisk. Po zamocowa−
niu diod obcinamy rynienkę na długość oko−
ło 70mm, przy odstępie jednej od drugiej
6mm. Proponuję takie wymiary ze względu
na dość ładny kształt znaków i małe opory
powietrza. Zatyczki możemy wykonać z
twardej tektury lub, jak w moim przypadku,
z silikonu białego, który podgrzałem do tem−
peratury, w której staje się płynny, a następ−
nie wypełniłem nim otwory. Linijkę z dioda−
mi mamy już gotową. Odkładamy ją i przy−
gotowujemy się do „zabawy” wymagającej
umiejętności w posługiwaniu się lutownicą,
a mianowicie do wykonania płytki głównej.
Jak wiadomo, ta część wyświetlacza posiada
własne zasilanie, więc proponuję na począt−
ku przylutować stabilizator, a następnie

Projekty AVT

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Listopad 2002

Rys. 3 Schemat montażowy

doprowadzić do niego zasilanie z baterii i
sprawdzić poprawność działania, aby unik−
nąć przykrych niespodzianek. Baterię może−
my umieścić w specjalnym uchwycie, który
jest ogólnie dostępny w sklepach elektrycz−
nych lub tak jak w moim przypadku, wyko−
rzystać kabel ze starego zasilacza kostkowe−
go z możliwością ładowania tego typu bate−
rii. Po prostu obciąłem kawałek tego prze−
wodu wraz ze specjalną końcówką. Baterię
mocujemy po przeciwnej stronie niż płytkę,
za osią obrotu. Dalszy montaż elementów
przeprowadzamy w sposób typowy: rezy−
storki, kondensatorki... i tak do układu IC1.
Gotową płytkę trzeba będzie też zabudować,
dla estetycznego wyglądu całego urządzenia.
Posłuży nam do tego również rynienka na
przewody, tylko o innych wymiarach. Na
rynku dostępnych jest wiele rodzajów, pro−
ponuje dobrać taką, w której „zamkniemy”
baterię 9V. Jeżeli ktoś posiada cienką blachę
aluminiową, może pokusić się o wykonanie
obudowy w kształcie przypominającym
przebieg prostokątny. Na górnej części ry−
nienki trzeba jeszcze umocować w miarę bli−
sko osi obrotu odbiornik podczerwieni,
który możemy umocować za pomocą kleju,
a do płytki podpiąć cieniutkimi kabelkami.
Nie ma znaczenia, czy umocujemy go w pio−
nie, czy położymy − nie będzie to miało
wpływu na pracę elementu. Jeszcze tylko
trzy otwory: jeden na włącznik zasilania,
drugi wywiercony u spodu rynienki na foto−
diodę, trzeci do mocowania całości na osi
wirnika i gotowe! Za nami już półmetek.
Kolejnym etapem będzie zdobycie silniczka,
najlepiej prądu stałego (ja wykorzystałem

stary silniczek z magnetowidu) oraz jakiejś
obudowy, w której go umieścimy. Znów pro−
pozycja z mojej strony – plastikowa donicz−
ka na kwiatek!, oczywiście + podstawka do
niej, która posłuży nam do „zamknięcia” ca−
łości od spodu. Wielkość doniczki zależy od
konstruktora, który zdecyduje, czy zasilanie
będzie pochodziło z baterii, czy z zasilacza.
Bieguny napięcia zasilania silnika powinny
być tak dobrane, aby wirnik obracał się prze−
ciwnie do ruchu wskazówek zegara. Donicz−
ka jest niewątpliwie dobrym rozwiązaniem
ze względu na łatwość dostępu (sklepy go−
spodarcze, itp.), wiercenia otworów, a dla
mnie najważniejsze, dająca stabilną podsta−
wę (mowa o doniczce typu ścięty stożek).
Oprócz silnika w doniczce musimy umieścić
diodę podczerwoną wraz z rezystorem ogra−
niczającym prąd, ale w takim miejscu, aby
podczas obrotu części ruchomej „spotykała
się” z fotodiodą. Diodę możemy zabudować
w zatyczkę od długopisu i przykleić do do−
niczki. Teraz musimy jakoś umocować
część ruchomą na osi wirnika.

Ja użyłem do tego specjalnie zaprojekto−

wanej tulejki, która ma z jednej strony
otwór pasowany na wcisk osi wirnika, nato−
miast z drugiej strony trzpień gwintowany.
Mając już wszystkie te elementy, zaczyna−
my montować je w jedną całość. Należy pa−
miętać, aby przykręcić linijkę z diodami do
płytki głównej, ponieważ siła odśrodkowa
może sprawić nam niespodziankę w postaci
jej „odfrunięcia”. Ostatnim etapem tej czę−
ści będzie wyważenie elementu wirującego,
proponuję zamocować po stronie baterii
śrubę M8, którą będziemy mogli wkręcać
lub wykręcać. Po złożeniu w całość i wywa−
żeniu mamy niekonwencjonalną zabawkę.

Obsługa układu

Po włączeniu zasilania części wirującej dio−
dy powinny zapalić się na krótki moment
oraz dodatkowo powinien pojawić się sygnał
dźwiękowy.

Aby ustawić czas 12:23:25, wciskamy

klawisz o kodzie 15 (gdy wyświetlany jest
zegar), a następnie 1;2;2;3;2;5 uwaga: po
każdym naciśnięciu klawisza należy odcze−
kać ok. 0,5s!

Aby zaprogramować tekst „ABC”, wci−

skamy klawisz o kodzie 15 (gdy wyświetlany
jest dowolny napis), a następnie 0;1;0;2;0;3
(A− 01; B− 02; C−03), uwaga: kod 3;3 (33)
kończy wprowadzanie tekstu!

Na pewno niektórzy patrząc na schemat

urządzenia, zastanawiali się, po co użyłem
diody prostowniczej na ścieżce „+” zasilania

mikrokontrolera. Otóż okazało się, że we−
wnętrzny oscylator układu pracuje przy na−
pięciu zasilania poniżej 4,5V (w moim przy−
padku) i zadaniem tej diody jest obniżenie go
do tej wartości.

Na koniec podam Wam ciekawostkę,

którą możecie wykorzystać przy ulepszeniu
własnego wyświetlacza widmowego, miano−
wicie zmiana kierunku obrotów silnika na
zgodny z ruchem wskazówek zegara, powo−
duje efekt lustrzany. Po zastosowaniu modu−
łów laserowych napis wyświetlany może być
np. na ścianie.

Łukasz Hrapek

Projekty AVT

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Listopad 2002

Wykaz elementów

Rezystory

R11−R

R77,,R

R1100 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..332200

Ω

R88 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..222200

Ω

R99 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..22M

Ω

Kondensatory

C11,,C

C22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..2222ppFF

C33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000

µµ

Półprzewodniki

D11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11N

N44000044

D22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..ddiiooddaa ppooddcczzeerrw

woonnaa

D33−D

D99 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..ddiiooddyy LLEED

D 55m

D1100 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..ffoottooddiiooddaa
IIC

C11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..A

ATT9900S

S88553355

IIC

C22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..77880055

IIC

C33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..D

S11881133

P11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..S

SFFH

H550066

Różne

Q11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..88M

Hzz

Q22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..3322776688H

Hzz ((zzeeggaarrkkoow

wyy))

S11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..ssw

wiittcchh ddw

wuuppoozzyyccyyjjnnyy

ZZaassiillaanniiee11−22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..łłąącczznniikk
X

X11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..w

wttyykk D

B99

X22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..ggnniiaazzddoo kkąąttoow

wee D

B99

G11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..B

Buuzzzzeerr

G11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..B

Baatteerriiaa 99V

Pooddssttaaw

wkkaa ppoodd IIC

C11

Komplet podzespołów z płytką

jest dostępny w sieci handlowej AVT

jako kit szkolny AVT−2651

Być może sądzisz, że Tobie nie są potrzebne
automaty (Autoplacer, Autorouter), bo bę−
dziesz ręcznie projektować ścieżki na swoich
niezbyt przecież skomplikowanych płytkach.
Nie radziłbym jednak od początku odrzucać
pomocy automatów. Chodzi o to, żebyś do−
browolnie nie zamknął sobie okna na szeroki
świat i nie pozbawił możliwości dalszego
rozwoju.

Tylko przy rysowaniu schematu wystar−

czy znajomość elementarnych zasad. Na−
prawdę niewiele wiedzy i jeszcze mniej do−
świadczenia wystarczy, by narysować prawi−
dłowy schemat. Przy projektowaniu płytki
jest znacznie trudniej. Projektowanie płytki
to przeniesienie idei z rysunku na postać jak
najbardziej realną, fizyczną. Kluczową spra−
wą jest rozmieszczenie elementów, a można
to zrobić na tysiące i miliony sposobów. Na
płytce na jednej lub kilku warstwach miedzi
trzeba zaplanować punkty lutownicze (Pads),
ścieżki (Tracks), wypełnienia (Fills), łuki
(Arcs), wielokąty (Polygons), a w wielowar−
stwowych dodatkowo przelotki (Vias), pła−
szczyzny zasilania (Power Planes), otwory
do mocowania i pomocnicze elementy tech−
nologiczne. Dobra płytka ma nadruk (Top
Overlay) ułatwiający montaż i późniejszą
identyfikację elementów. Przy projektowaniu
połączeń liczy się nie tylko zgodność ze
schematem ideowym, ale też rozmieszczenie
elementów na płytce. W wielu przypadkach
trzeba uwzględnić rezystancję ścieżek (sze−
rokość i przebieg), zwłaszcza masy, oraz
wzajemny wpływ wytwarzanych pól elek−
trycznych i magnetycznych. W szybkich
układach cyfrowych i w układach w.cz. ko−
niecznie trzeba brać pod uwagę dodatkowe
czynniki, nie tylko pojemności, indukcyjno−
ści i rezystancję miedzi, ale też właściwości
materiału płytki (stała dielektryczna) i innych
użytych materiałów izolacyjnych. Od tych
parametrów silnie zależą właściwości trans−

misyjne, tłumienie, odbicia i oscylacje przy
przesyłaniu bardzo szybkich sygnałów.

Projektant płytki drukowanej zawsze ma

do wyboru niezliczoną ilość możliwości. Je−
go płytka może być zaprojektowana pod róż−
nymi względami albo lepiej, albo gorzej.
I trzeba bezlitośnie stwierdzić:

n i e m a

p ł y t e k i d e a l n y c h

Płytka zawsze jest odzwierciedleniem

lepszych lub gorszych umiejętności autora,
a zwykle jest też efektem licznych kompro−
misów, że wymienię tylko kompromis mię−
dzy starannością dopracowania szczegółów,
a szybkością zrealizowania projektu.

We wcześniejszych latach projektowanie

płytek drukowanych niewątpliwie było sztu−
ką, a nie rzemiosłem. Projektant musiał sam
wszystko przewidzieć, zaplanować i wyko−
nać. Dziś coraz więcej zadań biorą na siebie
automaty, dokładniej − specjalizowane pro−
gramy do projektowania. Protel ma na przy−
kład wbudowany Autoplacer do automatycz−
nego rozmieszczania elementów i Autorou−
ter do automatycznego prowadzenia ścieżek.
Nie znaczy to, że wszystko można i warto
wykonać automatycznie. Wbudowane w Pro−
tela automaty mają poważne ograniczenia,
o czym się wkrótce przekonasz. Na pewno
błędem byłoby, gdybyś od początku próbo−
wał wszystko zrealizować automatycznie.
Ale jeszcze gorszym błędem byłoby, gdybyś
chciał po staremu projektować płytki wyłącz−
nie „na piechotę”, na podstawie odręcznego
schematu ideowego. Na pewno trzeba korzy−
stać z netlisty i automatycznie „wrzucać” ele−
menty na płytkę, czy raczej obok płytki.

Później, wprzypadku płytki z niewielką

liczbą podzespołów, możesz sobie pozwolić
na luksus ręcznego rozmieszczenia elemen−
tów i ręcznego poprowadzenia ścieżek.
W przypadku bardziej złożonych projektów
ręcznie rozmieścisz na płytce tylko kluczowe
elementy – na przykład złącza czy gniazda,

które muszą zostać rozstawione w ściśle
określonych miejscach. Pozostałe elementy
umieści Autoplacer, a Autorouter zaprojektu−
je potem wszystkie ścieżki. Ingerencja czło−
wieka (czyli Twoja) w bardzo skomplikowa−
ną płytkę polegać będzie na końcowych po−
prawkach i kosmetyce.

Zarówno metoda ręczna, jak i automatycz−

na mają swoje mocne i słabe strony. Projekto−
wanie ręczne daje pełną kontrolę nad projek−
tem, co przy odpowiednim podejściu gwaran−
tuje ładny przebieg ścieżek i przemyślane roz−
mieszczenie elementów. Jest to jednak metoda
czasochłonna – czas projektowania gwałtow−
nie rośnie wraz ze stopniem skomplikowania
układu. Istnieje granica, powyżej której ręczne
projektowanie naprawdę nie ma sensu. Jeśli
układ ma zawierać dziesiątki elementów, ręcz−
ne projektowanie wszystkiego jest nieopłacal−
ne; gdy chodzi o setki elementów – jest abso−
lutnie niemożliwe, bo trwałoby wieki.

Projektowanie z użyciem automatów zna−

komicie oszczędza czas. Jednak zlecenie
wszystkiego automatowi zazwyczaj oznacza
przedziwne rozmieszczenie elementów i za−
skakujące poprowadzenie ścieżek. Często al−
gorytmy projektowe dają tak osobliwe wyniki,
że uznasz je za niedopuszczalne. Sam się o tym
przekonasz, zlecając Protelowi zaprojektowa−
nie nawet stosunkowo prostych płytek.

Ci, którzy mają przyzwyczajenia z daw−

nych lat, są skłonni do wpełni ręcznego roz−
mieszczania elementów i trasowania ścieżek
(ja też zauważam u siebie takie skłonności),
a młodzi i najmłodsi chcą korzystać tylko
z automatów. Nie trać czasu na całkowicie
ręczne projektowanie, ale też nie ufaj w peł−
ni automatom. Znajdź złoty środek. Problem
wtym, że nie sposób szybko określić, gdzie ten
złoty środek leży. Dużo zależy od stopnia
skomplikowania układu. Sytuacja jest ponie−
kąd paradoksalna: czym bardziej złożony jest
układ, tym więcej trzeba korzystać z automatu.

Kurs Protela

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Listopad 2002

Spotkanie 8

Jak wspomniałem na poprzednim spotkaniu,
moim zadaniem jest przekonać Cię, że projekto−
wanie płytek za pomocą Protela, na pozór bar−
dzo skomplikowane i dziwne, w rzeczywistości
jest lekkie, łatwe i przyjemne, ale pod warun−

kiem pełnego zrozumienia kluczowych zasad.

Wszystko dlatego, że domyślne ustawienia

Protela są dobre dla płytek z maleńkimi elemen−
tami SMD, a nie z klasycznymi, przewlekanymi
elementami. Muszę Cię więc najpierw zapoznać

z filozofią, która legła u podstaw Protela i w tym
kontekście zapoznać zarówno z wbudowanymi
automatami, takimi jak Autoplacer i Autorou−
ter, jak i mechanizmami bieżącej kontroli po−
prawności projektu.

Czym prostsza płytka, tym więcej można
i warto projektować ręcznie. Warto być
otwartym i eksperymentować, żeby wypraco−
wać indywidualny styl pracy, a nie od razu
„skostnieć na z góry upatrzonych pozycjach”.
W każdym przypadku nie wystarczy nauczyć
się podstaw obsługi programu. Trzeba
uwzględnić przynajmniej dwie różne sprawy:
− znajomość możliwości Protela,
− kompromis między elegancją płytki a cza−
sem projektowania.
Mimo częściowej automatyzacji projektowa−
nie płytek nadal pozostaje sztuką. Może nie
bardzo trudną, ale na pewno sztuką. Potrzeb−
nych umiejętności na pewno nie można po−
siąść przez przeczytanie kilku artykułów czy
książki. Trzeba ćwiczyć, próbować i stopnio−
wo wypracować sobie własny styl pracy.
Chcąc osiągnąć mistrzostwo, a przynajmniej
satysfakcjonujące wyniki, trzeba być otwar−
tym i eksperymentować. Koniecznie trzeba
też dobrze poznać filozofię, jaką kierowali się
twórcy Protela. Ogromnie ważną rolę odgry−
wają w tym reguły projektowania − (Rules).

Rules, czyli reguły

Jak już wiesz, Protel zawiera szereg reguł
projektowych (Rules), które musi spełnić da−
ny projekt – na pierwszym spotkaniu zaglą−
daliśmy do tych reguł (D – R). Reguły te
trzeba starannie przeanalizować i ustawić
stosownie do potrzeb. Wtedy Protel będzie
pilnował poprawności wszystkich szcze−
gółów, co naprawdę jest ogromnie wygodne.

Niestety, domyślne ustawienia tych reguł,

występujące po instalacji, są dobrane bardzo
niestarannie, przez co podczas projektowania
płytki Protel zupełnie niepotrzebnie sygnali−
zuje mnóstwo błędów i konfliktów. Jeśli masz
świeżo zainstalowanego Protela, upewnij się,
że jego twórcy świadomie czy niechcący
ogromnie utrudnili początkującym projekto−
wanie płytek. Ustawienia niektórych reguł są
wręcz wewnętrznie sprzeczne. Trzeba z tym
zrobić porządek. Poleceniem D – R (Design,
Rules) otwórz okno z wieloma zakładkami
i regułami. Wiele z nich dotyczy skompliko−
wanych projektów z szybkimi układami.
My na szczęście na razie będziemy wyko−
rzystywać tylko niewielką część reguł. Na
razie interesują nas dwie zakładki: Routing
i Placement.

Kliknij zakładkę Routing i zaznacz na nie−

biesko pierwszą regułę, czyli Clearence Con−
straint i kliknij przycisk Properties. Otworzy
się okno tej reguły. Chodzi o odstęp między
punktami i ścieżkami. Minimalny odstęp 12
milsów jest prawidłowy − nie zmieniaj go,
tylko kliknij OK. Zaznacz następną regułę
(Routing Corners). Możesz wybrać styl − po−
zostaw 45Degrees. Zmień natomiast wartości
wobu okienkach Setback na 25 oraz 200, jak
pokazuje rysunek 18.

Po kliknięciu OK zaznacz następną regu−

łę (Routing Layers) i otwórz jej okno, klika−

jąc Properties. Ponieważ płytka ma być jed−
nostronna, wyłącz warstwę Top Layer, wy−
bierajac NotUsed, a po przewinięciu na dole
dla warstwy BottomLayer wybierz Any. Za−
twierdź, klikając OK.

Reguł Routing Priority, Routing Topology

i reguł SMD nie zmieniaj. W regule Routing
Via Style zmień średnicę na 70mil, a otwór na
32mil (0,8mm), jak pokazuje rysunek 19.

Koniecznie zmień bezsensowne wartości re−
guły Width Constraint dotyczącej szerokości
ścieżek (Minimum − 12, Maximum − 200mil,
Preferred − 30mil), jak pokazuje rysunek 20.

Reguł z zakładek Manufacturing, High

Speed, Signal Integrity oraz Other nie musisz
dotykać.

Na zakładce Placement (umieszczanie

elementów) koniecznie zmień jedną regułę:
Component Clearence Constraint. Zwiększ
minimalny odstęp między elementami (Gap)
do 12 milsów lub więcej, a sposób sprawdza−
nia (Check Mode) z szybkiego na pełny − Full
Check, jak pokazuje rysunek 21.

Rozsądne ustawienie re−

guł (rules) znakomicie po−
może Ci podczas pracy, bo
będzie sygnalizować rzeczy−
wiste błędy i kolizje i nie do−
puści do powstania błędów.

Podkreślam to bardzo

mocno: jeśli nie zrozumiesz
w pełni omawianego tu za−
gadnienia ustawiania re−
guł, szybko się zniechęcisz
i potem zechcesz wyłączyć
sygnalizację nieprawdopo−
dobnej ilości błędów. Nie

wyłączaj sygnalizacji błędów, wprost prze−
ciwnie – upewnij się, że jest włączona (D – O,
zakładka Layers, DRC Errors), jak pokazuje
rysunek 22.

A teraz już możemy wziąć się za projekto−

wanie płytki do omawianego wcześniej nie−
typowego generatora przebiegu sinusoidalne−
go. Wszystkie potrzebne pliki zawarte są
wprojekcie GenSin1.ddb umieszczonym na
naszej stronie internetowej w postaci spako−
wanej. Możesz wykorzystać wcześniejszy
projekt GenSin0.zip, gdzie też znajdziesz po−
trzebny schemat. Na rysunku 23 przypomi−
nam ten schemat. Niewiele elementów, tylko
dwa układy scalone, więc płytka będzie nie−
wielka − niech ma wymiary 50x35mm. Oczy−
wiście będzie to płytka jednostronna.

Teraz dla wprawy, zgodnie ze wskazów−

kami opisanymi wpoprzednim odcinku, zrób
dwie płytki: jedną za pomocą kreatora (PCB
Wizard), drugą ręcznie. Oczywiście chodzi

Kurs Protela

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Listopad 2002

Rys. 19

Rys. 20

Rys. 21

Rys. 22

Rys. 18

w sumie tylko o obrys w warstwie KeepOut−
Layer. Pracujemy w mierze calowej, więc od
razu przeliczmy wymiary na milsy:
50mm*39,37=1968,5mil
zaokrąglamy do 1975 milsów.
35*39,37=1377,95mil
zaokrąglamy do 1375 milsów.

W kreatorze podaj odstęp Keep Out Distan−

ce From Board Edge równy zeru, co program
przyjmie po komunikacie ostrzegawczym. Przy
ręcznym rysowaniu obrysu nie zapomnij umie−

ścić dolnego lewego rogu płytki w punkcie
o współrzędnych 2000, 2000 lub 1000, 1000.

Ja zmieniłem nazwy obu płytek na Gen−

Reczna.PCB i GenWizard.PCB.

Ponieważ płytka będzie jednostronna, ko−

niecznie musimy użyć „tłuściejszych” elementów
z odpowiedniej biblioteki „płytkowej”. Czy zgo−
dnie z moją prośbą stworzyłeś już taką bibliotekę?

Jeśli nie, we wspomnianym projekcie Gen−

Sin1.ddb umieszczonym, na naszej stronie in−
ternetowej znajdziesz potrzebną bibliotekę.

Oddzielnie dostępna jest też
wprojekcie Libtrax.ddb,
umieszczonym

również

wspakow

anej postaci na

naszej stronie internetowej.

Mając na ekranie pusty

projekt płytki, wlew

panelu kliknij zakładkę
Browse, wybierz z listy Li−
braries i za pomocą przyci−
sku Add dodaj bibliotekę
Libtrax.ddb. Ja potem
(z pewnymi oporami) usu−
nąłem domyślną bibliotekę
Protela i pozostawiłem tyl−
ko swoją – Libtrax.lib. Ty
nie musisz tego robić.

Otwórz schemat ideowy

generatora (GENSIN.SCH)
i spróbuj załadować na płyt−
kę GenWizard.PCB elemen−
ty schematu poleceniem D –
P (Design, UpdatePCB).

W dolnej części otwartego okna odznacz od

razu dwa okienka w ramce Classes, bo nie ko−
rzystamy z tzw. klas. Zwróć uwagę, że u góry
pojawiła się zakładka Warnings, czyli ostrzeże−
nia. Kliknij ją i przekonaj się, wczym problem.
Komunikat brzmi: 4 components have undefi−
ned footprint, co oznacza, że program nie może
znaleźć elementów biblioteki „płytkowej” dla
czterech elementów. Możesz kliknąć Preview
Changes, ale ja radzę Ci kliknąć Report, i wte−
dy po niewielkim odsunięciu okna przeko−
nasz się, czego brak. Pokazuje to rysunek 24.

Brak obudów wzmacniacza operacyjnego

U1, baterii BAT1 oraz elementu IC1. Uzupeł−
nij od razu na schemacie dane dotyczące U1:
podwójnie kliknij każdy ze wzmacniaczy
i wpolu Footprint wpisz U8 (bo taką nazwę
ma obudowa w bibliotece Libtrax). A tak przy
okazji: jest to sygnał, że wbibliotece „sche−
matowej” trzeba koniecznie uzupełnić infor−
macje o obudowie kostki TL072 i podobnych.

Tu od razu usuń kolejną trudność: wkaż−

dej z czterech bramek U1 zmień obudowę
z DIP−14 na U14.

Znacznik IC1 to nie element płytki, tylko

znacznik ustalający warunki początkowe do
symulacji. Możemy go zignorować lub usu−
nąć ze schematu. Ja go usunąłem.

Podwójnie kliknij na symbolu baterii. Na

płytce nie będzie wprawdzie baterii, ale po−
trzebne będą punkty do dołączenia przewo−
dów. Wykorzystajmy tu jakikolwiek pasują−
cy element z biblioteki „płytkowej”, na przy−
kład rezystor. W polu Footprint wpisz R4.

Zwróć uwagę, że na schemacie nie ma punk−

tu wyjściowego, skąd będziemy odbierać czysty
sygnał sinusoidalny. W zasadzie powinniśmy
dodać do schematu taki punkt, tworząc stosow−
ny element biblioteki schematowej. W wolnej
chwili dodaj taki element (np. o nazwie P), a na
razie pójdziemy na skróty i ręcznie umieścimy
na płytce dodatkowy punkt. Przy okazji zoba−
czymy, jak Protel na to zareaguje.

Piotr Górecki

Ciąg dalszy w kolejnym numerze EdW.

Kurs Protela

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Listopad 2002

Rys. 23

Rys. 24

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Listopad 2002

Podzespoły

Charakterystyka

Czym większa prędkość obrotowa silnika
krokowego, tym jest on słabszy. Wynika to z
kilku przyczyn. Choć nie trzeba znać wszyst−
kich szczegółów z tym związanych, należy
mieć świadomość kilku podstawowych za−
leżności. Rysunek 44a pokazuje uproszczo−
ną charakterystykę silnika. Na osi poziomej
zaznaczona jest częstotliwość impulsów ste−
rujących określających prędkość obrotową,
na pionowej – moment obrotowy, który okre−
śla siłę. Punkt A pokazuje maksymalną czę−
stotliwość rozruchu. Przy większej częstotli−
wości silnik w ogóle nie ruszy. Jeśli jednak
silnik ruszy przy mniejszej prędkości, można
go stopniowo rozpędzić do prędkości więk−
szej. Punkt B wyznacza maksymalną pręd−
kość silnika. Większej nie da się osiągnąć.
Punkty A i B mają małe znaczenie praktycz−
ne, ponieważ dotyczą silnika nieobciążone−
go. Jeśli silnik ma ruszyć i to od razu pod ob−
ciążeniem, trzeba zacząć od mniejszej pręd−
kości – pokazuje to przykładowy punkt C. Je−
śli już silnik zacznie pracować, można stop−
niowo zwiększyć jego prędkość aż do warto−
ści wyznaczonej przez punkt D.

Wynika stąd ważny wniosek. Jedynie przy

prędkościach i obciążeniu wyznaczonym
przez zielone pole charakterystyki silnik mo−
że pracować w tak zwanym trybie start−sto−
powym. Będzie wtedy pracował synchro−
nicznie i nie „zgubi” ani jednego impulsu ste−
rującego.

Jeśli silnik ma pracować w trybie wyma−

gającym szybkiej zmiany kierunku, zakres
pracy będzie jeszcze węższy (mniejsza pręd−
kość maksymalna). Z kolei zaznaczona na
szaro część charakterystyki pokazuje obszar

pracy, który można wykorzystać, jeśli zasto−
sowany zostanie inteligentny sposób stero−
wania ze stopniowym przyspieszaniem i ha−
mowaniem. Warto pamiętać, że można w ten
sposób zwiększyć możliwości silnika.

Uproszczona charakterystyka z rysunku

44a nie pokazuje wszystkich właściwości sil−
nika. Wspomniane wcześniej rezonanse me−
chaniczne spowodują, że przy sterowaniu
pełnokrokowym dla pewnej częstotliwości
impulsów silnik w ogóle nie będzie praco−
wał. Pokazuje to, znów w uproszczeniu, ry−
sunek 44b. Dokładnej charakterystyki nie
sposób podać, bo częstotliwość rezonansu
mechanicznego zależy nie tylko od silnika,
ale i od obciążenia. Charakterystyka będzie
dużo gładsza przy sterowaniu półkrokowym,
tym bardziej przy mikrokrokowym. W każ−
dym razie w prawidłowo zaprojektowanym
systemie albo rezonanse są zmniejszone (wy−

eliminowane), albo zakres częstotliwości ro−
boczych jest mniejszy i nie grozi wpadnię−
ciem w taki obszar. Szczegółowe omówienie
problemu i stosowanych rozwiązań zdecydo−
wanie wykracza poza ramy artykułu.

Problemy z prądem

Jednym z ważnych problemów, o którym ko−
niecznie trzeba wiedzieć, jest powolne nara−
stanie prądu w uzwojeniach silnika. Każde
uzwojenie przedstawia sobą pewną indukcyj−
ność L i pewną rezystancję R. Po dołączeniu
napięcia prąd nie od razu osiąga wartość wy−
znaczoną przez napięcie i rezystancję. W sze−
regowym obwodzie RL prąd narasta stopnio−
wo. Stała czasowa wynosi L/R. Jeśli impulsy
sterujące mają małą częstotliwość, nie ma to
większego znaczenia. Jeżeli jednak impulsy
sterujące są krótkie (prędkość obrotowa du−
ża), prąd nie zdąży narosnąć do ustalonej war−
tości U/R. Oznacza to zmniejszenie momentu
użytecznego silnika ze wzrostem prędkości
obrotowej. Przyczynę ilustruje rysunek 45.

Aby zmniejszyć wpływ tego zjawiska, na−

leżałoby zwiększyć prędkość narastania prą−
du. Najprostszy sposób polega na (znacz−
nym, nawet kilkukrotnym) zwiększeniu na−
pięcia zasilania i dodaniu szeregowego rezy−
stora. Stała czasowa L/R jest wtedy mniejsza
− dzięki większemu napięciu zasilania prąd w
uzwojeniu narasta szybciej. Wartość dodane−
go rezystora powinna być taka, żeby prąd w
stanie ustalonym był równy prądowi nomi−
nalnemu silnika. Schemat i przebiegi dla jed−
nego uzwojenia silnika bipolarnego pokazuje
rysunek 46. Sposób taki jest prosty i sku−
teczny, ale wadą są duże straty mocy w doda−
nych rezystorach.

Listopad 2002

część 5 − właściwości
i sterowniki

Rys. 44

Innym, nieco lepszym rozwiązaniem jest

zastąpienie rezystorów źródłami prądowy−
mi. Zgodnie z zasadą działania, źródło prą−
dowe chce utrzymać ustaloną wartość prądu,
więc w pierwszej chwili podaje na uzwoje−
nie jak największe napięcie zasilania i szyb−
kość narastania prądu wyznaczona jest przez
napięcie zasilające. Przykład rozwiązania z
silnikiem bipolarnym i unipolarnym pokaza−
ny jest w uproszczeniu na rysunku 47.
Nadal wadą są duże straty mocy, tym razem
w tranzystorach sterujących, związane z du−
żym napięciem zasilającym.

Innym sposobem jest zasilanie z dwóch

źródeł napięcia. Podczas całego impulsu ste−
rującego uzwojenie jest zasilane napięciem
U1, ale na początku każdego impulsu na krót−
ką chwilę podawane jest na uzwojenie znacz−
nie wyższe napięcie U2, które gwarantuje
szybkie narastanie prądu. Idea pokazana jest
na rysunku 48. Taki sposób jest ekonomicz−
ny i nie powoduje dodatkowych strat mocy,

ale wymaga dwóch
źródeł napięcia, co w
niektórych

urządze−

niach jest kłopotliwe,
zmuszając do stosowa−
nia dodatkowych prze−
twornic czy zasilaczy.

Zamiast pojedyn−

czego impulsu sterują−
cego bywa też stoso−
wany ciąg znacznie
krótszych impulsów o
większej częstotliwo−
ści, które zapewnią po−
trzebny prąd średni.
Jest to tak zwana praca
siekana (chopper tech−
nique). Wystarczy wte−
dy jeden zasilacz o sto−
sunkowo dużym napię−
ciu. Przypomina to
działanie stabilizatora
impulsowego i zapew−

nia wyjątkowo małe straty. Wymaga jeszcze
bardziej inteligentnego układu sterującego, ale
pozwala przyspieszyć proces narastania prą−
du, a nawet zrealizować sterowanie mikrokro−
kowe przez odpowiednią modulację szeroko−
ści impulsów. Ideę ilustruje rysunek 49, gdzie
widać, że impuls sterujący składa się z wielu
krótszych impulsów o różnym czasie trwania.

Na rysunku 50 pokazane są w dużym

uproszczeniu stopnie mocy pracujące impul−
sowo, pozwalające kontrolować średni prąd
silnika. Podawane z zewnątrz napięcie U

ref

wyznacza ten prąd średni. Jest ono porówny−
wane ze spadkiem napięcia na rezystorze
kontrolnym R

. Jeśli prąd silnika, a tym sa−

mym spadek napięcia na R

wzrośnie powy−

żej napięcia U

ref

, komparator K wyzwoli

przerzutnik monostabilny, który na krótką
chwilę wyłączy napięcie zasilania, co spowo−
duje zmniejszenie prądu. Ten stosunkowo
prosty sposób regulacji prądu pozwala także
zrealizować sterowanie mikrokrokowe.

Ciąg dalszy na stronie 27.

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Listopad 2002

Podzespoły

Rys. 45

Rys. 46

Rys. 47

Rys. 48

Rys. 49

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Listopad 2002

Podzespoły

Ciąg dalszy ze strony 25.

W praktyce wykorzystywane są najróż−

niejsze realizacje takich i wielu innych idei.

Na przykład przy sterowaniu półkrokowym
zwiększa się prąd 1,4...1,5−krotnie, gdy zasi−
lane jest jedno uzwojenie, co pozwala uzy−
skać 90...95% momentu uzyskiwanego przy
sterowaniu pełnokrokowym.

Zazwyczaj do wytwarzania sekwencji

impulsów sterujących wykorzystywane są
rozmaite mikroprocesory. Współpracują one
ze stopniami mocy, kontrolują prądy uzwo−
jeń silnika i wytwarzają optymalne przebiegi
sterujące. W niektórych przypadkach w spo−
czynku zmniejszają lub wyłączają prąd (przy
prostych trybach sterowania silnik pobiera
pełny prąd także w spoczynku). Istnieją też
specjalizowane układy scalone. Sekwencje
sterujące można również wytworzyć dość
prosto według idei podanych w pierwszym
artykule cyklu. Czasem, zwłaszcza do prób,
można wykorzystać port równoległy kompu−
tera PC i samodzielnie napisany program
sterujący.

Leszek Potocki

Rys. 50

Podzespoły

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Listopad 2002

Generatory przebiegów
trójkątnych

Dwa wzmacniacze operacyjne pozwalają
w prosty sposób zrealizować generator prze−
biegów trójkątnego i prostokątnego. Podsta−
wowy układ zasilany napięciem symetrycz−
nym pokazany jest na rysunku 62. Należy
pamiętać, że podczas pracy napięcie na
wszystkich wejściach wzmacniaczy będzie
równe zeru. Wzmacniacz U1 jest komparato−
rem, a ściślej przerzutnikiem Schmitta – po−
równaj rysunek 54b. Ponieważ wartość R3
jest dwa razy większa niż R2, więc progi
przełączania przerzutnika U1 będą równe po−
łowie napięć zasilania. Co ważne, napięcie
na wyjściu U1, czyli w punkcie A będzie
przybierać tylko dwie wartości, bliskie do−
datniemu i ujemnemu napięciu zasilania.
Wzmacniacz U2 pracuje jako integrator. Po−
nieważ napięcie w punkcie A może przybie−
rać tylko dwie ustalone wartości o przeciw−
nej biegunowości, kondensator C1 będzie na
przemian ładowany i rozładowywany prą−
dem o jednakowej wartości. Gdy napięcie
w punkcie A jest bliskie dodatniemu napięciu
zasilania, przez rezystor R1 popłynie prąd od
punktu A do wejścia odwracającego wzmac−
niacza U2, gdzie napięcie jest równe zeru
(potencjał masy). Prąd ten popłynie dalej
przez kondensator C1 powodując zmianę na−
pięcia w punkcie B w stronę wartości ujem−
nych. Gdy malejące napięcie w punkcie
B obniży się poniżej progu przełączania
przerzutnika U1 (przy R3=2*R2 będzie to
połowa napięcia zasilania), wtedy napięcie
w punkcie A gwałtownie się obniży. Przez re−
zystor R zacznie płynąc prad w przeciwnym
kierunku: od wyjścia B przez kondensator
C1, rezystor R1 do punktu A. Napięcie
w punkcie B zacznie jednostajnie rosnąć.
Gdy po pewnym czasie wzrośnie do górnego
progu przełączania przerzutnika U1 (połowa
dodatniego napięcia zasilania), przerzutnik

U1 zmieni stan wyjścia i cykl się powtórzy.
Na wyjściu wzmacniacza U2, w punkcie
B pojawi się przebieg trójkątny.

Niezmienna wartość prądu ładowania

i rozładowywania C1, wyznaczona przez na−
pięcie w punkcie A i wartość R1, zagwaran−
tuje znakomitą liniowość przebiegu trójkąt−
nego. Częstotliwość można łatwo zmieniać
stosując odpowiednie wartości R1, C1. Prze−
biegi w układzie pokazane są na rysunku 63
(z pominięciem wyjściowego napięcia nasy−
cenia wzmacniacza U1).

Generatory zbudowane na zasa−

dzie przedstawionej na rysunku 62
były i nadal są chętnie stosowane.
Zaletą jest prosta budowa i znako−
mita liniowość przebiegu trójkąt−
nego. Nie jest jednak stosowana
prosta wersja z rysunku 62. Jak

wynika z analizy układu, przebieg prostokąt−
ny ma amplitudę wyznaczoną przez napięcia
zasilające i wyjściowe napięcie nasycenia
wzmacniacza U1. Przebieg trójkątny ma am−
plitudę wyznaczoną przez progi przełączania
przerzutnika, czyli też zależy od napięcia za−
silania i napięć nasycenia U1.

Można łatwo zmieniać amplitudę przebie−

gu trójkątnego, zmieniając szerokość pętli hi−
sterezy przerzutnika U1, jak pokazuje rysu−
nek 64. Wbrew pozorom, nie jest to wyko−
rzystywane, bo zmiana amplitudy powoduje
też zmianę częstotliwości.

Często wykorzystywany jest układ we−

dług rysunku 65, gdzie dodatkowe diody
Zenera

ograniczają

napięcie

wyjścia

A i gdzie R2, R3 mają jednakowe wartości

Rys. 64

Rys. 65

Rys. 62

Rys. 63

śś

Zastosowanie wzmacniaczy operacyjnych

Podzespoły

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Listopad 2002

(2,2k

Ω

...100k

Ω

). Amplitudy przebiegów

trójkątnego i prostokątnego są jednakowe
właśnie dzięki równości R2 i R3. R1, C1
można zmieniać w bardzo szerokim zakresie,
byle tylko prąd płynący przez R1 był znacz−
nie większy od prądu polaryzacji wejścia
wzmacniacza U2.

Zarówno częstotliwość, jak i wypełnienie

przebiegów wyjściowych można łatwo regu−
lować w sposób pokazany na rysunku 66.

Projektując generator według rysunków

62...66 należy wziąć pod uwagę prąd wejściowy
wzmacniacza U1 – wyznacza on minimalny
prąd płynący przez R1. Wartość R4 nie po−
winna być zbyt mała, prąd płynący przez D1,
D2 powinien mieć wartość 2...5mA.

W literaturze spotyka się inne rozwiązania

generatorów przebiegu trójkątnego oraz wie−
le odmian układu z rysunku 62. Przebieg trój−

kątny z wyjścia B może zostać z powodze−
niem wykorzystany do uzyskania przebiegu
sinusoidalnego – wystarczy dodać ogranicz−
nik−generator funkcji (patrz rysunki 43...48).

Pozwala to zbudować
najprawdziwszy gene−
rator funkcyjny, wy−
twarzający przebiegi
prostokątne, trójkątne,
sinusoidalne, piłok−
ształtne i szpilkowe.

Piotr Górecki

Ciąg dalszy w kolejnym

numerze EdW.

Rys. 66

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Listopad 2002

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 oddzielnych

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).

łł

Uwaga uczestnicy i sympatycy Szkoły Konstruktorów! Oto ważny komunikat:

Każdy uczestnik Szkoły proszony jest o przysłanie do Redakcji swojej fotografii i kilku zdań o sobie.

Szkoła Konstruktorów istnieje już prawie siedem lat. Wgrudniowym lub styczniowym numerze ukaże się specjalny dodatek, Galeria Szkoły Konstruktorów,

w którym Redakcja chciałaby zaprezentować publicznie uczestników Szkoły. Później Galeria mogłaby zostać umieszczona na stałe na stronie internetowej EdW.

Niech będzie to jeszcze jedna forma wyróżnienia i nagrody za trud rozwiązywania zadań. Dlatego zwracamy się do uczestników, czyli osób, których

nazwisko przynajmniej raz pojawiło się w rozwiązaniu Szkoły w ciągu całego jej istnienia. Najbardziej zależy nam na przedstawieniu czołówki uczestni−
ków zarówno z obecnej tabeli, jak i poprzedniej tabeli, która uległa skróceniu w grudniu 2000 w związku z rozdziałem nagród w ramach Promocji Mło−
dych Talentów. Chcemy przedstawić portrety: zarówno fotografie, jak i kilka zdań o uczestniku (w tym zainteresowania pozaelektroniczne).

Jeśli ktoś z czołówki uczestników z sobie znanych względów nie chciałby zaprezentować swej fotografii, proszony jest o przysłanie choć kilku zdań o sobie.
Ze względu na przepisy prawne musimy od Was otrzymać zgłoszenie własnoręcznie podpisane rozpoczynające się od słów:
Proszę o umieszczenie mojej fotografii oraz poniższych danych w Galerii Szkoły Konstruktorów EdW:
Wzwiązku z tym wszystkie zgłoszenia muszą być nadesłane zwykłą pocztą. Celem akcji jest nie tylko zaprezentowanie uczestników, ale też umożli−

wienie wzajemnych kontaktów. Do tej pory wszystkie „nitki” Szkoły zbiegają się w Redakcji EdW. Chcemy ułatwić wzajemne bezpośrednie kontakty. Dla−
tego osoby, które gotowe są nawiązać kontakt z innymi, proszone są o udostępnienie swoich „namiarów” (adres pocztowy, e−mailowy, telefon, nr Gadu−
Gadu, własna strona internetowa).

Do Galerii zapraszamy nie tylko uczestników, ale też sympatyków Szkoły, którzy z różnych względów nie brali jeszcze w niej udziału. Wprzypadku

sympatyków nie przewidujemy publikacji fotografii, tylko kilka zdań o danej osobie i informacje o możliwości kontaktu.

Termin wysyłania zgłoszeń upływa 15 listopada 2002.Wzwiązku z akcją zmodyfikowaliśmy comiesięczną miniankietę, żebyście mogli wykorzystać

gotowy formularz. Zgłoszenie można też przysłać w liście, a nawet na kartce pocztowej (dobrej jakości fotografię można wtedy przysłać e−mailem).

Bardzo prosimy wszystkich uczestników i sympatyków Szkoły o poparcie akcji i nadsyłanie swoich zgłoszeń.

Galeria Szkoły Konstruktorów

Pomysł zadania 81 nadesłał Tomasz Fertak
z Warszawy. Z pewnością zamierza kupić no−
wy samochód i już wcześniej zastanawia się,
co elektronik mógłby ulepszyć w garażu. Na
pierwszy rzut oka temat elektronika w gara−
żu może budzić najróżniejsze skojarzenia. Po
chwili zastanowienia okazuje się jednak, że
elektronik w garażu może mieć sporo roboty.

Najpierw podaję oficjalny temat zadania:

Zaprojektuj urządzenie(−a) elektroniczne,
przydatne w garażu.

Wbrew pozorom, możliwości jest wiele.

Na pewno w grę wchodzą różnorodne syste−

my alarmowe i sygnalizacyjne. Pomyślcie
i zapytajcie znajomych, jakie mają zdanie
w tej sprawie.

Oprócz układów alarmowych bardzo inte−

resujące byłyby projekty ułatwiające korzy−
stanie z garażu. Wyobraźcie sobie jak najbar−
dziej realną sytuację: niektóre garaże mają
bramy zdalnie sterowane pilotem. Jeśli nie
można pilotem włączyć światła, właściciel
wieczorem zdalnie otworzy bramę (drzwi),
wjedzie, zgasi światła...
i musi po ciemku „doczołgać się” do wyłącz−
nika światła. Czy nie można tego zmienić?
Wystarczyłby prosty wyłącznik świetlny:
oświetlenie czujnika silnym światłem reflek−
torów włączyłoby światło w garażu i ewentu−

alnie na zewnątrz na kilka minut. Tych kilka
minut wystarczy, żeby właściciel wysiadł,
pozamykał drzwi i nie martwiąc się o świa−
tło, poszedł do domu.

A może zaprojektować prosty układ cza−

sowy, który włączy oświetlenie na kilka mi−
nut po każdym otwarciu drzwi garażu?

Jeszcze inną możliwością jest zastosowa−

nie w garażu czujnika parkowania. Współ−
czesne samochody mają obłe kształty i zwy−
kle trudno jest wzrokowo ocenić odległość
od ściany czy regału. Przydałoby się urządze−
nie sygnalizujące odległość od ściany (prze−
szkody). Może to być dalmierz ultradźwięko−
wy, umieszczony dokładnie naprzeciw tabli−
cy rejestracyjnej. Ale może całkowicie

Zadanie nr 81

wystarczające byłoby wykorzystanie jakichś
czujników mechanicznych, np. elastycznych
„wąsów”? Tu dobrze byłoby, żeby sygnaliza−
cja była płynna lub wielostopniowa, by kie−
rowca miał orientację, jaka odległość dzieli
go od przeszkody?

Oprócz sygnalizacji „czołowej” we

współczesnych wąskich garażach ma rację
bytu sygnalizacja „boczna”, dająca kierowcy
pewność, że prawym lusterkiem o coś nie za−
haczy i że będzie miał dość miejsca, by otwo−
rzyć drzwi i wysiąść. Czy warto myśleć nad
takim układem naprowadzającym?

A może ktoś zechce zaprojektować jakiś

wielofunkcyjny „kombajn” do garażu? Tu

zalecam rozwagę. Na pewno urządzenie nie
powinno być drogie, a ma być niezawodne,
dlatego nie radzę zbytnio komplikować
układu. Może niektóre zadania należy roz−
wiązać inaczej niż na drodze elektronicznej,
np. zamiast radaru parkowania zainstalować
odpowiednio umieszczone lusterko. Co
o tym sądzicie?

Jestem przekonany, że nadeślecie inte−

resujące pomysły i rozwiązania. Jak za−
wsze, liczą się dobre pomysły i za dobrą
ideę można otrzymać więcej punktów niż
za typowe „rzemieślnicze” rozwiązanie
układowe.

Koniecznie zapytajcie zaprzyjaźnionych

kierowców, jak oni widzą możliwość „zelek−
tronizowania” garażu. Weźcie pod uwagę, że
w grę wchodzą zarówno garaże w piwnicy
budynku, garaże wolno stojące na działce
jak i garaże osiedlowe, oddalone od mie−
szkania właściciela nawet o kilkaset metrów.
Jeśli ktoś wykonał podobne urządzenie
wcześniej, też może śmiało przysłać infor−
mację i model lub fotografie. Jeśli ktoś
próbował, ale np. okazało się, że urządzenie
okazało się zbyt zawodne, niech również na−
pisze o swoich wnioskach. Czekam też na
propozycje kolejnych zadań. Pomysłodawcy
wykorzystanych zadań otrzymują nagrody
rzeczowe.

Temat zadania 77 brzmiał: Zaprojektować
urządzenie elektroniczne przydatne do do−
mowego akwarium, terrarium czy oczka
wodnego.

Także i tym razem otrzymałem wiele pro−

pozycji teoretycznych i kilkanaście modeli.

Rozwiązania teoretyczne

Udział niektórych Kolegów ograniczył się do
podania tematu do przemyślenia. Przykłado−
wo Marcin Dyoniziak z Brwinowa przysłał
z telefonu komórkowego pytanie: Czy zbudo−
wać układ, który włącza pompkę w oczku
wodnym w dzień? Karol Kowalczuk z Gra−
bowca proponuje sterownik−zegar włączają−
cy oświetlenie i przypominający o koniecz−
ności nakarmienia ryb i oczyszczenia akwa−
rium. Karol słusznie stwierdził, że dla dobra
rybek przydałby się dodatkowy sygnalizator
przekroczenia temperatury poza dopuszczal−
ne granice i niedostatecznego napowietrzenia
wody. Piotr Bechcicki z Sochaczewa prze−
wertował wcześniejsze wydania EdWi po−
dał, które układy i pomysły można wykorzy−
stać jako rozwiązanie postawionego zadania.

Paweł Lasko z Nowego Sącza napisał

m.in.: Kiedyś miałem małego żółwia. Trzeba
go było karmić i poić, gdyż sam nie umiał je−
szcze tego. (...) Miałem także myszy, rasowe−
go szczura, papugi i ciągle ten sam problem:
zapominałem dawać im jeść. Myślałem nad
układem z procesorem, który działałby w na−
stępujący sposób:

Układ włącza się dopiero gdy jest jasno

i czeka na jakieś dłuższe dźwięki np. ścielone−
go łóżka (chyba nikt nie chciałby w niedzielę
zostać postawionym na nogi przez syrenę na−
szego układu zaraz o świcie czy po prze−
wróceniu się na bok). Po wystąpieniu tych
dłuższych dźwięków włącza się owa syrena
sygnalizująca, że trzeba dać jeść zwierzątku.
Syrena działa np. przez 20 sekund i jeśli nie
zostanie wciśnięty przycisk nakarmione, to
włącza się co 5 minut. Jeśli zaś przycisk zo−
stanie wciśnięty, to syrena włącza się za jakieś

6 godzin, informując, że trzeba podać zwie−
rzęciu obiad (ten okres wypadałoby pozosta−
wić do regulacji użytkownikowi ze względu na
różne pory karmienia różnych zwierząt).

Paweł napisał też o możliwości kontrolo−

wania poziomu wody w akwarium, by sygna−
lizator przypomniał o konieczności jej uzu−
pełnienia.

12−letni Michał Włodarczyk z Krakowa

zaproponował budowę „mętniaka” – układu
sprawdzającego stopień zmętnienia wody na
drodze fotoelektrycznej (Wlodarczyk.gif)

Szymon Janek z Lublina przysłał sche−

mat prostego regulatora mocy (żarówki,
grzałki) z triakiem i potencjometrem oraz ter−
mostatu własnego pomysłu. Jakub Świegot
ze Środy Wlkp. przysłał schemat automa−
tycznego wyłącznika oświetlenia i regulatora
temperatury. Podobnie schemat regulatora
temperatury z wiekową kostką 723 zapropo−
nował Dariusz Szybiak z Drohobyczki. Na−
tomiast Paweł Joachimiak z Jarocina przy−
słał schemat regulatora temperatury z tranzy−
storowym przerzutnikiem Schmitta. Dawid
Lichosyt z Gorenic nadesłał schemat regula−
tora temperatury pracującego na interesują−
cej, nietypowej zasadzie oraz schemat układu
czasowego (impulsatora) do pompki powie−
trza. Zaproponował też prosty czujnik pozio−
mu wody w terrarium, by zwierzęta zawsze
miały dostęp do świeżej wody. Choć schema−
ty nie są dopracowane, Dawidowi niewątpli−
wie należy się pochwała za pomysłowość.
Piotr Podczarski z Redecza Wlk. również
przysłał schemat niecodziennego układu –
termometru. Rafał Kobylecki z Czarnowa
nadesłał kilka schematów, m.in. automatycz−
ny wyłącznik oświetlenia, regulator tempera−
tury i pomysł wykonania automatycznego
dozownika suchego pokarmu.

Serdecznie zachęcam Rafała i wcześniej

wymienionych Kolegów do praktycznych
prób. Pozwoli im to skutecznie zweryfiko−
wać praktyczną przydatność i odkryć ewen−
tualne błędy i niedoróbki.

O takich wcześniejszych próbach napisał

Filip Rus z Zawiercia: co prawda opracowa−
łem model do rozwiązania zadania dotyczą−

cego wyłączania odbiornika TV, ale jego wa−
dliwe działanie, delikatnie mówiąc, zdener−
wowało mnie i spowodowało poczucie rezy−
gnacji (...) Po przeanalizowaniu treści zada−
nia 77 zdecydowałem się na zaprojektowanie
„kombajnu akwariowego”.

„Kombajn” Filipa ma sprawdzać i regulo−

wać oświetlenie oraz temperaturę, kontrolo−
wać poziom i mętność wody oraz sterować
pracą filtru. Schemat można znaleźć na na−
szej stronie internetowej jako Rus.gif.

Mariusz Chilmon z Augustowa napisał:

Zadanie 77 okazało się trudniejsze, niż mi się
na początku wydawało. Myślałem już, że
w ogóle je sobie „odpuszczę”, ale w końcu
coś wymyśliłem. Chociaż praktyczna przy−
datność tego układziku może okazać się wąt−
pliwa, to cieszę się z niego :−)

Udało mi się bowiem uporać z pewnymi

problemami osobistymi i pokonać „elektro−
niczny” kryzys. Także EdW miała w tym swój
udział, za co serdecznie dziękuję :))

Układ Mariusza (Chilmon.gif) ma wykry−

wać brak pożywienia w pojemniku z jedze−
niem. Brak pożywienia odsłoni fotorezystor
umieszczony na dnie i sygnał dźwiękowy
przypomni o uzupełnieniu zapasu.

Jarosław Tarnawa z Godziszki przysłał

schematy automatycznego dozownika pokar−
mu, termostatu akwariowego z kostką
LM3914 oraz sterownika oświetlenia i pracy
pompy fontanny (Tarnawa.gif). Idea ostat−
niego urządzenia jest jak najbardziej słuszna
– nie ma sensu, by mała przydomowa fontan−
na pracowała przez całą noc. Prosty układ Ja−
rosława wyłączy oświetlenie i pompę po za−
padnięciu zmroku. Znacznie lepszy byłby
układ zapewniający pracę pompy w dzień
i kilka godzin po zapadnięciu zmroku, nato−
miast oświetlenie fontanny powinno być włą−
czane właśnie na te kilka godzin po zapa−
dnięciu zmroku. Pomyślcie o takim układzie
i spróbujcie go zrealizować w możliwie pro−
sty, tani i bezpieczny sposób.

Spośród propozycji teoretycznych na ko−

niec zostawiłem pomysł Mirosława Kopery
z Dębicy, który swego czasu był zapalonym
akwarystą i ma nadzieję jeszcze wrócić

Szkoła Konstruktorów

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Listopad 2002

Rozwiązanie zadania nr 77

do tego pięknego hobby. Wnadesłanym li−
ście nie ma szczegółowych schematów, tylko
ogólna idea, związana z koniecznością napo−
wietrzania wody. Pomysł dotyczy urozmai−
cenia „efektu” napowietrzania. Jak wiadomo,
do wytworzenia jak największej liczby i jak
najmniejszych pęcherzyków powietrza służy
kostka z porowatego materiału. Mirosław
proponuje umieszczenie w akwarium kilku
takich kostek i włączanie ich kolejno lub kil−
ku jednocześnie, według ustalonego rytmu.
Mogłyby to realizować elektrozawory od
pralek automatycznych.

Bardzo podoba mi się ten pomysł. Sam

wiele lat temu miałem akwaria, chodziłem
na dafnie (rozwielitki) i dobrze pamiętam
magiczny urok zadbanego akwarium. Uroz−
maicone napowietrzanie może być znakomi−
tym, gustownym uzupełnieniem, moim zda−
niem nieporównanie lepszym, niż krasnale
czy zamki umieszczane w wodzie przez nie−
których. Dlatego przydzielam pomysłodaw−
cy upominek i cztery punkty. A wszystkich
sympatyków Szkoły zachęcam do zastano−
wienia się, jak najprościej i najtaniej zreali−
zować taki rozdzielacz powietrza z wyko−
rzystaniem jednej pompki. Jeśli ktoś wykona
i wypróbuje takie urządzenie, z przyjemno−
ścią zaprezentuję je na łamach EdW. Zachę−
cam do prób!

Rozwiązania praktyczne

Otrzymałem aż dwanaście modeli i fotografii
modeli. I tak 15−letni Bartek Czerwiec
z Mogilna wykonał model pokazany na foto−
grafii 1. Schemat można znaleźć na naszej
stronie internetowej (Czerwiec.gif), niemniej
układ należałoby poważnie dopracować
i zmodyfikować.

Wojciech Macek z Nowego Sącza przy−

słał fotografię 2 i schemat sterownika poideł−
ka dla świnki morskiej. Napisał: Temat 77 za−
dania bardzo mnie zainteresował. Od dawna
myślałem o układzie sygnalizującym brak
wody w poidełku mojej świnki morskiej.
Układ taki w moim domu jest bardzo potrzeb−
ny, gdyż choć stan wody jest sprawdzany
przynajmniej dwa razy dziennie, niejedno−
krotnie zdarzyło się, że świnka, wspinając się
na żeberkach klatki, wychlapała cały zapas
wody. Mija wtedy nawet do kilku godzin (!)

zanim fakt ten zostanie zauważony, a przecież
zwierzę najwięcej pije właśnie w dzień!

Wprzypadku ciągłej kontroli poziomu

wody trzeba przekonać się doświadczalnie,
na ile prosty sposób z napięciem stałym na
czujniku (Macek.gif) zda egzamin. Na pewno
warto dać złocone elektrody, choćby z popu−
larnych złącz (goldpin i inne).

16−letni Andrzej Szymczak ze Środy

Wlkp. wykonał prosty model generatora, po−
kazany na fotografii 3. Jest to sygnalizator
ucieczki chomika. Gdy mu się uda wyjść
z jego „domu” (akwarium) odzywa się sy−
gnalizator. Czujnikiem są dwie warstwy folii
aluminiowej, rozdzielone kawałkami karto−
nu. Gdy chomik wejdzie na folię, zewrze
obie warstwy i uruchomi sygnalizator.

Jakub Jagiełło z Gorzowa Wlkp. przysłał

e−mailem fotografie modelu i mało czytelny
schemat mikroprocesorowego sterownika

lampki akwariowej (AT89C2051). Model po−
kazany jest na fotografii 4. Jakub już uczynił
znaczny postęp, ale przed nim jest jeszcze
sporo pracy. Zachęcam do dalszych prób,
jednak zawsze z zachowaniem przepisów
BHP, jeśli chodzi o układy, gdzie może wy−
stąpić napięcie sieci energetycznej.

Jarosław Chudoba z Gorzowa Wlkp.

przysłał sterownik lampki akwariowej –
wyłącznik zmierzchowy (Chudoba.gif). Mo−
del pokazany jest na fotografii 5.

Marek Osiak ze Starogardu Gd. wykonał

sterownik pompy. Podstawowym przezna−
czeniem jest wypompowywanie nadmiaru
wody napływającej z otoczenia do oczka
wodnego. Schemat pokazany jest na rysun−
ku 1, a model na fotografii 6. Jak widać ze
schematu, Marek podał na czujniki napięcie
stałe, co może spowodować znane kłopoty
z niszczeniem elektrod.

Fotografia 7 pokazuje akwariowy regula−

tor temperatury wykonany przez Tomasza
Wiśniewskiego ze Stargardu Szcz. Schemat
regulatora pokazany jest na rysunku 2,
a schemat drugiego układu, sterownika po−
mpki powietrza, można znaleźć na stronie

Szkoła Konstruktorów

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Listopad 2002

Fot. 1 Układ Bartka Czerwca

Fot. 4 Układ Jakuba Jagiełły

Fot. 5 Model Jarosława Chudoby

Fot. 2 Model Wojciecha Macka

Fot. 3 Model Andrzeja Szymczaka

Rys. 1

Szkoła Konstruktorów

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Listopad 2002

internetowej (Wisniewski.gif). Układ sterow−
nika pompki powietrza można znacznie
uprościć. Wregulatorze na pewno trzeba
wprowadzić jedną zmianę: zapewnić dodat−
nie sprzężenie zwrotne przez dodanie rezy−
stora między opornikami R7, R8 a potencjo−
metrem P4 – na schemacie dodałem w tym
miejscu czerwony punkt X. Nic dziwnego, że
bez takiego rezystora występują drgania sty−
ków przekaźnika, bo dodatnie sprzężenie
zwrotne pojawia się z opóźnieniem wynika−
jącym z ładowania kondensatora C4 przez
potencjometr P4.

Dawid Kozioł z Elbląga wykonał regula−

tor temperatury pokazany na fotografii 8.
Dawid opisuje swoje eksperymenty, które
doprowadziły go do schematu pokazanego na
rysunku 3.

Napisał też: (...) kiedyś miałem chomika sy−

ryjskiego. Jest to bardzo czyste zwierzątko.
Gdy włoży mu się słoiczek, będzie w nim zała−
twiał swoje „mokre” potrzeby. Oczywiście po−
winno się od razu wylewać nieczystości ze sło−
iczka. Ja niestety o tym często zapominałem.
Dla roztargnionych zaproponowałbym jakiś
posty przypominacz, np. według rysunku 4.

Michał Stach z Kamionki Małej przysłał

projekt nietypowego wyłącznika zmierzcho−

wego. Układ mia−
nowicie

włącza

oświetlenie (lub
inne obciążenie)
na określony czas
zarówno o świcie,
jak i o zmierzchu.
Pomysł

takiego

układu wywodzi
się z... kurnika,
ale może znaleźć
szereg

zastoso−

wań, zwłaszcza po
modyfikacji do−
stosowującej do

konkretnych potrzeb. Model pokazany jest
na fotografii 9, a schemat na rysunku 5. Oto
fragment opisu: (...) Układ wykrywający
nadejście zmroku lub zbliżający się ranek
składa się z dwu bramek U2A, U2B. Steruje
on przerzutnikiem RS (U2C, U2D). (...) Wyja−
śnienia wymagają jeszcze dwa elementy.
Pierwszym jest rezystor R4 wprowadzający
histerezę dla całego detektora. Umieszczenie
tego rezystora przypomina trochę budowę
generatorów dwubramkowych, co poniekąd

jest racją. Niewielkie dodatnie sprzężenie po−
prawia stabilność układu. Wartość 1M

Ω

zo−

stała wybrana zgrubnie i można ją zmieniać
w dosyć szerokim zakresie. Rezystory R5 i R6
wprowadzone podczas uruchomienia pozwa−
lają naładować się kondensatorom, bez nich
jedyną drogą dla prądu była upływność diod.
Zastosowany timer to układ CD4060. Posia−
da on generator oraz licznik o maksymalnym
podziale aż 2

. Przy takim dużym stopniu

podziału z łatwością możemy zbudować licz−
nik o okresie godzin. (...) Kondensatory C7
oraz C6 o wartości 10 razy większej niż ele−

menty w drugiej gałęzi mają
zapewnić reset po załączeniu
zasilania. (...) Podczas pracy
okazało się, że obwody auto−
matycznego resetowania dzia−
łają poprawnie w dzień, nato−
miast przy skąpym oświetleniu
układ i tak się sam załączy.
Jest to spowodowane pewną
zwłoką wprowadzaną przez
kondensator C3 ładujący się
przez R1 i P1. Można jednak tę
niedoskonałość wykorzystać
do włączenia światła zdalnie,

poprzez szeregowe sprzęgnięcie z tradycyj−
nym włącznikiem ściennym. Wyłącznik ten
powinien odcinać zasilanie układu. Krótkie
odłączenie w dzień nic nie zmieni, wieczorem
czy nocą załączy układ. Nie jest to bardzo
eleganckie, ale ostatecznie ja i tak swój układ
przyłączyłem do „starej” instalacji w okolicy
żarówki.

Zastanawiałem się, czy nie skierować pro−

jektu do publikacji, jednak ostatecznie uzna−
łem, że jest jednak za mało uniwersalny.
Podobnie długo zastanawiałem się nad
podobnym projektem Marcina Wiązani
z Buska Zdroju. Model sterownika Marcina
pokazany jest na fotografii 10. Lampa jest
włączana na całą noc, a pompa na dzień i pe−
wien czas po zapadnięciu zmroku. Skierowa−
łem projekt do Pracowni AVT i jeśli uzyska
akceptację, zostanie opisany w jednym z na−
stępnych numerów, przypuszczalnie wczesną
wiosną przyszłego roku.

Fot. 6 Sterownik Marka Osiaka

Fot. 7 Model Tomasza Wiśniewskiego

Fot. 8 Regulator Dawida Kozioła

Rys. 2

Rys. 3

Rys. 4

Fot. 9 Model Michała Stacha

Szkoła Konstruktorów

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Listopad 2002

Tu muszę stwierdzić, że wśród sporej gru−

py schematów wyłączników zmierzchowych
zabrakło mi właśnie uniwersalnych sterowni−
ków z dodatkowym opóźnieniem. Michał
i Marcin byli najbliżej takiej idei, choć ich
układy też nie są do końca uniwersalne.

Marcin nadesłał jeszcze dwa inne modele.

Fotografia 11 pokazuje płytkę „Prostego ste−
rownika akwariowego”. Schemat pokazany
jest na rysunku 6. Jest to układ czasowy włą−
czający okresowo pompkę powietrza, zaświe−
cający na noc lampę i włączający dwa razy
dziennie na kilka sekund przekaźnik PK1 (Po−
karm). Marcin pisze: Jako urządzenie podają−
ce pokarm może być urządzenie zbudowane
z silniczka i ze specjalnego pojemnika, którego
obrót denka przez silniczek powoduje kontro−
lowany wysyp pokarmu. Takie rozwiązanie by−
ło przedstawione w EdW 12/98 na stronie 58.
Jako dozownik pokarmu mogą być także za−
stosowane jeszcze inne wymyślne układy.
W jednym z numerów EdW była temu temato−
wi poświęcona „Szkoła Konstruktorów”.

Trzecim projektem Marcina Wiązani jest

„Akwariowy kombajn”, pokazany na fotogra−
fii 12. Według zamysłu Autora:
umożliwia sterowanie dołączonymi urządze−
niami w trybie 24−godzinnym, odczytuje tem−
peraturę oraz steruje grzałką, by utrzymać
ustawioną temperaturę, alarmuje o stanach

„min” oraz „max” temperatury, alarmuje
o zbyt niskim poziomie wody w akwarium,
umożliwia podawanie dziennie do dwóch da−
wek pokarmu, umożliwia załączanie i wyłą−
czanie oświetlenia o wprowadzonych godzi−
nach, umożliwia sterowanie pompką o dwóch

zadanych godzinach włączenia i wyłączenia.
Dodatkowy przycisk umożliwia włączenie lub
wyłączenie oświetlenia w dowolnym momen−
cie. Umożliwia pracę w trybie automatycz−
nym oraz ręcznym. Wyposażony został
w alarm dźwiękowy oraz optyczny. Praca
ręczna umożliwia ręcznie sterowanie świa−
tłem, pompką oraz dozownikiem pokarmu.
Przy pracy ręcznej grzałka jest sterowana
automatycznie. Wykorzystanie układu watch−
doga zapobiegło skutkom jakie mogłyby zajść
po zawieszeniu się programu. Czytelny wy−
świetlacz LCD umożliwia prostą obsługę ste−
rownika. Wprowadzone parametry przecho−
wywane są w pamięci EEPROM, dzięki cze−

mu jest możliwe ich odtworzenie po włączeniu
urządzenia. Dodatkowe awaryjne zasilanie
umożliwia pracę zegara podczas krótkotrwa−
łych zaników zasilania. Podczas braku napię−
cia zasilającego układ nie wykonuje wielu
czynności oraz przechodzi w stan IDLE, dzię−
ki czemu pobór prądu ze źródła awaryjnego
nie jest duży. Sterowanie elektrod mierzących
poziom wody zmiennym przebiegiem przyczy−
niło się do ograniczenia występowania efek−
tu elektrolizy.

Układem tym Marcin wprawił mnie w je−

szcze większą rozterkę. Z jednej strony układ
prezentuje się bardzo atrakcyjnie. Z drugiej
strony, podobnie jak dwa pozostałe, nie został

Rys. 5

Rys. 6

Fot. 10 Sterownik Marcina Wiązani

Fot. 11 Sterownik akwariowy

Marcina Wiązani

Fot. 12 Akwariowy kombajn

Marcina Wiązani

Szkoła Konstruktorów

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Listopad 2002

sprawdzony w praktyce. Tymczasem zwo−
lennicy akwariowych „kombajnów” już
wcześniej przekonywali się, że potrafią one
płatać przykre niespodzianki zarówno pod−
czas budowy, jak i użytkowania. Dlatego
opublikowanie projektu mogłoby się okazać
„wpuszczeniem na minę”, a przeciętny miło−
śnik akwarium nie będzie w stanie zmodyfi−
kować ani układu, ani programu, by wpro−
wadzić ewentualne zmiany. Jednocześnie
mam szacunek dla wkładu pracy w wykona−
nie modelu i nie chciałbym go skwitować
zamieszczeniem małego zdjęcia i kilku lini−
jek ogólnego opisu. Długo zastanawiałem
się, co z tym fantem zrobić. Ostatecznie do−
szedłem do wniosku, że skieruję projekt do
publikacji w Forum Czytelników. O ile zbie−
rze się więcej niż 20 chętnych do budowy ta−
kiego sterownika, AVT wykona płytki dru−
kowane. A jeżeli w przyszłości ktoś zbuduje
i praktycznie wypróbuje taki „kombajn”,
na łamach EdWmożemy zamieścić dalsze
informacje.

Podobne rozterki miałem z teoretycznym

projektem nadesłanym przez innego Marcina
– Marcina Malicha z Wodzisławia Śl. Mar−
cin nadesłał bardzo eleganckie opracowanie,
w tym schemat z rysunku 7 i staranny li−
sting. Cały problem, że bez modelu. Tu też
nie chciałbym zaprzepaścić wkładu pracy
Marcina, ale też nie proponować „w ciemno”
budowy układu niesprawdzonego w prakty−
ce. Nie umieszczam pracy na stronie interne−
towej, tylko odsyłam zainteresowanych bez−
pośrednio do Autora: malcom@go2.pl, który
zapewne chętnie udostępni listing i ewentual−
ne dalsze informacje.

Fotografia 13 pokazuje wielofunkcyjny

sterownik, wykonany już dawno temu przez
Remigiusza Idzikowskiego ze Szczecina,
przekonanego do takiego projektu przez żo−
nę, zapaloną akwarystkę. Projekt już dość
dawno temu trafił do Redakcji, został nawet

sprawdzony w Pracowni, ale nieszczęśliwy
splot kilku okoliczności sprawił, że nie został
opublikowany i doczekał do rozwiązania te−
go zadania Szkoły. Autor zgłosił projekt do
konkursu. Kieruję projekt do natychmiasto−
wej publikacji i przepraszam Autora za do−
tychczasowe opóźnienie.

Do sprawdzenia w Pracowni AVT kieruję

też pracę Dariusza Drelicharza z Przemy−
śla. Przysłał on dwa modele: sterownik świa−
teł (ozdobnych) oraz układ wykonawczy au−
tomatycznego dozownika pokarmu. Pokaza−
ne są one na fotografiach 14 i 15.

Podsumowanie

Zauważyliście zapewne, że tym razem mniej
schematów prac teoretycznych trafi na stronę
internetową. Przyczyną są istotne niedoróbki
i błędy. Na przykład w wielu zaproponowa−
nych schematach nie ma żadnej izolacji gal−
wanicznej od sieci. Zdarza się zbyt często, że
czujnik mierzący temperaturę wody w akwa−
rium jest wskutek obecności triaka podłączo−
ny wprost do przewodu sieci energetycznej.
To oczywiście niedopuszczalny błąd, grożą−
cy śmiertelnym porażeniem. Siłą rzeczy nie
mogę popularyzować tego typu pomysłów.

Liczne schematy wyłączników świetlnych

(zmierzchowych) były, delikatnie mówiąc,
nieprzemyślane. Czy rzeczywiście praktycz−
ne układy mają działać według oczywistej
zależności: ciemno – lampka świeci, widno –
nie świeci? Wydaje mi się, że trzeba nieco
wzbogacić takie układy.

Nadesłane rozwiązania zadania 77 dostar−

czyły mi wyjątkowo dużo materiału do rubry−
ki Co tu nie gra? Tu przy okazji muszę stwier−
dzić, że często chodzi o bardzo interesujące
pomysły, tyle że schematy zawierają większe
czy mniejsze błędy wynikające z braku do−
świadczenia młodych autorów. I jeszcze raz
podkreślam, że znalezienie swojego schematu
w tej rubryce wcale nie jest powodem do
wstydu, tylko dobrą okazją do poprawienia
usterek i błędów oraz „doszlifowania” układu.
Odnośnie moich refleksji ze Szkoły konstruk−
torów 8/2002 jeden z Czytelników napisał:

Być może faktycznie większość z nas sta−

nie się w przyszłości kimś innym, nawet nie
znanym sobie teraz. Ale czy wspomnienia
przeminą? NIE! Kiedyś z pewnością wspo−
mnimy nasze piękne układy, nasze próby
(choć często kończące się klęską). Lecz jakież
te wspomnienia będą piękne. Jakież to będzie
cudowne, gdy komuś kiedyś powiemy, że by−
liśmy elektronikami i co z tego, że amatora−
mi, ale żyliśmy w tym świecie, byliśmy tam,
czuliśmy to.

Dlatego nadal zachęcam do udziału, także

mniej doświadczonych uczestników. Warto
wziąć udział w przepięknej przygodzie, jaką
oferuje Szkoła Konstruktorów.

Jeśli chodzi o remanenty, zdecydowanie

za późno dotarło do Redakcji rozwiązanie po−
przedniego zadania autorstwa Michała Ko−
ziaka z Sosnowca. Ponieważ jednak data wy−
słania od biedy mieści się w terminie,
przydzielam Autorowi punkty. Model czujnika

Rys. 7

Fot. 13 Model Remigiusza Idzikowskiego

Fot. 14 Dozownik pokarmu

Dariusza Drelicharza

Fot. 15 Sterownik świateł

Dariusza Drelicharza

fotoelektrycznego do krokomierza pokazany
jest na fotografii 16.

Jeśli chodzi o zadanie 77, jak zwykle naj−

więcej punktów, upominki i nagrody można
było zdobyć za niepowtarzalne, własne po−
mysły oraz za praktyczne próby, a nie za po−
wtarzanie typowych rozwiązań czy tym bar−
dziej przerysowywanie schematów.

Upominki otrzymają: Bartosz Czerwiec,

Wojciech Macek, Marek Osiak, Tomasz Wi−
śniewski, Jakub Jagiełło, Dariusz Dreli−
charz, Mirosław Kopera i Marcin Wiązania.

Nagrody otrzymują: Remigiusz Idzikowski,

Dawid Kozioł, Marcin Malich i Michał Stach.
Prawie wszyscy wymienieni z nazwiska otrzy−
mują punkty (1...7). Autorzy projektów skiero−
wanych do publikacji otrzymają honoraria.

Serdecznie zapraszam do udziału w roz−

wiązywaniu kolejnych zadań i do nadsyłania
prac w terminie.

Wasz Instruktor

Piotr Górecki

Szkoła Konstruktorów

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Listopad 2002

− S

Szzkkoołłaa K

Koonnssttrruukkttoorróów

w kkllaassaa IIII

Marcin Wiązania Gacki. . . . . . . . . . . . . . . 109
Dariusz Drelicharz Przemyśl . . . . . . . . . . . 72
Mariusz Chilmon Augustów . . . . . . . . . . . 71
Michał Stach Kamionka Mała . . . . . . . . . . 49
Marcin Malich Wodzisław Śl. . . . . . . . . . . . 44
Jarosław Chudoba Gorzów Wlkp. . . . . . . . 42
Krzysztof Kraska Przemyśl . . . . . . . . . . . . 37
Bartłomiej Radzik Ostrowiec Św. . . . . . . . 37
Roman Biadalski Zielona Góra . . . . . . . . . 33
Piotr Wójtowicz Wólka Bodzechowska . . . 33
Jarosław Tarnawa Godziszka . . . . . . . . . . 32
Dariusz Knull Zabrze . . . . . . . . . . . . . . . . 29
Filip Rus Zawiercie . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
Piotr Romysz Koszalin . . . . . . . . . . . . . . . 27
Rafał Stępień Rudy . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
Piotr Dereszowski Chrzanów . . . . . . . . . . 24
Szymon Janek Lublin . . . . . . . . . . . . . . . . 23
Mariusz Ciołek Kownaciska . . . . . . . . . . . . 20
Radosław Ciosk Trzebnica . . . . . . . . . . . . 20

Jakub Kallas Gdynia . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
Jacek Konieczny Poznań . . . . . . . . . . . . . 20
Michał Koziak Sosnowiec . . . . . . . . . . . . . 20
Michał Pasiecznik Zawiszów . . . . . . . . . . . 18
Radosław Koppel Gliwice . . . . . . . . . . . . . 17
Łukasz Cyga Chełmek . . . . . . . . . . . . . . . 16
Jakub Jagiełło Gorzów Wlkp. . . . . . . . . . . 16
Dawid Lichosyt Gorenice . . . . . . . . . . . . . 16
Andrzej Sadowski Skarżysko Kam. . . . . . . 16
Maciej Jurzak Rabka . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
Ryszard Milewicz Wrocław . . . . . . . . . . . . 15
Emil Ulanowski Skierniewice . . . . . . . . . . . 15
Artur Filip Legionowo . . . . . . . . . . . . . . . . 14
Robert Jaworowski Augustów . . . . . . . . . 14
Aleksander Drab Zdziechowice . . . . . . . . . 13
Wojciech Macek Nowy Sącz . . . . . . . . . . . 13
Bartek Czerwiec Mogilno . . . . . . . . . . . . . 12
Zbigniew Meus Dąbrowa Szlach. . . . . . . . 12
Arkadiusz Zieliński Częstochowa . . . . . . . 12

Piotr Bechcicki Sochaczew . . . . . . . . . . . . 11
Sebastian Mankiewicz Poznań . . . . . . . . . 11
Paweł Szwed Grodziec Śl. . . . . . . . . . . . . . 11
Marcin Dyoniziak Brwinów . . . . . . . . . . . . 10
Tomasz Gajda Wrząsawa . . . . . . . . . . . . . 10
Dawid Kozioł Elbląg . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
Piotr Podczarski Redecz . . . . . . . . . . . . . 10
Bartek Stróżyński Kęty . . . . . . . . . . . . . . . 10
Maciej Ciechowski Gdynia . . . . . . . . . . . . . 9
Mariusz Ciszewski Polanica Zdr. . . . . . . . . . 9
Filip Karbowski Warszawa . . . . . . . . . . . . . 9
Witold Krzak Żywiec . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Piotr Kuśmierczuk Gościno . . . . . . . . . . . . 9
Kamil Urbanowicz Ełk . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Michał Waśkiewicz Białystok . . . . . . . . . . . . 9
Piotr Wilk Suchedniów . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Krzysztof Żmuda Chrzanów . . . . . . . . . . . . 9

Punktacja Szkoły Konstruktorów

Rozwiązanie zadania 77

WEdW7/2002 zamieszczony był schemat
nadesłany jako rozwiązanie jednego z wcze−
śniejszych zadań Szkoły. Przy bliższym zba−
daniu sprawy okazało się, że jest to rozwią−
zanie zadania 70 – uciszacz szczekającego
psa, a nie wykrywacz grzmotów. Niemniej
działanie ma być takie samo: po wykryciu
głośnego dźwięku ma się odezwać sygnali−
zator. Oryginalny układ pokazany jest na ry−
sunku A.

Znów dopatrzyliście się sporej liczby

usterek. Większość uczestników wykryła
trzy główne błędy:
1. Brak bramki pośredniczącej (inwertera)
między U1A, U1B. Wprezentowanym ukła−
dzie zespół generatorów będzie pracował
błędnie (w stanie spoczynku generatora

U1A będzie pracował generator U1B). Układ
powinien wyglądać, jak na rysunku B.
2. Brak rezystora
między kolektorem
T1 a masą. Teore−
tycznie na wejściu
sterującym genera−
tora U1A będzie
stan nieokreślony,
w praktyce będzie tam stan wysoki, wynikają−
cych choćby z naładowania pojemności wejścio−
wej bramki przez T1. Ilustruje to rysunek C.
3. Nieprawidłowa budowa wzmacniacza sy−
gnału, zawierającego mikrofon, wzmacnia−
cze operacyjne i tranzystor T1.

Kilku uczestników stwierdziło, że mikro−

fon (zapewne elektretowy) nie ma obwodów
polaryzacji. To nieprawda. Polaryzację za−

pewnia rezystor R1. Mikrofon
będzie pracował.

Standardowo rzeczywiście

w obwodzie polaryzacji mi−
krofonu stosuje się dodatko−
wy rezystor i kondensator we−
dług rysunku D. Ich zada−
niem jest jedynie odsprzę−
gnięcie obwodu mikrofonu,
by nie dopuścić do samow−
zbudzenia. Taki lub jeszcze

bardziej rozbudowany obwód polaryzacji mi−
krofonu jest absolutnie niezbędny, gdy
wzmacniacz ma duże wzmocnienie. Trzeba
pamiętać, że pod wpływem zmian sygnału
zmienia się w jakimś niewielkim stopniu na−

pięcie zasilania. Te
zmiany napięcia zasi−
lania przedostają się
przez rezystor R1
z powrotem do obwo−
du mikrofonu i dalej
na wejście wzmac−
niacza. Wtakiej sytuacji, gdy wzmocnienie
jest duże, łatwo o powstanie pętli dodatnie−
go sprzężenia zwrotnego i o samowzbudze−
nie. Womawianym układzie zapewne nie
będzie potrzebne duże wzmocnienie, bo
uciszacz mocowany będzie na obroży psa,
czyli blisko źródła głośnego dźwięku. Co
prawda, ze względu na spodziewane nie−
zbyt duże wzmocnienie, ryzyko samowzbu−
dzenia nie jest wielkie, niemniej zawsze
warto pamiętać o problemie odsprzęgania
zasilania. Tym bardziej, że układ ma być
zasilany z małej baterii o znacznym oporze
wewnętrznym: bloczka 9V lub dwóch,
trzech baterii litowych. I tu mam zarzut do
większości uczestników: tylko jedna osoba
zwróciła uwagę na istotny błąd – brak kon−
densatora filtrującego napięcie zasilania.
Przyznam lojalnie, że sam usunąłem ten
kondensator (elektrolit) ze schematu, by
wprowadzić jeszcze jedną usterkę. Można
stwierdzić, że jej nie dostrzegliście.

Ale wracajmy do układu. Jeśli chodzi

o punkt 3, opinie były rozmaite. Nic dziw−
nego, zaproponowany układ jest co naj−
mniej nietypowy, dlatego koniecznie trzeba
określić zamierzony sposób działania. Ma to

Fot. 16 Model Michała Koziaka

być uciszacz szczekającego psa, więc poja−
wienie się głośnych dźwięków powinno
uruchomić generator, który wytworzy serię
dźwięków nieprzyjemnych dla zwierzęcia.
Wspoczynku na wejściu generatora musi
więc być stan niski – patrz rysunki B i C.
Tym samym w spoczynku tranzystor T1 po−
winien być zatkany.

Patrząc na układ

od strony wejścia,
obwody mikrofonu
możemy uznać za
dopuszczalne. Do−
puszczalna jest też
praca wzmacniacza
LM358 na pozio−
mie masy. Zapropo−
nowane przez nie−
których układy według rysunku E są po−
prawne, ale można pozostawić oryginalną
konfigurację − kostka LM358 jest znana z te−
go, że może pracować w takich warunkach.
Oznacza to, że w spoczynku na wyjściu
pierwszego wzmacniacza napięcie wyjścio−
we będzie równe zeru (potencjał masy z do−
kładnością do kilkunastu miliwoltów). Tym
samym w spoczynku kondensator C3 będzie
w pełni naładowany przez R4
i będzie na nim występować
pełne napięcie zasilania.
Z kolei napięcie na rezysto−
rze R4 będzie równe zeru.

Pojawienie się sygnału

z mikrofonu zaowocuje poja−
wieniem się na wyjściu pierw−
szego wzmacniacza napięcia
dodatniego. Dzięki diodzie spowoduje to czę−
ściowe rozładowanie C3. Właśnie rozładowa−
nie, co w tym przypadku oznacza wzrost na−
pięcia na R4 i na wejściu drugiego wzmacnia−
cza operacyjnego. Tym samym na wyjściu dru−
giego wzmacniacza w spoczynku będzie na−
pięcie równe zeru (potencjał masy) i pod wpły−
wem głośnych dźwięków będzie ono rosnąć.

Wzrost napięcia na wyjściu drugiego

wzmacniacza być może powinien, zdaniem
pomysłodawcy, spowodować reakcję tranzy−
stora T1 i włączenie generatora. Tak jednak
nie będzie z kilku względów.

Po pierwsze, żeby wyłączyć tranzystor T1

napięcie baza−emiter musi być mniejsze niż
0,6V. Napięcie na wyjściu wzmacniacza ope−
racyjnego musiałoby wzrosnąć praktycznie
do dodatniego napięcia zasilania. Wiekowa,
skądinąd znakomita kostka LM358 na pewno
nie jest wzmacniaczem typu rail−to−rail. Co
prawda ma obwody, zapewniające pracę wej−
ścia i wyjścia w pobliżu ujemnego napięcia
zasilania, ale na pewno ani wejście, ani wyj−
ście nie będzie poprawnie pracować w pobli−
żu dodatniego napięcia zasilania. Ilustruje to
rysunek F, pokazujący stopnie wyjściowe
pierwszego wzmacniacza operacyjnego
i przypuszczalne napięcia maksymalne przy
dużym sygnale z mikrofonu. Rysunek ten udo−

wadnia, że tranzystor T1 na pewno zawsze bę−
dzie przewodził, aby go zatkać, należałoby
zastosować dzielnik według rysunku G.

Ale taki dziel−

nik nic nie pomo−
że,

ponieważ

z wcześniejszego
opisu wyraźnie
wynika, iż w spo−
czynku T1, który niewątpliwie jest tranzysto−
rem PNP, będzie przewodził, a więc napięcie
na jego kolektorze będzie bliskie dodatniemu
napięciu zasilania, co oznacza stan wysoki.
A stan wysoki uruchomi generator U1A.
Działanie musi być odwrotne!

Tu niektórzy uczestnicy proponowali

zmienić tranzystor na NPN, na przykład we−
dług rysunku H. Można, ale po co? Wydaj−
ność wyjściowa wzmacniacza jest znacznie
większa niż 10mA, więc wystarczy zastoso−
wać C3 o niewielkiej pojem−
ności, np. 10...22

F i wzmac−

niacz dobrze poradzi sobie
z jego rozładowaniem. Czyż
więc nie wystarczy uprościć
układu według rysunku J,
a drugi wzmacniacz wykorzy−
stać według rysunku K lub L?
Przecież bramka U1A ma dużą
histerezę, wielką oporność
wejściową i może być śmiało
dołączona wprost do C3.

Przy okazji muszę wspo−

mnieć, że nie mają racji uczestnicy, którzy
stwierdzili, że R3 i PR1 trzeba zamienić
miejscami. Można, niemniej obie wersje
z rysunku M są poprawne, trzeba tylko do−

brać wartość tych re−
zystancji, by zapew−
nić

wymagane

wzmocnienie.

Nie trzeba też

usuwać kondensatora
C2. Jego obecność
nie jest konieczna,
ale jest pożądana, bo
wzmacniacz nie wzmacnia wtedy swego wej−
ściowego napięcia niezrównoważenia.

Nie należy też usuwać diody i kondensa−

tora C3, co sugerowało dwóch uczestników –
dzięki nim generator będzie pracował nie tyl−
ko w czasie szczekania psa, ale też nieco dłu−
żej – takie przedłużone działanie jest absolut−
nie konieczne.

Nagrody otrzymują:

Piotr Podczarski Redecz Wlk.,
Marcin Węgielewski Pokory,
Piotr Ślusarczyk Lubin.

Zadanie 81

Na rysunku N pokazany jest układ będący
rozwiązaniem zadania 74 naszej Szkoły. Jest
to układ włączania nietypowego mikrofonu
za pomocą transoptora.

Jak zwykle pytanie brzmi:

Co tu nie gra?

Jak zwykle proszę o krótkie odpowiedzi

plus ewentualnie rysunek – poprawiony
schemat. Kartki, listy i e−maile oznaczcie
dopiskiem NieGra81 i nadeślijcie w termi−
nie 45 dni od ukazania się tego numeru
EdW. Autorzy najlepszych odpowiedzi
otrzymają upominki.

Piotr Górecki

Szkoła Konstruktorów

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Listopad 2002

Ośla łączka

Podstawowym celem naszego cyklu jest

opanowanie programowania tak zwanych mi−
krokontrolerów jednoukładowych. W naszych
rozważaniach będziemy wymiennie stosować
nazwy mikrokontroler, procesor i mikroproce−
sor, nie wgłębiając się w szczegóły dotyczące
nazewnictwa. Do tej pory łyknąłeś już sporą pi−
gułkę wiedzy o programowaniu w QBASIC−u.
Niestety, jeszcze nie możemy przystąpić do pro−
gramowania mikroprocesorów − bez znajomości
najważniejszych zasad ich budowy zgubiłbyś
się z kretesem.

Już wkrótce zaczniesz pisać programy

w dialekcie języka BASIC. Język BASIC już
z grubsza poznałeś, więc choć może o tym nie
wiesz, znasz też podstawowe zasady programo−
wania mikroprocesorów. Pomoże w tym pro−
gram BASCOM w darmowej, demonstracyjnej
wersji przeznaczonej dla procesorów rodziny
AVR. Program BASCOM, podobnie jak QBA−
SIC jest kompilatorem – on tłumaczy program
napisany w BASIC−u na tak zwany kod maszy−
nowy, zrozumiały dla procesora jednoukłado−
wego. Tym samym BASCOM wykona za Cie−
bie całą czarną robotę i sam zatroszczy się
o różne ważne szczegóły, o których możesz nie
mieć zielonego pojęcia. I właśnie to jest genial−
ne ułatwienie dla Ciebie, póki co, początkujące−
go programisty.

Aby jednak sensownie wykorzystać możli−

wości procesora, nie wystarczy znajomość bądź
co bądź uniwersalnego języka programowania,
jakim jest BASIC. Trzeba znać, przynajmniej
z grubsza, budowę i możliwości programowa−
nych mikroprocesorów. Poznanie wszystkich
szczegółów budowy wewnętrznej i metod ich
wykorzystania wymagałoby wiele czasu i naj−
prawdopodobniej by Cię zniechęciło. Na razie,
by jak najszybciej zacząć praktyczne ćwiczenia,
pominiemy szczegóły. Podam Ci tylko najważ−
niejsze, absolutnie niezbędne informacje doty−
czące mikroprocesorów, które będziemy pro−
gramować.

I nie przejmuj się, jeśli na razie czegoś nie

pojmiesz. Celowo podaję tu niektóre informa−
cje, których może od razu nie zrozumiesz do
końca . W przyszłości będziesz do tego materia−
łu wielokrotnie wracać, i wtedy stopniowo
wszystko stanie się oczywiste.

A więc głowa do góry i zaczynamy.

Cechą charakterystyczną omawianych nie−

zmiernie pożytecznych stworków jest fakt, że
z pomocą kilku dodatkowych elementów po−
zwalają zrealizować najróżniejsze fantastyczne
projekty. Mikrokontroler to właściwie bardzo

uniwersalny układ scalony, uniwersalna ma−
szynka (prawie) do wszystkiego. Trzeba go tyl−
ko zaprogramować.

Kiedyś system mikroprocesorowy musiał

składać się z kilku układów scalonych (proce−
sor, pamięć RAM, pamięć EPROM,
układy pomocnicze), a początkują−
cych odstraszały zawiłe sposoby
programowania i kasowania progra−
mu.

Dziś jest nieporównanie łatwiej.

Programowanie mikroprocesorów
przestało być zajęciem dla wtaje−
mniczonych. Praktycznie wszystko,
co niezbędne, zawarte jest w jednej
kostce, którą na dodatek można za−
dziwiająco łatwo zaprogramować.
Dostępne jest bogate oprogramowa−
nie na komputer PC, wspomagające
tworzenie potrzebnych programów.

W ramach kursu wykorzystamy

popularne, mające naprawdę duże
możliwości procesory firmy ATMEL o ozna−
czeniu AT90S2313, mające 20 wyprowadzeń.
Fotografia 1 pokazuje wygląd naszego bohate−
ra w całej okazałości.

Fotografia 2 pokazuje dwa pokrewne pro−

cesory z rodziny AVR, różniące się liczbą koń−
cówek. W ramach naszego kursu takimi wersja−
mi w zasadzie nie będziemy się zajmować, ale
w razie potrzeby zawsze można będzie z nich
skorzystać – zasady programowania są iden−
tyczne, a budowa wewnętrzna, wbrew pozo−
rom, jest bardzo, bardzo podobna.

Rysunek 1 pokazuje najprostszy schemat

aplikacyjny, czyli układ pracy procesora ‘2313.
W klasycznych układach scalonych funkcje
wszystkich wyprowadzeń są ściśle określone,
natomiast w mikroprocesorach jest inaczej.

Charakterystyczną cechą jest tu obecność wy−
prowadzeń uniwersalnych. Nasz główny boha−
ter ma aż 15 takich uniwersalnych wyprowa−
dzeń. Każde może być wyjściem albo wej−
ściem, zależnie od życzenia programisty, czyli
powiedzmy to wyraźnie:
zależnie od Twojego życzenia.

Pozostałe pięć wyprowadzeń pełni ściśle

określone, oczywiste funkcje:
− dwie są końcówkami zasilania (nóżki 10, 20),
− dwie służą do podłączenia rezonatora kwarco−
wego (n. 4, 5),
− jedna to wejście zerujące RESET (n. 1); zwy−
kle nie jest ona do niczego podłączona.

Opis wyprowadzeń

Końcówki zasilające (nóżki 10, 20). W cza−
sach

prehistorycznych

układy

cyfrowe

były zasilane napięciem
5V±0,5V. Teraz jest ina−
czej. Nasze mikrokontro−
lery możemy zasilać na−
pięciem z zakresu 2,7...6V,
co umożliwia zasilanie
z trzech, a nawet z dwóch
zwyczajnych baterii 1,5−
woltowych. Aby zmniej−
szyć ryzyko błędnego
działania, linie zasilające
powinny być odsprzęgnię−
te pojemnością. Minimum
to kondensator 10

F, jak

na rysunku 1, ale lepiej za−
stosować równoległe połą−
czenie kondensatora elek−
trolitycznego 10...100

i ceramicznego kondensa−
tora 100nF, umieszczone−
go możliwie blisko nóżek
10 i 20.

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Listopad 2002

Mikroprocesorowa Ośla łączka

Budowa mikroprocesora

czy wiesz, że...

mikroprocesor to w rzeczywistości

bardzo uniwersalny

układ scalony?

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Listopad 2002

Rezonator kwarcowy, zwany potocznie

kwarcem, jest niezbędny do zapewnienia po−
prawnej i precyzyjnej pracy procesora. Kwarc
pracuje w obwodzie wewnętrznego oscylatora
(generatora), wytwarzającego sygnały taktujące
dla prawie wszystkich obwodów procesora. Ze
względu na dużą stabilność częstotliwości, sy−
gnał oscylatora kwarcowego może być i zwykle
jest wykorzystywany do precyzyjnego odmie−
rzania czasu. W typowych zastosowaniach rezo−
nator kwarcowy współpracuje z dwoma małymi
kondensatorami (zwykle o pojemności 33pF).

Procesor może też być taktowany sygnałem

z zewnątrz podawanym na końcówkę 5 (nóżka
4 pozostaje wtedy niepodłączona), ale takiej
wersji na razie nie będziemy wykorzystywać.
Fotografia 3 pokazuje kilka rezonatorów kwar−
cowych i małe kondensatory współpracujące.

Częstotliwość

taktowania

wersji

AT90S2313−4 (90LS2313), zasilanej napięciem
2,7...6V, może wynosić 0...4MHz. Wersja
AT90S2313−10 może być taktowana przebie−
giem do 10MHz, ale napięcie zasilania musi
wynosić 4,0...6V. Procesor może pracować na−
wet przy bardzo małych częstotliwościach tak−
tujących, co czasem warto wykorzystać. Czym
mniejsza częstotliwość, tym mniejszy pobór
prądu, ale i mniejsza moc obliczeniowa.

Obwody zerowania (RESET). Praktycznie

wszystkie mikroprocesory mają wyprowadzoną
końcówkę zerującą, oznaczoną RESET. Umoż−
liwia ona na przykład prawidłowe rozpoczęcie
pracy po włączeniu zasilania. Pozwala także
w każdej chwili wyzerować układ, czyli rozpo−
cząć działanie programu od początku, co też
czasem jest wykorzystywane.

Końcówka RESET wykorzystywana jest

w zupełnie innej roli podczas programowania
procesora, ale Ty na razie nie musisz nic o tym
wiedzieć. W odróżnieniu o zdecydowanej więk−
szości procesorów, w podstawowych aplika−
cjach do końcówki RESET naszego głównego
bohatera nie trzeba dołączać żadnych elemen−
tów zewnętrznych.

Uniwersalne

porty

wejścia/wyjścia.

Odmiennie jak w innych układach scalonych, te
uniwersalne wyprowadzenia, w liczbie piętna−
stu, mogą pełnić albo rolę wejść, albo wyjść, al−
bo jeszcze inne, przewidziane przez producenta.
Zanim wykorzystasz te końcówki, musisz je
skonfigurować, czyli ustalić ich właściwości,
stosownie do zadania, jakie mają pełnić. Przy−
kładowo, jeśli zechcesz, nóżki numerach 2, 3,
18, 19 będą wejściami, a pozostałe – wyjściami.
Może też być odwrotnie albo też dowolnie ina−
czej. Wiele innych mikroprocesorów nie wyma−
ga konfigurowania końcówek we/wy – nasz
procesor zdecydowanie tego wymaga, ale za to

oferuje dodatkowe możliwości. Szczegółami
zajmiemy się przy okazji pierwszych ćwiczeń.

Na razie zapamiętaj tylko, że zarówno po−

szczególnymi końcówkami we/wy, jak i wszyst−
kimi innymi funkcjami procesora sterujemy na
drodze cyfrowej, wpisując do odpowiednich bi−
tów logiczną jedynkę lub logiczne zero. Logicz−
na jedynka to po prostu obecność napięcia (za−
silania), a logiczne zero to brak napięcia (po−
tencjał masy). Więcej informacji znajdziesz
w ELEMENT−arzu.

Nóżki 12...19 tworzą tak zwany port B, za−

wierający osiem dwukierunkowych linii wej−
ścia/wyjścia (ang. I/O – Input/Output). Nato−
miast nóżki 2, 3, 6, 7, 8, 9, 11 to drugi port, jak−
by niekompletny, bo zawierający tylko 7 bitów,
co wiąże się z ograniczoną liczbą końcówek
układu scalonego.

Budowa wewnętrzna

Omawiany niepozorny układ scalony z 20 nóż−
kami, oprócz portów we/wy, ma wewnątrz wie−
le skomplikowanych, niezmiernie ważnych
i pożytecznych obwodów. ALU to Arithmetic
Logic Unit, czyli jednostka arytmetyczno−lo−
giczna. To właściwie jest mózg naszego mikro−
kontolera. Tu przeprowadza się obliczenia i in−
ne operacje, najczęściej właśnie z wykorzysta−
niem liczb ośmiobitowych. Pisząc programy
z pomocą BASCOM−a nie musisz nic wiedzieć

o ALU i o wielu szczegółach związanych z roz−
kazami i z adresowaniem. Nie musisz też dokła−
dnie wiedzieć, jak działa mikroprocesor: jak re−
alizuje program, jak pobiera kolejne rozkazy, jak
przeprowadza obliczenia. Dlatego rysunek 2,
pokazujący blokowy schemat wewnętrzny na−
szego bohatera potraktuj jako element pomocni−
czy. W przyszłości, jeśli zechcesz, poznasz
wszystkie szczegóły budowy procesora w spo−
sób bardziej dogłębny i wyczerpujący. Na razie,
choć nie musisz wiedzieć wszystkiego, zapa−
miętaj, iż nasz główny bohater ma trzy rodzaje
pamięci:

Pamięć FLASH to pamięć programu.

Omawiane procesory mają 2 kilobajty, czyli
2048 bajtów pamięci programu. W rzeczywisto−
ści zorganizowana jest ona jako 1024 słów 16−
bitowych, ale to mało istotny szczegół.

Nasz program dla procesora powstanie na

komputerze PC. Stworzymy zwyczajny plik te−
kstowy, mający rozszerzenie .bas. Ten plik zo−
stanie przez program BASCOM sprawdzony
i zamieniony na niezrozumiałe dla człowieka
ciągi zer i jedynek. I taka ostateczna postać pro−
gramu zostanie załadowana z komputera PC
właśnie do pamięci FLASH naszego procesora.
Pomoże w tym prościutki programator, właści−
wie kabelek.

W idealnym przypadku procesor zaprogra−

mujemy tylko raz i program pozostanie w nim

Ośla łączka

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Listopad 2002

na stałe, pracując w jakimś urządzeniu. W rze−
czywistości nie jest aż tak dobrze. Popełniamy
błędy, a nawet do działającego programu wpro−
wadzamy poprawki i ulepszenia. Nie potrzeba
wtedy kolejnego procesora. Pamięć FLASH
można szybciutko skasować i zapisać od nowa.
Oznacza to, że jeśli się pomylisz lub zechcesz
coś ulepszyć, możesz szybciutko poprawić pro−
gram i wprowadzić go do procesora.

Mam dla Ciebie bardzo dobrą wiadomość:

możesz się mylić często – pamięć programu
można programować i kasować co najmniej
1000 razy.

Podsumujmy: zawartość pamięci programu

(FLASH) wprowadzamy do procesora z ze−
wnątrz (z komputera PC przez programator).
Podczas pracy procesora zawartość tej pamięci
pozostaje stała – mikroprocesor nie może jej
zmienić. Wyłączenie zasilania nie ma wpływu
na zawartość pamięci FLASH.

Pamięć RAM to pamięć operacyjna. Oma−

wiane procesory mają 128 bajtów (czyli 128x8
bitów) pamięci operacyjnej. W angielskich ma−
teriałach często nazywana jest pamięcią SRAM
(od Static RAM), ale my z wrodzonej delikatno−
ści pozostaniemy przy ogólniejszej nazwie
RAM. Pamięć RAM, przeznaczona do bieżącej
pracy, jest intensywnie wykorzystywana w cza−
sie działania procesora. Tu przechowywane są
dane i wyniki obliczeń potrzebne podczas nor−
malnej pracy układu. Oczywiście wszystko
w postaci zer i jedynek, zorganizowanych
w ośmiobitowe porcje – bajty. Pamięć RAM
można zapisywać dowolną ilość razy – panuje
tu ciągły ruch i nie ma limitu cykli zapisu. Ale,
co ważne – zapisane tu dane bezpowrotnie giną
po wyłączeniu zasilania

Programując procesor z pomocą BASCOM−a

nie troszczymy się w ogóle o pamięć RAM i jej
zawartość. BASCOM sam określa sposób jej
wykorzystania. A potem, w czasie pracy proce−
sora o bieżącej zawartości RAM−u zadecyduje
program (zapisany wcześniej w pamięci
FLASH).

Podsumujmy: pamięć RAM może być zapi−

sywana dowolnie wiele razy, ale zapisane dane
giną po wyłączeniu zasilania.

Pamięć pomocnicza EEPROM. Nasz

główny bohater ma 128 bajtów (128x8 bitów)
pamięci EEPROM, która jest czymś pośrednim
pomiędzy pamięcią programu i RAM−em – mo−
żemy ją zaprogramować z zewnątrz (z kompu−
tera PC), podobnie jak pamięć FLASH. Co bar−
dzo ważne, program w czasie działania również
może zmieniać zawartość EEPROM−a. Dane
zapisane w EEPROM−ie (także zera i jedynki)
nie giną po wyłączeniu zasilania. Jest to nie−
zmiernie cenna zaleta, bo można tu przechowy−
wać różne dane, na przykład ostatnie ustawienia
czy nawet wyniki pomiarów.

Pamięć EEPROM wykorzystujemy według

własnego uznania. Nie jest to jednak konkuren−
cja dla RAM−u, bo zapis EEPROM−u jest powol−
ny, trwa tysiące razy dłużej, niż zapis RAM−u.
Koniecznie trzeba też pamiętać, że liczba cykli
zapisu jest ograniczona do 100 000 razy (odczytu
– bez ograniczeń). Wydawałoby się, że 100 000
cykli zapisu to dużo, ale jeśli czas spodziewanej
pracy procesora wynosi kilkanaście lat, pamięć
EEPROM nie może być modyfikowana częściej

niż 1 raz na godzinę. W praktyce EEPROM służy
do zapamiętania rzadko zmienianych danych
i ustawień.

Podsumujmy przeznaczenie rodzajów pa−

mięci: FLASH – do trwałego zapisania progra−
mu i ewentualnych stałych danych, RAM – do
bieżących operacji, EEPROM – do rzadko
zmienianych ustawień i danych pomocniczych.

Rejestry dodatkowe. Nawet pobieżne

przejrzenie karty katalogowej wskazuje, że nasz
procesor ma więcej, niż deklarowane 128 baj−
tów pamięci RAM. Coś w tym jest, ale ściślej
biorąc, nie są to (ośmiobitowe z definicji) bajty
„zwyczajnej” pamięci. Te dodatkowe komórki
to tak zwane ośmiobitowe rejestry.

Czym różni się ośmiobitowa komórka „zwy−

kłej” pamięci RAM od ośmiobitowego rejestru?

Do zwykłej komórki RAM−u możemy wpi−

sać jakąś wartość, konkretnie liczbę dwójkową
z zakresu 0...255, a potem możemy tę liczbę
wielokrotnie odczytywać. Rejestry też mogą
pełnić rolę RAM−u, ale mają dodatkowe możli−
wości.

Na przykład w naszym procesorze są 32 re−

jestry robocze ogólnego przeznaczenia (general
purpose working registers), które współpracują
bezpośrednio z ALU i pozwalają łatwo przepro−
wadzać obliczenia i inne operacje. Nie można
natomiast przeprowadzać operacji obliczenio−
wych bezpośrednio na komórkach „zwykłej”
pamięci RAM – liczbę (liczby) z RAM−u trzeba
przenieść do jednego z tych 32 rejestrów robo−
czych i dopiero „poddać obróbce”. Pisząc pro−
sty program z wykorzystaniem BASCOM−a nie
musisz nic wiedzieć o tych 32 rejestrach robo−
czych, bo BASCOM sam dba o właściwe ich
wykorzystanie.

Oprócz tych 32 rejestrów roboczych nasz

bohater ma jeszcze zarezerwowane miejsce na
64 dodatkowe, niezmiernie ważne rejestry, na−
zywanych rejestrami wejścia−wyjścia (in−
put/output registers, I/O registers). Wrócimy do
nich później. Na razie omówmy inne obwody,
które pełnią różne ważne role.

Na rysunku 3 masz zaznaczone poszczegól−

ne rodzaje pamięci. Aby zapisać lub odczytać
coś do pamięci, trzeba najpierw podać adres,
czyli numer kolejny konkretnej komórki (reje−
stru) i dopiero potem coś wpisać lub odczytać.
Oczywiście adres jest liczbą. Dla pamięci pro−
gramu (FLASH) przestrzeń adresowa obejmuje
liczby 0...1023 (bo mamy 1024 słów 16−bito−
wych). Dla pamięci EEPROM adresem jest
liczba z zakresu 0...127, dla pamięci RAM i re−

jestrów sprawa jest troszkę bardziej skompliko−
wana, w każdym razie adresem też jest liczba
z zakresu 0...223. Procesor z programem napi−
sanym z pomocą BASCOM−a doskonale radzi
sobie w sobie znany sposób z obsługą wszyst−
kich tych rodzajów pamięci, stosując odpowie−
dnie tryby adresowania.

Inne ważne obwody

System przerwań. Dzięki systemowi przerwań
w razie potrzeby można przerwać bieżącą pracę
procesora i kazać mu wykonać inną pilną pracę.
Jest to bardzo cenna zaleta, pozwala bowiem re−
alizować zadania w sposób bardzo elastyczny.
Zalety systemu przerwań można zilustrować
przykładem z życia wziętym.

Jeśli mieszkasz w domku jednorodzinnym

i spodziewasz się gości, możesz co pół minuty
wyglądać przez okno i tym sposobem spraw−
dzać, czy nie stoją już za furtką. Jest to niewąt−
pliwie jakiś sposób, ale czy najlepszy? Czy nie
lepiej zainstalować przy furtce dzwonek?

Mając dzwonek, nie musisz co chwilę bie−

gać do okna. Możesz spokojnie zająć się lektu−
rą cyklu Ośla łączka zawartego w Twym naju−
lubieńszym czasopiśmie i po prostu czekać na
sygnał dzwonka.

Podobnie jest z mikroprocesorem. Można go

tak zaprogramować, żeby co chwila sprawdzał
jakiś warunek (fachowo nazywa się to polling).
Ale zwykle lepiej, szybciej i bardziej elegancko
można to rozwiązać za pomocą omawianego
systemu przerwań.

Oto dalsze przykłady: Jeśli w trakcie czyta−

nia tego tekstu zadzwoni Twój telefon, zapewne
przerwiesz czytanie, zaznaczysz lub zapamię−
tasz fragment, w którym przerwałeś lekturę
(być może czasopismo odłożysz na stos in−
nych), odbierzesz telefon, a potem powrócisz
do lektury w miejscu, w którym ją przerwałeś
(zdejmiesz ze stosu).

Taki dzwonek to w żargonie komputerowym

żądanie obsługi przerwania. Odbierając telefon
przeprowadzasz procedurę obsługi przerwania.
To odkładanie na stos i zdejmowanie ze stosu to
też nieprzypadkowe sformułowania.

Proszę bardzo: tyle razy odbierałeś telefon

w błogiej nieświadomości, że właśnie obsługu−
jesz przerwanie, podobnie jak molierowski bo−
hater, który mówił prozą!

Jeżeli jednocześnie pojawią się zgłoszenia

dwóch przerwań, na przykład odezwie się dzwo−
nek telefonu i usłyszysz odgłos kipiącego mle−
ka, to wtedy zdecydujesz się na obsługę prze−

rwania o

wyższym

priorytecie: najpierw
wyłączysz kuchenkę
i odstawisz garnek, po−
tem odbierzesz telefon.

Dokładnie tak sa−

mo jest z przerwaniami
w mikroprocesorach,
gdzie też mamy kilka
źródeł przerwań. Mi−
kroprocesor po otrzy−
maniu sygnału zgło−
szenia (żądania) obsłu−
gi przerwania przery−
wa normalną aktyw−
ność (odkłada coś na

Ośla łączka

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Listopad 2002

jakiś stos) i obsługuje zgłoszenie lub zgłoszenia
w kolejności zależnej od ich priorytetu. Potem
wraca do swojego pierwotnego zadania (zdej−
mując przedtem coś ze stosu).

Jeżeli ty podczas obsługi jednego przerwa−

nia (rozmowa telefoniczna) otrzymasz zgłosze−
nie innego, ważniejszego przerwania (np. usły−
szysz odgłos kipiącego mleka), przerwiesz ob−
sługę przerwania o niższym priorytecie, by ob−
służyć przerwanie o wyższym priorytecie (wyłą−
czysz kuchenkę i odstawisz garnek). Ale jeśli
w czasie obsługi przerwania (rozmowa telefo−
niczna) otrzymasz przerwanie o niższym priory−
tecie (np. dziecko czy młodsze rodzeństwo upo−
mni się o coś do zjedzenia), nie obsłużysz tak
zgłoszonego przerwania. Obsłużysz je po skoń−
czeniu rozmowy telefonicznej: dasz maluchowi
jeść i dopiero wtedy wrócisz do lektury. Tak
może działać i nasz główny bohater, jeśli go od−
powiednio ustawimy, ale domyślnie woli on, by
następne przerwanie, niezależnie od priorytetu,
poczekało sobie spokojnie do zakończenia ob−
sługi poprzedniego.

Najogólniej biorąc, przerwania mogą być

wewnętrzne i zewnętrzne. Nasz procesor oprócz
ośmiu źródeł przerwań wewnętrznych, ma dwa
wejścia przerwań zewnętrznych. Rolę tę mogą
pełnić nóżki o numerach 6, 7. Jak wskazuje ry−
sunek 1 nóżki te mogą być zwykłymi wejściami
lub wyjściami, ale jeśli chcemy skorzystać
z przerwań zewnętrznych, wykorzystamy je ja−
ko wejścia przerwań. Dlatego na schematach
nóżki 6 i 7 oznaczane są też jako INT0 i INT1,
jak pokazuje rysunek 4, ponieważ przerwanie
to po angielsku interrupt.

Na razie tyle informacji o przerwaniach Ci

wystarczy. W praktyce przerwania wykorzystu−
jemy często i chętnie, a BASCOM znakomicie
nam to ułatwia. Aby skorzystać z przerwań,
trzeba odblokować i skonfigurować system
przerwań. W przyszłości, gdy będziemy przera−
biać wspólnie ćwiczenia, przekonasz się iż
w sumie jest to naprawdę bardzo proste, bo za−
miast wgłębiać się w szczegóły, które dawniej
śmiertelnie straszyły początkujących, skorzy−
stamy z „gotowców”, czyli działających progra−
mów napisanych wcześniej, dostarczanych
z BASCOM−em lub w ramach naszego cyklu
ćwiczeń. Dzięki BASCOM−owi nie będziemy
też ani trochę martwić się o stos, który przerażał
nie tylko ofiary „świętej” Inkwizycji.

Liczniki, czyli timery

Omawiany mikroprocesor wyposażony jest
w dwa liczniki, ang. counter. Zazwyczaj liczni−
ki te zliczają impulsy pochodzące z (wewnętrz−

nego) generatora kwarcowego, przez co stają
się licznikami czasu. Dlatego w opisach obok
nazwy licznik używa się określenia timer (czy−
taj: tajmer).

Jak (prawie) wszystko w procesorach, są to

liczniki dwójkowe. Timer/licznik oznaczony
T/C0 (TC0) jest licznikiem ośmiobitowym,
czyli zlicza od 0 do 255 (dwójkowo:
0...11111111). T/C1 (TC1) jest licznikiem 16−
bitowym, a więc zliczającym od 0 do 65535.
Liczniki te mogą zliczać impulsy „pokładowe−
go” generatora kwarcowego (wprost, lub wstęp−
nie podzielone) albo impulsy z zewnątrz (i wte−
dy można wybrać aktywne zbocze, zwiększają−
ce zawartość licznika). Wtedy jako wejścia ze−
wnętrznych impulsów służą nóżki o numerach
8, 9, oznaczane tradycyjnie T0, T1, jak pokazu−
je rysunek 5.

Liczniki zatrzymuje się i uruchamia progra−

mowo. Można załadować do nich wstępnie ja−
kąś liczbę. W dowolnej chwili można też od−
czytać zawartość pracujących liczników albo
też wpisać do liczników nową zawartość, co po−
zwala realizować różnorodne zadania. Zliczenie
„do końca” i rozpoczęcie następnego cyklu li−
czenia od zera może być wykorzystane jako sy−
gnał przerwania dla procesora. Mówimy wtedy
o (wewnętrznych) przerwaniach od timera.

U naszego głównego bohatera licznik T/C1

ma dodatkowe obwody i oferuje bardzo poży−
teczne możliwości. Choć szczegóły nie są Ci
na razie niezbędne, wspomnę tylko ogólnie, że
można w sposób cyfrowy na bieżąco porówny−
wać zawartość pracującego licznika z podaną
liczbą, a wynik w postaci stanu wysokiego lub
niskiego jest dostępny na nóżce numer 15,
która jak pokazuje rysunek 5, oznaczana jest
dodatkowo OC1. Przy wykorzystaniu tego
wyjścia licznik/timer T/C1 może być wyko−
rzystany do generowania przebiegu prostokąt−
nego o ustalonym okresie i wypełnieniu zależ−
nym od podanej liczby, jak obrazowo pokazu−
je to rysunek 6. Działanie jest, z grubsza bio−
rąc, następujące:

Licznik T/C1 liczy sobie spokojnie na prze−

mian w górę i w dół impulsy, np. z zewnętrz−
nego generatora kwarcowego. Zawartość licz−
nika to liczba, której wartość zmienia się cy−
klicznie od zera do wartości maksymalnej − na

rysunku 6 ilustruje to czerwona linia. Do spe−
cjalnego rejestru wpisujemy liczbę N nie więk−
szą od maksymalnej zawartości licznika.
W czasie, gdy liczba ta jest większa od bieżącej
zawartości pracującego licznika, na końcówce
OC1 będzie stan wysoki. Gdy mniejsza − stan
niski. W ten sposób wypełnienie przebiegu na
wyjściu OC1 zależy od tej wpisanej liczby N.
Wpisując odpowiednią liczbę, uzyskamy
współczynnik wypełnienia impulsów w zakre−
sie od 0 do 100%. Rysunek 6 pokazuje przebie−
gi, gdy liczba N przybiera trzy wartości.

Licznik T/C1 staje się w ten sposób tak

zwanym generatorem PWM (o zmiennym wy−
pełnieniu) czyli swego rodzaju przetworni−
kiem cyfrowo−analogowym. Wypełnienie
przebiegu prostokątnego, a tym samym średnie
napięcie na nóżce OC1, jest proporcjonalne do
podanej liczby N. Wystarczy zastosować pro−
sty obwód filtrujący RC, by z takiego przebie−
gu impulsowego uzyskać napięcie stałe, zależ−
ne od liczby N.

Wykorzystując cyfrowy układ porównujący

– 16−bitowy komparator można też łatwo skró−
cić cykl pracy licznika T/C1, by liczył od zera
do podanej liczby N (1...65536).

Można też za pomocą sygnału podawanego

na nóżkę 11, oznaczaną ICP, w dowolnej chwi−
li przechwycić (odczytać i zapamiętać) aktualny
stan licznika T/C1.

Opisane zdarzenia (przepełnienie, porówna−

nie cyfrowe i przechwycenie zawartości liczni−
ka) mogą być kolejnymi źródłami przerwań.
Dzięki takim dodatkowym funkcjom licznik
T/C1 okazuje się niezmiernie przydany w wielu
zastosowaniach.

UART

Dla ułatwienia życia programistom, omawiany
procesor został wyposażony w tak zwany
UART (Asynchronous Receiver and Transmit−
ter), pozwalający w prosty sposób zrealizować
transmisję w popularnym standardzie RS−232C.
Oznacza to, że nasz bohater w trakcie pracy mo−

że bez trudu porozumiewać się
z komputerem PC lub innymi urzą−
dzeniami przez port szeregowy
(w każdym komputerze PC są co
najmniej dwa takie porty: COM1,
COM2). Dla nas, programujących
w BASCOM−ie, wykorzystanie ta−
kiego sposobu transmisji jest dodat−

kowo ułatwione, a realizacja łącza szeregowego
i ustawienie jego parametrów są bardzo proste.

Jeśli procesor ma realizować dwukierunkową

transmisję szeregową z pomocą układu UART,
należy wykorzystać końcówki o numerach 2, 3

Ośla łączka

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Listopad 2002

oznaczane RXD (wejście odbiornika) oraz TXD
(wyjście nadajnika), jak pokazuje to rysunek 7.

Obwody UART u naszego głównego boha−

tera są dość skomplikowane, zawierają dodat−
kowe liczniki, ale są to liczniki zupełnie nieza−
leżne od omawianych wcześniej timerów T/C0
i T/C1. Układ UART może też być źródłem
przerwań wewnętrznych, co oczywiście jest ko−
lejnym udogodnieniem.

Komparator analogowy

Omawiany mikroprocesor, będący niewątpliwie
układem cyfrowym, ma „na pokładzie” poży−
teczny element analogowy: komparator. Kom−
parator porównuje napięcia, podawane na jego
dwa wejścia. Ten analogowy komparator może
być wykorzystywany rozmaicie, na przykład do
realizacji prostych przetworników analogowo−
cyfrowych. Jak pokazuje rysunek 8, wejściami
komparatora są końcówki o numerach 12, 13,
które analogicznie jak w poprzednich przypad−
kach, mogą oczywiście być „zwykłymi” wej−
ściami lub wyjściami. Stan wyjścia komparato−
ra można odczytać programowo, można też wy−
korzystać go jako sygnał przerwania lub jako
polecenie przechwycenia stanu licznika T/C1.

Aby wykorzystać ten analogowy kompara−

tor, trzeba go włączyć (dosłownie włączyć zasi−
lanie). Wykonuje się to programowo, wpisując
jedynkę do odpowiedniego bitu, jak pokazuje to
w uproszczeniu rysunek 9.

Watchdog,
czyli państwo w państwie

Watchdog, dosłownie czuwający pies rzeczywi−
ście czuwa nad prawidłowym przebiegiem pra−
cy programu. Ten pies wymaga, by go co jakiś
czas pogłaskać. Jeśli jest regularnie głaskany,
siedzi cicho, jakby go nie było. Ale jeśli tylko
nie zostanie pogłaskany w ciągu określonego
czasu, wpadnie w szał i swymi drastycznymi
metodami na pewno doprowadzi do tego, żeby
go znów regularnie głaskano.

Uważasz, że to bez sensu?

Tak naprawdę watchdog to licznik z wła−

snym, prywatnym generatorem. Ten generator
i licznik pracują zupełnie niezależnie od genera−
tora kwarcowego. Gdy licznik zliczy „do końca”
i zacznie od zera, spowoduje reset procesora
i rozpoczęcie działania programu od początku.

Prawidłowo działający program w regular−

nych odstępach czasu zeruje licznik watch−
dog’a i reset procesora nie nastąpi. Może się jed−
nak zdarzyć i niestety zdarza się, że pod wpły−
wem zakłóceń zewnętrznych program przestanie
działać poprawnie; procesor nie zepsuje się, ale
przykładowo wpadnie w tak zwaną martwą pę−
tlę i przestanie realizować przewidzianą rolę. Ta−
ka awaria spowoduje błędne działanie urządze−
nia, ale ponieważ licznik watchdog’a nie będzie
wtedy zerowany, więc po krótkim czasie rzędu
milisekund, a co najwyżej kilku sekund nastąpi
reset procesora i program zacznie działać po−
prawnie od początku.

Na pierwszy rzut oka działanie watchdoga

może wyglądać dziwnie, ale w wielu zastoso−
waniach jest to naprawdę pożyteczne rozwiąza−
nie, bo radykalnie polepsza niezawodność urzą−
dzeń opartych na mikroprocesorach. Watchdoga
można też wykorzystywać do sprytnych sztu−
czek mających na celu zmniejszenie poboru
energii.

Watchdog może, ale nie musi być wykorzy−

stany − aby skorzystać z pomocy tego psa−straż−
nika, trzeba po pierwsze go włączyć, a po dru−
gie odpowiednio napisać program. Watchdog
nie wykorzystuje żadnych zewnętrznych koń−
cówek, wszystkie jego układy są zawarte we−
wnątrz, a sterowanie jest programowe. Upro−
szczony schemat obwodów watchgoga pokaza−
ny jest na rysunku 10.

Power Down i Idle,
czyli oszczędzamy prąd

Może na podstawie swoich odczuć i obserwacji
otoczenia sądzisz, że wszyscy kombinują, żeby
jak najmniej pracować. Zupełnie inaczej jest
z naszym bohaterem. Mikroprocesor to bardzo
pracowite zwierzątko. Ciągle coś robi. Można
zaryzykować stwierdzenie, że jak nic nie robi,
to też coś robi. Mówiąc obrazowo, zazwyczaj
bezproduktywnie „kręci się” w pętli i tylko cze−
ka, by móc wykonać coś pożytecznego. Nie tak
łatwo go zatrzymać.

Może wyda Ci się to dziwne, ale w bardzo

wielu programach procesor ma niewiele roboty
i przez ogromną większość czasu niejako kręci
się w kółko, jak pies za własnym ogonem (przy−
pomnij sobie „pustą” pętlę DO...LOOP). Dla

procesora to żaden problem, bo nie dostaje za−
dyszki, a my też nie przejmujemy się, że jego
możliwości wykorzystane są w znikomym stop−
niu. Tylko w rzadkich przypadkach, gdy bardzo
zależy nam na zmniejszeniu poboru prądu,
chcemy naprawdę zatrzymać procesor.

Jeśli nie zależy nam na prądzie, pozwalamy

mu bezproduktywnie „kręcić się” w kółko.
Rzecz w tym, że podczas takiego bezproduk−
tywnego kręcenia się procesor zużywa tyle sa−
mo prądu, co w trakcie użytecznej pracy – rzę−
du dziesięciu miliamperów (kilka do kilkunastu
miliamperów, zależnie od napięcia zasilania
i częstotliwości rezonatora kwarcowego). To na
pozór niewiele, ale przy zasilaniu z małej bate−
rii liczy się każdy miliamper. I tu mam dla Cie−
bie dobrą wiadomość: można tak napisać pro−
gram, by po wykonaniu zadania procesor zasnął
i pobierał znacznie mniej prądu.

Płytka drzemka, zmniejszająca pobór prądu

mniej więcej 3−krotnie to tak zwany stan IDLE.
W stanie IDLE większość obwodów procesora
„śpi”, pracuje jednak generator kwarcowy
i ewentualnie liczniki. Można obudzić procesor
lekkim szturchnięciem, mianowicie za pomocą
dowolnego przerwania.

Nawet jeśli wszystkiego nie rozumiesz, za−

pamiętaj: program wprowadza procesor w stan
IDLE, a z tej drzemki budzi go dowolne prze−
rwanie.

Oprócz lekkiej drzemki mamy też do dys−

pozycji bardzo głęboki sen – stan zwany PO−
WER DOWN. W tym stanie zostaje zatrzyma−
ny także generator kwarcowy i timery, a pobór
prądu jest mniejszy niż 1uA. Pracuje ewentual−
nie tylko Watchdog, a wtedy pobór prądu jest
rzędu kilkudziesięciu mikroamperów. Z tego

głębokiego snu można
obudzić naszego bohatera
tylko przez mocne cią−
gnięcie za uszy, a tak na−
prawdę albo przez sprzę−
towy reset z wykorzysta−
niem końcówki numer 1,
albo przez jedno z prze−
rwań zewnętrznych INT0,
INT1, albo właśnie przez
watchdoga.

Rejestry I/O

Omówiliśmy wszystkie
najważniejsze

obwody

wewnętrzne mikroprocesora.

Jest tego sporo. A pełnionych funkcji jest na−

prawdę dużo. Może się zastanawiasz, jak reali−
zuje się sterowanie mnóstwem urządzeń i funk−
cji. Na przykład jak włączyć zasilanie kompara−
tora analogowego, albo jak wybrać stopień
podziału licznika watchdoga?

Nie masz chyba wątpliwości, że wszystki−

mi funkcjami steruje się cyfrowo, przez usta−
wiane (wpisywanie logicznej jedynki) lub ze−
rowanie (wpisywanie logicznego zera) odpo−
wiednich komórek (bitów). Włączenie zasila−
nia komparatora analogowego następuje po
wpisaniu jedynki do bitu o nazwie ACD (patrz
rysunek 9), a o stopniu podziału licznika
watchdoga decyduje zawartość trzech bitów
oznaczonych WDP0...WDP2. Ale gdzie i jak
dostępne są te bity?

Ośla łączka

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Listopad 2002

W mikroprocesorach jednoukładowych wy−

korzystuje się bardzo interesujący sposób.
Skoncentruj się teraz, omówimy naprawdę bar−
dzo ważne zagadnienie.

Jak już wiesz z rysunku 3, procesor oprócz

omówionego już RAM−u i 32 rejestrów robo−
czych ogólnego przeznaczenia ma jeszcze miej−
sce na 64 rejestry wejścia/wyjścia. I właśnie za
pomocą tych rejestrów możesz sterować wszel−
kimi urządzeniami dodatkowymi i odczytywać
ich stan. Procesor „widzi” te urządzenia podob−
nie jak komórki pamięci RAM: może je odczyty−
wać, może do nich wpisywać (jeśli to ma sens).

Przykładowo (pojedynczy) bit ACD włącza−

jący zasilanie komparatora zawarty jest
w (ośmiobitowym) rejestrze o nazwie ACSR
(Analog Comparator Control and Status Regi−
ster), jednym z 64 możliwych rejestrów I/O.

Jak pokazuje rysunek 11, w rejestrze ACSR

są jeszcze inne bity związane z komparatorem
analogowym, sterujące jego pracą. Nie musisz
nich o nich wiedzieć – dzięki BASCOM−owi
będziemy obsługiwać komparator w dużo prost−
szy sposób.

Analogicznie bity WDP0...WDP2 to trzy

najmłodsze bity zawarte w rejestrze o nazwie
WDTCR (Watchdog Timer Control Register),
jak pokazuje rysunek 12.

W rejestrach ACSR i WDTCR nie wszyst−

kie bity są wykorzystane (praktycznie – nie ist−
nieją) – zaznaczyłem je kolorem szarym. Tak
samo jest z innymi urządzenia−
mi. Na przykład ośmiobitowy
licznik TC0 też jest widziany
jak komórka pamięci, jako re−
jestr o nazwie TCNT0. Można
zapisać doń liczbę (dwójkową),
można też odczytać bieżącą za−
wartość licznika. Zasadę orga−
nizacji rejestrów I/O pokazuje
obrazowo rysunek 13.

Czy widzisz, jak znakomity

jest taki właśnie sposób stero−
wania różnymi urządzeniami
wejścia/wyjścia? Czy już doce−
niasz to genialne rozwiązanie?

Dzięki niemu cała rodzina

procesorów ma identyczną ar−
chitekturę, te same rozkazy,
a różni się jedynie obecnością
lub brakiem niektórych obwo−
dów i odpowiadających im re−
jestrów. A dla obsługi różno−
rodnych urządzeń we/wy zare−
zerwowane są 64 bajty prze−
strzeni adresowej. Zarezerwo−
wane, nie znaczy, że wszystkie
te rejestry istnieją (fachowo: są
zaimplementowane). W na−
szym procesorze ‘2313 wystę−
puje 32 rejestry spośród możli−
wych 64. W innych proceso−
rach liczba istniejących reje−

strów jest inna. Na przykład w ośmiołóżko−
wym mikroprocesorze 90S2343 z fotografii 2
mamy tylko 5 końcówek portu B, a portu
D i odpowiednich rejestrów brak. W sumie
spośród możliwych 64, istnieje tam tylko 17
rejestrów, a i to w większości niekompletnych.

kolei w

40−nóżkowym procesorze

90S8535 z fotografii 2, dysponującym pamięcią
FLASH 8kB, EEPROM 512 bajtów i RAM 512
bajtów, oprócz poznanych obwodów masz je−
szcze do dyspozycji: trzeci licznik−timer T/C2,
8−kanałowy 10−bitowy przetwornik analogo−
wo/cyfrowy, dodatkowe porty we/wy o ozna−
czeniach A, C (razem 32 linie we/wy) i „praw−
dziwy” port SPI. Do obsługi wszystkich tych

urządzeń w sumie istnieją w nim aż 54 rejestry
I/O spośród możliwych 64.

W tabeli 1 znajdziesz opis rejestrów I/O na−

szego głównego bohatera (90S2313) z zaznacze−
niem, które rejestry obsługują poszczególne urzą−
dzenia. Szarym kolorem zaznaczyłem bity niewy−

korzystane. W tabeli
znajdziesz tylko na−
zwy rejestrów. Usu−
nąłem adresy, które
przy wykorzystaniu
BASCOM−a okazu−
ją się niepotrzebne –
wystarczy podać na−
zwę i ew. numer bi−
tu. Przykładowo za
włączenie zasilania
komparatora odpo−
wiada bit ACD,
który również mo−
żemy opisać jako
najstarszy bit reje−
stru ACSR, czyli
ACSR.7, natomiast
bity licznika watch−

doga (WDP0...WDP2) możemy określić jako:
WDTCR.0
WDTCR.1
WDTCR.2

Tabela ta wygląda dość groźnie. Na Twoje

wielkie szczęście na razie nie będzie Ci nie−
zbędna. Zastanawiałem się, czy ją Ci w ogóle
zaprezentować. Doszedłem jednak do wniosku,
że ma to głęboki sens. Już teraz rozszerzy Ci
horyzonty, a w przyszłości umożliwi pełne wy−
korzystanie firmowej karty katalogowej i po−
znanie wszystkich szczegółów budowy i stero−
wania procesora.

Ośla łączka

WDTOE

WDE

WDP2

WDP1

WDP0

Nazwa

Bit7

Bit6

Bit5

Bit4

Bit3

Bit2

Bit1

Bit0

Rejestr
stanu

SREG

Stos

SPL

SP7

SP6

SP5

SP4

SP3

SP2

SP1

SP0

GIMSK

INT1

INT0

GIFR

INTF1

INTF0

TIMSK

TOIE1

OCIE1A

TICIE1

TOIE0

TIFR

TOV1

OCF1A

ICF1

TOV0

Przerwania

MCUCR

ISC11

ISC10

ISC01

ISC00

TCCR0

CS02

CS01

CS00

TCNT0

Timer/Counter0 (8 Bitów)

TCCR1A

COM1A1

COM1A0

PWM11

PWM10

TCCR1B

ICNC1

ICES1

CTC1

CS12

CS11

CS10

TCNT1H

Timer/Counter1 – Counter Register High Byte

TCNT1L

Timer/Counter1 – Counter Register Low Byte

OCR1AH

Timer/Counter1 – Compare Register High Byte

OCR1AL

Timer/Counter1 – Compare Register Low Byte

ICR1H

Timer/Counter1 – Input Capture Register High Byte

Liczniki
(timery)

ICR1L

Timer/Counter1 – Input Capture Register Low Byte

Watchdog

WDTCR

WDTOE

WDE

WDP2

WDP1

WDP0

EEAR

EEPROM Address Register

EEDR

EEPROM Data Register

EEPROM

EECR

EEMWE

EEWE

EERE

PORTB

PORTB7

PORTB6

PORTB5

PORTB4

PORTB3

PORTB2

PORTB1

PORTB0

DDRB

DDB7

DDB6

DDB5

DDB4

DDB3

DDB2

DDB1

DDB0

Port B

PINB

PINB7

PINB6

PINB5

PINB4

PINB3

PINB2

PINB1

PINB0

PORTD

PORTD6

PORTD5

PORTD4

PORTD3

PORTD2

PORTD1

PORTD0

DDRD

DDD6

DDD5

DDD4

DDD3

DDD2

DDD1

DDD0

Port D

PIND

PIND6

PIND5

PIND4

PIND3

PIND2

PIND1

PIND0

UDR

UART I/O Data Register

USR

RXC

TXC

UDRE

UCR

RXCIE

TXCIE

UDRIE

RXEN

TXEN

CHR9

RXB8

TXB8

UART

UBRR

UART Baud Rate Register

Komparator
analogowy

ACSR

ACD

ACO

ACI

ACIE

ACIC

ACIS1

ACIS0

ACO

ACI

ACIE

ACIC

ACIS1

ACIS0

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Listopad 2002

Już teraz wspomnę na przykład, że aby

skonfigurować port B, wpiszesz zera i jedynki
do rejestrów oznaczonych DDRB i PORTB.
Natomiast jeśli zechcesz sprawdzić stan portu
B, odczytasz po prostu dane z rejestru PINB. Na
razie nie będziemy wgłębiać się w dalsze szcze−
góły. Sposoby obsługi poszczególnych urzą−
dzeń reprezentowanych w poszczególnych reje−
strach poznasz w trakcie ćwiczeń.

W każdym razie zapamiętaj, że pracą wszy−

stkich dodatkowych obwodów procesora steru−
jemy wykorzystując rejestry wejścia−wyjścia.

Na marginesie wspomnę jeszcze, że inne ro−

dziny mikroprocesorów jednoukładowych wy−
korzystują podobne zasady: wewnętrzne urzą−
dzenia mikrokontrolera też są widziane przez
procesor jako komórki pamięci, do których (je−
śli to ma sens) można zapisywać i które można
odczytywać.

Programowanie

Nasz główny bohater może być zaprogramowa−
ny na przynajmniej dwa sposoby. To znaczy
ostateczny program może być wprowadzany
z komputera PC do pamięci FLASH procesora
w różny sposób. Dane mogą być wprowadzane
równolegle, po osiem bitów, albo szeregowo,
bit po bicie. Nas interesuje wyłącznie metoda
szeregowa polegająca na wykorzystaniu tak
zwanego łącza SPI (Serial Peripheral Interface).
Łącze SPI ma trzy linie: MISO (Master data In−
put, Slave data Output), MOSI (Master data
Output, Slave data Input) oraz wejście sygnału
taktującego CLK (Clock – zegar). W naszym
procesorze ‘2313 to nie jest „prawdziwy” port
SPI – służy on tylko do programowania. Dlate−
go nie musisz wiedzieć na temat portu SPI zu−
pełnie nic.

Co ważne, procesory AVR można nawet

przeprogramować w układzie bez wyjmowania
czy wylutowywania z płytki − można na przy−
kład w ten sposób wprowadzić nowszą, ulep−
szoną wersję programu.

I taką prostą, niezmiernie atrakcyjną metodę

programowania będziemy wykorzystywać pod−
czas ćwiczeń. Oszczędzi to mnóstwo czasu, bo
programowanie, testowanie i modyfikacje moż−
na wykonać w ten sposób dosłownie w ciągu
kilku sekund. Korzystając z modułu testowego
(który będzie opisany w następnym numerze
EdW jako projekt główny) wszystko to masz
w zasięgu ręki.

Podane ogólne informacje o łączu SPI wska−

zują, że proces programowania jest bardzo pro−
sty. Z punktu użytkownika BASCOM−a rzeczy−
wiście jest genialnie prosty, choć wykorzysty−
wane procedury przesyłania danych, weryfika−
cji i kasowania są dość skomplikowane. Ty nie
musisz się nimi interesować, bo całą czarną ro−
botę wykona BASCOM. Twoim zadaniem bę−
dzie tylko podłączenie procesora do portu dru−
karkowego komputera PC i „spuszczenie” doń
programu jednym kliknięciem myszki. No, mo−
że trochę przesadziłem: dwoma kliknięciami.

Najprostszy najprawdziwszy programator

procesorów AVR jest naprawdę zadziwiająco
prosty: zawiera podstawkę, rezonator kwarco−
wy i dwa współpracujące kondensatory oraz
kondensator filtrujący obwód zasilania. Na
wszelki wypadek można dodać rezystory

ochronne i kontrolkę obecności napięcia zasila−
nia LED. Na czas programowania na końcówce
numer 1 (wejście RESET) trzeba wymusić stan
logiczny niski, więc ostatecznie do zaprogra−
mowania procesora potrzebnych jest tylko pięć
przewodów: cztery linie sygnałowe i masa. Ca−
łość wystarczy dołączyć do portu drukarkowe−
go komputera PC (LPT). Nie potrzebny jest na−
wet zasilacz. Napięcie zasilania (tylko +5V)
można pobrać z komputera PC z portu joysticka
(tzw. GAME PORT). Schemat ideowy takiego
szokująco prostego programatora pokazany jest
na rysunku 14. Na rysunku znajdziesz numery
i nazwy końcówek portu drukarkowego LPT.
Fotografia 4 pokazuje programator, który wy−
korzystywałem przygotowując niektóre ćwicze−
nia niniejszego cyklu.

Na razie wystarczy Ci tyle wstępnych wia−

domości o naszym głównym bohaterze, proce−
sorze AT90S2313 z rodziny AVR. Jeśli uwa−
żasz, że to dużo, i że wiesz już wszystko o pro−
cesorze ‘2313, to się grubo mylisz. Żebyś nie
uważał, że zjadłeś wszystkie rozumy, wspomnę
króciutko, czego nie omówiliśmy. I podziękuj
twórcy BASCOM−a, Markowi Albertsowi, bo
to dzięki niemu możesz (przynajmniej na razie)
pozostać w błogiej nieświadomości co do tych

licznych trudnych szczegółów. BASCOM
uwalnia Cię na przykład od konieczności do−
kładnego poznawania architektury procesora,
a co znacznie ważniejsze, nie musisz poznawać
ponad setki nietypowych rozkazów asemblera
(jakie zadania wykonują, co zmieniają, z jakich
rejestrów korzystają). Nie musisz nic wiedzieć
o stosie i jego obsłudze. Nie musisz znać roz−
mieszczenia i funkcji poszczególnych bitów kil−
kudziesięciu rejestrów sterujących i kontrol−
nych. Nie musisz pamiętać ani nawet rozumieć
zasad organizacji przestrzeni adresowej pamię−
ci RAM, obejmujących niejako podwójne adre−
sy 32 rejestrów roboczych (ogólnego przezna−
czenia) i 64 rejestrów I/O. Nie musisz też wgłę−
biać się w liczne tryby adresowania.

To naprawdę wielkie ułatwienie! Dzięki

Markowi

Albertsowi,

który udostępnił bezpłat−
nie w pełni użyteczną we−
rsję programu, możesz
szybko i bezboleśnie za−
cząć

programowanie.

A tak na marginesie: naj−
lepiej podziękujesz Mar−
kowi Albertsowi, jeśli
kupisz licencjonowaną
wersję BASCOM−a.

Nie jest to ogromny

wydatek. Zastanów się
więc nad zakupem pełnej
wersji. Z jej pomocą za−
programujesz też większe
procesory, np. wspomnia−
ny 90S8535. Co ważne,
jako posiadacz licencjo−
nowanej, pełnej wersji
będziesz mieć nieograni−
czony dostęp (przez In−
ternet) do najnowszych
wersji programu (pro−

gram jest ciągle
ulepszany).

AVR
kontra ‘51

Zanim przejdziemy
do ćwiczeń, muszę
zająć się jeszcze
jedną ważną spra−
wą. Na rynku do−
stępnych jest wiele
różnych typów mi−
k r o p r o c e s o r ó w.
Ściślej biorąc, są to
całe rodziny mikro−
procesorów z róż−
nych firm. Można
tu wymienić choć−
by rodziny ’51,

PIC, ST62, 8080, MC05, MC08. Ta rozmaitość
jest efektem silnej walki konkurencyjnej. Nie
będę Ci mącił w głowie szczegółami. Nieprzy−
padkowo w poprzednich akapitach wspomina−
łem o głównym bohaterze, co sugeruje, że będą,
czy też są, inni bohaterowie. W samej rzeczy!
Podstawą naszego kursu jest mikroprocesor
AT90S2313, będący przedstawicielem rodziny
AVR. Już wiesz, że nasz bohater ma większych
i mniejszych krewniaków, bardzo do niego

Ośla łączka

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Listopad 2002

podobnych. Nie będę wdawał się w szczegóły –
mikrokontrolery rodziny AVR są naprawdę zna−
komite: ich twórcy włożyli wiele trudu i pomy−
słowości, żeby Ci udostępnić procesory łatwe
w użyciu, szybkie i mające szerokie możliwo−
ści. Na dodatek można je w dziecinnie prosty
sposób programować, na przykład z pomocą
programu BASCOM AVR i kilkużyłowego ka−
belka.

Wygląda na to, że wielu Czytelników niniej−

szego cyklu niczego nie podejrzewając, roz−
pocznie spotkania z mikroprocesorami od tych
wspaniałych, nowoczesnych kostek. I nie ma
w tym nic dziwnego, ani złego. Ja jednak muszę
dla czystego sumienia wspomnieć o szerszym
kontekście całej sprawy.

Mianowicie procesory rodziny AVR firmy

ATMEL są nowością, osiągnięciem ostatnich
lat, owocem długotrwałego procesu udoskona−
lania technologii produkcji. Co bardzo ważne,
pod wieloma względami nie są prostą kontynu−
acją rozwoju wcześniej znanych procesorów.
Procesory AVR mają szansę zdobyć silną pozy−
cję na rynku, ale niewiele wskazuje, że wyprą
wszystkie inne procesory jednoukładowe. Kon−
kurencja nie śpi i też wypuszcza interesujące
procesory innych rodzin. I tu dochodzimy do
istoty problemu: nie chcę Cię „wpuścić w ka−
nał” procesorów AVR, co prawda nowocze−
snych, ale na pewno bardzo specyficznych,
odmiennych od wszystkich innych, i co tu ukry−
wać, dość drogich.

Zapewne na razie nie czujesz wagi proble−

mu; nie obchodzi Cię, że są to procesory RISC,
że mają architekturę harwardzką z przetwarza−
niem potokowym, jednotaktowy cykl maszyno−
wy i specyficzne, jedyne w swoim rodzaju roz−
kazy. Patrząc z tej strony i mówiąc najprościej:
procesory rodziny AVR w środku są zupełnie
inne, niż procesory innych rodzin.

Ale z drugiej strony, producent (firma

ATMEL) zadbał o zachowanie dużego podo−
bieństwa zewnętrznego: układu wyprowadzeń
i większości możliwości, do wcześniej znanych
procesorów z rodziny ‘51. Nieprzypadkowo
układ wyprowadzeń i kluczowe cechy naszego

głównego boha−
tera,

kostki

AT90S2313 są
niemal identycz−
ne, jak opraco−
wanego wcze−
śniej popularne−
go

procesora

AT89C2051 tej
samej

firmy

ATMEL (proce−
sor ten był pod−
stawą kursu BA−
SCOM College).
Ilustruje to rysu−
nek 15, pokazu−
jący układ wy−
p r o w a d z e ń
i oznaczenia obu
procesorów. Ko−
stka AT89C2051
jest

nowocze−

snym przedsta−
wicielem znanej
od lat i niezmier−
nie popularnej
rodziny ‘51, wywodzącej się od mikroproceso−
ra 8051. Rodziny ogromnej, z bogatymi trady−
cjami – kilka poważnych firm produkuje wiele
odmian procesorów rodziny ‘51, mających taka
samą architekturę i zestaw rozkazów. Jeśli ktoś
pozna jakikolwiek procesor rodziny ’51, może
bez trudu napisać program dla dowolnego inne−
go procesora tejże rodziny − bardzo łatwo „prze−
siąść się” na inną kostkę z rodziny ‘51, kostkę
o większych lub mniejszych możliwościach.

I tu zaczyna się mój dylemat. Nie chciałbym

zamknąć Cię w getcie procesorów AVR. Dlate−
go powinieneś rozszerzyć horyzonty przynaj−
mniej na rodzinę ’51. Co prawda procesor
90S2313 jest nieco lepszy od 89C2051, ale też
mniej więcej dwukrotnie droższy. Do zaprogra−
mowania 89C2051 potrzebny jest (niezbyt
skomplikowany) programator i zasilacz, a pro−
gramy pisane są w BASCOM 8051. Dla
90S2313 wystarczy kabelek i program BA−

SCOM AVR. Jednak, co bardzo istotne, progra−
my pisane w BASCOM−ach dla obu proceso−
rów są w sumie bardzo podobne. Jak wiesz, są
dwie wersje programu BASCOM: BASCOM
8051, przeznaczony dla procesorów rodziny ’51
oraz BASCOM AVR. Pisząc prostsze programy
pod BASCOM−em tych w sumie dość istotnych
różnic w budowie prawie nie widzimy. Prostsze
programy w wersjach dla AVR i ’51 są niemal
identyczne; w przypadku bardziej wymyślnych
trzeba uwzględnić różnice w budowie i sposoby
sterowania, ale w sumie nie są to bardzo trudne
zagadnienia. Postaram się pokazać, a przynaj−
mniej zasygnalizować te różnice.

Aby więc nie skazać Cię od początku na do−

żywocie w towarzystwie AVR−ów, równolegle
jako wątek pomocniczy, będę wspominał
o „ortodoksyjnych” procesorach rodziny 51.
W niektórych momentach kursu zwrócę uwagę
na różnice między 90S2313 a 89C2051, żebyś
w przyszłości łatwo mógł przesiąść się na tań−
sze i niewiele uboższe procesory rodziny ’51.
Już teraz wspomnę o najważniejszych różni−
cach. Procesory 89C2051 nie mają ani watch−
doga, ani pamięci EEPROM. Licznik−timer
T/C1 jest prostszy i realizuje mniej funkcji
(brak wymyślnych trybów pracy licznika: prze−
chwytywania, generatora PWM, stąd brak wyj−
ścia OS1 i wejścia ICP). Inny jest też system
przerwań. Do wyprowadzenia RESET musi
być dołączony kondensator. Prostsze są obwo−
dy i sposób sterowania portów we/wy. W pro−
cesorach AVR trzeba koniecznie na początku
programu określić rolę każdej z końcówek wej−
ścia/wyjścia, natomiast w rodzinie ’51 każda
końcówka może automatycznie pełnić rolę
wejścia, o ile tylko wpisany jest do niej stan
wysoki. W docelowym układzie często mogą
pracować wymiennie procesory 90S2313 lub
89C2051, oczywiście odpowiednio zaprogra−
mowane. Mam nadzieję, że wzmianki o proce−
sorach rodziny ‘51 przydadzą się też uczestni−
kom kursu BASCOM College, który był wcze−
śniej prowadzony w EdW.

Piotr Górecki

Ośla łączka

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Listopad 2002

Do czego to służy?

Pomysł wykonania prezentowanej przetwor−
nicy pojawił się, gdy zdecydowałem się do−
łączyć do PC mikrofon z wbudowanym
wzmacniaczem. Mikrofon ten wymaga na−
pięcia +12V przy poborze prądu rzędu kilku
mA. Na pozór napięcie takie bez problemów
można uzyskać z zasilacza komputera i wy−
starczyłoby je odfiltrować, aby uniknąć za−
kłóceń (najlepiej byłoby zastosować stabili−
zator LDO − LowDrop − Out). Przy tak ni−
skim poborze prądu spadek napięcia na ta−
kim elemencie może się zawierać w grani−
cach 0,15 − 0,2V. Jednakże takie proste roz−
wiązanie ma również dość istotną wadę − na−
leżałoby jakoś wyprowadzić zasilanie na ze−
wnątrz obudowy. Ponieważ nie jestem zwo−
lennikiem wystających przewodów, a nie
miałem zamiaru instalować dodatkowego
złącza na jednej z zaślepek, postanowiłem
wykorzystać napięcie +5V dostępne na
gnieździe GAMEPORT. Takie rozwiązanie
umożliwi również wykorzystanie propono−
wanego układu w sytuacji, gdy potrzebuje−
my napięcia o większej wartości niż dostęp−
ne w układzie.

Układ jest pojemnościową przetwornicą

napięcia, dostarczającą stabilizowane napię−
cie o wartości 12V. W przypadku potrzeby
uzyskania napięcia o innej wartości, układ
daje się łatwo zmodyfikować i umożliwia
uzyskanie napięcia o potrzebnej wartości.
Układ ten został wykonany wyłącznie z ele−
mentów łatwo dostępnych i o niskiej cenie.
Pomimo stosunkowo niewielkiej wydajności
prądowej przetwornicy, jestem pewien, że
Czytelnicy znajdą wiele interesujących i
przydatnych zastosowań tej konstrukcji.

Jak to działa?

Schemat prezentowanego układu przedstawio−
ny został na rysunku 1. Na schemacie można
wyróżnić trzy podstawowe bloki funkcjonalne:
− blok generatora, wykonany na bramkach

IC1A oraz IC1B,

− blok bufora/drivera mocy wykonany na

bramkach IC1C − IC1F, dostarczający
dwóch przebiegów prostokątnych, prze−
suniętych w fazie o 180 stopni, niezbęd−
nych do poprawnej pracy przetwornicy,

− układ czterokrotnego powielacza napię−

cia, wykonany na diodach D1−D4 oraz
kondensatorach C4, C5 i C8, dostarczają−
cy napięcie o wartości kilkunastu woltów
(zależnie od obciążenia).

Wydajność prądowa prezentowanego

układu zależy w znacznej mierze od wartości
pojemności użytych kondensatorów.

Jeżeli wymagane napięcie wyjściowe po−

winno charakteryzować się dużą stałością (w
moim przypadku nie okazało się to koniecz−
ne), lepiej jest zastosować przetwornicę po−
jemnościową ze stabilizacją napięcia wyj−
ściowego. Układy takie są dostępne w ofercie
wielu producentów. Założeniem prezentowa−
nej konstrukcji było umożliwienie wykona−
nia bardzo prostej przetwornicy z łatwo do−
stępnych elementów, bez specjalnych wyma−
gań co do jej parametrów. Należy pamiętać,
że żaden z zacisków wyjściowych nie jest
dołączony do masy wejściowej.

Ciąg dalszy na stronie 51.

Rys. 1 Schemat ideowy

Ciąg dalszy ze strony 50.

Montaż i uruchomienie

Prezentowany układ można zmontować na
płytce drukowanej pokazanej na rysunku 2.

Układ montujemy w typowy, wielokrotnie
opisywany sposób, zaczynając od diod i re−
zystorów, następnie montując kondensatory
i na koniec układy scalone. W przypadku te−
go układu nie należy stosować podstawki
pod układ HC04, ponieważ w czasie nor−
malnej pracy może się w nim wydzielać
dość znaczna moc, powodując wzrost tem−
peratury. Bezpośredni montaż układu scalo−
nego ułatwi jego chłodzenie. Ponieważ
układ ten był projektowany jako moduł do
wbudowania, nie przewidziano dla niego
żadnego typu obudowy. Jednak dzięki sto−
sunkowo niewielkim rozmiarom układu nie
powinno być dużych problemów ze znale−
zieniem odpowiedniego typu obudowy. Je−
żeli w danym zastosowaniu rozmiary układu
okażą się ciągle zbyt duże, układ można wy−
konać w wersji SMD.

Piotr Czarkowski

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Listopad 2002

Komplet podzespołów z płytką

jest dostępny w sieci handlowej AVT

jako kit szkolny AVT−2602

Wykaz elementów

R11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..2222kk

Ω

R22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..22,,22kk

Ω

C11,,C

C77 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000nnFF

C22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000µµFF//1166V

C33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..8822ppFF

C44,,C

C55,,C

C88 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..44,,77µµFF//1166V

C66 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..4477µµFF//1166V

D11−D

D44 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11N

N44114488

IIC

C11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..7744H

C0044

Rys. 2 Schemat montażowy

Okno na świat

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Listopad 2002

Do budowy tego urządzenia skłoniła

mnie żona – zapalona akwarystka.

Sterownik umożliwia utrzymanie sta−

łej, wcześniej nastawionej temperatu−

ry. Drugą przydatną funkcją jest stero−

wanie oświetleniem – można ustawić

godzinę włączenia i wyłączenia oświe−

tlenia. Poza tym na bieżąco wyświe−

tlany jest na przemian aktualny czas

oraz temperatura.

Opis układu
i programowanie

Schemat ideowy sterownika przedstawiony
został na rysunku 1, a schemat wyświetlacza
na rysunku 2. Urządzenie oparte jest o mi−
krokontroler AT89C4051. Do kontroli napię−
cia zasilania zastosowałem specjalizowany
układ resetu DS1812.

Program zawiera instrukcje obsługujące

zegar czasu rzeczywistego PCF8583 oraz
czujnik temperatury DS1820 wykorzystujący
tor 1WIRE. Procedury obsługujące te ele−
menty są standardowe, z jednym wyjątkiem.
W podprogramach Settime i Gettime obsłu−
gujących RTC−a w komórce o adresie 100
wpisywane są dane dotyczące czasu włącze−
nia, a pod adresem 110 dane dotyczące czasu
wyłączenia oświetlenia. W zależności od sta−
nu portu p1.0 włączany jest poprzez tranzy−
stor T1 przekaźnik sterujący oświetleniem.

Urządzenie obsługiwane jest czterema przy−

ciskami zdefiniowanymi w programie jako S1−
S4 (instrukcja Alias). W czasie trwania głównej
pętli programu Displaytime możemy za pomo−
cą S1 wejść w tryb ustawiania czasu (Settime:
S1 − ustawiamy godziny, S2 − minuty). Za po−
mocą S2 czas włączenia (Seton) i po naciśnię−

ciu S4 wyłączenia (Setoff) oświetlenia (usta−
wianie jak wyżej). Przycisk S3 służy natomiast
do ustawienia temperatury (Ustawtemp: S1
w górę, S2 w dół). Z każdego trybu wychodzi−
my, naciskając S4, lub, jeżeli w ciągu około 10
sekund nic nie naciśniemy, program po wyko−
naniu instrukcji For...Next (kiedy y=1500) sam
wyjdzie z opisanych wyżej podprogramów do
programu głównego (naciśnięcie przycisków
ustawiania powoduje wyzerowanie zmiennej
y, odraczając czas automatycznego opuszcze−
nia podprogramu). Dodatkowo dzięki wyko−
rzystaniu instrukcji Sound każde naciśnięcie
któregoś z przycisków S1−S3 potwierdzone
jest krótkim „bipkiem” (podprogram Shortsi−
gnal) lub po wyjściu z trybów ustawień (S4)
długim „bipkiem”(podprogram Longsignal).

((

))

1
2

SL1

SL4

SL6

SL5

250mA

F3 1A

TR1

−

1A\50V

C1
33p

C2
33p

220u

C4
470u

33p

100n

BC548

IC2
LM7805

1
2
3
4
5
6
7
8
9

IC1

AT89C4051

R2 10k

10k

R4
100k

R5
100k

1k
1k
1k

REL1

BAT1

SL2

VCC

+12

SL3

11MHz

REL2

1
2
3
4

IC4

PCF8583

32768Hz

R1
10k

LCD

1WIRE

SWTH

DIOD

MAIN

LGHT

HEAT

SL1
LCD DISPLAY

RST__

GND

VCC

IC3

DS1813

VCC

+12

R6
R7
R8

VCC

Rys. 1 Schemat ideowy sterownika

Do wizualizacji danych i stanu urządzenia

wykorzystany został wyświetlacz 16*1 (ze
względów ekonomicznych), który obsługi−
wany jest przez mikrokontroler na pinach do−
myślnie ustawionych w pakiecie BA−
SCOM8051. Zgodnie z ustaloną w progra−
mie pętlą (1 do 320) naprzemiennie (co ok. 5
sekund) wyświetlana jest aktualna tempera−
tura i czas. Dodatkowo dzięki zdefiniowaniu
dodatkowego znaku (coś na kształt lampki
z promykami) jako chr(0) na wyświetlaczu
możemy odczytać aktualny stan oświetlenia.
Przycisk S4 umożliwia włączanie i wyłącza−
nie oświetlenia, a także wyjście z funkcji au−
tomatycznego sterowania oświetleniem (pod−
programy Alon i Aloff).

Na płytce sterownika zamontowałem pod−

stawkę pod pamięć szeregową typu
AT24C04, gdzie na wypadek zaniku napięcia
przechowywane miały być ustawienia doty−
czące czasu i temperatury.

Jednakże po napisaniu procedur obsługu−

jących wspomnianą kostkę, okazało się, że
wielkość programu przekracza możliwości
„szczuplutkiej” AT89c4051. Już myślałem,

że nici z moich planów, kiedy to nagle przy−
szło „oświecenie”. Otóż przypomniałem so−
bie wykład 6 − Magistrala I

C (EdW9/00),

gdzie przedstawiono schemat blokowy
PCF8583. Jak wiosenna łączka zaszyta w ka−
wałku krzemu rozpościera się obszar wolnej
pamięci RAM (adres 0Fh−FFh) i grzechem
byłoby jej nie wykorzystać. Napisanie samej
procedury było już tylko wyjątkowo przy−
jemną formalnością. Zadeklarowałem pod−
program Gettemp obsługujący odczyt zapisa−
nej wcześniej temperatury oraz Settemp − po−
zwalający na zapisanie ustawionej tempera−
tury, jak również napisałem niezbędne proce−
dury. Linię programu ustalającą temperaturę
na 23

C (R=23) zastąpiłem poleceniem

odczytania zapamiętanej temperatury (call
gettemp). To wszystko! Zostaje nawet trochę
wolnej pamięci procesorka (!), a podstawka
pod pamięć szeregową jest już zbędna.

Doraźnie do obsługi temperatury przypo−

rządkowałem zmiennej r domyślną wartość
23 (23

C to optymalna temperatura dla ry−

bek akwariowych), a PCF8583 jest podłą−
czony do alternatywnego źródła zasilania (3

voltowej bateryjki
litowej). Tak więc
po włączeniu za−
silania głównego
„zegarek”

cały

czas trzyma... czas,
a

temperatura

w akwarium utrzy−
mywana jest na
poziomie

mniej

więcej 23

C. Mniej

więcej, bo wpro−
wadziłem 0,5 stop−
niową

histerezę

(E=R – 0,5) zapobiegając w ten sposób drga−
niom styków przekaźnika sterowanego z portu
p3.0 przez tranzystor T2.

Temperaturę można

regulować w zakresie 0−
99

C, dlatego nazwałem

moje urządzenie „Sterow−

nik (niekoniecznie) akwariowy”. Urządzenie
można także wykorzystać do „regulacji cie−
pła” w domu.

Opisany program przetestowałem na płyt−

ce testowej AVT−2500. Program działa bez
zarzutu.

Płytki drukowane sterownika i wyswietla−

cza przedstawione zostały na rysunkach 3 i 4.

Listing programu w formacie Bascoma

można ściągnąć ze strony internetowej EdW
http://www.edw.com.pl/library/pliki/stera−
kri.zip

Remigiusz Idzikowski

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Listopad 2002

Rys. 2 Schemat ideowy wyświetlacza

Rys. 3 Schemat montażowy sterownika

Wykaz elementów

Sterownik
R

R11−R

R33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1100kk

Ω

R44,,R

R55 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000kk

Ω

R66−R

R88 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11kk

Ω

C11,,C

C22,,C

C55 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..3333ppFF

C33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..222200µµFF//99V

C44 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..447700µµFF//1166V

C66 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000nnFF cceerraam

miicczznnyy

B11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..m

moosstteekk 11A

A\\5500V

D11−D

D44 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11N

N44114488

Q11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1111M

Hzz

Q22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..3322776688H

Hzz

TT11,,TT22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..B

C554488

IIC

C11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..A

ATT8899C

C44005511

IIC

C22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..LLM

M77880055

IIC

C33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..D

S11881133

IIC

C44 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..P

CFF88558833

IIC

C55 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..D

S11882200

REELL11 R

REELL22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..pprrzzeekkaaźźnniikk 1122V

V S

DTT,,

nnpp.. G

G22R

R−11−1122D

C ffiirrm

myy O

TTR

R11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..TTS

S22//1144

FF11

.. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..

bbeezzppiieecczznniikk 225500m

FF22,,FF33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..bbeezzppiieecczznniikk 11A

FF11−FF33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..ggnniiaazzddaa bbeezzppiieecczznniikkoow

wee ddoo ddrruukkuu

JJ11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..jjuum

mppeerr

SLL44− S

SLL66 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..A

K22

SLL22,,S

SLL33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..ggnniiaazzddoo ggoollddppiinn 44P

PIIN

N FF

SLL77 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..ggnniiaazzddoo ggoollddppiinn 1166P

PIIN

N FF

ATT11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..bbaatteerriiaa lliittoow

waa 33V

Wyświetlacz
R

R11,,R

R22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1100kk

Ω

TT11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..B

C554488

G11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..ppiieezzoo

D11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..LLEED

D zziieelloonnaa

D22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..LLEED

D cczzeerrw

woonnaa

D33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..LLEED

D żżóółłttaa

D44 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11N

N44114488

S11−S

S44 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..m

miikkrroossw

wiittcchh

SLL11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..ggnniiaazzddoo ggoollddppiinn P

PIIN

N1166 FF ((22 sszztt..))

HLL11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..zzłłąącczzee ggoollddppiinn P

PIIN

N1166 M

M ((22 sszztt..))

HLL22,,H

HLL33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..zzłłąącczzee ggoollddppiinn P

PIIN

N44 M

Wyyśśw

wiieettllaacczz aallffaannuum

meerryycczznnyy LLC

D 1166**11 lluubb 1166**22

Komplet podzespołów z płytką jest dostępny w sieci handlowej AVT

jako kit szkolny AVT−2493

Rys. 4 Schemat montażowy

wyświetlacza

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Listopad 2002

Radiowe służby profesjonalne już kilka lat
temu odeszły od wykorzystywania telegrafii
Morse'a, ale emisja ta jest nadal wykorzysty−
wana w praktyce krótkofalarskiej. Znajo−
mość odbioru i nadawania telegrafii (CW)
jest obowiązkowa dla kandydatów zgłasza−
jących się na egzamin na świadectwo radio−
operatora kat I. Z tego też względu chcemy
pomóc chętnym w opanowaniu CW.

Choć zbudowanie generatora do samo−

dzielnej nauki telegrafii nie jest trudne, to
jednak sama nauka musi być prowadzona
według pewnych, ustalonych zasad.

Najprostszym sposobem na uzyskanie sy−

gnałów m.cz. jest wykorzystanie dostępnych
generatorów m.cz. lub nawet buzzerów, np.
z oferty handlowej AVT. W zasadzie do nau−
ki nadawania alfabetem Morse'a dobre będzie
dowolne źródło sygnału w zakresie częstotli−
wości 400Hz−1000Hz (według upodobań),
gdzie można wprowadzić przerywanie obwo−
du zasilania kluczem telegraficznym. Najwy−
godniej jest kupić fabryczny klucz sztorcowy,
np. z demobilu, ale na początek wystarczy
zwieracz w postaci dźwigni dwustronnej, wy−
konany z dostępnych materiałów.

Zbudowanie dwóch zestawów oddalo−

nych od siebie, np. wg rysunku 1, sprawi,
że nauka z drugą zaprzyjaźnioną osobą może
dać lepsze wyniki niż nauka samodzielna.
Można wtedy prowadzić „normalną łącz−
ność” poprzez wystukiwanie całych zdań
(sposobem jawnym) lub za pośrednictwem
kodu, np. krótkofalarskiego CQ stosowanego
na pasmach telegraficznych.

Jak wiadomo, cały sekret w zastosowaniu

alfabetu Morse'a polega na umiejętnym opa−
nowaniu sztuki odbierania i nadawania za
pośrednictwem sygnałów dźwiękowych
w postaci tak zwanych „kresek” i „kropek”.

Oczywiście najlepiej i najłatwiej jest zdo−

być podstawy nauki CW na kursach radiote−
legrafistów. Jeden z takich kursów organizu−
je aktualnie Klub Krótkofalarski w Piekarach
Śląskich (szczegóły są podane w Świat Radio
10/02). Również posiadacze komputerów
mogą użyć jednego z wielu programów do
nauki CW (dostępne także w Internecie).
Można nabyć z ogłoszeń, np. w naszym mie−
sięczniku, jedną z oferowanych płyt CD czy
nawet kaset magnetofonowych i użyć zwy−
kłego, domowego odtwarzacza.

Na początek jednak nieco wiadomości te−

oretycznych. Alfabet Morse'a pochodzi od na−
zwiska amerykańskiego wynalazcy Samuela
Morse'a (1791−1872), który jako pierwszy
w latach 1835−38 zbudował praktyczny tele−
graf elektromagnetyczny, a następnie w 1840
roku stworzył dla niego alfabet telegraficzny.
Alfabet, podobny do używanego dzisiaj,
z kropkami i kreskami oraz odstępem o jedna−
kowej długości, został wprowadzony po raz
pierwszy przez Niemca o nazwisku Gerke
w 1848 roku. Ostateczna postać alfabetu Mor−
se'a została przyjęta przez Międzynarodowy
Związek Telegraficzny w 1865 roku i prze−
trwała do dzisiaj.

Alfabet telegraficzny jest swoistym ko−

dem, którego zasadnicze właściwości pole−
gają na tym, że:
− każdy znak telegraficzny składa się z różnej
liczby elementów, a więc kombinacji, które
się nie powtarzają,
− długość poszczególnych elementów, jak
również i znaków telegraficznych, jest różna,
− odległość (odstęp) między elementami zna−
ku oraz samymi znakami jest stała.

Każdy znak telegraficzny to różne kombi−

nacje krótkich elementów, które przyjęto na−
zywać „kropką” (krótki dźwięk, słuchowo
„ti”), dłuższych elementów, które przyjęto

nazywać „kreską” (dłuższy dźwięk, słucho−
wo „ta”) i odstępów między nimi.

Przyjmując za jednostkę wymiaru „krop−

kę”, ustalono, że długość kreski równa się
trzem kropkom, odległość między kropkami
i kreskami w znaku telegraficznym równa się
jednej kropce, odległość między znakami
równa się trzem kropkom, a między słowami
(grupami) − pięciu kropkom.

Współczesne metody nauki radiotelegrafii

kładą szczególny nacisk na to, aby uczący się
odbierał nadawane znaki (sygnały) telegra−
ficzne słuchowo nieco wcześniej, aniżeli
uzmysłowi sobie ich kształt wzrokowo. Ozna−
cza to, że sygnały telegraficzne trzeba naj−
pierw usłyszeć w całości, zanim się je „zoba−
czy” (tzn. policzy kombinację „kresek” i „kro−
pek”). Telegrafista mówi o melodii znaków,
a nie ich wyglądzie: litera „S” to „ti−ti−ti”
(a nie „trzy kropki”). Z tego też powodu wska−
zane jest, aby pierwsze próby nauki, zarówno
w nadawaniu, jak i odbiorze, były wykonywa−
ne pod okiem doświadczonego telegrafisty.

Oczywiście telegrafii nie można się nau−

czyć szybko. Jednym z błędów popełnianych
przez początkujących radioamatorów jest
chęć nauczenia się wszystkiego w ciągu kil−
ku dni czy tygodni. Nauka telegrafii polega
jednak na wyrabianiu odruchów, a to wyma−
ga dłuższego czasu, nawet pół roku.

W każdym razie naukę telegrafii najlepiej

trenować systematycznie, średnio po około
pół godziny dziennie.

Z praktyki wiadomo, że najważniejsza

jest regularność i z tego względu powinno się
ćwiczyć codziennie, według ustalonej kolej−
ności znaków.

Kolejność opanowania znaków obowią−

zująca na kursach jest następująca:
abs/tg/jn/ok/qf/mz/ix/dr/he/wl/yp/vc/u/82/91
/73/16/50/?!/=/ (znaki łamania dzielą po−
szczególne porcje liter).

Zalecana jest taka, a nie inna kolejność,

gdyż znaki dobrano na zasadzie ich niepodo−
bieństwa.

Ciąg dalszy na stronie 59.

Rys. 1

Podstawy

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Listopad 2002

Ciąg dalszy ze strony 51.

Poniżej zamieszczamy litery i cyfry alfa−

betu Morse'a w kolejności zalecanej podczas
nauki:

ti−ta

ta−ti−ti−ti

ti−ti−ti

ta−ta−ti

ti−ta−ta−ta

ta−ti

ta−ta−ta

ta−ti−ta

ta−ti−ta−ta

ta−ta

ti−ti−ta−ti

ta−ta−ti−ti

ti−ti

ta−ti−ti−ta

ta−ti−ti

ti−ta−ti

ti−ti−ti−ti

ti−ta−ta

ti−ta−ti−ti

ta−ta−ti−ta

ti−ta−ta−ti

ti−ti−ti−ta

ta−ti−ta−ti

ti−ti−ta

ti−ti−ta−ta−ti−ti

ta−ta−ti−ti−ta−ta

ta−ti−ti−ti−ta

ta−ti−ti−ta−ti

ta−ta−ta−ti−ti

ti−ti−ta−ta−ta

ti−ta−ta−ta−ta

ta−ta−ta−ta−ti

ti−ti−ti−ta−ta

ta−ta−ti−ti−ti

ta−ti−ti−ti−ti

ti−ti−ti−ti−ta

ti−ti−ti−ti−ti

ta−ta−ta−ta−ta

Choć było to napisane wcześniej, przypo−

minamy: w każdym znaku telegraficznym
„kropki” to krótkie dźwięki („ti”), zaś „kre−
ski” to dźwięki trzykrotnie dłuższe od kropek
(„ta”). Odległość między kropkami i kreska−
mi równa się jednej kropce, między znakami
równa się trzem kropkom, a między słowami
(grupami) − pięciu kropkom.

Przed nauką nadawania dobrze jest skon−

sultować sposób trzymania klucza. W klubie
łączności telegrafista może pokazać, w jaki
sposób trzyma się prawidłowo klucz i jaka
powinna być praca nadgarstka.

Na zamieszczonym zdjęciu (SQ9FMU

podczas łączności ze szczytu Babiej Góry)
widać poprawne ułożenie palców radioopera−
tora na gałce klucza telegraficznego.

Podczas nauki odbioru znaków telegra−

ficznych warto przestrzegać następujących
zasad:
− nadawanie tekstów ćwiczebnych może pro−
wadzić tylko wykwalifikowany radiotelegra−
fista (osoba znająca alfabet Morse'a),
w przeciwnym razie, na skutek błędnego lub
niedokładnego nadawania, osoba szkolona

nabierze złych przyzwyczajeń, które
w późniejszym toku nauki jest bardzo trudno
wyeliminować;
− nie wolno przystępować do nauki nadawa−
nia, zanim nie potrafi się prawidłowo odbie−
rać wszystkich znaków telegraficznych;
− dobrze jest do nauki wykorzystać odpowie−
dni program komputerowy lub skorzystać
z nagranych na kasetę magnetofonową tek−
stów kontrolnych;
− pamiętać należy, że dobrze jest uczyć się
w grupach kilku−, kilkunastoosobowych, ze
względu na dodatkową motywację do nauki;
− nauczanie telegrafii jest procesem żmud−
nym, długotrwałym i trudnym − zwykle trwa
około 3 miesięcy przy założeniu treningu 2
razy w tygodniu po 2 godziny lekcyjne;
− podczas nauki wystąpi kilka razy zjawisko
„totalnego mieszania się całego materiału”;
nie należy się tym zrażać, trzeba przetrwać
ten okres, a po pewnym czasie treningu sytu−
acja będzie opanowana;
− po opanowaniu odbioru znaków telegraficz−
nych można przejść do nauki nadawania w se−
kwencji: klucz sztorcowy, klucz półautoma−
tyczny (tzw. BUG), a na końcu klucz elektro−
niczny (tzw. manipulator dwudźwigniowy).

Zaleca się, aby nauka odbioru znaków al−

fabetu Morse'a odbywała się z prędkością
około 5 grup/min. (taka obowiązuje na egza−
minie). Na pasmach to tempo okaże się zbyt
wolne, szczególnie podczas zawodów, gdzie
liczy się liczba nawiązanych łączności. Ale
to praktyka czyni mistrza!

Andrzej Janeczek

Podstawy

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Listopad 2002

Zaniki napięcia sieciowego 220V zdarzają się
zawsze. Można rozważać jedynie, gdzie wy−
stępują częściej i jak długo trwają. Dla jed−
nych chwilowy brak zasilania jest „do wytrzy−
mania”. Pozostałym, nawet kilkusekundowe
zaniki napięcia mogą wyrządzić mniejsze lub
większe szkody. Jako przykład szkody można
wymienić, np. utratę danych. Użytkownicy
komputerów rozumieją doskonale co to ozna−
cza. Nagłe wyłączenie komputera w trakcie
pisania programu czy ważnego tekstu lub two−
rzenia bazy danych może być bardzo nieprzy−
jemne. Nie wszystkie programy oferują funk−
cję autozapisu co kilka minut. A jeśli nawet, to

zapominamy odpowiednio je skonfigurować
czy włączyć. Programy pracujące pod poczci−
wym DOS−em rzadko kiedy taką funkcję ofe−
rują. W przypadku zaniku zasilania efekt na−
szej pracy nie zostaje zapisany. Niekiedy mo−
że dojść do całkowitej utraty pliku.

Przezorniejsi i zasobniejsi finansowo

użytkownicy komputerów zaopatrują się
w specjalny zasilacz – tzw. UPS (z ang.
Uninterruptible Power Supply). Produkuje
się kilka jego odmian, różniących się nieco
budową wewnętrzną i ceną.

Głównym zadaniem każdego zasilacza

awaryjnego UPS jest podtrzymanie napięcia

zasilania 220V (zasilającego np. komputer,
serwer, itd.) przez co najmniej kilka minut.
Dzięki temu użytkownik może spokojnie za−
pisać stan swojej pracy na dysku twardym,
zakończyć działanie uruchomionych progra−
mów, prawidłowo wyjść z systemu i wyłą−
czyć komputer.

Opisany w niniejszym artykule UPS nale−

ży do klasy najprostszych konstrukcyjnie,
spełniających jednak swoje podstawowe
zadanie. Jest to konstrukcja przykładowa,
dostosowana do potrzeb komputera autora.

Rys. 1

−

W urządzeniu występują wysokie napięcia groźne dla życia i zdrowia. Osoby niepełnoletnie mogą wykonać urządzenie tylko pod opieką wykwalifikowanych opiekunów.

Opis układu

Opisywany zasilacz UPS składa się z kilku
nieskomplikowanych modułów. Schemat
ideowy całej konstrukcji przedstawia rysu−
nek 1. Zasada działania niżej opisanego
UPS−a jest łatwa do zrozumienia. Gdy w sie−
ci energetycznej obecne jest napięcie, aku−
mulator żelowy 12V jest stale ładowany pro−
stą ładowarką buforową, która jest tutaj ni−
czym innym jak stabilizatorem napięcia. Jej
konstrukcja opiera się na stabilizatorze U1.
Akumulator ładowany jest do czasu osiągnię−
cia na jego zaciskach napięcia równego
napięciu wyjściowemu stabilizatora powięk−
szonego o napięcie przewodzenia czerwonej
diody LED D1 (około 1,8V), która pełni jed−
nocześnie rolę wskaźnika obecności napięcia
sieciowego. Maksymalny prąd ładowania
jest ograniczony prądem dopuszczalnym U1,
stopniem rozładowania akumulatora (im
większe tym mniejsza rezystancja wewnętrz−
na i większy prąd), wydajnością TR1. U1 do−
puszcza maksymalnie przepływ prądu około
1A dla wersji standardowej stabilizatora
(7812), 2A dla 78S12, 3A dla 78T12. Napię−
cie na zaciskach naładowanego akumulatora
pracującego w zasilaczu UPS powinno
wynosić

2,23÷2,33V/ogniwo

czyli

6x2,23÷2,33= 13,38÷13,98V.

Prosta ładowarka spełnia ten warunek.

W egzemplarzu modelowym na wyjściu za−
stosowanego stabilizatora U1 oraz diodę
LED D1, napięcie wyjściowe wynosiło
13,8÷13,9V w zależności od temperatury
struktury U1. W miarę wzrostu napięcia aku−
mulatora stabilizator będzie stopniowo
zmniejszał prąd ładowania. Gdy akumulator
zostanie naładowany przepływać przez niego
będzie prąd konserwujący rzędu kilkudzie−
sięciu mA. Dzięki takiemu działaniu tej pro−
stej ładowarki akumulator będzie stale utrzy−
mywany w stanie naładowanym.

Zanik napięcia sieciowego spowoduje

wyłączenie dotychczas włączonego przeka−
źnika REL1. Efektem czego będzie przełą−
czenie jego styków. Tym samym akumulator
zostanie odłączony od ładowarki i przyłączo−
ny do przetwornicy podwyższającej napięcie
(z 12V na około 220V/50Hz). Odtąd przyłą−
czony do UPS−a komputer będzie z niej zasi−
lany. Przedstawiona na schemacie przetwor−
nica jest chyba najprostszą z możliwych.
Głównymi jej elementami są układ scalony
U2 oraz tranzystory MOSFET T1 i T2. U2 to
popularny, uniwersalny generator CMOS. Tu
pracujący jako astabilny.

Użytkownik UPS−a powinien być infor−

mowany o fakcie zaniku napięcia w sieci
energetycznej. Dzięki takiej informacji szyb−
ko zorientuje się, że komputer jest zasilany
ze źródła awaryjnego (tj. akumulatora).
W związku z tym należy niezwłocznie zapi−
sać na dysku twardym efekt swojej pracy
oraz poprawnie zamknąć wszystkie otwarte
aplikacje i wylogować się z systemu opera−

cyjnego. Dopiero po tych czynnościach trze−
ba wyłączyć UPS (służy do tego wyłącznik
W1) i tym samym komputer. Od tego mo−
mentu czekać na ponowne pojawienie się
prądu w sieci 220V. O przełączeniu w tryb
zasilania awaryjnego informuje tylko jeden
element – generator piezo Q1. Jest on stero−
wany za pomocą jednego z czterech styków
przełącznych przekaźnika REL1. W momen−
cie zaniku napięcia generator jest przyłącza−
ny równolegle do kondensatora C1. Energia
w nim zgromadzona wystarczy na kilkuse−
kundowe zasilanie Q1.

Montaż i uruchomienie

Pod względem elektronicznym zaprezentowa−
ny w niniejszym artykule UPS jest nieskom−
plikowany. Montaż zaczynamy od wlutowa−
nia w płytkę drukowaną wszystkich podze−
społów, których symbole są widoczne na ry−
sunku 2. Pod układ scalony U2 zaleca się dać
podstawkę. Diody D1 nie należy lutować bez−
pośrednio w płytkę, lecz za pośrednictwem
około dziesięciocentymetrowego odcinka izo−
lowanego przewodu niskonapięciowego.
W pozostałe punkty lutownicze o średnicy
otworów równej 2mm lutujemy około 30−cen−
tymetrowe odcinki izolowanych przewodów
sieciowych o średnicy 1,5÷2mm („linka”).

Teraz nieco trudniejsze zadanie. Należy

dobrać wielkość obudowy. Powinna ona być
na tyle duża, aby poza płytką zmieściły się
w niej nieuwzględnione na płytce elementy:
TR1, TR2, REL1, W1, G1, G2, gniazda bez−
piecznikowe, LED D1, dwa gniazda, np. „ba−
nanowe” do przyłączania akumulatora na ze−
wnątrz obudowy. Takie rozwiązanie ma tę
zaletę, że w razie niekorzystania z kompute−
ra (tym samym UPS−a) akumulator można
odłączyć bez rozkręcania obudowy i zastoso−
wać do innych celów.

Po dobraniu obudowy przystępujemy do

wmontowania w nią zmontowanej płytki dru−
kowanej. Należy ją przykręcić przy pomocy
śrub z nakrętkami przeciągniętymi przez dwa
3−milimetrowe otwory płytki oraz odpowia−
dające im otwory wywiercone np. w dnie
obudowy. Aby strona lutowania płytki nie
stykała się z metalowym dnem obudowy, na
przeciągnięte przez otwory obudowy śruby
trzeba nakręcić 2−3 nakrętki.

Do przykręcenia transformatora toroidal−

nego TR2 wystarczy jedna, dłuższa śruba
z nakrętką. W bocznych ściankach obudowy
należy wykonać wiertarką otwory umożli−
wiające osadzenie w nich diody LED, gniazd
bezpiecznikowych i zasilania oraz wyłączni−
ka W1.

Elementy T1, T2, U1 zostały wlutowane

blisko jednego z dłuższych brzegów płytki.
Dzięki temu możliwe jest ich przykręcenie
do ścianki obudowy (wywiercić 3 otwory

∅

3mm i przykręcić śrubami z nakrętkami).

Cała obudowa jest metalowa. Spełnia tym sa−
mym rolę radiatora. Przed przykręceniem T1,
T2, U3 − należy pod elementy te podłożyć
podkładki silikonowe i przekładki izolacyjne
(pokryć z obu stron pastą silikonową − najle−
piej białą o podwyższonej przewodności
cieplnej, tj. typu „H”). Celem tych zabiegów
jest odizolowanie elektryczne T1, T2, U1 od
siebie i od obudowy.

Po przykręceniu w/w podzespołów do

obudowy przystępujemy do łączenia ich ze
sobą zgodnie ze schematem. Czynność łącze−
nia przeprowadzamy przy pomocy izolowa−
nych odcinków przewodów sieciowych tego
typu, jak wystające z płytki. Stosujemy zasa−
dę jak najkrótszych połączeń, wówczas są jak
najmniejsze spadki napięć.

Na końcu łączymy wszystkie przewody

wychodzące z płytki z elementami, które zna−
lazły się poza płytką. Właśnie

czynności łą−

czenia przewodów z podzespołami UPS−a wy−
magają wzmożonej uwagi od montującego.
Dlatego ten końcowy etap montażu powinna
przeprowadzać osoba doświadczona w tego
typu pracach. Byłoby dobrze, gdyby istniała
możliwość skontrolowania poprawności mon−
tażu ze schematem przez taką osobę.

Po zmontowaniu zasilacz awaryjny UPS

należy podłączyć zgodnie z rysunkiem 3
(wariant I). Następnie włączyć włącznik W1
na obudowie UPS−a (odtąd z komputera
można już normalnie korzystać). Od tego
momentu należy poczekać na pełne nałado−
wanie akumulatora. W zależności od pojem−
ności, aktualnego stopnia rozładowania
zastosowanego akumulatora i mocy TR2
będzie to trwało kilkanaście − kilkadziesiąt
godzin. Na wszelki wypadek warto poczekać
2−3 dni na pełne naładowanie. Po całkowi−
tym naładowaniu akumulatora pora przepro−
wadzić „test generalny”:
– Uruchamiamy komputer, następnie otwie−
ramy jakąś aplikację, np. edytor tekstu.

Forum Czytelników

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Listopad 2002

Rys. 2

Wyciągamy teraz kabel zasilający UPS
z gniazda sieciowego. Komputer powinien
nadal działać bez zarzutu, tj. obraz na moni−
torze musi być wciąż widoczny, a urucho−
miona aplikacja nie może „zawieszać się”.
Przeprowadzamy teraz próbę zapisu na dysk
twardy. Gdy czynność ta powiedzie się,
a komputer będzie można poprawnie wylo−
gować z systemu – nasz UPS zdał egzamin.
Jeśli prawidłowo dobraliśmy moc transfor−
matorów (zwłaszcza TR1, zbyt słaby TR2
w przypadku niewielkiego „niedoszacowa−
nia” oznaczać będzie dłuższy czas ładowania
akumulatora) i pojemność akumulatora (zbyt
„nędzny” nie będzie w stanie podtrzymać
wystarczająco długo napięcia zasilania kom−
putera) UPS przejdzie wspomniany test
w zdecydowanej większości przypadków.

Co jednak zrobić, jeśli nie udało się nam

dobrać dostatecznych parametrów użytych
transformatorów i akumulatora? Nie każde−
go będzie stać w takiej sytuacji na wymianę
tych elementów na inne, wydajniejsze. Nic
straconego. Istnieje wciąż szansa na korzy−
stanie z dobrodziejstw UPS−a. Pod jednym
warunkiem: zgadzamy się na wariant
„oszczędnościowy” (zob. rys. 3−wariant II).
Polegać on będzie na niepodłączaniu do zbyt
mało wydajnego UPS−a monitora. Skutko−
wać to będzie wprawdzie wyłączeniem się
monitora w razie zaniku napięcia sieciowe−
go, jednak nadal możliwe będzie zapisanie
na dysku twardym stanu naszej pracy, np.
pliku pisanego w arkuszu kalkulacyjnym.
Wystarczy, ze spiszemy na kartce skróty kla−
wiaturowe uruchamiające zapis i wyjście
z programów, z których korzystamy. Kartkę
taką warto będzie mieć zawsze w pobliżu
komputera. W razie zaniku napięcia siecio−
wego wciskamy kombinacje klawiszy pro−
gramu odpowiadające za zapis, z którego ak−

tualnie korzystaliśmy – przykładowo dla
WordPada Windows (i wielu innych progra−
mów) będzie to Ctrl+S. Za zamknięcie pro−
gramu działającego pod systemem Windows
odpowiada skrót lewy Alt+F4. Ten sam skrót
odpowiada za włączenie okna zamykania sy−
stemu – wystarczy wtedy wcisnąć Enter, aby
Windows został poprawnie zamknięty. Gdy
to nastąpi (objaw: LED sygnalizująca pracę
dysku twardego gaśnie) można wyłączyć
UPS i tym samym zasilany za jego pośre−
dnictwem komputer.

Decydując się na ten oszczędnościowy

wariant zasilacza UPS warto przed jego
podłączeniem przećwiczyć zapisywanie pli−
ków i zamykanie aplikacji/systemu przy po−
mocy skrótów klawiaturowych.

Wariant „oszczędnościowy” mogą wyko−

nać także te osoby, których komputer po−
biera dość znaczną moc z sieci 220V. W ta−
kiej sytuacji dołączenie „prądożernego”,
standardowego monitora dodatkowo
zwiększałoby pobór mocy. Wymagałoby
to poniesienia większego wydatku związa−
nego z nabyciem wystarczająco „mocne−
go” transformatora i akumulatora. W do−
brej sytuacji będą posiadacze energoo−
szczędnych monitorów z ekranem ciekło−
krystalicznym (LCD). Niestety te są nadal
dość kosztowne. Na wydajny wariant
UPS−a mogą pozwolić sobie też ci, którzy
jako akumulator zamierzają wykorzystać
dość niedrogi akumulator samochodowy,
np. jego najmniejszą wersję o pojemności
rzędu 36Ah. Jest on wprawdzie dość duży
i ciężki, dysponuje jednak znaczną pojem−
nością. W przypadku, gdy UPS będzie pra−
cował jako stacjonarny nie ma to większe−
go znaczenia.

W najgorszej sytuacji będą Ci, którzy

„grubo”

niedoszacowali

elementów

TR1,TR2 lub/i akumulatora. Wtedy pro−

blemu nie rozwiąże nawet w/w wariant. Ko−
nieczne będzie zaopatrzenie się w podzespo−
ły o wystarczających parametrach i najpraw−
dopodobniej nabycie/wykonanie większej
obudowy.

Uwagi końcowe

Jeśli obudowa nie będzie w stanie odprowa−
dzić nadmiaru ciepła z T1,T2, trzeba zastoso−
wać większą lub/i dodatkowe radiatory. Za−
stosowane MOSFET−y T1,T2 charakteryzują
się niską rezystancją w stanie otwarcia
(0,04

Ω

) co pozwala na przenoszenie dużych

mocy przy stosunkowo niewielkim nagrze−
waniu struktury tranzystora. Maksymalnie
mogą przenosić prądy do 30A. Uwzględnia−
jąc pewną rezerwę i zakładając, że moc strat
zostanie skutecznie odprowadzona (maksy−
malna temperatura złącza Tj

max

=150

C) moż−

na przyjąć, że pozwoli to na sterowanie trans−
formatorem TR1 o mocy do 400−500W.

Jak najprościej dobrać wystarczającą

moc transformatora TR1? Wystarczy w tym

celu, szeregowo z wtykiem zasilania kompu−
tera, wraz z monitorem włączyć jakikolwiek
multimetr uniwersalny ustawiony na zakres
pomiaru prądu zmiennego 2−20A. Otrzyma−
ny wynik z multimetru trzeba przeliczyć na
moc w watach. Szacunkowo można przyjąć,
że przepływ prądu (zużywanego przez ze−
staw komputerowy) 0,45A wymaga zastoso−
wania jako TR2 transformatora o mocy
100W. Ze względu na wysoką sprawność
i stosunkowo nieduże wymiary (oraz łatwość
zamocowania) zalecam użycie transformato−
ra toroidalnego.

Czynność pomiaru prądu po−

winna wykonywać doświadczona osoba do−
rosła

(pomocą będzie rysunek 4). Dlatego

początkujący lub/i niepełnoletni powinni

Forum Czytelników

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Listopad 2002

Rys. 3

Rys. 4

Wykaz elementów

R11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000kk

Ω

C11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..22220000

µµ

FF//2255V

C22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..4477nnFF M

KTT

R11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..K

P0088 ((22A

A//880000V

V,, ppiioonnoow

wyy))

D11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..LLEED

D cczzeerrw

woonnaa 55−1100m

U11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..ssttaabbiilliizzaattoorr 77881122 ((II

maaxx

==11A

A)),,

7788S

S1122 ((II

maaxx

==22A

A)),, 7788TT1122 ((II

maaxx

==33A

A,, w

wtteeddyy B

R11 nnaa 33A

A))

TT11,,TT22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..B

UZZ1111((5500V

V//3300A

A//00,,0044

Ω

))

U22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..C

D44004477 ((M

Y7744004477))

Pozostałe
B

B11,, B

B22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..22A

A//225500V

V W

WTTA

A–

–TT

TTR

R11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..TTS

STT 110000//3355 ((22xx1100V

V//55A

A ttoorrooiidd)) lluubb iinnnnyy

–

– ppaattrrzz tteekksstt

TTR

R22 .. .. .. .. .. .. .. .. ..TTS

S 1188//B

B11 ((1122V

V//11A

A)) lluubb iinnnnyy –

– ppaattrrzz tteekksstt

Q11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..ggeenneerraattoorr ppiieezzoo H

M11221122 lluubb ppooddoobbnnyy

G11 .. .. .. .. .. ..ggnniiaazzddoo ddoo kkoom

mppuutteerroow

weeggoo kkaabbllaa zzaassiillaajjąącceeggoo

((zz uuzziieem

miieenniieem

m))

G22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..ggnniiaazzddoo ssiieecciioow

wee zz bboollcceem

m uuzziieem

miiaajjąąccyym

W11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..22xx1100A

A//225500V

V ((w

wyyłłąącczznniikk zz zzaassiillaacczzaa A

ATT

lluubb ppooddoobbnnyy))

Akkuum

muullaattoorr 1122V

V//77A

Ahh ((ppaattrrzz tteekksstt))

Gnniiaazzddaa bbeezzppiieecczznniikkoow

wee ((w

wkkrręęccaannee w

w oobbuuddoow

węę))

Pooddssttaaw

wkkaa D

DIIP

P1144

Prrzzeew

wóódd zzaassiillaajjąąccyy ((zz uuzziieem

miieenniieem

m)) ddoo kkoom

mppuutteerraa

REELL11:: R

R1155,, w

weerrssjjaa –

– 44P

DTT 1100A

A//225500V

V ((44 ssttyykkii pprrzzeełłąącczznnee))

Obbuuddoow

waa m

meettaalloow

waa − ddoobbrraaćć ddoo w

wiieellkkoośśccii zzaassttoossoow

waannyycchh

TTR

R11 ii TTR

R22

Gnniiaazzddaa ii w

wttyykkii bbaannaannoow

wee ((ddoo pprrzzyyłłąącczzaanniiaa aakkuum

muullaattoorraa))

poprosić o pomoc znajomego elektryka czy
elektronika.

Model prototypowy zasilacza awaryjnego

UPS z typami transformatorów TR1,TR2
i akumulatora jak w wykazie podzespołów
był testowany do podtrzymywania zasilania
komputera o następującej konfiguracji: płyta
główna MVP4 (zintegrowane grafika +
dźwięk + modem), procesor 6x86MX
PR166, dysk twardy Seagate Medalist
6,4GB, stacja dyskietek 1,44MB, pamięć
RAM 64MB/PC133, mysz, klawiatura stan−
dardowa, monitor 15’ 800x600.

Pobór prądu przez komputer w w/w konfi−

guracji wynosił maksymalnie 0,22A (włącze−
nie zasilania). Typowo podczas uruchamiania
systemu operacyjnego Windows ME i korzy−
stania z aplikacji tekstowo–graficznych:
0,16÷0,20A (z monitorem 0,35÷0,43A). Naj−
nowsze komputery stacjonarne, z superszyb−
kimi (czytaj: energochłonnymi) procesorami
i kartami grafiki, będą wymagały wydajniej−
szego transformatora TR1. Być może okaże
się konieczne zastosowanie pojemniejszego
akumulatora (w modelu dla TR1=100W uży−
to żelowego o pojemności 7Ah), a co za tym
idzie większego TR2.

Maksymalny prąd zastosowanego stabili−

zatora U1 wynosi, w zależności od wersji

(katalogowo) 1÷3A Jeśli transformator TR1
będzie dysponował odpowiednią mocą, po−
zwoli to na naładowanie w ciągu kilkunastu−
kilkudziesięciu godzin całkowicie rozłado−
wanego akumulatora o pojemności do
15÷60Ah. W praktyce czas ten będzie dużo
krótszy, gdyż akumulatory zwykle są jedynie
częściowo rozładowane. Poza tym szybka re−
akcja użytkownika na sygnał przejścia na za−
silanie awaryjne (dźwięk z generatora Q1)
spowoduje jedynie niewielkie rozładowanie
akumulatora przez przetwornicę UPS−a.
Orientacyjne parametry transformatora TR2:
napięcie wyjściowe
12÷15V mierzone pod
obciążeniem

prądu

wynoszącego 1/10 po−
jemności akumulato−
ra. Jeśli akumulator
ma pojemność więk−
szą niż 20...30Ah, to
należy

zastosować

wersję 78S12,78T12
i odpowiednio więk−
szy TR1 dla maksy−
malnego prądu łado−
wania 2÷3A.

Dobierając akumu−

lator bezpiecznie bę−

dzie przyjąć, aby jego pojemność nominalna
była porównywalna z wielkością prądu po−
bieranego z sieci przez zestaw komputerowy.
Minimalne wymaganie jest takie, aby pojem−
ność akumulatora była wystarczająca do pod−
trzymania zasilania przez co najmniej 1−2
minuty. Tyle czasu wystarcza na zapisanie
tworzonych przez nas plików i wyjście z sy−
stemu (czy „wylogowanie się”) nawet, gdy
posiadamy wolny komputer.

Dariusz Knull

Forum Czytelników

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Listopad 2002

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Listopad 2002

Układ służy głównie do zabawy z dźwię−
kiem, jednak po pewnych modyfikacjach
może spełniać poważniejsze zadania, takie
jak nietypowy sterownik reklamy świetlnej
lub numeru domu. W wersji podstawowej
układ steruje zawartymi w wyświetlaczu dio−
dami LED. Czym większa częstotliwość
dźwięku docierającego do mikrofonu, tym
szybciej porusza się punkt, a właściwie jedna
z kresek na wyświetlaczu. Tworzy to efekt
podobny do miniaturowego węża świetlnego.

Opis układu

Sygnał z mikrofonu jest dwukrotnie wzmac−
niany przez wzmacniacze operacyjne
IC1B i IC1C. Wzmacniacz IC1A służy do
wytworzenia sztucznej masy na poziomie
połowy napięcia zasilania. Sygnał ze
wzmacniacza IC1C jest podawany na wej−
ście zegarowe licznika binarnego IC2 –
4024. Jest to licznik siedmiobitowy, wyposa−
żony w przerzutnik Schmitta. Na jego wyj−

ściach otrzymujemy częstotliwość dźwięku
podzieloną przez 2,4,8 itd. Wyjście Q4
(można wybrać inne) podłączone jest do
wejścia zegarowego układu IC3 – 4017. Ko−
lejne wyjścia IC3 podłączone są do segmen−
tów od a do f wyświetlacza LED (w układzie
wykorzystano tylko sześć segmentów). Wyj−
ście Q7 połączone jest z wejściem reset.
Skraca to cykl zliczania do sześciu, zamiast
do dziesięciu.

Układ może być zasilany napięciem sta−

łym od 8V do 18V, niekoniecznie stabilizo−
wanym.

Montaż i uruchomienie

Układ można zmontować na płytce uniwer−
salnej. Montaż należy rozpocząć od naj−
mniejszych elementów, kończąc na układach
scalonych i wyświetlaczu LED. Pod układy
scalone warto dać podstawki. Układ nie wy−
maga uruchamiania, prawidłowo zmontowa−
ny działa od razu.

Marcin Kartowicz

Rys. 1 Schemat ideowy

żż

śś

źź

Wykaz elementów

R11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..44,,33kk

Ω

R22−R

R77 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000kk

Ω

R88−R

R1111 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11kk

Ω

C11,,C

C66 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000nnFF

C22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000nnFF cceerraam

miicczznnyy

C33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000µµFF//1166V

C44 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..4477µµFF//1166V

C55 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1100µµFF//1166V

IIC

C11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..TTLL008844

IIC

C22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..44002244

IIC

C33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..44001177

Wyyśśw

wiieettllaacczz ssiieeddm

miioosseeggm

meennttoow

wyy

Miikkrrooffoonn eelleekkttrreettoow

wyy

Automatyka dźwięku w niektórych kamerach wideo daje więcej
szkody niż pożytku. W czasie przerw wzmocnienie szybko wzrasta
i na taśmę nagrywany jest dokuczliwy szum, którego potem trudno
się pozbyć. Dołączenie do kamery zewnętrznego mikrofonu nie roz−
wiązuje problemu. Problem ten występuje także podczas montażu
i udźwiękowienia filmów.

Pokazany układ pozwala dołączyć do kamery dwa mikrofony czy

inne źródła dźwięku. Automatyka kamery zostaje trwale wyłączona,
tak jakby oszukana, dzięki niesłyszalnemu sygnałowi 20kHz, poda−
wanemu z generatora na tranzystorach T1, T2 przez filtr dolnoprze−
pustowy i wzmacniacz operacyjny IO3. Ten ponadakustyczny sygnał
jest traktowany przez automatykę jako sygnał użyteczny i wzmocnie−
nie nie wzrasta nawet przy braku sygnału na wejściach We1 i We2.
(Amatorskie Radio)

Sebastian Krawczyk z Czerwonki.

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Listopad 2002

Przedstawiam trzy koncepcje przyrządów, mierników zwartych zwojów.

Nadesłał Franciszek Piela.

czyli co by było, gdyby...

W tej rubryce prezentujemy schematy
nadesłane przez Czytelników. Są to za−
równo własne (genialne) rozwiązania
układowe, jak i ciekawsze schematy z li−
teratury, godne Waszym zdaniem publicz−
nej prezentacji bądź przypomnienia. Są
to tylko schematy ideowe, niekoniecznie
sprawdzone w praktyce, stąd podtytuł

„co by było, gdyby...”. Redakcja EdW nie
gwarantuje, że schematy są bezbłędne
i należy je traktować przede wszystkim ja−
ko źródło inspiracji przy tworzeniu włas−
nych układów.
Przysyłajcie do tej rubryki przede wszyst−
kim schematy, które powstały jedynie
na papierze, natomiast układy, które

zrealizowaliście w praktyce, nadsyłajcie
wraz z modelami do Forum Czytelników
i do działu E−2000. Nadsyłając godne
zainteresowania schematy z literatury,
podawajcie źródło. Osoby, które nadeślą
najciekawsze schematy oprócz satysfak−
cji z ujrzenia swego nazwiska na łamach
EdW, otrzymają drobne upominki.

Mierniki zwartych zwojów

Mikser do kamery wideo

Podzespoły

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Listopad 2002

Każdy elektronik prędzej czy później ulepsza
coś w swoim sprzęcie grającym. Jedną z ta−
kich przeróbek bywa zastąpienie potencjo−
metru głośności we wzmacniaczu precyzyj−
nym dzielnikiem rezystancyjnym, choćby dla
sprawdzenia, co to daje. Zdobywamy więc z
niemałym trudem dwusekcyjny, powiedzmy
10−pozycyjny przełącznik jak najlepszej ja−
kości i... co dalej?

Trzeba zakupić oporniki, ale jakie? Już in−

tuicja podpowiada, że chyba nie jednakowe.

Włączamy więc komputer i każemy mu

liczyć wykorzystując jakąś odmianę języka
BASIC.

Programik pokazany jest w ramce.
Przełącznik lutujemy w ten sposób, że

pierwszy kontakt łączymy z masą, a między
każdy następny wstawiamy kolejny obliczo−
ny rezystor (rysunek A).

Po wpisaniu rozdzielczości dzialka (w de−

cybelach na działkę), jaką sobie życzymy

i całkowitej oporności R dzielnika, będącej
najczęściej również rezystancją wejściową
wzmacniacza − w mgnieniu oka otrzymuje−
my zestaw wartości rezystorów, który speł−
nia wymagania logarytmicznej regulacji
głośności.

Oto wynik działania powyższego progra−

mu dla całkowitej rezystancji 10 000

Ω

——————————————————

630.9573364257812

260.2935791015625

367.6744995117188

519.35400390625

733.6070556640625

1036.24755859375

1463.738525390625

2067.5859375

2920.54248046875

Mając takie narzędzie można nawet poku−

sić się o dobranie takiego zesta−
wu wartości, aby znajdowało
się w nim jak najwięcej warto−
ści z szeregu. Nie ma przecież
problemu, aby np. automatycz−
nie wydrukować (z użyciem
kolejnej pętli) 20 zestawów
wartości, z których wszystkie
różnią się nieco założoną roz−
dzielczością lub rezystancją
wejściową i potem oszacować,
który z nich jest najbardziej
„przyjazny”.

To wszystko można oczy−

wiście obliczyć kalkulatorem, albo i
bez niego, jeśli ktoś to jeszcze
potrafi, ale będzie to trwało tak
długo, że odechce się nam ekspery−
mentów.

Muszę jeszcze przestrzec tych,

którzy rozpędzą się tak w tym pisa−
niu programów, że zaczną obliczać
układy RLC. Jeśli pojawiają się re−
aktancje, trzeba stosować rachunek
zespolony, a to już trochę wyższa
szkoła jazdy. W przeciwnym razie
otrzymamy zafałszowane wyniki.

Przykład

Załóżmy, że chcemy zbudować pod−
grzewacz puszki z piwem zasilany
baterią 12V. Znamy oporność we−
wnętrzną baterii i jej napięcie bez
obciążenia. Nie wiemy natomiast,
jaką oporność powinien mieć drut
oporowy grzałki, aby uzyskać ma−

ksymalną moc grzewczą przekazy−

waną puszce. Pomijam sensowność takiego
przedsięwzięcia, wytrzymałość baterii itd.

Powinno się napisać wzór na pochodną

mocy względem Rg, przyrównać ją do zera i
z tego równania obliczyć Rgmax. Ale to
wiedzą tylko „wtajemniczeni”, a z nich
jeszcze nie wszyscy to potrafią do końca zro−
bić. Poniższą metodą może to zrobić każdy.

Prąd grzałki wynosi I=U / (Rw + Rg), gdzie

U=12V, Rw − oporność wewnętrzna baterii =
2

Ω

, a Rg − poszukiwana oporność grzałki.
Moc grzałki wynosi zatem:

P = I

* Rg

czyli P =

Rw+Rg * Rg

Musimy polecić naszemu komputerowi

takie zadanie: „Oblicz i pokaż mi moc grzał−
ki dla wielu różnych wartości Rg, a ja sobie
wtedy wybiorę takie Rg, przy którym jest
maksymalna moc”.

Teraz tłumaczymy to na BASIC:

U=12:Rw=2
for Rg=.4 to 5 step .2

P=(U/(Rw+Rg))^2*Rg
?Rg,P

next Rg

i po ułamku sekundy mamy wyniki (w lewej
kolumnie Rg, w prawej P):

.6000000238418579 12.78106498718262
.800000011920929 14.69387722015381
1 16
1.200000047683716 16.875
1.400000095367432 17.4394474029541
1.600000143051147 17.77777862548828
1.800000190734863 17.95013809204102
2.000000238418579 18
2.200000286102295 17.95918273925781
2.400000333786011 17.85124015808105
2.600000381469727 17.69376182556152
2.800000429153442 17.5
3.000000476837158 17.27999877929688
3.200000524520874 17.04141998291016
3.40000057220459 16.79012298583984
3.600000619888306 16.53061103820801
3.800000667572021 16.26634788513184
4.000000476837158 15.99999904632568
4.200000286102295 15.73361015319824
4.400000095367432 15.46875
4.599999904632568 15.20661163330078
4.799999713897705 14.94809722900391
4.999999523162842 14.69387817382812

z których widać, że istnieje wyraźne maksi−
mum mocy (P=18W) dla Rg = Rwe = 2

Ω

Na koniec chciałbym polecić ze wszech

miar takie podejście w ogóle do techniki i ży−
cia, aby starać się na różne sposoby dociec
prawdy. Jeśli potrafimy posłużyć się rozwią−
zaniem analitycznym, to bardzo dobrze, jeśli
mamy jakiś gotowy program, który umożli−
wia takie obliczenia − też dobrze, ale jak nie

Rys. A Schemat skokowego dzielnika napięcia

Do czego używamy komputera ?

( )

część 2

(pierwsza część artykułu ukazała się w EdW 5/2002 str. 64)

Systematyka elektroników (według vmario)

Podzespoły

mamy nic, to zawsze pozostaje własna głowa.
A jakiś komputer zawsze pod ręką się znajdzie.

Ja na przykład kiedyś obliczyłem w bar−

dzo dziwny sposób obwód elipsy. Zapragną−
łem mieć na suficie w salonie sztukaterię w
kształcie elipsy. Chyba jest na to jakiś goto−
wy wzór, ale kto by go pamiętał. Jedna spra−
wa to wyrysowanie na suficie elipsy o wy−
miarach około 2,5 x 5,5 metra. Na zatrudnio−
nych sztukatorów niestety nie mogłem w tej

sprawie liczyć. W porę jednak przypomnia−
łem sobie z dzieciństwa, że robiło się to
sznurkiem i dwoma gwoździami. Ale teraz
gdzie je wbić, jaki długi sznurek, a na domiar
złego trzeba było wybrać takie wymiary eli−
psy, aby jej obwód był parzystą wielokrotno−
ścią długości gotowych elementów gipso−
wych. No cóż, klawiatura trochę poszarzała
od gipsu, ale już następnego dnia było co
podziwiać na suficie.

Komputer obliczał kolejne obwody jako

sumy odległości kolejnych 100000 punktów
na elipsie a ja sobie wybrałem taką elipsę,
która pasowała do mojego celu.

Polecam takie ćwiczenia, z wykorzys−

taniem języka BASIC.

Marek Klimczak

matik1@poczta.onet.pl

I Zwykły user (użytkownik) sprzętu elektronicznego:

1. Nie myśli.
2. Razi go bateryjka zegarkowa.
3. Nie słyszał o tranzystorze i diodzie.
4. Nie potrafiłby zaprojektować gumki do majtek.
5. Śpi 10h na dobę.

II. Audiofil:

1. Zdarza mu się myśleć (rzadko).
2. Zniesie 24V, choć z trudem.
3. Odróżnia wzmacniacz klasy A od wzmacniacza klasy C.
4. Zna ludzi, którzy umieją projektować wzmacniacze.
5. Śpi 5h na dobę. Musi przecież mieć czas na testowa−

nie nowego sprzętu.

III. Elektronik − amator:

1. Myśli, aż za dużo jak na swoje skromne możliwości.
2. Wytrzymuje 220V i (niestety) jest na tyle pomysłowy,

by to sprawdzać.

3. Zna najpopularniejsze kostki, tranzystory i diody, cho−

ciaż większość z nich uszkadza jeszcze przed wlu−
towaniem w płytkę.

4. Większość projektowanych przez niego układów za−

pala się po 5s od uruchomienia, ale niektóre działa−
ją (no, prawie).

5. Śpi średnio 7h na dobę, ale często zarywa noce, gdy

pracuje nad nowym pomysłem.

IIV

V.. Elektronik:

1. Myśli szybciej od PC−ta.
2. Wytrzymałby 1000V, ale jest na tyle mądry, aby tego

nie sprawdzać.

3. Ma opanowane najważniejsze parametry z katalogów

podzespołów.

4. Potrafi zaprojektować większość układów. Prawie ża−

den z nich nie wybucha po podłączeniu zasilania.
Testując model, zazwyczaj przegryza kanapkę, choć
zdarza mu się pomylić ją z dyskietką.

5. Nie śpi. Regeneruje się, czytając EdW.

V. Redaktor EdW:

1. Prześciga każdy komputer i na dodatek się nie zawiesza.
2. Wytrzymuje rażenie piorunem, ale głośnym "Aaaaaa!"

sygnalizuje przekroczenie zakresu.

3. Zna na pamięć wszystkie katalogi.
4. Może zaprojektować wszystko. Żaden z układów nie

wybucha i nie dymi. Może jednocześnie wykonywać
model i parzyć herbatę, choć niezbyt zdatną do pi−
cia, ze względu na zawartość cyny i kalafonii.

5. Nie śpi. Regeneruje się, pisząc nowe arty do EdW.

VI. Redaktor naczelny EdW:

1. Jego umysł pracuje bez ograniczeń.
2. Znosi rażenie piorunem bez mrugnięcia okiem.
3. Zna na pamięć wszystkie katalogi + schematy aplika−

cyjne. Uaktualnia je, podłączając się do Internetu
przez wbudowany interfejs USB 2.0.

4. Projektuje urządzenia, obsługując jedną ręką edytor

schematów, drugą ploter, a przy okazji parzy herba−
tę, która nadaje się do picia.

5. Nie śpi. Nie potrzebuje regeneracji, ale i tak pracuje

dla EdW.

Mariusz (vmario) Chilmon z Augustowa

www.vmario.prv.pl

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Listopad 2002

FLASH

W roku 1979 przedstawiono inną koncepcję,
która pojawiła się jako komercyjny produkt
w roku 1984. Pamięć FLASH jest w sumie
bardzo podobna do pamięci EEPROM: moż−
na ją zapisywać i kasować elektrycznie. Róż−
nica polega na tym, że w pamięci EEPROM
selektywnie zapisuje się i automatycznie ka−
suje pojedyncze bity czy bajty, a w pamięci
FLASH zapis nowych danych wymaga wcześ−
niejszego skasowania całego sektora (kilkaset
lub więcej bajtów). Skasowanie to przy−
wrócenie stanu, powiedzmy, spoczynkowego.

Choć w pamięci FLASH nie można zmie−

niać dowolnie zawartości pojedynczych ko−
mórek, jak w pamięciach RAM i EEPROM,
jednak wbrew pozorom nie jest to wadą, po−
nieważ w większości zastosowań nie ma po−
trzeby indywidualnego kasowania i zapisy−
wania pojedynczych bajtów. A rezygnacja
z kasowania pojedynczych komórek pozwala
uprościć komórkę (jeden tranzystor), a tym
samym uzyskać większą gęstość upakowania
i pojemność, porównywalną z pamięciami
EPROM oraz zmniejszyć cenę.

Pamięć FLASH to też matryca komórek,

zorganizowanych w rzędy i kolumny. Rysu−
nek 8 pokazuje uproszczoną budowę prostej
pamięci, zwanej FLASH NOR. Podstawą jest
zawsze komórka pamięci, zawierająca tranzy−
stor MOSFET i wykorzystująca pojemność
pływającej bramki. Ta pojemność jest w pa−
mięci FLASH zadziwiająco mała, wynosi
drobny ułamek pikofarada (rzędu 1 femtofa−
rada). Pływająca bramka, całkowicie odizolo−
wana od pozostałych elementów, pełni rolę
pułapki potencjału (potential well). Odczyt

pamięci to po prostu sprawdzenie stanu nała−
dowania tej pojemności. Odczyt polega w su−
mie na podaniu odpowiedniego napięcia na
bramkę sterującą (control gate) i stwierdze−
niu, czy tranzystor przewodzi, czy nie. Jest to
możliwe wskutek pojemnościowego sprzęże−
nia obu bramek i kanału tranzystora (patrz
rys. 5 w EdW 10/2002.) Stan tranzystora pod−
czas odczytu zależy ostatecznie od stanu nała−
dowania pływającej bramki.

Natomiast zapis i odczyt to zmiana ilości

ładunku elektrycznego (elektronów) w ob−
szarze tej pływającej bramki. Do kasowania,
czyli usuwania elektronów z obszaru pływa−
jącej bramki, na pewno
wykorzystuje się oso−
bliwe zjawisko tunelo−
wania

(Fowler−Nor−

dheim tunneling), zo−
brazowane wcześniej
za pomocą przykładu
z mlekiem. Poważnym
problemem wytwór−
ców jest dobranie gru−
bości materiału izola−
cyjnego

(dwutlenku

krzemu, azotku krzemu) pływającej bramki
oraz napięcia kasowania, by proces tunelo−
wania zachodził z akceptowalną szybkością
i jednocześnie nie doprowadził do trwałego
uszkodzenia warstwy tlenku. Czym grubsza
warstwa tlenku, tym większa niezawodność,
ale też większe napięcie jest wymagane do
wystąpienia zjawiska tunelowania o odpo−
wiednim natężeniu i dłuższy czas programo−
wania/kasowania. We współczesnych pamię−
ciach FLASH grubość warstwy izolacyjnego
tlenku wynosi zwykle tylko 10 nanometrów,
a natężenie pola elektrycznego wymagane do
powstania efektu tunelowego jest rzędu
700...1000V/mm. Wymagana jest tu zaska−
kująco duża precyzja. Użytkownik pamięci
FLASH nie zdaje sobie sprawy, że potrzebne
napięcia i czasy muszą być starannie dobrane
oraz dostosowane do precyzyjnie dobranej,
znikomej grubości izolacji bramki. Potrzebne
podwyższone napięcia (zwykle ok. 12V) są
generowane wewnątrz układu scalonego,
a inne obwody zapewniają potrzebne se−
kwencje czasowe impulsów kasujących, pro−
gramujących i odczytujących. Na rysunku 9

Rys. 8

Rys. 9

dodatek

miesięcznika

a g a z y n

l e k t r o n i k i

ż y t k o w e j

To warto wiedzieć

śś

łł

śś

łł

śś

pokazano w uproszczeniu komórkę pamięci
FLASH i napięcia na elektrodach podczas
poszczególnych operacji.

Pamięci FLASH są realizowane w roz−

maity sposób, stąd określenia NAND, AND,
NOR, DINOR, itd. Przykładowo pamięci
FLASH NOR są najprostsze. Zapis następu−
je z użyciem „gorących elektronów (HEI),
kasowanie wskutek efektu tunelowego,
szybkość zapisu i odczytu jest dobra,
ale wielkość komórki uniemożliwia uzyska−
nie dużych pojemności. Pamięci FLASH
NAND do zapisu i odczytu wykorzystują
efekt tunelowy. Umiarkowana wielkość ko−
mórki, niskie napięcie zasilania (3,3...5V),
szeregowy dostęp do danych, niewielki po−
bór mocy są w wielu zastosowaniach istot−
nymi zaletami. Z kolei pamięci FLASH
AND umożliwiają osiągnięcie większych
pojemności (ponad 32MB) przy zachowaniu
wielu innych zalet. Fotografie 5a...5c
pokazują przykłady scalonych pamięci
FLASH. Foto−
grafia 5a poka−
zuje nowoczesne
pamięci w minia−
turowych obudo−
wach BGA z wy−
prowadzeniami
„kulkowymi”.

Co prawda nie sprawdziły się

oczekiwania z końca lat 80., że
pamięci FLASH błyskawicznie
wyprą EPROM−y, a to głównie ze
względu na problemy z niezawod−
nością wczesnych wersji. Pamięci
FLASH okazały się jednak na tyle
atrakcyjne, że są obecnie szeroko
stosowane. Głównie jako wy−
mienne nośniki danych. Podsta−
wowymi zaletami współczesnych
pamięci FLASH są: trwały zapis
(zwykle ponad 20 lat), możliwość
wielokrotnego kasowania i zapisu
(co najmniej tysiące razy), szybki
odczyt.

Pamięci Flash zastępują twarde

dyski − patrz fotografia 6, poka−
zująca stały dysk o pojemności
1GB. Dysk o znacznej pojemności
niemający ruchomych części, pra−
cujący bez szumu, oferujący szyb−
ki dostęp do danych, mający małe
wymiary i masę jest niewątpliwie
atrakcyjny do wielu zastosowań.
Niestety, koszt w przeliczeniu na
jednostkę pamięci jest dużo wy−
ższy niż w dyskach twardych.

Pamięć FLASH pełni rolę pa−

mięci programu w mniejszych mi−
kroprocesorach. Wspomniane pro−
cesory zawierają też pamięć EE−
PROM oraz RAM. Fotografia 7
pokazuje trzy takie mikrokontrole−
ry z rodziny AVR firmy ATMEL.

Coraz popularniejsze karty SD

(Secure Digital) oraz konkuren−
cyjne Memory Stick to nic inne−
go, jak pamięć FLASH w specy−

ficznej obudowie − patrz fotografia 8. Wyko−
rzystywane są powszechnie w cyfrowych
aparatach fotograficznych i kamerach.

Karty

pa−

mięci do gier
k o m p u t e r o −
wych Nintendo
N64 (fotogra−
fia 9), PlaySta−
tion czy Dre−
amcast firmy
Sega to także

To warto wiedzieć

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Listopad 2002

pamięci FLASH. Takie nośniki jak Com−
pactFlash (CF), MultiMediaCard (MMC),
SmartMedia (SM), PCMCIA memory cards
(Type I and Type II) też zawierają pamięć
FLASH, a nie pamięć magnetyczną − patrz
fotografie 10, 11.

Nonvolatile RAM

Pamięci FLASH mają liczne zalety, niemniej
mała szybkość kasowania i zapisu, rzędu mi−
lisekund, jest barierą, uniemożliwiającą wy−
korzystanie ich w szeregu aplikacji. Wszę−
dzie tam, gdzie potrzebna jest pamięć nieu−
lotna o dużej szybkości, trzeba szukać innych
rozwiązań. Od dawna znane są proste roz−
wiązania

nieulotnych

pamięci

RAM

(NVRAM lub NOVRAM − nonvolatile
RAM) polegające na zamknięciu w jednej
obudowie pamięci RAM w wersji CMOS
i baterii litowej. Wewnętrzna (niewymienna)
bateria zapewnia podtrzymanie zawartości
nawet przez 10 lat.

Innym znanym rozwiązaniem jest połącze−

nie pamięci SRAM i EEPROM. Każda ko−
mórka pamięci RAM ma pomocniczą komór−
kę EEPROM. W razie zaniku zasilania zawar−
tość pamięci RAM zostaje skopiowana do
EEPROM w ciągu 10ms. Po powrocie zasila−
nia, zawartość jest z powrotem kopiowana do
RAM−u. Wadą rozwiązania jest skompliko−
wana budowa i konieczność dodania w syste−

mie obwodów odpowiednio wcześniej wy−
krywających wyłączenie zasilania. Zaletą jest
duża szybkość pracy pamięci SRAM i nieo−
graniczona trwałość tej pamięci.

Trwają próby zbudowania prostszych pa−

mięci będących połączeniem SRAM i EE−
PROM, ale nie jest to wiodący kierunek ze
względu na niezbędny stopień skomplikowa−
nia komórki.

FRAM

Interesującym rozwiązaniem szybkiej pamię−
ci nieulotnej jest pamięć FRAM opracowana
w firmie Ramtron w latach 1984−1992. W ro−
ku 1993 pojawiła się pamięć FRAM o po−
jemności 4Kb. Ramtron wszedł w strategicz−
ne alianse lub udzielił licencji takim firmom
jak np. Rohm, Fujitsu, Toshiba, Samsung,
Texas Instruments, Hitachi czy Infineon. Od
ponad roku dostępna jest pamięć FM24C256
o pojemności 64kB, która jest zamiennikiem
standardowej pamięci EEPROM 24C64. Na−
pięcie zasilania wynosi 3V, czas zapisu/kaso−
wania jest prawie 300 razy krótszy niż w pa−
mięci EEPROM, liczba cykli zapisu − nieo−
graniczona (EEPROM − 1 milion cykli).
Trwałość zapisu wynosi co najmniej 10 lat.

Od roku Fujitsu oferuje specjalizowane

mikroprocesory jednoukładowe przeznaczo−
ne do wielofunkcyjnych kart chipowych, za−
wierające pamięć FRAM (32−bitowa jednost−
ka centralna, 64kB pamięci FRAM) − patrz
fotografia 12.

Generalnie pamięć FRAM ma szybkość

zapisu tysiące razy większą niż EEPROM
i FLASH (70ns zapis i odczyt) i znacznie
mniejszy pobór prądu podczas pracy (nawet
500−krotnie), a trwałość jest nieporównanie
większa (co najmniej 100000 razy większa).
Predestynuje to ją do pracy w nośnikach,
gdzie wymagana jest nie tylko duża szyb−
kość, ale też niezawodność i bezpieczeństwo
danych.

Pamięć FRAM jest pamięcią ferroelek−

tryczną. Powszechnie znane i wykorzystywa−
ne są materiały ferromagnetyczne. Można po−
wiedzieć, że materiały ferromagnetyczne po−
trafią zapamiętać jedną z dwóch polaryzacji
pola magnetycznego. Wynika to z charaktery−
styki magnesowania, która ma kształt pętli jak
przypomina to rysunek 10. W materiałach
ferromagnetycznych następuje niejako zapa−
miętanie kierunku pola magnetycznego dzię−
ki pętli histerezy magnetycznej. Omawiana

pamięć FRAM nie
wykorzystuje ma−
teriałów ferroma−
gnetycznych, tylko
ferroelektryczne.
Są to mało popu−
larne

materiały,

które mogą zapa−
miętać

kierunek

pola elektrycznego.
Dzięki pętli histerezy „elektrycznej”, poddane
działaniu pola elektrycznego zapamiętują je−
go biegunowość, czyli polaryzację. Charak−
terystyka też wygląda tak, jak na rysunku 10.

W zwykłych dielektrykach poddanych

działaniu pola elektrycznego, nośniki ładun−
ku ulegają przemieszczeniu po wpływem po−
la, ale po jego zaniku wracają do neutralnego
stanu spoczynkowego. W materiałach ferroe−
lektrycznych działanie pola elektrycznego
o odpowiedniej biegunowości trwale zmienia
polaryzację cząstek krystalicznego materiału
czynnego. W pamięciach FRAM wykorzy−
stuje się materiał ferroelektryczny zwany
PZT będący związkiem ołowiu, cyrkonu i ty−
tanu − Pb(ZrTi)O

. Zewnętrzne pole elek−

tryczne powoduje przeskakiwanie central−
nych atomów (cyrkonu/tytanu) między dwo−
ma stabilnymi położeniami. Ilustruje to rysu−
nek 11. Taki materiał ferroelektryczny zacho−
wuje się jak kondensator trwale ładowany na
przemian napięciem o przeciwnej polaryzacji.

Komórka pamięci FRAM zawiera taki kon−
densator pamiętający i tranzystor MOSFET,
analogicznie, jak wcześniej omówiona pa−
mięć DRAM. Odpowiednio ukształtowane
linie adresowe pozwalają zmieniać stan
„kondensatora pamiętającego”. Ponieważ ta−
ka konstrukcja nie wymaga odświeżania za−
wartości, zużycie energii, zarówno podczas
pracy, jak w spoczynku, jest znikome. Choć
pamięci FRAM mają liczne zalety i są do−
stępne od lat, na razie nie zdobyły wielkiej
popularności, gównie ze względu na cenę
i ograniczoną pojemność. Poważnym rywa−
lem dla pamięci FRAM mogą się okazać pa−
mięci MRAM, które obecnie wychodzą z eta−
pu prób i pomału wchodzą na rynek.

MRAM

Pamięć MRAM łączy w sobie bardzo ważne
zalety trzech rodzajów pamięci: szybkość po−
równywalną ze SRAM, gęstość upakowania
porównywalną z DRAM i trwałość zapisu pa−
mięci EPROM. Taka pamięć MRAM mogła−
by zastąpić w komputerach nie tylko pamięć

To warto wiedzieć

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Listopad 2002

Rys. 10

Rys. 11

RAM, ale i twardy dysk! Według oczekiwań
twórców pamięć MRAM mogłaby być tańsza
od dzisiejszych twardych dysków. I takie są
oczekiwania zarówno twórców, jak i przy−
szłych odbiorców. Rewolucyjne pamięci
MRAM, o ile tylko ich cena okaże się przy−
stępna, mogłyby szybko i skutecznie wy−
przeć z rynku wszystkie inne pamięci, w tym
SRAM, DRAM i FLASH. Podstawową wadą
pamięci MRAM jest... ich brak na rynku. Fo−
tografia tytułowa i fotografia 13 pokazują
struktury pamięci MRAM opracowane
w IBM.

Podstawowa komórka MRAM nie zawie−

ra kondensatorów i tranzystorów. Sercem jest
tu ultraminiaturowe magnetyczne złącze tu−
nelowe (MJT − Magnetic Tunnel Junction).
Dwie warstwy ferromagnetyczne, np. kobal−
tu, są przedzielone warstewką dobrego izola−
tora, np. Al

.Warstwy ferromagnetyka (ko−

baltu) można niezależnie magnesować w jed−
nym z dwóch kierunków. Warstewka izola−
cyjna ma znikomą grubość rzędu 1nm, czyli
grubość kilku atomów. Pomimo obecności
cienkiej warstwy izolatora, przez takie złącze
może płynąć prąd związany z omówionym
wcześniej zjawiskiem tunelowania. Prąd pły−
nący przez złącze świadczy o rezystancji ta−
kiego złącza tunelowego − wykorzystywane
jest to do odczytu. A rezystancja złącza zale−
ży od wzajemnej orientacji magnetycznej
(kierunków namagnesowania) dwóch warstw
magnetycznych; orientacja zgodna − mała re−
zystancja; przeciwna − duża rezystancja. Na−
magnesowanie jednej z warstw złącza jest
stałe dzięki dodatkowym zabiegom. Nama−
gnesowanie drugiej można zmieniać za po−
mocą pola magnetycznego, wytwarzanego
przez prąd, płynący przez sąsiadującą linię
zapisu. W ten sposób krótki impuls prądu
płynącego „obok” zmienia stan komórki pa−
mięci, a o stanie o zawartości) komórki
świadczy jej rezystancja. Budowę i działanie
pamięci MRAM ilustruje rysunek 13.

Idea leżąca u pod−
staw

pamięci

MRAM jest prosta
i znana od lat. Po−
czątki

pamięci

MRAM sięgają ro−
ku 1984, kiedy to
w firmie IBM za−
częto nad nimi pra−
ce. IBM jest posia−
daczem kluczowych
patentów. Niedaw−
no IBM i Infineon
zdecydowały

się

wspólnie pracować
nadtymi pamięcia−
mi. Zainteresowani
nimi są też Hewlett
Packard i Honey−
well. Znaczne osią−
gnięcia ma też Mo−

torola, która w czerwcu 2002 przedstawiła
swój prototyp pamięci MRAM o pojemności

1Mbit i czasie dostępu 50ns. Motorola,
podobnie jak IBM/Infineon, przewiduje
wprowadzanie pamięci MRAM na masowy
rynek w roku 2004.

Jeśli pamięci MRAM mają odegrać

spodziewaną rolę, muszą być dopracowane
do ostatniego szczegółu, a przede wszystkim
muszą być bardzo tanie. Pomimo wielu lat
badań i przeznaczenia na nie blisko 5 miliar−
dów dolarów, pamięci MRAM nie są jeszcze
gotowe do masowego upowszechnienia.
Wprawdzie pierwszy laboratoryjny model
ujrzał światło dzienne w roku 1998, jednak
droga do masowej produkcji jest nadal odle−
gła. Właściwości złącza bardzo silnie zależą
od jednorodności i równości warstwy izola−
cyjnej. Wszystkie komórki muszą mieć jed−
nakowe właściwości. Dużym wyzwaniem
jest też odmienna technologia produkcji
i konieczność stosowania rzadkich, ko−
sztownych materiałów. Niemniej dokonany
postęp jest ogromny. Udało się zmniejszyć
rezystancję złącza 10 milionów razy. Udało
się opanować problem zależności rezystancji
złącza od grubości warstwy izolatora. Czasy
zapisu i odczytu są rzędu 10ns, czyli kilka
razy lepiej, niż w pamięciach DRAM. Wo−
bec tak fantastycznych perspektyw, inten−
sywne prace badawcze trwają i pojawienie
się pamięci MRAM na rynku spodziewane
jest w roku 2004.

Inne rozwiązania i kierunki

Rozwój w dziedzinie pamięci idzie w różnych
kierunkach. Ulepszane są popularne dziś pa−
mięci, zwłaszcza RAM i FLASH. Spotyka się

doniesienia o wyko−
rzystaniu innych mate−
riałów półprzewodni−
kowych, na przykład
węglika krzemu (SiC),
który zapewnia w su−
mie jeszcze lepsze pa−
rametry niż krzem.

Komórki typowych

pamięci DRAM, EE−
PROM

FLASH

w rzeczywistości są
elementami analogo−
wymi. Pamięci EE−
PROM (FLASH) są
zresztą wykorzystywa−
ne w urządzeniach do
analogowej rejestracji
głosu, na przykład
w układach rodziny
ISD (Winbond). Sto−
pień naładowania kon−
densatora pamiętające−
go może odzwierciedlać
więcej stanów, niż dwa
(0, 1). Jeśliby układy za−
pisu i odczytu rozróż−
niały cztery stany, ozna−
czałoby to podwojenie

To warto wiedzieć

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Listopad 2002

Rys. 12

czzy

ytt

piis

Rys. 13

realnej pojemności pamięci. I takie opraco−
wania istnieją. Przy rozróżnianiu 8 pozio−
mów, pojemność wzrosłaby 4−krotnie.

Proponuje się też zupełnie nowe rozwiąza−

nia. Na przykład istnieją laboratoryjne proto−
typy stałych pamięci optycznych. Firma Intel
prowadzi badania między innymi nad pamię−
ciami polimerowymi oraz pamięciami OUM.

Pamięć polimerowa nie zawiera tranzy−

storów. Jest to matryca zbudowana z polime−
rowych łańcuchów obdarzonych stałym ła−
dunkiem, umieszczona między rzędami pozio−
mych i pionowych linii. Podanie napięcia mię−
dzy jedną linię pionową i jedną poziomą adre−
suje jedną komórkę i pozwala zmienić polary−
zację zawartego w niej ładunku. Analogiczne
zmierzenie biegunowości napięcia między ty−
mi dwoma liniami to odczyt zawartości tej ko−
mórki. Pamięci polimerowe są stosunkowo
powolne, jednak ich zaletą jest niski koszt pro−
dukcji i możliwość zbudowania pamięci wie−
lowarstwowej o wielkiej pojemności. Po do−
pracowaniu technologii może to być dobry, bo
tani kandydat do stosowania w sprzęcie elek−
tronicznym powszechnego użytku.

Pamięci OUM (Ovonic Unified Memory)

mają wiele wspólnego z popularnymi dyskami
CD i DVD. W dyskach optycznych promień
lasera silnie nagrzewa specjalnie dobrany ma−
teriał (stop) i zmienia jego właściwości optycz−
ne powodując zapis informacji. Kontrolowane
w czasie podgrzanie tego samego fragmentu
do nieco niższej temperatury przywraca pier−
wotną strukturę i powoduje skasowanie zapisu.

W stałych pamięciach OUM wykorzysty−

wane są podobne materiały (stopy). Podobnie,

jak w innych pamięciach stałych, cząstki ma−
teriału czynnego umieszczone są w węzłach
siatki. Różnica w działaniu polega na tym, że
materiał jest podgrzewany nie światłem lasera,
tylko płynącym przezeń prądem. Także i tu
temperatura i czas podgrzewania powodują
zmiany struktury materiału między krystalicz−
ną a amorficzną. Zamiast jednak mierzyć
zmianę właściwości optycznych, w pamię−
ciach OUM mierzy się zmiany rezystancji ma−
teriału, która jest różna w stanie krystalicznym
i amorficznym. Prace nad opanowaniem tech−
nologii masowej produkcji są zaawansowane.
Zaprezentowano nawet 4−magabitowy proto−
typ i może się okazać, że pamięć OUM jest
dobrym konkurentem dla MRAM.

Firma Axon zaproponowała jeszcze inne

obiecujące rozwiązanie, nazwane PMCm
(Programmable Metallisation Cell memo−
ry). Wykorzystuje ono trwałe zmiany rezy−
stancji substancji na drodze elektrochemicznej.
Podstawą jest wykorzystanie elektrolitu zawie−
rającego jony srebra. Jony srebra mogą poru−
szać się bardzo szybko na krótkich dystansach
pod wpływem pola elektrycznego. Elektrolit
wraz z dwoma elektrodami tworzy komórkę
pamięci. W stanie spoczynkowym komórka
ma wysoką rezystancję. Podanie niewielkiego
napięcia między elektrody (0,2V...0,25V) po−
woduje szybkie zredukowanie jonów srebra do
srebra i utworzenie stabilnych połączeń elek−
trycznych między elektrodami − rezystancja ra−
dykalnie maleje. Po podaniu napięcia o prze−
ciwnej biegunowości komórka wraca do stanu
wysokiej rezystancji. Prawidłowo dokonany
zapis utrzyma się przez wiele miesięcy. Odczyt

polega na podaniu bardzo krótkiego impulsu,
który sprawdza, czy komórka reprezentuje
przerwę (pojemność), czy niską rezystancję.

Czas dostępu jest na razie na poziomie

10ns, ale czas ten będzie krótszy w bardziej
zminiaturyzowanych wersjach. Możliwości
miniaturyzacji są bardzo dobre, osiągnięcie
rozmiarów rzędu 10nm dałoby możliwość
magazynowania nieprawdopodobnie wielkich
ilości informacji. Dodatkową zaletą jest praca
przy bardzo małych napięciach zasilania. Ma−
łe napięcie (200mV) i mały prąd (10

A) ozna−

czają też zadziwiająco mały wydatek energii
na przełączenie czy odczytanie komórki. To
też sprzyja dalszej miniaturyzacji. Pojawie−
nie się pierwszych komercyjnych pamięci
PMCm spodziewane jest około roku 2004.

Podsumowanie

Rozwój w dziedzinie pamięci jest szybki,
niemniej na razie podąża utartymi drogami,
a kierunki wytyczone zostały na początku lat
70. ubiegłego wieku. Ze względu na rosnące
potrzeby, należy się spodziewać, że współ−
czesne różnorodne rodzaje pamięci mogą zo−
stać zastąpione nowymi, zupełnie innymi
rozwiązaniami. Bardzo poważnym kandyda−
tem na przyszłego zwycięzcę jest MRAM,
ale różnorodność potrzeb może zaowocować
współistnieniem kilku rodzajów pamięci. Ze
względu na duży udział pamięci w rynku na−
leży się spodziewać, że przyszłość przyniesie
interesujące i najprawdopodobniej zaskaku−
jące rozwiązania.

Zbigniew Orłowski

To warto wiedzieć

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Listopad 2002

Komputerowe humory

Komputer − Narzędzie tortur.
Hardware − Techniczne określenie dla każdego elementu spokrewnionego z kompute−
rem, który można rzucić o ścianę i/lub kopnąć.
Software − Dane (zwykle bezużyteczne) zapisane w pamięci komputera w celu wypro−
wadzania użytkownika z równowagi komunikatami o błędach.
Pamięć − Najbardziej różnorodny i najmniej pojemny z komputerowych komponentów.
Użytkownicy − Profesjonalne określenie ludzi, którzy ciągle gapią się w monitor. Użyt−
kownicy są podzieleni na cztery podstawowe grupy: początkujący, średnio zaawanso−
wani, zaawansowani i eksperci.
Użytkownicy początkujący − Ludzie obawiający się, że naciśnięcie klawisza może ze−
psuć ich komputer.
Użytkownicy średnio zaawansowani − Ludzie niewiedzący jak naprawić komputer po
naciśnięciu klawisza, który go zepsuł.
Użytkownicy zaawansowani − Ludzie, którzy wiedzą jak naprawić swój komputer, jed−
nak nie wiedzą, że inni mogą się do niego włamać.
Eksperci − Użytkownicy, którzy włamują się do komputerów innych.

− Co jest najszybsze w twoim komputerze?
− W moim? Wiatraczek.

Sprzedawca zachwala klientowi najnowszy model komputera:
− Szanowny Panie, ten komputer wykona za pana połowę pracy.

− Hm... w takim razie muszę kupić dwa.
Jaką modlitwę odmawia głęboko wierzący użytkownik komputera?
W imię Ojca i Syna, i Ducha Świętego....."Enter".

Jakie opakowania są najdroższe?
Pudełka do gier. Na giełdzie gra bez pudełka kosztuje 25 zł, a w sklepie razem z pudeł−
kiem 150 zł.

− Co robi informatyk zanim wysiądzie z samochodu?
− Zamyka wszystkie okna.

Samochodem jedzie chemik, mechanik samochodowy i informatyk. Nagle samochód
staje bez powodu w szczerym polu. Każdy z pasażerów próbuje na swój sposób wyja−
śnić przyczynę awarii...
Chemik: To zapewne problem mieszanki paliwowej.
Mechanik samochodowy: To z pewnością problem silnika.
Informatyk: Panowie, a może po prostu wyjdziemy z samochodu, zamkniemy wszystko
i za chwilę spróbujemy uruchomić ponownie?

Kolega zwraca się z prośbą do informatyka:

− Pożycz mi 1000 zł.
− Dobra, niech będzie okrągłe 1024.

Document Outline

83_08
83_10
83_13
83_16
83_21
83_24
83_26
83_28
83_37
83_50
83_52
83_55
83_56
83_60
83_61
83_62
83_64

Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
EdW 01 2002
ŁAD AKUMULATORÓW EDW 11 99
EdW 10 2002
EdW 02 2002
EdW 06 2002
EdW 12 2002
EdW 04 2002
EdW 11 2003
EdW 03 2002
EdW 08 2002
EdW 05 2002
test MP 11 2002, medycyna, Testy do egzaminu z chorób wewnętrznych, Testy MP
13 11 2002
EdW 09 2002
Mikroekonomia wykład 3 - sciaga, 05-11-2002
Dębica, nr 3, 18 11 2002
EdW 07 2002
EdW 01 2002

więcej podobnych podstron

EdW 11 2002

Document Outline