elektronika praktyczna 2001 2

ELEKTRONIKA
1/2001
styczeń 15 zł 50 i
ZESTAUrURUCHOHlENIOWY DLA PROCESORÓW RODZIN AVR I '51
Ś . . .( TRANSFORMATOR ELEKTRONICZNY Z REGULACJĄ MOCY
\. MUtTIRROGRAMATOR MIKROKONTROLEROW ST62
^S~~^ ___.. ��" \ MONITOR MAGISTRALI SZEREGOWYCH
fflTWIMLUMINOFONIA NA DIODACH LED / SZYBKOŚCIOMIERZ MODELA""1'1-
PROJEKTY
Zestaw uruchomieniowy dla procesorów rodzin AVR i '51, część 1
AYT-992
W numerze 3/2000 Elektroniki Praktycznej
zaprezentować Czytelnikom projekt zestawu
procesorów 89CX051. Byiem zaskoczony ogromnym
wzbudził ten 'układ, niemalejącą atrakcyjnością
z rodziny '51. Następstwem
tego rezonansu cztelniczego
jest kolejny projekt
doskonalszego zestawu
Proi
'51
;esoiy z i wieczne: były "zawsze",
żuje, aby w najbliższym ich popularność zaczęli Nie oznacza to bynajmni my nie interesowali się rodzinami procesorów, ; nie tymi, które są pew
Mam tu na myśli nowoczesne procesory AVR produkowane przez firmę Atmel i zdobywające sobie coraz większą popularność
szym kraju.
wska-
�Ą, abyś-zczegól-iny '51.
Dlaczego napisałem prowokacyjnie, że procesory AVR są następcami rodziny '51? Przecież są to jednostki o zupełnie odmiennej architekturze i z pozoru nie mają nic wspólnego z popularnymi '51. Miałem na myśli inną, wspólną cechę tych układów: identyczne rozmieszczenie wyprowadzeń większości procesorów AVR i '51, od której to reguły wyjątkami są jedynie procesory AVR w obudowach 8-nóżkowych.
Procesory AVR posiadają liczne cechy, które predestynują je do zastosowania nie tylko w profes-
Elektronika Praktyczna 1/2001
Zestaw uruchomieniowy dla procesorów rodzin AVR i '51
jonalnych konstrukcjach. Ze względu na łatwość programowania, dużą uniwersalność i relatywnie niską cenę są także idealnymi elementami konstrukcyjnymi dla zaawansowanych amatorów. A oto cechy tych procesorów, które uważam za szczególnie istotne:
- Wszystkie bez wyjątku procesory AVR mogą być programowane w systemie poprzez złącze SPI. Jakie to daje korzyści, nie trzeba chyba nikomu tłumaczyć. Budowa programatorów tych procesorów jest banalnie prosta. Programowanie ISP daje ogromne oszczędności czasu, szczególnie kiedy używamy tak popularnego ostatnio pakietu BAS-COM AVR. Po napisaniu programu, w momencie kiedy chcemy sprawdzić jego działanie, wystarczy tylko naciśnięcie jednego klawisza, aby po kilku -kilkunastu sekundach móc przystąpić do jego testowania w uruchamianym układzie.
- Wszystkie procesory AVR wyposażone są w wewnętrzną nie-ulotną pamięć danych typu EEP-ROM. A zatem, w większości przypadków zbędne jest dołączanie do nich zewnętrznej stałej pamięci danych.
- Ogromne znaczenia ma ich kompatybilność "pinowa" z procesorami '51. AVR-y są bez porównania szybsze od procesorów '51 i kiedy np. procesor z rodziny '51 "nie wyrabia się" w jakimś układzie, to możemy bez większych przeróbek zastąpić go nowocześniejszą i szybszą jednostką AVR. Przeróbki będą polegać jedynie na zmianie układu zerowania procesora i ewentualnej wyminie rezonatora kwarcowego, a niekiedy także na usunięciu zbędnej już zewnętrznej pamięci EEPROM.
- Wielu Czytelników z pewnością zauważy, że sama kompatybilność "wyprowadzeniowa" procesorów niewiele nam daje. Przecież są to procesory o zupełnie innej architekturze, programowane za pomocą zupełnie innych języków. Jest to prawda, ale nie zawsze prawda. Jeżeli program na "starą" '51 był napisany w języku MCS BASIC, to możemy go bez większych przeróbek zastosować do zaprogramowania procesora AVR! Ję-
zyki stosowane w pakietach BASCOM8051 i BASCOM AVR praktycznie nie różnią się od siebie, a różnice polegają głównie na odmiennym nazwaniu pinów poszczególnych portów i dodatkowych funkcjach występujących w procesorach AVR (np. obsługa wewnętrznej pamięci danych EEPROM, watch-doga czy też przetworników analogowo-cyfrowych). Różnice w kodzie maszynowym procesorów są już wyłącznie "zmartwieniem" kompilatora! Przeróbka programu napisanego w MCS BASIC z procesora '51 na AVR będzie najczęściej polegała na wykonaniu kilku całkowicie automatycznych czynności, wykorzystujących polecenia find i replace.
Wszystko to, co napisałem sprawiło, że postanowiłem zaprojektować dla Was kolejny zestaw uruchomieniowy - uniwersalną płytkę testową przeznaczoną tym razem dla większości procesorów AVR. Podczas projektowania układu pominąłem tylko jeden typ procesora AVR: AT90S23 33 (AT90S4433). Rozbudowywanie płytki o jeszcze jedną, tym razem 28-pinową podstawkę nie wydawało mi się celowe, tym bardziej, że podstawek pod procesory mamy na niej już aż 5! Aby jednak umożliwić korzystanie także i z tego typu procesora, zaprojektowałem dodatkową płytkę - reduktor umożliwiający umieszczenie procesora AT90S2333 w podstawce przeznaczonej dla AT90S8535 i jego odpowiedników. Problem powstał także z procesorami typu AVR ATMEGA 103/603. Są to potężne maszyny, dysponujące aż sześcioioma portami wejściowo-wyjściowymi, pamięcią programu o pojemności 128kB i kilkoma innymi "sympatycznymi" cechami. Na płytce testowej znajduje się wiele elementów umożliwiających przeprowadzenie interesujących eksperymentów z procesorami AVR, a także przetestowanie programów przed zaprojektowaniem docelowej płytki obwodu drukowanego. Nie umieściłem jednak na niej podzespołów, które używane są dość powszechnie w układach procesorowych: wyświetlaczy siedmiosegmentowych LED.
Układ jest przeznaczony przede wszystkim do stosowania procesorów AVR. Nie oznacza to, że nie możemy na naszej płytce uruchomieniowej testować układów z procesorami na '51. Wspomniana już kompatybilność wyprowadzeni owa umożliwia umieszczenie na płytce prawie wszystkich procesorów '51. Jednak tryb programowania w systemie będzie dostępny tylko w przypadku niektórych procesorów (np. '8252). Oczywiście, bez najmniejszych problemów możemy stosować programator "Quasi ISP" -AVT-887.
Opis układu
Schemat elektryczny zestawu uruchomieniowego pokazano na rys. 1. Składa się on z następujących elementów:
1. Podstawka pod procesory w obudowach 20-pinowych. Można w niej umieścić układ typu AT90S2313, AT90S1200 oraz procesory z rodziny '51 - 'X051. Podstawka ta oznaczona jest na płytce jako ICl.
2. Podstawka pod procesory w obudowach 40-pinowych z zasilaniem doprowadzonym do końcówek 10 i 11 (czyli IC2). W podstawce tej doskonale czuje się procesor AT90S8535, a także jego kuzyni o takiej samej liczbie wyprowadzeń i identycznie dołączonym zasilaniu.
3. Bardzo interesującymi układami są "małe" AVR, czyli np. AT90S2323. Ten malutki proceso-rek znajdzie dla siebie miejsce w podstawce oznaczonej jako IC3.
4. Pora na mojego faworyta, czyli "maleńkiego" AT TINY22 i jego odpowiednika AT90S2343. Przeznaczona dla niego podstawka jest jedyną, do której nie został dołączony rezonator kwarcowy. Powód tej decyzji jest prosty: te malutkie proce sorki doskonale obywają się bez zewnętrznych rezonatorów, pracując z kompletnym oscylatorem wewnętrznym o częstotliwości lMHz. Można je umieścić w podstawce oznaczonej jako IC4.
5. I wreszcie kolej na układy 40-nóżkowe, z zasilaniem dołączonym "po przekątnej", czyli do nóżek 20 i 40. Przedstawicielem tej grupy może być procesor AT90S8515, a także jego "pino-
Elektronika Praktyczna 1/2001
Zestaw uruchomieniowy dla procesorów rodzin AVR i '51
e RA.1 L L L L PA.fl RAT cc cc cc a a a a a

"oóóóóóóó
Rys. 1. Schemat elektryczny zestawu uruchomieniowego.
Elektronika Praktyczna 1/2001
39
Zestaw uruchomieniowy dla procesorów rodzin AVR i '51
wy" odpowiednik z rodziny '51 - AT89S8252. Procesor ten może być także programowany poprzez magistralę SPI i znajdzie dla siebie miejsce w podstawce IC5.
6. Jednym z najważniejszych elementów naszego układu jest złącze do programowania procesorów w systemie, czyli I(n) S(ys-tem) P(rogramming). Jednak z tym właśnie złączem pojawił się mały problem. Otóż, w procesorach 40-i 20-końcówkowych wszystkie aktywne końcówki łącza SPI doprowadzone są do tych samych wyprowadzeń tego samego portu: MOSI do PB5, MISO do PB6, SCK do PB7, no i oczywiście RST do wejścia zerującego procesorów.
Niestety, inaczej jest w przypadku procesorków w obudowach 8-końcówk owych. Początkowo myślałem o zastosowaniu elektronicznego przełącznika, ale w końcu postawiłem nadmiernie nie komplikować układu i poszedłem na łatwiznę, umieszczając na płytce dwa złącza ISP: jedno dla procesorów 8-końcówkowych, a drugie dla pozostałych. Są to złącza CON7 i CON7A, w których rozkład wyprowadzeń odpowiada rozkładowi sugerowanemu przez firmę ATMEL. Tak więc wystarczy jedynie połączyć płytkę testową z programatorem AVR AVT-871 i w BASCOM-ie AVR nacisnąć klawi sz Y7, aby p o paru sekundach mieć zaprogramowany w systemie procesor!
7. Wszechobecnym elementem każdego systemu mikroprocesorowego jest rezonator kwarcowy. Nie inaczej jest na naszej płytce, gdzie został umieszczony rezonator Ql, o częstotliwości podstawowej 8MHz, akceptowanej przez wszystkie typy procesorów AVR i oczywiście także przez '51.
8. Jednym z najważniejszych elementów na naszej płytce uruchomieniowej jest magistrala PC. Zainstalowanie tego "układu krwionośnego" systemów mikroprocesorowych i doprowadzenie go nie tylko do elementów, które możemy umieścić na płytce, ale także do dostępnego z zewnątrz złącza CON14, otwiera przed nami ogromne możliwości. Mam tu na myśli możliwość wykorzysta-
nie ogromnej liczby układów peryferyjnych sterowanych "i kwadratem". Trudno mi nawet policzyć, ile opisów takich układów zamieściliśmy już w Elektronice Praktycznej, ale wiem, że sam mam na sumieniu kilka takich modułów. Magistrala PC dołączona jest do pinów PB6 i PB7 procesorów w obudowach 20-i 40-końcówkowych. Dołączanie PC do najmniejszych procesorków nie wydawało mi się celowe, ale zawsze możemy to uczynić, wykorzystując P1...P4. Do złącz Pl, P2, P3 i P4 doprowadzone zostały wyprowadzenia wszystkich portów procesorów. Każde złącze składa się z podwójnego szeregu goldpinów, co umożliwia wygodne dołączanie do nich nawet dwóch przewodów montażowych jednocześnie.
10. Do zainstalowanej w systemie magistrali PC dołączone są dwa ekspandery typu PCF8574 -IC6 i IC8. W taki to prosty sposób uzyskujemy dwa dodatkowe, ośmi obito we porty wejściowo-wyjściowe, które mogą okazać się wręcz bezcenne przy pracy z procesorami o mniejszej liczbie dostępnych wyprowadzeń. Wyjścia ekspanderów dołączone są do złącz CON2 i CON4. Wysyłanie danych do układów PCF8574 jest z poziomu języka MCS BASIC wyjątkowo proste i sprowadza się do wydanie polecenia:
I2CSEND [adres do zapisu], [dane]
Adres do zapisu układu IC8 został sprzętowo ustawiony na 114, a układu IC6 na 112. Odczytu danych z dodatkowych portów dokonujemy (po uprzednim ustawieniu "1" na wejściach, których stany mamy odczytać) za pomocą polecenia:
I2CRECEIVE [adres do odczytu] , [dane].
Adresami do odczytu układów IC6 i IC6 są odpowiednio 113 i 115.
11. Do złącz CON2 i CON4 możemy za pomocą jumperów dołączyć wejścia układów IC7 -drivera mocy zasilającego dołączone do jego wyjść odbiorniki od strony masy i IC9 - drivera zasilającego układy o dużym poborze prądu od strony plusa zasilania. Oczywiście, dołączanie wejść tych driverów do układów
PCF8574 nie jest jedynym rozwiązaniem. Równie dobrze możemy połączyć je za pośrednictwem wyprowadzeń złącz CON2 i CON4 bezpośrednio z wyjściami procesora, a ekspandery PCF8574 wykorzystać do innych celów lub w ogóle zrezygnować z ich stosowania. Warto jeszcze zauważyć, że zasilanie układu TD62786 zostało dołączone nie do "cyfrowego" napięcia zasilania wynoszącego +5VDC, ale do złącza CON10, na którym występuje napięcie +12VDC. Daje to nam możliwość zasilania urządzeń wymagających właśnie takiego napięcia, w tym przekaźników, silników krokowych, silników prądu stałego i innych. Ponieważ dysponujemy możliwością zasilania tych układów zarówno od strony masy, jak i od strony napięcia +12V, uzyskujemy możliwość sterowania silnikami krokowymi dwufazowymi, które wymagają zmiany biegunowości napięcia na ich cewkach. Zmiana biegunowości zasilania odbiorników prądu stałego, uzyskana przez zastosowanie komplementarnych driverów, może być także wykorzystana do sterowania silników prądu stałego z możliwością nie tylko regulacji prędkości obrotów, ale także zmiany ich kierunku.
12. Magistrale PC i SPI nie są jedynymi kanałami komunikacyjnymi, za pomocą których procesor umieszczony na naszej płytce może komunikować się ze światem zewnętrznym. Mamy jeszcze do dyspozycji wbudowany w większość procesorów AVR i 51 port RS232. Połączenie procesora z komputerem, wykorzystujące transmisję po złączu szeregowym zrealizowane jest za pomocą znanego każdemu elektronikowi układu scalonego typu MAX232 - IC10. Wyprowadzenie T1IN i R1OUT tego układu zostały dołączone odpowiednio do wyprowadzeń TXD i RXD procesorów, oczywiście z wyjątkiem "małych", 8-nóżkowych procesorów AVR.
13. Kolejnym kanałem informacyjnym umożliwiającym komunikację procesorów z układami peryferyjnymi jest magistrala 1WIRE, szeroko stosowana w popularnych układach firmy DAL-
40
Elektronika Praktyczna 1/2001
Zestaw uruchomieniowy dla procesorów rodzin AVR i '51
LAS. Złączem, do którego możemy dołączyć "magiczne" tabletki DALLAS-a, termometry cyfrowe, przełączniki i inne układy akceptujące transmisję 1WIRE jest CON15, które przekazuje przesyłane informacje do pinu
0 portu B procesorów. Warto podkreślić, że transmisja z protokołem 1WIRE jest obsługiwana z poziomu języka MCS BASIC równie prosto jak magistrali PC. Służy do tego zestaw poleceń: 1WRESET, 1WREAD
1 1WWRITE. Ponieważ jestem zagorzałym fanem pakietów BASCOM, podam Warn prosty przykład obsługi transmisji 1WI-RE. Te kilka linijek pozwala na odczytanie np. numeru seryjnego "tabletki" DS1990:
Config lwire = Portb.O
Dim Dane(8) As Byte, I As Byte
lwreset
lwwrite &H3 3
For I = 1 To 8
Dane(I) = lwread() Wext
14. Pora pomyśleć o jakimś systemie transmisji danych nie-wymagającym połączenia przewodowego. Wyjątkowa łatwość deko-dowania sygnałów kodu RC5 skłoniła mnie do zastosowania właśnie tego medium i wyposażenia naszej płytki testowej w scalony odbiornik kodu RC5 typu TFMS5360 - IC13. Układ ten, odbierający sygnały nadawane z częstotliwością nośną 36kHz może być dołączony do dowolnego z wyprowadzeń procesorów, z tym że wybór wejścia będącego jednocześnie źródłem przerwania zewnętrznego może znacznie ułatwić programowanie. Na poniższym listingu znajduje się procedura odbioru danych przesyłanych torem podczerwieni.
Lcd "Waiting for RC-5" Cursor Off Do If Kod = 1 Then
Disable IntO
Cis
Lcd "Rc5 received!"
Lowerline
Lcd "Com: "; Command; ",Adr: "; Subaddress
Kod = 0
Enable IntO
End If Loop
Receiverc5:
Getrc5(subaddress, Command)
Kod = 1 Return
15. Prawie każdy system mikroprocesorowy powinien być wyposażony w urządzenie umożliwiające prezentację danych w "ludzkim" języku. Na płytce zestawu uruchomieniowego zamontowany został wyświetlacz alfanumeryczny LCD, sterowany w trybie czterobitowym. Możemy wykorzystywać dwa rodzaje wyświetlaczy: 16*1 i 16*2, z tym że zalecanym typem jest wyświetlacz dwuliniowy. Obecnie różnica w cenie tych dwóch typów wyświetlaczy jest minimalna, a możliwości dokładnie dwukrotnie większe. Wyprowadzenia wyświetlacza mogą być, za pośrednictwem jumperów założonych na złącze CON5, dołączone do portu B procesorów lub za pomocą przewodów połączone z dowolnymi innymi wyprowadzeniami procesorów. Kontrast wyświetlacza możemy regulować za pomocą potencjometru montażowego PR1.
Sterowanie wyświetlaczami alfanumerycznymi LCD jest w języku MCS BASIC wyjątkowo proste. Do obsługi takiego wyświetlacza przeznaczony jest specjalny pakiet poleceń umożliwiający nie tylko umieszczenie napisu na ekranie, ale także lokalizowanie kursora na dowolnej pozycji dowolnego rzędu, przewijanie tekstu i realizację wielu innych funkcji. Kiedy posługujemy się pakietem BASCOM, przestają istnieć jakikolwiek problemy z polskimi znakami diakrytycznymi, ponieważ za pomocą specjalnego edytora graficznego możemy zdefiniować dowolny znak mieszczący się w matrycy wyświetlacza LCD.
16. Drugim sposobem przekazywania informacji z procesora do otaczającego go świata jest sygnalizacja za pomocą diod LED. Takich diod umieszczono na płytce osiem i mogą one być dołączone do dowolnych wyprowadzeń procesorów, a także do wyjść eks-panderów PCF85 74. Diody włą-
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
PR1: potencjometr montażowy miniaturowy lkO
RP1: R-PACK SIL lka
Rl: 220O
R..R9: 4,7kQ
Kondensatory
Cl, C2: 27pF
C3: 33pF
C4: 470^F/10V
C5, Cli, C12: lOOnF
Có: 1OO^F/1OV
C7..C10: 4,7^F/1ÓV
Cl 3: 1000|iF/lóV
Półprzewodniki
D1..D8: LED
ICÓ, IC8: PCF8574A
IC7: ULN2803B
IC9: TD62786
IC10: MAX232
ICH: PCF8583
IC12: PCF8591
IC13: SFH505
IC14: 7805
IC15: DS1813
Różne
Ql: rezonator kwarcowy 8MHz
Q2: rezonator kwarcowy 32768Hz
Q3: przetwornik piezo
S1..S4: przycisk microswitch
DPI: wyświetlacz alfanumeryczny 16*1 lub 16*2
IC1: podstawka precyzyjna DIL20
IC2, IC5, ICló: podstawka precyzyjna DIL40
IC3, IC4: podstawka precyzyjna DIL8
IC17: podstawka precyzyjna DIL20S
Pl, P2, P3, P4, CON2, CON4, CON5: 8x2 goldpin
CON7, CON7A: 3x2 goldpin
CON8: złącze DB9F kątowe, do druku
CON1, CON3, CONÓ, CON9: 10 goldpin
CON11...CON15: 3 goldpin CON10: ARK2 (3,5mm)
15x goldpin + złącze szufladkowe do montażu wyświetlacza
Podstawka precyzyjna DIL 40 (do montażu przejściówki)
2 szeregi po 20 goldpinów (jw.)
Elektronika Praktyczna 1/2001
41
Zestaw uruchomieniowy dla procesorów rodzin AVR i '51
czane są po dołączeniu ich wolnych wyprowadzeń do minusa zasilania.
17. Niestety, choćbyśmy nie wiem jak bardzo nie lubili techniki analogowej, to nie uciekniemy przed pomiarami wartości elektrycznych, a pośrednio także nieelektrycznych. Jeżeli na naszej płytce uruchomieniowej umieszczony jest np. procesor typu AT90S8535, to problem mamy z głowy: 8-wejściowy dziesięciobi-towy przetwornik ADC z pewnością wystarczy nawet w bardzo skomplikowanych układach analo-gowo-cyfrowych. Gorzej, jeżeli zastosujemy procesor niewyposa-żony w jakiekolwiek wejścia analogowe lub jedynie w prosty komparator napięcia. Jedynym ratunkiem może być wtedy zastosowanie zewnętrznego przetwornika ADC, np. cz te rokanał owego PCF8591. Posiada on wprawdzie tylko ośmiobitową rozdzielczość, ale za to dodatkowo także oś-mi obito wy przetwornik DAC. W trafności decyzji o zastosowaniu tego elementu utwierdziła mnie możliwość sterowania go z magistrali PC. Podam tutaj przykład prostego programu, za pomocą którego możemy mierzyć napięcie kolejno we wszystkich czterech kanałach PC8591:
Config Sda = Pinb.6 Config Scl = Pinb.7 Dim Factor As Single Dim Volt As Single Dim Templ As Word Dim Temp2 As Byte
Const Pcf8591_write = &B10010000 Const Pcf8591_read = &B10010001 Dim R As Byte Dim Channel(4) As Byte Channel(O) = &B01000000 Channel(l) = &B01000001 Channel(2) = &B01000010 Channel(3) = &B01000011 Dim Voltage As Word Declare Sub Conversion Factor = 5000/255 Do
For R = 0 To 3
Templ = Channel(r)
Cali Conversion
Volt = Temp2
Volt = Volt * Factor
Voltage = Volt
Lcd "Kan."; R; " "; Yoltage; " mV"
Wait 1 Next R
Print
Loop End Sub Conversion
I2Cstart
I2Cwbyte Pcf8591_read
I2Crbyte Temp2, Ack
I2Crbyte Temp2, Nack
I2Cstop End Sub
18. Znaczna liczba systemów mikroprocesorowych wymaga do swojego działania pomiaru czasu rzeczywistego. Najczęściej wykorzystujemy w tym celu wbudowane w procesory timery, za pomocą których tworzymy programowe zegary czasu rzeczywistego. Zegary takie mają jedną wadę: wymagają do prawidłowego działania stałego zasilania procesora. Ponadto, ich realizacja zajmuje stosunkowo dużo pamięci RAM i programu, co w przypadku procesorów o mniejszej pojemności tych pamięci może nastręczać programiście wiele problemów. Dlatego też dość powszechnie stosowane są sprzętowe zegary RTC, z których chyba najpopularniejszym jest PCF8583, umieszczony na naszej płytce jako ICH. Zegar PCF8583 komunikuje się z procesorem za pomocą magistrali PC i dlatego do jego obsługi potrzebne będą tylko dwa wyprowadzenia procesora. RTC naszej płytki testowej wyposażony został w podtrzymujące źródło zasilania (BTl), którym może być dowolna bateryjka 1,5..3V, nawet typu "zegarkowego". Godne polecenia są też cieniutkie bateryjki litowe 3V, które bez najmniejszych problemów można umieścić pod wyświetlaczem alfanumerycznym. Odczytywanie i zapisywanie danych do układu RTC jest także proste, podobnie jak każda operacja na magistrali PC, programowana w MCS BASIC. Oto prosty przykład odczytu czasu i daty z układu PCF8583: Sub Gettime
I2Cstart
I2Cwbyte &HA0
I2Cwbyte 2
I2Cstart
I2Cwbyte &HA1
I2Crbyte S , Ack
I2Crbyte M , Ack
I2Crbyte H , Ack
I2Crbyte Yd, Ack
I2Crbyte Wm, Nack
I2Cstop End Sub
19. Układ zerowania mikrokon-trolera po włączeniu zasilania jest niezbędny w każdym systemie mikroprocesorowym. Na naszej płytce umieszczony został wyspecjalizowany układ scalony typu DS1813 (IC15), zerujący procesor także w przypadku spadku napięcia poniżej określonego (4,75V) poziomu. Problem powstał jedynie z zerowaniem procesorów '51, które wymagają wysokiego poziomu napięcia. Dlatego też na płytce został dodany przełącznik -jumper JPl i kondensator C14 umożliwiające przełączanie rodzaju zerowania sprzętowego. Na płytce umieszczone zostały także dwa przyciski umożliwiające ręczne wyzerowanie procesorów. Przyciski te usytuowane zostały pod wyświetlaczem alfanumerycznym i dostępne są tylko od spodniej strony płytki.
20. Nasz system uruchomieniowy wyposażony został w bardzo cichutki element generacji dźwięku - przetwornik piezoceramiczny Q3. Jednak nawet tak prosty przetwornik powinien umożliwić nam dokonywanie ciekawych eksperymentów z generacją sygnałów akustycznych i sprawdzenie działania polecenia
SOUWD [czas trwania, częstotliwość] .
Bardziej wymagającym "melomanom" polecam "gadający" moduł z układem ISD2560, sterowany poprzez magistralę PC.
21. Układ zasilania zestawu uruchomieniowego składa się ze scalonego stabilizatora napięcia 7805 (IC14), wraz z niezbędnymi do jego pracy kondensatorami blokującymi zasilanie. Do złącza CON10 powinno zostać doprowadzone napięcie o wartości bliskiej 12VDC, niekoniecznie stabilizowane. Pobór prądu przez układ jest tak mały, że stosowanie jakiegokolwiek radiatora wspomagającego chłodzenie stabilizatora napięcia jest całkowicie zbędne. Zbigniew Raabe, AVT zbigniew.raabe@ep.com.pl
Wzory płytek drukowanych w formacie PDF są dostępne w Internecie pod adresem: http://www.ep.com.pl/ pcbJitml oraz na płycie CD-EP01/ 2001 w katalogu PCB.
42
Elektronika Praktyczna 1/2001
Narysuj swój program!
Program symulatora wywołujemy z poziomu paska narzędziowego ST6-Realisera, naciskając odpowiednią ikonę,
klawisz funkcyjny F12 lub wybierając w pasku menu opcję Simulate
Rys,
Rys. 2.
Rys. 3.
jj_
(=&
i polecenie Go. Po uruchomieniu symulatora otworzy się okno, którego wygląd przedstawiono na rys. 1. Następnie klikarny ikonę New,
co powoduje otworzenie okna Select a scherne (rys. 2). Wskazujemy w nim plik ze schematem o rozszerzeniu, sch, w którym znajduje się wcześniej przygotowany i skompilowany program, który poddamy symulacji.
Po wybraniu pliku do symulacji i potwierdzeniu wyboru przyciskiem OK otworzy się kolejne okno - New simulaiion environmeni (rys. 3). Naciskamy OK i w tym momencie zostaje utworzony plik kurs.sef, który zawiera informacje niezbędne dla symulatora oraz ustalone przez użytkownika parametry środowiska symulacyjnego. Symulator automatycznie przenosi schemat programu do pliku symulacyjnego. Widok okna symulatora ze schematem symulowanego programu jest przedstawiony na rys. 4. Widać na nim dodatkowe symbole obrazujące moduły programowe wspierające testowanie projektu. Piblioteki programu STG-SirnulatoT są bardzo bogate, zawarto w nich wszystkie elementy niezbędne do przeprowadzenia symulacji programu. Są to: - wskaźnik bieżącego stanu programu inicjowany ikoną
którego symbol pokazano na rys. 5, nastawnik wartości cyfrowej inicjowany ikoną
którego symbol pokazano na rys. 6, generator sygnału sinusoidalnego lub prostokątnego uruchamiany za pomocą ikon
lub
których symbole pokazano na rys. 7 i rys. 8,
W trzeciej części kursu poznamy program symulatora
STG-Simulator, wchodzący
w skład pakietu projektowego
STG-Realizer. Symulator
umożliwia sprawdzenie
przygotowanego programu
przed jego wpisaniem
do mikrokontrolera.
wirtualny oscyloskop uruchamiany za pomocą ikony
którego symbol graficzny pokazano na rys. 9,
- generator sygnałów o programowanym kształcie, uruchamiany za pomocą ikony
którego symbol pokazano na rys. 10,
START
START
Rys. 5.
TEMPERATURA WLACZ
51 UJ
V< <
Rys. ó.
POTENCJOMETR
Rys. 7.
Elektronika Praktyczna 4/2001
KURS
POTENCJOMETR
Rys. S.
v0n9

c
00 00 00 0D00 00 00 010COO
Rys. 9.
POTENCJOMETR
Ś Ś
l 1
Ś Ś
Rys. 10.
- monitor linii (magistrali) cyfrowej inicjowany ikoną
którego symbol graficzny pokąsano na rys. 11.
Za pomocą wymienionych narzędzi możemy przeprowadzić dokładną symulację pracy programu.
Program symulacyjny skonstruowano tak, że interaktywnie podpowiada miejsca, w których można zastosować moduły symulacyjne. Sugestie programu poznamy zaznaczając prawym przyciskiem myszy interesujący nas element lub połączenie pomiędzy elementami, jak to pokazano na rys. 12. Po wskazaniu połączenia pozostają aktywne tylko te ikony w pasku narzędziowym, które są przypisane do modułów testowych możliwych do wykorzystania w danym punkcie.
Umieszczanie przyrządów na schemacie najlepiej jest rozpocząć od wstawienia za pomocą ikonki
testera State machinę probe, następnie na wejścia modułów narysowanych na schemacie dołączyć za pomocą ikonki
KONIEC
nastawnik cyfrowy (Numeric adjusier), a na ich wyjściach ikonami:
odpowiednio monitor linii (magistrali) cyfrowej (Numeric probe) i oscyloskop.
Do każdego wejścia mośna dołączyć tylko jedno źródło sygnału, niezależnie od jego charakteru. Każdy moduł jest połączony z przypisanym na schemacie miejscem przerywaną linią, która informuje o tym, do którego miejsca jest przypisany dany przyrząd pomiarowy. Ma to duże znaczenie w przypadku analizy dość obszernych programów opisanych dużymi schematami.
Po umieszczeniu przyrządów pomiarowych na planszy schematu możemy przystąpić do przeprowadzenia symulacji. W tym celu należy nacisnąć ikonę Start
Rys. 12.
Następnie, zmieniając stany na wejściach za pomocą nastawnika cyfrowego, obserwujemy zmiany jakie zachodzą w działaniu programu. W okienku testera State machinę probe powinny być widoczne przejścia pomiędzy kolejnymi stanami programu wywołane zmianami na wejściach. Aby zatrzymać symulacje, na-
er' ił? \j mcc
wrooi kw
Uodi
88
Elektronika Praktyczna 4/2001
DDLP4ŁI GÓRNA WARTOŚĆ BE* KOWANE OO 5YQN*LU
Rys. 14.
leśy nacisnąć ikonę ze znakiem STOP
lub nacisnąć klawisz F12.
W trakcie symulacji mamy możliwość edycji parametrów przyrządów pomiarowych. Na przykład, klikając dwukrotnie na moduł oscyloskopu mośna otworzyć okno edycji jego parametrów (rys* 13), w którym dokonujemy zmian parametrów. Mośna ustalić m.in. zakres wyświetlanych wartości w osi Y, ustalić czas początku rejestracji i podstawę czasu. Mośna wybrać jeden z trzech rodzajów pracy oscyloskopu: - Single scan - pojedynczy przebieg,
POTENCJOMETR
OOOOOOOOb
POTENCJOMETR
o
Ś< L
i "
1 HjJILŁ WJJ ŚMl
1 liiJJLRLUL ID
4 Ś r>l|L<4UE> 1U 1
ł Ś i JpUU IN . 1
4 - n^JJŁ A
T Ś ŚŚu JjiBJ zm
1 III
i--------

Rys. 15.
Rys. 16.
- Trigger - wyzwalanie narastającym
lub opadającym 5.100
zboczem sygnału, 75000 .150
- Wrap around - pra- 6OQ00D 75 ca ciągła.
Po wybraniu trybu pracy naleśy ustalić ' ' zbocze wyzwalające (narastające lub opadające) oraz wartość sygnału wyzwalającego.
Generowanie podczas symulacji sygnałów testowych w sposób ciągły umośliwiają moduły wirtualnych generatorów przebiegów sinusoidalnych i prostokątnych. Po dwukrotnym klik-nięciu w ikonę generatora otwiera się okno edycji jego parametrów. Mośna w nim określić górną i dolną częstotliwość generowanego sygnału oraz jego amplitudę (rys. 14). W przypadku edycji parametrów generatora sygnału prostokątnego mośna dodatkowo ustalić jego współczynnik wypełnienia.
Sonda logiczna Numeric Probe umośliwia monitorowanie linii (magistral) cyfrowych, stanowiących np. połączenia pomiędzy poszczególnymi elementami schematu. Wynik monito-ringu mośna wyświetlić jako liczbę binarną, ósemkową, dziesiętną lub szesnastkową (rys. 15).
Programowany generator przebiegów GenTirne Table Adjusier jest generatorem sygnału o dowolnie regulowanym kształcie definiowanym przez uśytkownika programu w funkcji czasu, co pokazano na rys. 16. Definiowanie kształtu przebiegu wymaga
n OUEpU'
0 Daoo.oo.30oa G
1 ILU
2 �00 07 5000 15]
3 L4JJI LJUlMMHJ
stworzenia w notatniku pliku tekstowego, do którego naleśy wpisać czas i wartość według przykładu pokazanego na rys. 17, Utworzony plik naleśy zaimportować do tabeli edytora. Porównując zawartość pliku tekstowego z zawartością tabeli widać, śe 1 sekunda w tabeli odpowiada liczbie 10000 w pliku.
Podczas symulacji istnieje mośli-wość zarejestrowania jej przebiegu i późniejszego odtworzenia. Krzysztof Górski, AVT krzysztof.gorski@ep.com.pl
Na płycie CD-EP2/2001B opublikowaliśmy STG-Pealizeia w pełnej wersji funkcjonalnej. Jest on także dostępny (wraz z katalogiem procesorów ST82} na płycie CD-EP2.
Elektronika Praktyczna 4/2001
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
Dział "Projekty Czytelników" zawiera opisy projektów nadesłanych do redakcji EP przez Czyteiników. Redakcja nie bierze odpowiedzialności za prawidłowe działanie opisywanych układów, gdyż nie testujemy ich laboratoryjnie, chociaż sprawdzamy poprawność konstrukcji.
Prosimy o nadsyłanie własnych projektów z modelami (do zwrotu). Do artykułu należy dołączyć podpisane oświadczenie, że artykuł jest własnym opracowaniem autora i nie był dotychczas nigdzie publikowany. Honorarium za publikację w tym dziale wynosi 260,- zł (brutto) za 1 stronę w EP. Przysyłanych tekstów nie zwracamy. Redakcja zastrzega sobie prawo do dokonywania skrótów.
Programator uniwersalny, część 1
Opisany w artykule
programator został
zaprojektowany jako
element wyposażenia
warsztatu elektronika
hobbysty. Żyjemy
w czasach kiedy coraz
więcej urządzeń jest
wykonywanych w oparciu
o rozmaite układy
programowalne, jednak
ceny większości
profesjon alnych
programatorów są zaporowe
dla amatorów
samodzielnego
konstruowania układów
z mikrokontrolerami
i układami
programowalnymi.
Charakterystyka urządzenia
Programator jest urządzeniem wykonanym z popularnych i tanich elementów elektronicznych. Składa się z zaledwie 4 układów scalonych (z czego dwa to stabilizatory, jeden sześciokrotny inwerter i jeden mikrokontroler), kilku tranzystorów oraz innych elementów dyskretnych.
Jedynym utrudnieniem jest posiadanie zaprogramowanego układu AT89C52 sterującego pracą urządzenia. Układ jest łatwy do wykonania i uruchomienia przez średniozaawansowanego elektronika amatora. Konstrukcja
układu jest modułowa. Składa się on z płytki bazowej zawierającej część sterującą programatora oraz z odpowiednich adapterów. Urządzenie zostało tak zaprojektowane aby wszystkie moduły można było wykonać na laminacie jednostronnym.
Funkcje urządzenia
Obsługa układów:
- Szeregowe pamięci EEP-ROM z magistralą I2C typu 24C01A, 24C02, 24C04, 24C08, 24C16.
- Szeregowe pamięci EEP-ROM z magistralą Microwi-re typu 93C06, 93C46, 93C56, 93C57, 93C66.
Projekt
084
Mikrokontrolery jednoukłado-we firmy ATMEL serii MCS-51: AT89C1051, AT89C2051, AT89C4051, AT89C51, AT89C52, AT89C55. Mikrokontrolery jednoukłado-we firmy ATMEL serii AVR: AT90S12 00, AT90S2 313, AT90S4414, AT90S8515. Układy te są programowane w trybie równoległym przez co mamy możliwość progra-
PWR
VPP
vo
Rys. I.
CON40 _______BBMMB8.B8S�8-886
3 3 Ol a c u, KMUta > > S 3 - -----1 vcc a c VPP
2 g o P2.6 P2.3 P2.1
Elektronika Praktyczna 4/2001
91
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
mowania ich konfiguracji (nie robią tego proste programatory szeregowe SPI, których wiele opisów można znaleźć w sieci Internet).
- Mikrokontrolery jednoukła-dowe firmy MICROCHIP: PIC16F83, PIC16F84
W przyszłości będą obsługiwane:
- Równoległe pamięci EPROM typy od 2716 do 27080.
- Układy GAL typu 16V8, 20V8, 22V1O
Nie są to możliwości imponujące (jak na programator uniwersalny) lecz w zupełności wystarczające. Aby rozszerzyć zakres obsługiwanych układów nie trzeba w zasadzie zmieniać układu - wystarczy dokonać zmian w programie (wielka zaleta układów opartych o mikrokontrolery).
Zasada działania
Programator jest urządzeniem mikroprocesorowym sterowanym z komputera nadrzędnego (hosta) poprzez interfejs szeregowy RS-2 32. Komunikacja odbywa się z prędkością 19200 bodów, która została wybrana jako kompromis pomiędzy szybkością komunikacji a możliwą liczbą błędów transmisji. Program pracujący na komputerze nadrzędnym wysyła odpowiednie komendy i dane oraz kontroluje ich poprawne przyjęcie przez programator. Natomiast program ,, zaszyty" w układzie AT89C52 sterujący pracą programatora odpowiednio je interpretuje, steruje układem programowanym dbając jednocześnie
0 odpowiednie poziomy napięć i zależności czasowe. Dzięki takiemu rozdzieleniu funkcji program sterujący programatorem może być napisany na dowolną platformę sprzętową (PC, Amiga, Atari ST itp.) jak i programową (DOS, Windows, UNIX, OS/2 itp. ) - program sterujący musi jedynie wysyłać odpowiednie komendy
1 odpowiednio interpretować odpowiedzi z programatora. W chwili obecnej istnieje oprogramowanie sterujące programatorem pracujące pod kontrolą systemu MS-Windows.
Zasilanie
Modelowy programator jest zasilany napięciem stałym o napięciu ok. 26V. Zasilacz
i układ przełączający napięcia programujące jest tak skonstruowany, że można zastosować napięcie niższe (min. 14V), lecz nie będzie wtedy możliwe programowanie elementów wymagających napięć programujących wyższych od 12V. Napięcie podane z zasilacza podane jest na wejście stabilizatora trzykońcówkowego Ul (7812), który wstępnie obniża napięcie i dostarcza je do interfejsu RS-232. Z ww. układu zasilany jest stabilizator U2 (7805) zasilający resztę urządzenia. Kondensatory Cl do C5 filtrują napięcie zasilające i zapobiegają wzbudzaniu się stabilizatorów.
Wyjaśnienia wymaga układ złożony z tranzystora Tl, rezystora Rl oraz diod Dl i D2. Służy on do podwyższania napięcia zasilającego do 6V w przypadku programowania układów wymagających takiego napięcia (np. pamięci EPROM). Jeżeli nie przewidujemy wykorzystywania programatora do programowania tego typu układów można nie montować ww. elementów a końcówkę 2 układu U2 obowiązkowo zewrzeć z masą np. poprzez wlutowanie mostka w miejsce kolektora i emitera tranzystora Tl.
Dioda LED (D3) sygnalizuje załączenie napięcia zasilającego.
Interfejs RS-232
Ze specyfikacji interfejsu RS-232 wynika, ze powinien on wykorzystywać poziomy napięć od -12V do +12V względem masy a układ AT89C52 używa poziomów TTL. Wynika stąd, że trzeba wykonać konwersję poziomów. Wykorzystano tu pewną ,,sztuczkę" polegającą na wykorzystaniu charakterystyk wejściowych układów dopasowujących poziomy napięć znajdujących się w praktycznie każdym komputerze PC (są to MC1489 lub MAX232) - nie reagują one na ujemny poziom napięcia. W związku z tym interfejs w programatorze zrealizowany za pomocą inwertera U3A w odpowiedzi na stan wysoki linii TXD układu AT89C52 nie daje na wyjściu napięcia ujemnego a ,,tylko" 0V. Stan niski na ww. linii spowoduje pojawienie się napięcia zbliżonego do +12V dzięki ,,podciągnięciu" wyjścia bramki U3A do poziomu +12V za pomocą rezystora R7.
Interfejs linii RXD procesora także wykonano w oparciu
o inwerter (U3C). Jednak aby dopasować poziomy napięć interfejsu RS-232 do poziomów TTL wykorzystano układ złożony z diody zenera Z5 i rezystora R8 ograniczającego prąd płynący przez diodę. Dioda pełni podwójną rolę -w przypadku pojawienia się na wejściu (końcówka 2 złącza J3) napięcia dodatniego większego od jej napięcia przebicia - ogranicza napięcie do ok. +5V, jeśli na ww. wejściu wystąpi napięcie ujemne - dioda będzie spolaryzowana w kierunku przewodzenia i ograniczy napięcie na wejściu inwertera do ok. -0,6V co nie spowoduje zniszczenia układu U3. Rezystor R9 zamyka obwód otwartego kolektora bramki U3C.
Układ przełączający napięcia programujące
Do przełączania napięć wykorzystano wysokonapięciową wersją inwerte-rów z otwartym kolektorem 74LS06 (U3) wraz z diodami zenera Zl do Z4 i Z6, rezystorami R3, R4, R5, kondensa-
WYKAZ ELEMENTÓW
Programator Rezystory
Rl, R3..R5, RIO, Rl 1: 10kQ R2, R8, R9: lkLl R6: 8x1 kQ R7: 2,2kQ Kondensatory Cl, C4, C5, Cli: lOOnF C2: IOOm-F C3, C7, C10: 10^F Có: 33nF C8, C9: 27pF Półprzewodniki Dl, D2: 1N4148 D3: dioda LED Tl, T2: BC237 T3: BD139 T4: BD140 Ul: 7812 U2: 7805 U3: 74LS06 U4: AT89C52 Zl, Z4: 5V6 Z2: 7V5 Z3: 3V3 Z5: 5V1 Zó: 3V9 Różne
Xl: ll,059MHz Jl: złqcze zasilajgce J2: złgcze IDC40 J3: złgcze DB9 męskie
Adapter
Atmel, PIC, EEPROM Rezystory
Rl: lka
torem C6 oraz tranzystorami T2 (BD139) i T3 (BC237). Dzięki takiemu rozwiązaniu udało się uzyskać kompromis pomiędzy skomplikowaniem układu a kosztem (są dostępne przetworniki CA z interfejsem I2C) oraz zlikwidować problem kalibracji napięć (pod warunkiem, że elementy są sprawne i napięcia diod zenera mieszczą się w klasie). Przełączanie napięcia odbywa się poprzez podanie stanu wysokiego na odpowiednie wejście inwertera (dopuszczalne, a nawet pożądane jest występowanie więcej niż jednego wejścia inwertera przełączającego - zyskujemy dodatkowe zabezpieczenie na wypadek uszkodzenia się (przerwy w obwodzie wyjść ww. bramek) - jest to realizowane programowo. Tranzystor T2 z rezystorem R3 włącza/wyłącza ustalone wcześniej napięcie. Tranzystor T3 pracuje jako wtórnik emiterowy, zwiększając obciążalność źródła napięcia p ro gr amuj ąc e go.
Kondensatory
Cl: lOOnF Półprzewodniki
Dl: dioda LED Różne
Ul: podstawka DIP-20 U2: podstawka DIP-18 U3: podstawka DIP-8 U4: podstawka DIP-8 Jl: złgcze IDC40
Adapter Atmel AVR Rezystory
Rl: lka Kondensatory
Cl: lOOnF Półprzewodniki
Dl: dioda LED Różne
Ul: podstawka DIP-40 Jl: złgcze IDC40
Adapter MCS-51 Rezystory
Rl: lka Kondensatory
Cl, C2: 27pF C3, C4: lOOnF Półprzewodniki
Dl: dioda LED
U 2, U4: 4040
Różne
Xl: 4MHz
Ul: podstawka DIP-40
Jl: złgcze IDC40
Elektronika Praktyczna 4/2001
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
Załączanie zasilania układu programowanego
Do załączania napięcia zasilania układu programowanego wykorzystano układ złożony z tranzystora T4 (BD140), rezystora Rll i kondensatora Cli. Dziwić może umieszczenie w kolektorze tranzystora samego kondensatora - jednak nie do końca jest to prawda - obwód kolektora jest zamknięty poprzez rezystor i diodę LED znajdujące się na dołączanych
do programatora płytek adapterów oraz oczywiście przez sam element programowany.
Układy sterujące pracą mikrokontrolera
Do prawidłowego wykonywania programu znajdującego się w układzie U4 potrzebny jest zegar taktujący. Układ generatora sygnału zegarowego jest zawarty w układzie U4, jego częstotliwość jest stabilizowana kwarcem Xl o częstotliwości 11,059 MHz.
Taka częstotliwość zegara taktującego została wybrana ze względu na łatwość doboru standardowych prędkości transmisji na łączu RS-232. Kondensatory C8 i C9 uzupełniają układ generatora. Kondensator ClO i rezystor RIO tworzą układ generujący sygnał restartu procesora po włączeniu zasilania.
Adaptery
Programowane układy są podłączane do programatora za
pomocą adapterów. Są to proste układy zawierające zazwyczaj podstawki pod układy scalone i kilka elementów dopasowujących. Takie rozwiązanie pozwoliło zmniejszyć do minimum liczbę elementów przełączających przez co zwiększono niezawodność układu - chodzi tu szczególnie o przełączanie względnie wysokiego napięcia programującego. Opisy adapterów przedstawimy za miesiąc. Robert Krysztof
Elektronika Praktyczna 4/2001
93
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
DzioS "Projekty Czytelników" zawiera opisy projektów nadesłanych do redakcji EP przez Czytelników. Redakcja nie bierze odpowiedzialności za prawidłowe działanie opisywanych układów, gdyż nie testujemy ich laboratoryjnie, chociaż sprawdzamy poprawność konstrukcji.
Prosimy o nadsyłanie własnych projektów z modelami (do zwrotu). Do artykułu należy dołączyć podpisane oświadczenie, że artykuł jest własnym opracowaniem autora i nie był dotychczas nigdzie publikowany. Honorarium za publikację w tym dziale wynosi 250,- zł (brutto) za 1 stronę w EP. Przysyłanych tekstów nie zwracamy. Redakcja zastrzega sobie prawo do dokonywania skrótów.
Przetwornica napięcia 12/220V o mocy 150W, część
W drugiej części opisu
konstrukcji przetwornicy
12/220V autor zdradza
kilka "tajemnic" swojego
opracowania i dzieli się
uwagami związanymi
z uruchomieniem
i eksploatacją urządzenia.
Dlaczego przekaźnik?
Przekaźnik. PIC stanowi zabezpieczenie przed odwrotnym podłączeniem napięcia zasilania. W sytuacji, gdyby doszło do zamiany przewodów zasilających i nie byłoby przekaźnika, nietrudno zauważyć, iż przez diody D5 i D6 oraz uzwojenie wtórne transformatora popłynąłby prąd zwarcia. Dlatego obecność PK, który zapobiega takiej sytuacji. Jednocześnie prosty układ, złożony z elementów Dl3, R34 oraz D8 informuje zapaloną diodą Dl3, że zaciski zasilające przetwornicę są podłączone odwrotnie.
Przekaźnik stanowi także element wykonawczy układu zabezpieczenia przed przeciążeniem lub zwarciem. Zabezpieczenie to tworzą układy US5 i US6 wraz z elementami towarzyszącymi. US5 to układ kontroli prądu płynącego przez obciążenie. Oznacza to, śe napięcie na jego wyjściu jest zależne od wartości prądu pobieranego przez układ przetwornicy. Sygnałem wejściowym dla wzmacniacza operacyjnego jest spadek napięcia na Rb, który jest
proporcjonalny do płynącego przez Rb prądu. Rezystor Rb wykonano samodzielnie z kawałka przewodu o przekroju 4mm2 i długości 10 cm. W sytuacji, gdy dojdzie do zwarcia lub przeciążenia układu przetwornicy, spadek napięcia na Rb wzmocniony przez US5 daje na jego wyjściu 6 napięcie
0 wartości powyżej 5V. Z wyjścia wzmacniacza operacyjnego sygnał trafia na wejście zegarowe przerzutnika D (US6), powodując zmianę stanu wyjść Q i 'Q na przeciwne. To właśnie napięcie powyżej 5V jest rozpoznawane jako logiczna jedynka przez przerzutnik D, powodując zmianę stanu na wyjściach Q i'Q. Na wyjściu
1 (US6) pojawia się napięcie zasilania, powodując świecenie diody LED Dl2, która sygnalizuje przeciążenie przetwornicy. Natomiast na wyjściu 2 pojawia się stan zera logicznego (wartość napięcia bliska wartości masy) i tym samym przewodzący tranzystor T8 blokuje pracę T7 oraz przekaźnika. Dalsza praca układu przetwornicy jest niemożliwa. Dopiero wyłączenie układu i ponowne załączenie
Projekt
083
sprawi, że impuls prądu ładowania Cl3 powoduje wystąpienie stanu 1 na wejściu zerującym przerzutnika D, a tym samym jego wyzerowanie. Dzięki temu każdorazowe przerwanie zasilania spowoduje, iż wyjście 1 będzie na niskim poziomie, a wyjście 2 na wysokim. Wtedy praca przetwornicy jest możliwa, oczywiście pod warunkiem, że nie ma przeciążenia czy zwarcia.
Uruchomienie przetwornicy
Należy pamiętać, iż przetwornica wytwarza niebezpieczne dla życia i zdrowia napięcie 220VAC. Dlatego wszelkich regulacji w układzie należy dokonywać z zachowaniem szczególnej ostrożności. Do prawidłowego uruchomienia przetwornicy niezbędne będą: oscyloskop, miernik uniwersalny oraz zasilacz regulowany. Oczywiście do pracy eksploatacyjnej przetwornicy niezbędny będzie akumulator.
Uruchomienie układu rozpoczynamy od generatora 50Hz. Za pomocą PRl ustawiamy właściwą częstotliwość przebiegu. Na kolektorze Tl powinniśmy uzyskać ten sam przebieg, lecz obrócony o 180�. Podobnie w przypadku tranzystora T2. Następnie możemy przystąpić do uruchomienia układów różniczkujących (US2 i US3) oraz stabilizatora 220V. Po odłączeniu Tli od układów różniczkujących, na bramki T9 i TlO powinny trafić impulsy o pełnej szerokości tzn. lOms. Wtedy na uzwojeniu pierwotnym transformatora powinno być napięcie ok. 300V. Teraz możemy uruchomić układ sta-
Elektronika Praktyczna 4/2001
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
bilizatora napięcia 220V, którego zadaniem jest utrzymanie na wyjściu przetwornicy napięcia 220V niezależnie od obciążenia.
Potencjometrem montażowym PR4 ustawiamy na wejściu 3 US4 napięcie o wartości 5,3V. Taką samą wartość napięcia ustawiamy na wejściu 2 US4 za pomocą PR5. Sprawdzamy pracę układu stabilizatora, obciążając przetwornicę różnymi mocami. Jeśli stabilizator pracuje prawidłowo, to na wyjściu przetwornicy zawsze będzie 220V. Do uruchomienia układu zabezpieczenia akumulatora przed rozładowaniem niezbędny będzie zasilacz z możliwością regulacji napięcia. Jeśli obniżymy napięcie zasilania do wartości 11, IV, to poprawnie działający układ zabezpieczający akumulator powinien zablokować pracę przekaźnika. Po zwiększeniu wartości napięcia ponad 11, IV, przekaźnik powinien załączyć się, umożliwiając prace przetwornicy. Na końcu uruchamiamy układ zabezpieczenia przetwornicy przed przeciążeniem czy zwarciem. Obciążając układ mocą rzędu 180..200W, ustawiamy PR6 tak, aby wzmocniony przez US5 spadek napięcia na Rb dał na wyjściu 6 US5 napięcie powyżej 5V, powodując
przełączenie stanu wyjść Q i 'Q przerzutnika D.
Uwagi końcowe
Na koniec kilka uwag dotyczących układu przetwornicy napięcia. Układ stabilizatora charakteryzuje się pewną bezwładnością. Oznacza to, że jeśli przetwornica jest obciążona pewną, ustaloną mocą i dojdzie do gwałtownej zmiany obciążenia, to odpowiedź układu stabilizatora napięcia, aby utrzymać na wyjściu 220V będzie wymagała pewnego czasu. Spowodowane to jest przez pojemności C14 i C15, Jednak obecność C14 i C15 jest niezbędna dla stabilnej pracy przetwornicy i ich brak powoduje, iż wzbudzają się układy różniczkujące. Poza tym napięcie na wyjściu przetwornicy może nieznacznie różnić się od 220V, jednak zmiany w zakresie 220V-/+5V nie powinny stanowić problemu dla zasilanych urządzeń. W układzie stabilizatora znajdują się potencjometry montażowe PR2 i PR3. Służą one do korekcji szerokości impulsów. Chodzi o to, aby pracujący w obwodach sprzężenia zwrotnego układów różniczkujących tranzystor Tli powodował taką samą zmianę szerokości impulsu, zarówno w jednym, jak i w drugim układzie różniczkującym.
Kolejna uwaga dotyczy układu zabezpieczenia przed przeciążeniem czy zwarciem. Niektóre urządzenia, np. telewizory, w momencie załączania pobierają większą moc niż 150W, powodując zadziałanie układu przeciążeniowego. Zwiększony pobór prądu przez niektóre urządzenia w momencie załączania spowodowany jest przez wewnętrzną pojemność układów zasilających odbiornik. Stąd zwiększony ,,apetyt" na prąd tego typu urządzeń, pomimo iż ich moc znamionowa jest niższa. Należy o tym pamiętać. Dlatego przy załączaniu np. telewizora
0 mocy 60W pierwsze próby uruchomienia odbiornika będą powodowały zadziałanie układu przeciążeniowego. Jednak trzecia czy czwarta próba, kiedy to pojemności wewnętrzne odbiornika będą już częściowo naładowane spowoduje, że pobór prądu będzie mniejszy i układ przeciążeniowy nie zadziała. Taką niedogodność można wyeliminować. Zmiana w układzie może polegać na tym, że układ przeciążeniowy
1 ochronny przed zwarciem będą oddzielone. Wtedy układ przeciążeniowy będzie działał z pewnym opóźnieniem, umożliwiając bezproblemowy start urządzeń pobierających w momencie załączania większy prąd.
Na koniec o zastosowanym w układzie przetwornicy transformatorze. Jest to transformator toroidalny mający małe rozmiary i większą sprawność niż transformator klasyczny. Napięcie uzwojenia wtórnego wynosi 2xl2V, natomiast pierwotnego 300V, moc 150W. W handlu takiego transformatora nie znajdziemy, dlatego musimy wykonać go we własnym zakresie lub nieco zmodyfikować dostępne w sprzedaży. Autor projektu zastosował to drugie rozwiązanie. Jeśli dla kogoś moc przetwornicy 150W jest niewystarczająca, istnieje oczywiście możliwość zastosowania transformatora o wyższej mocy 200 czy 350W. Należy jednak pamiętać, iż przetwornica przy takiej mocy będzie pobierała większy prąd z akumulatora, oraz o tym, aby inaczej ustawić próg zadziałania układu zabezpieczenia przed przeciążeniem (potencjometrem PR6).
Ostatnia już uwaga dotyczy przewodów zasilających przetwornicę, które powinny być jak najkrótsze ze względu na to, iż przy dużym prądzie na długich przewodach powstałby zbyt duży spadek napięcia. Z akumulatora jest bowiem pobierane ponad 15A prądu. Michał Cembrzyński
96
Elektronika Praktyczna 4/2001
m
5 Międzynarodowy magazyn elektroników konstruktorów
a.
N
5/2001
maj
15 zł 50 gr (w tym 7% vat)
200 4
mm-mmm
mai

W Ś EPon/offLIME ISSN lt4D-7tc15
771bHD
7b^015
D5>
AUTOMATYKA
Rejestratory danych znajdują szerokie
zastosowanie we wszystkich dziedzinach
przemysłu. Firma Simex proponuje trzy systemy
rejestracji danych, które są szczególnie przydatne
tam, gdzie rejestracja parametrów procesu ma
kluczowe znaczenie dla jakości produktu. Różnice
w budowie, zasilaniu oraz funkcjonalności
sprawiają, iż znajdują one zastosowanie
w odmiennych warunkach pomiarowych.
Cyfrowe rejestratory typu MicroLog (popularnie zwane "pastylkami") cieszą się szczególnym zainteresowaniem wśród firm transportujących i magazynujących żywność. Dostępne są w dwóch wykonaniach: jako rejestratory temperatury oraz rejestratory temperatury i wilgotności. Oba rejestratory tego rodzaju posiadają wbudowane czujniki, dla-
Rejestratory danych
tego ich zakres zastosowań ogranicza się tylko do analizy parametrów powietrza. Posiadają one własne zasilanie (we-wnętrsna bateria litowa - 1/2 AA o napięciu 3,6V). "Pastylkę" wyposażono w wyświetlacz LCD umożliwiający od-
czyt wartości maksymalnej i minimalnej śledzonych parametrów. Podgląd obejmuje zarówno wartości zarejestrowane w ciągu ostatnich godzin (od 1 do 24 h), jak i ostatnich dni lod 1 do 30 dni). Wyniki rejestracji zapisane zostają w nieulotnej pamięci o pojemności 16000 pomiarów. Dane zabezpieczone są przed utratą na wypadek wyczerpania się lub usunięcia baterii.
Rejestratory są programowane za pomocą komputera PC. Oprogramowanie działające w środowisku Windows dostarczane jest wraz z rejestratorami. Umożliwia nastawę czasu rozpoczęcia rejestracji oraz prserw pomiędzy kolejnymi próbkami. Zarejestrowane dane mogą być wyświetlane w postaci graficznej liys. 1) lub tabelarycznej i prse-syłane bezpośrednio do drukarki lub zapisane w formacie Ex-cela. Rejestratory wyposażono w złącza: RS232 (do podłączenia komputera) oraz IrDA (do bezprzewodowego dołączenia drukarki). W tab. 1 zawarto najważniejsze parametry rejestratora MicroLog.
Kolej nym urządzeniem proponowanym prsez Simex do rejestracji sygnałów wolno-zmiennych jest rejestrator danych RD-50. Dostępny w obudowie tablicowej może dokonywać jednoczesnej rejestracji z 4 niezależnych miejsc pomiarowych. Ursądzenie współpracuje z zewnętrznymi czujnikami typu PtlOO (na zamówienie także Pt500, PtlOOO), termoparowymi J, K, S oraz przetwornikami z wyjściami prądowymi (0.. .2 Om A,
4... 2 Om A) lub napięciowymi (0...5Y, O...1OV). Rejestrator RD-50 wyposażono w ośmio-dekadowy wyświetlacz typu
Itił mńtt e H
lrt t HMAi Ul* i Lł.H
iltrjM Md* e FŁL
�t* ; UL
LED umożliwiający wskazanie wartości wykonanego aktualnie pomiaru. Wewnętrzna bateria podtrzymuje zaprogramowane i zgromadzone dane na wypadek zaniku zasilania. Pojemność pamięci dla wersji jednokanałowej wystarcza na 2924 pomiary, a czterokanało-wej na 1398 pomiarów na kanał. Zarejestrowane dane mogą być wydrukowane na drukarce wyposażonej w złącze szeregowe lub odczytane na komputerze (rys. 2). Podczas transmisji rejestrator wykorzystuje sygnał CTS łącza szeregowego, który zapewnia synchronizację transmisji.
|*t* I Utt I Etami t I Oaiwl 1 i Cła**! J I CIhmI I i
IL.lt.tt J IM! I
ll.tt.lt I 31.11 I
tlJl.tt I llAi I
t\M,H \ JlJl I
4.7H I -i.fi* I
-ł.m i
-4.U2 I
-I?Jł f -ti.łt t
5H.1
i
na: i
tU i i
3 | Cum]
I-----------
Ifui
Ikłłt*
HM
Htir
łllt
-4S.U!
ILIt.tł
----------h
u.irtt
11.44
13,M
Rys. 1.
Rys. 2.
Elektronika Praktyczna 5/2001
135
AUTOMATYKA
Panel operatorski. SPA-42
SRS4/4
MODBUSFUU
Komputer operatofskl
ZASILACZ 24VDC soz xn
Moduł
przetwornika
Moduł
przetwornika
Moduł
przetwornika
1
RS-232/ RS-485
ZASILACZ 24VDC
MODBUS FTTTJ
SRS 4/4 - koncentrator danych z separacją galwaniczną
Moduł przetwornika - moduły przetworników typu SPT1100, STKI, STL21...
(i - oznacza opcję z izolacją galwaniczna) SOZ - moduły opóźnionego załącznla zasilania (stosowane, gdy
w podsieci znajduje sie więcej niz 8 -r 10 modułów pomiarowych)
Rys. 3.
Odczyt i prezentację danych umożliwia program rd50pc.exe. Zgromadzone za jego pomocą dane można zapisać w pliku tekstowym z separatorami rekordów w postaci znaków tabulacji. Tak przygotowane dane można bez trudu odczytać za pomocą programu Microsoft Excel, co ułatwia ich dalszą ,,obróbkę" w dowolny sposób.
Rejestrator RD-50 umożliwia parametryzowanie wielu funkcji, co daje możliwość optymalnego wykorzystania urządzenia w różnych aplikacjach. W celu zabezpieczenia programu rejestratora przed dostępem osób postronnych, producent wprowadził funkcję indywidualnego hasła dostępowe-go. Jedną z parametryzowa-nych funkcji rejestratora RD-50 jest programowany przez
użytkownika współczynnik filtracji sygnału wejściowego. Wszelkie szybkozmienne wahania sygnału zostają sprowadzone do wartości średniej, wyliczanej na podstawie odpowiednio dobranego wzoru. Dane rejestrowane w odstępach od 1 minuty do 24 godzin mogą być gromadzone w trzech trybach:
- po zapełnieniu pamięci kasowane są najstarsze dane (tzw. funkcja nadpisu),
- zapełnienie pamięci rejestratora powoduje zaprzestanie zapisu danych,
- brak rejestracji danych, wyniki wykonanego pomiaru urządzenie automatycznie wysyła do drukarki.
Istnieje ponadto funkcja umożliwiająca skasowanie wszystkich zapisanych do tej pory danych. W celu ograni-
czenia zużycia energii rejestrator wykorzystuje funkcję ,,uśpienia". W trybie tym urządzenie ma wygaszone diody i wyświetlacz. Po ,,obudzeniu" w przypadku braku operacji na klawiaturze przez 1 minutę urządzenie ponownie ,,usypia". W tab. 2 zawarto najważniejsze dane techniczne rejestratora RD-50.
Trzecim systemem rejestracji, proponowanym przez Si-mex, jest system oparty na zdalnej akwizycji danych (rys. 3). Taki system, budowany w oparciu o magistralę Mod-bus RTU, umożliwia jednoczesne gromadzenie danych z wielu punktów pomiarowych. Składa się zazwyczaj z lokalnych modułów przetworników pomiarowych, modułu rejestrującego oraz stacji operatorskiej-komputera PC.
Rejestrowane dane mogą być archiwizowane na dysku komputera i udostępniane innym programom komputerowym. Odpowiednia konfiguracja programu umożliwia wykonanie i drukowanie raportów
o określonych porach dnia lub na żądanie operatora. Moduły pomiarowe przetwarzają analogowe sygnały elektryczne na sygnał cyfrowy, przesyłany w standardzie Modbus RTU z wykorzystaniem łącza szeregowego RS485. Moduły różnią się między sobą budową obwodów wejściowych i są wykorzystywane do pomiarów odmiennych wielkości elektrycznych.
Aktualnie dostępne moduły (na życzenie z optoizolacją) mogą współpracować z oporowymi czujnikami temperatury (PtlOO), termoelektrycznymi (J, K, S), czujnikami z wyjściem napięciowym oraz prądowym. Na uwagę zasługuje fakt, że w jednej sieci można podłączyć do 128 przetworników bez konieczności stosowania wzmacniaczy buforowych. Na rys. 3 pokazano przykład systemu rejestrującego rozproszone dane zbudowanego w oparciu o urządzenia opisane w artykule.
Czytelnikom zainteresowanym możliwościami i budową systemów przesyłu danych proponuję lekturę artykułu poświęconego zdalnej akwizycji danych, opublikowanego wEP3/2OOl. Dariusz Kocerba, Simex
Artykuł powstał w oparciu o materiały udostępnione przez firmę Simex, tel. (0-58) 342-14-26...28, www.simex.-com.pl.
Tab. 1. Podstawowe parametry rejestratora Microlog
Tab. 2. Podstawowe parametry rejestratora RD-50
wyświetlacz...........................................................................LCD, 2 cyfry
zasilanie...........................................................wewnętrzna bateria litowa
1/2AA, 3,6 V (żywotność baterii ok. 2 lata)
pojemność pamięci........................................................16000 pomiarów
programowany czas próbkowania..........................................od 10s...2h
wbudowane czujniki:
temperatury..........................................................zakres: -30�C...+50�C
rozdzielczość:.......................................................................0,5�C
dokładność:.......................................................................ą0,6�C
wilgotności.................................................................zakres: 0...100 %
rozdzielczość:.......................................................................0,5%
dokładność:...........................................................................ą3%
zewnętrzny czujnik (opcja)
zakres pomiarowy.................................................-50�C...+100�C
wejście napięciowe...............................................zakres: 0...10V
dokładność:.........................................................................ą0,1 V
wyjścia ...................................złącze RS-232 do podłączenia komputera,
interfejs drukarkowy IrDA
software......................................................................................MicroLab
stopień ochrony................................................................................IP 65
wymiary...........................................................................72mmx22,9mm
wyświetlacz...........................................LED, 8 dekad, wysokość 13 mm
rozdzielczość.....................................................................................0,1%
dokładność........................................................................................0,5%
zakres pomiarowy............................................................-50 C...+1600 C
pojemność pamięci
wersja 1-kanałowa...............................................2924 pomiarów
wersja 2-kanałowa.....................................2144 pomiarów/kanał
wersja 4-kanałowa.....................................1398 pomiarów/kanał
czas między rejestr................................................od 1 min do 24 godzin
zegar czasu rzeczywist.......................dopuszczalny błąd ą3 min/miesiąc
podtrzymanie danych i czasu.......................bateryjne około 12 miesięcy
wejścia maks. 4:..............................Pt100 (Pt500, PtiOOO - na zamów.),
termopary typu J, K, S lub analogowe:.......0...20mA, 4...20mA,
0...5V,0...10V
interfejs komunikacyjny..............RS232, dyskietka z oprogramowaniem
zasilanie................................................230VAC, 115V, 24V/8VA, 24VDC
stopień ochrony..............................................................IP65 (od frontu)
temp. pracy.............................................................................0�C...+50�C
temp. składowania..............................................................-10�C...+70�C
obudowa.....................................................................................tablicowa
wymiary obudowy...........................................................144x72x124mm
136
Elektronika Praktyczna 5/2001
AUTOMATYKA
Inteligentny, miniaturowy, elegancki.
Po raz trzeci sięgamy po
miniaturowe urządzenie
panelowe o niewiarygodnych
wymiarach pfyty czołowej:
48x24mm fl/32 standardu DIN).
Tym razem jest to inteligentny
regulator temperatury o dużej
odporności na zakłócenia
zewnętrzne - E5GN.
Zintegrowane regulatory temperatury serii E5GN wchodzą w skład niezwykle rozbudowanej rodziny E5_N. W jej ramach są dostępne zarówno regulatory miniaturowe, jak i wiele identycznych funkcjonalnie regulatorów w obudowach z płytą czołową o wymiarach 1/16, 1/8 i 1/4DIN. Znaczne zminiaturyzowanie modułu elektroniki osiągnięto dla regulatora E5GN, którego płyta czołowa ma wymiary 48x24mm.
Jak jest zbudowany?
Budowa regulatorów serii E5_N jest niezbyt skomplikowana, a to dzięki zastosowaniu w jednostce centralnej szybkiego mikrokontrolera. Uproszczony schemat blokowy regulatorów tej rodziny przedstawiono na rys. 1.
W zależności od wersji regulatory E5GN mogą współpracować z czujnikami temperatury następujących rodzajów:
- termo parowy mi K, J, T, E, L, U, N, R, S, B,
- platynowymi czujnikami PtlOO i jPtlOO,
- dowolnymi czujnikami z wyjściem napięciowym (napięcie wejściowe powinno się mieścić w przedziale 0..50mV).
Regulator może być wyposażony w interfejs komunikacyjny RS485, za pomocą którego można przesyłać dane z modułu regulacyjnego do komputera PC z zainstalowanym programem SYS-Config lub do innego urządzenia nadrzędnego, np. PLC. Maksymalna szybkość transmisji wynosi 19,2kbd, a wszystkie parametry transmisji użytkownik może samodzielnie ustalać.
Rolę elementu wykonawczego spełnia przekaźnik elektromechaniczny o obciążalności 2A przy obciążeniu rezystancyjnym zasilanym napięciem 220VAC. Za pomocą tego przekaźnika można sterować np. styczni-
oun
Wyjście
Wejście czujnika sygnalizacyjne
temperatury AL

Blok Wyjście
regulacji alarmowe

Interfejs
komunikacyjny
tys. i.
UII1KUI1
kiem włączającym grzałkę lub element chłodzący. Niektóre modele regulatorów wyposażono także w wyjście napięciowe do sterowania SSR (tranzystor PNP z otwartym kolektorem), które można wykorzystać do monitorowania sygnału z czujnika temperatury. Wyjście to nie jest odizolowane od układu regulatora, w związku z czym należy ostrożnie korzystać z występującego na nim sygnału. Regulatory mogą być wyposażone także w przekaźnikowe wyj-
Podstawowe właściwości regulatora E5GN:
/ miniaturowe wymiary płyty czołowe] 1/32DIN,
/ dwa wyświetlacze 4-cylrowe o programowanych funkcjach,
/ współpraca z 11 rodzajami czujników Temperatury,
/ przekaźnikowe lub napięciowe wyjście regulatora,
/ opcjonalne wyjście alarmowe o programowanych lun kejach,
/ wbudowany interfejs komunikacyjny RS485 (protokół CompoWay/F),
/ samoczynne lub ręczne dostosowywanie parametrów regulatora PID do nadzorowanego obiektu,
/jednostka sterująca w logice rozmytej (Fuzzy Logic),
/ duże możliwości arytmetycznej obróbki wyników pomiaru
Wartość
udana ^r Zwiększania P
A ~ - _
zadana ' ZmnieJszenleP
Wartość
Wartość
Zwiększania I
T
Zmniejszenie I
Warto**
zadina Zwiększania D
Wartość
zadam Zmniej&zerie D
Rys. 2.
Elektronika Praktyczna 5/2001
139
AUTOMATYKA
ście alarmowe, którego funkcję można swobodnie zaprogramować.
Standardowym wyposażeniem regulatora jest także wbudowany zasilacz, który występuje w trzech wersjach przystosowanych do napięć: 24VAC, 24VDC lub 230VAC, zabezpieczony kasowalnymi bezpiecznikami polimerowymi.
Wskazania na wyświetlaczu
Co potrafi?
Budowę regulatora E5GN zoptymalizowano pod kątem zapewnienia precyzyjnej regulacji temperatury, która jest realizowana jednym z dwóch sposobów:
- za pomocą sterowania impulsowego PWM,
- za pomocą regulatora PID (zastosowano jego zmodyfikowaną wersję,
Charakterystka
przetwarzania po modytlkacJL
Zadane przez użytkownika przesunięcuie wskazań temperatury górnej
Standardowa
chjarakteryatka
przetwarzania
0X1 temperatura oblekaj regulacji Zadane przez użytkownika (np. 25*C) przesunlęcule wskazań temperatury dolne]
Rys. 3.
.Wartość śledzonego
parametru
nazwaną 2-PID) wspomaganego zrealizowanym w oparciu o algorytmy logiki rozmytej.
Zastosowanie w regulatorze sterownika w logice rozmytej umożliwia automatyczne dostosowanie parametrów regulacji do charakterystyki termicznej nadzorowanego obiektu. Oczywiście, na życzenie operatora możliwe jest także ręczne "dostrajanie" parametrów regulacji, co z pewnością docenią najbardziej doświadczeni użytkownicy. Na rys. 2 pokazano przykłady wpływu zmian parametrów regulacji PID na odpowiadające im fragmenty charakterystyki regulacji. Łatwo zauważyć, że sposób zdefiniowania poszczególnych etapów regulacji ma ogromne znaczenie dla "jakości" stabilizacji temperatury, którą radykalnie poprawia mechanizm samoczynnego dostrajania.
Ponieważ charakterystyki czujników temperatury oraz nadzorowanych obiektów są zazwyczaj dalekie od idealnych, konstruktorzy prezentowanego regulatora przewi-
140
Elektronika Praktyczna 5/2001
AUTOMATYKA
Wskazania na wyświetlaczu
Charakterystka
przetwarzania po modyfikacji
Wartość przesunięcia
Standardowa
charakterystka
przetwarzania
Wartość śledzonego
parametru
SP(anq
Wartość SP
Set Point)
Wartość SP przed zmianą
i Czas trwania i U zmiany _hj HwartoścISP^
Wysokość "schodka" Czas trwania "schodka*
Ś*Ś Czas
Początek zmiany wartości SP
Rys. 4.
dzieli możliwość konwertowania bezpośrednich wyników pomiarów do postaci preferowanej przez operatora. Do tego celu służy mechanizm zmiany kąta nachylenia prostej przetwarzania (rys. 3) oraz możliwość dodania składowej stałej (offsetu) do wyświetlanego wyniku (rys. 4).
Niebagatelnym ułatwi eniem w automatyzacji złożonych procesów regulacji temperatury jest fun-
Rys. 5.
keja samoczynnego modyfikowania zadanego punktu regulacji w określonym przez operatora czasie (ang. Set Point Ramp Function). Operator może sam określić czas dochodzenia temperatury do wartości zadanej.
Ws zy st ki e na stawy pr z e c h o wy wa -ne w pamięci regulatora można zabezpieczyć przed przypadkowymi zmianami wprowadzonymi z klawiatury.
Obsługa
Najprostszym sposobem konfigu-rowania (programowania) regulatora jest wykorzystanie do tego celu klawiatury i wyświetlacza, ulokowanych na płycie czołowej. Jej widok pokazano na rys. 6.
Wszystkie komunikaty sygnalizujące stan regulatora oraz kolejne pozycje menu konfiguracji są wyświetlane na kolorowym wyświetlaczu LCD (2x4 cyfry dziesętne). Charakte-
Elektronika Praktyczna 5/2001
141
AUTOMATYKA
4tmm
Przycisk wyboru poziomu menu
Rys. ó.
Wyświetlacz główny
/
E5GN
CMW STP OUT
T OOOO
m UUUU
CD
Przycisk wyboru trybu pracy
Przycisk "wd6T
Wskaźniki stanów
Wyświetlacz pomocniczy
Przycisk ^wgórę"
rystyczne stany pracy regulatora są sygnalizowane za pomocą czterech wskaźników punktowych przypisanych następującym zdarzeniom:
- przekroczeniu zadanego stanu alarmowego,
- uaktywnieniu wyjścia regulatora,
- komunikacji z jednostką nadrzędną,
- zatrzymaniu sterownika.
Dostęp do funkcji kon figurujących oraz zmian wartości parametrów regulacji umożliwia 4-przyciskowa klawiatura foliowa, której trzy przyciski wystarczają do zapewnienia bieżącej obsługi najważniejszych funkcji regulatora. Poszczególne parametry regu-
latora są ustawiane poprzez intuicyjne menu umożliwiające także blokowanie dostępu do poszczególnych poziomów podmenu, co jest dobrym sposobem na uniknięcie nieautoryzowanych zmian.
Pewnego rodzaju ciekawostką może być fakt, że przeprowadzone w redakcyjnym laboratorium testy funkcjonalne wykazały doskonałą przedatność regulatora E5GN jako sterownika dmuchawy grzałki elektrycznej w maszynie do foliowania (część kitów w kwietniu zapakowaliśmy za pomocą E5GN) oraz jako regulatora temperatury w wannie z cy-
ną. Należy jednak podkreślić, że dzięki łatwej obsłudze oraz wbudowanej funkcji samodostrajania, możliwości zastosowania E5GN są znacznie większe. Tomasz Paszkiewicz
Artykuł powstał w oparciu o materiały firmy Omron, tel. (0-22) 645-78-60, www.omron.com.pl.
Szczegółowe informacje na iemai regulatorów serii E5_N są dostępne w Iniernecie pod adresem: hiip:// omron .neicasi.com /Dyn am i c / 3_0_index.asp.
142
Elektronika Praktyczna 5/2001
PROJEKTY
Wysokosprawny wzmacniacz audio 2x250W, część 1
AVT-5015 kkkkkkki
PROJEKT Z OKŁADKI
Na rynku układów
scalonych do wzmacniaczy
audio długo panował zastój.
W ostatnich dwóch łatach
nastąpił rewolucyjny przełom,
który z pewnym opóźnieniem
dotarł także do Polski:
w artykule przedstawiamy
opis konstrukcji wzmacniacza
audio wysokiej jakości,
o bardzo dużej mocy
muzycznej (2x250W), który
praktycznie nie wymaga
chłodzenia. Niewiarygodne?
Zobaczcie sami!
Najważniejsze parametry i właściwości wzmacniacza AVT-5015:
x moc muzyczna: 2x250W (THD=1,2%, RL=4n), x moc wyjściowa dla sygnału sinusoidalnego
i THD=0,1% (RL=4n):150W, x pasmo przenoszenia: 17Hz..80kHz, x odstęp sygnału od szumu: >99dB, x separacja kanałów nie gorsza niż: -75dB (w
całym paśmie), x klasa pracy: T,
x sprawność (P =160W, RL=4n): 87%, x wbudowane zabezpieczenia
antyprzeciążeniowe.
Ojcem (matką?) sukcesu jest amerykańska firma Tripath, która po latach doświadczeń ze wzmacniaczami audio pracującymi w klasie D (z cyfrową modulacją sygnału audio metodą PWM) opracowała własną, zupełnie nową klasę wzmacniaczy, którą nazwaną T. Podstawowa zasada działania wzmacniaczy pracujących w klasie T jest podobna do klasycznych wzmacniaczy impulsowych, tzn. sygnał wyjściowy wzmacniacza jest ciągiem impulsów o modulowanym wypełnieniu i - istotna nowość -częstotliwości. To właśnie dzięki modyfikowaniu częstotliwości nośnej PWM wzmacniacze pracujące w impulsowej klasie T nie zniekształcają składowych sygnału wyjściowego o częstotliwościach powyżej l,5..2kHz jak dzieje się to w klasie D (rys. l), w związku z czym mają pasmo przenoszenia porównywalne (rys. 2) ze wzmacniaczami pracującymi w klasie A lub AB. Tak dobry wynik osiągnięto - niestety - dość dużym kosztem, ponieważ sygnał wejściowy poddawany wzmacnianiu jest
poddawany dogłębnej analizie widmowej przez procesor sygnałowy wbudowany w układ sterujący (rys. 3). Procesor ten odpowiada za dostosowanie częstotliwości nośnej do widma sygnału wejściowego, a także - dzięki rozbudowanym obwodom sprzężenia zwrotnego -dostosowuje parametry sterowania wyjściowych tranzystorów mocy do ich indywidualnych charakterystyk. Dzięki temu dobranie tranzystorów pracujących w końcówkach mocy nie jest zbyt trudne. Według informacji udostępnionych przez producenta, częstotliwość nośnej PWM dla sygnałów o niewielkich amplitudach i niskich częstotliwościach wynosi ok. l,2MHz. Spada ona do ok. 200kHz dla sygnałów o bardzo dużych amplitudach. Dzięki uzależnieniu częstotliwości sygnału nośnego od amplitudy sygnału wyjściowego poszerzeniu ulega zakres liniowej pracy elementów indukcyjnych, które wykorzystano do filtracji sygnału wyjściowego.
W tym momencie wypada zadać pytanie, po co inżynierowie
14
Elektronika Praktyczna 5/2001
Wysokosprawny wzmacniacz audio 2x250W
+ 11 Ś
-Śii)
L L - Ma
-100

500 lk
Hz
Rys. 1. Zniekształcenia w funkcji częstotliwości wzmacniacza pracującego w klasie D.
+ 0
1
B V r >> ta .,---\.
-100 *

3
1

0.1
0.01

6 7 8 9 10
Rys. 4. Zawartość harmonicznych w sygnale wyjściowym przykładowego wzmacniacza pracującego w klasie D.
i

' 0.1
0.01

600m 80 Om 1
Rys. 2. Zniekształcenia w funkcji częstotliwości wzmacniacza pracującego w klasie T.
Rys. 5. Zawartość harmonicznych w sygnale wyjściowym przykładowego wzmacniacza pracującego w klasie T.
firmy Tripath tak bardzo skomplikowali wzmacnianie sygnału audio? Odpowiedź jest bardzo prosta: ze względów oszczędnościowych. Wzmacniacze pracujące w klasie AB lub A charakteryzują się doskonałymi parametrami (małe zniekształcenia, duże wzmocnienie, szerokie pasmo przenoszenia), lecz mają małą a nawet bardzo małą (zwłaszcza wzmacniacze pracujące w klasie A) sprawność energetyczną. Z kolei wzmacniacze impulsowe pracujące w klasie D mają dużą sprawność energetyczną (nawet do 88%), ale wnoszą do wzmacnianego sygnału dość duże zniekształcenia, które są szczególnie dokuczliwe dla składowych sygnału wyjściowego o wyższych częstotliwościach (rys. 4). Odtwarzanie muzyki za pomocą wzmacniacza o tak dużych zniekształceniach jest praktycznie niemożliwe, w związku z czym klasa D doskonale przyjęła się w systemach kina domowego, gdzie energooszczędne wzmacniacze są wykorzystywane do zasilania głośni-
ków subniskotonowych o paśmie przenoszenia do 25 0..500Hz. Na rys. 5 pokazano charakterystykę ilustrującą poziom zniekształceń w funkcji mocy wyjściowej wzmacniacza klasy T. Przyjęto warunki pomiarowe identyczne, jak dla odpowiedniego układu pracującego w klasie D (charakterystyka z rys. 4) - przedstawiony wykres nie oznacza, że w zbudowanym przez nas wzmacniaczu przy IOW mocy wyjściowej poziom zniekształceń osiąga 10%!
TA0102A - serce wzmacniacza
Pierwsze próby ze wzmacniaczami pracującymi w klasie T konstruktorzy firmy Tripath prowadzili budując je z elementów dyskretnych. Okazało się, że zoptymalizowany projekt sterownika można umieścić w pojedynczej obudowie i dostarczać go w postaci gotowych modułów hybrydowych, nie wymagających praktycznie żadnego "strojenia". Jednym z pierwszych układów tego typu na rynku był TA0102A, sterownik wzmac-
I
Procesor kształtujący sygnał wyjściowy
Analizator sygnału wejściowego z predykcją
Wyciszanie
Wykrywanie uszkodzeń
DBtektor przeciążeń
Konwersja cyfrowa
Zasilacz
i 8
TRIPATH
niaczy o mocy wyjściowej (sinus) ok. 150W w każdym kanale. Właśnie ten układ zastosowaliśmy w prezentowanym projekcie.
Opis układu
Prezentowany w artykule wzmacniacz powstał w oparciu o bardzo szczegółowe zalecenia producenta układu TA0102A. W dokumentacji udostępnionej m.in. na stronie www.tripath.com znajduje się tak wiele wytycznych, że potencjalny wykonawca wzmacniacza ma stosunkowo niewiele do zrobienia: zaprojektować płytkę drukowaną. Jak się jednak okazało, nie jest to zadanie zbyt proste, ponieważ prąd przepływający impulsowo przez kluczowane z dużą szybkością tranzystory mocy powoduje powstawanie dość dużych zakłóceń, "chętnie" wykorzystywanych przez wzmacniacz jako pretekst do wzbudzania się.
Schemat elektryczny najważniejszej części wzmacniacza pokazano na rys. 6. Jak łatwo się domyśleć, najważniejszym elementem wzmacniacza jest układ scalony Ul. Sygnały wejściowe IN_L i IN_R są
Tab. 1. Wartość czasu martwego w zależności od położenia zworek JP1 i JP2.
Rys. 3. Schemat blokowy układu TA0102A.
Zwarte styki JP1 Zwarte styki JP2 Czas "martwy" [ns]
1-2 1-2 145
1-2 2-3 105
2-3 1-2 65
2-3 2-3 25
Elektronika Praktyczna 5/2001
15
Wysokosprawny wzmacniacz audio 2x250W
Rys. 6. Schemat elektryczny wzmacniacza.
wstępnie filtrowane za pomocą pasywnych filtrów LC, a składowa stała, jaka może w nich wystąpić jest separowana za przez kondensatory C35 i C36. Do wejść sygnałowych INI i IN2 Ul dołączono dwa potencjometry R17 i R18, za pomocą których ustala się napięcie polaryzujące stopień wejściowy wzmacniacza. Na złącze wejściowe JP4 wyprowadzono także sygnał wyciszania wzmacniacza MUTE. Jeżeli zostanie podany na to wejście sygnał cyfrowy o poziomie napięcia odpowiadającym logicznej "1" wzmacniacz przestanie pracować. Po ok. 200 ms od chwili podania na to wejście logicznego "0" wzmacniacz rozpoczyna normalną pracę. Jeżeli wejście to nie będzie wykorzystane można uaktywnić wzmacniacz "na stałe", zwierając styki 2-3 jumpera JP3.
Bardzo istotną rolę, zwłaszcza dla bezpieczeństwa kosztownego układu TA0102A, pełni impulsowy stabilizator napięcia U2. Jest to układ z rodziny SimpleSwitcher produkowanej przez National Se-micondutors. Pracuje on w swojej typowej aplikacji stabilizatora obniżającego napięcie wejściowe, a jego zadaniem jest utrzymanie 12-woltowego odstępu napięcia zasilającego wejście referencyjne od ujemnego napięcia -45V. Ponieważ pod wpływem zmian obciążenia wartość ujemnego napięcia zasilającego może się zmieniać w szerokich granicach, producent zaleca stosowanie schematu zasilania tego wejścia jak pokazano na rys. 7. Teoretycznie możliwy, prostszy w realizacji wariant zasilania pokazany na rys. 8, nie zapewnia bezpieczeństwa pracy Ul. Zastosowanie dość kosztownego stabilizatora impulsowego wyniknęło z faktu, że większość klasycznych stabilizatorów 3-końcówkowych nie pracuje stabilnie w przypadku wykorzystanie bieguna zasilania jako wejścia referencyjnego (masy). Ponieważ na-
VN12 Ul zasilania
000000
16
Elektronika Praktyczna 5/2001
Wysokosprawny wzmacniacz audio 2x250W
->+4SV
8
N *�
T
Ś*Ś VS
Rys. 7. Zalecany sposób wytwarzania napięcia polaryzującego VN12.
Ś*-+45V
->-45V
Rys. 8. Nieprawidłowy sposób wytwarzania napięcia polaryzującego VN12.
pięcie zasilające U 2 ma dużą wartość, niezbędnym okazało się zastosowanie stabilizatora wysokonapięciowego (LM2594HV - High Voltage, może pracować przy napięciu wyjściowym wynoszącym maksymalnie 57V), a ze względu na wygodę montażu zdecydowano się na użycie układu o fabrycznie ustalonym napięciu wyjściowym. Wbudowany w Ul procesor sterujący wyjściowe tranzystory mocy można skonfigurować za pomocą zworek JPl i JP2 w taki sposób, aby zoptymalizować parametry sterowania pod kątem szybkości ich pracy.
VSNEQ
WYKAZ ELEMENTÓW
Końcówka mocy Rezystory
Rl, R2: 20kQ
R3, R6, Rl 1, R14: 0,010/lW
bezindukcyjne
R4, R5, R9, RIO: 5,60/1 W
bezindukcyjne
R7, R12: 33O/2W bezindukcyjne
R8, R13: lkO/lW bezindukcyjne
R15: l,5kQ
R16: 10kO
R17, R18: 10kO potencjometry
miniaturowe
R19..R22: 1MO
R30, R31: opcjonalnie według
opisu w tekście
Kondensatory
C1..C7, C14, C16, C17:
100nF/100V
C8, C13, C15, C27: 100^F/100V
C9, CIO, C34: 100nF/50V
Cli: 10jiF/100V
C12: 100^F/25V
C18..C23: 10nF/100V
C28, C29: 100jiF/150V
C30, C31: 220nF
C32, C33: 47pF
C35, C36: 1jiF/25V
C37..C40: 10nF/50V
Półprzewodniki
D1..D4: MUR120
D5: dowolna LED
D8: MBR150 lub MBR160
Oznacza to, że podczas przełączania par tranzystorów Tl, T3 i T2, T4 procesor pomiędzy cyklami naprzemiennego włączania tranzystorów wstawia czas "martwy" kiedy to obydwa tranzystory powinny być
GND 1 GND 2
R27 Zwyfit lOOkl
WZItMCftłKM
OLJT1
Rys. 9. Schemat elektryczny opcjonalnego bloku zabezpieczającego głośniki.
T1..T4: STB19NB20
Ul: TA0102A
U2: LM2594HV-13
Różne
LI, L2: HjiH/IOA
L37 L4: według opisu w tekście
L5: 330|iH/2A
L6, L7: IjiH/IOA
JP1..JP3: goldpiny 1x3 zjumperami
ARK2 2szt.
ARK3 2szt.
Listwa goldpin z 38 stykami
(podstawka dla TA0102A)
Radiator aluminiowy zgodnie
z opisem w tekście
Blok zabezpieczenia głośników
(opcjonalny) Rezystory
R23, R24: 1MO
R25: 20kO
R2Ó, R27: lOOkO
R28: 220kO
Kondensatory
C24..C26: 1jiF/50V
Półprzewodniki
D6: BAT83
D7: MBR150 lub MBR160
D9: 1N4148
Q5: BC557
QÓ..Q9: BS170
Różne
Przekaźnik np. Schrack RTE24-005
wyłączone. Funkcja ta naywa się Break-Before-Make, a jej zadaniem jest m.in. zminimalizowanie start energii w przypadku zastosowania niezbyt szybkich tranzystorów wyjściowych. W tab. 1 zestawiono wartości czasu "martwego" w zależności od ustawienia zworek JPl i JP2. W przypadku zastosowania sprawdzonych w naszym laboratorium, w związku z czym zalecanych tranzystorów STB19BN20 czas "martwy" powinien wynosić 65ns.
Konstrukcja stopni końcowych wzmacniacza jest niezbyt interesująca (czytaj: mało skomplikowana), lecz wymagania stawiane zastosowanym w nich elementom są bardzo wysokie. Twórcy układu TA0102A wykazali się ogromnym doświadczeniem, dzięki czemu w obydwu gałęziach stopni końcowych można zastosować tranzystory unipolarne z kanałem N, zamiast najczęściej stosowanych par komplementarnych. Pomimo ciągłego udoskonalania technologii, tranzystory mocy z kanałem P ciągle po-
Elektronika Praktyczna 5/2001
17
Wysokosprawny wzmacniacz audio 2x250W
zostają krok w tyle (są zazwyczaj wolniejsze) za swoimi odpowiednikami z kanałem N. Dzięki temu unikamy konieczności płacenia więcej lub żmudnego dobierania par podobnych tranzystorów, co zresztą nie zawsze jest możliwe.
Układ Ul jest wyposażony w system autodiagnostyki, którego stan jest sygnalizowany za pomo-
cą diody świecącej D5, sterowanej sygnałem z wyjścia HMUTE Ul. Świecenie tej diody oznacza poprawne warunki pracy układu. W przypadku wystąpienia przetę-żenia w stopniu wyjściowym dioda D5 gaśnie sygnalizując awarię. Ponowne włączenie wzmacniacza wymaga zmiany stanu logicznego na wejściu MUTE w cyklu 0-1-0
lub wyłączenia i włączenia zasilania. W przypadku zbyt niskiego lub zbyt wysokiego napięcia zasilania dioda D5 także gaśnie, a powrót wzmacniacza do pracy jest możliwy dopiero po podaniu napięcia zasilającego o właściwej wartości.
Dodatkowe bloki funkcjonalne
Niezobowiązującym uzupełnieniem prezentowanej konstrukcji jest blok zabezpieczenia głośników przed uszkodzeniem stopni wyjściowych, który jednocześnie spełnia rolę ich odłącznika, sterowanego sygnałem HMUTE. Schemat elektryczny tej części układu pokazano na rys. 9. Jest to dokładna kopia bloku zabezpieczającego opracowanego przez inżynierów firmy Tripath. Jego zaletą jest prostota układowa i odporność na potencjalne uszkodzenia, lecz - jak pokazały doświadczenia prowadzone ze wzmacniaczem - jego stosowanie nie jest niezbędne. W przypadku rezygnacji ze stosowania bloku zabezpieczającego należy zewrzeć za pomocą grubego przewodu miedzianego styki przekaźnika i koniecznie zainstalować następujące elementy: L6, L7 i C18..C23. Z montażu pozostałych elementów można zrezygnować. Piotr Zbysiński, AVT piotr.zbysinski@ep.com.pl
Wzory płytek drukowanych w formacie PDF są dostępne w Internecie pod adresem: http://www.ep.com.pl/ 7pdffmaj01.htm oraz na płycie CD-EP05/2001B w katalogu PCB.
18
Elektronika Praktyczna 5/2001
Komputery PC jednoznacznie kojarzą się z wielkimi, głośnymi pudłami, nad
którymi nikt __
w pełni nie
jest w stanie
zapanować.
Udostępniony redakcji
do testów komputer
"ciasteczkowy" (ang.
biscuit PC) zaprzecza takim \
potocznym opiniom: kompletny,
dobrze wyposażony PC-et
wygląda bardzo "niewinnie",
ale podczas pracy spisuje się
profesj on alnie!
M A T Y K A
Miniaturowy PC firmy Advantech
Podstawowe właściwości modułu PCM582O:
pełna Kompatybilność z zaleceniami PC99,
Ś niewielkie wymiary 145x122rnrn,
Ś pamięć programu o pojemności 128MB,
Ś wbudowany sterownik grafiki LCD/CRT 1024x768/1280x1024px,
Ś wbudowane sterowniki HDD i FDD,
Ś wbudowany interfejs Ethernet 10/100,
Ś wbudowany podwójny interfejs RS232/422/485,
Ś wbudowany interfejs USB 1 0 (2 kanały),
Ś wbudowany interfejs PC/104,
Ś wbudowane złącze PS2 do klawiatury lub myszy,
Ś wbudowany interfejs optyczny IrDA,
Ś wbudowany interfejs kart pamięciowych CompactFlash,
Ś wbudowany interfejs LVDS,
Ś rozbudowane funkcje oszczędzania energii,
Ś zasilanie+5V/1,5A, ŚBIOS Plug&Play,
Ś wbudowany watchdog (1,6 sekundy),
Ś wbudowany blok konwersji sygnałów audio ("karta" muzyczna) zgodny z AC97,
Ś system konfigurowany zworkami i poprzez BIOS
Moduł PCM532O (fot. 1) jest jedną z trzech wersji modułów PC oferowanych przez Advantecha w ramach rodziny 5S2_. Pomimo niewielkich wymiarów, na płytce zintegrowano wszystkie bloki standardowego PC, tzn.:
- kontrolery dysków twardych (UD-MA33) i stacji dyskietek,
- pamięć DRAM o pojemności 123MB,
- interfejsy: szeregowy (z opcjami: IrDA, RS435, RS422), równoległy i USB,
- sterownik graficzny VGA z opcjonalnym wyjściem na kolorowy panel LCD z interfesjem VGA lub LVDS,
- interfejs sieciowy Ethernet 10/100,
- złącze w przemysłowym standardzie PC/104,
- złącze do karty z pamięcią Flash,
- system audio zintegrowany ze wzmacniaczem mocy.
Funkcjonalnie budowa modułu PCM3520 jest zbliżona do budowy standardowych PC-tów. Wyjątkiem jest centralny procesor: energooszczędny procesor Geode firmy National Semiconductors, która po wielu nieudanych próbach znalazła wreszcie swoje miejsce na rynku elementów do PC.
Niewielkie wymiary płytki drukowanej wymusiły na konstruktorach modułu zastosowanie miniaturowych złącz, których dostosowanie do obowiązujących standardów zapewniają odpowiednie kable wchodzące w skład zestawu. W zestawie dostarczane są także: kabel do klawiatury, "śledź" z gniazdami USB, kable audio i przedłużacze do RS232/RS422/RS435.
W modułach tworzących rodzinę PCM582_ (tab. 1) zastosowano procesory o wewnętrznej częstotliwości taktowania 200 lub 233MHz. Konstrukcję modułów wyposażonych w szybszy procesor zoptymalizowano pod kątem zastosowań wymagających dużej wydajności. W aplikacjach wymagających optymalizacji poboru mocy lepiej jest stosować moduły z wolniejszymi procesorami, ponieważ producent wyposażył je w szereg zaawansowanych mechanizmów oszczędzania energii.
Przeprowadzone przez nas krótkie testy modułu PCM5820 wykazały, że można go traktować jak pełnowartościowy PC i to o dość przyzwoitej wydajności. Bez żadnych kłopotów udało się zainstalować na dołączonym do komputera dysku twardym system ope-
Elektronika Praktyczna 5/2001
145
AUTOMATYKA
racyjny Windows ME. Jedynym istotnym kłopotem było zdobycie stabilizowanego zasilacza o mocy ok. IOW i napięciu wyjściowym 5V, ponieważ w zestawie go nie ma. W przypadku korzystania ze standardowych dysków twardych, wymagających dwóch napięć zasilania: +5V i +12V, należy zastosować zasilacz o mocy co najmniej 35W. Producent ułatwia nieco użytkowanie komputerów dostarczanych w postaci modułów podobnych do prezentowanego w artykule, dostarczając miniaturowe obudowy z zasilaczem (fot. 2), którego wydajność jest wystarczająca dla potrzeb miniaturowego komputera. Niebagatelną zaletą modułów PCM582_ są także zainstalowane "na pokładzie" złącza standardu PC/104, dzięki którym bezpośrednio do komputera można dołączyć
. \\tt\\UW\
Fot. 2. """Ś -
szereg specjalizowanych modułów sto sowanych w systemach automatyki. Andrzej Gawryluk, AVT
Tab. 1. Zestawienie dostępnych wersji komputerów PCM582_.
Oznaczenie Procesor GXM233 Procesor GXM200 Wbudowana karta sieciowa Wbudowany interfejs LVDS Wyjście TU Sterownik panelu LCD
PCM5820 + + + +
PCM5820L + + +
PCM5820E + + + +
PCM5822 + + + +
Prezentowane w artykule urządzenie dostarczyła redakcji firma EI-inark Automatyka, iel {0-22} 821-30-54, www.elmark.com.pl.
Więcej informacji na temat komputerów "cząsteczkowych " można znaleźć w Iniernecie pod adresem: http://www.advaniech.com/epc/.
146
Elektronika Praktyczna 5/2001
PROJEKTY
Dwukierunkowy regulator obrotów silników DC
AVT-5011
Regulatory obrotów silników
prądu stałego są
nieśmiertelnym tematem
w pismach przeznaczonych
dla elektroników, przede
wszystkim ze względu na
wielość możliwych aplikacji
takich urządzeń.
Tym razem propon ujemy
mikroprocesorowy regulator
obrotów, w którym klasyczny
potencjometr zastąpiono
nastawnikiem impulsowym.
Bardzo interesujące
rozwiązanie!
W zasadzie sprawa jest prosta: wystarczy zbudować generator impulsów prostokątnych
0 stałej częstotliwości i zmiennym wypełnieniu (np. na NE555)
1 dołączyć do jego wyjścia tranzystor wykonawczy. Sprawa zaczyna się jednak komplikować, jeżeli regulować mamy nie tylko prąd pobierany przez silnik, ale i kierunek jego obrotów. Jeżeli do tego założymy, że zarówno prędkość obrotowa, jak i kierunek obrotów mają być zmieniane za pomocą jednego pokrętła, z zatrzymaniem silnika w jego neutralnym położeniu, to całość zaczyna się komplikować. Tego nie da się już zrealizować na jednym typowym układzie scalonym, szczególnie jeżeli warunkiem jest stosowanie wyłącznie półprzewodnikowych elementów przełączających, bez jakichkolwiek przekaźników.
Regulator obrotów silników prądu stałego znajdzie z pewnością zastosowanie przy zasilaniu silników małych obrabiarek czy
wiertarek, stosowanych np. w modelarstwie. Z praktyki wiem, że sterowanie takimi urządzeniami wyłącznie za pomocą potencjometru regulującego obroty silnika i zatrzymującego jego ruch w krańcowym położeniu jest dość kłopotliwe. Za każdym bowiem razem, po ponownym uruchomieniu obrabiarki musimy "odnajdywać" właściwą, uprzednio występującą prędkość obrotową napędzającego silnika. A zatem dobrze byłoby zapamiętywać ostatnio ustaloną prędkość obrotową i powracać do niej po powtórnym włączeniu silnika. Dobrze by też było, aby projektowany układ mógł pracować w dwóch trybach: jednym z dokładną regulacją, powiedzmy z krokiem 1%, i w drugim zgrubną, np. z krokiem co 10%.
Te wszystkie uwarunkowania spowodowały, że do sterowania pracą regulatora postanowiłem zastosować procesor, ale procesor dość nietypowy. Po raz kolejny postanowiłem skorzystać
Elektronika Praktyczna 5/2001
21
Dwukierunkowy regulator obrotów silników DC
z pomocy mojego faworyta: "maleńkiego" AT TINY, mikro-procesorka o ośmiu wyprowadzeniach (pięciu uniwerslanych), obywającego się nawet bez zewnętrznego rezonatora kwarcowego. Niech jednak nikogo nie zmyli przydomek "tiny" nadany przez producenta temu układowi: jest to pełnowartościowy procesor nie ustępujący w niczym poza liczbą wyprowadzeń i nieco zubożonym wewnętrznym har-dwarem, swoim braciom z rodziny AVR.
Proponowany układ, głównie dzięki zastosowaniu procesora, jest banalne prosty i łatwy do wykonania nawet dla zupełnie początkującego elektronika. Jego zalety praktyczne zostały przeze mnie potwierdzone podczas długotrwałego używania regulatora do sterowania obrotami miniaturowej wiertarko-frezarki, stosowanej podczas budowy plastykowych modeli samolotów.
Opis działania
Schemat elektryczny mikroprocesorowego regulatora obrotów silników DC pokazano na rys. 1. Sercem układu jest tu zaprogramowany procesor typu AT TINY lub AT90S2313, do którego aktywnych wyprowadzeń dołączono proste układy wykonawcze i sterujące. Jako elementy wykonaw-
Alternatywny Impulsator
T
cze, bezpośrednio zasilające dołączony do regulatora silnik, zastosowałem cztery tranzystory MOS-FET, pracujące w układzie mostka, w którego przekątnej został włączony silnik. Należy zauważyć, że przewodzenie sterowanego przez procesor tranzystora T3 spowoduje jednoczesne włączenie tranzystorów Tl i T6 i obrót silnika w kierunku wskazówek zegara (oczywiście umownie!). Podobnie, wysterowanie bazy tranzystora T4 wywoła włączenie tranzystorów T2 i T5 i obrót silnika w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara. Lepiej nawet nie myśleć, jakie skutki wywoła jednoczesne włączenie tranzystorów T3 i T4, ale ci Koledzy, którzy zechcą samodzielnie napisać program sterujący regulatorem , p owinni zadbać, aby taka sytuacja nigdy się nie wydarzyła. W przeciwnym wypadku, jak mówił Grek Zorba, spotka nas "piękna katastrofa".
Czytelnicy, którzy obejrzeli już zdjęcia przedstawiające model układu regulatora z pewnością są przekonani, że nasz regulator będzie sterowany za pomocą potencjometru. Element umieszczony po prawej stronie płytki rzeczywiście do złudzenia przypomina potencjometr, ale tak naprawdę nie ma z tym powszechnie znanym elementem nic wspólne-
Tab. 1. Stany na wyjściach impulsatora w zależności od kierunku obracania ośki.
Obrót w prawo Obrót w lewo
Styki Styk 2 Styki Styk 2
Kroki 1 0 0 1
Krok2 1 1 1 1
Krok3 0 1 1 0
Stop 0 0 0 0
go. Sl jest obrotowym impulsa-torem mechanicznym (znanym już z projektów publikowanych w Elektronice Praktycznej) produkowanym przez firmę Bourns, który podczas obracania jego ośką generuje impulsy na dwóch wyjściach. Sekwencja tych impulsów (tab. l) jest tak dobrana, że dołączony do wyjść impulsatora procesor może z łatwością nie tylko liczyć impulsy, ale także określić kierunek obrotu ośki impulsatora.
Zastosowanie impulsatora obrotowego zamiast zwykle używanych przycisków znacznie zwiększyło komfort obsługi regulatora.
D>
IC1
C2 1D0nF
OUT
GND
7805
R10
47k
IMPULSATOR S2

i C5 i4,7uF
AT90S2343
Rys. 1. Schemat elektryczny regulatora obrotów.
Elektronika Praktyczna 5/2001
Dwukierunkowy regulator obrotów silników DC
Za pomocą impulsatora nie tylko możemy wygenerować dowolną liczbę impulsów, ale łatwo, intuicyjnie zwiększać lub zmniejszać ich częstotliwość, przechodząc ze zgrubnej regulacji na precyzyjną.
Pozostała część układu to już tylko typowy zasilacz, dostarczający napięcia +5VDC, niezbędnego do zasilania procesora. Ze względu na chęć maksymalnego uproszczenia regulatora i zmniejszenia kosztów jego wykonania nie zastosowałem w nim typowego układu zerującego procesor DS1813, a zastąpiłem go prostym obwodem z kondensatorem C5 i rezystorem RIO. To chyba wszystko, co można napisać o tak prostym hardwa-re. Zajmijmy się teraz sterującym nim programem.
Po wykonaniu typowych czynności konfiguracyjnych, z których najważniejszą jest określenie sposobu pracy TimeraO:
Config TimerO = Timer, Prescale
= 8
Start TimerO
Enable TimerO
On TimerO Tim_int
oraz zbadanie stanu styków przycisku S2 podczas włączenia zasilania:
Reset Portb.3
If Pinb.3=1 Then
Step_flag = 1 Else
Step_flag= 0 End If
program wchodzi w pętlę podpro-gramu REGULATION, w której już będzie pracował aż do wyłączenia zasilania.
Pierwszą czynnością jaka zostanie wykonana w pętli jest sprawdzanie stanu styków impulsatora oraz przycisku S2:
Sub Regulation
Do
Reset Portb.4: Reset Portb.2 1 spróbuj "ustawić stany niskie 'na wyjściach impulsatora
If Pinb.4=1 And
Pinb.2=0 Then 'jeżeli na wyjściu dołączonym 'do pinu 4 portu B pojawił się 'stan wysoki, czyli impulsator 'rozpoczął obrót w lewo, to:
Do
If Pinb.2 = 1 Then Exit Do 'zaczekaj w pętli aż do 'wykonania przez impulsator 'dalszej części obrotu
Loop
Do
If Pinb.4 = 0 Then Exit Do 'następnie zaczekaj na 'wykonanie przez impulsator 'pełnego kroku
Loop
Incr Regulation_counter
If Step_flag = 1 Then Regulation_counter =
Regulation_counter + 9 'jeżeli układ pracuje w trybie 'regulacj i zgrubnej to dodatkowo 'zwiększ wartość tej zmiennej 'o 9 If Regulation_counter > 100
Then Regulation_counter = 100 End If
Podczas pracy programu w pętli badana jest wartość zmiennej REGULATION_COUNTER. Należy tu zaznaczyć, że zmienna ta została zadeklarowana jako INTE-GER, czyli że może przyjmować wartości ujemne, w zakresie od -32768 do +32767. Jeżeli program wykryje, że zmienna ta przyjęła wartość 0, to:
If Regulation_counter = 0 Then Reset Portb.0: Reset Portb.1
'wyłącz tranzystory sterujące
'stopniem mocy End If
A więc, podczas pokręcania ośką impulsatora i zmniejszania obrotów silnika, obojętnie w jakim kierunku prac owałby, trafiamy w pewnym momencie na "położenie neutralne", w którym silnik zostaje wyłączony.
Zmienna REGULATION_COUN-TER badana jest także pod kątem jej wartości względem zera:
If Regulation_counter > 0 Then
Direction_flag = 1 'wskaźnik kierunku obrotu 'ustawiany j est na 1 Else
Direction_flag = 0 'wskaźnik kierunku obrotu 'ustawiany j est na 0 End If
If Regulation_counter o 0 Then
Regulation_flag = 1 'wskaźnik włączenia silnika 'ustawiany j est na 1
Enable Int errupt s Else
Regulation_flag = 0 'wskaźnik włączenia silnika 'ustawiany j est na zero
Disable Interrupts End If
Ważną rolę w sterowaniu pracą układu odgrywa przycisk S2, którego naciśnięcie może powodować dwie odmienne reakcje programu:
Reset Portb.3
'spróbuj ustawić stan niski
'na pinie 3 portu B
If Pinb.3 = 1 And
Regulation_flag = 1 Then 'jeżeli próba nieudana 'i wskaźnik włączenia silnika 'ustawiony j est na 1, to:
Disable Interrupts
Writeeeprom Regulation_counter/1 'zapisz w pamięci EEPROM 'aktualną wartość zmiennej 'REGULATION_COUNTER
Reset Portb.0: Reset Portb.1 'wyłącz silnik
Regulation_counter = 0
Regulation_flag = 0 'ustaw wskaźnik włączenia 'silnika na zero
Wait 1
Enable Int errupt s End If
'Dodatkowego komentarza wymaga 'powód zawieszania obsługi 'przerwania podczas wykonywania 'procedury zapisu lub odczytu 'danych z pamięci wewnętrznej 'EEPROM procesora. Niewyłącze-'nie obsługi przerwania 'pochodzącego od timera może 'powodować błędy w operacjach 'dokonywanych na pamięci EEPROM
Reset Portb.3
'spróbuj ustawić stan niski
'na pinie 3 portu B
If Pinb.3 = 1 And
Regulation_flag = 0 Then 'jeżeli próba nieudana 'i wskaźnik włączenia silnika 'ustawiony j est na 0, to:
Disable Interrupts
Readeeprom Temp2, 1 'odczytaj z pamięci EEPROM 'poprzednią wartość zmiennej
Elektronika Praktyczna 5/2001
23
Dwukierunkowy regulator obrotów silników DC
1REGULATION_COUNTER If Temp2 > 0 Then
Direction_flag = 1 1 wskaźnik kierunku obrotów j est 1 ustawiany na 1
Regulation_counter = 1 End If
If Temp2 < 0 Then
Direction_flag = 0 1 wskaźnik kierunku obrotów j est 1 ustawiany na 0
Regulation_counter = -1 End If
Soft_start_flag = 1 1 znacznik zezwolenia na 'realizację miękkiego startu 1j est ustawiany na 1
Regulation_flag = 1 'znacznik włączenia regulacji 'j est ustawiany na 1
Waitms 255 'zaczekaj 25 5 ms Enable Interrupts
End If
Zastosowany w układzie procesor jest nieco uproszczony w stosunku do innych, "większych" procesorów z rodziny AVR. Wyposażony jest tylko w jeden timer, który nie dysponuje możliwością sprzętowej realizacji PWM. A zatem musimy jej dokonać programowo, a w pętli głównej programu dokonywane są wstępne obliczenia wartości zmiennych decydujących o współczynniku PWM.
Regulation_value =
Abs(regulation_counter)
'przeliczenie zmiennej
'REGULATION_COUNTER na jej
'wartość bezwzględną Regulation_value =
Regulation_value * 2.5
'dostosowanie obliczonej
'wartości do poj emności
'rej estru timeraO
Pwl = Regulation_value 'obliczenie pierwszej 'wartości PWM
Pw2 = 25 5 - Pwl 'obliczenie drugiej 'wartości PWM
Raptowne włączanie zasilania nie jest "zdrowe" ani dla silni-
ków, ani dla zasilających je źródeł energii. Dlatego też w programie została zaimplementowana procedura miękkiego startu silnika, realizowana po naciśnięciu przycisku S2 i odczytaniu z pamięci EEPROM zapisanego tam współczynnika regulacji.
If Soft_start_flag = 1 Then ' j eżeli wskaźnik aktywności 'miękkiego startu został 'ustawiony na 1, to:
If Direction_flag = 1 Then
Iner Regulation_counter ' j eżeli wskaźnik kierunku 'obrotów ustawiony jest na 1, 'to zwiększ o 1 wartość 'zmiennej REGULATION_COUNTER
If Direction_flag = 0 Then Deer Regulation_counter
If Regulation_counter = Temp2 Then
Soft_start_flag = 0 'jeżeli zmienna REGULATION_ 'COUNTER osiągnęła wartość 'odczytaną z pamięci EEPROM, 1 to koniec procedury 'miękkiego startu
Waitms 10 End If
zaczekaj 10 ms
Jak dotąd, zadaniem wszystkich działań podejmowanych przez program sterujący pracą układu było jedynie przygotowanie danych, które zostaną wykorzystane do regulacji mocy silnika metodą PWM. To, co najistotniejsze dla działania układu, rozgrywa się w małym podpro-gramie TIM0_INT, wykonywanym po zgłoszeniu przerwania od TimeraO.
TimO_int:
Stop TimerO
'zatrzymaj pracę TimeraO X = Not X
'zmienna pomocnicza X,
'deklarowana jako bit przyjmuj e
'przeciwną wartość If X = 1 Then TimerO = Pw2
'załaduj do rejestru TimeraO
'obliczoną wartość PW2
If Direction_flag = 1 Then 'jeżeli silnik ma obracać się 'w prawo (umownie), to:
Set Portb.0 'włącz tranzystor T4 Else
Set Portb.1 'włącz tranzystor T3 End If
Else
TimerO = Pwl
Reset Portb.0: Reset Portb.1 'wyłącz obydwa tranzystory 'steruj ące End If
Start TimerO 'uruchom TIMERO Return
Montaż i uruchomienie
Na rys. 2 pokazano rozmieszczenie elementów na płytce obwodu drukowanego, wykonanego na laminacie dwustronnym z metalizacją. Montaż tak prostego układu w zasadzie nie wymaga komentarza, ale chciałbym poruszyć dwie istotne sprawy. Pierwsza dotyczy sposobu zamocowania impulsatora i przycisku S2. Elementy te mogą zostać przylutowa-ne do płytki z dowolnej strony, z tym, że zalecałbym raczej zamontowanie ich od (umownej) strony ścieżek. Taki sposób montażu ułatwi umieszczenie układu w obudowie, z której wyprowadzona zostanie ośka impulsatora i końcówka przycisku S2.
Rys. 2. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej.
Elektronika Praktyczna 5/2001
Dwukierunkowy regulator obrotów silników DC
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
R1..R9: lkn
RIO: 47kO
R11..R14: 10kO
Kondensatory
Cl: 100^F/10V
C2, C3: lOOnF
C4: 1000^F/25V
C5: 47p.F/16V
Półprzewodniki
IC1: 7805
IC2: AT90S2343
Tl, T2: IRF9540
T3, T4: BC548
T5, T6: BUZI 1
Różne
CON1, CON2: ARK2 (3,5mm)
Sl: impulsator obrotowy
S2: przycisk microswitch
(opcjonalnie)
Drugi problem dotyczy samego impulsatora. W prototypie pokazanym na fotografii zastosowany
został impulsator produkcji firmy Bourns o dość sporych wymiarach. Otrzymałem ostatnio informacje, że mogą wystąpić problemy z zaopatrzeniem się w przyszłości w taki właśnie typ impulsatora. Dlatego też płytka obwodu drukowanego została przystosowana także do montażu impulsatora innego typu (firmy Piher), który zawiera już w sobie także przycisk potrzebny do sterowania pracą układu. Stosując drugi typ impulsatora, nie musimy montować przycisku S2. Jego rolę przejmie ośka impulsatora, która może być nie tylko obracana, ale także naciskana. Zwiera wówczas wbudowane w impulsator dodatkowe styki.
Układ zmontowany ze sprawdzonych elementów nie wymaga żadnej regulacji i po włożeniu zaprogramowanego procesora w podstawkę działa natychmiast poprawnie. Jeżeli w momencie włączenia zasilania przytrzymamy przez chwilę przycisk S2, to
układ rozpocznie pracę w trybie regulacji zgrubnej, tj. ze skokiem co 10%.
Podczas pracy regulatora każde naciśnięcie przycisku S2 powoduje natychmiastowe zatrzymanie silnika i zapamiętanie zarówno jego mocy, jak i kierunku obrotów. Silnik można powtórnie uruchomić dwoma sposobami:
1. Ponowne naciśnięcie przycisku S2 spowoduje włączenie silnika z zapamiętanymi parametrami jego pracy.
2. Obracanie ośką impulsatora spowoduje rozpoczęcie pracy silnika z parametrami zależnymi od kierunku jej obrotu i liczby wygenerowanych przez impulsator impulsów.
Zbigniew Raabe, AVT zbigniew.raabe@ep.com.pl
Wzory płytek drukowanych w formacie PDF są dostępne w Internecie pod adresem: http://www.ep.com.pl/ 7pdffmaj01.htm oraz na płycie CD-EP05/2001B w katalogu PCB.
Elektronika Praktyczna 5/2001
25
PROJEKTY
Układ zabezpieczenia bagażu
AVT-5013
Chciałbym zaproponować
budowę kolejnego układu
alarmowego. Będzie to układ
bardzo nowoczesny, bo
wyposażony w pilota
radiowego realizującego takie
funkcje, jak zdalne uzbrajanie
i rozbrajanie, PANIC (czyli
zdalne włączanie sygnalizacji
alarmowej) oraz w jeszcze
jedną opcję, dotąd nie
spotykaną w instalacjach
alarmowych.
Cóż to za nowość drogi autorze, zapytacie z pewnością, przecież takie systemy alarmowe już budowaliśmy, a i ty sam masz już kilka takich układów na sumieniu! Nowością jest przede wszystkim to, że nasz układ nie jest przeznaczony do zabezpieczania przed złodziejami samochodu czy mieszkania, ale ręcznego bagażu, takiego jak walizka, teczka lub plecak.
Zbudowanie takiego układu ma, wobec stale wzrastającego w naszym kraju zagrożenia kradzieżami, duże uzasadnienie, szczególnie jeżeli często podróżujemy koleją lub autobusami. Nieustanne pilnowanie bagażu nie jest bynajmniej sprawą prostą, szczególnie jeżeli jesteśmy sami w przedziale kolejowym i zaczyna nas morzyć sen. Na takie okazje tylko czekają kolejowi złodzieje, których pomimo wysiłków policji jest coraz więcej. Doskonale wiemy, że nieraz wy s tar c zy spuś ci ć nasz bagaż dosłownie na kilka sekund z oczu, aby uległ on natychmias-to w ej dem a teri ali z a -cji. Złodzieje kolejowi nie są, podobnie ^^^^ jak ich koledzy "po
fachu" - kieszonkowcy, partaczami i amatorami. To prawdziwi artyści w swoim nagannym "rzemiośle", stanowiący zagrożenie dla naszego mienia.
Drugą zupełnie nietypową funkcją, realizowaną przez układ, jest włączanie sygnalizacji alarmowej w momencie, kiedy nasz bagaż "dostanie nóg" i oddali się od nas - a właściwie od nadajnika radiowego trzymanego w kieszeni - na zbyt dużą odległość. Jest to oczywiście funkcja opcjonalna, włączana osobnym przyciskiem w pilocie. Jak łatwo się domyślić, do jej realizacji wykorzystywane jest zjawisko ograniczonego zasięgu prostych nadajników radiowych o niewielkiej mocy. Wadą tego rozwiązania jest uzależnienie momentu zadziałania układu od warunków zewnętrznych. Oczywiste jest, że zasięg nadajnika będzie znacznie większy na otwartej przestrzeni, niż np. w pociągu, którego metalowa konstrukcja skutecznie ekranuje fale radiowe. Układ można z powodzeniem zastosować także jako alarm do roweru, oczywiście jako dodatkowe zabezpieczenie, bo trzeba jednak dogonić złodzieja.
Elektronika Praktyczna 5/2001
27
Układ zabezpieczenia bagażu
Rys. 1. Schemat elektryczny nadajnika.
Proponowany układ ma nieskomplikowaną budowę i jego wykonanie nie powinno sprawić nikomu większych trudności. Jedynie montaż nadajnika-pilota będzie wymagać sporej zręczności
1 zdolności manualnych. Koszt wykonania układu nie jest specjalnie wysoki, ale ze względu na zastosowanie dwóch modułów radiowych urządzenie nie należy do najtańszych. I tu pojawia się odwieczny problem sensu inwestowania w urządzenia alarmowe. Jeżeli taki układ nigdy nie okaże się potrzebny (czego wszystkim życzę), to wydane na jego budowę lub zakup pieniądze zostaną zmarnowane. Jeżeli jednak nasz system alarmowy zadziała choćby raz i uchroni wartościowe przedmioty przed kradzieżą, to zainwestowane w niego pieniądze z pewnością zwrócą się ze znacznym procentem.
Opis działania
Schemat elektryczny nadajnika sterującego pracą układu pokazano na rys. 1, natomiast na rys.
2 przedstawiono schemat odbiornika i bloku sygnalizacji (alarmowego). Sercem układu nadajnika jest scalony koder typu HT12E, produkcji tajwańskiej firmy HOL-TEK. Z układem tym, przeznaczonym w zasadzie do sterowania samochodowymi systemami alarmowymi, mieliśmy już okazję się zapoznać i dlatego przypomnę
tylko w największym skrócie jego podstawowe parametry. Układ HT12E jest scalonym koderem umożliwiającym przesłanie za-szyfrowanej informacji składającej się z jednego słowa czterobi-towego. Czterobitowe słowo danych, które ma być przekazane do odbiornika, jest ustawiane na wejściach danych D1..D4, natomiast kod szyfru wprowadzamy przez wymuszanie odpowiednich, identycznych jak w układzie odbiorczym, stanów logicznych na wejściach adresowych A0..A7. Praca kodera inicjowana jest podaniem stanu niskiego na jego wejście !TE. Podczas pracy nadajnika na wyjście DOUT ICl jest nieustannie przekazywany kod (transmitowany szeregowo), zawierający informacje o ustawionym na wejściach A0..A7 adresie i stanie wejść danych. Z tego wyjścia pobierany jest sygnał kluczujący nośną nadajnika radiowego (modułu RT1 Q2).
Do sterowania pracą nadajnika-pilota służą cztery przyciski S1..S4. Jeżeli żaden z nich nie jest naciśnięty, to na wejściu !TE układu ICl występuje stan wysoki (wymuszony wewnętrznym rezystorem) i układ ten znajduje się w stanie "uśpienia", praktycznie nie pobierając prądu. Jeżeli ostatnio naciśniętym przyciskiem był Sl, S2 lub S3, to na wyjściu 4 przerzutnika RS zbudowanego z bramek IC2A i IC2B występuje
poziom niski, blokujący działanie multiwibratora IC3. Ponieważ układ ten wykonany jest w technologii CMOS, także możemy przyjąć, że nie pobiera on wówczas prądu. Rozpatrzmy teraz, jaka będzie odpowiedź układu na naciskanie kolejnych przycisków:
ARM (Sl). Naciśnięcie tego przycisku powoduje uzbrojenie systemu alarmowego znajdującego się w strzeżonym obiekcie. Poziom niski z tego przycisku zostaje przekazany za pośrednictwem diody D4 na wejście danych Dl, a za pośrednictwem diody Dl na wejście uaktywniania kodera (!TE). DISARM (S2). Naciśnięcie tego przycisku powoduje rozbrojenie systemu alarmowego. Poziom niski z tego przycisku zostaje przekazany za pośrednictwem diody D5 na wejście danych D2, a za pośrednictwem diody D2 na wejście uaktywniania kodera
ALARM (S3). Włączanie funkcji będącej odpowiednikiem "PA-NIC" w samochodowym systemie alarmowym. Poziom niski z tego przycisku zostaje przekazany za pośrednictwem diody D6 na wejście danych D3, a za pośrednictwem diody D3 na wejście uaktywniania kodera
REMOTE (S4). Włączanie funkcji uruchamiania alarmu pod wpły-
Elektronika Praktyczna 5/2001
Układ zabezpieczenia bagażu
Q1
VCC OUT
NC
vcc
GND
Rys. 2. Schemat elektryczny odbiornika i bloku sygnalizacji.
wem nadmiernego odsunięcia nadajnika od odbiornika. Naciśnięcie tego przycisku spowoduje wymuszenie niskiego poziomu na wejściu ustawiającym przerzutnika RS zbudowanego na bramkach IC2A i IC2B, a w konsekwencji powstanie poziomu wysokiego na wejściu zerującym multiwibratora zbudowanego z wykorzystaniem układu NE555 - IC3. Multiwib-rator rozpoczyna pracę generując impulsy prostokątne o okresie trwania ok. lOs. Każde opadające zbocze impulsu z wyjścia Q IC3 powoduje powstanie krótkiego (ok. ls) impulsu ujemnego na wejściu bramki IC2D. Impuls dodatni z wyjścia tej bramki, po zanegowaniu przez bramkę IC2C zostaje przekazany na wejście D4 ICl, a za pośrednictwem diody D7 także na wejście !TE tego układu.
Należy zauważyć, że każde wymuszenie stanu niskiego na wejściu !TE ICl powoduje jednocześnie spolaryzowanie bazy tranzystora Tl i zasilenie układu nadajnika radiowego Ql, ze względu
na konieczną oszczędność prądu zwykle wyłączonego.
Podsumowując, naciśnięcie przycisku ARM powoduje wyemitowanie przez nadajnik pilota kodu 1110, przycisku DISARM kodu 1101, przycisku ALARM kodu 1011. Natomiast naciśnięcie przycisku REMOTE powoduje cykliczne emitowanie kodu 0111, które może być zakończone przez zmianę stanu przerzutnika RS, spowodowaną przez naciśnięcie przycisku Sl, S2 lub S3. Każda emisja sygnalizowana jest włączeniem diody LED D8.
Popatrzmy teraz na rys. 2 przedstawiający schemat części odbiorczej naszego systemu alarmowego. Tu sercem układu jest "brat" HT12E - scalony dekoder typu HT12D ICl. Z tym układem mieliśmy już do czynienia i dlatego podaję teraz jedynie jego skróconą charakterystykę.
Zdemodulowany przez odbiornik Ql sygnał zawierający informację wysłaną przez nadajnik jest podawany na wejście danych ICl DIN (Data In). Dekoder dokonuje porównania dwóch kolejno odebranych transmisji i jeżeli stwier-
dza ich identyczność, to na wyjścia danych D1..D4 zostaje przekazane odebrane słowo czterobi-towe, a na wyjściu VT pojawia się poziom wysoki.
Rozpatrzmy teraz, jak będzie się zachowywał układ odbiornika po odebraniu każdego z czterech kodów, które mogą być wyemitowane przez nadajnik.
Odebranie kodu 1110 (ARM) lub 1101 (DISARM) powoduje odpowiednio ustawianie lub wy-zerowanie przerzutnika RSl zbudowanego na bramkach IC2A i IC2B. Po jego ustawieniu system alarmowy jest w stanie oczekiwania na następne polecenia lub na sygnał stanowiący kryterium alarmu, czyli na zwarcie do masy poprzez złącze CONl wyprowadzenia 8 IC2C. Wystąpienie takiego zdarzenia spowoduje natychmiastowe ustawienie przerzutnika RS 2. Następstwem tego będzie uruchomienie dwóch generatorów: jednego wytwarzającego przebieg o częstotliwości akustycznej ok. lkHz (zbudowanego na bramce IC6A) kluczującego drugi generator (bramka IC6B). Częstotliwość pracy tego generatora możemy
Elektronika Praktyczna 5/2001
29
Układ zabezpieczenia bagażu
ir
O.*
Rys. 3. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej nadajnika.
zmieniać w szerokich granicach za pomocą potencjometru montażowego PRl, dostosowując ją do częstotliwości rezonansowej zastosowanego przetwornika piezo.
Drugim sposobem włączenia sygnalizacji alarmowej jest wysłanie do odbiornika kodu sterującego 1011 (przycisk ALARM). Wystąpienie stanu niskiego na wyjściu D3 ICl spowoduje natychmiastowe ustawienie przerzutnika RS2 i uruchomienie alarmu.
Najbardziej interesującą jest funkcja REMOTE, uruchamiana zdalnie przez wysłanie kodu 0111. Wystąpienie poziomu niskiego na wyjściu D4 ICl spowoduje wyze-rowanie trzeciego przerzutnika (RS3) i w konsekwencji zaprzestanie permanentnego zerowania licznika - generatora IC5.
Po uruchomieniu funkcji REMOTE nadajnik emituje kod 0111 w odstępach co ok. 10 s i stan taki będzie trwać aż do chwili wyłączenia tej funkcji. Każde prawidłowe odebranie takiego kodu powoduje występowanie wysokiego poziomu na wyjściu dekodera ICl. Napięcie to jest doprowadzone za pośrednictwem diody D3 na wejście RST licznika IC5, powodując jego okresowe zerowanie. Częstotliwość wytwarzana przez wewnętrzny genera-
Rys. 4. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej odbiornika.
tor wbudowany w układ IC5 jest określona wartością rezystorów R5, R6 i pojemnością kondensatora C3, które zostały dobrane tak, że licznik nigdy nie "zdąży" policzyć takiej liczby impulsów, aby na jego wyjściu Q14 pojawił się stan wysoki.
Zauważmy teraz, co się stanie jeżeli odbiornik przestanie odbierać sygnały kodu 0111 nadawane przez pilota, co może oznaczać, że nasz bagaż znalazł się w zbyt dużej odległości od nas, najprawdopodobniej porwany przez złodzieja. Na wyjściu Q14 licznika IC5 pojawi się po jakimś czasie poziom wysoki, który po odwróceniu przez bramkę IC3C spowoduje włączenie przerzutnika RS2, a tym samym sygnalizacji alarmowej.
Ostatnim fragmentem odbiornika, który należy omówić jest układ zasilania przetwornika piezo. Wysterowywany jest on z wyjść sześciu pracujących jakby w układzie wzmacniacza BTL in-werterów zawartych w układzie IC4. Wejścia inwerterów, połączone po trzy, wysterowywane są z wyjścia bramki IC6B oraz z odwracającej fazę sygnału bramki IC6D. Taki sposób zasilania przetwornika gwarantuje uzyskanie sygnału akustycznego o dużej głośności, którego dźwięk powinien przestraszyć złodzieja i skłonić go do porzucenia łupu.
Montaż i uruchomienie
Schemat nadajnika wygląda na nieco rozbudowany, co może wzbudzić obawy, czy aby to wszystko zmieści się w obudowie pilota od alarmu samochodowego. Bez obaw, zmieściło się, a nawet pozostało trochę wolnego miejsca, co nie zmienia faktu, że trochę pomęczyłem się nad tą płytką.
Montaż nadajnika-pilota rozpoczniemy od wykorzystania płytki obwodu drukowanego (schemat montażowy na rys. 3) jako matrycy do zaznaczenia wewnątrz obudowy punktów, które posłużą do wytrasowania otworów pod przyciski S1..S4. Płytkę wkładamy do obudowy "twarzą w dół" i poprzez dodatkowe otwory pomiędzy punktami lutowniczymi przycisków zaznaczamy na spodniej stronie obudowy cztery punkty,
WYKAZ ELEMENTÓW
Nadajnik Rezystory
Rl, R5, R6: 1MO
R2: 10kO
R3, R4: lOOkO
R7: 5,ÓMQ
R8: lkii
Kondensatory
Cl: 560pF
C2: l|iF/25V
C3, C4: lOOnF
Półprzewodniki
D1...D7: 1N4148
D8: LED $3mm
ICl: HT12E
IC2: 4093
IC3: 7555 (555 w wersji CMOS)
Tl: BC557
Różne
Ql: RT1 nadajnik 430MHz
S1...S4: przycisk typu microswitch
Obudowa pilota typu KM
Odbiornik Rezystory
PRl: 100ka potencjometr
montażowy miniaturowy
Rl: 100O
R2, R4, R5: 100ka
R3: 1,2 MO
R6: 100ka (�)
R7: 10kO
R8: 470kO
Kondensatory
CL C5: 100|iF/10V
C2, C4: lOOnF
C3: 4,7nF
Có: lOnF
Półprzewodniki
D1...D4: 1N4148
ICl: HT12D
IC2, IC3, ICÓ: 4093
IC4: 4069
IC5: 4060
Różne
Ql: RR4 odbiornik radowy 430MHz
Q2: przetwornik piezo PCI 10
które następnie przewiercamy wiertłem o średnicy 3,2mm. Montaż płytki wykonujemy typowo, tym razem zapominając nawet, że istnieje coś takiego jak podstawki pod układy scalone. Niektóre elementy musimy zamocować do płytki od strony lutowania. Są to: rezystor Rl (pod układem ICl), trzy diody, które raczej nie zmieszczą się pomiędzy przycis-
30
Elektronika Praktyczna 5/2001
Układ zabezpieczenia bagażu
karni, rezystor R8 (pod modułem nadajnika) i kondensator Cl (także pod tym modułem). Ze względu na niewielkie wymiary płytki, na stronie opisowej nie umieszczono oznaczeń diod D1..D7, co jednak (ze względu na identyczność tych elementów) nie ma najmniejszego znaczenia. Po zmontowaniu płytki pilota i wywierceniu w obudowie jeszcze jednego otworu o średnicy 3mm dla diody LED możemy rozpocząć montaż odbiornika.
Drugą płytkę montujemy (rys. 4) zgodnie z przyjętymi zasadami, rozpoczynając od elementów o najmniejszych gabarytach, a kończąc na kondensatorach elektrolitycznych. Zastosowanie podstawek uzależnione jest od typu i wymiarów obudowy, w której umieścimy zmontowany układ.
Zmontowany odbiornik nie wymaga uruchamiania, ale jedynie prostej regulacji polegającej na dostrojeniu częstotliwości generatora z IC6B do częstotliwości rezonansowej zastosowanego przetwornika piezo. Strojenie to możemy wykonać na słuch, po wymuszeniu poziomu wysokiego na wejściu 5 bramki IC6B (można na czas regulacji zewrzeć poprzez rezystor 10kQ wejścia bramki IC6C do masy).
Nadajnik powinien być zasilany napięciem stałym o wartości 6..12VDC, a rodzaj źródła zasilania - bateria 12V - narzucony został przez typ zastosowanej obudowy. Baterię najlepiej połączyć z płytką za pomocą styków wykonanych z kawałków blachy fosforowej (np. ze styków starego przekaźnika). Do zasilania odbiornika napięciem nie przekraczającym 6V najlepiej wykorzystać cztery bateryjki 1,5V typu R6 umieszczone w koszyczku. Natomiast sposób obudowania nadajnika, umocowania przetwornika piezo i wykonania styku włączającego alarm zależy wyłącznie od rodzaju zabezpieczanego obiektu i wyobraźni wykonawcy. Mogę jedynie sugerować, że jako styk włączający alarm można byłoby zastosować włącznik rtęciowy, zwierający się pod wpływem zmiany położenia bagażu. Można też wykorzystać czujniki wstrząsowe stosowane
w alarmowych instalacjach samochodowych lub wykonane we własnym zakresie. Andrzej Gawryluk, AVT
Wzory płytek drukowanych w formacie PDF są dostępne w Internecie pod adresem: http://www.ep.com.pl/ ?pdf/maj01.htm oraz na płycie CD-EP05/2001B w katalogu PCB.
Elektronika Praktyczna 5/2001
31
PROJEKTY
Dekoder RDS,
AVT-998
W drugiej części artykułu
przedstawiamy tajniki obsługi
scałonego dekodera RDS firmy
Phiłips oraz sposób montażu,
uruchomienia i obsługi
urządzenia. Informacje zawarte
w tej części artykułu są
szczególnie istotne dla tych
Czytelników, którzy zamierzają
samodzielnie udoskonalić
nasz dekoder.
Aby preprocesor SAA6588
mógł spełniać wymagania stawiane przez projektanta, należy go po włączeniu zasilania odpowiednio skonfigurować. Do tego celu służą trzy bajty: OW, 1W i 2W wpisywane do układu poprzez magistralę PC,
Bajt OW (rys, 9) służy do ustawiania sposobu pomiaru jakości sygnału MPX, restartowania układu synchronizacji i trybu jego pracy, sposobu korekcji błędów oraz do wyboru standardu RDS/ RBDS, fak już wspomniano, preprocesor ma możliwość pomiaru jakości sygnału MPX, Wyniki pomiaru mogą być wykorzystane w procedurze korygowania charakterystyki toru wejściowego sygnału MPX, Korekcja taka jest możliwa poprzez odpowiednie
zaprogramowanie bajtu 2W, Pomiar jakości sygnału może być przeprowadzony na żądanie (SQCM=0 i TSQD z 0 na 1) lub ciągle (SQCM=1 i TSQD=1), Wynik pomiaru wpisywany jest do bajtu GR (opisywanego później). Bit NWSY ustawia się na 1 po włączeniu zasilania (lub restarcie układu) i utracie synchronizacji (bit SYNC w bajcie OR),
Bity DACl i DACO określają sposób synchronizacji i aktywacji wyjścia DAVN, Wyjście DAVN przechodzi w stan 0 w momencie, kiedy preprocesor sygnalizuje gotowość przesłania danych do sterownika. Sygnalizacja taka może być aktywna po prawidłowym odebraniu jednego dowolnego bloku (16+10 bitów), odebraniu bloku A (czyli słowa PI) lub ode-
Elektronika Praktyczna 1/2001
43
Dekoder RDS
BAJTÓW
SQCM TSQD NWSY SYM1 SYMO RBDS DAC1 DACO
SQCM=O wyzwalany pomiar jakości sygnału MPX SQCM=1 ciągły pomiar jakości sygnału MPX
TSQD=O nie ma pomiaru jakości sygnału MPX TSQD=1 wyzwalany pomiar Jakości sygnału MPX
NWSY=O praca normalna (synchronizacja) NWSY=1 restart synchronizacji
SYM1 SYMO
0 0 brak korekcji błędów
0 1 korekcja maks. 2 bitów
1 0 korekcja maks. 5 bitów
1 1 brak korekcji (standard RBDS)
RBDS=0 standard RDS RBDS=1standard RBDS
DAC1 DACO
0 0 szukania synchronizacji DAVN=1 Po jej znaeziBniu odbiór kałdych prawidłowych 26 bitów DAVN=0
0 1 szukanie synchronizacji DAVN=1 Dane są dostępne po znalezieniu bloku A (DAVN=O Jak wyżej)
1 0 szukanie synchronizacji DAVN=1 DAVN=0 po odbiorze każdych prawidłowych 52 błtow 1 1 brak
Rys. 9. Znaczenie poszczególnych bitów bajtu OW.
braniu dwu kolejnych bloków. Sygnał DAVN może być dołączany do wejścia przerwania mikro-kontrolera lub do dowolnej linii portu i sprawdzany metodą przepytywania.
Na rys. 10 przedstawione jest drugie słowo konfiguracyjne 1W. Bity PLl i PL2 służą do ustawiania progu zadziałania układu detekcji pauzy sygnału m.cz. Układ ten nie jest wykorzystywany w torze dekodera RDS, więc nie będziemy się nim tutaj zajmować. Bity FEB5..FEB0 określają zawartość licznika "trzymania synchronizacji". Odebranie błędnego bloku powoduje inkrementację licznika, natomiast każdy prawidłowo odebrany blok dekrementuje licznik. Przekroczenie wartości określonej przez FEB5..FEB0 oznacza utratę synchronizacji - sygnalizowane jest to za pomocą bitu SYNC (0R). Jeżeli do licznika wpisana jest wartość 0, to układ trzymania synchronizacji nie jest aktywny. Wpisanie wartości 63 powoduje automatyczną synchronizację. Po przepełnieniu licznika następuje automatyczne wyzwolenie synchronizacji.
Bity PTF1 i PTFO ostatniego, trzeciego bajtu 2W (rys. 11) ustawiają częstotliwość rezonatora preprocesora (kiedy bit SOSC=l) lub określają czas pauzy detektora pauzy (kiedy SOSC=0). Częstotliwość oscylatora może być ustawiana jako wielokrotność podstawowej częstotliwości 4,332MHz.
Bity SQS4..SQS0 określają wartość korekcji sygnału MPX. Dla wartości 0Fhex tor przenosi sygnał bez zmian. W trakcie pracy
układu można w dowolnym momencie wysłać do niego bajty konfiguracyjne, np. w celu restar-tu synchronizacji lub dokonania korekcji sygnału MPX. Prawidłowo skonfigurowany i oczywiście podłączony do sygnału MPX preprocesor powinien się zsynchronizować i za pomocą sygnału DAVN sygnalizować obecność danych gotowych do odebrania przez sterownik. Dane te można odczytywać za pomocą magistrali PC z bufora układu. Bufor ten zawiera siedem bajtów oznaczonych od 0R do 6R.
Bitami BL2..BL0 (bajt 0R) zakodowany jest numer ostatnio odebranego bloku. Informacja ta jest potrzebna do prawidłowego skompletowania całej grupy. SYNC to opisywany już bit sygnalizacji prawidłowej synchronizacji odbieranych bloków. Bit DOFL sygnalizuje, że odebrany blok nie był przez sterownik odczytany i następny blok został wpisany na jego miejsce w buforze danych (dane utracone). Do bitu RSTD wpisywana jest informacja o wystąpieniu wewnętrznego zerowania preprocesora. Sytuacja taka występuje w momencie włączenia zasilania, spadku napięcia zasilania lub kiedy częstotliwość oscylatora spada poniżej 400Hz. Po odczytaniu bajtu 0R bit RSTD jest zerowany. Bity ELBl i ELBO pokazują status ostatnio odebranego bloku.
BAJT 1W
Znaczenie poszczególnych bitów bajtu 0R pokazano na rys. 12. Odbierane bloki są wpisywane do bajtów 1R..4R (rys. 13), przy czym dostępny jest blok świeżo skompletowany oraz blok poprzedni. Takie buforowanie informacji jest niezbędne w momencie ustawienia bitów DACl=l i DAC0=0 w bajcie OW.
W bajcie 5R (rys. 14) bity BEC5..BEC0 określają bieżącą wartość licznika błędnych pakietów, opisywanego już układu synchronizacji, natomiast bity PMO, PMl status poprzednio odebranego bloku.
Na rys. 15 przedstawiono ostatni bajt (6R) bufora danych preprocesora. Bity BP2..BP0 określają numer poprzednio odebranego bloku, natomiast bity SOI3..SOI0 zawierają zakodowany wynik pomiaru jakości sygnału MPX. Najlepszy sygnał jest dla wartości zerowej, natomiast najgorszy dla wartości 15.
Dekoder systemu RDS najczęściej stanowi jedną całość ze sterownikiem programatora odbiornika. Możliwe jest wtedy wykorzystanie informacji niesionej przez RDS do wykonania wielu funkcji automatycznego wyszukiwania, śledzenia stacji itp. W naszym przypadku ma to być (z założenia) dekoder uniwersalny, a więc współpracujący z dowolnym odbiornikiem. Oczywiście jakość toru FM i poziom sygnału musi spełniać wymagania stawiane przez RDS. Przy takim założeniu informacje z dekodera mogą być tylko wyświetlane. Trudno sobie bowiem wyobrazić jakąkolwiek wymianę informacji z układem programatora mechanicznego lub odbiornikiem przestrajanym agregatem kondensatorów.
W projekcie nie wykorzystano bloku detektora pauzy oraz układu detekcji nakładania się stacji silnej na słabszą (ang. multi path detector). Zespolony sygnał MPX wprowadzany jest poprzez Cl na nóżkę 16 układu Ul. Kondensator C2 podaje odfiltrowany sygnał podnośnej 57kHz na układ komparatora. Kondensator Cli pracuje
PI1 PIO FEB5 FEB4 FEB3 FEB2 FEB1 FEBO
PI1, PIO bity używane w układach deteko|i pauzy (tutaj nie wykorzystywane) FEB5 - FEBO wartości licznika błędnych bloków układu synchronizacji
Rys. 10. Znaczenie poszczególnych bitów bajtu 1W.
44
Elektronika Praktyczna 1/2001
Dekoder RDS
BAJT2W
PTF1 PTFO SOSC SQS4 SQS3 SQS2 SQS1 SQSO
PTF1 PTFO
0 O częstotliwość oscylatora 4,332MHz
0 1 częstotliwość oscylatora 8,664MHz
1 0 częstotliwość oscylatora 12,996MHz 1 1 częstotliwość oscylatora 17,328MHz
0 0 czas 20,2 ms
0 1 czas 40,4 ms
1 0 czas 80,8 ms
1 1 czas 161,7 ms
SOSC=0 bity PTF1 i PTFO określają czas trwania pauzy w układzie detektora pauzy SOSC=1 bity PTF1, PTFO określała częstotliwość oscylatora
SQS4 - SQS0 ustawianie korekcji sygnału MPX od -9,0dB do +9,6dB
Rys. 11. Znaczenie poszczególnych bitów bajtu 2W.
w obwodzie detekcji obniżenia napięcia zasilania i generowania sygnału restartu Ul. Jak już wspomniano, SAA6588 ma szereg funkcji o charakterze programowym (np. sprawdzanie wielomianu kontrolnego i korekcja błędów), a więc zagadnienie odpowiedniego restartu ma tutaj duże znaczenie. W standardowym obwodzie rezonatora pracuje kwarc o częstotliwości 8,664MHz.
Łatwo zauważyć (rys. 8, EP12/ 2000), że producent preprocesora rozdzielił układy zasilania części analogowej i cyfrowej. Oddzielne wyprowadzenia masy i plusa zasilania umożliwiają zredukowanie przenoszenia się zakłóceń
0 charakterze cyfrowym do części analogowej układu. Elementy R2
1 C3 filtrują zakłócenia mogące się pojawić na nóżce VddA. Cewka Li oraz rezystor R3 i kondensator C4 mają za zadanie tłumić zakłócenia generowane przez część cyfrową Ul. Oddzielnym problemem jest połączenie mas układu. Należy tu przestrzegać podstawowych zasad: połączenia masy analogowej i cyfrowej w jednym punkcie oraz unikanie tworzenia zamkniętych pętli. Nie trzeba nikogo przekonywać, że ograniczenie do minimum zakłóceń generowanych przez dekoder jest niezbędne.
Montaż i uruchomienie
Montaż dekodera jest stosunkowo pTosty. Trzeba pamiętać o naklejeniu paska taśmy izolacyjnej w miejscu, gdzie radiator stabilizatora U3 (położonego) może się stykać z płytką. Oczywiście ta uwaga nie dotyczy stabilizatorów z obudową izolowaną. Połączenie płytki z wyświetlaczem należy wykonać za pomocą wiązki przewodów.
Po zmontowaniu urządzenia można przystąpić do jego uruchomienia. Najpierw oczywiście sprawdzamy wartość napięcia zasilającego. Układy Ul i U2 nie są włożone wtedy w podstawki. Następnie należy odnaleźć źródło sygnału MPX w odbiorniku radiowym. Najlepiej jest posługiwać się wtedy schematem. Sygnał ten
BAJT0R
wchodzi na wejście dekodera stereo (połączenie pomiędzy wyjściem układu detektora a dekoderem stereo). Połączenie masy dla tego sygnału należy wykonać jak najbliżej tych układów. Po wykonaniu tego połączenia wkładamy układy do podstawek i włączamy zasilanie. Prawidłowo zaprogramowany mikrokontroler wykona teraz sekwencję programowania preprocesora i jeżeli sygnał MPX będzie miał odpowiednią jakość, to całość powinna zacząć poprawnie działać. W razie problemów należy sprawdzić sondą TTL sygnał DAVN preprocesora. Powinna tam być fala prostokątna. Podobnie na nóżkach SDA i SCL. Brak tych sygnałów lub częściowe zanikanie może oznaczać złą jakość sygnału MPX lub uszkodzenie jakiegoś elementu. Prawidłowo działający dekoder zaczyna wy-
BL2 BL1 BLO SYNC DOFL RSTD ELB1 ELBO
BL2-E 3L0 numer ostatnio odebranego bloku
BL2 BL1 BLO
0 0 0 blok A
0 0 1 blokB
0 1 0 blokC
0 1 1 blokD
1 0 0 blokC
1 0 1 blok E {tylko RBDS)
1 1 0 blok E (błąd w trybie RDS)
1 1 1 błędny blok
SYNC=0 brak synchronizacji
SYNC=1 synchronizacja
DOFL=0 wszystkie dane przeczytane DOFL=1 dane uległy nadpisaniu
RSTD=0 nie wykryto rasetu RSTD=1 wykryto reset preprocesora
ELB1 0 0
1 1
ELBO 0
1 0
1
nie wykryto błędów skorygowano maks. 2 bity skorygowano maks. 5 bitów blok niemożliwy do skorygowania
Rys. 12. Znaczenie poszczególnych bitów bajtu OR.
BAJT1R
B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 BO
Starszy bajt ostatnio prawidłow BAJT2R odebranego bl
B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 BO
Młodszy bajt ostatnio prawidłowo odebranego bloku BAJT3R
B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 BO
Starszy bajt poprzednio prawidłowo odebranegc BAJT4R bloku
B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 BO
Młodszy bajt poprzednio prawidłowo odebranego bloku
Rys. 13. Znaczenie poszczególnych bitów bajtu 1R..4R.
Elektronika Praktyczna 1/2001
45
Dekoder RDS
BAJTSR
BEC5 BEC4 BEC3 BEC2 BEC1 BECO PMO1 PMOO
BEC5 - BECO bieżąca wartość licznika układu synchronizacji
PMO1 PMOO
0 0 nie wykryto błędów
0 1 skorygowano maks. 2 bity
0 0 skorygowano maks. 5 bitów
0 1 blok niemożliwy do skorygowania
Rys. 14. Znaczenie poszczególnych bitów bajtu 5R.
świetlać w górnym wierszu informację PS name. Przyciskamy teraz kolejno klawisze SWl, SW2 i SW3 i sprawdzamy wyświetlanie poszczególnych informacji. Na płytce drukowanej jest element oznaczony jako Li. Należy wlutować tam zworkę. W przypadku problemów z zakłóceniami można tam wlutować dławik o indukcyj-ności kilku mH. Podczas prób był wykorzystywany stary tuner FM typu FAUST produkcji DIORY. Tuner ten jest przestrajany agregatem kondensatorów i w trakcie przestrajania nie zauważono problemów z synchronizacją. Nie zauważono też jakiegoś wpływu dekodera RDS na jakość audycji. Jeżeli sygnał antenowy FM jest dobrej jakości, to urządzenie pracuje prawidłowo.
Obsługa dekodera
Po włączeniu zasilania wyświetlacz jest wygaszony. Jeżeli odbiornik jest dostrojony do stacji nadającej audycję z RDS-em, to w górnym wierszu wyświetlacza będzie wyświetlana 8-znakowa informacja PS name. Jeżeli w sygnale MPX jest zakodowany sygnał RDS, to na wyjściu DAVN preprocesora powinna się pojawić fala prostokątna. Przebiegi pojawiają się również na liniach SDA i SCL. Przy prawidłowym, silnym sygnale PS name powinna być wyświetlana bez przekłamań.
Wciśnięcie klawisza SWl powoduje wejście dekodera w tryb odbioru i wyświetlania drugiej informacji alfanumerycznej, a mianowicie radiotekstu. Radiotekst
BAJT 6R
może mieć maksymalną długość 64 znaków alfanumerycznych. Wyświetlenie takiej informacji na wyświetlaczu o długości 16 znaków wymaga przewijania tekstu i wyświetlania go w okienku 16-znakowym. Tutaj jedna zasadnicza uwaga: znaki przesyłane są dość szybko jak na zastosowany tutaj popularny alfanumeryczny wyświetlacz. Wyświetlacz powinien być dobrej jakości, a kontrast musi być odpowiednio ustawiony. Podczas prób okazało się, że najlepsze rezultaty zostały osiągnięte ze starym, zużytym już trochę wyświetlaczem firmy Toshiba. Te nowe, szczególnie przy większym kontraście, pozostawiają poświatę zamazującą wyświetlaną informację. Po wejściu dekodera w tryb odbioru radiotekstu początkowo zapełniany jest bufor o długości 64 znaków. W dolnym wierszu wyświetlacza skrolowany jest napis "RADIO TXT*. Dopiero po zapełnieniu zawartość bufora zaczyna być wyświetlana. Przychodzące znaki są wpisywane na miejsce już wyświetlonych - adresowanie znaków opisane było przy omawianiu grupy 2. Wszystko jest dobrze do momentu zmiany stacji. W sterowniku dekodera, zintegrowanym ze sterownikiem tunera, w momencie zmiany stacji przesyłany jest sygnał informujący dekoder o zmianie. Można wtedy zatrzymać odbieranie, wygasić wyświetlacz i uruchomić procedurę synchronizacji. W naszym przypadku jest to niemożliwe. Dekoder musi sobie radzić inaczej. Wykorzystano tutaj fakt, że każda
BP2 BP1 BPO SOI3 SOI2 SOI1 SOI0
Ś BPO numer poprzednio odebranego bloku BP1 BPO 0 0
1 1 1 1 SOI3 - SOI0 lakość sygnału MPX
blok A
blokB
blokC
blok. D
blok C
blok E (tylko RBDS)
blok Ejbłądwtrybie RDS)
błędny blok
Rys. 15. Znaczenie poszczególnych bitów bajtu 6R.
stacja ma swój unikalny numer zakodowany w słowie PI. Jeżeli nastąpi zmiana tego numeru, to jest to sygnał do wygaszenia wyświetlacza i rozpoczęcia odbierania oraz wyświetlania radiotekstu od nowa. Przy konstruowaniu urządzenia, w pewnym momencie ten mechanizm nie był wykorzystywany. Prowadziło to do sytuacji, w któiej po przestrojeniu na nową stację wyświetlany był już jej PS w górnym wierszu wyświetlacza, natomiast w dolnym wierszu skrolowany był radiotekst starej stacji do momentu całkowitego zapełnienia bufora nową informacją. Przy uruchamianiu funkcji odbioru radiotekstu należy pamiętać, że nie wszystkie stacje nadające sygnał RDS nadają radiotekst. Ponowne przyciśnięcie SWl powoduje wygaszenie wyświetlacza i zatrzymanie tej funkcji (cykliczne włączanie i wyłączanie).
Naciśnięcie klawisza SW2 powoduje przesunięcie wyświetlanego PS w lewą stronę. Z prawej strony górnego wiersza wyświetlacza wyświetlana jest wtedy informacja o typie programu PTY (tab. 1, EP12/2000). Cykliczne przyciskanie tego klawisza powoduje włączanie/wyłączanie tej funkcji. Po wyłączeniu wyświetlania PTY, wyświetlanie PS powraca na środek górnego wiersza wyświetlacza.
Naciśnięcie klawisza SW3 powoduje wejście w tryb wyświetlania częstotliwości alternatywnych odbieranej stacji radiowej. Na wyświetlaczu wyświetlane są jednocześnie cztery częstotliwości dwie w górnym wierszu i dwie w dolnym. Jeżeli stacja nadaje więcej niż na czterech częstotliwościach, to po ponownym przyciśnięciu klawisza SW3 są one wyświetlane na wyświetlaczu. Poprzez cykliczne przyciskanie SW3 można wyświetlić całą listę przesyłaną przez stację. Po ostatnim przyciśnięciu znikają wyświetlane częstotliwości i dekoder powraca do stanu początkowego. Tomasz Jabłoński, AVT tomasz.jablonski@ep.com.pl
Wzory płytek drukowanych w formacie PDF są dostępne w Internecie pod adresem: http:llwww.ep.com.pll pcb.html oraz na płycie CD-EP01/ 2001 w katalogu PCB.
46
Elektronika Praktyczna 1/2001
PROJEKTY
Analizator magistrali 1WIRE, czyli porządkowanie bałaganu na linii jednoprzewodowej
AVT-5012
Projektanci systemów
mikroprocesorowych stosują
w swoich projektach różnego
rodzaju magistrale
transmisyjne, za pomocą
których można przesyłać
informacje do i z procesora.
jedną z nich jest opracowana
przez firmę Dallas
jednoprzewodowa magistrala
1WIRE, która jest coraz
chętniej wykorzystywana.
Rolą magistral jest umożliwienie przesyłania danych między jednostką centralną systemu a układami peryferyjnymi. Projektanci magistrali zawsze dążyli do maksymalnego uproszczenia nie tylko protokołów transmisji danych, ale także do ograniczenia liczby przewodów potrzebnych do przesłania danych. Można powiedzieć, że w tym dążeniu do doskonałości został już nawet osiągnięty kres: firma DALLAS zaprojektowała szeroko obecnie wykorzystywaną magistralę najprostszą z możliwych: jednoprzewodową. No cóż, tego już nie da się uprościć, podobnie jak nie da się uprościć doskonałej figury geometrycznej, czyli koła, czy też idealnego systemu liczbowego -dwójkowego.
Magistrala lWIRE znalazła wielkie uznanie z powodu krańcowego zminimalizowania liczby stosowanych przewodów oraz możliwości przesyłania danych na znaczne odległości, ale jedną z przyczyn był szeroki asortyment układów sterowanych protokołem lWIRE, oferowanych przez firmę DALLAS. Można tu wymienić słynne układy iBUTTON, czyli "magiczne tabletki", termometry, przełączniki i wiele innych układów, z których każdy posiada swój własny, niepowtarzalny numer seryjny. Tu właśnie dochodzimy do chyba największej zalety magistrali lWIRE: w przeciwieństwie do np. magistrali FC, liczba układów jednocześnie dołączonych do systemu lWIRE nie jest niczym ograniczona.
Możemy zatem wyobrazić sobie system mikroprocesorowy, w którym z jednego tylko wyprowadzenia procesora będziemy sterować setkami urządzeń wykonawczych dołączonych do układów DS2405, badać temperaturę
Elektronika Praktyczna 5/2001
33
Analizator magistrali 1WIRE
DS1820, DS2504... eta.
IC1 DS1813
AT90S2313
4.7UF
4,7uF
C0N3
C0N2
Piny wtyku DB-9: 2
Rys. 1. Schemat elektryczny analizatora magistrali 1WIRE.
w setkach miejsc (używając termometrów DS1820) i to wszystko za pomocą tylko jednego przewodu sygnałowego.
Jak już wspomnieliśmy, każdy układ pracujący na magistrali 1WI-RE posiada swój własny, niepowtarzalny numer seryjny. Jednak to, co umożliwia dołączenie do jednej linii dowolnej liczby układów może być niejednokrotnie przyczyną problemów, niekiedy trudnych do przezwyciężenia. Aby nawiązać kontakt z jakimkolwiek układem 1WIRE, musimy najpierw poznać jego numer seryjny, czyli adres, pod który będziemy wysyłać polecenia sterujące pracą tego układu. Numer seryjny każdego z układów 1WIRE składa się z ośmiu bajtów, z których najczęściej znamy tylko jeden: bajt pierwszy, określający typ układu. Co więc zrobić, jeżeli mamy zamiar dołączyć system mikroprocesorowy do zmontowanej już magistrali 1 WI-RE, na której "wisi", powiedzmy, kilkadziesiąt termometrów DS1820?
Procedury umożliwiające identyfikację każdego z układów 1WI-
RE jednocześnie dołączonych do magistrali istnieją i zostały nawet opublikowane przez firmę DAL-LAS. Jednak ich praktyczna realizacja programowa jest bardzo trudna, a ponadto ze względu na znaczny stopień komplikacji, procedury te zajmują bardzo dużo miejsca w pamięci programu procesora. Tak więc sądzę, że samodzielne urządzenie umożliwiające identyfikację dowolnej liczby układów 1WIRE mogłoby oddać wielu konstruktorom nieocenione usługi.
Urządzenie takie zostało przeze mnie skonstruowane i przetestowane.
A oto dane techniczne proponowanego analizatora:
- umożliwia określenie liczby układów dołączonych w danym momencie do magistrali 1WIRE,
- po określeniu liczby układów, odnajduje ich numery seryjne.
- maksymalna liczba układów dołączonych do badanej magistrali wynosi 65536 i może być, po drobnej przeróbce programu sterującego pracą procesora, zwiększona nawet do 4294967294,
wszystkie te informacje są przekazywane dwoma drogami: poprzez łącze RS232 do terminala
Rys. 2. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej.
34
Elektronika Praktyczna 5/2001
Analizator magistrali 1WIRE
ystal = 8000000 Sbaud = 9 600 Conflg Lcd = 16 * la Conflg lwire = Portb.O
Conflg Plnd. 6 = InpUt
Dlm Deyices_nUmber fis Word 'Zmienna określająca maksymalną liczbę badanych układów 1WIRE (65536)
'Zadeklarowanie te] Zmienne] Jako SINLLE ZWlęksZa te Wartość do 4294967294
lster_nUmber (8) fis Byte 'tablica przechowująca Informacje o odczytanych numerach seryjnych 'Układów 1WIRE 'Zmienna pomocnicza 1 Zmienna pomocnicza 'Zmienna określająca typ układu
Dlm Temp fis Word Dlm Temp2 fis Byte Dlm Narne fis Word
Const TSl = "SERIftL NUMBER"
Const TS2 = "Sl-STfiRT TESTHJG"
Const TS? = " DEVICHS"
Const TS4 = "DS"
Declare Sub Maln
Declare Sub Testlng
Declare Sub Ds_Identification
Declare Sub D1splay_nUmber
Declare Sub Waltlng
Cursor off
Maln Print Prmt TS2
Lcd TS2 Waltlng End Sub
List. 1. Program sterujqcy pracq mikrokontrolera w analizatorze
Program sterujący analizatorem llnll 1WIRE Program napisany W Jeżyku MCS BftSIC dla procesorów
'określenie częstotliwości pracy oscylatora procesora
'określenie szybkości transnil = Jl RS232
'określenie typu wyświetlacza alfanumerycznego
'określenie plnU procesora, d^ którego Zostanie dołączona
'magistrala 1WIRE
'pln 6 portu D procesora będzie wykorzystywany Jako Wejście
'deklaracje Utworzenia podpro^ramU petll głównej programu 'deklaracja podprogranili testotfanla magistrali 1WIRE
'deklaracja podp rog ranili identyfikacji poszczególnych układów 1WIRE 'deklaracja podp rog ranili wy świ^t lania nUrnerów seryjnych 'deklaracja podprogramU oczekiwania na naciśnięcie klawisza
'Wyczyść ekran wyświetlacza 'wyłącz kursor
'główna pętla programowa
'odstęp Jednej llnll na ekranie terminala
'wyślij do terminala komunikat Sl-STfiRT TESTING, Informujący, Ze po
'naciśnięciu klawisza Sl rozpocznie sle testowanie magistrali 1WIRE
'wyświetl taki sam komunikat na ekranie LCD
'skok do podp rog ramU oczekiwania na naciśnięcie klawisza
Testlng ' podp rog rani testowania magistrali 1WIRE
DeVlces_nUmber = lWirecoUnt() 'lWIRECOUNT zwraca Zmienną DEVICES_NUMBER określającą
'liczbę Układów dołączonych do magistrali Cis Lcd TS3 r " "r r DeVlces_nUmber 'wyświetl komunikat "DEVICE3:" 1 podaj liczbę
'odnalezionych układów
Print DeVlces_nUmberr Tfi3 'wyślij te same informacje do terminala
If Deyices_nUmber = 0 Then Maln 'JeZell do magistrali 1WIRE nie dołączono Żadnych
'Układów, to powróć do petll głównej
Waltlng 'skok do podp rog ramU oczekiwania na naciśnięcie klawisza
Cis Reglster_nUmber(1) = lWsearchflrst() 'lWSEftRCHFIRST ZWTaca nUmer seryjny pierwszego układu
'dołączonego do magistrali 1WIRE. Kolejne bajty są Zapisywane W tablicy
'REGISTER_NUMBER(S)
Ds_ldentlflcatlon 'WeZWIJ podprogram identyfikacji typu układu 1WIRE
Waltlng 'skok do podprogramU oczekiwania na naciśnięcie klawisza
Cis
Print TSl 'wyświetl tekst "SERIfiL NUMBER:"
Dlsplay_nUmber 'skok do podprogramU wyświetlania numeru seryjnego układu Waltlng 'skok do podprogramU oczekiwania na naciśnięcie klawisza
For Temp = 2 To Deyices_nUmber 'wykonaj o Jeden mniej razy nlZ stwierdzona liczba
'Układów dołączonych do 1WIRE
Reglster_nUmber(1) = lWsearchneXt() 'lW3EfiRCHNEXT zwraca numery seryjne kolejnych
'Układów dołączonych do magistrali 1WIRE- Kolejne bajty są Zapisywane 'W tablicy REGISTER_NUMBER(S) Cis
Ds_ldentlflcatlon 'skok do podprogramU ldentyflKacJl typu układu 1WIRE Waltlng 'skok do podprogramU oczekiwania na naciśnięcie klawisza
Print TSl 'wyświetl tekst "SERIfiL NUMBER:"
Dlsplay_nUmber 'skok do podprogramU wyświetlania nUrneru seryjnego układu
Waltlng 'skok do podprogramU oczekiwania na naciśnięcie klawisza
Ne>ft Temp
Maln End Sub
'powróć do pętli głównej programu
Ś Ds_ Identification Lcd Tempr ": "r Tfi4r Print Tempr ": "r Tg4r
'podprogram identyfikacji typU układu 1WIRE 'Wyświetl kolejny nUrner odnalezionego układu 1 tekst 'Wyślij te same komunikaty do terminala
Select Case Reg1ster_nUmber(1)
Case 5H10: Narne = 1820
Case iH05: Narne = 2405
Case ŚŁH11: Narne = 1920
Case 5H16: Narne = 1954
Case 5H1S: Narne = 1962
Case iHlft: Narne = 1963
Case 5H14: Narne = 1971
Case 4&.91: Narne = 1981
Case 5H89: Narne = 1982
Case 5H0B: Narne = 1985
Case 5H0F: Narne = 1986
End Select
Lcd Narne
Print Narne
Sub
W Zależności od wartości pierwszego bajtu nUrneru
seryjnego odnalezionego układu:
określ końcówkę naZWy tego układu
określ końcówkę naZWy tego układu
określ końcówkę naZWy tego układu
określ końcówkę naZWy tego układu
określ końcówkę naZWy tego układu
określ końcówkę naZWy tego układu
określ końcówkę naZWy tego układu
określ końcówkę naZWy tego układu
określ końcówkę naZWy tego układu
określ końcówkę naZWy tego układu
określ końcówkę naZWy tego układu
Wyświetl naZWe układu 1WIRE
Wyślij ten sam komunikat do terminala
Ś Dlsplay_nllrnber 'podprogram wyświetlania nUmetU seryjnego układu
For Temp2 = 1 To 8
Lcd HeX (reglster_nUrnber(temp2 ) ) ; 'wyświetl na ekranie LCD kolejne bajty nUrneru
'seryjnego danego układu. DanL wyświetlane będą W formacie HEX, 'Z powodu ograniczonej ilości miejsca na ekranie bez odstepóW-Print HeK (reglster_nUrnber (temp2 ) ) r " "r 'wyślij te same dane do terminala Ne>ft Temp 2
Print 'Utwórz odstęp pomiędzy liniami tekstu na ekranie terminala
1 Sub
Ś Waltlng Reset Portd. 6
'podprogram oczekiwania na naciśnięcie klawisza Sl 'Ustaw stan niski na pinie 6 portu B
If Plnd.6 = 1 Then Exit Do
Loop Sub
'powtarzaj pętle aZ na pinie P0RTB.6 Wsytąpl stan wysoki
programowego komputera lub na dołączony do układu wyświetlacz alfanumeryczny LCD.
Opis działania
Na rys. 1 pokazano schemat elektryczny układu analizatora linii lWIRK Układ zawiera zaledwie dwa układy scalone, w tym zaprogramowany procesor typu AT90S2313, będący jego "sercem". Drugi układ scalony, dobrze wszystkim znany MAX232, umożliwia przekazywanie informacji pozyskanych z magistrali lWIRE do komputera poprzez łącze RS2 32 Ś Do procesora dołączono także typowy wyświetlacz alfanumeryczny LCD 16*1 znaków umożliwiający posługiwanie się analizatorem bez konieczności dołączania go do komputera. Zarówno MAX232, jak i wyświetlacz alfanumeryczny mogą być traktowane jako elementy opcjonalne: jeżeli mamy zamiar korzystać wyłącznie z układu współpracującego z komputerem, to stosowanie wyświetlacza jest zupełnie zbędne. Z kolei, jeżeli nie będziemy korzystać z komputera, to układ transmisji RS232 także jest zbędny.
Dalsze omawianie tak prostego schematu nie ma chyba większego sensu. Skupmy się zatem na opisie programu sterującego pracą analizatora. Ponieważ ten program jest również bardzo krótki, pozwalam sobie zaprezentować Czytelnikom jego pełny listing, opatrzony stosownymi komentarzami.
Montaż i uruchomienie
Na rys. 2 pokazano rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej, wykonanej na laminacie dwustronnym z metalizacją. Montaż układu rozpoczniemy od wlu-
Rys. 3. Widok ekranu terminala BASCOM-owego.
Elektronika Praktyczna 5/2001
35
Analizator magistrali 1WIRE
towania w płytkę rezystorów i podstawek pod układy scalone, a zakończymy montując wyświetlacz alfanumeryczny LCD, o ile oczywiście zdecydujemy się na jego użycie. Dodatkowego komentarza wymaga jedynie montaż właśnie tego elementu oraz przycisków S1..S4, które muszą być przylutowane od strony ścieżek (umownej w przypadku laminatu dwustronnego). Podczas montażu wyświetlacza zalecałbym zastosować następującą kolejność czynności:
1. Do płytki należy przyluto-wać rząd czternastu pojedynczych goldpinów.
2. Do wyświetlacza lutujemy złącze szufladkowe o takiej samej liczbie otworów
3. Składamy całość "na wcisk", ewentualnie mocując dodatkowo wyświetlacz za pomocą czterech śrubek o średnicy 3mm z tulejkami dystansowymi.
Układ zmontowany ze sprawdzonych elementów działa natychmiast po włożeniu zaprogramowanego procesora w podstawkę i wymaga tylko jednej regulacji: ustawienia kontrastu wyświetlacza alfanumerycznego za pomocą potencjometru montażowego PRl.
Jeżeli analizator będzie wykorzystywany jako urządzenie autonomiczne, nie połączone z komputerem, to natychmiast po zmontowaniu możemy je eksploatować. Do układu dołączamy stabilizowane napięcie zasilania o wartości
+5VDC, a następnie do złącza CONl przewody magistrali 1WI-RE. Po naciśnięciu przycisku Sl układ rozpocznie przeszukiwanie magistrali, wyświetlając stosowne komunikaty na ekranie wyświetlacza LCD. Jeżeli jednak mamy zamiar wykorzystywać nasz analizator w połączeniu z komputerem, to będziemy mieli jeszcze dwie czynności do wykonania: przygotowanie odpowiedniego kabla i programu umożliwiającego odebranie nadawanych przez analizator danych. Analizator możemy połączyć z komputerem za pomocą dowolnego przewodu trój-żyłowego zakończonego żeńskim wtykiem DB9. Z drugiej strony kabel przyłączmy do złącza CON3 według oznaczeń pokazanych na schemacie.
Jako program współpracujący z monitorem linii możemy wykorzystać dowolny terminal RS232, np. terminal zawarty w systemie WINDOWS, lub dowolny inny z bogatej oferty freeware dostępnej w Internecie. Ja jednak szczególnie polecałbym terminal "zaszyty" w pakietach BASCOM AVR i 8051, którego ekran pokazano na rys. 3.
Pozostaje już tylko wspomnieć o złączu oznaczonym jako CON4, które widoczne jest na rysunku płytki PCB, a którego na próżno szukać na schemacie. Jest to złącze ISP, które było wykorzystywane podczas pisania programu i testowania prototypu analizatora. Nie usunąłem go z płytki po zakoń-
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
PRl: lkO miniaturowy potencjometr montażowy Rl: 4,7kQ Kondensatory CL C2: 27pF C3...C6: 4,7^F/25V C7: lOOnF C8: 100^F/16V Półprzewodniki IC1: DS1813
IC2: zaprogramowany procesor AT90S2313 IC3: MAX232 Różne
DPI: wyświetlacz alfanumeryczny LCD 16*1
Ql: rezonator kwarcowy 8MHz CONl, CON2: ARK2 (3,5mm) CON3: ARK3 (3,5mm) S1...S4: mikroprzełączniki wtyk DB9F + obudowa
czeniu pracy: nikomu ono tam nie przeszkadza, a może okazać się użyteczne dla tych Czytelników, którzy zechcą samodzielnie napisać program obsługi analizatora lub zmodyfikować program napisany przeze mnie. Zbigniew Raabe, AVT zbigniew.raabe@ep.com.pl
Wzory płytek drukowanych w formacie PDF są dostępne w Internecie pod adresem: http://www.ep.com.pl/ 7pdffmaj01.htm oraz na płycie CD-EP05/2001B w katalogu PCB.
36
Elektronika Praktyczna 5/2001
PROJEKTY
Gra zręcznościowa
AVT-5014
Nie samą pracą człowiek
żyje. Elektronik także nie
zawsze zajm uje się tylko
konstruowaniem coraz to
nowych układów, czasami ma
ochotę aby się odprężyć
i pobawić. Niniejszy projekt
przewidziany został na takie
właśnie okazje, chociaż nie
pozbawiony jest także
pewnych walorów
praktycznych.
Jak to pokazano na rys. 1 konstrukcja układu jest bardzo prosta. W projekcie wykorzystano procesor AT89C51 z wewnętrzną pamięcią programu o pojemności 4kB. Daje on do dyspozycji programisty 4 porty uniwersalne, które mogą być zarówno wejściami jak i wyjściami. Jak widać port P3 w ogóle nie został wykorzystany. Porty PO i P2 pracują jako wyjściowe, natomiast Pl jest w całości wykorzystany jako port wejściowy. Z pewnym uproszczeniem układ można podzielić na dwie sekcje: wyświetlaczy i klawiatury. Do obsługi 7-segmentowych wyświetlaczy (Ul, U2, U2) oraz diod LED (Dl..8) przeznaczono porty wyjściowe natomiast obsługą klawiatury (SWl-8) zajmuje się port wejściowy. Elektroluminescencyjne wyświetlacze 7-segmentowe ze wspólną anodą pracują na zasadzie multipleksowania. Znaczy to tyle, że przez krótki moment świeci się wyświetlacz Ul, następnie jest gaszony i zapala się wyświetlacz U2 itd. Na skutek bezwładności oka człowiekowi wydaje się, że wszystkie wyświetlacze świecą się jednocześnie choć nieco ciemniej niż gdyby były zapalone cały czas, natomiast układ elektroniczny dzięki takiemu rozwiązaniu bardzo się upraszcza. Włączaniem
poszczególnych wyświetlaczy sterują wyjścia P2.0..2 portu P2 za pośrednictwem wtórników emite-rowych Tl, T2, T3. Informacja dla aktualnie zapalonego wyświetlacza zatrzaskiwana jest w rejestrze U5 sygnałem CLK generowanym przez wyjście P2.4. Użycie rejestru zatrzaskowego jest konieczne ponieważ PO zajmujący się multiplek-sowaniem informacji na wyświetlaczach 7-segmentowych obsługuje jednocześnie diody LED. Diody te zapalane i gaszone są także za pośrednictwem wyjść rejestru zatrzaskowego oznaczonego na schemacie symbolem U6. Sygnał CLK dla tego rejestru pobierany jest z portu P2.5. Zadaniem programu sterującego zapisanego w procesorze U4 jest zsynchronizowanie multipleksowania wyświetlaczy z zapalaniem diod LED tak aby użytkownik odnosił wrażenie, że wszystko dzieje się jednocześnie. Oprócz tego procesor musi synchronicznie czytać stan przycisków, których naciskanie będzie wpływało na stan wyświetlanych informacji. Oporniki R1..16 służą do ograniczenia prądu płynącego przez segmenty wyświetlaczy oraz diody LED. Natomiast oporniki R17..32 służą do podciągania poziomu napięcia do wartości +5V w sytuacji gdy na portach procesora będzie 1 logiczna.
Oprócz tych elementów do procesora dołączony jest obwód wytwarzający impulsy taktujące (Xl, C2,
Elektronika Praktyczna 5/2001
37
Gra zręcznościowa
~[L5 ~[C6 I ~[C7 ~[C
1000/./ MOOn 100n 1(
i
Rys. 1. Schemat elektryczny gry zręcznościowej.
C3) oraz kondensator Cl wytwarzający impuls zerujący po włączeniu napięcia zasilania. Zasilanie podawane jest na gniazdo JPl. Napięcie może mieć wartość 8..12V (polaryzacja bez znaczenia). Stabilizator U 7 dostarcza napięcie +5V do układów scalonych i wyświetlaczy.
Po omówieniu budowy czas wreszcie przedstawić zasady zabawy jaką oferuje prezentowany układ. Istnieje możliwość wybrania jednej z trzech gier-testów zręcznościowych. Wyboru dokonuje się naciskając klawisz SWl, na wyświetlaczu U3 pojawia się kolejna cyfra odpowiadająca danemu testowi. Start następuje po przyciśnięciu klawisza SW8. Za każdym razem rozpoczęcie fazy gry poprzedzone jest zapaleniem na wyświetlaczach cyfr 3, 2, 1 przygotowujących gracza do startu.
Grał
W tym teście chodzi o zmierzenie szybkości reakcji zawodnika. Sygnałem jest zapalenie diody D5 na który zawodnik odpowiada na-
ciśnięciem przycisku SW5. W każdej serii dioda zapala się 10 razy. Czas reakcji może wynosić od 0 do 999ms. Kolejne odczyty są sumowane a wyświetlany na końcu wynik stanowi średnią arytmetyczną. W przypadku naciśnięcia klawisza zanim zapali się dioda, na konto zawodnika dopisywany jest karny czas 999ms, który oczywiście pogorszy wynik końcowy. Zakończenie testu sygnalizuje napis "End". W przypadku gdy zawodnik uzyskał najlepszy kolejny wynik gry na wyświetlaczach pojawi się graficzna owacja.
Gra2
Kiedy już zmierzymy swój czas reakcji możemy przystąpić do drugiego testu. Będzie on angażował już wszystkie diody i przyciski. Zasada gry jest prosta: w momencie zapalenia diody należy nacisnąć odpowiadający jej przycisk. Kolejność zapalania diod jest losowa (w każdym razie w programie wykorzystano algorytm generujący ciągi zbliżone do losowych). Diody za-
palane są na 0,2s. Żeby uatrakcyjnić grę, czas pomiędzy kolejnym zapaleniem LED może wynosić 0,6s lub 0,3s. Wprowadzona została następująca punktacja:
- naciśnięcie odpowiedniego klawisza zanim zapali się kolejny LED: 3 punkty,
- zaznaczenie naciśnięciem klawisza pozycji diody gdy świeci się już następna: 1 punkt,
- nie zaznaczenie zapalonej diody: -1 punkt karny,
- naciśnięcie błędnego klawisza: -1 punkt karny.
Gra składa się z serii 60 zapaleń diod LED. Punkty są sumowane i jak można łatwo obliczyć maksymalnie jest do zdobycia 180 punktów. Tak jak poprzednio na zakończenie wyświetla się napis "End" lub owacja dla najlepszego wyniku w serii.
Gra3
Gra3 jest mutacją Gry 2. Co 0,6s zapalane są wszystkie diody. Następnie losowo gaszone są kolejne. Zadaniem grającego jest
Elektronika Praktyczna 5/2001
Gra zręcznościowa
nZt-8 3INW1ISUZ
O O
9 O
O O�
o o
Rys. 2. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej.
określenie przy pomocy przycisku, która dioda zgasła jako ostatnia. Punktacja jest podobna do poprzedniej:
- naciśnięcie odpowiedniego klawisza: 3 punkty,
- zaznaczenie naciśnięciem klawisza pozycji diody w czasie następnej kolejki: 1 punkt,
- nie zaznaczenie ostatniej zgaszonej diody: -1 punkt karny,
- naciśnięcie błędnego klawisza: -1 punkt karny.
Tak jak poprzednio gra składa się z serii 60 zapaleń i maksymalnie można zdobyć 180 punktów. Pomiędzy kolejnymi testami można podejrzeć wynik ostatniego po naciśnięciu klawisza SW6. Jeżeli chcemy zobaczyć najlepszy wynik w serii należy nacisnąć SW7.
Montaż i uruchomienie
W przypadku zgromadzenia wszystkich potrzebnych części montaż układu nie będzie trwał dłużej niż pół godziny. Najpierw na jednostronnej płytce drukowanej (schemat montażowy pokazano na rys. 2) należy poprowadzić kilkanaście zwor a dopiero potem wlutować pozostałe elementy. Szczególną uwagę trzeba poświęcić wyborowi odpowiednich klawiszy. Powinny zapewniać pewny kontakt bez przypadkowego przerywania po naciśnięciu. Równie ważna jest ich trwałość i odporność na gwałtowne naciśnięcia. Wykorzystane w prototypie plastikowe prostokątne przełączniki miały dodatkową zaletę w postaci różnych kolorów ich obudów.
Z moich doświadczeń wynika, że najtańsze popularne przyciski membranowe nie wytrzymują długo intensywnej pracy.
Układ nie wymaga żadnego uruchamiania, przed włożeniem do podstawek układów scalonych warto jedynie sprawdzić czy stabilizator dostarcza napięcia +5V. Gdyby po zakończeniu montażu układ nie chciał pracować można sprawdzić przy pomocy oscyloskopu czy procesor żyje. W tym celu należy na wejściach CLK układów U5 i U6 skontrolować czy w odstępach lms pojawiają się krótkie ujemne impulsy wpisujące dane do rejestrów zatrzaskowych. Dla układu nie została przewidziana żadna obudowa. Warto natomiast wyposażyć płytkę w nóżki, które zapobiegną jej chybotaniu się podczas gry.
Uzyskane w czasie testów wyniki autora nie okazały się rewelacyjne. Najlepszy średni czas reakcji wyniósł 134ms natomiast osiągnięte wyniki w grach wahały się między 90 a 120 punktów. Ciekaw jestem wyników Czytelników. Ryszard Szymaniak, AVT ryszard.szymaniak@ep.com.pl
Wzory płytek drukowanych w formacie PDF są dostępne w Internecie pod adresem: http://www.ep.com.pl/ 7pdffmaj01.htm oraz na płycie CD-EP05/2001B w katalogu PCB.
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
R1..R1Ó, R25..R32: 470O R17..R24: 10kO Kondensatory Cl: 2,2|iF/16V C2, C3: 27pF C4, C6..C8: lOOnF C5: 1000|iF/25V Półprzewodniki D1..D8: LED
D9: mostek prostowniczy 1A/5OV T1..T3: BC547
U1..U3: wyświetlacze wspólna anoda np.SA52-l 1HWA U4: 89C51 procesor zaprogramowany
U5, Uó: 74HCT574 U7: 7805 Różne
JPl:złqcze typu ARK2 SW1..SW8: przycisk Xl: 12MHz
Elektronika Praktyczna 5/2001
39
PROJEKTY
Joystick komputerowy dla osób
niepełnosprawnych, część 2
AVT-5007
W drugiej, zarazem
ostatniej części ańykuiu
przedstawiamy opis programu
sterującego joystickiem oraz
uwagi związane z jego
montażem mechanicznym
i uruchomieniem -
Oprogramowanie
Program dla mikiokontrolera został napisany w języku C i skompilowany kompilatorem firmy ImageCraft, noszącym nazwę ICCAYR. W programie głównym można wyróżnić cztery bloki. W pierwszym następuje inicjaliza-cja procesora, zaś trzy kolejne bloki stanowią główną pętlę programu. Dwa z nich są niemal identyczne i realizują odczyt sygnałów wyjściowych akcelerometrów. Natomiast w ostatnim następuje interpretacja trójfazowego przebiegu na wyjściu przetwornika UTL
Inicjalizacja polega na właściwym skonfigurowaniu portów, tunerów, przerwań i stosu oraz na nadaniu wartości początkowych niektórym zmiennym. Kolejnym zadaniem programu jest odczyt sygnałów z ak-celerometiów. Wyjścia obu akcelerometrów są podłączone do wejść przerwań zewnętrznych INTO (6-Ul) ilNTl (7-Ul). Najpierw jest ustawiane wejście INTO jako czułe na zbocze opadające i wykonywanie programu zostaje wstrzymane instrukcją SLEEP. Gdy na wejściu pojawi się takie zbocze, procesor budzi się i przechodzi do obsługi przerwania. Ta i wszystkie pozostałe procedury obsługi przerwań są puste. Dzięki temu procesor szybko wraca do programu głównego. Teraz jest uruchamiany wewnętrzny, 16-bitowy Timerl. Wejście INTO uczulane jest na zbocze narastające i procesor jest ponownie usypiany. Zbocze kończące impuls z akcelerometiu "budzi" procesor, który zatrzymuje Timerl i zapamiętuje jego
Elektronika Praktyczna 5/2001
41
Joystick komputerowy dla osób niepełnosprawnych
zawartość. W ten sposób mierzony jest czas trwania ujemnego impulsu na wyjściu oznaczonym przez producenta jako OUTX (10-U2). W naszym układzie jest to akurat wyjście sygnału zależnego od pochylania akcelerometru do przodu i do tyłu.
Taki sam cykl powtarza się dla wyjścia OUTY (9-U2) podłączonego do wejścia INTl. Różnica jest tylko taka, że mierzony jest czas trwania impulsu dodatniego.
Odchylanie czujnika od poziomu w jedną lub drugą stronę o 30 stopni powoduje zmianę wartości przyspieszenia od -0,5g do +0,5g. Sumaryczna zmiana przyspieszenia o lg powoduje zmianę współczynnika wypełnienia sygnału wyjściowego o 12,5%. Przy okresie ustalonym na 10,4ms, moment zmiany stanu na wyjściu akcelerometru zmieni się o ą650|is. Oznacza to, że zawartość timera taktowanego sygnałem o częstotliwości 3,5 79545MHz zmieni się od -2327 do +2326 impulsów w stosunku do wartości odniesienia. Te liczby musimy jeszcze przeskalować na zakres -128..+127 i przesunąć do wartości 0..255. W praktyce okazało się, że niezbędna jest zmiana charakterystyki czułości w funkcji kąta wychylenia. W pobliżu pozycji spoczynkowej czułość musi być niewielka, natomiast w miarę odchylania joysticka od poziomu czułość powinna gwałtownie wzrastać.
Tak przetworzony wynik pomiaru należy przesłać do potencjometru. Transmisja odbywa się szeregowo. Najpierw procesor uaktywnia bloki sterujące U4, ustawiając niski poziom na wyjściu PD4 (8-Ul), które jest połączone z wejściem /CS (7-U4). Następnie wystawia kolejne bity przesyłanego słowa na pin PDO (2-Ul) połączony z wejściem SDI (8-U4). Po wystawieniu każdego bitu, procesor ustawia i następnie kasuje
Toff
wyjście PDl (3-Ul). Narastające zbocze tego impulsu, pojawiające się na wejściu zegarowym CLK (9-U4), powoduje zapis kolejnego bitu do rejestru szeregowego układu U4. Po przesłaniu dziesiątego bitu linia PD4-/CS jest ustawiana, a osiem młodszych bitów trafia do jednego z dwóch rejestrów pamiętających ustawienie suwaków potencjometrów. O tym, do którego potencjometru zostanie zapisana nowa wartość decydują dwa najstarsze bity słowa. Adres "00" wskazuje RDAC#1 (12, 13, 14-U4), podczas gdy "01" oznacza RDAC#2 (2, 3, 4-U4).
Nieco bardziej rozbudowany jest podprogram odczytujący przebieg wyjściowy z przetwornika UTI. W tym przebiegu można wyróżnić trzy fazy. Jego kształt ilustruje rys. 5, a fragment programu realizujący pomiar można prześledzić na list. 1. Pierwsza faza, oznaczona jako Toff, wskazuje offset toru pomiarowego. Dla wyróżnienia składa się ona z dwóch impulsów o identycznym okresie. W drugiej fazie - Tab -jest mierzone napięcie zasilające czujnik. Ostatnia, trzecia faza określa napięcie niezrównoważe-nia mostka pomiarowego i jest oznaczona jako Tcd.
Ze względu na ściśle czasowy charakter przebiegu, tutaj również wykorzystałem timer Tl z tym, że licznik zlicza impulsy bez zatrzymywania. Wyjście przetwornika UTI jest połączone z wyprowadzeniem procesora o nazwie ICP -Input Capture Pin (11-Ul). Przy odpowiednim skonfigurowaniu tego wejścia, każde pojawiające się na nim narastające zbocze powoduje wygenerowanie przerwania i równoczesne przepisanie aktualnej zawartości licznika Tl do specjalnego rejestru ICR. Poprzednia zawartość licznika jest odejmowana od aktualnej i ta różnica jest cyklicznie zapisywana do 4-elementowego bufora. Po każdym
Tab
Tcd
List. 1. Podprogram pomiaru ciśnienia.
"""" Pomiar ciśnienia ****************/
TCCR1E = 0x41; / * capture przy 0->l, CK �/
TIFR = 0x0 8; /Ś ICF1: zeruj �/
TIMSK = 0x08; / * TICIE1: włącz �/
asm("SLEEP"); / * czekaj 0->l na ICP �/
asm("HOP");
TIMSK = 0x0 0; /" TICIE1: wyłącz �/
stop = ICR1; /* zapamiętaj koniec
impulsu �/
Toffi = Toff2; / � Toffi <- Toff2 �/
Toff2 = Tab; /* Toff2 <- Tab �/
Tab = Tcd; / * Tab <- Tcd �/
Tcd = stop - start; /� Tcd <- czas impulsu �/ start = stop; /� koniec tego to
początek następnego �/
)While( (Toffi >= Tab) II /� powtarzaj �/ (Toffi >= Tcd) II /� aż trafisz �/ (Toff2 >= Tab) II /* na początek �/ (Toff2 >= Tcd) ); /� ramki �/ ciśnienie = (Tcd-Toff1-Toff2)/(Tab-Toff1-Toff2); if( ciśnienie > (normP + DELTA) )
SW1_OW; /� dmuchnięcie �/
lse SW1_OFF;
if( ciśnienie < (normP - DELTA) )
SW2_CN; /� zassanie �/
lse SW2_OFF;
Rys. 5. Kształt przebiegu na wyjściu przetwornika UTI.
przerwaniu procesor sprawdza czy pierwsze dwa elementy spełniają warunki nałożone na fazę Toff. Jeśli tak, procesor może obliczyć wartość ciśnienia ze wzoru: P = l/32*(Tcd-Toff)/(Tab-Toff).
W naszym układzie nie jest ważna bezwzględna wartość ciśnienia. Wystarczy, jeśli będziemy sprawdzać czy nadciśnienie (lub podciśnienie) nie przekracza pewnej wartości. W tym celu procesor musi znać spoczynkową wartość [normP). Taki wzorcowy pomiar jest dokonywany podczas kalibracji, a wynik zostaje zapisany w pamięci nieulotnej. Przy kolejnych pomiarach aktualna wartość ciśnienia jest porównywana z wartością odniesienia. Jeśli obliczona wartość ciśnienia przekracza wartość minimalną, jest to interpretowane jako naciśnięcie pierwszego przycisku joysticka i procesor ustawia wyjście PD5. Jeśli natomiast w czujniku pojawi się podciśnienie o odpowiednio dużej wartości, program przyjmie, że naciśnięto drugi przycisk i mikro-kontroler ustawi wyjście PBO.
Stan przycisku USTAW (Wl) jest sprawdzany na końcu każdego obiegu głównej pętli programu. Jeśli procesor stwierdzi zwarcie styków, zapisuje aktualną wartość ciśnienia i przyspieszeń w obu osiach do pamięci nieulotnej. Wykonywanie programu zostaje wstrzymane do czasu zwolnienia przycisku. Gdy to nastąpi, procesor kontynuuje działanie z nową zawartością pamięci EEPROM. Za-
42
Elektronika Praktyczna 5/2001
Joystick komputerowy dla osób niepełnosprawnych
pamiętane w ten sposób wartości są wartościami odniesienia przy interpretowaniu następnych pomiarów.
Montaż
Wszystkie podzespoły joysticka montujemy na dwustronnej płytce drukowanej, której mozaikę ścieżek można znaleźć na dołączonej płycie CD-EP lub na stronie in-ternetowej EP w dziale PCB. Rozmieszczenie elementów na płytce pokazano na rys. 6.
Jako złącza Zl, Z2, Z3, Z45, Z6 i 7J przewidziałem kołki lutownicze. Dopiero do nich są lutowane poszczególne przewody kabla połączeniowego. Dzięki temu podłączanie jest łatwe, a w przypadku uszkodzenia kabla w czasie eksploatacji, jego wymiana jest bardzo ułatwiona. Montaż joysticka proponuję zacząć od ostrożnego wbicia i wlutowania tych sześciu szpilek w płytkę drukowaną.
Następnie montujemy elementy w kolejności od najniższych do najwyższych. Proponuję wstrzymać się chwilowo z montażem kondensatorów C6 i C7, czujnika Sl i podstawki pod układ U3, gdyż będą one przeszkadzać przy lutowaniu czujnika U2. Element ten jest w obudowie do montażu powierzchniowego, dlatego trzeba mu poświęcić trochę więcej uwagi. Oczywiście najlepsza byłaby lutownica na gorące powietrze i pasta lutownicza. W amatorskich warunkach wystarczająco dobre rezultaty można osiągnąć stosując cynę w postaci wielordzeniowego drutu o średnicy lmm lub mniejszej i lutownicę wyposażoną w ostro zakończony grot.
Lutujemy najpierw jeden pin i dokładnie pozycjonujemy układ. Następnie lutujemy przeciwległe wyprowadzenie i ponownie sprawdzamy czy końcówki leżą dokładnie na p ocynowanych plackach miedzi. Jeśli tak jest, lutujemy pozostałe piny używając przy tym jak najmniejszej ilości cyny.
Wiemy, że podczas pracy z układami scalonymi należy stosować środki ostrożności zapobiegające powstawaniu ładunków elektryczności statycznej. W praktyce różnie z tym bywa. Chciałbym ostrzec, że układy ADXL202 są wrażliwe na elektryczność sta-
tyczną. Dlatego należy stosować uziemioną lutownicę i przewodzącą opaskę na rękę, połączoną z "ziemią" przez rezystor 1MQ.
W czujniku ciśnienia Sl ostrożnie zaginamy wyprowadzenia w odległości około jednego milimetra od obudowy. Końcówka numer jeden jest półkoliście nacięta, dlatego nie powinno być problemów z jej identyfikacją. Przykręcamy obudowę czujnika dwoma śrubkami <|)3 i dopiero teraz wyprowadzenia tak unieruchomionego czujnika lutujemy do płytki.
Na koniec montujemy pozostałe brakujące elementy pamiętając, że pod procesor Ul, przetwornik U3 i potencjometr cyfrowy U4 należy zamontować podstawki.
Teraz pozostało nam już tylko wykonać blaszkę z dwoma otworami o średnicy 3mm odległymi od siebie o 7,5mm. W dwa otwory w płytce drukowanej, które znajdują się między złączami Zl i Z8, wkładamy śrubki <|)3. Pomiędzy śrubkami umieszczamy przewód połączeniowy, na wierzch zakładamy blaszkę i całość dokręcamy dwoma nakrętkami. Takie rozwiązanie skutecznie zabezpieczy przewód przed wyrwaniem.
Jeśli złącza śrubowe Z8 i Z9 wlutujemy w taki sposób, aby kabel wchodził do nich od środka płytki, to razem z kablem łączącym joystick i komputer będziemy mogli docisnąć przewody dodatkowych przycisków.
Sześć przewodów kabla połączeniowego lutujemy do kołków lutowniczych na płytce drukowanej. Z drugiego końca kabla przewód dołączony do kołka Zl łączymy z igłą nr 1 wtyku DB15, przewód Z2 z igłą nr 2 i tak dalej. Między igłami 4 i 5 wykonujemy we wtyku mostek, który łączymy z przewodem przylutowanym do kołka Z45.
Uruchomienie i kalibracja
Najpierw powinniśmy sprawdzić kabel łączący nasz joystick z komputerem. Wszelkie błędy w połączeniach lub zwarcia między żyłami uniemożliwią uruchomienie joysticka. Niestaranne wykonanie połączeń lub pozostawienie wtyku DB15 bez obudowy unieruchamiającej kabel, może mieć w przyszłości przykre na-
stępstwa dla naszego komputera. Uruchomienie jak zawsze rozpoczynamy od sprawdzenia poprawności montażu podzespołów na płytce drukowanej. Jeśli nie ma zwarć między polami lutowniczymi i elementy wydają się być obsadzone poprawnie, wyciągamy z podstawek wszystkie układy scalone i podłączamy zasilanie (masę do igły numer 4 wtyku DB15, a +5V do igły nr 1). Przy pierwszym włączeniu najbezpieczniej będzie skorzystać z zasilacza stabilizowanego. Teraz sprawdzamy obecność i polaryzację napięcia zasilającego, np. między wyprowadzeniami GND (10-Ul) i VCC (20-U1). Jeśli wyniki pomiarów są zgodne z oczekiwaniami, wyłączamy zasilanie i wkładamy do podstawek procesor, przetwornik oraz potencjometry i ponownie włączamy zasilacz. Jeśli i teraz napięcie zasilające i pobór prądu są w normie (5Vą5%, ok. lOmA), podłączamy omomierz między wyprowadzenia Wl(12-U4) i Bl(14-U4) potencjometru cyfrowego. Przechylając płytkę drukowaną na boki powinniśmy obserwować zmianę rezystancji od prawie zera (przy przechyleniu w lewo) do 70..130kQ (przy przechyleniu w prawo). Analogicznie, jeśli podłączymy miernik do pinów W2(4-U4) i B2(2-U4), a następnie przechylimy płytkę do przodu, omomierz powinien wskazać prawie zwarcie. Przechylenie w przeciwnym kierunku powinno spowodować wzrost re-
Rys. 6. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej.
Elektronika Praktyczna 5/2001
43
Joystick komputerowy dla osób niepełnosprawnych
zystancji do wartości maksymalnej. Tak przetestowany joystick możemy podłączyć do złącza gamę portu. Pamiętajmy przy tym, że tego typu czynności zawsze wykonujemy przy wyłączonym komputerze.
Teraz dopiero przeprowadzamy kalibrację akcelerometrów i czujnika ciśnienia. W tym celu włączamy komputer, płytkę drukowaną kładziemy poziomo, upewniamy się, że nikt nie dmucha w rurkę czujnika i naciskamy na chwilę przycisk USTAW (Wl). Wynik kalibracji jest zapisywany w pamięci nieulotnej, dlatego wystarczy wykonać ją tylko raz.
Od tego momentu joystick jest gotowy do ponownej kalibracji. Czynność ta jest niezbędna za każdym razem, gdy podłączamy do komputera nowy kontroler gier. Wytrawni gracze zapewne znają tę procedurę, a dla początkujących pokrótce ją opiszę. W systemie operacyjnym Windows 9x wygląda ona następująco:
1. Start -> Ustawienia -> Panel sterowania -> Kontrolery gry
2. Dodaj -> "2-osiowy joystick z dwoma przyciskami"
3. Właściwości -> Kalibruj -> dalej postępujemy zgodnie z pojawiającymi się poleceniami.
4. Na koniec sprawdzamy działanie joysticka otwierając zakładkę Testuj.
Konstrukcja mechaniczna
Zmontowaną i uruchomioną płytkę z elementami należy zamknąć w niewielkiej obudowie z tworzywa sztucznego. Z obudowy powinny wystawać oba króćce czujnika ciśnienia. Rurkę podłączamy do tego, który znajduje się bliżej płytki drukowanej.
Joystick został zaprojektowany do sterowania głową, dlatego jako "element mocujący" dobrze jest wykorzystać czapkę bejsbolówkę założoną daszkiem do tyłu. W niektórych przypadkach można wykorzystać rękawiczkę i wówczas sterujemy niewielkimi przechyłami dłoni. Na górze czapki lub rękawiczki należy przyszyć rzepy. Drugą część rzepów przyklejamy do spodu obudowy joysticka.
W daszku czapki można wykonać kilka otworów. Część z nich posłuży do zamocowania kabla połączeniowego do komputera. Do pozostałych zamocujemy pałąk z dość twardego drutu. Pałąk przechodzi koło ucha i kończy się na wysokości ust spłaszczonym oczkiem. W to oczko będzie wciśnięty ustnik, który wykonamy ze zbiorniczka kroplówki. Podgrzany w gorącej wodzie zbiorniczek musimy spłaszczyć w połowie wysokości i gwałtownie schłodzić zanurzając w zimnej wodzie. Po odcięciu górnej pokrywki powstanie całkiem zgrabny ustnik. Z drugiej strony zbiorniczka wychodzi wężyk (skrócony do niezbędnej długości) idealnie pasujący do czujnika ciśnienia.
Czujnik ciśnienia jest w dużym stopniu odporny na działanie wilgoci. Mimo to ustnik i rurkę po umyciu należy każdorazowo przedmuchać i dokładnie osuszyć.
Joystick może służyć nie tylko osobom niepełnosprawnym. Jeśli do górnej ścianki obudowy przymocujemy pionowy uchwyt, z po-
wodzeniem będą mogły z niego korzystać osoby sprawne fizycznie. W modelu wykorzystałem do tego nakładkę na kierownicę rowerową. Taka rączka jest pusta w środku, dzięki czemu łatwo było w niej zmieścić dwa wyłączniki monostabilne. Jeden z nich ma klawisz skierowany ku górze i ten obsługujemy kciukiem. Drugi przycisk jest skierowany do przodu i znajduje się dokładnie na wysokości palca wskazującego. Otwory w uchwycie wyciąłem skalpelem, a przełączniki po osadzeniu zabezpieczyłem klejem. Tak przygotowaną rączkę wkleiłem we wcześniej wykonany otwór w górnej ściance obudowy. Przez ten sam otwór przechodzą przewody od wyłączników. Górny przycisk jest podłączony do złącza Z9. Przycisk obsługiwany palcem wskazującym jest podłączony do złącza Z8.
Możliwości adaptacji
Konstrukcja joysticka daje dość duże możliwości adaptacji do in-dywidualnych potrzeb.
Zacznijmy od czułości. Przez zmianę wartości rezystora R4 możemy wpływać na okres sygnału wyjściowego z akcelerometrów. Podnosząc jego wartość do 2MQ uzyskujemy prawie dwukrotne zwiększenie czułości. Aby czułość zmniejszyć, wystarczy zmniejszyć rezystancję R4. Przy minimalnej dopuszczalnej rezystancji wynoszącej 125kQ uzyskamy dziesięciokrotnie mniejszą czułość.
W modelu obsługa przycisków joysticka polega na dmuchaniu lub zasysaniu powietrza z rurki podłączonej do czujnika ciśnienia. Dmuchnięcie odpowiada pierwszemu, a zassanie drugiemu przyciskowi. Działanie możemy w prosty sposób odwrócić podłączając rurkę do drugiego króćca czujnika.
Tomasz Gumny, AVT tomasz.gumny@ep.com.pl
Dziękuję firmie ALFINE z Poznania za udostępnienie elementów firm Analog Devices i Bourns.
Wzory płytek drukowanych w formacie PDF są dostępne w łnternecie pod adresem: http://www.ep.com.pl/ ?pdf/majOl.htm oraz na płycie CD-EP05/2001B w katalogu PCB.
44
Elektronika Praktyczna 5/2001
^y.1
SPRZĘT
Garmin jest jednym z największych
producentów przenośnych odbiorników
GPS przeznaczonych dla turystów,
wojska i szeregu innych celów
profesjonalnych. Można także
zaryzykować twierdzenie, że
Garmin jest jednym
z intelektualnych liderów tego
rynku, ponieważ oferowane
przez tę firmę urządzenia
wytyczają nowe kierunki
rozwoju całego rynku.
W artykule
przedstawiamy jeden
z najnowszych
produktów tej firmy:
odbiornik turystyczny
eTrexLegend.
eTrex&&em ��,,�,"
Nowy przenośny odbiornik GPS
eTrexLegend jest prawdziwym elektronicznym "cackiem", przy czym zachwycająca jest zarówno konstrukcja ursądzenia, jak i jego możliwości. Najbardziej niezwykłą funkcją odbiornika jest wbudowana w jego pamięć scyf-rysowana mapa świata, dzię-ki której można się pewnie poruszać po drogach oraz większości ulic w Warszawie. Wytłumaczę tutaj swoje zachwyty: nie traktuję jako czegoś niezwykłego cyfrowej mapy świata, lecz jej umiejętne skompresowanie i wyposażenie odbiornika w system szybkiego indeksowania i wyszukiwania punktów na mapie. Ogromne słowa uznania należą się także konstruktorom odbiornika, który zasilany przez dwa ogniwa AA pracował podczas testów blisko dwa tygodnie, przy czym dość często było włączane energochłonne elektroluminescencyjne podświetlanie wyświetlacza. Według producenta dwa ogniwa wystarczają na 18 godzin ciągłej pracy.
Windows ponad wszystko
Prezentowany odbiornik wyposażono w niezwykle wygodny interfejs użytkownika, oparty na systemie rozwijanych okien. Jest to najłatwiejszy w obsłudze system sterowania i konfiguracji (nie tylko) odbiornika, czego dowiodło ogromne powodzenie systemu operacyjnego Windows w komputerach osobistych. Przykładowe okna wyświetlane na wyświetlaczu odbiornika pokazano na rys. 1 i 2. Użytkownicy komputerów zapytają z pewnością: "w jaki sposób można się poruszać po okienkowych menu"? Odpowiedź jest zaskakująco prosta: odbior-
123S
ar
Rys. 1.
Rys. 2.
Elektronika Praktyczna 5/2001
47
S P R
rn^i niezawodność pra-&% i szybkość ustalania pozycji są bardzo duże. W zależności od wymagań użytkownika odbiornik może wyświetlać:
- mapę otaczającego go terenu z zaznaczoną przebytą trasą (rys. 4),
- trajektorię ruchu od-JŁ bez odnosze-
do mapy tere-(której rozdzielczość jest z przyczyn oczywistych ograni-
Rys. 3.
nik wyposażono w miniaturowy joystick, który doskonale spełnia rolę manipulatora funkcjonalnie zbliś.QnaL' "pałeczki" stosowanej w note-bookach lub komputerowej myszki. Producent odbiornika nazwał ten manipulator Click-Siick, co wiernie oddaje sposób jego pracy - nie jest to bowiem klasyczny josytick analogowy, a rolę czujników poło-ienia drążka spełniają mikro-przełączniki. Manipulator nad wyświetlaczem graficznym odbiornika (foŁ 3), dzięki czemu obsługa odbiornika jest możliwa jedną ręką. Na fot. 3 opisa-
no tylko wiJBHffrie elementy odbiornika. Ffiostałe manipu-ladła i złącza ulokowano
drugiej strony odbiornika.
S Możliwości
Odbiornik eTrexLegend jest przeznaczony dla użytkowników indywidualnych, przy czym jego możliwości zoptymalizowano do zastosowań turystycznych, nie zależnie od tego w jakich warunkach wyprawy się odbywają. Moduł odbiorczy jest przystosowany do jednoczesnego odbioru sygnałów z maksimum 12 satelitów jednocześnie, dzięki cze-
Trcrt
928 170
Tnr ar Ctty
1080; 1233
jaJEl
Ibr

s e
D
Rys. 4.
Rys. 5.
Rys. ó.
Ehrartlm CKsbnn Seoinf
OK
- precyzyjny kompas działający podczśs przebywania trasy (rys. 5),
- tabelaryczne zestawienie współrzędnych określających aktualne położenie odbiornika.
Przełączanie pomiędzy wymienionymi trybami nie powoduje zamazania wyników wyświetlanych w innych trybach, w związku z czym tryb pracy odbiornika można dostosowywać do chwilowych potrzeb.
Ponieważ twórcy odbiornika eTrexLegend zdecydowali się na graficzny interfejs użytkownika, jego konfigurację umożliwia przejrzyste menu z efektownymi ikonami (rys. 6). Możliwości konfigurowania odbiornika są bardzo duże, przy czym szczególnie duży nacisk konstruktorzy położyli na ułatwienie życia podróżnikom, którzy chcą się zabezpieczyć przed zabłądzeniem w nieznanym terenie. Oprócz bardzo bogatych możliwości edycyjnych i dokumentujących przebywaną trasę (rys. 7), odbiornik wyposażono w funkcję wyszukiwania drogi do określonego przez użytkownika celu. Odbiornik GPS może więc spełniać rolę XXI-wiecznej "nitki Ariadny". Z kolei funkcją szczególnie przydatną dla rowerzystów i turystów zmotoryzowanych jest komputer podróżny, który oblicza drogę przebytą od chwili startu,
Tab. 1. Zestawienie podstawowych możliwości odbiorników serii eTrex.
Parametr eTrex Camo eTrex Venture eTrex Legend eTrex Vista eTrex Summit
Liczba odbieranych sygnałów GPS 12 12 12 12 12
Liczba punktów referencyjnych trasy 500 500 500 500 500
Liczba zapamiętanych Tras/liczba punktów każde) z nich 10/50 20/50 20/50 20/50 20/50
Poiemność wbudowane] pamięci Flash (na dodatkowe mapy szczegółowe) brak 1MB 8MB 24MB brak
Czas pracy z |ednym kompletem ogniw 22 h 20 h 18 h 12 h 16 h
Wymiarywyświetlaczafpkt) 64x128 160x288 160x288 160x288 64x128
48
Rys. 7.
J K L H 5NN N 0 P & R OK ST LTiyKYZ
tarto
oj]; nnri.
csas podróży, średnie i maksymalną prędkości podróży, pokazuje także aktualną prędkość poruszania się (rys. 8).
Twórcy odbiornika eTrexLe-gend zadbali także o fanów polowań, wędkarsy i osoby zainteresowane wschodami i zachodami stońca lub księżyca, a także fazami księżyca. Odbiornik wylicza dla aktualne] pozycji geograficzne] godziny wschodów i zachodów słońca i księżyca w dowolnie wybranym dniu (rys. 9), sugeruje także najlepsze pory na łowienie ryb i polowań na dziką zwierzynę. Interesującym uzupełnieniem możliwości odbiornika jest także "wieczny kalendarz".
Wyposażenie
Prezentowany w artykule odbiornik wyposażono w interfejs szeregowy RS232C, który można wykorzystać do odczytu danych GPS w standardzie NMEAO183 2.3 lub GAR-
lilafmtyczna 5/2001
SPRZĘT
Inp Mm
o.& oaoo
000000 0.0
IP""J ŚŚ-Ś T Ś'"Ś"ŚŚŚ P
0.O 0.0
Rys. 8.
MIN, aktualizacji oprogramowania odbiornika lub dołączenia odbiornika różnicowego, który wysyła dane w formacie RTCM SC-104. Złącze tego interfejsu nie jest standardowe, w związku z czym producent dostarcza wraz z odbiornikiem odpowiedni kabel. Styki złącza szeregowego ukryto pod gumową klapką, która zapobiega dostaniu się wilgoci.
Oprócz widocznych na fot. 3 prsycisków sterujących od-
Rys. 9.
biornik wyposażono w trsy dodatkowe przyciski, ulokowane na drugim jego boku. Są to prsyciski do regulacji powiększenia wyświetlanego fragmentu mapy (soom), oras csęsto stosowany przycisk otwierający okno poszukiwania celu IFind).
Podsumowanie
Abstrahując od zachwytów nad zastosowanymi w odbiorniku rozwiązaniami konstrukcyjnymi muszę stwierdzić, że posługiwanie się odbiornikiem eTrexLegend jest niezwykle proste, a prsez to przyjemne. Prostota ta nie oznacza ograniczenia możliwości odbiornika, którego funkcjonalność (szczególnie w odniesieniu do rozwiązań konkurencyjnych) jest bardzo wysoka.
Prosty w obsłudze interfejs graficzny zapewnia zaawansowanym użytkownikom dostęp także do funkcji wymagających nieco specjalistycznej wiedzy, ale w większości przypadków tego typu zaangażowanie nie jest po-trsebne. W stosunku do testowanych kilkanaście miesięcy temu przez nasze laboratorium dwóch odbiorników starszej generacji (GPS II i GPS III) eTiexLegend wprost tchnie nowoczesnością, w najlepszym tego słowa znaczeniu. Andrzej Gawryluk, AVT
Prezentowane w artykule urządzenie udostępniła redakcji firma ATM Elektronika, iel. (0-22) 515-63-30, http;// www. aim.com.pl/elekiro/ ind ex 1.html.
Dokumentację odbiornika eTrexLegend można znaleźć w Iniernecie pod adresami:
- http://www.garmin.com/pro-ducis/eTrexLegend/index.-html,
- http://www.gar-min.com/pro-duc is/e TrexLegend/d o wn -lo ad.html,
- hiip://www,garmin.com/pro-d ucis/e TrexLegęn'd1ma-nual.html,
- http://www.garmin.com/pro-ducis/eTrex/ (efektowne trójwymiarowe demo odbiornika},
i na płycie CD-EP4/2001B w katalogu \GPS.
Informacje o systemie GPS można znaleźć pod adresami:
- http://www.garmin.com/ aboutGPS/,
- http://www.garmin.com/ manualsZgps4beg.pdf.
Elektronika Praktyczna 5/2001
49
r Kit:
Układy FPGA (ang. Field Programmable Gate Array) należą do jednej z dwóch szybko rozwijających się grup
układów programowalnych. Szczególnie interesujące możliwości oferują użytkownikom układy z rodziny AT40K firmy Atmel - ich fragmenty można bowiem rekonfigurować podczas pracy pozostałej części struktury, dzięki czemu budowanie urządzeń z sam om odyfi kującym się sprzętem staje się powoli możliwe.
W artykule przedstawiamy architekturę układów FPGA z serii AT40K/KAL oraz doskonałe do ich poznania narzędzie - przygotowany przez firmę Kanda Systems zestaw FPGA Starter Kit.
Układy rodzin AT40IC oraz AT6000 są obecnie - oprócz układów Virtex II (produkowanych przez Xilinxa) -jedynymi produkowanymi seryjnie układami FPGA z możliwością częściowej re-konfiguracji struktury "w locie". Umożliwiają więc budowę modułów sprzętowych o łatwo modyfikowalnych funkcjach, które mośna zmieniać podczas pracy układu. Dzięki temu wiele zadań wymagających znacznych zasobów logicznych mośna realizować w stosunkowo niewielkich układach fo mniejszych zasobach logicznych). Rekonfiguro walne moduły sprzętowe zwykle wspomagają programowe wykonywanie jakichś zadań. Projektowanie systemów, w których cześć zadań jest realizowana sprzętowo, a część programowo nazywa się projektowaniem sprzęto-wo-programowym fang. hard-ware-software codesign).
Architektura układów AT40K/KAL
Architekturę układów rodzin AT40IC i AT40ICAL zoptymalizowano pod kątem ap-
Elektronika Praktyczna 5/2001
SPRZĘT
RV = regenerator pionowy, RH = regenerator poziomy, f )= komórka logiczna
RV| RV RV RV
RV RV| RV RV
RV RV| RV RV
^ooo
U L5y_
O E
O E
n rsr
ooo ooo
u lb^l
O E
o e
n rsr
O O O O E OOOOt�
RV FW RV RV
RV RV| RV RV
RV RV| RV RV
O O O O O O
o o o
o e
O E O E
O O O O O O O O O
U L5L
O E
O E
O E
RV| RV| RV| FW
RV| RV| RV| HV
o o
El O O O ^OOO
O E
O E
O E
O E
ooo ooo ooo ooo

OOOO^
OOOOt�
OOOOt�
0 0 0 0 I OOOOt� OOOOt� O O O O E OOOOt�
RV RV| RV RV
RV RV| RV FW
RV RV| RV| RV RAM
Rys. 1.
likacji wymagających częściowej rekonfiguracji struktury układu podczas jego pracy oraz aplikacji, w których są realizowane sprzętowo algorytmy obliczeniowe, np. przy wspomaganiu obliczeń procesorów DSP.
Szkic architektury układów AT40K/40KAL, typowej dla klasycznych struktur FPGA, przedstawiono na rys. 1. Symetryczna matryca komórek logicznych, pogrupowanych po 16, jest pocięta traktami połączeniowymi pionowymi i poziomymi, w których umieszczono także regeneratory (repeatery) przesyłanych sygnałów. Każdy trakt zawiera 15 linii (w pięciu warstwach), w tym 5 par linii ekspresowych oraz 5 linii lokalnych. Na skrzyżowaniach pionowych i poziomych traktów połączeniowych ulokowano bloki dwu-portowych pamięci SRAM o pojemności 32x4 bity.
Komórki logiczne układów AT40K/40KAL mogą komunikować się bezpośrednio z ośmioma sąsiadującymi komórkami logicznymi, a także -za pośrednictwem traktów połączeniowych - z dowolnymi innymi komórkami w układzie. Umożliwiają to połączenia komórek z pięcio-
ma poziomymi i pięcioma pionowymi lokalnymi liniami z traktów połączeniowych.
Budowę komórki logicznej układów AT40K/40KAL pokazano na rys. 2. Zawiera ona dwie 3-wejściowe tablice wartości funkcji LUT (ang. Look-Up Table) z jednym wyjściem. Mogą być do nich wpisane wartości dowolnej, zadanej przez projektanta funkcji logicznej sygnałów podawanych bez-
pośrednio z sąsiadujących komórek logicznych (do tego celu są stosowane wejścia i wyjścia o nazwach odpowiadających kierunkom geograficznym: N, E, S, W, NW, NE, SE, SW) lub z traktów połączeniowych (sygnały wejściowe: Vi.. 5, H1..5 i wyjściowy L).
Komórki logiczne, zależnie od wymagań aplikacji, mogą być skonfigurowane do pracy w jednym z pięciu trybów (rys. 3), w tym jednym niespotykanym w innych układach programowalnych, gdy komórka logiczna realizuje funkcję elementu mnożącego z wyjściem kom-binacyjnym lub rejestrowym (rys. 3c).
Pozostałe tryby pracy komórki logicznej można zaliczyć do standardowych:
- syntetyczny (rys. 3a) - połączone zasoby komórki tworzą 4-wejściową tablicę LUT, a jej wyjście może być rejestrowe lub kombi-nacyjne,
- arytmetyczny (rys. 3b) -komórka logiczna spełnia rolę dwubitowego sumatora z wejściem i wyjściem przeniesienia oraz z opcjonalnym przerzutnikiem na wyjściu danych,
- licznikowy (rys. 3d) - komórka logiczna jest konfi-gurowana jako 1-bitowy licznik z wejściem i wyjściem przeniesienia,
- multiplekserowo-trójstanowy (rys. 3e) - komórka logiczna jest konfigurowana jako 2-wejściowy multiplekser z wejściem adresowym i trójstanowym buforem na wyjściu. Wbudowane w strukturę układów bloki pamięci (nazwane przez producenta FreeRAM) są od siebie całkowicie niezależne, a odczyt ich zawartości jest w pełni asynchroniczny. Od strony wejścia operacje na zwartości pamięci można synchronizować lokalnym sygnałem zegarowym. Na rys. 4 pokazano schemat blokowy pojedynczej pamięci wraz z sygnałami sterującymi. Sygnały wejściowe i wyjściowe są dołączone do różnych linii traktów połączeniowych. Przykładowo, 5-bitową magistralę adresową dołączono do pionowych linii ekspresowych, zaś magistralę wejściową danych dołączono do lokalnych linii połączeniowych w trakcie leżącym w pierwszej warstwie, natomiast magistralę wyjściową danych dołączono także do lokalnych linii połączeniowych, ale w trakcie leżącym w drugiej warstwie.
Komunikację układu z otoczeniem umożliwiają komórki wejściowo-wyjściowe, których budowa jest stosunkowo
NW NE SE SW
Rys. 2.
52
Elektronika Praktyczna 5/2001
SPRZĘT
Tab. 1. Zestawienie najważniejszych parametrów układów AT40K
Rys. 3.
mało skomplikowana. Zawierają: wyjściowy bufor trójsta-nowy i wejściowy bufor napięciowy, który mośna skonfigurować do współpracy z układami o poziomach sygnałów TTL lub CMOS. Mośna takśe "włączyć" histerezę charakterystyki przejściowej (bufor pracuje jak przerzutnik Schmitta) oraz programowane opóźnienie.
Niewątpliwym atutem układów AT40IC/40ICAL jest zastosowanie w nich niestandardowej architektury pamięci konfiguracji (CacheLogic), dzięki której jest mośliwa całkowita lub częściowa re-kon figura ej a dynamiczna (w locie) układu.
Innym atutem tych układów jest duśa liczba dostępnych linii dla sygnałów glo-
CLOCK 1
Typ układu Liczba komórek logicznych Maksymalna liczba prze nutników Liczba bramek logicznych Pojemność wbudowanej pamięci SRAM Ib] Maksymalna liczba 1/0
AT40K05 256 256 5000 2048 128
AT40K10 576 576 10000 4096 192
AT40K20/20AL 1024 1024/1272 20000 8192 256
AT40K40/40AL 2304 2304/2676 40000 18342 384
AT40K80AL 4096 4468 80000 32768 384
balnych, w tym aś 8 niezależnych sygnałów zegarowych i sygnału Set/Reset (rnośe pochodzić z dowolnego wyprowadzenia układu). Sygnały te są rozprowadzane po układzie specjalnymi liniami wydzielonymi ze standardowych zasobów połączeniowych.
Atmel, wprowadzając do produkcji układy rodzin AT40IC/40ICAL, chciał wykorzystać ugruntowaną juś pozycję firmy Xilinx, w związku z czym rozmieszczenie wyprowadzeń tych układów jest zgodne z rozmieszczeniem wyprowadzeń układów rodzin XC4000/XC5200.
FPGA Starter Kit
Firma ICanda Systems opracowała dla Atmela doskonały zestaw edukacyjno-inśy-nierski umożliwiający testowanie prostych aplikacji i poznanie w szybkim tempie możliwości architektury układów AT40IC/ICAL.
Podstawowym elementem zestawu jest płytka drukowana wyposażona w 6-cyfrowy wyświetlacz ciekłokrystaliczny, uniwersalne pole wskaźników LED, 9-przyciskową
j dftńyołi
Rys. 4.
Und
dur
"1" OE
Wtffcle donycłi
RAMCInr
klawiaturę, dwa gniazda interfejsu RS232 z konwerterami napięciowymi, a takśe podstawkę dla mikrokontro-lera z rodziny AVR AT90S8515 oraz cztery podstawki dla pamięci flub innych układów) z interfejsem I^C. Na płytce bazowej umieszczono takśe elementy: stabilizator napięcia zasilającego i konwerter napięcia ujemnego dla wyświetlacza LCD oraz szereg elementów pomocniczych, które mośna "wykorzystać jako peryferyjne dla układu FPGA podczas budowania i testowania aplikacji. Wśród nich szczególnie interesujące są:
- elementy umośliwiające zbudowanie przetwornika A/C i C/A w oparciu o FPGA,
- elementy interfejsu optycznego (nadajnik i odbiornik podczerwieni),
- piezoceramiczny przetwornik akustyczny. Większość testowanych na
prezentowanym zestawie aplikacji będzie wymagała sygnałów zegarowych, których pięć źródeł znajduje się na płytce bazowej. Dostępne są sygnały o kształcie prostokątnym o częstotliwościach: 40MHz, lOMHz, 4,9512MHz, Ś3 2|768kHz. Sygnał zegarowy mośna takśe dostarczać z zewnątrz, ale mośna go równi eś wytwarzać "ręcznie" (za pomocą jednego z przycisków). Do kaśdego z 4 wy-b rany c h we j ść d la
globalnych sygnałów zegarowych układu FPGA mośna przypisać (za pomocą jurn-perów) sygnał z jednego z dwóch źródeł.
W centralnym punkcie płytki bazowej przewidziano miejsce dla dodatkowej płytki drukowanej z układem FPGA, który jest "ser-
cem" całego zestawu. W zestawie standardowo jest dostarczany układ AT40IC2 0 (1024 makro kom orki logiczne) wraz z reprogramowalną pamięcią konfiguracji AT17C512. Zawartość tej pamięci mośna modyfikować poprzez złącze szeregowe ISP. W przypadku konieczności zastosowania innego układu FPGA, jedynym elementem zestawu wymagającym modyfikacji jest niewielka płytka dodatkowa.
Oprócz modułu sprzętowego producent włączył w skład zestawu interfejs-programator ISP (dołączany do portu Centronics) wraz z programem sterującym CPS (rys. 5), słuśącym do programowania w systemie pamięci konfigurującej. Ze względu na zastosowanie stosunkowo długich przewodów pomiędzy wyjściem interfejsu i złączem płytki z pamięcią konfigurującą, twórcy tego programu przewidzieli mośliwość dostosowania częstotliwości sygnału zegarowego do rzeczywistych warunków pracy (rys. 5).
Niezwykle atrakcyjnym uzupełnieniem wyposaśenia zestawu jest pakiet projektowy dla układów programowalnych IDS6.0. Jest to kompletny zestaw narzędzi pozwalający wykonać projekt w języku YHDL (za pomocą edytora i modułu syntezy logicznej WorkOffice, firmy
Rys. 5.
54
Elektronika Praktyczna 5/2001
SPRZĘT
niegdyś ViewLogic, a obecnie Innoveda) oraz jego kompilację na wybrany układ FPGA firmy Atmel. Pomimo dość archaicznej konstrukcji (opartej na programie Figaro firmy Mentor Graphics z 1996 roku) IDS6.0 jest stabilnie pracującym narzędziem i przy odrobinie cierpliwości umożliwi realizację także bardzo dużych projektów.
W skład wypożyczonego do testów zestawu wchodzi także podręcznik dla początkujących ,,Get going with... FPGAs", w którym przystępnie wyjaśniono bu-
dowę układów FPGA, sposób posługiwania się pakietem IDS6.0, skrótowo opisano także kilka projektów przykładowych umożliwiających poznanie peryferii zainstalowanych na płytce bazowej.
Podsumowanie
Układy FPGA opracowane i produkowane przez Atmela, pomimo stosunkowo niewielkiego wartościowego udziału tej firmy w światowym rynku FPGA, należą do ,,perełek" w swojej klasie.
Pod tym względem dorównuje im prezentowany w ar-
tykule zestaw. Jest to kompletnie wyposażone (niestety bez zasilacza) narzędzie o przemyślanej i dopracowanej konstrukcji, której "świeżość" podkreślają drobne poprawki druku wykonane za pomocą wiertarki i kynaru. Gorąco zachęcam wszystkich miłośników układów programowalnych do zaopatrzenia się w prezentowany zestaw! Piotr Zbysiński, AVT piotr.zbysinski@ep.com.pl
Prezentowany w artykule zestaw udostępniła redakcji firma JM Elektronik, tel. (0-.32) .3.39-69-00, www.jm.pl.
Informacje o układach FPGA firmy Atmel można znaleźć w Internecie pod adresem: h ttp://www. at-mel.com/atmel/products/ prod3.htm.
Informacje o pamięciach konfigurujących układy FPGA firmy Atmel można znaleźć w Internecie pod adresem: http://www.atmel.com/atmel/ products/pro d22.htm.
Noty katalogowe układów FPGA i konfigu rato rów znajdują się także na płycie CD-EP5/2001B w katalogu \At-mel.
Elektronika Praktyczna 5/2001
55
SPRZĘT
Czytnik linii papilarnych
7TTI.
BioTouch jest czytnikiem linii papilarnych wbudowanym w kartę PCMCIA. Instalacja czytnika jest bardzo łatwa. Wystarczy wło-iyć kartę BioTouch do gniazda PCMCIA, włączyć komputer i zainstalować odpowiednie sterowniki oraz, po załadowaniu systemu operacyjnego, zainstalować oprogramowanie użytkowe BioLogon. Tak wygląda procedura instalacyjna w komputerach z systemem Windows 9x/Me. W przypadku Windows NT/2000 instalacja jest nieco bardziej skomplikowana, ale postępując zgodnie z dołączoną instrukcją, również zakończy się powodzeniem.
W trakcie instalacji należy wprowadzić nazwę i hasło administratora oraz wskazać czy czytnik linii papilarnych jest zainstalowany z lewej czy z prawej strony komputera (rys. 1). Następnie, po przyłożeniu palca do czytnika, zapamiętywany jest wzór linii papilarnych. Po ponownym uruchomieniu komputera zostaje "wyświetlone nowe okienko logowania (rys. 2), zachęcające do przyłożenia palca do czytnika lub wprowadzenia hasła. Jako znak zachęty czytnik linii papilarnych miga, gdy komputer
Rys. 1.
mmn
Rys. 2.
oczekuje na przyłożenie do niego palca. Program klienta logowania (rys. 3) jest wyjątkowo dobrze napisany, gdyż w systemie Windows 9x /M e nie da się go "obejść" naciskając klawisz ESC, co zdarza się w niektórych konkurencyjnych rozwiązaniach.
W trakcie pracy komputera na pasku zadań jest wyświetlana ikona Biologon Se-cuiity. Dwukrotne kliknięcie na niej powoduje zablokowanie komputera i rozpoczęcie procedury weryfikacji użytkownika. Jest to wygodny sposób na szybkie blokowanie komputera, gdy zaistnieje konieczność odejścia od niego na chwilę. Właściwość ta jest również niezbędna dla użytkowników komputerów przenośnych, którzy korzystają z zaawansowanych funkcji zarządzania energią, gdyż klient logowania nie uruchamia się, gdy komputer przejdzie w stan uśpienia.
Po kliknięciu prawym klawiszem na ikonie Biologon Securiiy wyświetlana jest lista, w której najciekawszą pozycją jest Broperiies. Za pomocą tego programu można zmieniać konfigurację pracy czytnika oraz przeprowadzić jego diagnostykę. Na rys.
Kradzież danych, to obecnie proceder dość powszechny. Oprócz włamań "komputerowych", czyli za pośrednictwem różnego rodzaju sieci komputerowych, podsłuchów łinii telefonicznych itp., dość często zdarzają się przypadki "tradycyjnej" kradzieży dysków twardych łuh całych komputerów. Z oczywistych wzgłędów komputery przenośne są szczególnie narażone na kradzież i dłatego o zabezpieczeniu przed dostępem do danych przez nieuprawnione osoby nałeży pomyśłeć wcześniej. Wśród stosowanych metod ograniczania dostępu do komputera najskuteczniejsze są biometryczne metody identyfikacji, a wśród nich najprostsze do zrealizowania są czytniki łinii papilarnych, jeden z takich czytników dostaliśmy do testów.
4 pokazano zakładkę Finger-prini Beader, w której można ćwiczyć przyłożenie palca do czytnika fczęść palca dobrze przyłożona do czytnika jest podawana w procentach). W zakładce tej jest również możliwość ustawienia jasności podświetlania. W zakładce Security (rys. -5) można wybrać jeden z trzech poziomów bezpieczeństwa. Wydaje się, że najwłaściwsze jest ustawienie najwyższego stopnia bezpieczeństwa, ale "w praktyce okazuje się to uciążliwe dla użytkownika, gdyż czasem zachodzi konieczność kilkukrotnego przykładania palca do czytnika. Wybranie średniego stopnia bezpieczeństwa poskutkowało bezproblemową pracą z czytnikiem. W zakładce tej można również
wyłączyć możliwość odblo-kowywania komputera hasłem (domyślnie komputer można odblokować za pomocą czytnika lub hasłem).
W zakładce Audii można wybrać jak dokładne dane mają być zapisywane w pliku logów, natomiast zakład-
Jll
r *
Rys. 3.
53
Elektronika Praktyczna 5/2001
ka Componenis umożliwia zweryfikowani 9 poprawności zainstalowanych klientów logowania. W zakładce Provi-ders są wyświetlone zainstalowane urządzenia, współpracujące z BioLogon 2.0 (oprogramowanie mośe współpracować z różnymi czytnikami) oraz mośna wyświetlić właściwości tych urządzeń.
Nieduże wymagania sprzętowe (procesor 486, 12 ME pamięci RAM) sprawiają, śe czytnik BioTouch mośna wykorzystać również w starszych notebookach, Karta jest wykonana zgodnie ze standardem PCMCIA II, a sam czytnik jest wysuwany z karty. Rozwiązanie takie powoduje, śe z boku komputera nic nie wystaje, gdy czytnik nie jest wykorzystywany. Aktywna płytka czytnika ma wymiary 17xl7mm, a dość wysoka rozdzielczość (H: 420 dpi, V: 380 dpi) gwarantuje wysoką jakość odczytywanych obrazów linii papilarnych.
Należy jasno powiedzieć, śe nie ma skutecznej meto-
dy zabezpieczenia danych w komputerach przenośnych. Mimo duśej skuteczności metod biometrycznej identyfikacji, do których naleśy identyfikacja za pomocą linii papilarnych, chcąc zapewnić bezpieczeństwo, nawet w podstawowym zakresie, nie mośna ograniczyć się do samego czytnika BioTouch. Wystarczy przecieś przełośyć dysk z notebooka do innego komputera, aby uzyskać dostęp do wszystkich plików zapisanych na dysku. Producent BioTouch oferuje oprogramowanie BioLogon 2.0 Securiiy Pack, które współpracując z czytnikiem linii papilarnych umośliwia szyfrowanie plików i katalogów oraz nadzoruje mośliwość uruchamiania przez róśnych uśytkowników aplikacji zainstalowanych na komputerze. Dopiero połączenie czytnika Bio To uch oraz BioLogon 2,0 Securiiy Pack (z czytnikiem jest dostarczana wersja demonstracyjna tego oprogramowania) zapewnia minimalny poziom bezpieczeństwa danych na
dysku komputera, dlatego dziwne jest, śe oprogramowanie to nie jest dołączane d o czytni ka, ale trzeba je oddzielnie kupić. BioTouch bez tego oprogramowania jest co najwyśej efektownym ga dś ete m , ale z pewnością nie stanowi skutecznego zabezpieczenia danych. Pracując samodzielnie mośe jedynie zabez-p i eczy ć ko m pute r przed ciekawskim kolegą w pracy, oferując po-
Czytnik BioTouch do testów
ziom poufności danych po- w redakcji dostarczyła firma równy walny z wygaszaczem ASTBON Advanced Technology Solutions, tel (0-22) 523-91-09, www.astroniech.pl.
ekranu wyłączanym hasłem. Paweł Zbysiński
I <-* I *+
Rys. 4.
Rys. 5.
Elektronika Praktyczna 5/2001
59
Analizator magistrali lWire
Coraz większq popularnościq wśród elektroników cieszq się układy wyposażone w interfejs lWire. Urzq-dzenie opisane na słr. 33 ułatwi diagnostykę magistrali z dołqczonymi wieloma układami tego typu.
Alarm bagażowy A
Zdumienie może budzić fakt, że elektroniczne* zabezpieczenie bagażu musi być tak skomplikowane. My postawiliśmy na dużq skuteczność działania i łatwość stosowania alarmu. Szczegóły naszej propozycji przedstawiamy na słr. 27.
Sygnalizator wstrzqsów
To prościutkie urzqdzenie można wykorzystać m.in. jako miniaturowy system alarmowy, zabezpieczajqcy okna przed wybiciem. Słr. 80,
Joystick dla niepełnosprawnych
Gra zręcznościowa A
Jeżeli w Twojej duszy tkwi chociaż odrobina namiętności do hazardu - musisz spróbować! Słr. 37.
Na słr. 41 kończymy opis konstrukcji joy-sticka dla niepełnosprawnych, który sporo radości może dostarczyć także całkowicie sprawnym użytkownikom komputerów.
Syrena z układem ZSD100
Klasyczny "Miniprojekt", w którym wszystkie "umiejętności" urzqdzenie zawdzięcza jednemu układowi scalonemu. Słr. 79.
V
T Regulator obrotów silników DC
Tak wygodne w obsłudze regulatory obrotów do silników stałoprqdowych sq rzadkościq na rynku: całq jego obsługę zapewnia pojedynczy nastawnik obrotowy, przypominajqcy działaniem standardowy potencjometr. Słr. 21.
Zestaw ewaluacyjny dla układów MAX4135/6
Kolejna firma rozpoczyna prezentację swoich zestawów ewaluacyjnych na łamach EP. Zaczynamy od zestawu przygotowanego dla scalonych przełqcz-ników sygnału wideo - MAX4135/6. Słr. 76.
Czytnik linii papilarnych >
Kolejny na łamach EP artykuł poświęcony biometrycznym systemom identyfikacji i kontroli dostępu. Słr. 58.
mi'-11111
u......
Programatory
Na słr. 61 i 64 przedstawiamy dwa nowe na naszym rynku programatory uniwersalne. Jak widać konkurencja rośnie - ku naszemu pożytkowi - w siłę!
6 "
Elektronika Praktyczna 5/2001
FPGA Starter Kit ^
Atmel coraz łaskawiej patrzy na nasz rynek, w zwiqzku z czym poszerza ofertę swoich narzędzi ewaluacyjnych. Jedno z nich -dla układów FPGA - prezentujemy na słr. 50.
- i.
nr
Układy CSoC ^
Na słr. 72 przedstawiamy rewolu-cyjnq nowość: 8- i 32-bitowe układy System-on-a-Chip firmy Triscend.
Odbiornik GPS eTrexLegend
Jeden z najnowszych przenośnych odbiorników firmy Garmin prezentujemy w artykule na słr. 47.
Miniaturowe PC...
...sq często nazywane - ze względu na wymiary - komputerami "ciasteczkowymi". Jednq z takich "maszyn" przedstawiamy na słr. 145.
IKA
Nr5(101)
maj 2001
Wysokosprawny wzmacniacz audio 2x250W, część
Dwukierunkowy regulator obrotów silników DC
Układ zabezpieczenia bagażu...............................................
Analizator magistrali 1WIRE, czyli porzqdkowanie bałaganu na linii jednoprzewodowej...................................
Gra zręcznościowa ..................................................................
Joystick komputerowy dla osób niepełnosprawnych
M i n i proj ekty^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
Syrena z układem ZSD100 .......................................................
Sygnalizator wstrzqsów............................................................
Cyfrowa nagrywarka audio ...................................................
ufomaT^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
Rejestratory danych...............................................................
Inteligentny, miniaturowy, elegancki..................................
Ciacho -miniaturowy PC firmy Advantech.......................
14 21 27
33 37 41
79 80 81
H
135 139 145
Elektronika Praktyczna 5/2001
eTrexLegend -nowy przenośny odbiornik GPS....................47
FPGA Starter Kit......................................................................... 50
Czytnik linii papilarnych BioTouch..........................................b^
Programator uniwersalny Micromaster LV48........................ 61
Nowe czasy, nowy Labtool..................................................... 64
Promax 8+ - analizator sygnału telewizji kablowej..............68
Z183 -nowa propozycja ZiLOGa............................................ 89
Próg ramy
Active-HDL - nowoczesne projektowanie
układów FPGA/CPLD............................................................... 77
Podzespoły
8-i 32-bitowe układy CSoC firmy Triscend............................72
Nowe Podzespoły..................................................................... 87
Kurs
STó-Realizer -narysuj swój program!...................................... 92
Projekty Czytelników
Programator uniwersalny, część 2......................................... 95
Info Świat.........................................................................99
InfoKraj..........................................................................101
Kramik+Rynek..............................................................109
Listy.................................................................................119
Ekspresowy Informator Elektroniczny.....................
Wykaz reklamodawców............................................1341
7
SPRZĘT
Jlf
icromas
Micromaster LV48 należy do rodzi-ny programatorów produkowanych przez brytyjską firmę ICE Technology. Obok prezentowanego na zdjęciu Micro master a LV48, producent oferuje także dwa podobne programatory: Speedmaster LV 4 8 oraz Epmaster LV48, które są przeznaczone nie tylko do zastosowań półprzemysłowych, ale takśe dla odbiorców prywatnych.
Programatory rodziny ma sfer mają identyczny wygląd zewnętrzny oraz interfejs użytkownika w programach sterujących. Różnice, bo takie oczywiście są, wynikają z możliwości poszczególnych programatorów, przy czym Micromaster LV48 może się tu poszczycić najlepszymi "osiągami".
Możliwości
Jeśli chodzi o możliwości, to tymi Micrornaster LV48 niewątpliwie wyróżnia się spośród dostępnych na rynku programatorów. Nie chodzi tu jedynie o liczbę układów obsługiwanych, choć ta jest tu naprawdę imponująca, ale również o inne bardzo użyteczne funkcje, o których za chwilę. Wyposażony w 48-nóżkową podstawkę Micromaster LV48 programuje właściwie wszystko, począwszy od szerokiej gamy pamięci, poprzez mikrokontrolery, aż do progra-
Tab. 1. Czas programowania wybranych układów
Typ układu Czas programowania Is]
27C512 11
28F400B3 6,5
28F128J3A 285
PIC16C54 2
GAL16V8 2
mowalnych układów logicznych. Obsługuje zarówno standardowe układy
0 napięciu zasilania 5V, jak również układy niskonapięciowe 3,3V, 2,7V, 1,8V. Lista układów obejmuje:
- 8- i 16-bitowe pamięci: EPROM, szeregowe i równoległe EEPROM, szeregowe EPROM i FLASH do 128Mb,
- pamięci NVRAlvl i PROM,
- programowalne układy logiczne: PAL, GAL, PEEL, PALCE itd"
- układy CPLD firm: ALTERA, XI-LINX, YANTIS itd.,
- ponad 500 mikrokontrolerów, począwszy od podstawowych 8 7C48/51 do 39Cxxx, PIC, AVR, COP3, Z86, ST6, TMS370, H8 i wiele innych. Należy dodać, że Micromaster LV48
zaprojektowano w taki sposób, aby wyeliminować konieczność stosowania dodatkowych adapterów dla układów w obudowach DIL do 48 nóżek.
Niewątpliwą zaletą tego programatora jest duża szybkość programowania, która przy ciągle wzrostającej pojemności układów zaczyna być czynnikiem bardzo istotnym. Czasy programowania wraz z weryfikacją dla przykładowych układów zaprezentowano w tab. 1.
Udogodnieniem funkcjonalnym wprowadzonym przez producenta do omawianego programatora jest możliwość testowania układów TTL, CMOS, DRAM
1 SRAM. Opcjonalnie przewidziano również możliwość wykorzystania go jako emulatora pamięci ROM/RAM.
Sprzęt
W zestawie dostarczanym przez producenta, oprócz samego programatora (wymiary 2 4xl5x5crn, waga poniżej
Konkurencja rośnie
Co mamy na myśli, mówiąc
"programator uniwersalny"? Czy
w dobie mnogości procesorów,
EPROM-ów, pamięci Flash itp.
chodzi tylko o liczbę
obsługiwanych układów?
Wydaje mi się, że lektura tego
artykułu zweryfikuje Państwa
pogląd na znaczenie słowa
"uniwersalny" w odniesieniu do
programatorów. Jak się bowiem
okazuje, pomysłowość
producentów tych urządzeń nie
została jeszcze wyczerpana,
czego przykładem może być
Microm as ter L V48.
lkg), znajduje się kabel do połączenia go z komputerem fport równoległy), zasilacz i oczywiście CD z oprogramowaniem. Na płycie czołowej programatora umieszczono, oprócz podstawki ZIF, dwie diody LED sygnalizujące aktualny jego stan. Wszystkie gniazda, tj. wejście zasilania, złącze Centronics i opcjonalne złącza emulatora usytuowano w tylnej części programatora.
Istotną zaletą Micromaster LV48 jest możliwość jego pracy z zasilaniem ba-teryjnym. Zasobnik baterii znajduje się pod spodem i mieści 8 szt. ogniw
Rys. 1.
Elektronika Praktyczna 5/2001
61
SPRZĘT
Rys. 2.
typu R6. W przypadku stosowania akurnulatorków nie musimy się martwić o ich ładowanie, ponieważ ładowarka jest wbudowana w zasilacz urządzenia.
W programatorze Micromaster LV48 nie ma wyłącznika zasilania. Nie jest to oczywiście niedopatrzenie projektantów, a jedynie dowód, że producent bardzo poważnie podszedł do problemów wynikających z ograniczonej pojemności baterii, wyposażając programator w system inteligentnego włączania programatora, współpracujący z programem sterującym.
Oprogramowanie
Oprogramowanie Micromaster LV48 zapewnia pełny zakres opcji programowania wynikających ze specyfiki poszczególnych układów. Program sterujący rozpoznaje następujące formaty danych: Intel HEX, Motorola S-Record, TekHex, Extended TekHex, ASCII, Raw Einary, Octal, MOSTech, Altera POF, Altera JAM itd. Oczywiście, jest dostępna funkcja rozpoznania formatu pliku wejściowego.
Przy ładowaniu kodu do bufora jest dostępnych wiele opcji pozwalających na jego zapełnienie w oczekiwany przez użytkownika sposób. Na przykład możliwe jest wybranie adresu początkowego, od którego rozpocznie się ładowanie bufora, określenie adresu końcowego itp. Ponadto oprogramowanie zapewnia edycję bufora i zapis jego zawartości na dysku komputera. Żądany ciąg bitów możemy natychmiast odszukać, wykorzystując funkcję FIND, natomiast funkcja GO TO szybko ustawi kursor na wybranym przez "użytkownika adresie.
Program wyposażono w wiele usprawnień, zdecydowanie ułatwiających pracę z aplikacją. Jednym z nich jest funkcja FIND DEVICE, stosunkowo rzadko spotykana w innych programatorach, W Micromaster LV48 wystarczy wpisać w odpowiednim polu symbol flub fragment symbolu) szukanego układu, aby natychmiast uzyskać listę "pasujących" układów (rys* 1). Oczywiście, programowany układ możemy wybrać także zwyczajnie, za pomocą przejrzystego, hierarchicznego menu (rys. 2).
Ponieważ Micromaster LV48 może pracować jako tester, emulator (opcja) lub programator, dostępne układy są podzielone odpowiednio na trzy grupy: testera, emulatora i programatora. W przypadku programatora wybranie układu powoduje wyświetlenie głównego okna programu przedstawiającego aktualną zawartość bufora. Teraz wystarczy już tylko załadować plik z danym kodem i rozpocząć programowanie. W celu zabezpieczenia kodu znajdującego się w buforze przed przypadkową modyfikacją (lub przed jego zmianą przez osoby trzecie), możemy uaktywnić blokadę bufora. Edycja danych jest w tym przypadku możliwa dopiero po podaniu ustalonego hasła.
Program sterujący umożliwia stosowanie przez użytkownika zaawansowanych opcji programowania, np. konfigurowania bitów zabezpieczeń czy ustalenie numeru seryjnego programowanego układu. Dla tych, którzy chcą sięgnąć "głębiej" w parametry programowania, przewidziano funkcję PROGRAMMING OPTIONS. Dzięki niej użytkownik może wpływać m.in. na sposób obliczania sumy kontrolnej, sposób weryfikacji danych po zaprogramowaniu układu itd. Oczywiście dostęp do poszczególnych opcji zależny jest od aktualnie wybranego układu i jego właściwości. Ustawienia opcji dla danego układu możemy ponadto zachować na dysku, w celu późniejszego wykorzystania. Przywrócenie tych ustawień podczas następnego programowania odbywa się automatycznie i nie zabiera użytkownikowi czasu.
W zależności od rodzaju programowanego układu, program sterujący samoczynnie dostosowuje sposób wyświetlania zawartości bufora. Przykładowo, podczas programowania układów PLD zawartość bufora jest wyświetlana jako JEDEC, YECTOR lub WAVEFORM. W każdym z trybów możliwa jest edycja danych.
Użyteczną funkcją udostępnianą przez Micromaster LV48 jest HANDS FREE. Polega ona na powtarzaniu zadanego przez użytkownika ci ągu czynności, co ułatwia pracę w przypadku programowania serii jednako-
Rys. 3.
wych układów. Zadanie osoby obsługującej programator ogranicza się jedynie do umieszczenia kolejnego układu w podstawce i jego wyjęciu po zaprogramowaniu. Wszystkie operacje wykonywane są automatycznie i sygnalizowane odpowiednimi komunikatami.
Licznik znajdujący się w obszarze jednego z okien programu sterującego na bieżąco informuje o liczbie zaprogramowanych układów. Licznik podaje również, ile z układów nie zostało zaprogramowanych poprawnie.
Tester funkcjonalny jest standardową funkcją programatora Micromaster LV48. Wywołanie okna testera (rys. 3) następuje natychmiast po wybraniu układu z grupy dostępnych do testowania układów. Niezwykle wygodną funkcją testera jest funkcja au-torozpoznania. W przypadku, gdy nie znamy symbolu układu wystarczy umieścić go w podstawce i nacisnąć odpowiednią ikonę. O ile układ ten jest dostępny w bibliotekach Micromaster LV48, na pewno zostanie rozpoznany. Projektanci oprogramowania sterującego przewidzieli możliwość samodzielnego rozbudowywania przez użytkownika bibliotek obsługiwanych układów.
Funkcja emulatora, o który można rozszerzyć możliwości Micromaster LV48, jest opcjonalna. W przypadku wyposażenia programatora w specjalną kartę, może on emulować 8- i 16-bito-we układy pamięci ROM/RAM. Wywołanie części oprogramowania odpowiedzialnej za emulację następuje po wybraniu układu z listy dostępnych układów emulowanych.
W niektórych sytuacjach może okazać się przydatna funkcja autotestu, zapewniająca pełną diagnozę poprawności działania sprzętu i oprogramowania.
Wnioski
Zastanawiając się nad zakupem programatora, na pewno warto wziąć pod uwagę Micromaster LV48. Długa lista obsługiwanych układów, funkcja testera i opcjonalnie emulatora sprawiają, że prezentowane urządzenie dorównuje obecnym od lat na naszym rynku programatorom konkurencyjnym, jak choćby LabTooI 48. Warto zwrócić uwagę, że oprogramowanie sterujące wraz bibliotekami ulega ciągłemu rozwojowi. Najnowsze wersje oprogramowania są bezpłatnie udostępniane na stronie WWW producenta. Producent zapewnia także pełny asortyment adapterów dla układów w obudowach innych niż DIP. RK
Prezentowane urządzenie udostępniła redakcji firma RK-System, iel. (0-22) 724-30-39, www.Tk-sysiem.com.pl.
62
Elektronika Praktyczna 5/2001
SPRZĘT
Producenci programatorów dosłownie zasypują nimi nasz rynek. Niemal co miesiąc przedstawiamy na łamach EP nowe na naszym rynku programatory dostarczane nam przez firmy zajmujące się ich dystrybucją. W tej sytuacji nawet największe na tym rynku firmy są zmuszone wprowadzać do swojej oferty urządzenia nieco tańsze, aby podjąć "cenową walkę" z konkurentami.
my, nowy
Wskutek cenowej wojny pomiędzy Advantechem i "resztą świata" powstał programator LabTool 148C. Chociaż nadrzędnym celem konstruktorów tego programatora było obniżenie jego ceny, to od pierwszej chwili po wyjęciu s pudełka urzeka jakością wykonania i zastosowanych elementów.
Prawdziwe arcydzieło za względnie niewielkie pieniądze! Zewnętrznie LabTool 148C przypomina jeden z najbardziej popularnych w naszym kraju programatorów - LabTool 48, który stał się prekursorem nowoczesnych programatorów. W odróżnieniu od pierwowzoru, do zasilania programatora Lab-
^1^1 _- r* ! u fe u
Rys.
Tool 148C zastosowano zewnętrzny zasilacz impulsowy co powoduje, śe komfort korzystania z programatora jest nieco mniejszy. Jest to jedyna widoczna i istotna, oprócz nieco ograniczonej biblioteki fdo 1200 elementów) obsługiwanych elementów, różnica pomiędzy programatorami LabTool 48 i 148C.
Podobnie do pierwowzoru LabTool 148C współpracuje z PC poprzez złącze równoległe Centronics. Poprawną współpracę zapewnia oprogramowanie pracujące w środowisku Windows 95/ 98/Me/2000. Główne okno programu pokazano na rys. 1. Podobnie jak ma
^^^m Ma '-0 miLJsce w przypadku innych programatorów, oprogramowanie sterujące umożliwia 3 wyszukiwanie programowanych elementów (rys. 2), zapewnia także obsługę programowania dużej liczby jednaki kowych układów (tryb maso-
------------ wy). Podczas pracy w tym
trybie programator wykrywa włożenie układu do podstawki i po stwierdzeniu, że zaciski podstawki ZIF poprawnie kontaktują z wyprowadzeniami programowanego układu (rys. 3) samoczynnie
rozpoczyna programowanie zgodnie z wcześniej ustalonymi opcjami (rys. 4). Interesującą możliwością oferowaną przez oprogramowanie sterujące pracą programatora jest konfigurowalny blok obliczeń statystycznych z funkcjami alarmów (np. po przekroczeniu zadanej liczby błędów podczas programowania) definiowanych przez użytkownika (rys. 5). Pozostałe możliwości programu sterującego nie odbiegają od dostępnych we współczesnych programatorach.
Dla programowanych układów producent przewidział 48-stykową podstawkę ZIF (ang. Zero Insertion Force) typu DIL. Dzięki zastosowaniu specjalnych, wcześniej sprawdzonych obwodów sterowania pinami programowanych układów, liczba niezbędnych do programowania adapterów jest minimalna i w większości przypadków
Rys. 2.
64
Elektronika Praktyczna 5/2001
SPRZĘT

---------mta

IM tftat fur
tOm 11 u
II
Rys. 3.
możliwa do wykonania we własnym zakresie.
Producent programatora szczególnie zadbał o umożliwienie programowania za pomocą LabToola 148C nowoczesnych pamięci Flash i EEPROM, w związku z tym zastosowano w nim "inteligentne" algorytmy szybkiego programowania. Przykładowo kompletny cykl programowania 16Mb pamięci Flash (kontrola czystości, programowanie i weryfikacja) trwa zaledwie 160 sekund.
LabTool 148C umożliwia także programowanie nowoczesnych układów zasilanych napięciem 2,7V, 3V i 3,3V
i weryfikację dokonanych wpisów przy napięciu zasilania wybranym z przedziału 2..6,5V.
Kilkudniowe testy w redakcyjnym laboratorium wykazały, że LabTool 148C jest urządzeniem bardzo dopracowanym konstrukcyjnie, a dostarczane wraz z nim oprogramowanie sterujące zaspokaja typowe wymagania konstruktorów. Urządzenie pozbawiono wszelkich gadżetów, a jego poprawną, dłu-
Rys, 4.
Rys. 5,
gotrwałą pracę zapewniają mechanizmy autokalibracji inicjowane przez użytkownika za pomocą programu sterującego. Andrzej Gawryluk, AVT
Prezentowane w artykule urządzenie dostarczyła redakcji firma Elmark Automatyka, te!. (0-2 2) 321-3 0-54, www.elmark.com .pl.
Dodatkowe informacje można znaleźć w Iniernecie pod adresami;
- hiip ;//www. aec. com . iw/producis/ Iil43c.htm,
- http://www.aec.com.iw/service/up-daie.htm (nowe wersje programów},
oraz na płycie CD-EP5/2001B w katalogu \LT14SC.
66
Elektronika Praktyczna 5/2001
PROMAX -
Dynamiczny rozwój sieci
telewizji kablowych w naszym
kraju zachęca firmy
dystrybucyjne do wprowadzania
do swojej oferty przyrządów
umożliwiających testowanie
instalacji. Jednym z hitów
w tej grupie przyrządów jest
opracowany przez hiszpańską
firmę Promax Electronica
zintegrowany^ przenośny tester
Promax 8+.
Przyrząd ten, pomimo niezbyt pokaźnych wymiarów, integruje w sobie możliwości funkcjonalne aś sześciu standardowych przyrządów pomiarowych. Zakres częstotliwości wejściowych jest na tyle szeroki (5..B62MHz), śe przyrząd mośna zastosować takśe do pomiarów standardowych sygnałów TV i radiowych, przesyłanych liniami kablowymi. Za pomocą Promax'a 8+ można zmierzyć niemal w pełni automatycznie następujące parametry sygnału TvC:
- poziom nośnej wideo,
- odstęp nośnej od szumu,
- odstęp poziomu sygnału wideo od sygnału audio,
- poziom zniekształceń intermodulacyj-nych przesyłanego sygnału,
855-25MHz CCIR
lUIDEOCarrier SBdBuU
C/N =
16 54
dB dB
26 48 60 89 109 12S
- poziom mocy w kanale (przy cyfrowej transmisji DVE, DAE),
- odstęp nośnej od szumu (przy cyfrowej transmisji DVE, DAE). Przyrząd mośna dostroić do wybranego kanału poprzez wybranie jego numeru lub podanie częstotliwości. Rozmieszczenie kanałów w funkcji częstotliwości mośna zaprojektować samodzielnie fdo 10 róśnych wariantów, w kaśdym do 140 kanałów), mośna takśe wykorzystać standardowe plany kanałów zgodne z zaleceniami CCIR, EIA, OIRT, JAP2, UK, FCC, ST2L lub AUST.
Wyniki pomiarów prezentowane są na podświetlanym wyświetlaczu graficznym LCD. Dzięki niemu znaczna część wyników jest przedstawiana w postaci graficznej, co doskonale
34dBuU
625
59MHz
675
Rys. 1.
Rys. 2.
68
Elektronika Praktyczna 5/2001
SPRZĘT
W skład zestawu wchodzą:
/ przyrząd pomiarowy Prornax 8+w osłonie anty udarowej,
/ładowarka akumulatorów,
/ zasilaczsieciowy,
/ akumulator NiCd,
/ adapter do zasilaniaładowarki z instalacji samochodowej 12V,
/ kabel pomiarowy z konwerterem M/F,
/ pasek,
/ przelotkakoncentrycznaF/F,
/walizka z Tworzywa sztucznego,
/ instrukciawężykach hiszpańskim,angielskim, Irancuskim i polskim
wpływa na ich percepcję prses użytkownika. Na rys. 1 pokąsano wyświetlane prses prsyrsąd wyniki pomiaru odstępu posiomu sygnałów nośnych od szumu, a na rys. 2 efektowny widok spektrum badanego sygnału. W prsy-padku koniecsności prowadsenia długotrwałych pomiarów można uaktywnić wbudowany w prsyrsąd rejestrator danych, który mośna skonfigurować w taki sposób, aby automatycsnie gromadsił określone w csasie wyniki pomiarów. Analisator wyposażono w demodulator sygnału audio, który steruje wbudowany w prsyrsąd wsmacniacs mocy. Zde-modulowany sygnał mośna odsłuchi-
wać sa pomocą wbudowanego głośnika lub słuchawek dołącsanych do odpowiedniego gniasda.
Posługiwanie się prsyrsądem nie powinno sprawiać więkssych trudności takśe mniej doświadcsonym użytkownikom, co jest sasługą prsemyślanego układu menu i prostego interfejsu użytkownika. Składa się on bowiem s7 prsycisków membranowych fw tym włącsnik) oras pokrętła sintegrowanego s prsyciskiem potwierdsającym. Zadaniem tego pokrętła jest m.in. płynna regulacja sserokości pasma sygnału poddawanego analisie.
Prsyrsąd wyposażono także w interfejs sseregowy RS232 umożliwiający prsesła-nie informacji sgromadsonych w pamięci pomiarów do komputera lub bespo-ś red ni o na drukarkę. Wy korsy stanie wbudowanego interfejsu wymaga sasto-sowania specjalnego adaptera, dostarcsa-nego prses producenta na życsenie.
Presentowany prsyrsąd może spełniać rolę ursądsenia laboratoryjnego, lecs podstawowym obssarem jego stosowania są pomiary w terenie. Z tego powodu jego standardowym wyposażeniem jest akumulator NiCd s ładowarką sieciową oras kabel umożliwiający dołącsenie ładowarki
do samochodoweej instalacji elektrycsnej. Długą żywotność akumulatora sapewni wbudowany w ładowarkę system jego ros-ładowywania prsed powtórnym ładowaniem. Stosowanie analisatora w terenie ułatwia niewielki jego ciężar, poręcsna obudowa, którą dodatkowo chroni holster wykonany s grubej gumy oras estetycsna waliska s tworsywa sstucsnego, w której miesscsą się wssystkie istotne dla pomiarów elementy sestawu.
Krótkie testy, jakim poddaliśmy prsyrsąd wykasały, że posługiwanie się nim jest intuicyjne, a jakość wykonywanych pomiarów była porównywalna s prsy-rsądami referencyjnymi firmy Rohde-Schwars. Tomasz Janik
Prezentowany w artykule przyrząd udostępniła redakcji firma NDN, iel. {0-22} 841-15-47, www.ndn.corn.pl.
Więcej informacji na temat przyrządów pomiarowych produkowanych przez firmę Promax Elecironica można znaleźć w Iniernecie pod adresem (w języku polskim} http:ffwww.ndn.com.plf kaialogfpromaxfpromax.html oraz (w in nych języka ch} www.prom ax.es.
70
Elektronika Praktyczna 5/2001
PODZESPOŁY
Jesteśmy świadkami kolejnego przełomu w elektronice, który z pewnością zdeterminuje
dalszy rozwój technik projektowania
nowoczesnych urządzeń elektronicznych.
W ostatnich tygodniach roku 2000 firma
Cypress Semiconductor wprowadziła bowiem
na rynek prawdziwe, programowane
"kombajny" analogowo-cyfrowe, w pełni
zasługują ce na miano programowanych
systemów anaiogowo-cyfrowych. Nowe układy
to znacznie więcej niż mikrokontroiery
z wbudowanym przetwornikiem!
PROGRAMMABLE SYSTEMS ON CHIP
Pierwszym przełomem, istotnym dla dalszego rozwoju systemów cyfrowych -bez wątpienia największym - było opracowanie i wdrożenie do produkcji mikroprocesorów, drugim układów PLD, trzecim - najmniej spektakularnym -wprowadzenie na rynek programowanych układów analogowych. Od wielu lat firmy półprzewodnikowe starały się wdrożyć do produkcji układy łączące
w jednej strukturze moduły analogowe i cyfrowe, czego przykładami mogą być m.in. układy ASIC firm Epson i Philips (VLSI). Ze względu na zaawansowaną technologię przygotowywania projektów dla tego typu struktur, użytkownik nie mógł docenić elastyczności i wynikających z niej ogromnych możliwości struktur SoC. Sytuacja uległa jednak radykalnej zmia-
Elektronika Praktyczna 1/2001
47
PODZESPOŁY
Wejfcia portu
Wypali bloku
OBUS
Rys. 2.
Propozycja Cypressa -część analogowa
Układy PSoC firmy Cyp-ress przypominają swoją budową bogato wyposażony w peryferie mikrokontroler z dodatkowym zestawem modułów PSoC (rys* l). To właśnie w tych modułach tkwi tajemnica potencjalnego sukcesu układów rodziny 8G25/26K. Zaczniemy od omówienia analogowych bloków PSoC.
Układy 8C25/26K wyposażono w trzy grupy modułów analogowych, każda składająca się z 12 analogowych bloków PSoC, które mogą spełniać następujące funkcje (programowane przez użytkownika): przetwornika A/C lub C/A, wzmacniacza o programowanym wzmocnieniu, analogowego komparatora, filtru z kluczowanymi pojemnościami. Struktura bloków PSoC przypomina matrycę składającą się z trzech wierszy i czterech kolumn, do
których dostęp jest możliwy poprzez 2, 3 lub 4 rejestry ulokowane w przestrzeni adresowej mi kro kontrolera.
Na rys. 2 przedstawiono schemat analogowego bloku PSoC, który składa się wyłącznie ze standardowych elementów liniowych, tzn. multiplekserów analogowych, programowalnej matrycy rezystorów i wzmacniacza różnicowego z możliwością wykorzystania go jako komparatora. Układy 8C25/26K wyposażono w jedną grupę, składającą się z 12 takich modułów.
Dwie kolejne grupy analogowych bloków PSoC wykonano w postaci modułów z kluczowanymi pojemnościami. Moduły jednej z "kluczowanych" grup (A) zbudowano w sposób po-ka zany na rys. 3. Na wejściach tyc h m o dułow znajdują się kondensatory
0 programowalnych wartościach pojemności (CA, CP
1 CC), a także pojemność opcjonalnie dołączanego kondensatora integrującego (CF) można programować w szerokim zakresie wartości. Symbolami Fl i F2 oznaczono sygnały zegarowe, sterujące kluczowaniem analogowych przełączników. Nieco odmienną budowę mają moduły wchodzące w skład grupy P. Schemat przedstawiający budowę modułów P znajduje się na rys. 4.
Konstrukcja analogowej części układów PSoC jest skomplikowana i dla wielu konstruktorów mało czytelna. Nie należy się tym przerażać, ponieważ Cypress przygotował narzędzie umożliwiające m.in. odpowiednią ich konfigurację
Propozycja Cypressa -część cyfrowa
Ze względu na charakter potencjalnych aplikacji układu PSoC, rdzeń mikro-kontrolera wyposażono w proste mechanizmy ułatwiające i przyspieszaj ące cyfrową obróbkę sygnałów. Najważniejszym elementem tego typu jest układ mnożący MAC, współpracujący z akumulatorem (rys. 5). Zgodnie z opisem zawartym w dostępnej dokumentacji (Release 1.09), moduł MAC jest asynchroniczny i generuje wynik
Możliwe konfiguracje modułów analogowych:
Śf przetworniki A/C Z-A o rozdzielczości do 12 bitów,
Śf przetworniki A/C z sukcesywną aproksymacjo rozdzielczości do 10 bitów,
Śf przetworniki A/C mkrernentalne o rozdzielczości do 14 bitów,
Śf przetworniki C/A o rozdzielczości do 10 bitów,
Śf wzmacniacze o programowanym wzmocnieniu,
Śf układy próbkuiąco-parniętaiące,
Śf programowane filtry,
Śf komparatory analogowe,
Śf możliwość pomiaru Temperatury (czujnik wbudowany w strukturę układu)
6643
operacji po ok. 7..10ns od wpisu danej do dowolnego rejestru wejściowego MUL_X lub MUL_Y.
Kolejnym interesującym modułem zintegrowanym w strukturze oferowanego przez Cypressa układu PSoC jest decymator, który odpowiada za konwersję 1-bitowego sygnału z wyjścia przetwornika Z-A. Współczynnik decymacji może zostać określony przez projektanta za pomocą liczby 8-bitowej.
Prezentowane układy wyposażono w bardzo elastyczne, programowane porty I/O z możliwością ich współpracy z systemem przerwań. Moduł zarządzający obsługą przerwań (przychodzących także z torów analogowych) można wykorzystać do ,,budzenia" procesora ze stanów uśpienia, dzięki którym można zmniejszyć ilość pobieranej przez układ energii.
Fi-AZ
08*1=29
OHH
-OBU9
CBJJS
WSJIcfa
B.IN
oeua
CBUS
pwn
Rys. 3.
Rys. 4.
Elektronika Praktyczna 1/2001
PODZESPOŁY
Tab. 1. Dostępne wersje układów PSoC i ich wyposażenie.
Oznaczenie Liczba pmów l/O Po|emn pamięci Flash [KB] Po|emn pamięci SRAM [B] Liczba analogo wych bloków PSoC Liczba cyfrowych bloków PSoC Wbudowany sterownik przetwornicy napięcia Inne Częstotliwość pracy [MHz] Napięcie zasilania [V] Typ obudowy Temperatura pracy [�C]
CY3C251 22-24PI 6 4 128 12 8 Nie POR,Vref,Temp,LVD,lntC,WDT 94kHz 24MHz 2,7V 5,5V 8PDIP Ind -40 +85
CY3C26233-24PI 16 8 256 12 8 Tak POR,Vref,Temp,LVD,lntC,WDT 94kHz 24MHz 2,7V 5,5V 20PDIP Ind -40 +85
CY8C26233-24SI 16 8 256 12 8 Tak POR,Vref,Temp,LVD,lntC,WDT 94kHz 24MHz 2,7V 5,5V 20SOIC Ind -40 +85
CY8C26233-24OI 16 8 256 12 8 Tak POR,Vref,Temp,LVD,lntC,WDT 94kHz 24MHz 2,7V 5,5V 20 SSOP Ind -40 +85
CY8C26443-24PI 24 16 256 12 8 Tak POR,Vref,Temp,LVD,lntC,WDT 94kHz 24MHz 2,7V 5,5V 28PDIP Ind -40 +85
CY8C26443-24SI 24 16 256 12 8 Tak POR,Vref,Temp,LVD,lntC,WDT 94kHz 24MHz 2,7V 5,5V 28SOIC Ind -40 +85
CY8C26443-24OI 24 16 256 12 8 Tak POR,Vref,Temp,LVD,lntC,WDT 94kHz 24MHz 2,7V 5,5V 28 SSOP Ind -40 +85
CY8C26643-24PI 44 16 256 12 8 Tak POR,Vref,Temp,LVD,lntC,WDT 94kHz 24MHz 2,7V 5,5V 48PDIP Ind -40 +85
CY8C26643-24OI 44 16 256 12 8 Tak POR,Vref,Temp,LVD,lntC,WDT 94kHz 24MHz 2,7V 5,5V 48 SSOP Ind -40 +85
CY8C26643-24AI 40 16 256 12 8 Tak POR,Vref,Temp,LVD,lntC,WDT 94kHz 24MHz 2,7V 5,5V 44 TOFP Ind -40 +85
^ MUL DH
ffi------------------- ,' UUL DL
_____________iN MttU mnołKW i
MUL Klub MAC X " '-------[Ś
1 r MunulitDf ACC U
_____________________________f. -A /
ACC_Dfi
MUL_YlLhliWC_Y
�C_D1

r ACC_DQ
<>
1 i r
LołHiK aqnL Nunmibii pZD) i i
�c_ai

n, ,^ c ADO_CLD
Układy 8C25/26K wyposażono w wewnętrzną pamięć programu typu Flash, której pojemność jest zaleś-na od typu układu. W tab. 1 zestawiono najważniejsze parametry pierwszych dostępnych układów PSoC.
Narzędzie projektowe
Dla konstruktorów chcących stosować w swoich opracowaniach układy PSoC Cypress przygotował zintegrowane narzędzie PSoCDesig-ner, które składa się z trzech podstawowych modułów:
- edytora układu (rys. 6), za pomocą którego użytkownik ma dostęp do wszystkich wewnętrznych modułów, które może konfigurować w dowolny sposób (rys* 7),
- edytora aplikacji, który odpowiada za przygotowanie programu fassembler lub C) dla wbudowanego w PSoC mikrokontrolera,
- debuggera, który może współpracować z emulato-rem sprzętowym.
W chwili przygotowywania artykułu dostępna była
tylko p-wersja pakietu narzędziowego PSoCDesigner. Jest szansa, śe w chwili ukazania się tego wydania EP w kioskach, producent udostępni pierwszą wersję rynkową, przy czym warto zwrócić uwagę na to, śe program jest udostępniany bezpłatnie!
Podsumowanie
Moim zdaniem nowe układy firmy Cypress mają szansę szybko zadomowić się na rynku, ponieważ jako jedyne dają możliwość zintegrowania kompletnych systemów akwizycji i obróbki danych w jednej strukturze. Pewnym niedopatrzeniem jest zastosowanie w układach PSoC mikrokontrolera z nowym rdzeniem, co niestety zmusza konstruktorów do znacznego "wysiłku i nauki, a to kosztuje. Pewną rekompensatą tych niedociągnięć może być różnorodność dostęp-
nych wersji układów PSoC - najmniejszy z nich ma zaledwie 8 wyprowadzeń! Piotr Zbysiński, AVT piotr.zbysinski@ep.com.pl
Informacje na temat uHadów PSoC firmy Cypress są dostępne w Inierne-cie pod adresem; hiip;// www.cypressmicro.com oraz na płycie CD-EP01/2001B w katalogu \PSOC.
Artykuł powstał dzięki uprzejmości firmy Fuiure (tel. {0-22} 813-92-02, www.fuiure.com.pl}, dystrybutora Cypressa w Polsce.
Możliwe konfiguracje modułów cyfrowych:
/wielozadaniowe, uniwersalne Tirnery,
generatory CRC, dwukierunkowe UART-y, interfejs SPI,
programowane generatory zegarowe
Ś

Ś*Ś

Rys. ó.
h-* J HllfJ
Elektronika Praktyczna 1/2001
49
SPRZĘT
Nie dla przecietniaków
Jeżeli jesteś dynamiczny,
lubisz sporty ekstremalne,
łW nie boisz się ryzyka i nie
przerażają Cię niepewne
losy odkrywcy, mamy dla
Ciebie atrakcyjną propozycję:
wykorzystaj fakt pojawienia
się w Polsce układów firmy
Triscend. Wykorzystaj nieograniczone możliwości
układów CSoC, których
funkcjonalności nie da się
porównać z żadnymi
dotychczas dostępnymi
układami.
Co się kryje pod tyłeś ostatnio modnym, co niero-zumianym akronimem CSoC (ang. Configurable System on Chip)? Mikrokontrolery podbój świata rozpoczęły w końcu lat 70., czego efekty są powszechnie odczuwalne: większość otaczających nas urządzeń jest na wskroś ze-lektronizowana, a obecność w nich procesorów jest tak oczywista, śe śaden producent nie umieszcza na obudowie dumnych napisów in-
ifłnmf parifd
formujących o obecności sterownika mikroprocesorowego. W cieniu dynamicznej kariery mi kro kontrole rów wzrastała komplementarna do nich grupa układów, powszechnie nazywanych układami programowalnymi fang. PLD -Programmable Logic Devi-ces), których ewolucja zaowocowała podziałem na FPGA fang. Field Programmable Logic Devices) i układy o architekturach pochodnych klasycznym PAL
i PLA, określanych mianem CPLD fang. Complex Programmable Logic Devices). Już na początku lat 90. okazało się, śe w wyniku połączenia ze sobą mikrokontro-lerów z blokiem programowalnych komórek logicznych powstają układy umożliwiające realizację zupełnie nowych zadań, trudnych do wykonania z wykorzystaniem klasycznych rozwiązań. Jednym z najbardziej spektakularnych są inteligentne, re-konfigurowalne moduły peryferyjne, których przykładem może być wykorzystywany m.in. w niektórych
modelach telefonów komórkowych firmy Motorola sprzętowy koder-dekoder transmisji, którego struktura sprzętowa jest dostosowywana do "wykorzystywanego w danej chwili protokołu transmisji. Ze względu na możliwość zbudowania w oparciu o pojedynczy układ bardzo skomplikowanych strukturalnie bloków, układy integrujące w jednej strukturze mikrokontroler i blok logiki konfigurowalnej są nazywane Sysiem-on-a-Chip, co jednoznacznie sugeruje ich ogromne możliwości.
SaJłfeor
PIO
PO
Kwitaurawai� PIO
mabyca loflkane 0X2) PIO
PIO
3000.40000 bwrHh PIO
PIO
Rys. 2.
72
Elektronika Praktyczna 5/2001
SPRZĘT
Rys. 3.
CSoC od środka
Czy przydługi wstęp aa brzmiał przerażająco? nadzieję, że nie zwłaszcza, ie budowa układów oferowanych przez firmę Triscend jest bardzo przejrzysta i łatwa do opanowania. Miłośników klasycznych rozwiązań powinien zachęcić także fakt zastosowania w 8-bitowych układach CSoC (rodzina oznaczona symbolem E5) mikrokontrolera 803 2. Z kolei układy rodziny E7 "wyposażono w 32-bitowy procesor RISC ARM7TDMI, który jest jednym z najpopularniejszych na rynku układów programowalnych, 3 2-bitowych rdzeni procesorów.
Na rys. 1 pokazano schemat blokowy układów rodziny E5. Jak widać, we wnętrzu tych układów oprócz przyspieszonego mikrokontrolera 8032 fl0MIPS/40MHz) ze standardowymi peryferiami znajduje się kilka bloków pomocniczych fm.in. kontroler DMA, arbiter dostępu do magistral) oraz blok konfigu-rowalnych komórek logicz-
Outpul
nych o pojemności zależnej od wersji układu ftab. l). Mikrokontroler i blok logiki konfigurowalnej CSL fang. Configurable System Logic) współpracują ze sobą za pośrednictwem wewnętrznych szyn: danych i adresowej.
Komórki logiczne tworzące blok logiki programowalnej CSL oraz wewnętrzne zasoby połączeniowe, swoją budową nawiązują do klasycznych rozwiązań stosowanych w układach FPGA. Pamięć konfiguracji CSL jest typu SRAM w związku z czym po każdorazowym włączeniu zasilania należy ją zainicjować . Funkcja realizowana przez każdą z komórek lo-
gicznych zależy od konfiguracji tablicy LUT (rys. 3). Dojrzałość konstrukcji matrycy programowalnej zastosowanej w układach serii E5 podkreśla fakt, że tablice LUT można skonfigurować także jako jedno lub dwu-portową pamięć SRAM, pamięć ROM lub programowany rejestr przesuwający.
Także komórki wejściowo-wyjściowe, które zapewniają komunikację wewnętrznych bloków układu z otoczeniem są konfigurowal-ne. Ze względu na ich doskonałą konstrukcję (rys* 4) projektant znaczną część prostych zadań fnp. typu "zatrzaśnięcie" sygnału wejściowego lub wyjściowego) może przerzucić na te pozornie mało istotne bloki funkcjonalne. Atutami rozwiązań zastosowanych przez Triscenda są:
- zastosowanie bufora wejściowego z programowaną histerezą,
- możliwość pracy z sygnałami wejściowymi i wyjściowymi CMOS i TTL przy
zasilaniu napięciem 3,3V,
- zastosowanie trójstanowego bufora wyjściowego,
- dołączenie do wyprowadzenia układu programowanego bloku podtrzymania stanu logicznego na wejściu, nazwanego przez producenta BusMinder. Niemal identyczne rozwiązania producent zastosował w blokach CSL układów serii A7 ftab. 2). Najpoważniejszą różnicą pomiędzy układami rodzin E5 i A7 jest typ wbudowanego w strukturę mikrokontrolera i jego otoczenia. Tak więc układy serii A7 można potraktować jako funkcjonalny odpowiednik układów E5 z tym, że przeznaczonych do aplikacji wymagających dużej wydajności obliczeniowej.
Projektowanie CSoC
Przebieg procesu projektowania układów CSoC jest nieco inny niż w przypadku klasycznych architektur PLD lub mikrokontrolerów. Triscend opracował własny pakiet programowy FasiChip, którego zadaniem jest połączenie pliku konfiguracyjnego dla matrycy logiki CSL z programem
Tab. 1. Podstawowe parametry układów rodziny E5.
Typ układu Liczba komórek logicznych SLC Pojemność wewnętrznej pamięci SRAM Liczba programowanych komórek 1/0 Obudowy
TE502S08 256 8kB 92 LOFP128
TE505S16 512 16kB 124 LOFP128, OFP208
TE512S32 1152 32kB 188 LOFP128, OFP208
TE520S40 2048 40kB 252 OFP208, BGA484
TE532S64 3200 64kB 316 OFP208, BGA484
Rys. 3.
74
Elektronika Praktyczna 5/2001
SPRZĘT
FutOip
Ładowania pilni tailg.
Tab. 2. Podstawowe parametry układów rodziny E7.
Typ układu Liczba komórek logicznych SLC Pojemność wewnętrznej pamięci SRAM Liczba sektorów adresowych CSI Liczba programowanych komórek l/O
TA7S05 512 4096 x32b 32 124
TA7S12 1152 4096 x32b 72 188
TA7S20 2048 4096 x32b 128 252
TA7S32 3200 4096 x32b 200 316
jej elementów. Projektowanie układów SoC umożliwia także skrócenie czasu powstania układu (rys* 6), co na współczesnym rynku ma bardzo duże znaczenie. Piotr Zbysiński, AVT piotr.zbysinski@ep.com.pl
Rys,
dla mikro kontrolera. We współczesnej nomenklaturze takie oprogramowanie jest określane mianem haidwaie-softwaie codesign iool. Z wykorzystaniem programu Easi-Chip projektowanie przebiega w sposób pokazany na rys. 5.
Producent do projektowania matrycy logicznej zaleca stosować narzędzia renomowanych producentów flnno-veda, OrCAD, Synopsys, Syn-plicity, Mentor Graphics). Po symulacji projektu należy wygenerować listę połączeń w formacie EDIF, który jest standardem w "świecie" PLD.
Niezależnie, w pewnym stopniu równolegle do projektu części programowalnej, można tworzyć program dla procesora zintegrowanego w układzie. Także w tym przypadku Triscend zaleca stosowanie narzędzi innych firm. O ile w przypadku układów E5 z wbudowanym mik-rokontrolerem 8032 wybór narzędzi (zarówno kompilatorów asemblera, jaki i Pascala, Easica, czy C) jest ogromny, to w przypadku stosowania układów z serii A7 (z ARM7TDMI) wybór narzędzi
Projektowanie Śprzflu
Wykonania prototypu
Uiunlsclabradów w Śprzecie
Projektowanie oprogramowania
Plaanla
oprogramowania
Uaunltda
btadów
w programie
Rys. ó.
Więcej informacji o układach i narzędziach EDA firmy Triscend rnozna znaleźć w Iniernecie pod adresami;
- hiip;/'fwww.iriscend.com/ pro d u cis/ In d exE5. h iml,
- hiip;//www.iriscend.com/ producis/indexA 7.himl,
- hiip;//www.iriscend.com/ pro d u cis/In d exR dm ap.h iml.
- hiip;//www.iriscend.com/ pro d u cis/in d exd e ve5 .himl,
- hiip;//www.iriscend.com/ producis/ind exdeva 7.himl,
oraz na płycie CD-EP5/ 2OO1B w kaialogu \Tris-cend.
jest zdecydowanie mniejszy (ICeil, IAR iWindRiver ARM). Projektowanie struktur programowalnych ułatwiają gotowe moduły biblioteczne (soft IP module library), wśród których dostępne są zarówno różne go typu interfejsy (UART, SPI, PC, IrDA, USB, HDLC, LCD, VGA-display), bloki logiczne i arytmetyczne (bloki pamięci, liczniki, dekodery, sumatory, multiplika-tory, stos IP, PWM), a także kompletne moduły funkcjonalne (jak np. szyfratory DES, Idea, RSA, dekodery MPEG, kodery telekomunikacyjne). Dzięki zastosowaniu takiego sposobu projektowania, twórca układu może się skupić na rozwiązywaniu problemów istotnych z punktu widzenia aplikacji, a nie
Elektronika Praktyczna 5/2001
75
SPRZĘT
ideoLKit
Maxim jest jedną z firm
produkujących zestawy ewaluacyjne do oferowanych przez siebie ukiadów. Niewiele ryzykując można stwierdzić, że ok. 40% oferowanych przez tę firmę ukiadów ma zapewnione dobrze przygotowane "zaplecze"
w postaci różnego rodzaju
zestawów, przy czym producent
dba nie tylko o układy tak
spektakularne jak MAX038
(generator przebiegów
funkcyjnych), lecz także
o pozostałe układy znajdujące
się w ofercie.
Jeden z takich zestawów
przedstawiamy w artykule.
Zestaw ewaluacyjny
dla scalonych przełączników
wideo MAX4135/6 ^^^
Układy MAX4135 i MAX4136 są funkcjonalnie niezbyt skomplikowane: w ich wnętrzu zintegrowano bowiem 7 wzmacniaczy szerokopasmowych, przystosowanych także do przenoszenia impulsów prostokątnych o szybko narastających zboczach (SVR=1000V/us), pośród których sześć można włączać i wyłączać zewnętrznym sygnałem cyfrowym. Tak więc podając sygnał wideo na wejście
Śrf\bc-
Rys. 1.
układu, można go rozsyłać praktycznie bez utraty jakości i ryzyka powstania jakiegokolwiek niedopasowania na dowolną kombinację wyjść układu, których jest 6. Schemat blokowy układów MAX4135/6 pokazano na rys. 1. Różnią się one między sobą konfiguracją stopnia wejściowego: w układzie MAX4135 jego wzmocnienie ustawiono fabrycznie i wynosi 2V/V, a w układzie MAX4136 użytkownik może je dobrać samodzielnie do potrzeb aplikacji.
Prostota budowy układów nie odzwierciedla oczywiście zaawansowanej technologii ich produkcji. Wystarczy bowiem stwierdzić, że pasmo przenoszenia każdego z torów przesyłowych wynosi 185MHz (w MAX4135) przy amplitudzie sygnału wyjściowego 2Vpp, wydajność prądowa wzmacniaczy separujących (na wyjściach) wynosi aż 65mA, a sam układ pobiera w najgorszym przypadku prąd o natężeniu 80mA.
Konstrukcja zestawu ewaluacyjnego przygotowanego dla układów MAX4135/6 (a po niewielkich modyfikacjach także dla układów MAX4137/8) jest niezwykle prosta, ponieważ oprócz układu scalonego w obudowie SOP24, 7 gniazd koncentrycznych i 6-pozycyjnego DIP-switcha na płytce znajduje się zaledwie kilka miniaturowych elementów biernych. Tak więc, do rozpoczęcia
pracy z zestawem trzeba zaopatrzyć się w kable koncentryczne z wtykami mikrofalowymi RG, źródło i odbiorniki sygnałów oraz stabilizowany zasilacz z symetrycznym napięciem wyjściowym ą5V.
O ile konstrukcja zestawu nie może wzbudzać żadnych emocji, to sposób poprowadzenia ścieżek sygnałowych na płytce dowodzi dużego doświadczenia projektanta druku i może stanowić wzór nie tylko dla początkujących inżynierów. Naprawdę warto zobaczyć!
Do zestawu producent dołączył dokumentację w postaci dwóch broszurek, z których jedna to kompletna nota katalogowa układów MAX4135/6, natomiast druga jest uproszczoną instrukcją-dokumentacją zestawu. Tomasz Paszkiewicz, AVT
Nota katalogowa zestawu
MAX4135EV jest dostępna w Internecie pod adresem: http://pdfserv.maxim-ic.com/arpdf/1529.pdf.
Nota katalogowa układów MAX4135/6 jest dostępna w Internecie pod adresem: http://pdfserv.maxim-ic.com/arpdf/1439.pdf
Prezentowany w artykule zestaw udostępniła redakcji firma SE Spezial-Elec-tronic Sp. z o.o., tel. 0-800-160-039.
76
Elektronika Praktyczna 5/2001
PROGRAMY
HDL
TM
Complete FPGA Veriftcation Enrironment
^^^^^^^^^^^^ część 3
W pakiecie Active-HDL zintegrowano dwa narzędzia symulacyjne, za pomocą których można sprawdzić budowany układ pod kątem jego poprawności funkcjonalnej oraz pod kątem jego parametrów czasowych. Weryfikacja zgodności zachowania układu w stosunku do zamierzeń projektanta polega na zbudowaniu przez program symulacyjny wirtualnego bloku logicznego, którego struktura wewnętrzna odpowiada zminimalizowanemu według zadanych kryteriów opisowi logicznemu przygotowanemu przez projektanta (w dowolnym edytorze wejściowym lub - w przypadku projektów hierarchicznych -ich dowolnej kombinacji). Ponieważ testowanie na tym etapie nie wymaga żadnych odniesień do architektury układu docelowego, pakiet Active-HDL symulację wykonuje samodzielnie, bez konieczności stosowania żadnych dodatkowych narzędzi programowych. Na rys. 1 pokazano przykładowe efekty symulacji prostego bloku funk-
cjonalnego o 7 wejściach (w tym 4 tworzących magistralę) i jednym wyjściu. Ewaluacyjna wersja Acti-ve-HDL ma nieco ograniczone możliwości funkcjonalne, ponieważ ograniczono liczę możliwych do przetestowania wektorów. Ograniczenie to nie jest szczególnie dokuczliwe podczas zabawy z oprogramowaniem zwłaszcza, że producent przewidział możliwość udostępnienia dodatkowej 10-dniowej licencji likwidującej to i większość pozostałych ograniczeń.
Po przeprowadzeniu weryfikacji funkcjonalnej projektu możemy zdecydować jaki układ programowalny wykorzystamy jako docelową platformę dla niego. Etap ten jest nazywany implementacją (rys. 2), a do jej przeprowadzenia jest niezbędny zewnętrzny syntezer logiczny i kompilator odpowiadający za rozłożenie projektu w strukturze układu docelowego. W pakiecie Active-HDL użytkownik może samodzielnie określić jakie narzędzia chce (a przede wszystkim może,
Twórcy pakietu Active-HDL
przygotowali dla
użytkowników systemu
projektowego zestaw narzędzi
do symulacji funkcjonalnej
i czasowej realizowanych
projektów. Dzięki temu liczbę
prób uruchomieniowych
i związany z tym czas
projektowania znacznie się
skracat a dzięki temu
radykalnemu obniżeniu
ulegają także koszty
całego projektu.
W artykule przedstawiamy
podstawowe możliwości
symulatorów wbudowanych
w Active-HDL.
Rys.
Rys. 2.
Nowoczesne
projektowanie
układów
bo wcześniej trzeba je kupić!) wykorzystać do tego celu (rys. 3). Czytelnikom zainteresowanym przetestowaniem także tej części Acti-ve-HDL polecam wykorzystanie narzędzi udostępnianych bezpłatnie przez firmy Altera i Xilinx na ich
Elektronika Praktyczna 5/2001
77
PROGRAMY
Rys. 3.
stronach internetowych. Wyniki symulacji czasowej (w wersji statycznej i dynamicznej) są prezentowane w postaci graficznej oraz tekstowej, którą można wykorzystać jako wiarygodną dokumentację projektu.
Podsumowanie
Prezentowany w trzyczęściowym artykule pakiet do realizacji projektów dla układów programowalnych Active-HDL jest nowoczes-
nym narzędziem, znacznie ułatwiającym tworzenie hierarchicznych projektów z wykorzystaniem wszystkich standardowych, wykorzystywanych współcześnie metod opisu. Niebagatelną zaletą Active-HDL jest wbudowany kompilator języków VHDL i Verilog, w związku z czym (oczywiście po wykupieniu odpowiedniej licencji) projektant może tworzyć projekty "mieszane", składające się z bloków opisanych jednym z tych języków. Active-HDL dopuszcza także przygotowywanie projektów opisanych częściowo graficznie, częściowo tekstowo, można także wykorzystywać moduły IP (ang. Inte-lectual Property), które są coraz powszechniej stosowane podczas realizacji dużych projektów dla układów programowalnych.
Reasumując: wszystkich Czytelników zainteresowanych nowoczesnymi metodami projektowania układów PLD gorąco zachęcam
Rys. 4.
do wypróbowania możliwości Ac-
tive-HDL.
Piotr Zbysiński, AVT
piotr.zbysinski@ep.com.pl
Ewaluacyjna wersja programu Aciive-HDL oraz skrócony kurs posługiwania się programem zamieściliśmy na piycie CD-EP4/2001B w katalogu \Aldec.
78
Elektronika Praktyczna 5/2001
MINIPROJEKTY
Wspólną cechą układów opisywanych w dziale "Miniprojekfy" jest łatwość ich praktyczne] realizacji, Zmontowanie układu nie zabiera zwykle więcej niż dwa, trzy kwadranse, a z jego uruchomieniem można poradzić sobie w ciągu kilkunastu minut, "Miniprojekty" mogą być układami stosunkowo skomplikowanymi funkcjonainie, iecz prostymi w montażu i uruchamianiu, gdyż ich złożoność i inteiigencja jest zawarta w układach scaionych, Wszystkie projekty opisywane w tej rubryce są wykonywane i badane w iaboratorium AVT, Większość z nich wchodzi do oferty kitów AVT jako wyodrębniona seria '"Miniprojekty" o numeracji zaczynającej się od 1000,
Syrena z układem ZSD100
Elektroniczne syreny
używane są zazwyczaj
w systemach ochrony
mienia lub jako
elementy sygnalizacyjne,
ostrzegawcze itd.
Zbudowanie
odpowiednio głośnej,
a przy tym niezawodnej
syreny nie jest
zadaniem zbyt prostym,
w związku z czym
firma Zetex opracowała
specjaliowany układ
sterujący, który
minimalizuje problemy,
na jakie mogą
napotykać konstruktorzy.
Najlepiej, aby syrena spełniała wszystkie z wymienionych poniżej warunków:
- generowała dźwięk o dużym natężeniu i zwracającej uwagę tonacji,
- była łatwa w budowie i tania w wykonaniu,
- pobierała mało prądu w czasie czuwania.
Syrena, której schemat ideowy pokazano na rys. 1, spełnia wymienione warunki. Dzieje się tak dlatego, że została zbudowana z użyciem układu ZSD100 zaprojektowanego specjalnie do takich zastosowań. Schemat blokowy układu pokazano na rys. 2. Wynika z niego, że główną rolę w pracy syreny odgrywają dwa generatory. Jeden z nich (VCO) jest odpowiedzialny za wytworzenie tonu podstawowego. Natomiast drugi moduluje ton podstawowy, dzięki czemu dźwięk
bardziej zwraca uwagę. Oprócz tego wewnątrz układu znajduje się jeszcze blok wzmacniaczy wyjściowych formujących dwa sygnały wyjściowe o fazie przesuniętej o 18 0�. To pozwala w łatwy sposób dołączać do układu zewnętrzne wzmacniacze różnicowe mocy.
Częstotliwość każdego z generatorów dobierana jest za pomocą tylko jednego elementu - zewnętrznego kon-
Rys. 1.
CMOD SAW
Oanontor
pizobleflu
wolnozmtennago
Rys. 2.
vco
Wzmacniacz wyjftcłowy
Q O
-COUT
densatora. Kondensator Coui,
0 zalecanej pojemności L.lOOnF, zmienia częstotliwość tonu podstawowego. Kondensator Cniod, o pojemności od 0,l[iF do 100[iF, wpływa na częstotliwość modulacji tonu podstawowego. Dzięki wyprowadzeniu Ri można dodatkowo modulować ton podstawowy. Jednak głównym zadaniem tego wyprowadzenia jest włączanie
1 wyłączanie układu. Wyprowadzenie Ri nie podłączone nigdzie lub poprzez dodatkowy opornik połączone z napięciem zasilania wyłącza układ, minimalizując pobór
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
RI: lOOkO Kondensatory
Cl: 1O^F/1ÓV C2: 22nF Półprzewodniki
Dl: 1N4004
Tl: BC547
T2: BD135
Ul: ZSD100
Różne
Gl: przetwornik piezo-syreno
Sl: przycisk wyzwalający
TRI: transformator np,
ED3715 firmy SEJIN
Płytka drukowana wraz z kompletem elementów jest dostępna w A VT - oznaczenie AYT-1304.
Wzory płytek drukowanych w formacie PDF są dostępne w Iniernecie pod adresem; http:llwww.ep.conj.pl/7pdfl majQl.htm oraz na płycie CD-EP05/2001 w katalogu PCB.
Elektronika Praktyczna 5/2001
MINIPROJEKTY
PIEZO
Rys. 3.
prądu. Zwarcie tego wyprowadzenia do masy zezwala na generację sygnału. Wyprowadzenie S^Pf służy do wy-
boru rodzaju modulacji tonu podstawowego. Pozostawienie tej nóżki układu scalonego nie podłączonej spowoduje, że sygnał modulujący będzie trójkątny, natomiast połączenie jej z wyprowadzeniem Cmod zmieni kształt tego sygnału na piłokształt-ny.
Tolerancja zasilania układu ZSD100 jest duża i mieści się w przedziale od 4V do 18V. Ponieważ w czasie czuwania (Rt połączone z zasilaniem) pobór prądu wynosi tylko l)iA, syrena może być stosowana w urządzeniach zasilanych z baterii. W czasie generowania dźwięku sam układ pobiera do 25mA.
Schemat syreny wykorzystuje opisane powyżej właściwości układu scalonego. Jako stopień wyjściowy mocy zastosowany został układ Darlingtona. Zadaniem transformatora TRI jest podwyższenie amplitudy sygnału podawanego na przetwornik piezoceramiczny. Z tego powodu typ transformatora jest właściwie obojętny, natomiast istotna jest jego wielkość (jak najmniejszy) i przekładnia, czyli stosunek liczby zwojów. Stosunek liczby zwojów uzwojenia pierwotnego do wtórnego może wynosić od 1:3 do 1:7.
Syrena, tak jak i układ ZSD100, może być zasilana
napięciem 4-18V. Jednak przy zasilaniu napięciem o wartości niższej od 6V należy skorygować wartość dołączonych do układu pojemności. Można także inaczej wykorzystać wyjście SAW (patrz tekst powyżej). Dioda Dl zabezpiecza układ przed omyłkową zmianą polaryzacji napięcia zasilającego. W modelu jako element wykonawczy zastosowany został piezoele-ment w plastikowej obudowie w formie syreny. Przy zasilaniu napięciem 8V układ pobierał prąd 10 Om A, a dźwięk był czysty i bardzo głośny.
Ryszard Szymaniak, AVT ryszard.szymaniak@ep.com.pl
80
Elektronika Praktyczna 5/2001
MINIPROJEKTY
Sygnalizator wstrząsów
Prezen to wa ny
w artykule układ
sygnalizatora może
znaleźć zastosowanie
jako jeden z elementów
zabezpieczenia roweru,
samochodu lub jako
sygnalizator zdarzeń,
z którymi związane są
wibracje. Układ jest tak
prosty, że, mając pod
ręką potrzebne
elementy, można go
zmontować i uruchomić
w ciągu 10 minut.
Najistotniejszą częścią układu jest oczywiście element, który pełni rolę detektora wstrząsów. Świetnie nadawałyby się do tego czujniki przyśpieszenia firmy Analog Devices, gdyby ich cena nie była tak wysoka jak obecnie. Ale mniej wyrafinowany czujnik wibracji można skonstruować samemu, dosłownie za grosze. Posłuży do tego zwykły przetwornik piezoce-ramiczny wykonany w kształcie metalowego krążka o średnicy ok. 25mm. Przetworniki takie wykorzystywane są jako źródło dźwięku w sygnalizatorach lub syrenach ostrzegawczych. Elementy te działają na podobnej zasadzie jak rezonator kwarcowy: przyłożone napięcie powoduje mechaniczne odkształcenia elementu. O ile jednak rezonatory kwarcowe drgają z częstotliwościami setek i milionów herców, to przetworniki wibrują z częstotliwościami słyszalnymi dla ludzkiego ucha i są wykorzystywane jako źródła wysokiego ostrzegawczego dźwięku. Jednak elementy
k w a r c o w e i piezoelementy mają tę ciekawą właściwość, że nie tylko przekształcają energię elektryczną w mechaniczną, ale i na odwrót. Podczas wyginania odpowiednio spreparowanego elementu na jego wyprowadzeniach może gromadzić się spory ładunek elektryczny. Właściwość tę wykorzystano np. w zapalniczkach, w których do wytworzenia iskry używa się elementu pie-zoceramicznego. Podobne zjawisko można wykorzystać do budowy czujnika wibracji. Jeżeli jeden koniec wspomnianej blaszki przetworni-
ka obciążymy jakąś masą a drugi zamocujemy sztywno do podłoża, to wstrząsy na skutek bezwładności obciążającej masy doprowadzą do odkształceń przetwornika i pojawienia się na jego okładkach ładunków elektrycznych. Dalej jest już łatwo. Ponieważ impulsy są dosyć słabe, należy je wzmocnić, a potem wyzwalać za ich pomocą element sygnalizacyjny. Taka jest zasada działania układu pokazanego na rys. 1.
HEADER2
80
Elektronika Praktyczna 5/2001
MINIPROJEKTY
xi
Rys. 2.
Impulsy z czujnika podawane są poprzez potencjometr PRl i kondensator sprzęgający Cl na zwykły, jednostopniowy wzmacniacz tranzystorowy. Punkt pracy wzmacniacza ustala dzielnik rezystorowy R2, R5. W momencie, kiedy czujnik wibracji wytworzy impulsy o odpowiedniej amplitudzie, na kolektorze tranzystora T2 chwilowo pojawi się niski potencjał wyzwalający syrenę zbudowaną na układzie HT2812 firmy HOLTEK.
Zależnie od wykonania, HT2812 może generować różne dźwięki. W projekcie wy-
brano sygnał syreny. Zaletą układu jest mała liczba zewnętrznych elementów, które trzeba do niego dołączyć. Wysokość tonu syreny regulowana jest opornikiem Rl. Dioda LED Dl świeci się, gdy syrena generuje sygnał o częstotliwości akustycznej (jeżeli sygnalizacja wizualna jest niepotrzebna, można zrezygnować z montażu zarówno diody, jak i opornika R4). Sygnał z wyjścia OUT jest podawany na wtórnik emitero-wy, w obwodzie którego włączono głośnik.
Układ może być zasilany napięciem stałym o wartości od 2,7V do 4,5V, chociaż zmiana poziomu zasilania w czasie pracy wiąże się ze zmianą tonu i głośnością generowanego przez syrenę sygnału. W czasie czuwania układ pobiera prąd o wartości jedynie 18jiA, który podczas generacji alarmu zwiększa się do 180mA.
Czujnik wibracji można wykonać w następujący sposób. Masę obciążającą należy przykleić, np. klejem, do me-
talu na jednym krańcu blaszki przetwornika. Obciążeniem może być np. nakrętka M4 lub większa. Na przeciwległym krańcu blaszki należy wywiercić mały otwór. Posłuży on do mocowania blaszki ze sztywnym wspornikiem. Może to być gruba srebrzan-ka lub kawałek miedzianego drutu. Wspornik o długości ok. lOmm łączymy z blaszką lutując go, a drugi koniec drutu-wspornika wlutowuje-my do płytki drukowanej. Będzie to połączenie czujnika z masą układu. Do zewnętrznej okładziny przetwornika należy teraz przylutować cienki, sprężysty przewód, który połączy ją z wyprowadzeniem potencjometru PRl. Uwaga, nie należy przegrzewać zewnętrznej okładziny przetwornika, gdyż jest ona delikatna i może ulec zniszczeniu. Czujnik należy oczywiście zamontować na końcu, gdyż jego usytuowanie ponad płytką może utrudnić dostęp do innych części.
Regulacja sprowadza się jedynie do sprawdzenia pun-
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl: 390kQ
R2: 680kQ
R3, R4: 100Q
R5, PRl: lOOka
R6: 12kQ
Kondensatory
Cl, C2: 220nF
Półprzewodniki
Dl: LED
Tl, T2: BC547
Ul: HT2812
Różne
Gl: GŁOŚNIK 8..35Q
Xl: PIEZO (patrz tekst)
ktu pracy wzmacniacza tranzystorowego T2. Przy zasilaniu układu napięciem +4,5V wartość napięcia na kolektorze tranzystora powinna się mieścić między 4V a 4,4V. Ewentualnej korekty można dokonać, zmieniając wartość rezystora R2. Czułość układu reguluje się potencjometrem PRl. Ryszard Szymaniak, AVT ryszard.szymaniak@ep.com.pl
Elektronika Praktyczna 5/2001
81
MINIPROJEKTY
Cyfrowa nagrywarka audio
Przedstawiamy
projekt niezwykle
prostego rejestratora
sygnałów analogowych,
który można
wykorzystać np. do
nagrywania w postaci
cyfrowej audycji
radiowych lub
kopiowania nagrań
z kaset lub płyt
winylowych...
...a to wszystko z rozdzielczością 18 bitów na kanał przy częstotliwości próbkowania do 48kHz. Całkiem nieźle? A jak prosto - wystarczy spojrzeć na schemat elektryczny pokazany na rys. 1. Tak dobra parametry można było uzyskać dzięki zastosowaniu miniaturowego scalonego przetwornika A/C CS5331 A, którego producentem jest słynna firma Crystal. Maksymalna amplituda sygnału wejściowego nie powinna przekraczać 4Vpp, co zapewni ograniczenie poziomu zniekształceń do ok. 0,003%. Dzięki zbudowaniu w tor konwersji A/C (we wnętrzu układu CS5331A) układu próbkuj ąco-pa-miętającego i filtru dol-noprzepustowego na ze-
wnątrz układu nie trzeba stosować żadnych dodatkowych elementów. Przetworzony sygnał jest wysyłany przez układ na postać szeregową I2S. Układ USl pracuje jako Master linii, ale do poprawnej pracy potrzebuje zewnętrznego sygnału zegarowego MCLK o częstotliwości równej: 12,2 8 8MHz (fp=4 8kHz), ll,2896MHz (fp=44,lkHz) lub 8,192MHz (fp=48kHz).
Schemat montażowy na-grywarki pokazano na rys. 2. Zaprojektowano dwustronną płytkę drukowaną, na której ze względu na ograniczenie jej rozmiarów rezystory są montowane pionowo. KJ
Rys. 1.
Rys. 2.
WYKAZ ELEMENTÓW Rezystory
R1..R6: 470Q R7: 47kQ Kondensatory Cl, C2: 10^F/10V C3: 47^F/10V C4: lOOnF C5, Có: lOnF Półprzewodniki USl: CS5331A
Płytka drukowana wraz z kompletem elementów jest dostępna w AVT - oznaczenie AVT-1305.
Wzory płytek drukowanych w formacie PDF są dostępne w Internecie pod adresem: h ttp ://www. ep.com.pl/?p dfl maj01.htm oraz na płycie CD-EP05/2001 w katalogu PCB.
Elektronika Praktyczna 5/2001
81
NOWE PODZESPOŁY
Nowy wzmacniacz audio L" dużej mocy CD
Tripath jest twórcą nowej klasy pracy wzmacniaczy audio. W nomenklaturze firmowej oznaczono ją jako klasę T, która jest w praktyce zmodyfikowaną klasą D. Dzięki zastosowaniu tej nowoczesnej techniki wzmacniania sygnałów audio, scalone wzmacniacze oferowane przez firmę Tripath charakteryzuje wysoka jakość wzmacnianego dźwięku (zbliżona do klasy AB] i wysoka sprawność energetyczna (zbliżona do klasy D).
TAO1O4A
Nowy uldad sterujący opracowany przez Tri-patha - TA0104A - umożliwia zbudowanie stereofonicznego wzmacniacza audio o mocy dla sygnału sinusoidalnego 500W w każdym kanale przy zniekształceniach nie przekraczających 0,1%. Stopnie wyjściowe można także połączyć w taki sposób, aby uzyskać wzmacniacz mostkowy o moc ponad lkW. Schemat aplikacyjny układu TA0104A pokazano na rys. 1.
http;//www.tripath .com j'downloads/ TA0104A.pdf w
Rys. 1.
Nowy układ LPLD
Clear Logic wprowadził do produkcji nowe układy, tym razem będące odpowiednikami oferowanych przez Alterę układów MAX7512AE. Clear logie specjalizuje się w produkcji tańszych w produkcji wersji układów będących odpowiednikami programowanych w systemie układów CPLD firmy Altera. Obniżenie ceny uzyskano dzięki zastosowaniu programowanej laserem matrycy przełączników kon figurujących układ, w miejsce pamięci EEPROM stosowanej w pierwowzorach.
h ttp ś//www. clsar-logi c. c om /Ii tera t uref specs.html
Przedstawicielem firmy Clear Logic w Polsce jest firma ACTE NC Poland (tel. {0-22} 831-48-
�
CLEAR LOGIC
Elektronika Praktyczna 5/2001
87
NOWE PODZESPOŁY
Specjalna wersja DS1073
W ofercie Dallasia od dawna występują generatory przebiegów prostokątnych o programowanych częstotliwościach sygnałów wyjściowych. Kolejny uldad z tej grupy -DS1073 - jest różni się od poprzednio oferowanych wersji tym, że jest programowany przez producenta. Uldad ma dwa wyjścia sygnałów, w tym jedno wyjście aktywizowane zewnętrznym sygnałem OE. Sygnał ten jest wewnętrznie synchronizowany z przebiegiem wyjściowym, dzięki czemu na wyjściu 0UT2 występują zawsze pełne okresy generowanego przebiegu.
Układ DS1073 nie potrzebuje do pracy żadnych dodatkowych elementów. Stabilność częstotliwości generowanego sygnału wynosi 1% (maksymalna wartość, zależna od napięcia zasilającego i temperatury w przedziale
O..+7O�C], a dokładność ok, 0,5%, Zakres częstotliwości przebiegu wyjściowego mieści się w przedziale 29,2kHz..ll0MHz.
Układ DS1073 może byc zasilany napięciem o wartości 2,7..5V. Wbudowany
Onylator 60.. 11 OM Hz
i
Pttwftr down Prsłlaler 1:1/12/4
)
--
PDN Prwłcaler 1:1 "513
Rys. 2.
Jut 'CD
L DALLAS
SEMICONDUCTOR
w układ moduł ograniczania poboru mocy w stanie spoczynku powoduje, że pobierany przez układ prąd nie przekracza wartości SOOnA. Podczas pracy pobór prądu nie przekracza 40|iA.
Układy DS1073 są dostępne w dwóch wersjach obudów: DIL8 i S0IC8.
http ;/ /www . d al ssrn i. c om /da ta sh ee t s/p dfs/ 1073_special.pdf
Przedstawicielami Dallasa w Polsce są firmy; Soyter {tel. {0-22} 635-30-04} oraz WG-Electronics (iel {0-22} 821-77-04}.
Nowe mikrokontrolery w rodznie PIC16
Rodzina mikrokontrolerów PIC16 poszerzyła się o dwa nowe układy (PIC16C925/ 926], w których najważniejszą nowością jest wbudowany autonomiczny sterownik wyświetlacza LCD o 32 segmentach i czterech
elektrodach podłożowych, wyposażony we własną pamięć RAM. Oprócz sterownika LCD w mi kro kontroler wbudowano konfigurowal-ny interfejs szeregowy SPI/I2C, pamięć programu OTP o pojemności 4096 lub 8192 słów
CD
Microchip
14-bitowych, 5-kanałowy, 10-bitowy przetwornik A/C i przetwornik PWM. Pamięć danych RAM wbudowana w mikrokontrolery ma stosunkowo dużą pojemność: 176B (w C925] i 336B (w C926].
Obydwa nowe mikrokontrolery mogą byc zasilane napięciem z przedziału 2,6..6V i mogą byc taktowane z maksymalną szybkością 20MHz. Dostępne są dwie wersje obudów tych układów: PLCC68 i TQFP64.
h ttp; //www .m i ero chip.c om /Do wn lo a d/Ii i! pli ne !pi cmi cro/fa mi lie s !l Sc 9xx/devi ce s! 18c925Z39544a.pdf
h ttp; //www .m i ero chip.c om /Do wn lo a d/li t! pli ne !pi cmi cro/fa mi lie s !l Sc 9xx/devi ce s! 18c928Z39544a.pdf
Przedstawicielami Microchipa w Polsce są firmy; Fuiure {iel. {0-22} 813-92-02}, Gamma {tel. {0-22} 883-33-78} i Uniąue {tel. {0-32} 233-05-80}.
Sterownik wyświetlaczy LED zintegrowany z licznikami
Amerykańska firma e-Lab wprowadziła do sprzedaży nowe układy interfejsowe EDE707, tym razem umożliwiające zliczanie i jednocześnie sterowanie maksymalnie ośmioma 7-segmentowym i wyświetlaczami LED na których jest wyświetlany wynik zliczania. Kierunek zliczania, podobnie jak i inne właściwości zliczania, można ustalić sprzętowo za pomocą 4-bitowego słowa kon-figurującego. Ten sam 4-bitowy port można wykorzystać do wpisania do liczników sta-
nów początkowych. Liczniki mogą zliczać w trybie BCD lub w pełnym zakresie 4-bi-towym. Sterowanie segmentami wyświetlaczy odbywa się metodą multipleksową, w związku z czym układ ma zaledwie 28 wyprowadzeń. Do sterowania segmentami A..F oraz wspólnymi elektrodami wyświetlaczy niezbędne są zewnętrzne wzmacniacze prądowe, za pomocą których można sterować zarówno wyświetlacze ze wspólną anodą jak i katodą. Niestety w materiałach
e*lab
Digital Engineering, Inc.
katalogowych nie zawarto informacji o maksymalnej częstotliwości taktowania liczników, ale biorąc pod uwagę, że są to liczniki realizowane programowo w mi kro kontrolerze rodziny PIC16, może ona wynosić do maks. 2MHz.
http;//www.elabinc.com Zede707.htm Przedstawicielem firmy e-lab w Polsce jest firma Micros {tel. {0-12} 838-95-88}.
88
Elektronika Praktyczna 5/2001
SPRZĘT
Wielu osobom będącym pod wrażeniem "wyścigu", który odbywa
się na rynku komputerów osobistych i multimediów, wydać się
może, że tworzenie nowych mikroprocesorów 8-bitowych
pozbawione jest większego sensu. Tymczasem chłodne i obiektywne wyniki badań rynkowych potwierdzają, że 8-bitowce mają się dobrze i nie ustąpią szybko pola układom 16- czy też
32-bitowym.
Nowa propozycja ZiLOGa
Oczywiście, nie są one i nie będą już stosowane w komputerach osobistych, ale znajdują swoje miejsce we wszelkich rozwiązaniach ,,embedded". Ich atuty, którymi z powodzeniem walczą z większymi układami to:
- niska cena, i to zarówno samego mikroprocesora jak i całego układu,
- łatwość stworzenia nowego projektu,
- niski pobór mocy.
Wystarczy tylko pomyśleć o projekcie płytki, na której trzeba połączyć 16-bitowy procesor np. z pamięcią RAM (przeważnie w organizacji 8-bito-wej), aby wyobrazić sobie ile to zajmie miejsca, warstw druku, pracy projektanta i ile będzie trwało przygotowanie takiego projektu. Nie wspomnieliśmy jeszcze o kosztach narzędzi uruchomieniowych oraz szkoleniach dla konstruktorów, które to koszty w przypadku układów 16-bitowych są wyższe niż dla znacznie prostszych ,,ósemek". To wszystko przekłada się na końcową cenę produktu, która często warunkuje powodzenie projektu na rynku. Nie powinno więc nas dziwić, że tam gdzie tylko można stosuje się nadal układy 8-bitowe.
Propozycja ZiLOGa
Jednym z najbardziej doświadczonych producentów układów 8-bitowych jest ZiLOG. To jego słynny Z80 stał się najpopularniejszym 8-bitowym mikroprocesorem na świecie. Można zaryzykować stwierdzenie, że w dużej mie-ize przyczynił się on do rewolucji mikroprocesorowej lat 8O-tych. Ponieważ jednak wymagania odbiorców rosły, z Z80 wyrośli jego następcy: Z180 i eZ80. W niniejszym artykule opiszemy procesor Z183 będący rozwinięciem Z180, natomiast eZ80 poświęcony będzie osobny artykuł.
Jądro Z183
Jądro Z183 jest rozwinięciem jądra Z80 (rys. 1). Zachowując pełną zgodność z Z80 dodano ponad dziesięć nowych instrukcji, na przykład mnożenie, zwiększających wydajność procesora. Dodatkowo, szybkość przetwarzania danych w porównaniu z Z80 zwiększa to, że w Z183 na jeden cykl maszynowy składają się 3, a nie 4 jak dla Z80, cykle zegarowe.
Ponieważ nie wszyscy znają architekturę Z80, spróbujemy ją tutaj kró-
tko przypomnieć. Użytkownik Z183 ma do dyspozycji dwa identyczne zestawy 8-bitowych rejestrów roboczych i jeden zestaw rejestrów specjalnych (rys. 2). Rejestry robocze to akumulator (oznaczony jako A), sześć rejestrów ogólnego przeznaczenia (oznaczonych jako: B, C, D, E, H i L) oraz rejestr znaczników (F). Rejestry ogólnego przeznaczenia mogą być łączone w pary (BC, DE i HL) i traktowane jako rejestry 16-bitowe. Nazwy rejestrów z drugiego zestawu wyróżnione są znakiem ,,'", na przykład A'. Mając do dyspozycji dwa zestawy rejestrów można bardzo szybko przełączać się między różnymi zadaniami, co jest przydatne między innymi przy obsłudze przerwań. Rejestry specjalne są zarówno 16-bitowe (licznik programu - PC, wskaźnik stosu - SP oraz dwa rejestry indeksowe - IX i IY) jak i 8-bitowe (wektor przerwań - I i licznik - R).
Przestrzeń adresowa Z183 obejmuje 64kB. Taki rozmiar pamięci jest dla wielu zastosowań niewystarczający. Chcąc ominąć to ograniczenie konstruktorzy używający Z80 bardzo często projektowali układy z przełączanymi bankami pamięci. Aby ich uwolnić od tego ograniczenia, w Z180 ZiLOG zainstalował MMU (ang. Memory Management Unit), który konwertuje 16-bitowe adresy logiczne na 20-bitowe adresy fizyczne (lMB przestrzeni adresowej). Trzy rejestry sterujące pozwalają programiście w pełni kontrolować mapę pamięci. Dla leniwych (lub niecierpliwych) stworzono oprogramowanie, które przejmuje kontrolę nad tymi rejestrami i symuluje lMB ciągłej przestrzeni adresowej. Należy przy tym pamiętać, że Z183 zbudowany jest według klasycznej architektury von Neu-mana, to znaczy, że nie ma osobnych obszarów pamięci danych i programu.
Magistrala danych i adresowa
Z183 nie posiada wewnętrznej pamięci programu (rys. 3). W związku z tym na zewnątrz wyprowadzono pełną magistralę adresową (20 linii) i danych (8 linii). Wszystkie linie mają przypisane sobie wyprowadzenia, tak więc nie ma konieczności stosowania pomocniczych układów zewnętrznych, typowych dla rozwiązań z multiplekso-wanymi magistralami. Sygnały towarzy-
szące {RAMReaD, RAMWRite, ROMRe-aD, ROMWRite) pozwalają na bardzo łatwe dołączanie układów pamięci. Zaskakujące może wydawać się wprowadzenie sygnału ROMWR, ale wszystko staje się jasne, jeżeli weźmiemy pod uwagę możliwość dołączenia do procesora pamięci Flash. Jeżeli chcemy korzystać z wolnych układów zewnętrznych, bez problemu możemy dodać cykle oczekiwania.
Wewnętrzna pamięć RAM i ROM "boot loader"
Procesor Z183 wyposażono w 2kB pamięci RAM. Pamięć ta może być wykorzystywana jako pamięć ogólnego przeznaczenia na dane lub program. W zależności o ustawienia bitów kontrolnych, można wewnętrzną pamięć SRAM:
- wyłączyć,
- uaktywnić pod adresem FF800h do FFFFFh (w górnym obszarze adresowym),
- uaktywnić pod adresem xF800h do xFFFFh - czyli tak jak wyżej, ale bez dekodowania linii A19 (w górnej części każdej 64kB-strony). Wszystkie procesory Z183, oprócz
pamięci RAM, mają także lkB ROM. Normalnie pamięć ta nie jest aktywna i nie zajmuje miejsca w przestrzeni adresowej. Wystarczy jednak podać sygnał wysoki na wyprowadzenie OPMO-DEl, aby po wyzerowaniu procesora wykonywanie programu rozpoczęło się właśnie od kodu zawartego w ROMie. Zestaw procedur zawartych w tej pamięci pozwala między innymi na:
- programowanie zewnętrznej pamięci FLASH,
- wpisywanie parametrów do zewnętrznej pamięci FLASH,
- wpisywanie i uruchamianie programów z wewnętrznej pamięci RAM -diagnostyka i testowanie,
WDT 8S180 CPU 8ch, 10 bit A/D
RTC MMU
24 1/0 ZDI 10-Bit D/A
2C/T 2 DMA
FLL 2UART CSIO
1KROM 2K SRAM POG
Rys. 1.
Elektronika Praktyczna 5/2001
89
SPRZĘT
Zestaw rejestrów GR
Akumulator A Rejestr flag F
Rejestr B Rejestr C
Rejestr D Rejestr D
Rejestr H Rejestr L
Zestaw rejestrów GR1
Akumulator A Rejestr f ag F
Rejestr B Rejestr C
Rejestr D Rejestr D
Rejestr H Rejestr L
Rejestry specjalne
Rejestry uniwersalne
Rejestry specjalne
Rejestry uniwersalne
Zestaw rejestrów specjalnych
Rejestr wektorów przerwani
Rejestr licznikowy R
Rejestr indeksowy IX
Rejestr Indeksowy IY
Wskaźnik stosu SP
Licznik adresu PC
Rys. 2.
- wpisywanie i uruchamianie programów z zewnętrznej pamięci RAM -diagnostyka i testowanie,
- zdalne usuwanie błędów programu (debugging).
Do przesyłania danych wykorzystuje się jeden z kanałów transmisji szeregowej, który może pracować z maksymalną szybkością 115 2OObd. Standardowe szybkości transmisji uzyskuje się przy pracy procesora z zegarem 18,432MHz. Producent udostępnia pełną dokumentację programu ,,boot loa-der", łącznie z jego kodem źródłowym.
Uniwersalne porty I/O
Użytkownik Z183 ma do dyspozycji 32 linie wejścia/wyjścia (ang. GPIO -General Purpose I/O). Zgrupowane są one w cztery 8-bitowe porty oznaczone jako A, B, Ci D. Podstawowe możliwości wszystkich portów są takie same - każda z linii może być niezależnie ustawiona jako wyjście lub wejście. Jeżeli linia będzie pracować jako wyjście to można wybrać jeden z następujących trybów pracy:
- otwarty dren z aktywnym rezystorem podciągającym,
- otwarty dren bez rezystora podciągającego,
- totem pole.
Oprócz podstawowych funkcji wejścia i wyjścia każdy z portów może realizować funkcj e sp ecj alne:
- port A - wejścia sygnałów przerwań,
- port B - sygnały transmisji szeregowej,
- port C - wyjścia z programowanego generatora sygnałów wyjściowych,
- port D - wejścia sygnałów przerwań lub wejścia sygnałów analogowych do przetwornika A/C.
Ciekawą funkcją jest możliwość zmniejszenia wydajności prądowej portów do 25% wartości nominalnej, co wiąże się z wydłużeniem czasów przełączania. Dzięki temu uzyskuje się spadek poboru prądu i generowanych zakłóceń elektromagnetycznych. Taki
tryb pracy może być ustawiony niezależnie dla każdego portu.
Przetwornik A/C
Mikroprocesor Z183 zawiera 10-bito-wy przetwornik analogowo-cyfrowy. Działa on na zasadzie kolejnych przybliżeń i do wykonania pełnej konwersji potrzebuje 64 taktów zegara. Odpowiada to częstotliwości próbkowania 515kHz przy zegarze 33MHz. Oczywiście, razem z przetwornikiem A/C zintegrowany jest układ próbkująco-pamię-tający niezbędny do poprawnej pracy z sygnałami szybko zmiennymi. Funkcjonalność przetwornika znacznie zwiększa 8-kanałowy multiplekser analogowy na wejściu. W celu poprawienia parametrów pracy, układy zasilania części analogowej i cyfrowej są rozdzielone. Jako napięcie odniesienia można wybrać jedno z dwóch wewnętrznych napięć odniesienia (4,2V lub 2,6V) lub pobierać je z zewnątrz przez bit 0 portu A. Jeżeli przetwornik nie jest wykorzystywany, to można go po prostu wyłączyć. Dzięki temu zmniejsza się pobór prądu, co ma szczególne znaczenie w trybach uśpienia.
Konwersję wyzwala ustawieniu bitu w odpowiednim rejestrze kontrolnym. Zakończenie procesu konwersji można sprawdzać w odpowiednim rejestrze lub czekać na zgłoszenie przerwania A/D Complete.
Przetwornik
cyfro wo-analogo wy
Jednokanałowy, 10-bitowy przetwornik cyfrowo-analogowy z wyjściem napięciowym, to standardowe wyposażenie Z183. Może być wykorzystywany np. do generowania sygnałów audio, dowolnych przebiegów wyjściowych lub analogowej transmisji danych. Czas konwersji wynosi l|j.s, co pozwala na generowanie przebiegów o częstotliwości do 500kHz. Zarówno dla przetwornika A/C jak i dla przetwornika C/A można wybrać źródło napięcia odniesienia (wewnętrzne 4,2V lub 2,6V lub pobierać je z zewnątrz przez bit 0 portu A)
Zegar czasu rzeczywistego
Kolejnym modułem ułatwiającym stosowanie Z183 w aplikacjach pracujących w czasie rzeczywistym jest wbudowany zegar czasu rzeczywistego razem z kalendarzem. Obsługa zegara jest wyjątkowo łatwa. Dostępne są rejestry: sekund, minut, godzin oraz dnia tygodnia, dnia miesiąca, miesiąca, roku i wieku. Kalendarz uwzględnia wszystkie lata przestępne i jest zgodny z rokiem 3000. Tak jak w każdym porządnym zegarku, tak i w tym można ustawić alarm (trzy rejestry - godziny, minuty i sekundy). Włączenie alarmu następuje przez ustawienie odpowiedniego bitu w rejestrze kontrolnym zegara lub, co wydaje
się bardziej interesujące, będzie wygenerowane przerwanie. Do stabilizacji sygnału zegarowego można wykorzystać typowy kwarc ,, zegarkowy" 32,768kHz lub sygnał sieci 50/60Hz. Dokładność zegara czasu rzeczywistego jest warunkowana wyłącznie stabilnością sygnału zegarowego.
Jeżeli zegar czasu rzeczywistego wykorzystuje popularny kwarc "zegarkowy" 32,768kHz, to możemy zrezygnować z drugiego kwarcu generującego zegar dla jądra procesora. Należy tylko uaktywnić układ powielania częstotliwości (wewnętrzna pętla FLL), aby uzyskać sygnał zegarowy 16,450 MHz (mnożnik 502) lub 32,899 MHz (mnożnik 1004).
Programowany generator sygnałów wyjściowych POG
Programowany generator sygnałów wyjściowych, to dosyć nietypowy blok funkcjonalny. Pozwala na realizację układu sekwencyjnego działającego niezależnie od procesora. Jeżeli zdecydujemy się na wykorzystanie POG, to 2kB pamięci wewnętrznej pamięci RAM zostanie uszczuplone o 256 bajtów. Te 256 bajtów podzielone jest na 64 identyczne struktury, w których zapisane są następujące informacje:
- opóźnienie wyrażone w taktach zegara POG (14 lub 16 bitów),
- realizowana funkcja (2 bity),
- dane (8 lub 10 bitów),
- adres następnej struktury (6 bitów). Dzięki temu, że cała tablica POG
znajduje się w pamięci dostępnej dla procesora, nie ma najmniejszego kłopotu z wpisywaniem do niej danych przez program użytkownika, nawet wtedy gdy POG jest włączony. Jedynym ograniczeniem jest to, aby nie modyfikować danych w tej strukturze, która jest aktualnie wykorzystywana przez POG. Sprawdzić to można odczytując rejestr POGAT, w którym znajduje się

MwMfDwy 10-bttowy przatwornlhA/C 32-bltowy port HO

HHttOwy przetwornik C/A r watohdog L

2kB pamięci danych RAM S-bHowy b pmgr. generator 9 przabtagów \

1kBpmmlęcl startom] ROM rdzeń ZMSTM

Ś
zegar z kalendarzem

ZDt

Rys. 3.
90
Elektronika Praktyczna 5/2001
SPRZĘT
y ?ra"adku (14-bi owy ) uzyskać ponad 2-sekundowe opóźnienie. W zależności od funkcji 7e zowanych przez POG, dane wpisui sie w następujący sposób' Ł J
- wysłanie danych do portu C - B bi tow w bajcie danych
- konwersja A/C - 3 najmłodsze bity Ił16 dan^h ^użą do wyboru kanału, pozostałe bity danych nie sa wykorzystywane, a wynik konw rs S?pny ]est w rejest:ach ptzetwoT
można znaleźć w EP12/2000' to juź wszystko?
Oprogramowanie
Zgodnie 2 przyjętą przez ZiLOGa trategią, oprogramowani dla ZlB3 t^k jak 1 dla wszystkich innych proc '
So-rtudtTzDs,--^-
*�- "......... "^ A" tam **>� P-ujer' nflrp^chTc
- dwa szybkie IJART-y zwianymi r tOd�Wlslc" Wi"']"- Ś
lestrami FIFO, liniami do
log.com, przy czym należy
2 t� 7 ttaraZ7m bajCie późnienia; w tym trybie opóźnienie może mieć co najwyżej 14 bitów wywołanie przerwania - bajt danvch nie jest wykorzystywany. J yCh
wypos
"a pokładzie
pierwszym z układów Zi- sasonym w 2DI Di
wymi, 'Ub Z Pami^ci�i
" dwa 16-bitowe liczniki ogólnego przeznaczania, oBomego
- dwa zaawansowans układy DMA " układ nadzoru - watchdog '
- ^-budowany układ kontroli pr3e-
- B-poziomowy system usypiania procesora, dzięki któremu pobór można ograniczyć do zaledwis
w trybie pełnego uśpienia

z ZDS. Szczególnie atrakcyjna jest
,p tych funkcj, umoiliwia dwu" przewodowe łącz9 dziP^i Vf -o.na ptzeją5 pW kon o ^
roproc^sorem zamontowanym w u dzie. Najważniejsze funkcje 2DI to
" SelSSaM *-
Obudowa
Zmuszeni do wyprowad
tak dużej popularności proc. 21S0 naturalną rzec3ą I t'
firmy
firmowanych Ś
- Podgląd i zmisnia zawartości -uruchamianie i
pułaP9k
mil7 miary oraz
cena.
Wwy: Z\^S^lthtt^^-
7roCt
- wpisywanie kodu/danych do SRAM Nalesy podkreślić, Ł pułapki " realizowane 3a na drodze sprzĘtowsj, co wymagało aail
Co dalej?
Dlsj pozostaje już tylk
możliwości zawarte
of9rowan9
o w prtni^Tkcjonalny ITo^TCP/IP > dzięki któremu będzie można '163 zamienić w miniaturowy "web-serwer". Tak więc mimo se czasy "Spectrum", "Com-modors" cay też Atari" ni1 bj bezpowrotnie, ^bitowe procesory trzymają się mocno i n"a Pewno jeszcze długo będą nam towarzyszyć Witold Barycki, Eurodis
Materiały katalogo
Elektronika Praktyczna 5/2001
91
KURS
część 4
Narysuj swój program!
Zanim jednak, zabierzemy się do utworzenia swojego elementu bibliotecznego musimy zdecydować o tym, jak. nowy element ma działać i jaki ma mieć wygląd. Przyjmijmy, że będzie to sterownik wyświetlacza alfanumerycznego LCD. Działania tego elementu na razie nie będziemy definiować, ponieważ sterowanie wy-
Rys. 2.
świetlaczem LCD będzie tematem jednej z następnych części kursu Re-alizera. Skupimy się na samym przebiegu procesu definiowania elementu,

ii

Aby rozpocząć pracę nad nowym symbolem najlepiej jest utworzyć nowy projekt. Po uruchomieniu programu ST-Realizer w menu File wybieramy New projeci. Jako miejsce utworzenia nowego projektu wybierzmy fna przykład) folder C:\realst\LIB, w którym umieszczono wszystkie biblioteki. Taka lokalizacja projektu pozwoli na korzystanie z naszej biblioteki w każdym projekcie bez żadnych problemów. Tu uwaga: plik projed. ini nie zostanie załadowany do folderu o podanej ścieżce system utworzy oddzielny folder o podobnej nazwie. Z tego właśnie folderu kopiujemy plik .ini do folderu LIB, a folder utworzony automatycznie przez system usuwamy do kosza. Następnie ponownie uruchamiamy program, tworzymy nowy plik schematu, który będzie opisywał budowę tworzonego elementu bibliotecznego.
W menu Edii wybieramy Symbol, co powoduje uruchomienie programu ST-SymbolEditor (rys* l). Następnie klikarny ikonę New, co powoduje otwarcie okna New symbol (rys* 2), w którego prawej części wpisujemy nazwę symbolu np. LCD i klikamy OK. Otworzy się czysta strona, na której zaznaczony jest obszar do graficznej edycji symbolu w kształcie prostokąta (rys* 3).
Przed przystąpieniem do rysowania nowego symbolu zapoznajmy się z tym co mamy do dyspozycji w menu i na pasku narzędziowym. Oprócz standardowych przycisków i opcji wykorzystywanych we wszystkich pro-
Rys. 4.
Mufa* Cofa
^1
W poprzednich częściach kursu
poznaliśmy program STG-Realizerr stworzyliśmy
pierwszy projekt
i przeprowadziliśmy jego
symulację. Obecnie poznamy
inne zalety STG-Realizera.
Jedną z nich jest możliwość
edycji swoich elementów
bibliotecznych, co pozwala
tworzyć własne biblioteki
najczęściej stosowanych
elementów.
gramach pakietu istnieją opcje wykorzystywane tylko w Edytorze Schematów. Do takich należą przyciski do rysowania elementów bibliotecznych (rys* 4). Pozostałe przyciski spełniają takie same funkcje jak w innych programach pakietu.
W menu Objęci mamy do dyspozycji cztery opcje pozwalające nadawać i modyfikować atrybuty nowego symbolu oraz rysować proste symbole graficzne (koła, prostokąty i wyprowadzenia). Podczas dodawania nowego wyprowadzenia do tworzonego symbolu projektant może określić jego następujące parametry (rys* 5): nazwę, numer wyprowadzenia, kolor, rodzaj wyprowadzenia (wejściowe lub wyjściowe) oraz jego typ [long, word, signed ini itp.). Każdemu elementowi bibliotecznemu można ponadto przypisać komentarz, który może zawierać np. opis jego funkcji, co ułatwia dokumentowanie projektu.
Teraz powrócimy do omówienia przebiegu procesu tworzenia elementu bibliotecznego. Jak wspomnieliśmy, na pustym arkuszu pojawia się niewielki prostokąt, w którego obszarze możemy tworzyć no-
Ś.^K^^TL- Ś^.-^ ( ^ijf, *-
Rys. 3.
Rys. 5.
no*
Rys. 7.
92
Elektronika Praktyczna 5/2001
Rys. S.
Rys. 9.
wy element (rys* 6). Modyfikacja rozmiarów tego prostokąta jest możliwa po najechaniu kursorem na jeden z jego górnych rogów i przeciągnięcie go do momentu uzyskania wymaganego rozmiaru. Po każ-dej operacji zwiększania powierzchni program pyta, czy powiększyć elementy rysowanego symbolu. Jeże-li operator wyrazi zgodę na tę operację, to oprócz powiększenia powierzchni, powiększeniu ulegną również wszystkie elementów rysowanego symbolu. Tak więc tworzenie nowego elementu bibliotecznego przebiega w następujący sposób:
- dobieramy odpowiednią wielkość pola do edycji elementu,
- za pomocą narzędzia Reciangle rysujemy prostokąt frys. 6), który będzie jego ,,obudową",
- w menu Objęci wybieramy Pin i dodajemy do elementu wyprowadzenia frys. 7) określając jego właściwości w oknie Creaie a pin frys. 5).
- podczas edycji nadajemy następujące parametry wyprowadzeniom, które skonfigurujemy jako wyjścia frys. 8): Łabel 00,01,02,03,04,05,08,07, RW,RS,E
Number 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11 Input/Output Output Type Bit Color dowolny
- w menu Objęci ponownie wybieramy Pin i edytujemy wejście nadając następujące parametry:
Label In Number 12 Input/Output Input Type Word Color dowolny
Spróbujmy umieścić wejście In po stronie przeciwnej, w stosunku do
RW RS
E
Scherr e*C:\REALST\LIB\LCD
wyjść edytowanego elementu. W tym celu należy wyprowadzenie wejściowe obrócić używając polecenia RO-TATE. Tak zaprojektowany symbol graficzny elementu wygląda jak pokazano na rys. 9.
Teraz pozostało nam jeszcze nadanie atrybutów nowemu elementowi, co wymaga wybrania w menu Objęci opcji Aiiribuie, przy której odpowiednim polom nadawane są następujące opisy:
Tag TXT
Value LCD
Visibility tag nie zaznaczony
Value tak
Reszta ustawień domyślna.
Następnie ponownie w menu Objęci wybieramy Aiiribuie i w pola wpisujemy:
Tag scheme
Value ścieżka dosiępu do
schematu będącego zawartością
symbolu np. C:\REALST\LIB\LCD
frys. 10)
Visibility tag i Value nie
zaznaczamy
Reszta ustawień domyślna.
Po nadaniu atrybutów symbol mamy już gotowy i możemy rozpocząć rysowanie jego ,,wnętrza". Powrócimy teraz do tworzenia pliku schemato-wego.
Rysując schemat, opisujący działanie modułu reprezentowanego przez symbol, musimy pamiętać o tym, żeby liczba wejść i wyjść w schemacie była identyczna z liczbą odpowiednich wyprowadzeń we wcześniej zaprojektowanym symbolu. Wszystkie wejścia i wyjścia muszą mieć również takie same nazwy.
in
Rys.
Rys. 12.
Symbole biblioteczne łączące wejścia (pońin) i "wyjścia (porioui) zdefiniowane w schemacie z wyprowadzeniami elementu bibliotecznego pokazano na rys. 11 i 12.
Gdy mamy gotowe wszystkie elementy symbolu, możemy przystąpić do utworzenia własnej biblioteki, w której umieścimy symbol. Robimy to w sposób następujący:
- W menu Objęci wybieramy Local library symbol, co powoduje otwarcie okna, w którym wskazujemy nowy symbol i umieszczamy go na planszy schematowej ftworząc ,,pod-schemat").
- Tworzymy nowy schemat (np. wyslcd.sch), z wcześniej utworzonego ,,podschematu" kopiujemy symbol i umieszczamy w wyslcd.sch.
- W podschemacie symbol usuwamy.
Mamy teraz dwa pliki schemato-we: LCD.sch zawierający symbol oraz wyslcd.sch z nowym elementem. Plik wyslcd.sch posłuży nam do utworzenia nowej, własnej biblioteki.
Niektórzy z Czytelników mogą zapytać: dlaczego od razu z pliku LCD.sch nie tworzymy biblioteki? Dzieje się tak dlatego, że utworzona biblioteka zawierać będzie - oprócz naszego elementu - wszystkie inne, co najmniej raz użyte do edycji schematu LCD.sch. Aby tego uniknąć i żeby biblioteka zawierała tylko nowe, utworzone przez nas elementy,
Rys. 10.
Elektronika Praktyczna 5/2001
KURS
Rys. 13.
należało postąpić w opisany powyżej sposób.
Zapiszemy do pliku efekty naszej pracy i następnie uruchamiamy program konwertujący Sch2Lib Conver-ier. Otworzy się okno główne programu oraz okno wyboru pliku Se-leci a scherne (rys. 13), w którym wybieramy plik źródłowy ze schematem do konwersji fw naszym przypadku będzie to plik wyslcd.sch). Następnie otwiera się okno Converi to library (rys. 14), w którym podajemy nazwę nowej biblioteki (np.
Rys. 14.
LCD.lib). Od tego momentu program rozpoczyna tworzenie biblioteki, co jest sygnalizowane odpowiednimi komunikatami.
Jeżeli będziemy chcieli do samodzielnie utworzonej biblioteki dołączyć nowy symbol, należy kolejne tworzone elementy wklejać w schemat bazowy, z którego jest tworzona biblioteka. Po wklejeniu nowego elementu należy każdorazowo przeprowadzić konwersję.
Krzysztof Górski, AVT krzysztof.gorski@ep.com.pl
Element biblioteczny sterownika wyświetlacza alfanumerycznego LCD wykonany zgodnie z opisem zamieszczonym w artykule zamieszczamy na płycie CD-EP5/2001B.
Na płycie CD-EP2/2001B opublikowaliśmy STG-Realizeia w pełnej wersji. Jest on także dostępny (wraz z katalogiem procesorów ST82} na płycie CD-EP2.
94
Elektronika Praktyczna 5/2001
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
Dział "Projekty Czytelników" zawiera opisy projektów nadesłanych do redakcji EP przez Czyteiników. Redakcja nie bierze odpowiedzialności za prawidłowe działanie opisywanych układów, gdyż nie testujemy ich laboratoryjnie, chociaż sprawdzamy poprawność konstrukcji.
Prosimy o nadsyłanie własnych projektów z modelami (do zwrotu). Do artykułu należy dołączyć podpisane oświadczenie, że artykuł jest własnym opracowaniem autora i nie był dotychczas nigdzie publikowany. Honorarium za publikację w tym dziale wynosi 260,- zł (brutto) za 1 stronę w EP. Przysyłanych tekstów nie zwracamy. Redakcja zastrzega sobie prawo do dokonywania skrótów.
Programator uniwersalny, część 2
W drugiej, ostatniej
części artykułu konstruktor
programatora opisuje
konstrukcje adapterów
umożli wiających
programowanie układów
różnych rodzin oraz
oprogramowanie sterujące
pracą programatora.
40 VPP
GND
36 37 36 35 34 33 32 31 30 29 26 27 26 25 24 23 22
P2.1

P2.2

P2.3

P2.4

P2.5

P2.6

P2.7

VCC2
20 19 16 17 16 15 14 13 12 11 10
VCC

D7

D6
RDY
D5

D4
XTAL
D3
6 PRÓG
D2
6 P3.3
Dl
P3.4
DO
P3.5
1 P3.7

Adaptery
Programowane układy są podłączane do programatora za pomocą adapterów. Są to proste układy zawierające podstawki pod układy scalone i kilka dodatkowych elementów dopasowujących. Takie rozwiązanie pozwoliło zmniejszyć do minimum liczbę elementów przełączających przez co zwiększono niezawodność programatora - chodzi tu szczególnie o przełączanie względnie wysokiego napięcia programującego.
Adapter dła wybranych mikrokontrołerów firm: Atmeł, Microchip i pamięci EEPROM z interfejsem szeregowym
Schemat tego adaptera przedstawiono na rys. 2. Jest to prosty układ zawierający 4 podstawki pod układy scalone. Umożliwia programowanie układów ATMEL w obudowach 20-nóżkowych (zarówno MCS-51 i AVR),
Ul ATMEL
VPP 1
2
RDY 3
4
XTAL 5
PRÓG 6
P3.3 7
P3.4 8
P3.5 9
10
1 ^ -^ 20
2 19
3 18
4 17
5 16
6 15
7 14
8 13
9 12
10 11
20
VCC2
19 D7
18 D6
17 D5
16 D4
15 D3
14 D2
13 D1
12 DO
11 P3.7
PICl6x8x, pamięci EEPROM z interfejsem szeregowym typu 93Cxx oraz 24Cxx.
Adapter dła procesorów AVR firmy Atmeł
Schemat adaptera przedstawiono na rys. 3. Jest to prosty układ zawierający 1 podstawkę 40-nóżkową. Umożliwia programowanie układów ATMEL AVR w obudowach z 40 wyprowadzeniami (np. AT90S4414, AT90S8515).
Adapter dła procesorów MCS-51
Schemat adaptera przedstawiono na rys. 4 (zawiera 1 podstawkę 40-nóżkową). Za jego pomocą można programować układy MCS-51 w obudowach 40-nóżkowych z pamięcią Flash (AT89C51, AT89C52, AT89C55, AT89S8252). Z powodu podawania adresu w sposób równoległy, płytkę uzupełniono o 12-bitowe liczniki 4040 (U2, U3), które spełniają funkcję licznika adresu.
U3 24Cxx
1 y 8 7 8 VCC2
2 2 7 GND
3 6 D4
4 4 5 5 D3

93Cxx
U2 PIC16x8x
D2 1 y o 8 VCC2
D1 2 2 7 7
DO 3 6 VCC2
P3.7 4 4 5 5

1 1 ^ 2 3 J 18 17 16 16
2 17
3 16
VPP 4 15
5 14 VCC2
6 6 7 8 9 13 12 11 10 13 D5
7 12 D6
8 11
9 10

VCC2
Projekt
084
IDC40
Rys. 2.
Montaż i uruchomienie
Przed rozpoczęciem montażu należy dokładnie sprawdzić wszystkie płytki drukowane, czy przypadkiem nie ma zwarć między ścieżkami lub sprawdzić czy nie ma przerw w ścieżkach - należy to wykonać omomierzem. Nawet szerokie ścieżki, wyglądające "na oko" na sprawne, mogą być przetrawione. Po tej żmudnej, ale koniecznej czynności można przystąpić do dalszej pracy.
Programator należy zmontować na płytce drukowanej, w którą wcześniej należy wlutować podstawki pod układy scalone. Ułatwi to uruchamianie układu i jego późniejsze modyfikacje. Podobnie należy postąpić z płytkami adapterów.
Montaż należy rozpocząć od elementów najmniejszych gabarytowo (rezystory, kondensatory, diody, tranzystory). Następnie należy wlutować podstawki pod układy scalone, stabilizatory Ul i U2, gniazda Jl, J2, J3. Połączenie głównego modułu programatora z adapterami jest wykonane za pomocą przewodu ze złączem 40-szpilkowym (tzw. ,,taśma" - takie samo jak w twardych dyskach IDE). Należy zwrócić uwagę na długość tego przewodu - obowiązuje generalna zasada: im krótszy przewód tym lepiej. Należy jednak zapewnić możliwość swobodnej wymiany adapterów, dlatego nie należy przesadzać ze zbytnim jego skracaniem (egzemplarz modelowy posiadał przewód długości ok. lOcm).
Po montażu następuje zawsze najciekawszy moment: uruchomienie. Przy wyjętych z podstawek ukła-
Elektronika Praktyczna 5/2001
95
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
J1
VCC2
VPP
GND
P2.1
P2.2
P2.3
P2.4
P2.5
P2.6
P2.7
U1 ATMELAVH
VCC2
VCC
D7
D6
RDY
D5
D4
XTAL
D3
PRÓG
D2
P3.3
D1
DO 1
D1 2
D2 3
D3 4
D4 5
D5 6
D6 7
D7 8
VPP 9
10
RDY 11
PRÓG 12
P3.3 13
P3.4 14
P3.5 15
P3.7 16
17
16
XTAL 19
20
P3.4
DO
P3.5
_L7
P3.7
IDC40
Rys. 3.
dach U3 i U4 podłączamy zasilanie (najlepiej o wartości ok. 26V, ale może być niższe). Powyżej 14V nie uzyskamy jedynie wyższych napięć programujących - obecna wersja jeszcze nie pozwala na programowanie układów EPROM i GAL, więc napięcie 14V w zupełności wystarcza. Dioda D3 powinna świecić. Mierzymy napięcia między wyprowadzeniami 14 i 7 układu U3 oraz 40 i 20 układu U4 - powinno wynosić ok. 5V. Sprawdzamy napięcie na wyjściu stabilizatora Ul (końcówka 3) - tu powinno być 12V. Jeśli coś jest nie tak, należy poszukać błędu. W przeciwnym przypadku wyłączamy zasilanie, wkładamy do podstawek układy U3 i U4. Podłączamy programator do dowolnego portu COM komputera PC za pomocą przewodu zakończonego z obu stron wtyczkami ,,żeńskimi". Należy zwrócić uwagę na ,, skrzyżowanie" sygnałów RXD i TXD w kablu (typowy kabel tzw. ,,modem zerowy"). Na komputerze PC uruchamiamy dowolny program terminalowy np. HyperTerminal znajdujący się w każdym pakiecie Windows 95, 98 czy NT. W terminalu
1 ^ Ś^ 40
2 39
3 38
4 37
5 36
6 35
7 34
8 33
9 32
10 31
11 30
12 29
13 28
14 27
15 26
16 25
17 24
18 23
18 22
20 21
40 VCC2
należy skonfigurować port szeregowy, do którego jest podłączony programator (COMl do 4) na 19200 bodów, 8 bitów danych, 1 bit stopu, bez parzystości, sprzętowe sterowanie przepływem. Włączamy zasilanie progra-
J1
40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 VPP
GND

P2.1 RSMl

P2.2

P2.3

P2.4

P2.5

P2.6

P2.7

VCC2

VCC

D7

D6
RDY
D5

D4
XTAL
D3
PRÓG
D2
P3.3
Dl
P3.4
DO
P3.5
P3.7

matora. Jeśli wszystko zostało dobrze skonfigurowane i podłączone, to w okienku terminala powinien się zgłosić znak zachęty następującej postaci: RKProg>. Naciśnięcie klawisza ENTER powoduje kolejne wyświetlanie znaku zachęty. Teraz przyszła pora na sprawdzenie napięć programujących: podłączamy woltomierz między masę a końcówkę 40 złącza J2, w oknie terminala wydajemy komendę Tl. W odpowiedzi powinniśmy otrzymać napis 5V i takie napięcie powinien wskazywać także woltomierz. Naciśnięcie klawisza powoduje wyłączenie napięcia programującego. Wydając komendy od T2 do T5 sprawdzamy napięcia od 12 do 25V.
Jeśli powyższe czynności zostały wykonane prawidłowo i wszystko działa poprawnie, można przystąpić do próby generalnej. Zamykamy program terminalowy (żeby nie blokował portu szeregowego komputera PC). Przy wyłączonym zasilaniu podłączamy adapter układów ATMEL, PIC i EEPROM. Załączamy zasilanie programatora. Na komputerze PC uruchamiamy program RKProg32.exe (Win95, 98, NT - rys. 5) lub RKProgl6.exe (Windows 3.lx). W przypadku, gdy program powita nas komunikatem o braku odpo-
Ul MCS-51

A1 2
A2 3
A3 4
A4 b
A5 6
A6 7
A7 8
VCC2 9
A14 10
11
1?
13
RDY 14
1b
P3.5 16
P3.7 17
XII 18
X12 19
20
3 aa
4 37
5 36
6 35
7 34
8 33
8 as
10 31
11 30
12 29
13 28
14 27
15 26
16 25
17 24
18 23
19 32
20 21
39 DO
38 D1
37 D2
38 D3
35 D4
34 D5
33 D6
32 D7
31 VPP
30 PRÓG
29 GND
28 P3.4
27 P3.3
28 A13
25 A12
24 A11
23 A10
22 Ag
21 AS
wiedzi z programatora, należy wybrać z menu Port pozycję odpowiadającą portowi szeregowemu, do którego jest podłączony programator. Jeżeli ponownie pojawi się ten komunikat, należy postępować zgodnie ze wskazówkami zawartymi w tym oknie. Po poprawnym zainicjowaniu komunikacji pomiędzy programem sterującym a programatorem należy umieścić w odpowiedniej podstawce programowany układ (np. pamięć 24C02) wybrać z menu Typ wybrany układ (tu Typ -> EEPROM -> 24Cxx -> 24C02). Podpowiedz, gdzie należy umieścić dany układ jest wyświetlana przez program po wybraniu polecenia z menu Pomoc -> Położenie układu. Następnie można przejść do odczytania zawartości układu (menu Układ -> Czytaj). Pozostałe polecenia obsługuje się podobnie. Teraz pozostaje tylko poznanie obsługi programu, i można wykorzystywać programator do realizacji dowolnych projektów zawierających mik-rokontrolery czy pamięci nie-ulotne.
Zestaw komend
sterujących
programatorem
Dla osób chcących samodzielnie napisać program sterujący pracą programatora zamieszczam spis wszystkich komend:
Rwat
XTAL
J2
10 r 11 > CLK RST 01 os oa 04 06 Q6 07 OB OS Q10 9 AO
7 A1
6 A2
5 A3
3 A4
2 A5
4 AB
13 A7
12 A8
14 A9
15 A10
O1S 1 A11

4040 I
U2
10 _ > CLK RST 01 Q2 Q3 Q4 05 Q6 07 08 08 Q10 9 A12
11 7 A13
6 A14
5
3
2
4
13
12
14
15
Q12 1

Rys. 4.
96
Elektronika Praktyczna 5/2001
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
> c* 9
Pierwszy znak - rodzina
układu;
'A' - układy firmy Atmel serii MCS-51 typu AT89C;
'21 - szeregowe pamięci EEP-ROM s interfejsem I2C typu 24Cxx;
'3' - szeregowe pamięci EEP-ROM s interfejsem Micro-wire typu 93Cxx;
'7' - równoległe pamięci EP-ROM typu 27xx;
'G1 - układy GAL;
'P' - układy f-my Microchip serii PICl6x8x;
'V - układy f-my Atmel serii AVR typu AT90Sxxxx;
T - testowanie układu programatora (sprawdzanie napięć programujących).
Drugi znak - komenda do
wykonania;
'R' - odcsyt pamięci;
'W - programowanie pamięci;
'E' - kasowanie układu;
'S' - odcsyt sygnatury;
'E' - test "czystości" pamięci;
'F' - sapis bitów konfiguracji (csasem zabezpieczenia) układu;
'G' - odczyt bitów konfiguracji (czasem zabezpieczenia) układu;
'0' - odczyt pamięci EEPROM niektórych procesorów;
'P' - zapis jw.;
'Q' - przerwanie aktualnie wykonywanej czynności.
Tizeci znak (opcjonalnie}-
typ układu w ramach
rodziny określonej
pierwszym znakiem
polecenia;
- dla pierwszego znaku '2': '2' - 24C01A;
'3' - 24C02; '4' - 24C04; '5' - 24C08; '6' - 24C16;
- dla pierwszego znaku '3': '1' - 93C06;
'2' - 93C46; '3' - 93C56;
'4' - 93C57; '5' - 93C66;
- dla pierwszego znaku 'A': '1' - AT89C1051;
'2' - AT89C2051; '3' - AT89C4051; '4' - AT89C51; '5' - AT89C52;
- dla pierwszego znaku 'V: '1' - AT90S1200;
'2' - AT90S2313;
- dla pierwszego znaku 'P': '1' - PIC16F83;
'2' - PIC16F84;
- dla pierwszego znaku '7': '1' - 2716 z Upp=25V;
'2' - 2732 z Upp=2lV; '3' - 2732 z Upp=25V; '4' - 2764 z Upp=12V; '5' - 2764 z Upp=2lV; '6' - 27128 z Upp=12V; '7' - 27128 z Upp=2lV; '8' - 27256 z Upp=12V; '9' - 27256 z Upp=2lV; 'A' - 27512 z Upp=12V; 'E' - 27010 z Upp=12V; 'C - 27020 z Upp=12V; 'D' - 27040 z Upp=12V; 'E' - 27080 z Upp=12V;
- dla pierwszego znaku 'G': '1' - GAL16V8;
'2' - GAL20V3; '3' - GALl8Vl0; '4' - GAL22Vl0.
Komunikaty synchronizu-jące transmisję danych, wysyłane przez programator i do programatora:
'N' - prośba o następne dane; 'R' - prośba o powtórzenie danych; 'E' - błąd.
Przykład;
Aby odczytać pamięć programu układu AT90S1200 na-leśy wysłać komendę 'VPl'. W odpowiedzi otrzymamy paczkę 65 bajtów (64 bajty danych oraz bajt sumy kontrolnej). Po ich otrzymaniu należy sprawdzić
sumę kontrolną - jest ona wyliczana według następującego algorytmu zapisanego w języku C:
ttdeflne BL_LEN S4r
/* Śałllgość bloku danych */
Unslgned char BUFFER[BL_LEW+1];
I* bufor Z danymi */
sUrna_kont ro Ina =0;
I* lnlcjalizacja sUrny
kontrolne] */
Unslgned char lr
for (1=0r lsUrra_kontrolna+=BUFFER[l] ; I* licz sUrnę kontrolną */
sUrna_kont ro Ina = - sUrna_kont ro 1 -
na + lr
/* uzupełnienie do 2 * I
Jeżeli wyliczona suma kontrolna zgadza się z odebraną, to mośna odczytać następne dane poprzez wysłanie do programatora komendy 'N'. W odpowiedzi otrzymamy kolejną porcję danych. W przeciwnym przypadku mośna wysłać do programatora komendę 'R' - prośbę o powtórzenie danych. Proces ten mośna przerwać wysyłając komendę 'Q'. Robert Krysztof
Elektronika Praktyczna 5/2001
97
Karty z interfejsem PCI całkowicie zadomowiły
się we współczesnych komputerach, praktycznie
eliminując karty z wcześniejszymi interfejsami.
Skomplikowane mechanizmy wymiany danych
w PCI spowodowały dość szybkie wyeliminowanie z rynku tych producentów kart,
którzy nie poradzili sobie z opracowaniem układów potrafiących "dogadać się" w systemie
PCI. Sytuację uratowali producenci
specjalizowanych, scalonych mostków PCI, które
przejmują na siebie wszystkie kłopoty związane
z obsługą transmisji, zapewniając użytkownikowi
"przezroczysty" dostęp do PCI. Przykładowe rozwiązanie, wykorzystujące układ PCI9050 firmy PLX, przedstawiamy w artykule.
Zestaw ewaluacyjny PCI9050SDK
Rosnące wymagania w stosunku do wydajności współczesnych komputerów nieustannie stymulują badania nad nowymi standardami interfejsów, które mogą im sprostać. Jednym z nowszych opracowań, dobrze już ulokowanych na rynku, jest interfejs PCI, a właściwie jego podstawowa 32-bitowa wers-J ja, powszechnie stosowana w komputerach PC. Popular-1 ność tego standardu można łatwo wytłumaczyć jego dużą przepustowością (do 132MB/ s), możliwością samoczynnego konfigurowania modułów peryferyjnych wchodzących w skład systemu komputerowego (pług & play) i łatwością dynamicznego dostosowania przepustowości wirtualnego kanału komunikacyjnego do chwilowych wymagań pe-ryferiów dołączonych do magistrali. Nie bez znaczenia są także: możliwość współpracy w jednym systemie wielu sterowników typu Master, możliwość przesyłania danych paczkami o ,,szerokości" dostosowanej do wymagań aplikacji, a także wbudowane mechanizmy arbitrażu, które optymalizują procesy wymiany danych poprzez magistralę.
Kolejnym atutem interfejsu PCI jest jego dostępność i niska cena różnego rodzaju kart komputerowych, spowodowana ich masową produkcją.
Wykorzystanie interfejsu PCI w jednostkowych lub niskonakładowych urządzeniach wiąże się z szeregiem kłopotów, wśród których najpoważniejszymi są: konieczność stosowania buforów I/O o specyficznych charakterystykach, a także skomplikowany przebieg uzgodnień komunikacyjnych.
Ominięcie tych problemów jest możliwe przez zastosowanie mostków PCI wykonanych w technologii FPGA/ CPLD lub w masowo produkowanych, specjalizowanych układach interfejsowych. Ze względów ekonomicznych drugie z wymienionych rozwiązań wydaje się być lepszym do stosowania w urządzeniach prototypowych i niskonakładowych.
Rola mostka PCI w kanale wymiany danych
Na rys. 1 przedstawiono strukturę typowego kanału przekazywania danych między aplikacją użytkownika a modułami peryferyjnymi zamontowanymi na karcie PCI. Położenie mostka PCI jednoznacznie określa jego rolę - odpowiada on za obsługę sygnałów magistrali PCI i dwukierunkowe
Elektronika Praktyczna 1/2001
51
SPRZĘT
Aplikacja użytkownika
PUCAPI DLL
DrtverWlndOYfsPLX
4
Magistrala systsmowa PCI
1 Karta PCI
Mostak PCI u
CPU l/O
t -----+ > 1 k f
>
Magistrala tak i > k r
l/O Pamięć
I� m

Rys. 1.
LAD[31:0] LA[27:2l .
LBE[3:Q]# ^ ^ LIWH1 ^ LIWT12 . LCLK ^ LHOLD
LHOLDA ^
LRESET# ^ BCLJg)
CS[1:0]# ^ JJSERO/WArTCML JJSERI/LLOCK^L ^ USER2/CS2*
USER3/CS3#
BLAST#
LW/R#
Pamięć konfiguracji EEPROM ^ eecs
Rys. 2.
przesyłanie danych pomiędzy modułami peryferyjnymi karty i innymi elementami wchodzącymi w skład systemu, np. głównym procesorem wykonującym program aplikacyjny użytkownika. Zadaniem mostka jest także generacja i obsługa sygnałów sterujących zarówno od strony magistrali PCI, jak i magistrali lokalnej. Na rys. 2 przedstawiono grupy najważniejszych sygnałów sterujących oraz magistral adreso-
RD#
WR#
LRDYi#
BTERM#
ALE
MODĘ
wych i danych, które są niezbędne do prawidłowej wymiany danych między interfejsem PCI i modułami dołączonymi do lokalnej magistrali danych.
Wszystkie elementy peryferyjne wchodzące w skład typowej karty PCI są dołączone do lokalnej magistrali danych, którą można skonfigurować jako 8-, 16- lub 3 2-bitową. Układy PCI9050 pracują w trybie slave PCI i jednocześnie
są masterami magistrali lokalnej. Z tego powodu mostki ,,zawiadują" wszystkimi lokalnymi sygnałami sterującymi, odpowiadają także za przekazywanie i potwierdzanie obsługi lokalnych przerwań do interfejsu PCI.
Ze względu na zastosowane w PCI rozwiązania, transmisja danych pomiędzy modułem master szyny a szyną lokalną jest asynchroniczna. Ponieważ lokalne procesy transmisyjne są synchronizo-wane sygnałami zegarowymi, w ścieżce wymiany danych są stosowane pośredniczące pamięci typu FIFO o pojemności 64B i 32B, odpowiednio dla zapisu i odczytu danych.
Do osobnej, 4-liniowej magistrali danych jest dołączona szeregowa pamięć nieulot-na EEPROM, w której przechowywane są informacje o wynegocjowanej w arbitrażu PCI bieżącej konfiguracji mostka. Konfiguracja układu jest zapisana w 100 bajtach, tworzących 16-bitowe słowa. Dostęp do tej pamięci ma we-
Pamięć
wnętrzny kontroler szeregowy. Zapisy w rejestrach kon-figuracyjnych mostka może także modyfikować procesor [master) szyny PCI. Układy PCI905 0/52 mogą pracować także bez pamięci EEPROM, co powoduje automatyczne zapisanie do rejestrów konfiguracji wartości domyślnych. Sprzętowe mostki PCI są ulokowane stosunkowo nisko w warstwowej hierarchii wymiany danych we współczesnych systemach operacyjnych (rys. 1). Z tego powodu zapewnienie dostępu aplikacji użytkownika do sprzętu wymaga przygotowania odpowiednich sterowników programowych SYS/VXD, które obsługują warstwy: sprzętową [kernel] i API [user).
Duża rzecz: sterownik
Przygotowanie sterowników za pomocą klasycznych narzędzi wymaga niezwykle szczegółowej wiedzy na temat mechanizmów współpracy poszczególnych warstw systemu operacyjnego. Znacznie prostszymi w stosowaniu narzędziami są programowe pakiety kreatorów sterowników, jak na przykład DriverWizard firmy Jung o (kiedyś KRF Tech.). Jest to bardzo proste w obsłudze narzędzie, za pomocą którego można przygotować wydajne sterowniki dla wszelkiego typu urządzeń z interfejsem PCI, USB, itp.
Program DriverWizard samoczynnie wykrywa zainstalowane w systemie karty PCI (rys. 3) i umożliwia wstępną edycję ich zasobów (rys. 4).
I
ra hm
PO U*
fCl Wal S2tYBi|nfell
PO WE (ttt1�fE
pq
Rys. 3.
52
Elektronika Praktyczna 1/2001
SPRZĘT
p
UD * ł ]iiiipi| a
i Ś[Ś-t->j --------------------------

jin**i�

II
Rys. 4.
Po określeniu wszystkich nastaw interfejsu, DriveWizard generuje projekt sterownika w postaci źródłowej w języku C + + lub Pascal (Delphi). W zależności od wymagań użytkownika, przygotowywany jest plik główny projektu dla wybranego środowiska programistycznego (np. MS Developer Studio, Linux/Sola-ris Make, Borland C++ Buil-der). Z poziomu DriverWizar-da można także przeprowadzić prosty debugging przygotowywanego dr iv era.
PLX Monitor 2000
Producent układów PCI9050 przygotował do monitorowania swoich układów specjalny program narzędziowy Monitor 2000, za pomocą którego można odczytać oraz modyfikować zawartości wewnętrznych rejestrów. Program ten automatycznie opisuje edytowane rejestry nazwami określającymi spełniane przez nich funkcje, dzięki czemu korzystanie z tego narzędzia jest bardzo łatwe.
Na rys. 5 przedstawiono okno konfiguracji rejestrów sterujących kanałami DMA, a na rys. 6 okno, w którym można modyfikować nastawy przechowywane w pamięci konfiguracji EEPROM.
Zestaw
uruc ho mi enio wy
Firma PLX opracowała prosty zestaw uruchomieniowy PCI9050SDK (fot. 1), za pomocą którego można poznać sposób obsługi i programowania mostków PCI905 0 oraz przetestować działanie samodzielnie wykonanego urządzenia (na uniwersalnej części płytki drukowanej). Ponieważ układ PCI9050 opracowano z myślą o wykorzystaniu go jako mostka pośredniczącego między magistralą PCI a kartami ISA, moduł dostarczony w zestawie można wykorzystać także jako konwerter PCI<->ISA. Otrzymany przez nas zestaw zawiera ponadto kartę modemową z interfejsem ISA, która może
służyć do przeprowadzania testów pracy konwertera. Atutem rozwiązania zaproponowanego przez PLX jest bogate wyposażenie karty w peryferia, w tym szybką pamięć RAM oraz bufory separujące interfejs ISA od magistrali lokalnej mostka PCI9050.
Zestaw PCI9050SDK zawiera także zestaw uproszczonej dokumentacji drukowanej oraz szczegółową dokumentację w postaci cyfrowej, dostarczaną na płycie CD-ROM. Piotr Zbysiński,AVT
Szczegółowe informacje o mostkach PCI firmy PLX są dostępne w Internecie pod adresem: http://www.plxtech.com/ home/frameset.htm.
Dodatkowe informacje o WinDriverze można znaleźć pod adresem: http://www.jun-go.com/windriver.html.
Prezentowany w artykule zestaw oraz próbki układów PCI9050 udostępniła redakcji firma ELFA Polska, tel. (0-22) 652-38-80, www.elfa.se.

Rys. 5.
Rys. 6.
Elektronika Praktyczna 1/2001
53
5 Międzynarodowy magazyn elektroników konstruktorów
6/2001
czerwiec � 15 zł 50 gr (w tym 7% vat)
L*
PODZESPOŁY: ENERGOOSZCZĘDNE ty MIKROKONTROLERY MŚ;
WYSOKOSPRAWNY WZMACNIACZ AUDIO 2x250W *Ś- TESTER REZONATORÓW KWARCOWYCH
PROGRAMATOREK PROCESORÓW AVR L_ GENERATOR EFEKTÓW ŚWIETLNYCH PROGRAMOWANY ZEGAR Z DCF77 PCNICZA LAMPA ATELIEROWA L' LAMPA ROWEROWA
SPRZĘT: - i MIERNIK POZIOMU PROLINK-1B
3
ar
EMULATOR
EPon/offLIME ISSN lt4D-7tc15
AUTOMATYKA
UMIKUM
Automatyzacja procesów
przemysłowych wymogła na
producentach urządzeń do
systemów automatyki
opracowanie elektronicznych
sterowników silników
elektrycznych, które umożliwią
płynną regulację ich obrotów
bez utraty momentu obrotowego,
i zapewniają ich stabilną pracę
także przy niewielkich
prędkościach obrotowych. Jedną
z firm, która ma w swojej
ofercie takie sterowniki jest
Omron. W artykule
przedstawiamy kompaktowy
falownik Sysdrive 3G3MV, który
wchodzi w skład rodziny
falowników o mocach
wyjściowych od 0,2 do 7,5kW.

Nowoczesne sterowniki napędów elektrycznych
Zaczniemy od krótkiego wstępu, w którym skrótowo wyjaśnimy konieczność stosowania falowników, zwanych czasami z angielska inwer-terami. Temat ten dogłębnie wyjaśniliśmy w EP09/2000.
Najbardziej efektywną metodą regulacji szybkości obrotowej silników elektrycznych zasilanych napięciem zmiennym jest zmiana częstotliwości napięcia zasilającego silnik. Aby uniknąć problemów z przegrzewaniem uzwojeń silników, falowniki obniżają także nieco napięcie zasilające, czego wynikiem jest (w pewnym zakresie) stabilizacja mocy dostarczanej do uzwojeń.
Schemat zasilania silnika trzyfa-zowego za pomocą falownika pokazano na rys. 1. Jak widać, wyprostowane napięcie trójfazowe jest filtrowane i zasila falownik. Praca falownika polega na konwersji napięcia stałego na zmienne o kształcie maksymalnie zbliżonym do sinusoi-dy. Do konwersji najczęściej jest stosowana metoda PWM (ang. Pulse Width Modulation), która gwarantuje wysoką sprawność przetwarzania. W celu zapewnienia dużej dynamiki i kontroli momentu obrotowego stosuje się metodę kontroli wektora pola elektromagnetycznego. Taka metoda sterowania kluczami wyjściowy-
Elektronika Praktyczna 6/2001
135
AUTOMATYKA
Rys. 2.
mi zapewnia optymalny prąd wyjściowy falownika.
Każda nieliniowa konwersja sygnału elektrycznego powoduje powstawanie sygnałów harmonicznych, których poziom - zwłaszcza w przypadku falowników pracujących z dość dużymi prądami - jest wysoki. Ponieważ generowane harmoniczne mają charakter zakłóceń elektromagnetycznych o dużym natężeniu, twórcy falowników szukali metod obniżenia ich poziomu, w wyniku czego powstały falowniki 12-pulsowe, zasilane z jedno-, dwu-
Rys. 3.
lub trójfazowych prostowników dwupołówkowych. Na rys. 2 i rys. 3 pokazano kształt napięcia na wejściu falownika przy zasilaniu 6-i 12-pulsowym (w drugim przypadku dodatkowo zastosowano transformator przesuwający fazę). Jak widać, drugi z przebiegów niemal idealnie przypomina swoim kształtem przebieg sinusoidalny (zniekształcenia nieliniowe poniżej 12%), w związku z czym poziom zakłóceń generowanych do otoczenia, a przede wszystkim sieci energetycznej jest niewielki.
Możliwości 3G3MV
Symbolem 3G3MV oznaczono całą rodzinę falowników o różnych mocach wyjściowych, różnej liczbie faz wyjściowych oraz różnym nominalnym napięciom zasilania. Zestawienie podstawowych parametrów falowników tej rodziny przedstawiono w tab. 1.
Konstrukcję tych urządzeń zoptymalizowano pod kątem maksymalnej prostoty stosowania, uniwersalności, niskiej ceny i wysokiej sprawności energetycznej. Z tego właśnie powodu do hamowania silnika falownik wykorzystuje nie tylko rezystor hamujący, lecz potrafi część energii hamowania odzyskać i zgromadzić w kondensatorach filtra wejściowego.
Uniwersalność prezentowanych w artykule falowników zapewnia m.in. możliwość wykorzystania ich jako lokalnych regulatorów (stabilizatorów obrotów) ze sprzężeniem zwrotnym. Do tego celu można wykorzystać wejścia prądo-
136
Elektronika Praktyczna 6/2001
AUTOMATYKA
we 0..20/4..20mA, wejście napięciowe O..1OV lub wejście częstotliwościowe 0,1..33kHz. Wejście częstotliwościowe jest szczególnie przydatne podczas współpracy falownika z prostymi sterownikami PLC lub innymi systemami sterowania wyposażonymi tylko w wyjścia cyfrowe.
Dostępnych jest 16 programowalnych częstotliwości wyjściowych, wykorzystywanych do sterowania generatora PWM. Płynną regulację częstotliwości zapewnia obrotowy nastawnik na płycie czołowej falownika i przyciski.
Falowniki 3G3MV wyposażono w 7 wejść cyfrowych o programowanych funkcjach, które umożliwiają zbudowanie wygodnego panelu operatorskiego o funkcjach ściśle dostosowanych do wymagań konkretnej aplikacji. Wszystkie wejścia falownika mogą być sterowane za pomocą włączników lub wyjść tranzystorowych PNP i NPN. W przypadku wykorzystywania falownika jako regulatora procesu przydatne mogą oka-
zać się dwa niskoprądowe wyjścia transoptorów (z połączonymi emiterami), przełączane wyjście przekaźnikowe oraz wyjście analogowe lub impulsowe, które umożliwia moni-toring wybranych programowo parametrów regulacji.
Na rys. 4 pokazano uproszczony schemat podłączenia falownika wraz z kompletem peryferii. Na rysunku tym widać także styki interfejsu komunikacyjnego RS422/485, za pomocą którego falownik można zdalnie obsługiwać i konfigurować, a także odczytywać parametry regulacji. W przypadku takiej konieczności falownik można dołączyć także do sieci przemysłowej ProfiBus, CAN Open czy też DeviceNet.
Zastosowanie tego interfejsu oraz odpowiedniego oprogramowania podczas konfiguracji, pomimo przejrzystego menu dostępnego lokalnie z poziomu klawiatury i czytelnej sygnalizacji na panelu czołowym, znacznie ułatwia pracę operatorowi. Wynika to z faktu wykorzystywania
przez sterownik falownika ok. 200 rejestrów, w których są przechowywane parametry regulacji i sterowania pracą silnika. Zastosowanie takiej metody kon figuro wania pracy falownika zapewnia jego niezwykle dużą elastyczność i łatwość dostosowania charakterystyki wyjściowej do możliwości silnika i wymagań aplikacji (np. bardzo szybki, przy tym łagodny start silnika).
Pomimo stosunkowo dużych mocy wyjściowych, wymiary sterowników 3G3MV umożliwiają ich montaż bezpośrednio na szynie DIN35, a wbudowany wentylator zapewnia odpowiednie warunki chłodzenia elementów mocy.
Wiele wskazuje na to, że różnego rodzaju moduły falownikowe będą coraz częściej wykorzystywane do regulacji i stabilizacji obrotów silników elektrycznych. Zastosowanie falowników zwiększa sprawność energetyczną urządzeń, zapewnia wysoki komfort eksploatacji silników, jak również zwiększa ich trwałość. Dzię-
Elektronika Praktyczna 6/2001
137
AUTOMATYKA
Tab. 1. Zestawienie podstawowych parametrów falowników tworzących rodzinę 3G3MV.
Liczba faz/ napięcie zasilania IV] Moc dostarczana do silnika [kW] Typ falownika
3/220 0,1 3G3MV-A2001
3/220 0,2 3G3MV-A2002
3/220 0,4 3G3MV-A2004
3/220 0,75 3G3MV-A2007
3/220 1,5 3G3MV-A2015
3/220 2,2 3G3MV-A2022
3/220 4 3G3MV-A2040
1/220 0,1 3G3MV-AB001
1/220 0,2 3G3MV-AB002
1/220 0,4 3G3MV-AB004
1/220 0,75 3G3MV-AB007
1/220 1,5 3G3MV-AB015
1/220 2,2 3G3MV-AB022
1/220 4 3G3MV-AB040
3/380 0,2 3G3MV-A4002
3/380 0,4 3G3MV-A4004
3/380 0,75 3G3MV-A4007
3/380 1,5 3G3MV-A4015
3/380 2,2 3G3MV-A4022
3/380 3 3G3MV-A4030
3/380 4 3G3MV-A4040
3/380 7,5 3G3MV-A4075
ki temu można się spodziewać, że obecność falowników w układach napędowych będzie tak oczywista, jak obecność uzwojeń czy łożysk. Tomasz Paszkiewicz, AVT
Na pfycie CD-EP6/2001B publikujemy program SYSDrive Selecior, który ułatwia samodzielne dobranie falownika odpowiedniego do aplikacji, zawiera także wiele informacji o technologii "falownikowego" zasilania silników elektrycznych.
Filtr zakłóceń
(opcja) L1
Rezystor hamujący (opcja)
Zasilany silnik
Wielofunkcyjna
wyjście
przekaźnikowo
Wejście wielofunkcyjne 1
Wielofunkcyjne
wyjście
transoptorowe
Wap6 na kila wajść wjelofunkc.
Wblofunkctfne
wyjście
tranaoptorowe
Regulator częstotliwości
Żtodto
Śnpulsów
aterujących
Port
komunikacyjny RS-422/RS-485
Wielofunkcyjne wejście napięciowe
Wielofunkcyjne wejście prądowo
Wejście wspólne plGND)
Złącze
Wielofunkcyjna
wyjście
anal ogowe/lmpu I sowo
Dodatkowy panel
1 stenjący
2 CNE 3
Rys. 4,
Prezentowane w artykule urządzenia dostarczyła firma Omron, iel. (0-22) 645-78-60, www.omron.com,pl.
omrcon
133
Elektronika Praktyczna 6/2001
PROJEKTY
Amplituner FM z RDS
AVT-5016
Ogromn e zain tereso wanie,
jakim cieszy się wśród
Czytelników EP tuner FM
AVT-900, zachęciło nas do
opracowania jego nowszej,
zn acznie u doskon alon ej wersji.
Jest to kompletny amplituner
FM wyposażony w dekoder
RDS, sterowany za pomocą
magistrali IIC (PC).
Amplituner ma niebanalną
i bardzo nowoczesną
konstrukcję, dzięki której
doró wn uje param etrami
wielokrotnie droższym
amplitunerom z firm
znanych na rynku
sprzętu audio.
Pomysł skonstruowania ampli-tunera FM narodził się podczas prac nad dekoderem RDS. Żeby wykorzystać informacje przesyłane przez RDS i sterujące pracą tunera np. AF (ang. alternative frequency), TP (ang. trafne program) itp., potrzebny jest sterownik, który spełnia funkcję dekodera RDS i sterownika tunera FM. W uniwersalnym dekoderze informacje te można najwyżej wyświetlać. Ostatecznie można sygnalizować pojawianie się informacji typu TP lub news za pomocą odpowiedniego stanu linii portu.
Po zakończeniu prac nad dekoderem rozpoczęły się poszukiwania głowicy FM z syntezą częstotliwości, którą można by było wykorzystać w planowanym am-plitunerze. Okazało się to trudniejsze
PROJEKT Z OKŁADKI
niż oczekiwałem. Znalezione głowice nie pasowały do mojej koncepcji i wydawało się, że pomysł stopniowo popadnie w zapomnienie. Jednak w pewnym momencie pojawiła się realna szansa zdobycia modułu OM5610 firmy PHILIPS, który idealnie spełniał przyjęte założenia i rozpoczęły się prace nad tunerem FM.
Jak to często bywa, apetyt rośnie. Skoro jest już sterownik obsługujący moduł OM5610 i preprocesor RDS SAA 6588, to dlaczego nie dorobić jakiegoś sterowania torem audio? Tak powstał pomysł skonstruowania amplitune-ra z RDS-em i cyfrowo sterowanym torem audio. Był już kompletny cyfrowo sterowany moduł FM z dekoderem stereo, moduł preprocesora RDS, pozostał do rozwiązania problem toru m.cz. Wybór padł na układ procesora audio LM4832 firmy National Semiconductor.
Kiedy była gotowa koncepcja układowa, pozostało określić przynajmniej w zarysie założenia funkcjonalne amplitunera. Musi on mieć możliwość programowania i zapamiętywania częstotliwości stacji radiowych, wyświetlania częstotliwości odbieranych stacji. Dekoder RDS powinien umożliwiać wyświetlanie PSname lub radiotekstu i za pomocą listy AF realizować automatycz-
Elektronika Praktyczna 6/2001
Amplituner FM z RDS
GND
vcc
KONTR RS R/W EN
WREN GND CLCK GND STEREO DATA +5V +12V AUDIO R AUDIO L GND
+12V
O
_C16
"1O0nF
C13 = Ś10ti/25V
U6 7805
+5V
O
WE WY GND
_C1B
~10GnF
:C14
Ś1U/35V
GND GND GND
Rys. 1. Schemat elektryczny sterownika tunera.
ne szukanie alternatywnych częstotliwości odbieranej stacji. Tor audio to oczywiście regulacja siły głosu, barwy tonu i balansu.
Opis układu
Takie były założenia, a popatrzmy teraz, jak wygląda realizacja projektu. Na rys. 1 pokazano schemat sterownika amplitune-ra. Całość zasilana może być napięciem przemiennym o wartości ok. 15V lub napięciem stałym o podobnej wartości. Napięcie to podawane jest na TRI i TR2. Stabilizator U6 dostarcza napięcia +5V do zasilania układów cyfrowych, modułu OM5610 i procesora audio LM4832. Układ U5 należy wyposażyć w radiator w przy-
padku, gdy do wyjść LM4832 będzie dołączane obciążenie o niewielkiej impedancji. Napięcia +12V i +5V są blokowane za pomocą kondensatorów lOOnF i tantalowych l|iF/35V. Szczególnie ważne dla poprawnej pracy sterownika jest odpowiednie zablokowanie napięcia +5V zasilającego mikrokontroler AT89C52. Mikrokontroler Ul pracuje z rezonatorem kwarcowym o częstotliwości 12MHz. Odpowiednie zerowanie Ul po włączeniu zasilania zapewnia kondensator C3. Rezystor Rl wymusza wysoki poziom napięcia na wejściu !EA/VP. Mikrokontroler korzysta wtedy z wewnętrznej pamięci programu o maksymalnej pojemności 8kB.
Do linii portu Pl podłączone są wiersze matrycowej klawiatury
0 16 klawiszach. Kolumny tej klawiatury są dołączone do linii P3.0
1 P3.1 portu P3. Linia P3.6 jest linią danych SDA, a linia P3.7 linią sygnału taktującego SCL magistrali IIC obsługującej preprocesor SAA6588. Rezystory Rll i R12 zapewniają odpowiednie podciąganie tych linii do plusa zasilania. Do linii INTO podłączony jest sygnał DAVN preprocesora U2. Linia P3.4 to linia sygnału SDA, a linia P3.5 sygnału SCL magistrali IIC obsługującej pamięć EEP-ROM oraz procesor audio LM4832. Rezystory R12 i R13 zapewniają odpowiednie podciąganie tych linii do +5V.
Elektronika Praktyczna 6/2001
15
Amplituner FM z RDS
GLL
C7 100n
GLR
R1
680k
U1
L3D
BYP
LPOWOUT
POW GND
LLOOPIN
LTONEOUT RTONEOUT
LTONE IN
LLOOPOUT RLOOPOUT
LIN
ANALOG GND
MIC IN
MIC2IN
Vdd
MIC OUT
LM4832
C11 47m/16V
Rys. 2. Schemat elektryczny przedwzmacniacza audio.
Dlaczego zastosowano dwie odrębne magistrale IIC? Przecież z założenia do jednej magistrali można dołączyć wiele układów o różnych adresach, a tak tu właśnie jest. Wynika to z tego, że sygnał DAVN może w dowolnym momencie wyzwolić przerwanie. Procedura przerwania przejmuje kontrolę nad magistralą IIC. Może się zdarzyć, że w tym momencie inne urządzenie korzysta z magistrali i wymiana informacji z tym urządzeniem może zostać przerwana w trudnym do przewidzenia momencie. Oczywiście można próbować metodami programowymi nie dopuścić do takiej sytuacji. Rozdzielenie magistral jest jednak rozwiązaniem prostszym i pewniejszym, a nie brakuje linii portów.
Sterowanie modułem OM5610 realizowane jest za pomocą linii portu PO. Rezystory R3. ,R6 wymuszają wysoki poziom napięcia na liniach PO w momencie, kiedy do rejestru PO wpisana jest jedynka i port pracuje jako bezpośrednie wejście/wyjście (a nie magistrala ADO..7). Wyświetlacz LCD 2x20 znaków sterowany jest liniami portu P2.
Układ preprocesora RDS jest praktycznie taki sam jak w opisywanym już uniwersalnym dekoderze. Sygnał MPX z nóżki 12 modułu OM5610 podawany jest przez kondensator C9 na nóżkę 16 układu U2 (wejście MPX). Elementy R9, C8 oraz R8, C6 odpowiednio filtrują
napięcie zasilające część analogową i cyfrową preprocesora, tak aby eliminować zakłócenia przenoszone poprzez zasilanie. Rezonator pracuje z częstotliwością 8,664MHz.
Układ U3 to, znana Czytelnikom EP, pamięć EEPROM PCF8582 zapisywana i odczytywana poprzez magistralę IIC. W pamięci tej zapisane są zaprogramowane wartości częstotliwości oraz wszystkie bieżące ustawienia amplitunera. Istotne jest, aby po wyłączeniu i ponownym włączeniu urządzenia ustawiony był ten sam program, ten sam poziom głośności, barwy tonu, balansu oraz ustawienia dotyczące RDS-u. Dlatego wszystkie te ustawienia są zapisywane do pamięci EEPROM i po włączeniu zasilania zostaną odtworzone.
Sygnały audio kanału lewego i prawego są wyprowadzone na gniazda typu cinch wlutowane w płytkę. Do punktów lutowniczych Kl, K2, W1..W8 podłącza się płytkę klawiatury. Punkty opisane jako WYS LCD służą do podłączenia wyświetlacza LCD. Sygnały magistrali IIC potrzebne do sterowania torem audio dołączane są do punktów SDA i SCL. Na płytce przewidziane jest miejsce dla układu zegara czasu rzeczywistego PCF8583. W opisywanym układzie sterownika nie jest on wykorzystywany, a przeznaczony jest dla przyszłych zastosowań.
10 10
SCLSDA
Na rys. 2 pokazano schemat toru m.cz. Jest to typowa aplikacja układu LM4832. Kondensatory Cli, C12 i C13 blokują napięcie zasilające +5V. Ponieważ jest to napięcie, które zasila też część cyfrową, to konieczne jest odfiltrowanie zakłóceń o charakterze impulsowym. Równolegle połączone kondensatory Cl, Cl' oraz C2, C2' oddzielają składową stałą sygnału wejściowego dla kanału lewego i prawego. Kondensatory C6 i C5 są włączone w obwód regulacji tonów niskich dla kanału prawego, a kondensatory C4 i C3 dla kanału lewego. Kondensatory CIO i C9 oddzielają składową stałą sygnału wyjściowego. Kondensator C7 oraz rezystory Rl i R2 to zewnętrzne elementy układu p oszerzania bazy sygnału stereofonicznego (3D). Układ jest
Tab. 1. Funkcje bitów rejestru sterującego w OM5610.
S.24 (MSB) Start/stop szukania
D.23 Kierunek szukania 1 - góra, 0- dół
M.22 Tryb mono/stereo 1-wymuszony tryb mono 0 -tryb stereo
B.21 B.20 Wybór zakresu
P0.19 Local/dx
P1.18 Nie używane (0)
S0.17 S1.16 Poziom czułości wyszukiwania stacji
15 (0)
F.14-F.0 (LSB) Częstotliwość
16
Elektronika Praktyczna 6/2001
Amplituner FM z RDS
sterowany poprzez magistralę IIC. Sygnał SDA podawany jest na jego nóżkę 18, a sygnał SCL na nóżkę 17. Stan wejść ADDl i ADD2 określa adres interfejsu LM4832 w magistrali IIC. W naszym rozwiązaniu na obu tych wejściach jest poziom wysoki.
Mikrokontroler za pomocą magistrali może programować osiem rejestrów sterujących pracą układu. Pierwszy z nich to Input Volume Control. Wartość wpisana do tego rejestru określa tłumienie wzmacniaczy wstępnych, w zakresie od OdB do -14dB z krokiem 2dB, jednocześnie dla obu kanałów. Można więc dobrać czułość wejściową układu w dość szerokich granicach. Następne dwa rejestry zawierają wartości regulujące tony niskie i tony wysokie. Za pomocą rejestrów Right Output Volume i Left Output Volume jest regulowana siła głosu, w każdym kanale oddzielnie. Dwa następne: Mic Input and Gain oraz Microp-hone Volume są przeznaczone do regulacji toru mikrofonu. Ta część LM483 2 nie jest wykorzystywana w układzie, więc nie będziemy się nią zajmować. Ostatni rejestr General Control steruje pozostałymi istotnymi parametrami układu. Można za jego pomocą wprowadzić LM483 2 w stan czuwania z bardzo ograniczonym poborem mocy, sterować stanem dodatkowego wyjścia GPO, włączać i wyłączać efekt poszerzania bazy stereo (3D), wymuszać pracę monofoniczną lub udostępniać zewnętrzne dołączanie regulatorów (korektorów) barwy tonów. Wewnętrzna regulacja barwy wtedy nie działa. Procesor LM4832 ma wbudowany wewnętrzny układ zerowania po włączeniu zasilania, można go też zerować za pomocą wejścia reset. Po wyzerowaniu wszystkie rejestry przyjmują wartości domyślne. Program sterujący musi w procesie inicjalizacji odpowiednio do potrzeb zaprogramować układ. Dokładny opis wszystkich rejestrów i sposobu ich programowania można znaleźć w materiałach firmowych National Semiconductor (zamieszczone także na CD-EP6/2001B).
Wejściowe sygnały m.cz. są wyprowadzone poprzez gniazda typu cinch wlutowane bezpośrednio w płytkę, natomiast sygnały
wyjściowe podłączone są do złącz śrubowych również wlutowanych w płytkę.
Do omówienia pozostał jeszcze blok klawiatury, którego schemat elektryczny p okazano na rys. 3. Klawiatura ma 16 klawiszy zorganizowanych w dwie kolumny po 8 klawiszy. Dwanaście klawiszy przeznaczonych jest do wyboru zaprogramowanych stacji, a pozostałe cztery są klawiszami funkcyjnymi.
Po włączeniu zasilania pierwszą czynnością, jaką wykonuje mikrokontroler, jest inicjalizacja licznika Tl oraz wyświetlacza LCD. Następnie wykonywana jest procedura odczytywania z pamięci EEPROM ostatnich ustawień: numeru ostatnio odbieranego programu, numeru ostatnio wywoływanej funkcji, poziomu głośności kanału lewego i prawego, ustawień tonów niskich i wysokich. Odczytywane są też parametry pracy dekodera RDS (aktywacja RDS i rodzaj wyświetlanej informacji). Procedura ta ma wbudowany mechanizm sprawdzania, czy w pamięci EEPROM były już zapisane jakieś wartości, czy też pamięć ta nie była zapisywana przez program. Ten ostatni przypadek występuje przy pierwszym uruchomieniu urządzenia lub po wymianie pamięci EEPROM. Jeżeli tak jest, to do pamięci EEPROM zostaną wpisane wartości domyślne: wszystkie programy zostaną zaprogramowane na częstotliwość 98MHz (środek pasma FM), ostatnio odbierany program o numerze 1, ostatnio wywoływana funkcja o numerze 1, poziom głośności w obu kanałach -lOdB oraz płaska charakterystyka przenoszonych częstotliwości. Dzięki temu mogą być uproszczone procedury usta-
WI1
01
PL
KO1
1O-
PL
WI2
01
PL
K1
WI3
01
PL
K2
K3
Tab. 2. Sygnalizacja stanów tunera 0M5610 za pomocą wyjścia STEREO.
CLCK STEREO
0 0 Dekoder odbiera program stereo
0 1 Dekoder odbiera program mono
1 0 Tuner dostrojony
1 1 Tuner nie dostrojony
wiania tych parametrów, ponieważ nie muszą sprawdzać i korygować niedozwolonych ustawień.
Proces inicjalizacji kończy zaprogramowanie preprocesora RDS i program przechodzi do pętli głównej. Z pamięci EEPROM jest odczytywany i wyświetlany w górnym wierszu numer ostatnio odbieranego programu oraz odpowiadająca mu częstotliwość. Poza tym odczytywana jest informacja o trybie mono/stereo i local/dx. Te dwie ostatnie informacje oraz częstotliwość pozwalają na skompletowanie słowa o długości 25 bitów. Następnie to słowo jest przesyłane za pomocą trójprzewo-dowego interfejsu do modułu OM5610. Moduł OM5610 był już dokładnie opisywany przy prezentacji tunera AVT-900, dlatego przypomnę tutaj tylko najistotniejsze informacje.
Zapisywanie do modułu jest możliwe przy wysokim poziomie sygnału WREN. Aby zapisać cały rejestr, potrzebnych jest 25 impulsów zegarowych, przy czym pierwszy wpisywany jest bit najbardziej znaczący. Wpisywanie bitu do rejestru następuje przy narastającym zboczu sygnału CLCK.
Poziom niski na WREN umożliwia odczytywanie rejestru. Do odczytania całego rejestru potrzebnych jest 24 impulsów zegarowych, ponieważ najbardziej zna-
WI4
01
PL
WI5
01
PL
K4
WI6
01
PL
K5
WI7
01
PL
K6
WIB
01
PL
K7
K8
KO2
1O-
PL
LW ^R10 JJ-H11 JJ-H1MF JpUJS ^INUS ^UN
I KS I K10 I K11 I K12 I K13 I K14 I K15 I
lo To To To To To To 1
IF K16
Rys. 3. Schemat elektryczny bloku klawiatury.
Elektronika Praktyczna 6/2001
17
Amplituner FM z RDS
czący bit jest wystawiany na linię DATA po zmianie poziomu WREN na niski (nie potrzeba impulsu zegarowego, aby pojawił się na linii DATA). Przebiegi cyklu zapisu i odczytu można znaleźć w materiałach firmy Philips lub w opisie AVT-900 (EP8/2000).
W tab. 1 zestawiono funkcje poszczególnych bitów w rejestrze sterującym modułu OM5610.
Mikrokontroler sterujący modułem musi zapewniać dwa tryby ustawiania częstotliwości. Tryb pierwszy [preset) to dostrojenie modułu do wartości częstotliwości wpisanej na pozycjach F.14..F.0. W tym trybie, oprócz częstotliwości, trzeba jeszcze odpowiednio ustawić bity M.22 oraz wybrać tryb local/dx. Na bitach B21, B20 muszą być obowiązkowo zera (zakres FM). Pozostaje jeszcze bit S.24 - dla trybu preset musi on być wyzerowany.
Drugi tryb strojenia [search) używany jest do automatycznego wyszukiwania stacji. Bit S.24 musi być ustawiony na 1. Oprócz tego bit D.23 określa kierunek szukania stacji - w górę lub w dół od wartości częstotliwości określonej na bitach F.14..F.0. Oczywiście bity pasma muszą być wy zerowane, muszą być także odpowiednio ustawione bity S0.17 i Sl.16. Określają one poziom sygnału, przy którym układ identyfikuje odebrany sygnał jako sygnał znalezionej stacji. Po znalezieniu stacji bit S.24 jest zerowany i jest to sygnał dla mikrokontrolera, że można odczytać wartość znalezionej częstotliwości. W opisywanym amplitunerze są wykorzystywane obydwa tryby i będzie jeszcze okazja, aby o tym wspomnieć przy omawianiu poszczególnych funkcji strojenia.
Interfejs modułu ma, oprócz trzech sygnałów WREN, CLCK i DATA, jeszcze czwarty sygnał -STEREO. Wykorzystywany jest on do sygnalizacji dostrojenia tunera do stacji oraz trybu pracy dekodera stereo. Znaczenie stanów logicznych na tym wyjściu podano w tab. 2.
Sygnalizacja stanu tunera OM5 610 za pomocą stanów logicznych na wyjściu STEREO jest wykorzystywana w amplitunerze. Po odczytaniu danych z pamięci EEPROM, skompletowaniu rejest-
WYKAZ ELEMENTÓW
Płytka sterownika Rezystory
Rl, R2, R7: lkO
R3, R5, Ró, R10..R13: 10kO
R4: 22kQ
R8, R9: 10Q
Po: potencjometr 4,7kQ
Kondensatory
CL C2: 33pF
C3, CIO: 2,2jiF/16V
C4: 47pF
C5: 82pF
Có, C8, C15..C18: lOOnF
C7: 560pF
C9: 330pF
C12: 2200|iF/25V
C13: 10|iF/16V
C14: l|iF/35V
Półprzewodniki
Ul: AT89C52
U2: SAA6588
U3: PCF8582
U5: 7812
Uó: 7805
Wyświetlacz LCD 2x20 znaków
Różne
Xl: rezonator kwarcowy 12MHz
X2: rezonator kwarcowy 8/664MHz
Moduł FM OM5610
Płytka drukowana
Podstawki 20 nóżek i 40 nóżek
Podstawka do OM5610
Złącza gniazda pojedyncze do
druku typu cinch 2 szt.
Płytka audio Rezystory
Rl: 680kO R2: 20kO Kondensatory
CL Cl\ C2, C2': 470nF C3..C6: 8,2nF
ru i wpisaniu go do modułu, program w pętli głównej czeka na przyciśnięcie jakiegoś klawisza i jednocześnie wywoływana jest cyklicznie procedura testowania sygnału STEREO przy CLCK równym 0 oraz 1. Jeżeli tuner jest dostrojony do stacji, to przy numerze stacji pojawiają się symbole np. ->03<- (dla programu o numerze 3), jeżeli nie jest dostrojony to <-03->. Jeżeli dekoder stereo prawidłowo zidentyfikuje sygnał pilota stereo, to na wyświetlaczu w górnej linijce pojawi się napis Stereo, w przeciwnym przypadku będzie to napis Mono.
C7, C8, C13: lOOnF
C9, CIO: 470^F/16V
Cli: 47^F/16V
C12: l|iF/35V
Półprzewodniki
Ul: LM4832
Różne
Płytka drukowana
Podstawka 28 nóżek
Złącza gniazda pojedyncze do
druku typu cinch 2 szt.
Złącza śrubowe ARK2 2 szt.
Płytka klawiatury
Przyciski jiswitch lószt. Płytka drukowana
Płytka wzmacniacza mocy Rezystory
RL R3, R7, R9: lka
R2, R8: 47kO
R4, R12: 20kO
R5, Rl 1: 10Q/0,5W
Ró, R13: 4,7Q
Kondensatory
CL CL, C7, C7': 470nF
C2..C5, C8, CIO, C1L C17, C18:
100nF/100V
C3, Có, C9, C12: 100^F/63V
C13, C14: 10|iF/63V (nie
elektolityczne)
C15, Cló: 6800|iF/50V
Półprzewodniki
Ul: LM187Ó
Mostek prostowniczy 4A/100V
Różne
Płytka drukowana
Złącza gniazda pojedyncze do
druku typu cinch 2 szt.
Złącza śrubowe podwójne 4 szt.
Radiator
Po wpisaniu informacji do OM5610 program czeka na przyciśnięcie jakiegoś klawisza. Jeżeli dla odbieranego programu ustawiona jest aktywacja RDS, to w dolnej linijce wyświetlacza pojawi się informacja RDS [Psname lub radiotext zależnie od zaprogramowania). Tomasz Jabłoński, AVT tomasz.jablonski@ep.com.pl
Wzory płytek drukowanych w formacie PDF są dostępne w Internecie pod adresem: http://www.ep.com.pl/ ?pdflczerwiec01.htm oraz na płycie CD-EP06/2001B w katalogu PCB.
18
Elektronika Praktyczna 6/2001
liii
tem ŁabVt
wyznacza kierunek [irozwoju wśród narzędzi programistycznych do tworzenia aplikacji kon troln o-p omiarowych i sterujących. Począwszy \wjł> 1983 roku firma National Instruments
nieustannie rozwija ten
1 .,j.....
Czytelnicy Elektroni Praktycznej mogli zapoznać się w numerze
, I r 'Tjf I
9f20ÓPf Obecnie system
' i Ś i i
LabVlEW jest\doistępnń
tv wersji Gi. Czym różni
f
'Ś się ta wersja od
opisywanej wcześniej wersji s;tt i \cm oznacza
erze wersp - na te pytania postaramy się odp owi edzi eć
jiv artykule. _^
LahYIEW to system graficznego programowania aplikacji kontrolno-pomiarowych oraz systemów automatyki przemysłowej. Ze względu na specyfikę, tego typu aplikacji, stworzono język programowania wizualnego G - aplikacja może powstać bez napisania nawet jednej linijki kodu. Tworzenie aplikacji odbywa się w dwóch oknach: Panel i Diagram.
W oknie Panel (rys. 1) jest tworzony interfejs użytkownika, który jest budowany z elementów dostępnych w palecie Controls [sys. 2). Elementy te są podzielone na 15 grup, dzięki czemu dostęp do wybranego elementu jest intuicyjny i szybki. Na przykład w grupie Graph znajdują się elementy umożliwiające wyświetlanie wyników pomiarów w postaci różnych wykresów. W pozostałych grupach znajduje się kilkadziesiąt elementów, dzięki którym interfejs użytkownika może być dopasowany do typu budowanej aplikacji, W porównaniu do wcześniejszej wersji LabVIEW, najbardziej widoczną zmianą jest trójwymiarowość nowych kontrolek. Dzięki

:l -r
temu tworsona aplikacja ma interfejs użytkownika zgodny z obowiązującymi obecnie standardami. W wersji 6i pojawiło się również kilka nowych kontrolek, zwiększających atrakcyjność budowanych aplikacji, np. obracające się etykiety, zakładki czy podpowiedzi kontekstowe. W trakcie budowania interfejsu użytkownika dodatkowym ułatwieniem jest możliwość modyfikowania elementów dostępnych w palecie Controls w zależności od typu tworsonej aplikacji.
Po wstępnym rozmieszczeniu elementów interfejsu użytkownika, można przejść do etapu "kodowania" aplikacji. Odbywa się to w oknie Diagram [sys. 3) i polega na graficznym określeniu sposobu działania aplikacji. Paleta Controls jest zastępowana paletą Fundions (rys. 4), która zawiera między innymi funkcje arytmetyczne, logiczne, porównywania, komunikacyjne, operacji wejścia/wyjścia i analizy sygnałowej. Połączenia pomiędzy poszczególnymi elementami obrazują sposób wykonywania programu. W porównaniu z poprzednimi wersjami znacznie rozbudowano listę standardowo dostępnych dla programisty funkcji. Poszerzono m.in. bibliotekę funkcji analizujących obraz, pojawiły się nowe funkcje analizy wyników pomiarów. W oknie Diagram można również śledzić wykonywanie programu oraz ustawiać pułap-
ki programowe, pomocne w trakcie testowania programów. Tworzenie aplikacji pomiarowych i sterujących w systemie LahYIEW jest łatwe i szybkie. Koncepcja tworzenia aplikacji jest taka sama jak w poprzednich wersjach - aby ją sobie przybliżyć, dobrze jest wykonać krok po kroku przykład opisany w EP9/2000. Olbrzymia liczba funkcji zawartych w pakiecie sprawia, zeza pomocą Lah-VIEW można tworzyć aplikacje do bardzo różnych zastosowań. Nowe funkcje, które pojawiły się w wersji 6i sprawiają, że pakiet ten spełni oczekiwania użytkowników najnowszych przyrządów pomiarowych o bardzo dużych możliwościach. Możliwość generowania bibliotek DLL oraz technologia Acti-veX powodują, że z funkcji i elementów wizualnych zawartych w LabVIEWmożna korzystać w innych środowiskach programistycznych. Poprawiono również algorytmy optymalizujące - według danych producenta aplikacje kompilowane w nowej wersji pracują do 20% szybciej w porównaniu z wersją 5.0.
Elektronika Praktyczna 6/2001
i 3-" ^
Hm
PROGRAMY
Rys. 2.
Numer nowej wersji zawiera literę, "i". Jest to swiąsane s naciskiem, jaki producent położył na umożliwienie współpracy aplikacji tworsonych w LabYIEWze środowiskiem internetowym. Aplikacja LabYIEW Player umożliwia uruchamianie programów stworso-nych w LabVIEW 6i oras prse-glądanie "kodu źródłowego". Możliwa jest również integracja instrumentów wirtualnych, budowanych w LabVIEW, z przeglądarką internetową. Dsięki temu można publikować wyniki pomiarów w Internecie lub zdalnie sterować złożonymi procesami.
Tworzone programy mogą komunikować sie. s ursądsenia-mi zewnętrznymi sa pomocą różnorodnych interfejsów (m.in. GPIB, RS). Dsięki temu aplikacje nie są swiąsane s konkretnym sprsętem. Można
korsystać s definicji gotowych prsyrsądów pomiarowych (np. generatora sterowanego komputerem). Basa tych prsyrsą-dów jest stale rosbudowywana i udostępniana, dsięki csemu definicje nowo powstających prsyrsądów ssybko trafiają do użytkowników LabVIEW.
Pakiet LabYIEW może pracować na komputerach PC (pracujących pod kontrolą systemu Windows), Macintosh oras wielu uniksowych stacjach robo-csych. Ze wsględu na obsser-ność tematu, sapresento-wano tylko najistotniejsse nowości sawarte w LabYIEW &i. Więcej informacji można sna-leźć w Internecie pod adresem: www.ni.com/labview, gdsie można samówić ewaluacyjną wersję pakietu. Paweł Zbysiński
Rys. 3.
J i
Rys. 4.
Elektronika Praktyczna 6/2001
141
PROJEKTY
Tester rezonatorów kwarcowych
AVT-5020
Rezonatory kwarcowe są
elementami, których
popularność dorównuje innym
elem en tom biernym -
Stosowane są zarówno
w technice analogowej, jak
i cyfrowej. Ze względu na
specyficzną budowę
mechaniczną sprawdzenie
poprawności ich działania
przed zamontowaniem
w układzie jest dość trudne.
Większość problemów z tym
związanych rozwiąże prosty
tester opisany w ańykule.
Rezonatory kwarcowe używane są powszechnie do budowy dokładnych i stabilnych generatorów. Rezonatory, popularnie zwane kwarcami, można spotkać zarówno w układach analogowych (także jako filtry częstotliwości), jak i cyfrowych jako elementy generatorów taktujących. Najczęściej płytka kwarcowa jest zamknięta w niewielkiej metalowej obudowie z dwoma wyprowadzeniami. Kwarc jako element stabilizujący częstotliwość współpracuje z układem generującym, np. wzmacniaczem tranzystorowym lub specjalnym układem scalonym. Droższym, ale wygodniejszym rozwiązaniem jest stosowanie scalonych generatorów sygnału, w których obudowie jest zamknięty zarówno rezonator, jak i cały układ generujący impulsy prostokątne o amplitudzie i kształcie zgodnym z zaleceniami standardu TTL.
Do testowania wspomnianych elementów może okazać się przydatny prosty tester. Układ pozwala stwierdzić, czy element jest sprawny, a także zmierzyć za pomocą oscyloskopu lub częstościo-mierza częstotliwość rezonansową badanego egzemplarza.
Opis układu
Schemat testera pokazano na rys. 1. W istocie są to trzy układy generatorów, do których są dołączane badane kwarce. Gdy wszystko jest w porządku, generator wzbudza się, a na jego wyjściu pojawia się przebieg prostokątny o częstotliwości równej częstotliwości rezonansowej badanego kwarcu. Sygnały z wszystkich generatorów doprowadzone są do gniazda JP5, na którym można zmierzyć ich parametry dołączonym z zewnątrz przyrządem pomiarowym. Oprócz tego do wyjścia JP5-1 doprowadzony jest sygnał z podstawki, do której można włożyć scalony generator (układy te mają najczęściej wymiary zbliżone do typowego 14-nóżkowego układu scalonego) i dzięki temu zmierzyć jego częstotliwość.
W skład testera wchodzi także prosty detektor, który pozwala szybko sprawdzić, czy dołączony kwarc pobudził układ do generacji sygnału. Funkcję detektora pełni układ U4. Jest to CMOS-owy generator impulsów, których czas trwania zależy od stałej czasowej określonej wartościami rezystancji opornika i pojemności
Elektronika Praktyczna 6/2001
21
Tester rezonatorów kwarcowych
U1A
U5 7605
J_C11
"TiOOn
J_C12 J.C13 J_C14 J_
C12 iOOn
C13 iOOn
C14 iOOn
C15 100n
V0 VI GND
TiOOn TiOOn TiOOn T 100n I
I
CE1
D2
1N4004 -M
JP1
r^
+5V +5V
+5V
f 20MHz
+5V
JP4 JH5
------c 1 1
1-------C 2 2
1-------C 3 3
i-------C 4 4
SWDIFM
HEADER4 HEADER4
Rys. 1. Schemat elektryczny testera.
kondensatora oznaczonych na schemacie symbolami R5 i CIO. Układ ten ma zdolność do wydłużania czasu trwania impulsu. Jeżeli układ zostanie wyzwolony sygnałem podanym na wejście +T lub -T i w czasie generacji impulsu na którymś z tych wejść ponownie pojawi się sygnał wyzwalający, to długość impulsu wyjściowego zostanie wydłużona o czas wynikający z wartości pojemności i oporności elementów R5, CIO. Sygnał wyzwalający jest w tym przypadku falą prostokątną podawaną z jednego z generatorów, w których testowany jest kwarc. Przy sprawnym kwarcu generator wytwarza falę, której kolejne ujemne zbocza przedłużają czas trwania impulsu na wyjściu Q układu U4. W ten sposób, dopóki generator generuje falę, dioda DLI się świeci. Przełącznikiem typu DIP-SWITCH wybiera
się generator, w którym testowany jest kwarc.
Zależnie od częstotliwości znamionowej rezonatora, a także sposobu jego wykonania, układ generatora będzie trochę inny. Z tego powodu tester składa się z trzech różnych generatorów. Pierwszy z nich zbudowany ze zlinearyzowanych inwerterów UlA i UlB najlepiej nadaje się do testowania kwarców o niskiej częstotliwości własnej (do lMHz). W układzie można sprawdzać kwarce zegarkowe o częstotliwości 32,768kHz, a także rezonatory ceramiczne
0 podobnych częstotliwościach.
W generatorze z bramkami UlE
1 UlD można testować kwarce o częstotliwościach od lMHz do lOMHz. Do budowy także tego generatora użyto inwerterów, które są linearyzowane opornikami R2 i R3. Na marginesie trzeba dodać, że taki typ generatorów
taktujących jest ze względu na prostotę budowy popularny i spotykany w wielu urządzeniach cyfrowych.
Trzeci generator służy do testowania kwarców o częstotliwościach rezonansowych powyżej lOMHz. Z tego powodu zarówno oporniki linearyzujące R6 i R7, jak i pojemność sprzęgająca C7 mają mniejszą wartość. Dodatkowo należy zastosować szybsze inwertery, najlepiej z serii 74S lub 74F. W przeciwnym przypadku, nawet przy sprawnym kwarcu, układ się nie wzbudzi.
Rezonatory pracujące z częstotliwościami 20MHz i większymi często wykonywane są jako kwarce "overtonowe". Oznacza to, że element nie pracuje na swojej częstotliwości podstawowej, ale na którejś z nieparzystych harmonicznych. Przykładowo, dla kwarcu przeznaczonego do pracy
Elektronika Praktyczna 6/2001
Tester rezonatorów kwarcowych
Q+O
JP4
Rys. 2. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej testera.
z częstotliwością 27MHz częstotliwość podstawowa będzie wynosić 9MHz. Tego typu elementy wymagają dokładniej dobranych i dostrojonych generatorów. W czasie prób z układem niektóre z nich generowały sygnał o oczekiwanej częstotliwości, a inne o trzykrotnie mniejszej, co oczywiście nie oznaczało, że są uszkodzone.
Częstotliwość 20MHz jest także częstotliwością graniczną układu detektora. Impulsy fali o wyższych częstotliwościach są już zbyt krótkie (żeby go wyzwolić) i nawet
w przypadku gdy generator pracuje, dioda sygnalizacyjna DLI się nie zaświeci.
Montaż
i uruchomienie
Układ testera zmontowany został na jednostronnej płytce drukowanej, której schemat montażowy pokazano na rys. 2. Widok mozaiki ścieżek przedstawiono na wkładce wewnątrz numeru. Na płytce znalazły się układy generatorów, detektor z diodą sygnalizacyjną oraz stabilizator U5 dostarczający napięcie stabilizowane +5V. Dioda D2 zabezpiecza układ przed omyłkową zmianą p olaryzacji napięcia zasilania, dołączanego do gniazda JPl. Napięcie to powinno być wyższe od 8V, a stabilizator zależnie od zastosowanego układu scalonego powinien dostarczyć prąd o wartości większej od lOOmA. Jako podstawki pod testowane kwarce najwygodniej użyć styków "precyzyjnych" lub fragmentów podstawek pod układy scalone. Potrzebne są trzy styki z usuniętym środkowym. Podstawka precyzyjna DIP14 może służyć jako złącze testowe JP3 pod scalony generator. Ryszard Szymaniak, AVT ryszard.szymaniak@ep.com.pl
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl, R9: 3,9kQ
R2..R5, R8: lkQ
Ró, R7: 330O
Kondensatory
Cl, C11..C15: lOOnF
C2: 2,7nF
C4: lOnF
C7: 330pF
CIO: 220nF
CE1: 470^F/25V
CS1,CS2: trymer 6/30pF
Półprzewodniki
DLI: LED
D2: dioda 1N4004
T2: BC547
Ul: 74LS04
U3: 74S04
U4: 4528
U5: 7805
Różne
JPl: gniazdo np. ARK2
JP3: podstawka precyzyjna DIP14
JP4, JP5: goldpiny
Sl: SW DIP-4
Xl: złącze precyzyjne
X2: złącze precyzyjne
X3: złącze precyzyjne
Wzory płytek drukowanych w formacie PDF są dostępne w Internecie pod adresem: http://www.ep.com.pl/ ?pdf/czerwiec01.htm oraz na płycie CD-EP06/2001B w katalogu PCB.
Elektronika Praktyczna 6/2001
23
PROJEKTY
Lampa rowerowa
AVT-5021
Liczba sprzedawanych
rowerów stale wzrasta
i w związku z tym rośnie
popyt na rowerowe gadżety.
Jednym z ważniejszych,
obowiązkowych elementów
wyposażenia roweru jest tylne
światło sygnalizacyjne koloru
czerwon ego. Do jazdy
w dzień wystarczy światło
odblaskowe, aby jeździć po
zmroku, należy wyposażyć
rower w odpowiednią lampkę.
WYŚWIETLACZ
ooooo ooooo
\ _^_
r
MIKROKDNTROLER ST62T10
Rys. 1. Schemat blokowy lampy rowerowej.
Nic tak nie cieszy elektronika jak własnoręcznie wykonane urządzenie. Wychodząc naprzeciw zapotrzebowaniu, zaprojektowano układ oparty na mikrokontrolerze ST62T10/20, który steruje dziesięć diod LED. Zastosowanie mikrokon-trolera pozwoliło ograniczyć liczbę użytych elementów do minimum, w znacznym stopniu usprawniło działanie układu, zwiększyło także jego możliwości funkcjonalne.
Niewielkie wymiary, stosunkowo nieduży koszt wykonania oraz prostota układu i jego nieskomplikowana obsługa mogą zachęcić do wykonania lampki. Program dla mikrokontrolera został przygotowany przy użyciu opisywanego na łamach EP programu ST6-Realizer, a mikrokontroler zaprogramowano za pomocą multipro-gramatora AVT-993. Osoby śledzące kurs mogą projektowanie lampy rowerowej traktować jako ćwiczenie doskonalące. Pliki źródłowe projektu znajdują się na płycie CD-EP6/2001B (plik lampa.exe w katalogu \noty katalogowe...).
Opis układu
Układ możemy podzielić na dwa bloki funkcjonalne, które pokazano na rys. 1: - blok sterujący z mikrokontrole-rem ST62T10/20,
- blok wyświetlacza, który składa się z 10 diod LED rozmieszczonych w dwóch rzędach oraz przycisk sterujący.
Schemat elektryczny układu przedstawiono na rys. 2. W mikrokontrolerze wykorzystano 11 spośród 12 dostępnych wyprowadzeń I/O. Linie PA0..PA3, PB0..PB4 i PB7 skonfigurowano jako wyjścia typu Open Drain. Natomiast wyprowadzenie PB6 zostało skonfigurowane jako wejście cyfrowe z podciąganiem do plusa zasilania. Podłączony jest do niego przycisk sterujący pracą lampy Pl.
Mikrokontroler realizuje prosty algorytm, który przedstawiono na rys. 3. Po włączeniu zasilania mikrokontroler jest zerowany, do czego wykorzystano układ DS1813. Układ ten spełnia także rolę "nadzorcy" napięcia zasilającego.
W przypadku zasilania lampki z baterii lub akumulatora następuje stopniowe obniżanie się jego napięcia w trakcie pracy. Zastosowanie układu DS1813 powoduje, że po osiągnięciu przez baterię określonego napięcia jest generowany sygnał zerujący, który blokuje mikrokontroler, zapobiegając całkowitemu rozładowaniu źródła zasilania.
Dzięki mikroprocesorowemu sterowaniu urządzenie zapewnia aż sześć wariantów sygnalizacji:
Elektronika Praktyczna 6/2001
25
Lampa rowerowa
+4..6V
C4
1.OMF
OPCJONALNIE
RST
GND
US2 DS1813-15
+4..6V
JP1
JP2
1 1
2 2
3 3
4 4
5 5
6 6
7 7
8 8
9 9
10 10
11 11
12 12
13 13
14 14
15 15
16 16
Rys. 2. Schemat elektryczny lampy rowerowej.
- wszystkie diody świecą światłem ciągłym,
- wszystkie diody zapalają się i gasną,
- diody zapalają się kolejno jedna po drugiej, począwszy od diody Dl do D10,
- diody zapalają się kolejno jedna po drugiej, począwszy od diody D10 do Dl,
- diody zapalają się po dwie, począwszy od diody D10 do Dl,
- diody zapalają się po dwie, począwszy od diody Dl do D10.
Po włączeniu zasilania i wyze-rowaniu mikrokontrolera program wchodzi w pierwszy stan pracy UKLl (rys. 3), w którym na wyświetlaczu zostaje wyświetlony pierwszy wariant sygnalizacji. Kolejne naciśnięcie przycisku Pl jest spełnieniem warunku UKLAD2, co powoduje przejście do kolejnego stanu UKL2. Na wyświetlaczu zo-
Rys. 3. Graf przejść programu sterującego pracą mikrokontrolera.
staje zaprezentowany drugi wariant sygnalizacji. Kolejne przyciśnięcia Pl powodują przechodzenie przez kolejne stany i wyświetlanie na wyświetlaczu związanych z nimi wariantów sygnalizacji. Kiedy program mikrokontrolera znajduje się w ostatnim stanie UKL6, naciśnięcie przycisku Pl jest spełnieniem warunku KONIEC i następuje przejście w stan START, diody zostają zgaszone.
Spójrzmy teraz na schemat opisujący program działania mikrokontrolera, przedstawiony na rys. 4. Głównym elementem "napędzającym" jest licznik countf KODY oraz generator oscf GEN. Impulsy z generatora są zliczane przez licznik do wartości zależnej od liczby wpisanej w tabeli Lookup RESET. Po jej osiągnięciu licznik zostaje wyzero-wany. Wartość z wyjścia Val licznika zostaje podana na wejścia sześciu tabel Lookup UKLADl.. UK-LAD6. Wyjścia tych tablic są połączone z wejściami 1 multiplekserów muxl. Wyjścia muxl oznaczone OUT są połączone z wejściami 0 kolejnych multiplekserów. Stan na wejściach selekcyjnych 0/1 jest zależny od stanu pracy programu [UKL1..UKL2). Powoduje to podanie zmieniających się wartości z przyłączonej tabeli UKLADl..10 na wej-
D5
D6
ścia tabel DIOD A1..DIOD A10. Wyjścia z tych tabel dołączone są poprzez inwertery do wyjść cyfrowych sterujących na zewnątrz mikrokontrolera diodami LED D1..D10. To, w jaki sposób diody LED będą sterowane, zależy o d zawarto ści obydwu tabel UKLADl.. 10 i DIO-DA1..10. Zastosowano dwupoziomowe zestawianie danych potrzebnych do sterowania diodami. Takie rozwiązanie pozwala w prosty sposób sterować diodarni.
Pełna zawartość tabeli UKLAD4 przedstawiona jest na rys. 5. Wszystkie tabele DIODA1..10 posiadają bardzo prostą budowę. Za-
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl, R2: 3,9kQ R3..R12: 560O Kondensatory
Cl: 47^F/25V C2, C3: 30pF C4: l|iF/25V Półprzewodniki
Dl..DIO: LED czerwone, najlepiej
o podwyższonej jasności świecenia
US1: ST62T10 zaprogramowany
US2: DS1813
Xl: 8MHz
Goldpin 1x16 + złącze szufladkowe
Pl: przycisk jiswitch
26
Elektronika Praktyczna 6/2001
Lampa rowerowa
Offll
iraz
UKUDfl
Rys. 4. Schemat programu w STó-Realizer.
ar.
wierają one tylko po jednej pozycji, w której wpisana wartość słowa wejściowego odpowiada numerowi diody. Pojawienie się na wejściu tabeli tego słowa powoduje pojawienie się wysokiego stanu na wyjściu tabeli, a co za tym idzie, zapalenie się diody LED.
Montaż i uruchomienie
Rozmieszczenie elementów na płytkach drukówanych pokazano na rys. 6. Mozaika ścieżek znajduje się na wkładce wewnątrz numeru, jest dostępna także w In-ternecie i na płycie CD-EP6/2001B. Gromadząc elementy przed montażem, należy dobierać je tak, żeby przy montażu płytki z diodami nad płytką z mikiokontiole-rem (konstrukcja "kanapkowa") nie było zbyt dużej przerwy. Wielkość tej przerwy zależy od długości śrub i tulei dystansowych łączących płytki drukowane. Należy zwrócić również uwagę na wielkość obudowy rezonatora kwarcowego oraz kondensatora, aby nie zwierały punktów lutowniczych na płytce znajdującej się wyżej. Dobrym rozwiązaniem jest dodatkowe zastosowanie podkładki izolacyjnej zabezpieczającej przed zwarciami.
Po zmontowaniu oraz uruchomieniu powinniśmy zdecydować, w jakiej obudowie umieścić układ. Polecam do wykorzystania stare lampy rowerowe, można też umieścić układ w mocowanym do roweru pojemniku na narzędzia. Oprócz zasilania akumulatorowego (napięcie zasilania nie może być wyższe niż 6V!) możemy dodatkowo zastosować buforo-
Pomoc
wane zasilanie z prądnicy rowerowej. Przy zastosowaniu takiego rozwiązania należy wykonać odpowiednią instalację elektryczną roweru.
Mamy nadzieję, że własnoręczne wykonanie lampki i jej używanie będzie źródłem satysfakcji każdego elektronika-rowerzysty. Kizysztof Górski, AVT krzysztof.gorski@ep.com.pl
Wzory płytek drukowanych w formacie PDF są dostępne w Internecie pod adresem: http:iiwww.ep.coni.pli Tpdflczerwi ecOlJitm oraz na płycie CD-EP06/2001B w katalogu PCB.
Rys. 5. Przykład zawartości tablicy prawdy UKLAD4.
Rys. ó. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej.
Elektronika Praktyczna 6/2001
27
PROJEKTY
Programowany zegar z DCF77,
AVT-5022
Proponowany układ jest
"przeróbką" układu opisanego
w Ełektronice Praktycznej
kiika łat tem u. Wydaje się
jednak, że wskutek postępu
w ełektron ice rok rozwoju
tej dziedziny techniki to całe
stułecie w innych
dziedzinach.
Projekt zegara synchronizowa-nego atomowym wzorcem czasu DCF77 zaprezentowaliśmy w numerze EP7/94 i, jak na tamte czasy, był to układ bardzo nowoczesny. Trudno jednak nazwać go takim w roku 2001 i dlatego postanowiłem przedstawić Czytelnikom własne opracowanie takiego zegara, w którym wykorzystano nowoczesne, nie istniejące w połowie lat 90. elementy. Właściwie jedynym elementem zasługującym na uwagę jest naprawdę doskonały procesor, ośmielam się twierdzić, że najlepszy w swojej klasie: AT90S8535.
Zanim jednak przedstawimy szczegółowy opis układu, zapoznajmy się z podstawowymi parametrami nowego zegara DCF77.
Temat synchronizacji zegarów za pomocą sygnału DCF był poruszany na łamach Elektroniki Praktycznej dość dawno i dlatego chciałbym w największym skrócie przypomnieć, czym właściwie jest
transmisja DCF i czego możemy oczekiwać po synchronizowanym nią zegarze.
Zapewnienie synchronizacji czasu na terenie całego państwa czy nawet kontynentu było od dawna bardzo istotnym problemem. Nawet najdokładniejsze chronometry stosowane w nawigacji morskiej nie zapewniały dostatecznej precyzji, a pomiary astronomiczne były czynnością bardzo kłopotliwą. Do rozwiązanie pozostawały więc dwa problemy: stworzenie wzorca czasu niezależnego od zjawisk astronomicznych i odpowiednio niezawodnego środka transmisji, zapewniającego błyskawiczne przekazywanie informacji na teren przynajmniej jednego państwa. Takim wzorcem czasu, praktycznie idealnie dokładnym, okazały się przemiany zachodzące w izotopach promieniotwórczych, a odpowiednim medium stały się fale radiowe. W wielu krajach (m. in. USA, Wielka Brytania)
Elektronika Praktyczna 6/2001
31
Programowany zegar z DCF77
Rys. 1. Przybliżony zasięg nadajnika DCF.
stworzono nadajniki czasu wzorcowego.
W Niemczech poradzono sobie z tym problemem juź dość dawno, nadając sygnał z bardzo dokładnego wzorca czasu. Jest nim atomowy (cezowy) zegar czasu znajdujący się na Uniwersytecie w Braunschweig, którego błąd szacowany jest na mniejszy niż 1 sekunda na 5 milionów lat. W Mainningen [50� 0,1' N, 09� 00' E) koło Frankfurtu nad Menem znajduje się nadajnik radiowy nadający na częstotliwości 77,5kHz (z mocą 50kW) dokładną informację czasowa, będącą urzędowym wzorcem czasu w Niemczech.
Informacja o czasie jest kodowana w 59-bitowych słowach przesyłanych co sekundę i zawiera dane o czasie (godziny, minuty) i dacie (rok, miesiąc, dzień, dzień tygodnia). Dodatkowo zawarte są teź zapowiedzi zmiany czasu i dodatkowej sekundy oraz informacja o tym, czy obowiązuje czas letni, czy zimowy. Aby zapobiec przekłamaniom, dodano także bity parzystości pomagające wykryć błędy w transmisji.
Według oficjalnych danych, moc nadajnika zapewnia poprawny odbiór w zasięgu 2500km (rys. 1), a więc na terenie prawie całej kontynentalnej Europy (z wyłączeniem Islandii i części Finlandii). Praktyka jest jednak nieco inna, ponieważ ostatnio zapoznałem się z informacjami o poprawnym odbiorze transmisji DCF77 nawet na odległość do 5000 km.
Oczywiście, odbiór nie był stały, ale przy dobrych warunkach pro-pagacyjnych możliwe było odebranie kilkudziesięciu poprawnych ti ansmi sji dzi ennie.
Do odbioru informacji DCF przeznaczone są specjalne odbiorniki DCF Receiver dostępne w sklepach AVT. Odbiornik taki jest niezbędny do wykorzystania wszystkich możliwości zegara.
Zrealizowanie układu zegara w technice mikroprocesorowej, zresztą jedynej możliwej do zastosowania w tak skomplikowanym systemie, radykalnie uprościło jego budowę. Nie polecałbym jej może zupełnie "zielonym" elektronikom, ale już średnio zaawansowani elektronicy, mający za sobą wykonanie kilku prostych układów, mogą zdecydować się na montaż zegara DCF77.
Opis działania
Schemat elektryczny zegara DCF77 pokazano na rys. 2. "Sercem" układu jest zaprogramowany procesor typu AT90S8535, otoczony niewielką liczbą elementów dyskretnych. Schemat zegara możemy podzielić na dwie części, odpowiadające fizycznemu rozmieszczeniu elementów na dwóch płytkach obwodów drukowanych. W górnej części schematu jest blok sześciu wyświetlaczy siedmiosegmento-
wych DP1..DP6 i klawiatura zbudowana z sześciu przycisków S1..S6. Ta część układu połączona jest z głównym blokiem zegara za pomocą złącza CONl + CON2.
Zastosowanie wyświetlania multipleksowanego spowodowało dodanie do układu odpowiednich elementów sterujących segmentami i wspólnymi anodami wyświetlaczy. Segmenty oraz punkty dziesiętne wyświetlaczy sterowane są za pomocą driverów mocy zawartych w układzie ICl
- ULN2803, natomiast do wspólnych anod wyświetlaczy prąd jest doprowadzany za pomocą tranzystorów T1..T6.
Sygnał DCF doprowadzany jest z odbiornika do złącza DB9
- CON6, a następnie podlega inwersji i dostosowaniu do poziomu TTL w układzie z tranzystorem T7. Następnie kierowany jest na wejście przerwania INT0 procesora.
W układzie zastosowano dwa rezonatory kwarcowe Ql i Q2 współpracujące z procesorem. Rezonator Ql, o częstotliwości podstawowej 8MHz, jest "zwykłym" kwarcem współpracującym z oscy-latorem systemowym procesora. Natomiast "zegarkowy" kwarc Q2 stabilizuje częstotliwość dodatkowego oscylatora RTC wbudowanego w strukturę procesora.
Podstawowe dane techniczne zegara DCF77:
/ Wyświetlanie czasu w formacie godzina, minuta, sekunda
/Wyświetlanie daty w lormacie dzień, miesiąc, rok Opc|onalniedatamoze być wyświetlana z pominięciem roku, na którego miejscu prezentowana może być informacja o aktualnym dniu Tygodnia
/ Budzik 1 pracujący w Trybie codziennym, czyli włączający sygnał budzenia niezależnie od dnia Tygodnia
/ Budzik 2 auTornaTycznie ignorujący sobotę i niedzielę jako dni wolne od pracy i nauki w szkole Niezależnie od generacji sygnału akustycznego obydwa budziki sterują przekaźnikiem, do którego można podłączyć urządzenia o znacznym poborze mocy
/ Timer pracujący w zakresie od 1 sekundy do 59 sekund, 59 minut i 99 godzin Timer steruje drugim przekaźnikiem o znacznej obciążalności styków
/ Stoper o zakresie liczenia identycznym jak Timer
/ Informacje prezenTowane są na Typowych wyświeTlaczach siedrniosegrnenTowych LED o sTandardo-wych wymiarach Umożliwia To odczyTywanie czasu z odległości kilku, a dla osób obdarzonych sokolim wzrokiem najwyżej z odległości kilkunastu metrów Ostatnio zapoznałem się z listem od Czytelnika, który napotkał na ogromne problemy podczas prób dołączenia do zbudowanego układu wyświetlaczy o większych wymiarach, niz przewidziane w projekcie Problem Ten me będzie nawet w najmniejszym sTopniu dotyczy! naszego zegara DCF77, ponieważ bez jakichkolwiek przeróbek możemy go wyposażyć w dodatkowe wyświetlacze o wysokości cyfr równej 57rnrn, co umożliwi odczyt z odległości nawet kilkudziesięciu metrowi
/ Dane wprowadzane są do zegara za pomocą sześcioprzyciskowej klawiatury W każdej chwili możemy dokonać ręcznej zmiany czasu, co me było możliwe w poprzednim "wcieleniu" zegara DCF
/ Pomimo, ze nasz zegar przeznaczony jest do stałej współpracy z odbiornikiem sygnału DCF77, może on Także pracować jako zwykły zegar synchronizowany kwarcem "zegarkowym" 32768Hz Jednak dokładność wskazań znacznie wTedy spada i jesT Taka, jaka może być dokładność seryjnie produkowanych i me selekcjonowanych popularnych rezonaTorów kwarcowych
/Zegar może być wyposażony w awaryjne źródło zasilania, które przy zaniku napięcia w sieci energetycznej dostarcza prądu do zasilania samego Tylko procesora
32
Elektronika Praktyczna 6/2001
Programowany zegar z DCF77
ii
y-y K
8

"O" y-y c-y
8

y�y y-y
3
8 o/
co
C0M6 ra/
u./
a UJ/
Śa o/
1 i- 1 O 1 o o/
xi m/
o a

L

noo a UJ
T3 a
DP5 U L1
m
a

COM

COM
a ii
T3 n
U
m
O

Q/
co a/
u./
8 i � UJ/
\ 0 Śo a/
DP3 o o/
Xl m/
*Ś/

co
o/
I 1 a UJ/
O Śa D/
o O/
J3 m/
o a <Ś/

Q/
CD
1 a lo ~cl

8 i a ii
0 T3 o
? U L1
m
a

888888
jjT-pfflfflMoinłnw-OanjMnioTnw- Ol csji-aotiOKnio^-niM^-OAioh-coio^-ncMi-
COh
Rys. 2. Schemat elektryczny zegara z DCF.
Elektronika Praktyczna 6/2001
33
Programowany zegar z DCF77
List. 1.
Sub Displa y_ti m e
'Przed we" ście m W pętlę próg ra mo Wą, w kt órej pro Wa dzona będzie kon tre la cza su bieżącego,
'a także ; ego e Wentualna ręc zn a kor ekta, progr am o kreśl a rodzaj wy ŚWl etlani a
'oraz zaw: a dam 1 a o rozpoczęć iu prac y za pomocą kro tkieg o sygnału = kus tyczne go:
Displa y_ typ e = 1
Short_ jeep
Do
' H pro gram 1 e zadeklarowa ne z ost ały trzy zm le nn e pom ocnicze, kt óry ch wartość bezpośrednio
'decyduj e o tym, co aktu al ni e będzie ukazywa ło się na wyświetl acz ach. P onieważ w tym momencie
'mamy zami a r wyświetlać ln fo rma cje o czasi e, z mienn e te przyjm ują nastę oujące wartości:
Di spl = sec
Di sp2 = _min
Di sp3 = _hour
'Z podprogramu wyświ etla nia i ko rekty da ty może my przejść do wyświe tlania aktualnej daty,
'a dal e j do innych fun Ś;c i- Ich zmiana d kc nywar a jest za p omo cą naciśnięcia przycisku sl:
Re set P ortb.O
If Pin b .0=1 Then Dis pl ay_ datę
'D o fu n Ś;cji ręcznej ko re kty aktu alnego c za su mo Żerny przejs ć p o jedn oczesnym naciśnięciu
'P rzyć i sków S3 i S6:
Re set P ortb.2: Reset P ortb. 5
If Pin b .2 = 1 And Pi nb .5 _ 1 And Time_ se t_ flag = 0 Then
'W ejśc i e w tryb ręcz ne go us tawia nia no We go u sygnalizo wan e jest trzema długimi
' ( ok. 1 s) sygnałami a ku sty cznym i. Was tę puj e te Ż zmiana Wa rto ści zm iennej pomocniczej
'TIME_SET_FLAG okres la ]a ce] tryb pracy
Fo i R = 1 To 3
We xt R
Tl rt e_set_flag = 1
En d If
'W aciś n iecie przycis ku d ołą czone go do pi nu 2 po rtu E powoi uje ZWięk szanie wartości minut.
'K ażda taka operacja s yg nalizowa t kr ótkim sygnałem a kus tyczny m. Oczywiście, taka
'a keja jest możliwa tylk o p o we; ściu p ro gr amu w tryb ustawian ia cza su .
Re set P ortb.2
If Pin b .2 = 1 And Ti me s et_ flag = 1 Th en
In c r min
If _min =60 The n m in = 0
Sh rt_beep
En d If
'W aciś n iecie przycis ku d ołą czone go do pi nu 5 po rtu E powoi uje zwięk szanie wartości
'g odzi n . Każda taka op er ac_ a syg nalizo Wa na jest krótkim sygna łem akustycznym.
Re set P ortb.5
If Pin b .5 = 1 And Ti me s et_ flag = 1 Th en
In c r _hour
If _hour = 24 Tl- en hour = 0
Sh rt_beep
En d If
'W aciś n iecie przycis ku d ołą czone go do pi nu 1 po rtu E spowo du; e wyjś cie układu z trybu
' u stawi ania czasu, c � zo sta nie z asygna lizo Wane długim sygn ałe m a kus tycznym.
Re set P ortb.l
If Pin b .1 = 1 And Ti me -s et_ flag = 1 Th en
Tl rt e_set_flag = 0
Ee e P
En d If
'A ter a z jedna z najwa Żn ie] szych funkc ji progra mu: wysyłan ie danych na magistralę I"C
' c o um o Żliwia dołącz en ie do nasz ego ze ga ra doda tkowych wyś Wie tlaczy o dużych wymiarach.
'D ane k onwertowane s ą na jpi erw n a kod ECD, a na stępnie wys yła ne na I"C pod kolejne adresy
'układ ó W PCF8574:
X = Ma k ebcd(_hour)
I?Csend 112, X
X = Ma k ebcd(_min)
I?Csend 114, X
X = Ma k ebcd( sec)
I?Csend 116, X
Loop
End Sub
Podstawowym elementem wykonawczym zegara jest przetwornik piezoelektryczny z generatorem (Q3), sterowany bezpośrednio z wyjścia 4 portu D procesora. Dwa przekaźniki RLl i RL2, których cewki zasilane są za pośrednictwem tranzystorów T8 i T9, można zastosować do sterowania urządzeniami o znacznym poborze mocy, zasilanych z sieci energetycznej. Ważnym elementem układu jest złącze magistrali PC -CON10. Umożliwia ono dołączenie do zegara dodatkowych wyświetlaczy, np. modułów AVT-859 o wysokości 57mm.
Zegar powinien być zasilany napięciem stałym o wartości ok. 12VDC, doprowadzonym do złącza CON5. Stabilizator scalony zrealizowany na układzie IC3 dostarcza napięcia +5VDC, niezbędnego do zasilania części cyfrowej układu zegara.
Należy zwrócić uwagę na nietypowe zasilanie procesora, który jest dołączony do szyny zasilającej VCC o napięciu +5VDC za pośrednie twem diody D3. W związku z tym napięcie zasilania procesora jest zmniejszone o ok. 0,6V i wynosi tylko ok. 4,4VDC. Co spowodowało zastoso-
wanie tak nietypowego rozwiązania? To cała historia. Podczas uruchamiania kilku układów z procesorem AT90S8535, wykorzystujących wbudowany w jego strukturę oscylator i generator przerwań RTC, napotkałem na nieoczekiwane i dziwaczne trudności. W niektórych układach oscylator nie działał w ogóle, a w innych pracował w niekontrolowany sposób, włączając się i wyłączając w nieoczekiwanych momentach. Ani sprawdzanie części hardwa-re'owej układu, ani kodu programu nie dawało rezultatu, podobnie jak wertowanie karty katalogowej procesora. Na rozwiązanie problemu natknąłem się dopiero podczas lektury erraty do karty
Tab. 1. Sposób kodowania informacji DCF
Numer impulsu (numer sekundy) Znaczenie impulsu
0 Początek transmisji. Zawsze = 0.
1-14 Przerwa, bez znaczenia - wszystkie zera.
15 0- antena normalna; 1- antena pomocnicza.
16 0-normalnie; 1- zapowiedz zmiany czasu (przez godzinę przed zmianą).
17-18 (w kolejności bity 18,17) 10-czas zimowy; 01-czas letni.
19 0-normalnie; 1-zapowiedz dodatkowej sekundy.
20 Start informacji czasowej. Zawsze = 1.
21-24 (w kolejności bity 24,23,22,21) jednostki minut w BCD.
25-27 (w kolejności bity 27,26,25) dziesiątki minut w BCD.
28 bit parzystości dla bitów 21 -27.
29-32 (w kolejności bity 32,31,30,29) jednostki godzin w BCD.
33-34 (w kolejności bity 34,33) dziesiątki godzin w BCD.
35 bit parzystości dla bitów 29-34.
36-39 (w kolejności bity 39,38,37,36) jednostki dni miesiąca w BCD.
40-41 (w kolejności bity 41,40) dziesiątki dni miesiąca w BCD.
42-44 (w kolejności bity 44,43,42) dni tygodnia w BCD - 1=Pn; 7=Nd.
45-48 (w kolejności bity 48,47,46,45) jednostki miesiąca w BCD.
49 dziesiątki miesiąca w BCD.
50-53 (w kolejności bity 53,52,51,50) jednostki lat w BCD.
54-57 (w kolejności bity 57,56,55,54) dziesiątki lat w BCD.
58 bit parzystości dla bitów 36-57.
59 brak impulsu.
34
Elektronika Praktyczna 6/2001
Programowany zegar z DCF77
List. 2.
Multiplexing:
'P o zgłoszeniu przerwania timeraO wy kon ane zos tan ą na stepujące czy m ści
Po rta = 0 'Wstepr e usta Wienie p rtu A w st sn niski
Po rtc = 2 55 'Wstepr e usta Wienie p rtu C W st sn wysoki
In er Digit_numb er 'zwięks zenie numeru k lejr eg wy swietlacza (ko Ie jnej pozycji dzie sietr ej)
If Digit_number = 7 Then Di git_nu mber = 1 z art kniecie cyklu zli cz snia wyś wietlaczy dc rt odulo 6
Se lect Case Digit_number 'W zależno ści od lUm eru wyświetlać
Case 1'
' dziesiątki sekund
Temp = Displ / 10 oblic zen ie w art ości cyfry, kt óra ma zos tac ukazana a pi erwszym
wyświ etl aczu
Porta = Lookup(temp 7seg Tient) przekodowanie o trzy mane j wartość i la kod
wyświetlacza si edmi mentowego
Reset P ortc.l Włącz eni e za sil ania anod segm ent 3W pierwsz sgo wyświetl ac za
Case 2 r
1 sekundy
Temp = Displ / 10 oblic zen ie w art OŚCI cyfry, kt óra ma zos tac ukazana a pi erwszym
wyświ etl aczu
Temp = Temp * 10
Temp = Displ - Temp
Porta = Lookup(temp 7seg Tient) przekodowanie o trzy mane j wartość i la kod
wyświetlacza si edmi mentowego
Reset P ortc.O Włącz eni e za sil ania anod segm ent 3W pierwsz sgo wyświetl ac za
Case 3 r
1 dziesiątki minut
1 kon strukcj a programu a lalogiczna 6 o dzies Ląt ek s ekund
Case 4:
'minuty
1 kon strukcj a programu a lalogiczna 6 o s ekun i
Case 5 r
1 dziesiątki godzin
Temp = Disp3 / 10
Porta = Lookup (temp 7seg Tient)
If Dcf_ receiving_f1 ag = 1 Then Porta = Po rta + 1
'je dno z wielu dodatk owych uwa runk owa ń un ieszczonyc h w P dpr gra mie obsłu 31
'wy świetlania m ultipl eksowa neg mówione dla przykłac u. Dodanie 1 do wart os cl
'wy syłanej do p ortu A powoc uje mig ota nie kropki dzi esiet ej . syn chroniczn le
1 z odbieranymi impuls ami kc du DCF.
Reset P ortc.5
Case 6:
' godziny
' kon strukcj a programu a lalogiczna 6 o s ekun i
En d Select
Re tum
'P rzekodowyWani e wartości n a kod rjyświe tla cza sie dmie segmentowe go odbywa sie na podst SWl e
'd anych zawarty ch w poniższ ej tab eli:
7s egment:
Da ta 252, 96, 218, 242, 102 , 182, 19 0, 224 , 254, 246
katalogowej, gdzie firma ATMEL umieściła rozbrajającą uwagę:
"(..) When using an external 32 kHz crystal as asynchronous clock source for Timer2, the timer may count incorrectly at voltages above 4.0V. Keep the supply voltage below 4.0V when clocking Timer2 from an external crystal. (..)", z której wynika, że przy kwarcu 32kHz napięcie zasilania powinno być mniejsze niż 4V.
Nie wnikam w to, dlaczego generator kwarcowy 32768Hz przy zasilaniu procesora napięciem większym od 4V działa nieprawidłowo. Ważne jest tylko to, że obniżenie napięcia o 0,6V spowodowało natychmiastowe usunięcie problemów ze sprzętowym RTC. Jeżeli już procesor jest zasilany poprzez diodę separującą go od reszty układu, to nic prostszego jak zapewnić mu zasilanie awaryjne, które można dołączyć do złącza CON4.
Aby poznać działanie zegara, należy prześledzić sterujący nim program.
Zacznijmy od najprostszej funkcji, jaką jest zwykłe wskazywanie aktualnego czasu, na razie bez omawiania sposobu synchronizo-wania go z sygnałem DCF77. Aby zbudować metodami programistycznymi zegar czasu rzeczywistego, zwykle musimy się trochę pomęczyć. Musimy obliczyć wartość, którą będzie przeładowywany timer odpowiedzialny za odmierzanie czasu, przygotować procedurę obsługi przerwania, w której zliczane będą sekundy i minuty określające upływający czas. Oprogramowanie zegara zostało napisane w języku MCS BASIC, w którym taki sposób tworzenia programowego RTC byłby zbyt nieudolny. A zatem wystarczy tylko napisać:
Config Clock = Soft, Gosub = Sectic
aby poinstruować kompilator o konieczności utworzenia w programie zegara RTC, którego działanie oparte jest na przerwaniach otrzy-
mywanych z timera2. Od tego momentu mamy do dyspozycji, podobnie jak w starym QBASIC, dwie zmienne główne: TIME$ i DATE$ oraz zmienne pomocnicze: _sec, _min, _hour, _day, _month i _year. Wszystkie czynności związane z odliczaniem czasu, wyznaczaniem liczby dni miesięcy czy też pilnowaniem kolejnych lat przestępnych są wykonywane odtąd automatycznie, a podprogram RTC zajmuje w pamięci procesora ok. 300B. Programowy RTC z BASCOM-a ma tylko jedną wadę, o której lojalnie informuje nas Autor programu: zawiera w sobie pluskwę, która da znać o sobie w roku 2101, gdyż zostanie on zidentyfikowany jako rok 2001. No cóż, chyba niewiele nas to obchodzi.
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
RP1: R-PACK SILlOkO
R1..R8: 47Q
R9..R14, R19..R26: 3,3kQ
R15, R27, R28: 4,7kQ
R16: lkn
R17, R18: 10kO
Kondensatory
Cl, C2: 27pF
C3, C5, Có: lOOnF
C4: 100^F/10V
C7: 1000|iF/16V
Półprzewodniki
Dl: 1N4007
D2..D6: 1N4148
DP1..DP6: wyświetlacz siedmioseg-
mentowy LED wsp. anoda
IC1: ULN2803
IC2: AT90S8535
IC3: 7805
IC4: DS1813
T1..T6: BC557
T7..T9: BC548
Różne
Ql: rezonator kwarcowy 8MHz
Q2: rezonator kwarcowy 32768Hz
Q3: przetwornik piezoelektryczny
z generatorem
CON1, CON2: goldpin kątowy
22pin
CON3, CON4: ARK2 (3,5mm)
CON5: gniazdko zasilania
CONó: DB9/M lutowane w płytkę
CON7, CON8: ARK3
CON10: 4 x goldpin
RL1, RL2: RM96/12V
S1..S6: microswitch
Elektronika Praktyczna 6/2001
35
Programowany zegar z DCF77
To, że wykorzystujemy timer2 do obsługi programowego RTC nie oznacza, że nie możemy wykorzystywać tak "miłej" gratki, jak przerwania generowane dokładnie co jedną sekundę, także do innych celów. W poleceniu kon figurującym zegar czasu rzeczywistego możemy dodać (i dodaliśmy) dyrektywę, wskazującą do jakiego podprogramu ma następować skok po upływie każdej kolejnej sekundy. W tym przypadku jest to podprogram SECTIC.
Na początek zajmijmy się najprostszym fragmentem programu, który odpowiedzialny jest za wyświetlanie i dokonywanie ręcznych korekt bieżącego czasu. Wspomnijmy tylko jeszcze, że pozostałe dwa ti-mery zawarte w strukturze procesora: TIMERO i TIMER1 zostały także uruchomione i skonfigurowane w następujący sposób;
Config Timerl = Timer
Prescale = 64
Config TimerO = Timer
Prescale = 64
On Timerl Dcf_start
On TimerO Multiplexing
Przerwania generowane przez timerO wykorzystywane będą do sterowania multipleksowanym wyświetlaniem danych, a timerl obsługiwać będzie procedury pomiaru czasu trwania impulsów kodu DCF. Przykładową procedurę pokazano na list. 1.
Podprogramy realizujące wyświetlanie i korektę daty, wyświetlania i ustawianie budzików i timerów są skonstruowane bardzo podobnie do programu wyświetlania czasu. Nie będziemy zatem ich analizować i przejdziemy do zapoznania się z podpro-gramem obsługi wyświetlaczy siedmiosegmentowych (list. 2). Skok do tego podprogramu następuje przy każdym wystąpieniu
przerwania timerO, wówczas zmiana wyświetlanych cyfr odbywa się z częstotliwością ok. 488Hz (pamiętamy o włączeniu preskalera timera o stopniu podziału 64). Podprogram obsługi wyświetlania multipleksowanego prezentuję w postaci bardzo uproszczonej, ale wystarczającej do zapoznania się z jego działaniem. Omawianie wszystkich dodatkowych uwarunkowań umieszczonych w tym podprogramie, a służących zróżnicowaniu wyświetlania w zależności od aktualnej funkcji zegara tylko gmatwałoby opis programu, nie wnosząc wiele w zrozumienie jego działania.
Zbigniew Raabe, AVT zbigniew.raabe@ep.com.pl
Wzory płytek drukowanych w formacie PDF są dostępne w Internecie pod adresem: http://www.ep.com.pl/ ?pdflczerwiec01.htm oraz na płycie CD-EP06/2001B w katalogu PCB.
36
Elektronika Praktyczna 6/2001
PROJEKTY
Generator efektów świetlnych na EPROM-ie
AVT-5019
Układ, którego budowę
chciałbym dzisiaj
zaproponować moim
Czytełnikom, jest koiejnym
służącym zabawie i rozrywce,
aie m ogą cym zn aieźć całkiem
"poważne" zastosowania
w rekłamie. Układy służące
gen eracji efektów świetłnych
zawsze cieszyły się
zainteresowaniem łudzi
młodych i łubiących
dobrą zabawę.
Prezentowany g^ układ jest w zasadzie sterownikiem tzw. węża świetlnego, popularnego i szeroko stosowanego urządzenia z efektem świetlnym. Nie jest to jednak jedyne jego zastosowanie, ponieważ układ może także służyć do sterowania ośmioma grupami żarówek zasilanych z sieci energetycznej lub, ujmując sprawę szerzej, ośmioma dowolnymi odbiornikami energii elektrycznej
0 mocy ograniczonej jedynie dopuszczalnym prądem przewodzenia zastosowanych w układzie elementów wykonawczych - tria-ków. Proponowany układ jest jakby półproduktem, pierwszą częścią systemu, którego druga zostanie z pewnością zaprojektowana dzięki pomysłowości
1 wyobraźni Czytelników.
Opis działania
Schemat elektryczny generatora efektów świetlnych przedstawiono na rys. 1. Układ jest tak prosty, że omówienie jego działania nie zajmie nam wiele miejsca, które będziemy
mogli wykorzystać na szczegółowy opis programowania pamięci EPROM.
Układ składa się z dwóch części, które zostały umieszczone na osobnych płytkach obwodów drukowanych, połączonych ze sobą kablem taśmowym. Centralnym elementem układu sterownika (po prawej stronie rysunku) jest pamięć reprogramo-walna EPROM typu 2764. Wszystkie (z wyjątkiem najbardziej znaczącego) wejścia adresowe pamięci zostały dołączone do wyjść 12-stopniowego licznika binarnego typu 4040. Najbardziej znaczące wejście adresowe pamięci może być za pomocą jum-pera JPl dołączone do plusa lub minusa zasilania i w ten sposób możemy podzielić obszar pamięci na dwa pola: "górne" i "dolne", w których zapisać możemy różne programy do generowania efektów świetlnych.
Na wejście licznika IC2 podawany jest ciąg impulsów tworzonych przez prosty generator asta-bilny zrealizowany na bramkach NAND IC3A i IC3B. Częstotliwość pracy tego generatora możemy re-
Elektronika Praktyczna 6/2001
39
Generator efektów świetlnych na EPROM-ie
Rys. 1. Schemat elektryczny generatora.
gulować za pomocą potencjometru twarzania zapisanej w pamięci
Pl. Obwód z rezystorem R34 i kon- sekwencji efektu świetlnego, densatorem C2 służy do zerowania Układ wykonawczy generatora
licznika w momencie włączenia za- efektów świetlnych wykorzystuje
silania i umożliwia rozpoczęcie od- do przełączania obwodów prądu
przemiennego osiem triaków sterowanych przez optotriaki. Uzyskujemy w ten sposób nie tylko galwaniczną izolację układu wykonawczego od sterownika, ale także możemy mieć pewność, że wykonany przez nas układ nie generuje żadnych zakłóceń radioelektrycznych, nawet w przypadku przełączania obciążeń o dużej indukcyjności.
Diody LED zawarte w strukturach optotriaków zasilane są za pośrednictwem tranzystorów Tl. ,T8, których bazy wysterowy-wane są z wyjść pamięci EPROM.
Montaż i uruchomienie
Na rys. 2 i rys. 3 pokazano schemat montażowy płytek drukowanych, a ich mozaikę ścieżek przedstawiono na wkładce wewnątrz numeru. Większa płytka, wykonana na laminacie jed-
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Pl: potencjometr obrotowy 470kO/A
Rl, R2, R4, R5, R7, R8, RIO, Rll,
R13, R14, Rló, R17, R19, R20, R22,
R23: 220O
R3, Ró, R9, R12, R15, R18, R21,
R24: 680O
R25..R32: 10kO
R33, R34 : lOOkO
Kondensatory
Cl: 470nF
C2: 220nF
C3: 1000mF/25V
C4, Có: lOOnF
C5: 220mF/25V
Półprzewodniki
IC1: 2764
IC2: 4040
IC3: 4011
IC4: 7805
BR1: mostek prostowniczy 1A
Ql, G3, Q5, Q7, Q9, Qll, G13,
Q15: BT136
Q2, Q4, Gó, Q8, Q10, Q12, Q14,
Q16: MOC3040
T1..T8: BC548 lub odpowiednik
Różne
CON1..CON9: ARK2
CON10, CON11: 2x5 goldpin
Odcinek przewodu taśmowego
10-żyłowego o długości ok. 20 cm
+ 2 x wtyk Z-FC10
Fl: oprawka plastykowa pod
bezpiecznik
JP1: 3 goldpiny + jumper
TRI: transformator sieciowy TS2/14
40
Elektronika Praktyczna 6/2001
Generator efektów świetlnych na EPROM-ie
Rys. 2. Rozmieszczenie elementów na wykonawczej generatora.
nostronnym, posłuży do zmontowania części wykonawczej układu, a na mniejszej zbudowany zostanie sterownik. Ze względu na większą komplikację połączeń, druga płytka wykonana została na laminacie dwuwarstwowym.
Montaż obydwu części układu wykonujemy typowo, rozpoczynając od wlutowania rezystorów, a kończąc na elementach o największych gabarytach. Podczas montażu płytki układu wykonawczego nie możemy zapominać, że większa jej część będzie znajdować się pod niebezpiecznym dla życia i zdrowia napięciem sieci energetycznej 220VAC i dlatego też musi być wykonana wyjątkowo starannie. W układzie modelowym, którego zadaniem było jedynie sprawdzenie poprawności działania urządzenia, nie zastosowano żadnych radiatorów chłodzących tiiaki. Jednakże w układzie docelowym taki radiator może okazać się konieczny i powinien być zamocowany w miejscu odpowiednio oznaczonym na płytce obwodu drukowanego. Nie musimy na szczęście stosować jakichkolwiek podkładek ani tulejek izolacyjnych pod tiiaki, ponieważ ich obudowy będą znajdować się na identycznym poten-
płytce drukowanej części
cjale napięcia sieci. Obydwie płytki łączymy ze sobą za pomocą kabla taśmowego o długości kilkunastu, .kilkudziesięciu centymetrów.
Zmontowany ze sprawdzonych elementów układ nie wymaga uruchamiania i działa poprawnie natychmiast po włożeniu w podstawkę odpowiednio zaprogramowanego EPROM-u i dołączeniu zasilania. Szybkość odtwarzania zaprogramowanego
Rys. 3. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej części sterujqcej generatora.
efektu świetlnego możemy regulować w szerokich granicach za pomocą potencjometru Pl. Pozostała nam jeszcze jedna sprawa do omówienia: zaprogramowanie pamięci EPROM (lub EEPROM), od której zależeć będzie uzyskany efekt świetlny. Z pewnością wielu Czytelników posiada komputery i programatory EPROM i chcieliby oni wykonać własne EPROM-y do swojego sterownika węża. Tym Czytelnikom autor pragnie polecić własną, sprawdzoną metodę obliczania liczb, które należy umieścić w kolejnych komórkach pamięci. Do przygotowania ta-
Ś 1-
0 0 F 0 H a i J D
1 flU c 1 n 0 ^ 0 D u tl
r n ł n n 0 a
t til u u u i 0 a
L u u u i i}
t m G 0 Q 0 0 1K 0 Śj
C 0 D 0 0 CJ M
10 W D Q n n 1 n n N 1
n m ? 0 D u J D i S'
i. 1 1} 0 u u 'J t J N
1: fl 0 a 0 1 u 3 Formuia obliczania
Ś ' W C 0 a 1 0 a 0 D wartości dziesiętne
I-- 3B r n 1 n a n P 0
16 n c t D D a D D D
i u D D a a 0 U
Rys. 4. Widok arkusza kalkulacyjnego Excel z przeliczeniem kodu binarnego na dziesiętny.
Elektronika Praktyczna 6/2001
41
Generator efektów świetlnych na EPROM-ie
MMI
ĆOŃ1 C0N2 C0N3 CON4 C0N5 CON6
C0N7 CON8
Rys. 5. Sposób dołączania żarówek do generatora efektów świetlnych.
kiego programu potrzebny jest dowolny komputer i arkusz kalkulacyjny. Posługiwałem się komputerem PC i arkuszem MS-Excell, ale można zastosować dowolny inny arkusz kalkulacyjny, np. Lotus.
Kolejność postępowania jest następująca:
1. W pierwszą kolumnę arkusza wpisujemy formułę przeliczającą zapis binarny na dziesiętny, tak jak pokazano na rys. 4. Komórkę z formułą musimy następnie przekopiować w dół do kolejnych 8191 komórek.
Następnie c ały obszar roboczy: kolumny B, C, D, E, F, G, H, I, J zapełniamy zerami. Przy odrobinie wprawy w posługiwaniu się arkuszem kalkulacyjnym opisane czynności nie zajmą nam więcej niż minutę.
W kolumnach obszaru roboczego "1" reprezentuje włączony punkt świetlny, a "0" wyłączony. Chyba teraz każdy może ocenić, jak wygodna jest proponowana metoda tworzenia programu do
EPROM-u: po prostu graficznie przedstawiamy w arkuszu to, co zostanie wyświetlone przez sterownik! Na rys. 4 pokazano najprostszy przykład: przesunięcie zapalonego punktu w prawo, a potem w lewo oraz wyniki konwersji kodu binarnego na dziesiętny w kolumnie A. Po "narysowaniu" wszystkich kombinacji świetlnych, które pragniemy uzyskać, pozostaje już tylko zapisać liczby znajdujące się w kolumnie A w postaci pliku ASCII, a następnie dokonać konwersji tego pliku do postaci binarnej, czytelnej dla programatora EPROM. Sposób dołączania żarówek do układu pokazano na rys. 5. Zbigniew Raabe, AVT zbigniew.raabe@ep.com.pl
Wzory płytek drukowanych w formacie PDF są dostępne w Internecie pod adresem: http://www.ep.com.pl/ ?pdflczerwiec01.htm oraz na płycie CD-EP06/2001B w katalogu PCB.
42
Elektronika Praktyczna 6/2001
PROJEKTY
Wysokosprawny wzmacniacz audio 2x250W, część 2
AVT-5015
mmmm
W drugiej części artykułu
przedstawiamy najważniejsze
zagadnienia związane
z montażem i uruchomieniem
wzmacniacza, którego
kon strukcja pląs uje go
w czołówce rozwiązań
światowych.
Montaż i uruchomienie
Dla wzmacniacza zaprojektowano dwustronną płytkę drukowaną, której wzór zamieścimy na wkładce drukowanej za miesiąc, jest ona natomiast dostępna na naszej stronie internetowej oraz na płycie CD-EP5/2001B w katalogu \PCB\Autotrax. Schemat montażowy płytki wzmacniacza pokazano na rys. 10. Pomimo jej dużych rozmiarów, montaż wzmacniacza nie powinien sprawić zbyt dużych problemów, gdyż niezbędne do wykonania prace mechaniczne nie są zbyt skomplikowane. Jak wspomniano w pierwszej części artykułu, w przypadku rezygnacji z montażu układu zabezpieczającego należy zewrzeć za pomocą miedzianego przewodu styki przekaźnika. Na rys. 11 pokazano fragment płytki druko-
wanej z wyraźnie zaznaczonymi miejscami, w które należy wlutować zworki.
Kolejność montażu elementów jest w zasadzie dowolna, ale podczas ich kompletowania należy zwrócić szczególną uwagę na ich jakość. Jest bardzo ważne, aby rezystory włączone w obwody zasilania stopni mocy (R3, R6, Rll, R14) oraz szeregowo z bramkami tranzystorów mocy (R4, R5, R9, RIO) miały jak najmniejszą induk-cyjność pasożytniczą, ponieważ ich impedancja, zwiększająca się wraz z częstotliwością impulsów prądowych mogłaby wpłynąć negatywnie na stabilność pracy wzmacniacza i jakość odtwarzanego sygnału. Bardzo duże znaczenie ma także jakość dielektryka zastosowanego w kondensatorach filtrujących sygnał wyjściowy -
Elektronika Praktyczna 6/2001
43
Wysokosprawny wzmacniacz audio 2x250W
Do uruchomienia i późniejszego Zasilacz powinien mieć trzy na-
stosowania wzmacniacza niezbęd- pięcia wyjściowe: symetryczne
ny będzie zasilacz sieciowy z trans- ą45V o dopuszczalnym prądzie
formatorem o mocy ok. 650..700W. wyjściowym 5A i +5V o wydajnoś-
?
i ino
zino
jego upływność powinna być jak najmniejsza. Dla układu Ul warto zastosować podstawkę wykonaną z listwy z konektorami szpilkowymi. Takie rozwiązanie jest podyktowane trudnościami z zakupem 38-końcówkowej podstawki przystosowanej do obudowy układu TA0102A.
Podczas lutowania wszystkich elementów należy zachować szczególną staranność, aby zapobiec powstaniu zimnych lutów, które destrukcyjnie wpływają na trwałość układu Ul i tranzystorów mocy. Należy także pamiętać, aby układ USl zamontować dopiero po dokładnym sprawdzeniu przetwornicy U2. Włączenie zasilania układu Ul bez odpowiedniego spolaryzowania wejścia VN12 powoduje w większości przypadków uszkodzenie układu TA0102A.
Najbardziej dyskusyjne wydaje się być zastosowanie we wzmacniaczu radiatora - jego wymiary są podejrzanie małe. Ze względu na bardzo wysoką sprawność stopni końcowych, standardowa czerniona kształtka profilowana RARG512 o wysokości 80mm i szerokości 250mm w zupełności wystarcza do zapewnienia odpowiednich warunków chłodzenia tranzystorów mocy. Ponieważ dreny tranzystorów T1..T4 są dołączone do ich metalowych radia-torów, tranzystory można zamontować na pojedynczym radiatorze tylko po ich odpowiednim odizolowaniu. Najlepiej jest zastosować podkładki mikowe dwustronnie posmarowane pastą silikonową. Śruby mocujące tranzystory do radiatora powinny być odizolowane od niego za pomocą tulejek wykonanych z miki lub tworzywa sztucznego.
We wzmacniaczu zastosowano kilka elementów indukcyjnych, spośród których L3 i L4 można wykonać samodzielnie - są to po prostu odcinki srebrzanki przełożone przez rurkowy rdzeń ferrytowy. Pozostałe dławiki są dostarczane w zestawie.
Na płytce drukowanej przewidziano miejsce na dwa rezystory: R30 i R32, które można wykorzystać do ustalenia wzmocnienia napięciowego wzmacniacza zgodnie ze wzorem: ku=387000/(R30(R31) + 5000)[V/V]. pyS 10. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej wzmacniacza.
44
Elektronika Praktyczna 6/2001
Wysokosprawny wzmacniacz audio 2x250W
ci prądowej lOOmA. Wbudowane w układ Ul zabezpieczenia uniemożliwiają jego pracę przy napięciach zasilających niższych od ą28V i wyższych od ą49V.
Uruchomienie wzmacniacza nie wymaga specjalnych zabiegów, za wyjątkiem regulacji napięcia polaryzacji stopni wejściowych. Za pomocą potencjometrów R17 i R18 należy ustawić na wejściach Ul napięcie ok. 2,5V i po dołączeniu
Zworki pozwalające ominąć styki przekaźnika
Rys. 11. Widok fragmentu płytki drukowanej z rys. 10 z zaznaczonymi zworkami pozwalającymi ominąć styki przekaźnika.
oscyloskopu do wyjścia wzmacniacza ustawić na nim napięcie stałe o wartości jak najbliższej 0V. Piotr Zbysiński, AVT piotr.zbysinski@ep.com.pl
Wzory płytek drukowanych w formacie PDF są dostępne w Internecie pod adresem: http://www.ep.com.pl/ ?pdflczerwiec01.htm oraz na płycie CD-EP06/2001B w katalogu PCB.
Ze względu na ustalone przez dystrybutorów minima zakupowe na układy TA0102A zostaną one wprowadzone do oferty AVT po zebraniu odpowiedniej liczby zamówień. Wszystkich zainteresowanych zachęcamy zatem do szybkiego złożenia zamówień na kuponie kartonowym przyspieszy lub wręcz umożliwi to możliwość zakupu układów TA0102A.
Przybliżona cena TA0102A: 110 zł (brutto)
Przybliżona cena AVT-5015B: 450 zł (brutto)
Elektronika Praktyczna 6/2001
45
SPRZĘT
Instek jest znakiem towarowym zastrzeżonym
przez firmę Goodwill dla serii produkowanych
przez nią przyrządów pomiarowych, w tym
zaawansowanych oscyloskopów cyfrowych. W artykule przedstawiamy jeden z hardziej interesujących modeli, który swoją przewagę
nad podobnymi, konkurencyjnymi
oscyloskopami, zawdzięcza pamięci próbek
o dużej pojemności. W artykule przedstawiamy
także wiele innych zalet oscyloskopu GDS-830.
Na pierwszy rzut oka GDS-830 do studzenia przypomina wyglądem szacowne opracowania Hewlett-Packar-da (teras AgilentJ s wycofanej już s produkcji serii HP-54600. Jednak pierwsze próby laboratoryjne wykaza-łyL że GDS-830 jest przyrządem zdecydowanie lepiej wyposażonym od pierwowzoru, oferuje także wiele różnorodnych, bardzo przydatnych możliwości, dość rzadko spotykanych w tak kompletnym zestawie w konkurencyjnych oscyloskopach dostępnych za zbliżoną cenę.
Zalety i możliwości
Najpoważniejszym atutem prezentowanego oscyloskopu jest pamięć o pojemności 125000 próbek dla każdego z dwóch kanałów. Można ją wykorzystać dla podstawy czasu dłuższej od 2ns/ działkę, natomiast jej pełna pojemność jest dostępna dla podstawy czasu powyżej 2 00[is/działkę. Zastosowanie pamięci próbek pozwala jednocześnie wyświetlać na ekranie przebiegi w niej zgromadzone oraz przebiegi podane na wejścia kanałów. Dzięki temu rnożna dość łatwo porównać przebieg
Elektronika Praktyczna 6/2001
47
SPRZĘT
Podstawowe parametry i możliwości oscyloskopu GDS-830:
x liczba kanałów/przetworników A/C 2/2, k rozdzielczość przetworników A/C 8 bitów, x maksymalna częstotliwość próbkowania
przetworników A/C 100MHz, x pasmo Torów analogowych Y 20/1 OOMHz x zakres napięćwe|ściowychY 2rnV.5W
działkę, x zakres nastaw podstawy czasu 2ns 5s/
działkę,
x częstotliwości wyzwalania DC.IOOMHz, x pojemność pamięci próbek 125000/Kanał, x przekątna monochromatycznego ekranu
CRT 7 cali, x rozdzielczość wyświetlania 640x480
punktów (VGA), x zasilanie 100 240VAC/85W, x ciężar 7kg, x wymiary 330x155x385mm._____________
badany z zapisanym wcześniej w pamięci przebiegiem referencyjnym. Z kolei pamięć próbek o tak dużej pojemności pozwoliła na wyposażenie oscyloskopu w możliwość nakładania na wyświetlany przebieg wyników kolejnych akwizycji [accumulaie], co "ułatwia - w sposób zbliżony do wykorzystywanego w oscyloskopach z lampą pamięciową - na wyłapywanie rzadko i nieregularnie występujących zakłóceń w badanych sygnałach. Silną stroną prezentowanego oscyloskopu jest funkcjonalnie rozbudowany system wyzwalania. Oprócz klasycznych możliwości wyzwalania dostępne są także tryby zaawansowane:
- telewizyjny, w którym można określić standard kodowania koloru (PAL/ NTSCJ, zadać numer linii obrazu lub numer półobrazu wyzwalającego oscyloskop, można także wybrać polaryzację zbocza sygnału wyzwalającego,
- uniwersalny, w którym parametry napięciowe sygnału wyzwalającego (TT^/ECL/USERJ i czas lub liczbę impulsów opóźnienia względem zadanego momentu wyzwolenia określa użytkownik.
Oscyloskop GDS-83 0 oferuje także szereg funkcji pomiarowych, których występowanie dla współczesnych użytkowników jest więcej niż oczywiste. Wśród nich niezwykle użyteczny w prowadzonych pomiarach jest system read-oui umożliwiający odczyt parametrów sygnałów w wybranych przez użytkownika punktach. Do tego celu służą linie referencyjne (po dwie
w osiach X i YJ, których położenie określa użytkownik za pomocą pokręteł ulokowanych na płycie czołowej. Pochodną tej funkcji jest możliwość powiększania wybranego fragmentu przebiegu w celu jego szczegółowej analizy. Równie przydatne są automatyczne pomiary napięć (Vppi V3mp, V3Vg, Vrms oraz określanie wartości maksymalnej i minimalnej przebiegu widocznego na ekranie) oraz parametrów czasowych sygnału wejściowego (częstotliwość, okres, czasy narastania i opadania, szerokości impulsów oraz współczynnik wypełnienia przebiegu wyjściowego). Na ekranie można wyświetlać jednocześnie trzy dowolnie wybrane parametry przebiegu.
Pomimo bardzo dużych możliwości pomiarowych, posługiwanie się prezentowanym oscyloskopem jest nad wyraz proste, co uzyskano dzięki systemowi menu z funkcjami wybieranymi za pomocą 7-przyciskowej klawiatury, której funkcje zmieniają się w zależności od aktualnie wybranego przez użytkownika kontekstu. W niektórych przypadkach (np. przesuwanie linii referencyjnych) niezbyt oczywiste jest, którymi pokrętłami należy się posługiwać, aby uzyskać żądany efekt, ale po kilku próbach problem przestaje istnieć.
Rzadko spotykanym wśród urządzeń konkurencyjnych udogodnieniem jest pamięć nastaw oscyloskopu, w której można przechowywać do 15 różnych zestawów. Dzięki niej podczas prowadzenia powtarzalnych pomiarów czas ich przygotowania jest bardzo krótki. Często przydatna jest także możliwość przywrócenia poprzednich ustawień oscyloskopu, zwłaszcza po włączeniu automatycznego dostrajania oscyloskopu.
Wyposażenie
Standardowym wyposażeniem oscyloskopu jest interfejs drukarkowy Centronics, pozwalający na wykonywanie kopii ekranów na drukarce laserowej, interfejs RS232 służący do zdalnego kon figurowania przyrządu, a także wyjście sygnału wideo w standardzie VGA na dodatkowy monitor. Jest to niezwykle użyteczny interfejs, zwłaszcza podczas prowadzenia prezentacji lub dokumentowania pomiarów przed szerszym gronem
W skład standardowego zestawu wchodzą:
/ oscyloskop GDS-830 z wyiściern VGA, interfejsami RS232 i Centronics,
/ kabel sieciowy,
/ dwie sondy pomiarowe x1/1, x1/10 zwbudowanym kompensatorem,
/ dokumentacja
(wbudowana w oscyloskop lampa kineskopowa ma przekątną 7 cali). Opcjonalnym wyposażeniem przyrządu może być interfejs GPIB, który w przypadku większości potencjalnych użytkowników nie jest jednak niezbędny i producent słusznie zdecydował się z niego zrezygnować.
O tym trzeba pamiętać
Oscyloskop GDS-83 0 wyposażono w dwa niezależne, 8-bitowe przetworniki A/C o maksymalnej częstotliwości próbkowania lOOMHz. W praktyce oznacza to ograniczenie maksymalnej częstotliwości przebiegu mierzonego do ok. lOMHz (wtedy przypada 10 próbek na okres mierzonego przebiegu), co raczej wyklucza oscyloskop z grupy przyrządów chętnie stosowanych w laboratoriach. Z tego powodu konstruktorzy przyrządu wyposażyli go w system wyzwalania z programowanym opóźnieniem, dzięki któremu mierzone przebiegi okresowe mogą mieć częstotliwość do lOOMHz i będą poprawnie wyświetlane. Taki sposób akwizycji sygnału nie najlepiej spisuje się w przypadku sygnałów silnie zaszumio-nych, a przebiegi losowe o częstotliwościach wyższych niż ok. lOMHz nie będą poprawnie wyświetlane na ekranie oscyloskopu. Tę niedoskonałość prezentowanego przyrządu rekompensuje jego cena, warto także pamiętać, że podobne ,,sztuczki" stosowali w swoich opracowaniach inżynierowie m.in. firm Hewlett-Packard, Golud i Wavetek. Andrzej Gawryluk, AVT
Prezentowany w artykule przyrząd udostępniła redakcji firma NDN, iel. {0-22} 641-15-47, www.ndn.com.pl.
Więcej infomacji o wyrobach firmy Goodwill można znaleźć w Iniernecie pod adresami: http://www.ndn.com.pl/ katalog/go od will/goo dwill.html oraz h iip ://www. goo dwill .com.t w/in dex- e.him.
Elektronika Praktyczna 6/2001
49
SPRZĘT
Nowy programator firmy LEAP ELECTRONIC ChipStation CS-84\48 wyróżnia się pod wieloma względami wśród urządzeń służących do programowania układów elektronicznych. Uniwersalność tego programatora powinna bowiem zadowolić nawet najbardziej wymagających projektantów, dla których jest on podstawowym narzędziem pracy. W artykule przedstawiamy opis tego programatora oraz ch arakterys tykę związanego z nim oprogram o wani a.
Programator nowej generacji
Dlaczego ChipStation?
Programator ChipStation CS-84\48, wyposażony w podstawkę DIL 48 oraz moduł PLCC84, pozwala na "obsługę" szerokiej gamy układów programowalnych w obudowach DIL do 48 wyprowadzeń oraz w obudowach PLCC do 84 wyprowadzeń. Inne dostępne adaptery, o które można uzupełnić zestaw, to SOP-44, TSOP-48, TSOP-56, SSOP, SDIP itd. Programator (co prawda opcjonalnie) umożliwia także programowanie układów z interfejsem JTAG/ISP.
Elastyczny sterownik, odpowiadający za sterowanie wyprowadzeń wymiennych podstawek, daje możliwość podłączenia każdego wyprowadzenia układu do napięcia zasilającego, masy, napięcia programującego lub sygnału zegarowego. Możliwe jest więc programowanie układów o dowolnym rozkładzie wyprowadzeń zasilania i danych. Za pomocą tego programatora będzie można programować takie
układy, które jeszcze nie zostały opracowane!
ChipStation CS-84\48 prezentuje się okazale. Przy wymiarach 27,1x22,7x6,lmm i wadze 3,5kg programator nie należy do kieszonko-
wych, ale celem konstruktorów było raczej maksymalne zwiększenie jego możliwości, a nie miniaturyzacja. Zasilacz wbudowany w dolną część obudowy dodatkowo zwiększa wymiary programatora, ale w sumie jest
[b ^
Elektronika Praktyczna 1/2001
SPRZĘT
Rys. 2.
to rozwiązanie bardzo praktyczne. Zasilacz jest mało wymagający - bowiem zadowala go dowolne napięcie z przedziału 100..240V, co jest jego niewątpliwą zaletą. Solidna, metalowa obudowa zapewnia ochronę przed ewentualnymi ładunkami elektrostatycznymi i ma jednocześnie wpływ na trwałość konstrukcji. Płyta czołowa, oprócz gniazda, w którym umieszczane są wymienne podstawki, jest wyposażona w cztery diody LED. Po podłączeniu do portu równoległego komputera i podaniu zasilania sygnalizują one aktualny stan programatora, a więc zasilanie, pracę, oczekiwanie i błąd. Komunikację z użytkownikiem wspomaga wbudowany w programator sygnalizator akustyczny. Złącze portu służącego do komunikacji z komputerem (poprzez dołączony do kompletu kabel) znajduje się na tylnej ściance programatora. Z tyłu znajduje się również złącze portu szeregowego do programowania układów w systemie oraz włącznik zasilania.
Oprogramowanie
Obsługę programatora zapewnia wchodzący w skład zestawu program o nazwie "ChipStation", któ-
t ATMf I AUT'-'KUF",
HZE B4IBb

Rys. 3.
ry wraz z zawartymi na płycie CD-ROM sterownikami należy zainstalować w katalogu głównym komputera. Jak zapewnia producent, aplikacja współpracuje z Windows 95/ 98/NT, pozwalając na kontrolę i sterowanie poprzez sieć lokalną. Po uruchomieniu programu widzimy ładnie zaprojektowany interfejs graficzny (rys. 1). Twórcy programu przygotowali szereg funkcji pozwalających na znaczne ułatwienie obsługi programatora. Komunikaty pojawiające się podczas procesu programowania "wpadają w oko" zaraz po uruchomieniu aplikacji. Dostęp do grup ikon zaprojektowano w postaci zakładek. Jak widać na rysunku, w głównym oknie programu znajduje się: standardowy w Windows pasek MENU, grupa ikon umieszczonych poniżej, okna RUN-TME MESSAGE WIN-DOW i DUMP EDIT, okna komunikatów (lewa dolna strona ekranu) oraz grupa dodatkowych ikon (analogicznie strona prawa).
Programowanie
Programowanie rozpoczynamy od wybrania typu układu, z którym aktualnie pracujemy. Wyboru tego dokonujemy za pomocą polecenia SELECT IC dostępnego w ME-NU>DEVICE lub bezpośrednio, korzystając z ikony umieszczonej w dolnej prawej części głównego okna programu. Polecenie to uaktywnia okno SELECT IC DIALOG przedstawiające listę dostępnych układów (rys. 2). Występuje tutaj kilka ciekawych dodatków. Mianowicie w rozpoznaniu producenta układu pomaga pojawiające się obok logo, a jego stronę WWW możemy odwiedzić klikając umieszczony poniżej przycisk (np. w celu uzyskania dodatkowych informacji o interesującym nas układzie).
Biblioteka obsługiwanych "kości" jest bardzo bogata. Zawiera długą listę elementów oferowanych przez różnych producentów i zapewnia współpracę z układami: EPROM, EEPROM, FLASH EPROM, PLD wliczając układy typu PAL, GAL, EPLD, CPLD, a także mikrokontro-lery, DSP i inne. Po wybraniu interesującego nas elementu (w naszym przypadku ATMEL AT89C52) "ChipStation" wyświetla okno in-
Rys. 4.
formujące użytkownika o podstawowych jego parametrach, takich jak typ, rozmiar pamięci, napięcia zasilania, napięcie programowania itp. (rys. 3).
Poprawność obsadzenia układu w podstawce warto sprawdzić klikając ikonę SCAN dostępną w górnej części okna programu. W przypadku stwierdzenia nieprawidłowości np. braku styku pomiędzy nóżkami a podstawką sygnalizowany jest błąd oraz automatycznie wyświetlany komunikat wskazujący graficznie wyprowadzenia, w których brak kontaktu (rys. 4). Innowacją w tym programie jest funkcja autodetekcji pozwalająca automatycznie rozpoznać posiadany układ. Po wykonaniu powyższych czynności układ jest gotowy do zaprogramowania.
W zależności od tego co chcemy zrobić, producent przewidział kilka algorytmów procesu programowania. Wyboru operacji jaką zamierzamy przeprowadzić dokonujemy poprzez uaktywnienie interesującej nas zakładki z ikonami. Jak widać na rys. 1 znajdują się one w górnej części okna głównego. Do wyboru mamy zakładki z modyfi-kowalnymi algorytmami procesu programowania, odczytu i kasowania pamięci układu oraz zakładkę SINGLE, na której znajdują się iko-
Rys. 5.
56
Elektronika Praktyczna 1/2001
SPRZĘT
INt
lite

Rys. ó.
KW (UN pttJku 00R9RI BtflbuiDIDOOG
|r P
Rys. 7.
ny pozwalające na pojedyncze wykonanie poszczególnych operacji.
Zakładki PROGRAM, READ, ERA-SE umożliwiają wykonanie serii operacji wchodzących w skład procesu zaprogramowania, wczytania do bufora lub skasowania zawartości pamięci. Dodatkowo możliwe jest pominięcie wybranej (lub wybranych) przez użytkownika operacji wchodzących w skład poszczególnych procesów. Na przykład pominięcie operacji BLANK CHECK podczas procesu programowania wymaga jedynie kliknięcia myszką na ikonie o nazwie RLANK. Program natychmiast zmienia interesującą nas ikonę na napis SKIP. Pozostałe operacje wykonywane są automatycznie po naciśnięciu znajdującego się pod zakładkami przycisku RUN (pojedyncze wykonanie wybranego procesu) lub AUTORUN (powtarzanie wy-
i t E t 1 i 1 I

Rys. 8.
branego procesu - w przypadku programowania serii takich samych układów - aż do momentu przerwania go przez użytkownika). Podczas wykonywania wybranego procesu jego postęp pokazywany jest w postaci graficznej z podanym czasem trwania poszczególnych operacji.
Okno DUMP EDIT (rys. 1) zapewnia dostęp do zawartości bufora pamięci. Zakładki z napisami 8RITS i 16RITS zawierają informacje dotyczące odpowiednio 8- i 16-bitowego adresu komórek bufora oraz kodu programu w postaciach: binarnej i ASCE. Zakładka RUFFER INFORMATION pokazuje nazwę programu ostatnio ładowanego do bufora wraz z jego ścieżką dostępu oraz podstawowymi parametrami typu format, rozmiar pliku itp. Wybierając ostatnią z zakładek, opisaną jako RUFFER MAP, możemy zobaczyć mapę bufora pamięci zorganizowaną w bloki. Adres interesującego nas bloku wyświetlany jest automatycznie w prawym dolnym rogu okna, zaraz po najechaniu na niego kursorem.
Okno DUMP EDIT umożliwia ponadto wykonanie szeregu operacji na zawartości bufora pamięci. Służy do tego celu pionowy rząd ikon znajdujących się po lewej stronie okna (rys. 1). Ogólne informacje dotyczące przeznaczenia kolejnych ikon uzyskujemy poprzez najechanie na nie kursorem.
Aplikacja umożliwia zapis zawartości bufora w wybranym formacie oraz pozwala na zapisanie wybranego fragmentu bufora. Fragment ten wybieramy, podając jego zakres początkowy i końcowy "ręcznie" w postaci HEX lub korzystając z przycisków FILE, MAX, IC (rys. 5). Możliwe jest także wypełnienie bufora wartościami wybranymi przez użytkownika. Zadany obszar zapełniamy, w zależności od potrzeb, danymi zaproponowanymi przez twórców aplikacji (do wyboru) lub danymi zdefiniowanymi przez siebie. Opcja ręcznego określenia interesującego nas fragmentu bufora, na którym chcemy przeprowadzić operacje, polega na podaniu jego adresu początkowego i końcowego (rys. 6). Zaawansowane możliwości oferuje także edytor zawartości bufora: dostępne jest
PASS:0
FA1L:O i 4

Ł 1. _[
J*
s." frłH
Bfc4
�- ŚJ-ł-r-Y:1 1^'1:-
5= ; >>_
VW]1.ltfk ^ r 1.
> t
*A łł '" p-' "-' Ś*'Ś--:
Tfld ł= ________U___^_______

Rys. 9,
kopiowanie, przesuwanie i zamienianie miejscami wybranych przez użytkownika fragmentów pamięci. Mamy tu możliwość samodzielnego określenia fragmentu źródłowego pamięci, który chcemy skopiować, przesunąć czy zamienić. Ponadto, dostępne są narzędzia do wyszukiwania interesującego nas ciągu kodu programu w buforze. W oknie uruchomionym ikoną SE-ARCH DATA podajemy interesujący nas ciąg (w kodzie binarnym lub ASCII) oraz kierunek przeszukiwania (rys. 7).
Dodatkowe funkcje programu
W głównym oknie programu znajduje się także okno o nazwie RUNTIME MESSAGE WINDOW, widoczne w postaci przewijanego paska na rys. 1. Pokazuje ono przebieg pracy programatora, sygnalizując jednocześnie aktualny stan urządzenia oraz wykonanie poszczególnych operacji. Zarówno w tym oknie, jak i w oknie komunikatów sygnalizowane są natychmiast wszystkie błędy oraz inne informacje dodatkowe. Okno RUNTIME MESSAGE WINDOW możemy zmaksymalizować klikając na odpowiednią ikonę znajdującą się w dolnej części ekranu lub korzystając z prawego przycisku myszki.
Ciekawą funkcją jaką udostępnia program "ChipStation" jest funkcja REPORT (ikona w dolnej części głównego okna programu). Pomoże ona szczególnie tym użytkownikom, którzy programują "masowo" i potrzebują informacji na temat skuteczności swoich "działań". REPORT bowiem to przedstawiona
5fi
Elektronika Praktyczna 1/2001
SPRZĘT
ripl InW

;on
UJ* i im
1 ICC 114 4<0____i
u a IUB i'|J3MT 1
M ,IP
Rys. 10.
w pigułce historia wykonanych przy użyciu programatora operacji i ich skuteczności (procentowo). Twórcy programu zadbali także o graficzne przedstawienie stosunku "sukces - porażka" w postaci wykresu, dając jednocześnie możliwość zapisu na dysk danych z wybranego przez nas okresu pracy. Z opcji tych korzystamy wybierając odpowiednie zakładki w oknie BEPORT (rys. 9).
Kolejną nowinką jaka wyróżnia opisywany program od innych o podobnym przeznaczeniu jest EXTEND PARAMETER SETUP (rys. 10). Opcja dostępna jest z poziomu menu lub poprzez ikonę o nazwie MATH i pozwala na zmianę (w określonym zakresie) podstawowych parametrów programowania jak: napięcie zasilania układu, poziomy napięć wyjściowych i wejściowych, poziomy napięć i częstotliwości programowania, kasowania itp. Układy "z odzysku", które chcemy ponownie wykorzystać, możemy spróbować "zmusić" do pracy, w przypadku pojawienia się problemów, poprzez odpowiednie dobranie parametrów programowania (zakładając, że "reanimowany" element jest sprawny).
Należy dodać, że funkcja ta jest przeznaczona dla bardziej doświadczonych użytkowników. Nieumiejętne obchodzenie się z EXTEND PARAMETER SETUP może spowodować nieodwracalne uszkodzenie układu.
Do ustawienia parametrów pracy programu służy dostępna w ME-
NU>DEVICE (lub za pomocą ikony SET) funkcja COMMON SETUP. Użytkownik może zmienić automatycznie przyjmowane przez program, dla różnych elementów, wartości dotyczące np. zakresu używanej w układzie pamięci, adresu początkowego, od którego rozpocznie się zapis w "kości", adresu początkowego bufora itp. W COMMON SETUP ustawiamy także format numeru seryjnego zapisywanego w układzie, parametry weryfikacji oraz zabezpieczenia bloków.
Warto zwrócić uwagę na fakt, że poszczególne opcje ustawiane przez użytkownika uaktywniane są dynamicznie w zależności od typu wybranego układu. Dotyczy to nie tylko COMMON SETUP czy CONFIGURATION SETUP, ale prawie wszystkich okien programu. Nieaktywne aktualnie opcje wyświetlane są w standardowy dla Windows sposób, czyli w kolorze szarym.
W "ChipStation" mamy również częściowy wpływ na szatę graficzną samej aplikacji. Pewnych modyfikacji możemy dokonać bowiem w wyglądzie okna przedstawiającego postęp wykonywania programowania, odczytu czy kasowania. Jeżeli komputer wyposażony jest w kartę dźwiękową, dostępna jest także opcja wyboru "wydawanych" przez program dźwięków. Ważną funkcją dostępną z tego samego poziomu jest ADDITION NEW IC NUMRER. W pojawiającym się tu oknie (rys. 11) definiujemy nowe układy, które są automatycznie dodawane do listy obsługiwanych elementów. Oczywiście operacja taka wymaga zdobycia odpowiednich plików z algorytmami. Na szczęście udostępniane są one w miarę rozwoju oprogramowania na stronie producenta.
Rys. 11,
Decyzja należy do Was
Mamy nadzieję, że po przeczytaniu tego artykułu Czytelnik wyrobił sobie ogólny pogląd na temat ChipStation CS-84/48. Naszym zdaniem firma LEAP ELECTRONIC daje konstruktorom silne narzędzie. Szczególnie dużo zyskują ci konstruktorzy, którzy korzystają z szerokiego wachlarza dostępnych na rynku układów programowalnych. Urządzenie jest więc idealnym narzędziem w laboratoriach badawczych, zakładach produkcyjnych, zajmujących się tworzeniem i testowaniem nowych projektów. Znika konieczność korzystania z kilku różnych programatorów, a więc uzyskuje się oszczędność czasu i cennego miejsca na biurku. Niewątpliwą zaletą oprogramowania jest jego prostota i - jak obiecują twórcy - ciągły rozwój. Możliwość ściągnięcia ze strony producenta bezpłatnej aktualizacji oprogramowania, w połączeniu z zaawansowanym sposobem sterowania wyprowadzeniami programatora, pozwoli na utrzymanie przewagi ChipStation nad podobnymi urządzeniami. RK
Urządzenie przedstawione w artykule udostępniła redakcji firma RK-System, tel. (0-22) 724-30-39,
www.rk-syst em .com.pl.
60
Elektronika Praktyczna 1/2001
SPRZĘT
Więcej
więcej
Po raz pierwszy o układach FPSLIC (ang. Field Programmable System Le-vel Integrated CircuitJ firmy Atmel pisaliśmy w EP05/2000. Temat jest ważki, ponieważ Atmel jest pierwszym na świecie producentem, który oferuje produkowane seryjnie układy łączące w jednej strukturze mikrokontroler współpracujący z rekonfiguro-walną matrycą FPGA. Jest to nie lada osiągnięcie, dziś jeszcze awangardowe (jak mikrokontrolery na początku lat 80.J, lecz w najbliższych latach z pewnością wpłynie na sposób budowania urządzeń elektronicznych: ręko n figuro walny sprzęt jest już w zasięgu ręki!
Pretekstem do przygotowania tego artykułu jest najnowszy Starter Kit firmy Atmel, przygotowany z myślą o budowaniu systemów testowych na układach FPSLIC.
FPSLIC od środka
Zaczniemy od wyjaśnienia, czym układy FPSLIC różnią się od układów dostępnych na rynku. Jak łatwo zauważyć na schemacie blokowym układów FPSLIC (rys. 1), łączą one w sobie dobrze wyposażony w moduły peryferyjne mikro-
tfer Kit
Jeźeh interesują Cię najnowsze trendy we współczesnej elektronice, to musisz, Drogi Czytelniku, przeczytać ten artykuł! Prezentujemy w nim bowiem najnowsze opracowanie Atmela -układy umożliwiające budowanie kompletnych, rekonfigurowalnych modułów sprzętowych w jednym układzie. Nowe układy określany są mianem System-on-a-Chip.
kontroler oraz konfigurowalną matrycę FPGA o architekturze odpowiadającej układom AT40K. Wydajność 8-bitowe-go mikrokontrolera RISC z rodziny AVR wynosi ok. 30MIPS, a możliwości logiczne matrycy FPGA odpowiadają ok. 10000..40000 bramek przeliczeniowych. W strukturze układów FPLISC zintegrowano także dwie pamięci SRAM (jedną z nich przeznaczono na pamięć programu dla AVRJ o łącznej pojemności 36kB. Mikrokontroler wyposażono w szereg uniwersalnych peryferii, w tym programowane porty 1/ O, szeregowe interfejsy PC i UART (podwójny), timery o ogromnych możliwościach (w tym 10-bitowy PWM) i moduł sprzętowego mnożenia.
Architektura mikrokontrolera AVR jest niemal identyczna ze standardową. Najważniejsza różnica polega na zastąpieniu pamięci programu Flash pamięcią SRAM. Zawartość tej pamięci jest ładowana z zewnętrznej pamięci szeregowej EPROM, EEPROM lub Flash, w której przechowywane są także dane konfiguracyjne dla matrycy FPGA. Uzasadnieniem takiej, dość nietypowej, konstrukcji pamięci programu jest, przewidziana przez projektantów układu, możliwość jego dynamicznej rekonfiguracji w zależności od bieżących potrzeb mikrokontrolera i matrycy FPGA,
Elektronika Praktyczna 6/2001
SPRZĘT
Programowalne 1/0
FPGA
Matryca FPGA o liczbie bramek 10000. .40000
16-liniowy dekoder adresowy
Pamięć programu SRAM 16kx16 Licznik programu

Rejestr Instrukcji
Dekoder instrukcji
i
Linie sterujące
BM�
Rys. 1.
Na rys. 2 przedstawiono mapę pamięci układów FPSLIC (AT94K) z zaznaczeniem obszarów przypisanych na "sztywno" do pełnienia określonych funkcji: kolorem czarnym zaznaczono pamięć bezpośrednio niedostępną dla użytkownika, natomiast moduły zaznaczone na biało mogą być wykorzystane przez użytkownika jako rozszerzenia pamięci programu lub jako fragment pamięci danych.
Zarówno mikrokontroler, jak i logika zaimplementowana w matrycy FPGA mają równoprawny dostęp do zasobów pamięci SRAM. Jedynym niemo dyfiko walnym w standardowy sposób fragmentem tej pamięci jest obszar spełniający rolę pamięci konfiguracji FPGA. Na rys. 3 pokazano schemat dostępu do wbudowanej pamięci SRAM przez FPGA i mikrokontroler AVR. Interesującą właściwością rozwiązania zaproponowanego przez At-mela jest permanentna aktywność od-
W skład zestawu FPSLIC Starter Kit wchodzą:
Ś płytka prototypowa z układem AT94K40 i niezbędnymi peryferiami,
Ś interfejs-programator ISP,
Ś drukowana dokumentacja zestawu,
Ś płyta CD-ROM z pakietem System Designer oraz programami pomocniczymi.
czytu SRAM w stronę FPGA (w związku z tym brak sygnału KE FPGA) oraz możliwość jednoczesnego dostępu do SRAM przez FPGA i mikrokontroler. Podczas tworzenia projektu dla układu FPSLIC należy pamiętać, że producent nie przewidział żadnych mechanizmów arbitrażowych, które zapobiegałyby próbom wykonania operacji przez FPGA i AVR na tej samej komórce, w związku z czym projektant systemu powinien opracować je samodzielnie.
Konstrukcja układu FPSLIC pozwala na bezpośrednią wymianę informacji pomiędzy FPGA i mikrokontrolerem, przy czym zalecanym do tego celu mechanizmem jest włączanie modułów wykonanych w strukturze FPGA w obszar pamięci mikrokontrole-ra (rys. 4), co zapewnia ich łatwą obsługę.
Z punktu widzenia użytkownika matryca FPGA zintegrowana w strukturze układu FPSLIC jest bardzo dużą matrycą bramek logicznych, połączonych w bloki funkcjo-
1/0
nalne zwane makrokomór karni (uproszczony schemat blokowy FPGA pokazano na rys. 5). Makrokomróki można konfigurować tak, aby realizowały praktycznie dowolne funkcje logiczne. Wszystkie makrokomórki mają identyczną budowę i przed załadowaniem do wewnętrznej pamięci SRAM pliku zawierającego mapę konfiguracji nie są ze sobą połączone.
Bardzo interesującą i rzadko spotykaną w FPGA właściwością matrycy wykorzystanej w FPSLIC jest możliwość jej częściowej rekonfiguracji (rys. 6), dzięki czemu mikrokontroler AVR może dopasowywać budowę bloków implementowanych w FPGA do chwilowych wymagań aplikacji. Jednym spośród wielu możliwych przykładów wykorzystania częściowej rekonfiguracji są telefony komórkowe, w których możliwa jest wymiana algorytmów dekompresji sygnałów audio, w zależności od standardu (kraju) w jakim telefon pracuje. Kolejną, bardzo istotną zaletą matryc FPGA zintegrowanych w układach FPSLIC jest możliwość wykorzystania ich fragmentu jako dwuportowych, asyn-chronicznych pamięci RAM. Są one wyposażone w niezależne sygnały zapisu i odczytu, niezależne linie adresowe WAdd i Radd oraz rozdzielone linie danych wejściowych i wyjściowych.
Alternatywne obszary adresowe
Pamięć programu SRAM
Podział pamięci pomiędzy FPGA IAVR
ustala użytkownik
podczas konfigurowania
układu
Pamięć danych SRAM
$3FFF
$3000
$2FFF
$2000 $1FFF
$1000 $OFFF
$005F
$001F
$0000
Opcja 4kx8
Opcja 4kx8
Opcja 4kx8
'Sztywny1 obszar
pamięci programu
iokxie
Opcja 2kx16
Opcja 2kx16
Opcja 2kx16
'Sztywny* obszar
pamięci danych
4kxB
Zarezerwowane dla FPGA
Rejestry AVR
Rys. 2.
$0000
$27FF $2800
$2FFF $3000
$37FF $3800
$3FFF
Elektronika Praktyczna 6/2001
51
SPRZĘT
Matryca
FPGfl
16 linii adresowych FPGA Edge Bpmss Buses
16-bltowa szyna adresowa
WEFPGA
CtKFPOA
8-bitowy port odczytu
8-bitowy port zapisu
Pamięć
danych SRAM
4kx8
do
16kx8
WEAVR
flLAVR
CLK AVR
8-bitowa, dwukierunkowa szyna danych
Mikrokontroler
flUA
Rys. 3.
Matryca
FPGfl
16 sygnałów wtaczających moduły sprzętowe zalmp ementowane w FPOA w obszar pamięci AVH
/
8-bitowy port wyjściowy
_/_
8-bitowy
Dekoder
adresowy
4:16
4-bitowy adres
/
FPGA1ORE
port wejściowy
<----------------
8-bltowy dwukierunkowy port danych
FPGAJOWE
1B linii przerwań z FPGA do AVR o rożnym priorytecie
MikrokontrolBr
Rys. 4.
Dostępne wersje
Układy FPSLIC są obecnie dostępne w trzech wersjach różniących się między sobą wielkością matrycy FPGA (tab. 1) oraz obudowami. Dostępne są obudowy począwszy od PLCC84, przez VQFP200, TQFP144, PQFP208 i PQFP240, aż po BG352 z wyprowadzeniami kulkowymi. Ciekawostką jest fakt zachowania kompatybilności rozmieszczenia wyprowadzeń układów FPSLIC z produkowanymi przez Atmela klasycznymi układami FPGA.
Producent duży wysiłek włożył w ograniczenie mocy pobieranej przez układy, co wiąże się m.in. z obniżeniem napięcia zasilającego do 3V, ale zachowano możliwość współpracy z cyfrowymi układami TTL5V. Pomimo stosunkowo niskiego napięcia zasilania, mikrokontroler można taktować sygnałem zegarowym o częstotliwości do 40MHz, przy której wydajność
mikrokontrolera wynosi ok. 30MIPS (ang. Million Instructions Per Se-cond).
Zestaw uruchomieniowy
Chęć szybkiego wypromowania przez Atmela nowej technologii spowodowała, że szczególnie dużo uwagi producent poświęcił opracowaniu zestawu uruchomieniowego (fot. 1), który umożliwi szybkie poznanie możliwości nowych układów.
Na płytce drukowanej zestawu umieszczono następujące elementy, tworzące nieco uproszczony, lecz w pełni funkcjonalny system testowy:
- największy spośród dostępnych FPSLIC - układ AT94K40,
- podwójny konwerter napięciowy i dwa gniazda DB9 dla interfejsów RS232,
- podstawkę z reprogramowalną pamięcią konfigurującą AT17LV010,
- po 8 diod LED i chwilowych przycisków, które za pomocą jumperów
można dołączać do wyprowadzeń układu FPSLIC,
- cztery 15-segmentowe wyświetlacze LED, na których można wyświetlać znaki alfanumeryczne,
- przyciski umożliwiające zerowanie układu i ręczną generację sygnału zegarowego,
- oscylator kwarcowy 32,768kHz oraz generator kwarcowy o częstotliwości sygnału wyjściowego 4MHz. Układ FPSLIC zamontowany na
płytce można wykorzystać także w dowolnej własnej aplikacji, co umożliwiają złącza szpilkowe rozmieszczone wokół niego. Dołączono do nich wszystkie uniwersalne wyprowadzenia I/O układu FPSLIC.
Projektowanie układów SoC jest realizowane w nieco inny sposób, niż ma to miejsce w przypadku standardowych układów FPGA i mikrokokon-trolerów. Z tego powodu Atmel dołączył do zestawu pakiet programów pod nazwą System Designer, dzięki któremu proces przygotowywania projektu został zautomatyzowany. Podobnie jak i wcześniejsze programy narzędziowe oferowane przez Atmela, System Designer wykonano z modułów programowych opracowanych przez firmę Mentor Graphics (m.in. ModelSim, Leonardo, Figaro IDS), jednego z najpoważniejszych dostawców narzędzi programowych dla układów FPGA i SoC.
W skład prezentowanego zestawu wchodzi także opracowany przez Atmela interfejs umożliwiający programowanie i konfigurowanie układów zamontowanych w urządzeniu (ISP -ang. In System Programming). Jest to uniwersalny interfejs sterowany przez specjalizowany program CPS, także wchodzący w skład zestawu. Interfejs można wykorzystać do programowania wszystkich układów z interfejsem JTAG produkowanych przez Atmela, także pamięci konfigurujących z pamięcią EEPROM lub Flash.
Przeprowadzone w redakcyjnym laboratorium badania zestawu uruchomieniowego dla układów FPSLIC wykazały, że jego jedyną istotną wadą jest brak zasilacza sieciowego. Na płytce zestawu zintegrowano tylko stabilizator napięcia z prostymi filtrami pojemnościowymi. Ze względu na niewielką pojemność zastosowanych przez producenta kondensatorów filtrujących, zasi-
Tab. 1. Dostępne warianty układów FPSLIC
Typ ukfadu Liczba bramek w FPGA Liczba makro komórek FPGA Liczba rejestrów w FPGA Pamięć FreeRAM [b] Pamięć programu SRAM [kb] Pamięć danych SRAM [kb] Moduf sprzętowego mnożenia Timery-liczniki Interfejs I2C, watchdog, RTC Interfejsy UART Wydajność AVR (przy 40MHz) Napięcie zasilania
AT94K10 10000 576 864 4096 20...32 4...16 + 3 + 2 30MIPS 3...3,6V
AT94K20 20000 1024 1408 8192 20...32 4...16 + 3 + 2 30MIPS 3...3,6V
AT94K40 40000 2304 2880 18432 20...32 4...16 + 3 + 2 30MIPS 3...3,6V
52
Elektronika Praktyczna 6/2001
SPRZĘT
] = wyprowadzenie układu i = Makrokomórka AT40K | = lokalny moduł SRAM
W tych punktach matrycy
Konfiguracja pierwotna znaduje się nowy opis Układ po częściowej rekonflgijracjl
konfiguracji

::: :::: :::: ::::
Ś�. .... .... ....
��
ii: :::: :::: ::!: :::: :::: ::!: ::::
Ś��
� �
)|| liii :::: � Ś� � liii :::: ::!: ::::
� � ��
Ś�� Ś� :::: .... ....
::: � �� Ś ::::
Rys. 5.
lacz stosowany do zasilania zestawu powinien być wyposażony we własne filtry napięcia tętnień.
Rys. 6.
Moim zdaniem najbardziej interesującym elementem zestawu jest pakiet narzędziowy System Designer, który wyposażono w oprogramowanie równoległego projektowania systemu opartego na mikrokontrolerze i matrycy FPGA (ang. co-desing) oraz weryfikację logiczną i strukturalną projektu (ang. co-verification). W jednym z kolejnych numerów EP poświęcimy sys-
i---------------------------------------Ś*-------------------------------------,
ę m mm m
i------------------------------------------------------------^---------------------------------------------------------,
7
Punkt matrycy
zawierający stary opis
konfiguracji
temom projektowym tego typu nieco więcej miejsca. Piotr Zbysiński, AVT
Prezentowany w artykule zestaw udostępniła redakcji firma JM Elektronik, tel. (0-32) 339-69-00, www.jm.pl.
Informacje o układach FPSLIC są dostępne w Internecie, pod adresem: http://www.atmel.com/atmel/products/ prod39.htm.
54
Elektronika Praktyczna 6/2001
SPRZĘT
Mały i praktyczny
Pomimo tego, że coraz częściej są stosowane mikrokontrolery z wewnętrzną pamięcią ttfjj
programu, emulatory pamięci 9*
EPROM cieszą się nadal dużym powodzeniem wśród konstruktorów. W artykule przedstawiamy "emulatorową" nowość na naszym rynku -emulator Wice-Ml produkowany przez firmę Ł ea p-Ele c troni c.
Emulator
Emulator Wice-Ml firmy Leap Electronic jest prostym w obsłudze, przy tym bardzo użytecznym narzędziem wspomagającym pracę konstruktorów stosujących w swoich opracowaniach pamięci EPROM, EEPROM i Flash, Cechą charakterystyczną większości podobnych urządzeń jest skomplikowana budowa pozwalająca na emulowanie wielu rodzajów pamięci, bogate oprogramowanie oferujące wiele udogodnień i niestety wysoka cena. Dla wielu projektantów wykorzystujących popularne EPROM-y alternatywą może stać się w tym przypadku stosunkowo niedrogi Wice-Ml.
Sprzęt
Dużą zaletą Wice-Ml są przede wszystkim niewielkie wymiary zewnętrzne. Estetycznie wykonana obudowa, chroniąca wnętrze emulatora, ma wymiary 9,5cm x 4cm x 2cm, co sprawia, że urządzenie jest poręczne i zajmuje niewiele miejsca. Dodatkowo producent zaproponował bardzo wygodny sposób podłączania emulatora do testowanego układu. Emulator umieszczamy bowiem bezpośrednio w miejscu emulo-wanej pamięci, eliminując konieczność stosowania dodatkowych przewodów. Takie rozwiązanie nie tylko poprawia funkcjonalność przyrządu, ale także redukuje wszystkie nie-
pożądane zakłócenia i opóźnienia transmisji, pojawiające się przy połączeniach kablowych.
Wice-Ml emuluje następujące typy pamięci: 2716 (2kB], 2732 (4kB], 2764 (8kB], 27128 (l6kB], 27256 [32kB], 27512 (64kB], 27010 (l28kB] zasilane z 5V. Współpraca z komputerem odbywa się przez interfejs równoległy. Należy przy tym zaznaczyć, że jeden port równoległy może obsługiwać cztery emulatory Wice-Ml równocześnie, a każdy z nich może emulowac inny typ pamięci.
W skład standardowego wyposażenia emulatora wchodzą: oprogramowanie (DOS, Win 3.1/95], kabel łączący emulator z komputerem, kabel doprowadzający sygnał zerujący, zasilacz i instrukcja obsługi.
wpływa również na pewne parametry pracy emulatora w testowanym układzie. Parametry te dotyczą sposobu zasilania (Wice-Ml może byc zasilany bezpośrednio z układu lub z dostarczonego w zestawie zasilacza] oraz poziomu sygnału zerującego (wysoki, niski]. Funkcje mikro-przełączników opisane są w instrukcji obsługi oraz bezpośrednio na obudowie urządzenia.
Oprogramowanie
Oprogramowanie dostarczane z Wice-Ml współpracuje z DOS 3.0 i Windows 3.1x/95. Wymagania sprzętowe nakładane na komputer użytkownika to procesor 386 lub wyższy, 5MB wolnego miejsca na dysku i oczywiście port drukarkowy. Widok głównego okna programu pokazano na rys. 1. Aplikacja posiada szereg funkcji ułatwiających pracę z emulato-rem. Natrafiamy na nie już przy ładowaniu wybranego kodu do bufora. Opcje występujące w oknie LOAD umożliwiają nie tylko wybranie formatu,
formatów], ale także pozwalają wybrać dowolny fragment kodu, który chcemy umieścić w buforze. Dodatkowo ustala-
Rys.
Obsługa emulatora jest bar- w jakim zapisany jest kod (W-dzo prosta. Przed przystąpię- ice-Ml obsługuje 26 różnych niem do pracy należy dokonać co prawda prostej konfiguracji części sprzętowej, ale nie sprawi to żadnego problemu nawet początkującym użytkownikom. Konfigura- ^* cja ta realizowana jest za pomocą mi kro przełączników znajdujących się na zewnątrz emulatora. Odpowiednie skonfigurowanie części sprzętowej zapewnia prawidłową komunikację urządzenia z oprogramowaniem, ale
Rys. 2.
_L
56
Elektronika Praktyczna 6/2001
SPRZĘT
Mfen
Sun Adtfreit:

jMFFFf 1

DCSnNMION
Stan UAm:
OK
CMJCEL
Rys. 3.
rny tu adres początkowy bufora, od którego chcemy rozpocząć zapis (rys. 2).
Po wczytaniu interesującego nas pliku można dokonać jego edycji. Oprogramowanie zawiera kilka funkcji wspomagających edycję danych. Wszystkie z nich dostępne są bezpośrednio z paska MENU za pomocą polecenia BUFFER. Szczególnie użyteczne, z punktu widzenia użytkownika, są popularne funkcje: JUMP (umożliwiająca ,,skok" pod wybrany adres bufora] oraz SEARCH (umożliwiająca odnalezienie w buforze wybranego ciągu danych]. Funkcja SEARCH posiada kilka dodatkowych opcji. Szukać możemy bowiem nie tylko w całym obszarze bufora, ale także w dowolnie określonej jego
części. Format poszukiwanych danych (HEX, ASCII] jest również do wyboru. Inną funkcją ułatwiającą edycję zawartości bufora jest funkcja BŁOCK. Umożliwia ona kopiowanie, przesuwanie i zamianę miejscami dowolnych fragmentów wczytanego pliku. Widok okna BŁOCK pokazano na rys. 3.
Wypełnienie bufora wartościami wybranymi przez użytkownika umożliwia polecenie FILL. Określony obszar możemy wypełnić, w zależności od potrzeb, danymi zaproponowanymi przez twórców aplikacji [all bit 0, all bit 1} lub danymi zdefiniowanymi przez siebie. Opcja ręcznego określenia interesującego nas fragmentu bufora, na którym chcemy przeprowadzić tę operację, polega na podaniu jego adresu początkowego i końcowego.
Sumę kontrolną możemy uzyskać nie tylko dla całego obszaru bufora, ale także dla wybranych fragmentów. Do obliczania jej wartości służy funkcja GET CHECK SUM. Oprogramowanie pozwala także na dołączanie do aktualnej zawartości bufora danych znajdujących się w innym pliku. Wykonanie takiej operacji zapewnia funkcja INSERT FILE. Adres początkowy, od którego rozpocznie się "dołączanie" danych, wprowadzamy w tym wypadku ręcznie. Zawartość
bufora możemy w każdej chwili "podejrzeć" w trybie graficznym. Wówczas prezentowany jest cały obszar pamięci bufora w postaci bloków, jak pokazano na rys. 4. Wygląd poszczególnych bloków zależny jest od ich aktualnej zawartości. Adres interesującego nas bloku podawany jest automatycznie natychmiast po wskazaniu go kursorem.
Charakteryzując oprogramowanie, należy zwrócić uwagę na możliwość pracy z kilkoma oknami bufora jednocześnie. Każde okno może w tym wypadku reprezentować inny zbiór danych. W przypadku pracy z więcej niż jednym emulatorem (maksymalnie cztery dołączone do jednego portu LPT], każdy z nich możemy wysterować z innego okna. Jest to szczególnie wygodne, jeśli poszczególne z emulatory mają docelowo zawierać inny kod.
Załadowanie zawartości bufora do wybranego emulatora jest bardzo proste. W tym celu wystarczy "kliknąć" ikonę z napisem SEND. Proces przesyłania danych do urządzenia sygnalizowany jest automatycznie pojawieniem się niewielkiego okna dialogowego. Wskazuje ono procentowy postęp w transmisji danych, ale oprócz tego zawiera kilka dodatkowych informacji. Wskazują one między innymi typ
liailllllllllllMIIIIIIIIłllllllltllllllllllltlllłlllłlllłlllMI
IIIIIIIIII.....1111111111111IIII ItlllMlItlllfMIllIltlMIIMMI
Itllltllltlllillllllltlllłllltllttlllltllllllfllltlllłlllłllltll
U44t kit'*' IV* tjt*
Rys. 4.
przesyłanych danych, wielkość kodu, adres pamięci Wice-Ml, od którego rozpoczęło się jego ładowanie, dostępny rozmiar pamięci dla emulowane-go układu. Pewne parametry dotyczące transmisji możemy ustawić przed przesłaniem danych do urządzenia. Parametry te to; adres pamięci Wice-Ml, od którego rozpocznie się przyjmowanie danych, oraz typ danych do wysłań i a (wszystkie bity, tylko parzyste, tylko nieparzyste].
Podsumowanie
Niewątpliwą zaletą Wice-Ml jest łatwość jego obsługi. Wpływa na to nie tylko przystępnie zorganizowany interfejs użytkownika, ale także przemyślana konstrukcja części sprzętowej. Zaproponowany sposób podłączania emulatora do układu testowanego jest bardzo wygodny i wpływa na polepszenie parametrów pracy urządzenia. Emulator jest zabezpieczony przed niewłaściwym podłączeniem, w związku z tym ewentualna pomyłka podczas jego instalacji nie spowoduje uszkodzenia. Wice-Ml charakteryzuje duża szybkość działania. Urządzenie nie generuje dodatkowych opóźnień, a jak zapewnia producent, czas dostępu emulowanej pamięci nie przekracza I5ns. Użytkownicy, którzy testują bardziej złożone układy i chcieliby emulować więcej niż jedną pamięć na pewno będą zadowoleni. Możliwość jednoczesnego podłączania czterech Wice-Ml do jednego portu zdecydowanie ułatwia pracę.
Podsumowując, należy powiedzieć, że producent zachowując dość atrakcyjną cenę wyposażył emulator we wszystkie funkcje pozwalające na efektywne wykorzystanie tego narzędzia. RK
Prezentowany emulator udostępniła redakcji firma RK-Sys-tezn, iel. (0-22) 724-30-39, www .rk-syste rn.corn.pl.
58
Elektronika Praktyczna 6/2001
Zegar DCF >
Banalna konstrukcja i niebanalne oprogramowanie, dzięki któremu mikroprocesorowy zegar DCF wyposażyliśmy w szereg interesujqcych możliwości. Słr. 31.
Projekty Czytelników A
Na słr. 93 przedstawiamy opracowany przez naszego Czytelnika projekt, który ostrzeże nas przed upałami. Jednq z zalet termometru zaokiennego jest możliwość jego sterowania za pomocq dowolnego pilota.
Prolink-1B - miernik poziomu na poziomie
Na słr. 60 przedstawiamy wrażenia z testów miernika poziomu sygnału radiowego i TV, którego parametry umożliwiajq stosowanie w serwisie RTV, a także podczas instalowania i serwisowania kablowych sieci RTV.
Lampa rowerowa
Wykorzystanie
mikrokontrolera
w lampie rowerowej
może się wydać
nadużyciem.
O tym, że tak nie jest
przekonajq się
czytelnicy artykułu
zamieszczonego na
słr. 25.
Wysokosprawny wzmacniacz 2x250W
Na słr. 43 znajdziecie drugq część artykułu,
w którym prezentujemy konstrukcję niezwykłego
wzmacniacza audio pracujqcego w klasie T.
MSP430 - energooszczędne mikrokontrolery
Rodzina energooszczędnych mikrokontrolerow MSP430 rozrosła się, znacznie większe sq także ich możliwości. O szczegółach informujemy w artykule zaczynajqcym się na słr. 70,
Generator efektów > świetlnych na EPROM-ie
Na słr. 39 przedstawiamy konstrukcję taniego w wykonaniu węża świetlnego.
Tester rezonatorów kwarcowych
Rezonatory kwarcowe sq elementami niechętnie poddajqcymi się testowaniu. Większość typowych problemów z ich testowaniem rozwiqzuje proste urzqdzenie, którego konstrukcję opisujemy w artykule na słr. 21.
Zestaw ewaluacyjny IR21571 Design Kit
Na słr. 64 przedstawiamy opis zestawu ewaluacyjnego opracowanego przez firmę International Rectifier z myślq o projektantach elektronicznych starterów do lamp fluorescencyjnych.
Elektronika Praktyczna 6/2001
Falownik wektorowy ^ Sysdrive 3G3MV
Nowoczesne sterowanie silnikami elektrycznymi jest sztukq. Fragment jej tajników zdradzamy w artykule na słr. 135.
Oscyloskop cyfrowy A GDS-830 firmy Goodwill
Oscyloskop prezentowany na słr. 47 nie należy do światowej Ś czołówki, ale zastosowane w nim inteligentne rozwiqzania powodujq, że jest bardzo ł
konkurencyjny wobec przyrzqdów w podobnej klasie dostępnych w naszym kraju.
FPSLIC Starter Kit
Oferowane przez Atmela układy FPSLIC należq do awangardy współczesnej elektroniki. Na słr. 50 przedstawiamy ich opis oraz wrażenia z testów zestawu ewaluacyjnego.
Elektronika Praktyczna 6/2001
________ czerwiec 2001
Projekty ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
Amplituner FM z RDS................................................................ 14
Tester rezonatorów kwarcowych........................................... 21
Lampa rowerowa.....................................................................25
Programowany zegar z DCF77, część 1 ............................... 31
Generator efektów świetlnych na EPROM-ie....................... 39
Wysokosprawny wzmacniacz audio 2x250W, część 2 .......43
Pomocnicza lampa atelierowa ............................................. 79
Programatorek procesorów AVR........................................... 80
Automatyka ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^H
Falownik Sysdrive 3G3MV...................................................... 135
SprzetJ
Oscyloskop cyfrowy GDS-830 firmy Goodwill.......................47
FPSLIC Starter Kit-więcej niż FPGA, więcej niżAYR............50
Emulator WICE-M1 -mały i praktyczny.................................. 56
Prolink-IB - miernik poziomu na poziomie.............................60
Zestaw ewaluacyjny IR21571 Design Kit................................ 64
Podzespoły
MSP430 - energooszczędne mikrokontrolery.....................
Nowe Podzespoły..................................................................
70
STó-Realizer -narysuj swój program! ...................................... 91
Projekty Czytelń i ków^^^^^^^^^^^^^^^^^H
Zaokienny termometr MIN/MAX............................................. 93
Info Świat.........................................................................97
InfoKraj............................................................................99
Kramik+Rynek..............................................................109
Listy.................................................................................119
Ekspresowy Informator Elektroniczny.....................123^
Wykaz reklamodawcow,
7
SPRZĘT
Miernik poziomu na poziomie
Prolink-lB jest kolejnym prezentowanym na naszych łamach (patrz EP5/2001) przyrządem do pomiarów parametrów sygnałów w sieciach kablowych służących do dystrybucji sygnałów radiowych i telewizyjnych. Prezentowany przyrząd doskonale nadaje się także do dokonywania precyzyjnych pomiarów w systemach antenowych, powszechnie stosowa-
L0CAT10H: THST P DATH TWE. SIGHATUAI K- 1
Rat L llflli fi2ł 25 Śi I) Ś IV tt il I In Id V B IV
!! i
H
!i
-
Śar
I-

nych w większości osiedli mieszkaniowych.
Możliwości
Prolink-lB jest nowoczesnym, mikroprocesorowym przyrządem pomiarowym wyposażonym w system cyfrowego strojenia oraz cyfrowej obróbki i prezentacji wyników pomiaru. Wśród możliwości pomiarowych przyrządu szczególnie interesujące są:
- pomiar poziomu zmodulowanej nośnej sygnału audio,
- pomiar poziomu zmodulowanej nośnej sygnału wideo,
- pomiar stosunku poziomów: nośnej sygnału wideo do nośnej sygnału audio.
Wszystkie pomiary można wykonać w przedziale częstotliwości 43,25..3 70MHz. Strojenie przyrządu można prowadzić za pomocą nastawnika umieszczonego na płycie
W skład zestawu Prolink-lB wchodzą:
/ przyrząd pomiarowy,
/ zasilacz sieciowy,
/ dokumentacia (przygotowywana w języku
polskim), / pokrowiec z paskiem umożliwiającym
noszenie przyrządu na ramieniu, /konwertery BNC/ANT oraz BNC/F
Pomiary parametrów sygnałów
w instalacjach kablowych
wykorzystywanych do
dystrybucji sygnałów
telewizyjnych i radiowych
są stosunkowo trudne
w realizacji, chyba źe
zastosujemy odpowiedni
przyrząd pomiarowy.
W artykule prezentujemy
przenośny miernik poziomu
sygnałów TV i radiowych,
zarówno analogowych,
jak i cyfrowych.
czołowej, przy czym są dostępne dwa zasadnicze tryby strojenia: ręczna zmiana częstotliwości (z programowanym krokiem 62,5kHz lub lMHz) lub ręczna zmiana kanału zgodnie z planami wpisanymi (opcjonalnie) do pamięci przyrządu. Zdemodulowany amplitudowo (AM) lub częstotliwościowo (FM) sygnał audio można odsłuchać za pomocą wewnętrznego miniaturowego głośnika, który można wykorzystać także jako akustyczny sygnalizator poziomu mierzonego sygnału. W zależ-
60
Elektronika Praktyczna 6/2001
SPRZĘT
mm LOCrtTI i mm
ŚńTti
Tinct siewi
OYH \
E9>i ńl.l . . f JL.3
EKi 7fl,3 . - + J3r3
73.7 . *Ś ]4t?
Tft>t 62.1 . t + 13*
MU 72.9 . . * tee
tan *7,9 . , i 14.-1
StCfl łit-4 .
C21i 7ft.4 . > ł ł.3
C7* 7B. 1 - * * n.a
Rys. 2.
ności od wybranego przez użytkownika trybu pracy, akustycznie mogą być sygnalizowane wartości: średnia lub szczytowa zmierzonego sygnału. Jest to niezwykle użyteczna w pracach serwisowych funkcja, pozwalająca operatorowi jednocześnie kontrolować poziom sygnału i dokonywać ewentualnych regulacji w badanym urządzeniu (wzmacniaczu, rozdzielaczu, tłumiku czy też regeneratorze sygnału). Alternatywnym rozwiązaniem jest przełączenie trybu wyświetlania na semigraficzny, w którym poziom sygnału jest reprezentowany przez bargraf wyświetlany na 10 pozycjach wyświetlacza.
Jak wcześniej wspomniano, za pomocą Prolinkia-lB można mierzyć także poziom sygnałów kodowanych cyfrowo. W zależności od szerokości kanału, w którym transmitowany jest sygnał cyfrowy, mogą okazać się niezbędne drobne korekty odczytanych wyników, które szczegółowo opisano w dokumentacji przyrządu.
Na płycie czołowej przyrządu, oprócz nastawnika częstotliwości, znajduje się 16-znakowy, podświetlany wyświetlacz alfanumeryczny, włącznik zasilania połączony z regulatorem głośności, wejściowe gniazdo BNC, sygnalizator optyczny rozładowania baterii oraz 3-przyciskowa klawiatura. Gniazdo interfejsu RS232 oraz zasilania, jako rzadziej wykorzystywane w terenie, wyprowadzono na lewej ściance obudowy. Wbudowany interfejs RS232 można wykorzystać do drukowania (w postaci graficznej -rys. 1 lub tekstowej - rys. 2) uproszczonej dokumentacji pomiarów lub do zdalnego konfigurowa-nia przyrządu. Do tego celu projektanci urządzenia wyposażyli go w interpreter 12 poleceń. Program sterujący pracą przyrządu należy do wyposażenia opcjonalnego, dostępnego na zamówienie.
Tor pomiarowy przyrządu wyposażono w wewnętrzne tłumiki, z których jeden (o współczynniku tłumienia do lOdB) jest sterowany automatycznie, drugi - sterowany ręcznie - umożliwia pomiary sygnałów o wysokich poziomach (do 3,16V). Włączenie tego tłumika w tor pomiarowy powoduje automatyczne przeskalowanie wyświetlanych wyników, dzięki czemu zminimalizowano ryzyko powstania błędów odczytu.
W przypadku częstego powtarzania takich samych pomiarów jest możliwe zapisanie w pamięci nie-ulotnej przyrządu wybranego zestawu nastaw, które mogą być automatycznie odtwarzane po włączeniu przyrządu. Zapisanie nastaw do pamięci wymaga jednoczesnego
Podstawowe parametry Prolink'a-1B:
x możliwość pomiaru poziomu sygnałów
telewizyjnych i radiowych, analogowych
i cyfrowych,
x zakres częstotliwości pracy 48,25 870MHz, x krok strojenia 62,5kHz/1MHz, x czułość wejściowa 30 120dB|aV, x rozdzielczość cylrowego wskaźnika poziomu
0,1dB,
x wejście BNC75n, x wbudowana (opcjonalnie) pamięć do
7 planów, w każdym do 126 kanałów, x wbudowane Tłumiki sygnału wejściowego
automatyczny i sterowany ręcznie, x zasilanie sieciowe lub bateryjne, x wbudowana meulotna pamięć nastaw, x wbudowany interfejs RS232 (do drukarki
i komputera), x wymiary 199,5x60,5x131,5mm,
wciśnięcia dwóch przycisków na płycie czołowej przyrządu, odbywa się więc na wyraźne żądanie użytkownika.
Walory użytkowe Prolinka-lB jako przyrządu przenośnego zwiększa wbudowany w przyrząd akumulator żelowy, wystarczający na ok. 3 godziny pracy w typowym cyklu. Niebagatelną zaletą prezentowanego przyrządu jest jego stosunkowo niewielki ciężar (l,2kg) oraz wygodny futerał z paskiem umożliwiającym noszenie przyrządu na ramieniu. Andrzej Gawryluk, AVT
Prezentowany w artykule przyrząd udostępniło redakcji firmo NDN, iel. {0-22} 641-15-47, www.ndn.ooiri.pl.
Dodatkowe informacje o prezentowanym przyrządzę! można znaleźć w Iniernecie pod adresami: hiip:// www.ndn.com.pl/kaialog/promax/pro-max.html oraz http://www.promax.es/ 3 w/in gle s/p df/m ciO2122.pdf.
62
Elektronika Praktyczna 6/2001
SPRZĘT
Po raz pierwszy na łamach EP przedstawiamy zestaw ewaluacyjny przygotowany przez firmę International Rectifier (IRF)r ale nie po raz pierwszy przedstawiamy specjalizowany układ przeznaczony do zapłonnika nowoczesnych lamp fluorescencyjnych. Wszystkich zainteresowanych tą ciągle mało znaną tematyką zachęcamy do przeczytania.
waluacyjny
71
International Rectifier opracował niezwykle interesujący układ sterujący, przeznaczony do stosowania w nowoczesnych zapłonnikach lamp fluorescencyjnych małej i średniej mocy. Układ ten oznaczono symbolem IR21571.
Na rys. 1 pokąsano schemat blokowy typowego układu zapłonowego fstarte-ra) lampy fluorescencyjnej.
Filtr sieciowy EMI
Zasilanie
Jak widać, IR21571 spełnia w nim rolę sterownika stopnia wyjściowego pół-mostkowej przetwornicy zapłonowej, która pracuje jako zasilacz lampy podczas jej normalnej pracy. W układ wbudowano zabezpieczenia przed zbyt niskim napięciem zasilania, nieprawidłowym działaniem lampy, zapobiegające prze-ciąśeniu termicznemu
struktury, a także nadprądo-we zabezpieczenia stopnia końcowego, Sterownik stopnia końcowego automatycznie dostosowuje swoje działanie do warunków zewnętrznych, w związku z czym zapewnia poprawny zapłon lampy w każdych warunkach bez ryzyka jej uszkodzenia lub uszkodzenia innych elementów układu zapłonowego.
Na schemacie z rys. 1 jest widoczny korektor współczynnika mocy fPFC - ang. Power Factor Controller), dzięki któremu charakterystyka wejściowa układu jest znacznie bardziej liniowa niż ma to miejsce w przypadku standardowych układów zapłonowych.
W skład prezentowanego zestawu e wa 1 u a cyj n ego wchodzi płytka uruchomio-
Prostownik
Korektor
współczynnika
mocy (PFC)s
Półmostkowy stopień mocy
Filtr wyjściowy
Zasilana
lampa
Rys. 64
Weryfikacja wartości napięcia zasilającego
Weryfikacja poprawnej pracy lampy
Elektronika Praktyczna 6/2001
SPRZĘT
Fde Cbnlrol Dwptoy Help
BDA
IR Eledrinl Pradud Dffia Famiy
ł Lump 6itw*4r
Rys. 2.
nego układu zapłonowego "wykonanego sgodnie s pokazanym na rys. 1 schematem blokowym. Elementy pasywne dobrano tak, aby dostosować układ do pracy z lampą T8 o mocy 36W. Foniewaś konstrukcja elektryczna układu zapłonowego jest jednakowa dla innych rodzajów lamp, mośna przypuszczać, śe dostosowanie układu zapłonowego do
Lamp Browser
Tripl*
Design Browser
Bom* PFC ------------- Sotact D�s*gn Irom Urt-
[saaŁi a dBt.^ri iciti mt im
Rys. 4.
parametrów lamp innych typów nie jest trudne. Tak jest w rzeczywistości. Jedyna - niestety dokuczliwa -trudność, na jaką napotkają konstruktorzy, to konieczność obliczenia parametrów kilkunastu elementów biernych.
Internationa] Rectifier rozwiązał ten problem oferując specjalne oprogramowanie obliczeniowe POWIRLIGHT Ballasi Design Assisiani, za pomocą którego mośna bardzo szybko i bezbłędnie dobrać wartości wszystkich elementów do lamp o niemal dowolnych charakterystykach.
Pracę z programem ułatwia kreator projektu, którego menu mośna skonfigurować w wersji uproszczonej (rys* 2) lub profesjonalnej (rys* 3). Deklaracja wstępnych załośeń dla projektowanego układu zapłon o we-
Rys. 5,
go jest wykonywana w czterech etapach (wybieranych za pomocą ,,przycisków" umieszczonych z lewej strony okna):
1. Wybrania typu lampy, którą będzie zasilał projektowany układ zapłonowy, w czym pomocny będzie uproszczony katalog (rys. 4).
2. Wybrania rodzaju zasilacza lampy i jego parametrów wejściowych, w czym pomocny jest tak-
śe katalog gotowych roz- wiązań (rys* 5).
3. Obliczenia charakterys- tycznych punktów pracy lampy (z czego powstaje wykres - przykładowy poka- zano na rys. 6).
4. Obliczenia parametrów elementów tworzących bez- pośrednie ,,otoczenie" ukła- du IR21571 (rys. 7). Ten etap składa się z trzech kroków, z których ostatni po zakończeniu niezbęd- nych obliczeń uruchamia
BDA AduuKtd Huby
Pn**M
Fkit
h.)i
I ŚŚ *

33 ii
ip. r\r n , *.,,. r_
Rys. 3.
tn;cpr Ś>ŚŚ'Ś'Ś
Ob*
Rys. 7.
66
Elektronika Praktyczna 6/2001
SPRZĘT
Rys. S.
programowy przewodnik, po projekcie, którego okno pokąsano na rys. 8. Jego za-daniern jest zapewnienie projektantowi możliwości wydrukowania wzoru płytki drukowanej (łącznie ze wzorem maski lutowniczej oraz nadruku z opisem elementów), wydruk, schematu układu zapłonowego oras przygotowanie zestawienia elementów wraz se szczegółowym wykazem zalecanych ich typów oraz producentów. Generowany przez pro-
W skład zestawi IRPLLHR2 wchodzą:
y płytka z układernzapłonowyrn dla
lampy T8/36W,
y dokurnentac|a układu zapłonowego, y płytaCD-ROMz programem
narzędziowym Ballast Design
Assistant
gram wykaz elementów jest interaktywny, co oznacza, że z jego poziomu można się połączyć ze stroną in-ternetową producenta wybranego elementu.
Oprócz wykazu elementów, za pomocą prezentowanego programu mośna wykonać dodatkowe fragmenty dokumentacji projektu. Jest to wykres ilustrujący punkty pracy zespołu lampa-układ zapłonowy fw postaci pliku BMP) oraz wzór płytki drukowanej, który jest dostępny w postaci plików w formacie GIF lub w formacie fotoplotera Gerber.
Prezentowany program fjest to wszakże najważniejszy element całego zestawu) jest przyjazny w obsłudze,
ale nas (Polaków) czeka pewne rozczarowanie: w naszym kraju rolę rozdzielacza pomiędzy liczbą i jej ułamkiem dziesiętnym spełnia przecinek, który jest przez program (opracowany w USA) ignorowany, co grozi powstaniem błędów obliczeniowych (dla programu 4,95A oznacza 4A), a czasami może wręcz uniemożliwić jego pracę (np. dla prądu preheai o typowej wartości 0,2..0,8A). Najrozsądniejszym wyjściem jest zmiana w ustawieniach systemowych kropki jako ..rozdzielacza". Jest to nieco uciążliwe, ale minimalizuje ryzyko powstania dokuczliwych (i kosztownych) błędów. Andrzej Kowalik, AVT
Prezentowany w artykule zestaw udostępniła redakcji firma Spezial Electronic, iel. 0-800-160-039, sewa-wa@poczia.fm.
Informacje o układzie IR215 71 są dostępne na stronie inierneiowej firmy IRF.pod adresem; hiip;// www. irf. c om /pro dud- info/da -tasheets/data/ii 215 7l.pdf
Prezentowany w artykule program narzędziowy jest dostępny na stronie inierneiowej producenta pod adresem; hiip ;//www, irf.com/ form s lelic d. ii i ml.
68
Elektronika Praktyczna 6/2001
PODZESPOŁY
Rodzina procesorów MSP430 znalazła
juz spoią grupę zwolenników, szczególnie wśród projektantów urządzeń pomiarowych i inteligentnych przetworników wielkości. U podstaw wprowadzenia tych procesorów na rynek leżała idea układu sterownika zorientowanego na zastosowania pomiarowe, w których przewiduje się bardzo długie okresy między wymianą baterii lub nie wymienia się jej przez cały okres eksploatacji urządzeń.
Główne cechy procesorów
Dla porządku przypomnijmy podstawowe parametry techniczne rodziny i wynikające z tego główne korzyści.
/ 16-bitowa architektura procesora typu RISC
/Zwarta i bardzo efektywna lista rozkazów (2 7 podstawowych instrukcji + 24 dodatkowe, emulo-wane przez instrukcje podstawowe) znacznie ułatwia opanowanie programowania.
/ 7 wydajnych trybów adresacji, dostępnych dla wszystkich rozkazów, z jednoczesnym równorzęd-
Energooszczędne mikrokontrolery,
xi n xour
vccvss
RST/NMI
PI.O/mCLK P1.7/TA2
Spttffl Clocfc
Osdllłtof
ł-ACLK
>3MCLK
MCLK
2/4KB
ROM
4KBMTP
CflOH
ęnr>\
CPU hcludhg
JTAQ
TEST/ VPP
MABp
16bt
IjDB,
ACLK-SMCLK-
10 U
RMI SRAM
Timr
TACLK +
H
UDPnrti
włthhtwr,
JTAG
Bib
O 4-INCUt
TimrA
>Ojbt
4-CCIxA
*-CClxfl
MCB
Comptrakir
Rys.
PfiO/ACLK P2.1/INCLK P2.aCAOUT
Liczba nowych mikrokontrołerów w rodzinie MSP430, po początkowym okresie zastoju, uległa szybkiemu zwiększeniu, co stało się dła nas pretekstem do ich przypomnienia.
nym dostępem do każdego z 16-bitowych rejestrów procesora (PC, SP, SR, CG + 12 rejestrów ogólnego przeznaczenia). Stworzą to bardzo dogodne warunki zarówno dla programowania w asemble-rze, jak i dla efektywnego kom -pilaiora języka C.
/ Sprawne narzędzia obsługi (na poziomie języka C) zapewniające wygodne opracowywanie i uruchamianie nowych projektów.
/Rozbudowany system zabezpieczeń programu i prawidłowości jego wykonywania, poczynając od wbudowanego układu WatchDog.
/ Szeroka gama bloków peryferyjnych, łącznie z wielowyjściowymi przetwornikami A/C (do 12 bitów rozdzielczości), układem mnożącym, portami, wyjściami PWM itp. Pre dysiyn uje to procesory MSP do bardzo szerokiej gamy zastosowań, od urządzeń pomiarowych, po sterowanie napędami.
/Wbudowane sterowane źródło prądowe do współpracy z popularnymi przetwornikami rezystan-cyjnymi.
/Do dwóch układów UART w jednym procesorze, wydatnie uprą-
70
Elektronika Praktyczna 6/2001
PODZESPOŁY
HOST
UART,SPI.I2C
MSP430x11x1
PXJ(
Pkji
P1.x P2.X
uniwersalnych 1/0
Rys. 2.
szczających komunikację z innymi procesorami.
/Rejestry pozwalające na kompara-cję i przechwyt stanu liczników czasu (nawet do 7 w procesorach grupy Fl4x), dzięki czemu liczne wyjścia PWM można zastosować do przetwarzania A/C jak i, na przykład, do sterowania uzwojeniami silników.
/Komparator analogowy pozwalający również na organizację przetwornika A/C z zachowaniem rozdzielczości 8, a nawet 10 bitów.
/Ultraniski pobór mocy (250mA w stanie przetwarzania + prąd źródła prądowego).
/Rozbudowana lista stanów uśpienia - pracy energooszczędnej
0 poborach prądu od 0,lmA do 6mA.
/Stały czas budzenia procesora równy 6 ms.
/Swoboda doboru źródła i częstotliwości zegara taktującego. Daje znaczny wpływ na wiełkość mocy pobieranej przez procesor (np. przy zastosowaniu kwarcu 32kHz dła utrzymania pracy zegara czasu rzeczywistego, wskaźnika LCD
1 wrażliwości na klawiaturę, wystarczy prąd 0,8mA z 3V zasilania).
/Rozbudowany system przerwań wewnętrznych i zewnętrznych (do 15 przerwań) z możliwościami indywidualnego ich maskowania. /Program "bootstrap loader", pozwalający na łatwe ładowanie wewnętrznej pamięci flash. /Do sześciu 8-bitowych, równoległych portów We/Wy.
W tab. 1 zebrano główne cechy poszczególnych procesorów rodziny MSP430.
Jednak, jak zwykle w mikrokon-trolerach o rozbudowanych funkcjach i obudowach o ograniczonej
liczbie wyprowadzeń, nie wszystkie możliwości i peryferia są dostępne w każdym z procesorów rodziny. Prawidłowość powyższą potwierdza przytoczona tabela. Trafny dobór procesora do zastosowania staje się więc często kluczowym elementem, zapewniającym powodzenie konstrukcyjne.
Pamięć programowalna w procesorach rodziny
Dotychczas, dla potrzeb uruchomieniowych i prototypowych prac, dostępne były jedynie dość kosztowne układy wyposażone w kasowane promieniowaniem UV pamięci typu EPROM.
Dopracowanie technologii programowalnych pamięci o bardzo
małym poborze mocy znacznie uatrakcyjniło ofertę procesorów MSP430. Zaowocowało to pojawieniem się procesorów MSP430Fxxxx, wyposażonych w pamięć Flash. Pierwsze z nich to układy MSP430Fllxl, dla których producent deklaruje bardzo niskie ceny, ale przy atrakcyjnych własnościach użytkowych. Inne dysponują już znacznie bogatszymi zasobami układów peryferyjnych i związanymi z tym bogatszymi możliwościami zastosowań.
Przykładowy kontroler ładowarki akumulatorów
Schemat blokowy najmniejszych procesorów wyposażonych w pamięć Flash przedstawiono na
Tab.1. Porównanie własności mikrokontrolerow rodziny MSP430
Ukfad OTP flash ROM RAM Peryferie ^^^m Obudowy
MSP430P112" MSP430C111 MSP430C112 4KB 2 KB 4 KB 256B 128B 256B 15-bit Watchdog/Timer 16-bitTimer_A, 3 rejestry CC We/Wy port P1 i P2 20SOP 20SOP 20SOP
MSP430F1101 MSP430F1121 MSP430C1111 MSP430C1121 1KB 4KB 2KB 4 KB 128B 256B 128B 256B 15-bit Watchdog/Timer 16-bitTimer_A, 3 rejestry CC Komparator analogowy, żr. odniesienia We/Wy port P1 i P2 20SOPJSSOP 20SOPJSSOP 20SOPJSSOP 20SOPJSSOP
MSP430F133 MSP430F135 8KB 16KB 256B 512B 15-bit Watchdog/Timer 16-bitTimer_A, 3 rejestry CC 16-bitTimer_B, 3 rejestry CC/S komparator analogowy, żr. odniesienia 12-bit, 12-kanatowy przetw. A/C, HWUSART, UART/zgodnyzSPI, port We/Wy P1 - P6 64QFP 64QFP
MSP430F147 MSP430F148 MSP430F149 32KB 48KB 60KB 1KB 2 KB 2 KB 15-bit Watchdog/Timer 16-bitTimer_A, 3 rejestry CC 16-bit Timer_B, 7 rejestrów CC/S komparator analogowy, żr. odniesienia 12-bit, 12-kanatowy przetw. A/C, 2*HW USART, UART/zgodny z SPI, 8*8 do 16*16 HWjedn.MPY/MAC port We/Wy P1 - P6 64QFP 64QFP 64QFP
MSP430P315" MSP430P315S" MSP430P311S MSP430P312 MSP430P313 MSP430P314 MSP430P315 16KB 16KB 2KB 4 KB 8 KB 12KB 16KB 512B 512B 128B 256B 256B 512B 512B 15-bit Watchdog/Timer 8/16-bitowy Timer_Port sterownik LCD 64- lub 92-segm. HW UART małej mocy, We/Wy port PO 56 SSOP 48 SSOP 48 SSOP 56 SSOP 56 SSOP 56 SSOP 56 SSOP
MSP430P325A" MSP430C323 MSP430C325 16KB 8 KB 16KB 512B 256B 512B 15-bit Watchdog/Timer 8/16-bitowy Timer_Port sterownik LCD 84-segm. HW UART małej mocy, 14-bitowy przetw. A/C, We/Wy port PO 64OPF, PLCC 64OPF, PLCC 64OPF, PLCC
MSP430P337A" MSP430C336 MSP430C337 32KB 24 KB 32KB 1KB 1KB 1KB 15-bit Watchdog/Timer 8/16-bitowy Timer_Port sterownik LCD 120-segm. HWUSART, UART/zgodnyzSPI, 8*8 do 16*16 HWjedn.MPY/MAC port We/Wy P1 - P4 100 QFP 100 QFP 100 QFP
istnieją wersje PMS430E325A,
EPROM kasowane UV dla układów prototypowych PMS430E112, PMS430E315, PMS430E337A
72
Elektronika Praktyczna 6/2001
PODZESPOŁY
rys. 1. Zwróćmy uwagę na zawarte w procesorze układy peryferyjne, ukierunkowujące go do stosowania w prostych układach z wyjściami analogowymi czy do sterowania silnikami lub do podobnych celów. Dostępny w jednej z odmian komparator napięcia pozwala na budowę przetwornika A/C w oparciu o pomiar czasu rozładowania kondensatora o znanej pojemności. Ideę tę wykorzystano w prostym sterowniku do ładowarki akumulatorów, którego schemat przedstawiono na rys. 2.
Należy zwrócić uwagę na korzystne dla użytkowników posunięcie producenta - Texas Instruments - który wkrótce po zaproponowaniu najprostszych procesorów Flash rozpoczął oferowanie układów o maksymalnych zasobach pamięci i peryferii. Dzięki temu do rąk użytkowników trafił procesor, na którym można przetestować również rozwiązania przewidywane dla uproszczonych wersji układu.
Wyposażenie najprostszych procesorów w możliwość obsługi wyjść PWM oraz komparator napięcia stwarza wyjątkowo dogodne warunki do jego masowego zastosowania w sterowaniu małymi silniczkami czy też inteligentnymi ładowarkami do akumula-
torów, przy znikomym poborze prądu przez procesor. Na rysunku obok zamieszczony został układ połączeń takiego kontrolera. Może on dostosowywać prąd ładowania nie tylko do wartości napięcia na baterii, ale uwzględniać jego charakterystykę zmian w czasie, dostarczony już ładunek czy zmiany oporności wewnętrznej itp. Wszystkie te opcje są możliwe do uzyskania przy poborze prądu przez procesor na poziomie l,6mA.
Niska cena układu, prawie po-mijalna w stosunku do kosztu akumulatora, wobec poprawy warunków eksploatacji i wydłużeniu jego czasu użytkowania może być zachętą do tego rodzaju zastosowań. Odpowiednio szersze możliwości mają bardziej rozbudowane procesory tej rodziny.
Narzędzia uruchomieniowe
Procesory z rodziny MSP430, wyposażone w pamięć Flash, otwierają również spore możliwości przed projektantami nie dysponującymi znacznymi środkami inwestycyjnymi. Wynika to z wyjątkowo korzystnej oferty pakietów testowych typu "starter kit". Dla najmniejszych procesorów rolę taką spełnia zestaw MSP-FET430xll0, wyposażony w działające na komputerach PC kompletne narzędzia
do generowania kodu i jego uruchamiania (poziom kosztów bez VAT i kosztów granicznych poniżej $50). Dostępny w pakiecie kompilator języka C (zresztą bardzo efektywny) ma ograniczenie objętości generowanego i ładowanego do modułu testowego kodu na poziomie lk(słowa). Pakiet ten umożliwia również programowanie pamięci flash procesora osadzonego w podstawce (fot. 1).
Analogiczny zestaw dla procesora F149 jest już nieco droższy. W przypadku tego pakietu ograniczenie objętości kodu generowanego przez kompilator C jest już nieco bardziej dotkliwe i zapewnienie pełnego wykorzystania walorów tego języka wymaga jednak wyposażenia się w pełną wersję narzędzi oferowanych przez firmę IAR. Bliższe dane i szczegóły o poruszonych tutaj procesorach, ich narzędziach uruchomieniowych i przykładach zastosowań znajdzie Czytelnik na załączonym krążku CD-ROM. Zawiera on wybrane fragmenty materiałów zawartych na serwerze internetowym firmy Texas Instruments, a dostępnych również na dostarczanym przez producenta i dystrybutorów dysku CD-ROM "MSA430 August 2000" o oznaczeniu firmowym SLAC001B.
Krzysztof Kardach, Tl
74
Elektronika Praktyczna 6/2001
MINIPROJEKTY
Wspólną cechą układów opisywanych w dziale "Miniprojekty" jest łatwość ich praktycznej realizacji. Zmontowanie układu nie zabiera zwykle więcej niż dwa, trzy kwadranse, a z jego uruchomieniem można poradzić sobie w ciągu kilkunastu minut. "Miniprojekty" mogą być układami stosunkowo skomplikowanymi funkcjonalnie, lecz prostymi w montażu i uruchamianiu, gdyż ich złożoność i inteligencja jest zawarta w układach scalonych. Wszystkie projekty opisywane w tej rubryce są wykonywane i badane w laboratorium AVT. Większość z nich wchodzi do oferty kitów AVT jako wyodrębniona seria "Miniprojekty" o numeracji zaczynającej się od 1000.
Pomocnicza lampa atelierowa
Obecnie zajmiemy się
budową urządzenia,
które współpracując
z atelierowymi lampami
błyskowymi wielkiej
mocy zapewni
w każdym przypadku
prawidłowe oświetlenie
planu zdjęciowego.
Urządzenie to jest
podstawowym źródłem
światła w studiu
fotograficznym i przy
klasycznej kompozycji
oświetlenia może zostać
zastosowane jako
światło rysujące
i wypełniające.
Układ lampy jest dość prosty do wykonania i jego budowa nie sprawi trudności nawet średnio doświadczonemu elektronikowi. Musimy jednak pamiętać, że budujemy urządzenie, które z powodzeniem może pełnić rolę przenośnego krzesła elektrycznego. Dlatego też odradzam budowę układy tym Czytelnikom, którzy jeszcze niezbyt pewnie czują się w otoczeniu wysokich napięć i dużych prądów.
Jednak najczęściej potrzebujemy więcej źródeł światła, np. kontry czy też reflektorów efektujących. Z zasady mogą to być źródła światła o mocy o rząd wielkości mniejszej od reflektorów głównych, wyposażone w najróżniejsze przesłony i nasadki, których omówienie wykracza jednak poza ramy tego artykułu. Lampy te mogą być wyzwalane światłem reflektorów głównych, tak że wyposażanie ich w układ synchronizacji z aparatem fotograficznym jest całkowicie zbędne.
Schemat elektryczny układu pomocniczej lampy atelierowej pokazano na rys. 1. Nie będziemy tu wdawać się w teoretyczne rozważania na temat budowy lamp błyskowych, ponieważ uczyniliśmy to już w wspomnianym wyżej artykule i zakładam, że moi Czytelnicy znają zasadę funkcjonowania tych urządzeń. Przystąpmy zatem do konkretów.
Energia potrzebna do wyzwolenia błysku o sporej sile magazynowana jest w trzech równolegle połączonych kondensatorach elektrolitycznych Cl, C2 i C3. Każdy z tych kondensatorów ma pojemność 8OOjj,F, a ponieważ w urządzeniu nie zastosowano żadnego układu podwyższającego napięcie sieciowe
zostaną one naładowane do napięcia ok. 310V. A zatem energia błysku naszej lampy będzie wynosiła ok. 112Ws, co zapewnia wystarczającą do naszych potrzeb siłę błysku, a jednocześnie pozwala na zastosowanie palnika o maksymalnej energii 120Ws.
Kondensatory ładowane są bezpośrednio z sieci w układzie prostownika peł-nookresowego zbudowanego na diodach D2..D5, a rezystor R6 ogranicza prąd ładowania.
Zajmijmy się teraz układem wyzwalania triaka Ql. Jak już wspomniano, lampa przeznaczona jest wyłącznie do wyzwalania światłem innej, pilotującej lampy, lub lampy wbudowanej w aparat fotograficzny. Jeżeli zbudujemy kilka lamp, to może dojść do sytuacji, ze będą się one wyzwalały kolejno, pod wpływem błysku wygenerowanego przez jedna z nich. Powstających w takiej sytuacji opóźnień nie musimy się jednak obawiać: w fotografii nie będą miały one nawet najmniejszego znaczenia!
Układ z rezystorem R7, kondensatorami C6, C7 i dioda Zenera Dl tworzy pomocniczy zasilacz prądu stałego zaopatrujący w prąd układ wyzwalania triaka. Błysk lampy pilotującej odbierany
jest przez fototranzystor T2. Słaby impuls zostaje wzmocniony przez tranzystory Tl i T3 pracujące w układzie Darlingtona i doprowadzony do bramki triaka Ql powodując jego włączenie i w konsekwencji błysk lampy. Dioda LED zasilana z szeregowo połączonych rezystora R8 i diody Zenera D6 pełni funkcję prostego sygnalizatora stanu naładowania kondensatorów głównych.
Na rys. 2 przedstawiono rozmieszczenie elementów na płytkach drukowanych. Montaż układu nie odbiega niczym od montażu innych urządzeń elektronicznych, z tym że ze względu na występujące w układzie wysokie napięcia, musi być przeprowadzony wyjątkowo starannie.
Nieco więcej uwagi musimy poświęcić sposobowi zamontowania palnika wyładowczego. Montujemy go na okrągłej płytce, ale w żadnym wypadku nie możemy go do niej przylutować! Podczas pracy palniki nagrzewają się i różnica w rozszerzalności cieplnej szkła i laminatu doprowadziłaby do powstanie niszczących naprężeń. Posłużymy się metoda opisana już podczas budowania układu atelierowej lampy blaskowej dużej mocy i stroboskopu trój-
CON1 CON3
Elektronika Praktyczna 6/2001
79
MINIPROJEKTY
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl, R4, R5, R9: 100kQ
R2: 510Q
R3: 100Q
R6: 470Q/10W
R7: 75kQ
R8: xxxxxxxx
Kondensatory
C1..C3: 800^F/350V
C4, C7: lOOnF
C5: lOnF
C6: 100^F/16V
Półprzewodniki
Dl: dioda Zenera 15V
D2..D5: 1N4007
D5: LED
D6: dioda Zenera 150V
Ql: BT136
Tl, T3: BC548
T2: fototranzystor
Różne
CON1, CON3: ARK3
CON2: ARK2
TRI: transformator zapłonowy
do lampy błyskowej
Płytka drukowana wraz z kompletem elementów jest dostępna w AVT - oznaczenie AVT-1306.
Wzory płytek drukowanych w formacie PDF są dostępne w Internecie pod adresem: http://www.ep.com.pl/7pdf/ czerwiec01.htm oraz na płycie CD-EP06/2001 w katalogu PCB.
kanałowego. Należy rozebrać na części złącze typu ARK2 (będzie dostarczone w kicie) i do metalowych tulejek ze śrubkami przy lutować krótkie kawałki srebrzanki lub drutu miedzianego o długości ok. 2cm. Końce kawałków srebrzanki wlutowujemy w płytkę, a do tulejek przykręcamy palnik. Podczas jego montażu musimy zwrócić baczna uwagę na biegunowość: odwrotne zamocowanie palnika grozi jego natychmiastowym uszkodzeniem! Środkową elektrodę palnika dołączamy (można lutować) do wyprowadzenia transformatora zapłonowego.
Po zmontowaniu płytek musimy połączyć je ze sobą izolowanym przewodem o średnicy min. l,5mml Następnie w szereg z naszą lampą włączamy np. żarówkę o mocy 100W i całość dołączamy do sieci. Jeżeli żarówka zapali się i powoli zgaśnie, a napięcie na kondensatorach głównych wzrośnie do ok. 310V, to oznacza ze w naszym układzie wszystko jest OK. W przeciwnym przypadku musimy szukać błędu w montażu.
Zbudowana z części dostarczonych w kicie lub samodzielnie skompletowanych lampa nie jest jeszcze gotowym do działania urządzeniem. Po-
Rys. 2.
trzebny jest odpowiedni reflektor , który skierowałby całe światło emitowane przez lampę w odpowiednim kierunku. Tu jednak radźcie sobie sami, Drodzy Czytelnicy!
Na zakończenie jedna, bardzo ważna uwaga: może się zdarzyć, że zakupione kondensatory elektrolityczne były składowane w magazynach przez bardzo długi czas.
W takim przypadku opisana wyżej próba da wynik negatywny nawet przy prawidłowym zmontowaniu układu. Musimy wtedy uzbroić się w cierpliwość i pozostawić układ pod napięciem przez kilka, a nawet kilkanaście godzin. Kondensatory zaformu-ją się i odzyskają nominalną pojemność. ZR
80
Elektronika Praktyczna 6/2001
MINIPROJEKTY
Programatorek procesorów AVR
Programatorów
procesorów, w tym
procesorów ATMEL AVR
opisano już na łamach
Elektroniki Praktycznej
wiele. Też miałem
w tym swój udział
i nie planowałem
konstruowania
w najbliższym czasie
tego typu układów.
Zmieniłem jednak
zdanie, kiedy
zapoznałem się
w Internecie
z niezwykle ciekawym
programatorkiem
i bardzo sympatycznym
programem do jego
obsługi.
Moje zainteresowanie wzmogło się, kiedy przeczytałem, że programator ten, niezależnie od dedykowanego mu "samodzielnego" oprogramowania może także współpracować ze słynnym pakietem BASCOM-AVR. Układ, do którego program napisał Pan Roland Walter, bije konkurencyjna urządzenia na głowę pod względem prostoty i taniości. Prostota układu została rzeczywiście doprowadzona do perfekcji, jako że składa się on z... sześciu rezystorów, kondensatorów blokujących zasilanie i wtyku DB25M (rys. 1). Programator może obsługiwać następujące typy procesorów: AT90S1200, AT90S2 313, AT90S2323, AT90S2 34 3, AT90S4414, AT90S44 34, AT90S8515, AT90S8535, czyli wszystkie najpopularniejsze chipy z rodziny AVR.
Program sterujący jego praca jest dostępny w Internecie, a jako freeware jest
także dostępny na płycie CD-EP6/2001B oraz na naszej stronie internet owej w dziale Download>Doku-mentacje. Program jest bardzo prosty, ale pomimo to umożliwia realizację wszystkich ważniejszych funkcji, niezbędnych podczas programowania procesorów (rys. 2). Jedynie opcja zabezpieczania zawartości programu została w wersji freeware zablokowana. Autor postąpił słusznie: amatorzy rzadko potrzebują zabezpieczać napisane przez siebie programy, a zawodowcy... niech wydadzą te kilka dolarów i kupią sobie wersję komercyjną programu. Oprogramowanie może wczytywać dwa typy plików: binarne i w formacie Generic Hex. Programator może być także obsługiwany z poziomu pakietu BASCOM AVR, gdzie konfigurujemy go jako "Sample Electronics Programmer" (rys. 3).
Schemat elektryczny programatorka nie wymaga chyba szczegółowego komentarza. Programowany procesor może być zasilany bądź z uruchamianego układu, bądź z programatora. W tym drugim przypadku, napięcie zasilające pobiera-
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
R1..R6: 220Q Kondensatory
Cl: 47^F/10V
C2: lOOnF
Różne
Złqcze DB25M z obudowg
Płytka drukowana wraz z kompletem elementów jest dostępna wAVT- oznaczenie AVT-1307.
Wzory płytek drukowanych w formacie PDF są dostępne w Internecie pod adresem: h ttp: 11 www. ep.com.pl/?p df/ czerwiec01.htm oraz na płycie CD-EP06/2001 w katalogu PCB.
80
Elektronika Praktyczna 6/2001
MINIPROJEKTY
CON1
PB7(SCIQ
VCC
GND
PD>(lNTI)
pasm)
PHfCF}
ATKJSZWł
Rys. 1.
ne jest z wyjść szyny danych portu drukarkowego komputera.
Żywię wprawdzie nieprzeparte obrzydzenie do
Wi*AVft
SWrct AVRfibck 1*000
jLaafclprt |LPT1
Rys. 2.
konstrukcji budowanych w formie "pająka", ale tym razem postanowiłem zrobić wyjątek i nie projektować płytki obwodu drukowanego do tak prostego urządzenia. Montaż układu jest banalnie prosty i sprowadza się do przylutowania kilku rezystorów do wyprowadzeń złącza DB25M. Pomiędzy końcówki rezystorów doprowadzających zasilanie do procesora, a masę wlutowujemy dwa kondensatory blokujące zasi-
lanie, a uwieńczeniem naszego dzieła będzie wykonanie sześciu przewodów łączących programator z procesorem. Przewody te, o długości kilkunastu centymetrów proponowałbym zakończyć tzw. miniaturowymi chwytakami teletechnicznymi, które umożliwią dołączenie programatora do procesora lub uruchamianego układu bez konieczności lutowania.
zakończenie bardzo ważna uwaga: programowany procesor musi być wyposażony w oscy-lator kwarcowy, którego częstot-
Na
liwość należy podać w okienku programatora (rys. 2). Warunek ten, podczas programowania procesorów w przeznaczonym dla nich układzie jest najczęściej spełniony. Jeżeli jednak będziemy chcieli programować procesory AVR poza ich "naturalnym środowiskiem", to warto wykonać w tym celu proste urządzenie, zawierające podstawkę pod procesor, kwarc i dwa kondensatory. Zbigniew Raabe, AVT zbigniew.raabe@ep.com.pl
Program sterujący został przez jego twórcę umieszczony w Iniemecie pod adresem; hiip;//userpage.fu-ber-lin.de/qlibaba/mc/winavr.zip.
Rys. 3.
Elektronika Praktyczna 6/2001
S1
NOWE PODZESPOŁY
Szeregowa pamięć EEPROM o pojemności IMb
Atmel wprowadził do sprzedaży pamięć EEPROM z interfejsem szeregowym o imponującej pojemnoSci IMb. Układ AT25F1024 jest wyposażony w interfejs SPI, który może być taktowany sygnałem o częstotliwości do 20MHz. Pamięć jest podzielona na cztery 32kB sektory, w każdym z nich znajduje się 128 stron. Dostęp do danych jest możliwy na dwa sposoby: bajtowo lub grupowo, przy czym maksymalna liczba przesyłanych bajtów wynosi 256. W zależnoSci od wymagań użytkownika możliwe jest zabezpieczenie 1/ 4, 1/2 lub całej matrycy przed kasowaniem lub zapisem.
W prezentowanych pamięciach producent zastosował dodatkowe wyprowadzenie HOŁD, za pomocą którego zatrzymywana jest praca interfejsu szeregowego bez jego zerowania, dzięki czemu jest możliwe wznowienie jego pracy w dowolnym momencie.
Układ AT25F1024 jest przystosowany do pracy w systemach niskonapięciowych
2,7..3,6V, w czasie pracy pobiera prąd o natężeniu do 30mA. Natężenie prądu spoczynkowego nie przekracza 10[iA, a większoSci przypadków wynosi 2[iA. Dostępne są trzy warianty obudów: SOIC8 (największa!), LAP8 oraz dBGA8.
http://www.atmel.com/atmel/acrobat/ docl440.pdf
Przedstawicielami Atmela w Polsce są firmy: Codico (tei. (0-51) 642-88-00) i Gamma (tel. (0-22) 663-83-76) i JM Elektronik (tel. (0-32) 339-69-00).
Pamięć z szyfratorem
Dallas wprowadził do produkcji nieulotne pamięci z interfejsem szeregowym 1-Wire wyposażone w moduł szyfrujący ich zawartoSć zgodnie z algorytmem SHA-1 (ang. Secure Hash Algorithm). Modyfikacja zawartoSci pamięci jest możliwa po podaniu 160-bitowego klucza, w którego generacji uczestniczy także numer niepowtarzalny seryjny układu. Po-jemnoSć pamięci wynosi lkB, podzielonej na cztery strony o pojemnoSci 256B każda.
Układy DS2432 są dostępne w obudowach TSOC6 oraz 8-końcówkowych FlipChip (wy-
DALLAS
SEMICONDUCTOR
prowadzenia przymocowane bezpoSrednio do struktury układu).
http://www.dalsemi.com/datasheets/pdfs/ 2432.pdf
Przedstawicielami Dallasa w Polsce są firmy: Soyter (tel. (0-22) 685-30-04) oraz WG-Electronics (tel. (0-22) 621-77-04).
1-Wire net
Rys. 1.
1-Wire Function Control
Memory and
SHA Function
Control Unit
CRC16 Generator
Data Memory
4 Pages of 256 bits each
Register Page 64 bits
64-bit LaseredROM
512-bit
Secure Hash
Algorithm
Engine
64-bit Scratchpad
Seciets Memory 64 bits
Elektronika Praktyczna 6/2001
89
NOWE PODZESPOŁY
Nowy przekaźnik półprzewodnikowy
Firma Clare wprowadziła do produkcji półprzewodnikowe przekaźniki z izolacją galwaniczną wejścia od wyjścia, oznaczone symbolem PLA140L. Rolę elementów wyjściowych spełniają dwa tranzystory polowe, które można skonfigurować jako klucz jedno lub dwukierunkowy, dzięki czemu można prze-
łączać obciążenie zasilane napięciem stałym i zmiennym. Zaletą takiego rozwiązania jest odporność klucza przełączającego na prze-tężenia i spora wydajność prądowa wynosząca 200/350mA (AC/DC], przy napięciu zasilania do 400V. Maksymalna rezystancja włączonego klucza nie przekracza 8Q.
-Load
DoNotUu
Rys. 2.
CLARE
Micro Chips. Macko Spl^1"1*""*
http;/' i'www.clars.co mi'ho me/PDFs. nsff wwwfPŁAl 40. pdfUFile fPLAl40.pdf
Przedstawicielem firmy Clare w Polsce jest firma Radiotechnika Marketing [iel. [0-71} 327-70-75}.
Szeregowy EEPROM z ACR SIG
Microchip, jako pierwszy producent na świecie wdrożył do produkcji pamięci EEPROM z interfejsem szeregowym, spełniające wymagania ACR SIG (ang. Advanced Communications Riser Special Interest Group]. Jest to układ z w budowanym interfejsem
WP
\fO
LOGIC
* WGBBWTOR
MBAOPIY
CONTTOL *> COłłTTOL -*
LOGIC
SDA so-
wi Q* VSbQ>
Rys. 3.
XDEC
~H EEPROM AFRAY (4X256X0)
PftGELATCHES
t T
YDEC
SENBEAMP RWCONTROL
I2C, o specjalnie ustalonym adresie, zgodnym ze specyfikacją wspomnianej normy. Pamięć jest przeznaczona do stosowania w modemach nowej generacji, jako pamięć danych renumeracji niezbędnych dla prawidłowej konfiguracji Pług & Play. Pamięci 24LC09 są dostępne w obudowach SOIC/ DIP8. Zakres dopuszczalnych temperatur pracy wynosi -4O..+85�C, a liczba poprawnych wpisów nie jest mniejsza od 1 min.
JM
MlCROCHIP
ftp://www.niicrochip.coni/DownloadHii! plinefmemoryfmemdvicefpnpfdevicesf 24lc09f200SSb.pdf
Przedstawicielami Microchipa w Polsce są firmy; Fuiure {iel. {0-22} 813-92-02}, Gamma {tel. {0-22} 663-33-76} i Uniąue {tel. {0-32} 233-05-60}.
PSoC-e w sprzedaży
Pod długim oczekiwaniu Cypress wprowadził do produkcji 8-bitowe układy PSoC (ang. Programmable System-on-a-Chip], tworzące rodzinę 8C25xx/26xxx. Układy te integrują w strukturze 8-bito-wy mikrokontroler, 12 konfigurowalnych bloków analogowych oraz 8 konfigurowalnych bloków cyfrowych. Bloki analogowe i cyfrowe można swobodnie kon-figurowac, uzyskując przetworniki A/C i C/A, filtry analogowe o różnych charakterystykach, rejestry "wyjściowo-wejść i o we, generatory CRC, moduły komunikacyjne itp.
Rdzeń mikrokontrolera jest wyposażony w "lokalne" peryferia, niezbędne do jego poprawnej pracy. Szybkość taktowania mikro-
CYPRESS
SEMICONDUCTOR
CORPORATION
kontrolera powinna mieście się w przedziale 9 3 ,75kHz.. 24MHz, napięcie zasilania 2,7..5,5V, a zakres temperatury pracy -4O..+85�C. Pojemność pamięci programu w dostępnych wersjach układów PSoC wynosi 4..l6kB. Układy 8C25xx/26xxx są oferowane w obudowach DIP8, DIP/SOIC/ SSOP20, DIP/SOIC/SSOP28, TQFP44 oraz DIP/SSOP48.
h ttp ;!!www. cyp re ssm i ero. c om /
Przedstawicielem firmy Cypress w Polsce jest firma Fuiure {iel. {0-22} 813-92-02}.
FUTURE ELECTRONICS
90
Elektronika Praktyczna 6/2001
Narysuj swój program!
W tym odcinku postaram się wyjaśnić zastosowanie tablic na przykładzie projektu prostego układu, którego opis udostępniamy na płycie CD-EP6/2001B w katalogu \Noty katalogowe do projektów oraz na naszej stronie internetowej w dziale Do wn 1 oa d> Doku m en ta cje.
LOOKUP INOEX
1 Qd) 1 Q(l)
SINT SINT
Rys,
EP
AVT
Rys. 2.
W skład biblioteki pakietu ST6-Re-alizer wchodzą dwa rodzaje tablic: 2ndexTable i LookupTable, oznaczone symbolami pokąsanymi na rys. 1 i 2. IndexTable daje nam możliwość kon-
,> T|
twt*
Rys. 3.
Rys. 4.
wersji wartości wejściowej na dowolną (niekoniecznie liniowo zależną) wartość wyjściową, którą definiujemy w tablicy. W LookupTable wartość wejściowa jest wykorzystywana do znalezienia i umieszczenia wartości stałej z tablicy na jej wyjściu. Opis ten może wydawać się trochę zawiły, ale spróbujemy go sprowadzić do prostszej postaci w praktycznym zastosowaniu.
Uruchamiamy Realizera i tworzymy nowy projekt, nazywając go np. EP-KURS. Z biblioteki wybieramy elementy IndexTable oraz IndexLookup i umieszczamy je na planszy schematu. Podczas umieszczania na planszy schematu tych elementów otworzy się okno edycji nazwy tablicy (rys* 3) oraz okno deklaracji wartości stałych przechowywanych w tablicy (rys. 4). Następnie zostaje utworzony plik *.iab o takiej samej nazwie jak zadeklarowano dla tablicy. Po utworzeniu pliku otwiera się okno edytora zawartości tablic, które przedstawiamy na rys. 5 (IndexTable) i rys. 6 (LookupTable}. Obydwa okna edytora tablic po utworzeniu pliku *.iab zawierają tylko jedną pozycję def, w której zadeklarowano stan wyjść tablic w przypadku obecności na wejściu wartości nie przewidzianej przez programistę. Aby zwiększyć liczbę pozycji w tablicy, można dokonać importu zestawu wcześniej przygotowanych danych. Najprostszym sposobem ich przygotowania jest wykorzystanie dowolnego edytora tekstowego (np. sys-
Od pierwszego odcinka "Kursu" poświęconego Realizerowi otrzymujemy wiele pytań
związanych z różnymi
aspektami stosowania tego
oryginalnego narzędzia. Jednym
z najczęściej powtarzających
jest pytanie o sposób
wykorzystywania tablic, które
wchodzą w skład zestawu
standardowych elementów
bibliotecznych. Postanowiliśmy
więc poświęcić ten odcinek
wyjaśnieniu wątpliwości związanych właśnie z tablicami.
temowego Noiepada) do edycji plików *.tab.
Ponieważ mamy dwa rodzaje tablic, będziemy mieli dwa sposoby zapisu danych:
- Dla tablicy LookupTable dane należy podawać w dwóch kolumnach oddzielonych przecinkiem (rys. 7). Pierwsza kolumna to wartości wejściowe, druga to odpowiadające im wartości wyjściowe.
- W przypadku tworzenia tablicy IndexTable zapis danych należy wykonać w jednej kolumnie, która przedstawia wartości wyjściowe jak to pokazano na rys. 8.
Opisaną metodę edycji zawartości tablic należy stosować tylko przy tworzeniu ich po raz pierw-
ŚI"
u
u h u
1 L u
ł i j
4 ? 1---------------D--------------
B
_

'1

lii
(W u n

u
L
U
J
J
Śi
U
Rys. 5.
Rys.
Elektronika Praktyczna 6/2001
KURS
Pwnoj;
1-0
3,3 9,0 12 fl 31 jO
J
WEJ
Rys. 7.
szy. Później, gdy będziemy mieli już kilka tablic utworzonych w różnych projektach, możemy tylko dokonywać importu danych do nowej tablicy.
Przykład zastosowania
Po tej dawce teorii przystąpmy do praktycznego zastosowania tablic. Na rys. 9 przedstawiono schemat programu przygotowanego na potrzeby tego odcinka. Jest to urządzenie zliczające impulsy z generatora taktującego i wyświetlające na 7-segmentowym wyświetlaczu liczbę odpowiadającą liczbie zliczonych taktów zegara. Pomiędzy licznik i dekoder włączono dwa typy tablic, których wyjścia można wybrać za pomocą multipleksera sterowanego zewnętrznym sygnałem logicznym.
Licznik counif zlicza impulsy pochodzące z generatora osc do wartości value zależnej od wpisanego rodzaju zmiennej w liczniku counif. Wyjście oscylatora połączone jest z wejściem zliczającym w górę licznika UP. Z pozostałych wyprowadzeń licznika nie będziemy korzystać. Wejścia te jednak nie mogą pozostać w ,,powietrzu", najprościej dołączyć do nich elementy consib o przypisanej wartości 0. Wyjście licznika val połączone jest z wejściami tablic AVT i EP, nato-
Rys. 9.
miast wyjścia tablic poprzez multiplekser muxl na wejście bloku bunpack. Sygnały z jego wyjść są dołączone do wyjść dwustanowych digoui.
Program działa następująco: impulsy z oscylatora zliczane są przez licznik counif. Podczas zliczania na jego wyjściu pojawia się słowo, które po podaniu na wejście tablicy wywołuje przypisaną mu w tablicy wartość. Pojawia się ona na wyjściu tablic i następnie - poprzez multiplekser - jest podawana na wejście bloku bunpack, na wyjściach którego pojawia się odpowiednia kombinacja sygnałów logicznych sterujących wyjścia A..G oraz I. Do tych
wyjść mośna dołączyć wyświetlacz lub diody LED z włączonymi w szereg rezystorami, o wartości ok. 470L2, ograniczającymi prąd. Krzysztof Górski, AVT krzysztof.gorski@ep.com.pl
Projeki układu opisanego w ariy-kule zamieszczamy na płycie CD-EPSf 2001B w kaialogu \Noiy kaialogowe do projekiow oraz na sironie inierne-iowej EP.
Na płycie CD-EP2/2001B opublikowaliśmy STG-Pealizeia w pełnej wersji, jesi on iakże dosiępny (wraz z kaialogiem procesorów ST82} na płycie CD-EP2.
Rys. S.
92
Elektronika Praktyczna 6/2001
Transformator elektroniczny z regulacjq mocy
No słr. 27, przy okozji opisu konstrukcji > elektronicznego transformatora, poznacie tojniki nowoczesnych sposobów regulacji mocy dostarczonej do obciążenia.
Przestrój się!
Warszawska firma MJM opracowała niezwykle tanią cyfrową syntezę częstotliwości, przeznaczoną do zastąpienia starych głowic strojonych analogowo. Tajniki rozwiązania przedstawiamy na słr. 62. V
Projekty Czytelników
Interesujące urządzenie zwiększające możliwości standardowej aparatury do zdalnego sterowania przedstawiamy w artykule na str. 91.
Dekoder RDS
Na słr. 43 znajdziecie drugą część opisu konstrukcji uniwersalnego dekodera RDS. V
Wzmacniacz do aktywnej kolumny
Nieco 'przerośnięty", lecz łatwy w wykonaniu miniprojekt przedstawiamy na słr. 75
Zestaw uruchomieniowy dla procesorów rodzin AVR i T51
Kolejne narzędzie dla 'bascomow ców" i fanów eksperymentów z mikrokontrolerami. Słr. 37.
Miniaturowa iluminofonia
Pomysłowo wykorzystane diody LED mogą, dzięki urządzeniu opisanemu na str. 76, spełniać rolę domowej iluminofonii.
Monitor magistrali ^ szeregowych
Jeżeli w swoich opracowaniach często korzystasz
z różnego typu magistrali szeregowych, na słr. 33 znajdziesz dla siebie opis niezwykle przydatnego urządzenia, za pomocą którego bez trudu zdiagno żujesz błędy zakłócające transmisję danych.
Multiprogramator mikrokontrolerów ST62
Zamiast kupować drogi programator uniwersalny lub kilka zestawów uruchomieniowych konstruktorom korzystającym z ST62 wystarczy jedno, łatwe w wykonaniu urządzenie. Słr. 17.
Scalone mostki PCI
Na słr. 51 znajdziecie artykuł prezentujący
nowoczesne układy scalone spełniające rolę mostków pomiędzy interfejsem PCI i standardową magistralą równoległą.
ChipStation CS-84\48
Na słr. 55 przedstawiamy nowoczesny, uniwersalny programator firmy Leap Electronic. fc-
Elektronika Praktyczna 1/2001
Elektroniczne rozpoznawanie obrazów
No str. 147 przedstawiamy nowoczesne czujniki firmy Omron, za pomocą których można rozróżniać obrazy. Prawdziwy majstersztyk!
Elektroniczny czytnik A odcisków palców
Po raz kolejny w EP wracamy do prezentacji półprzewodnikowych czytników odcisków palców. Jak przekonuje autor artykułu znajdującego się na str. 68, dobry czytni to połowa sukcesu. O drugiej połowie dowiecie się po przeczytaniu artykułu.
Wielka Electronica 2000
O największych w Europie targach elektronicznych możecie poczytać na str. 71.
Elektronika Praktyczna 1/2001
IKA
Nr 1 (97)
t styczeń 2001
Projekty
AKT- akustyczny teatr, część 1 .............................................. 10
Multi programator mi kr okoń troi erów STÓ2............................. 17
Szybkościomierz modelarski.................................................... 23
Transformator elektroniczny z regulacją mocy.................... 27
Monitor magistrali szeregowych, część 1 ............................. 33
Zestaw uruchomieniowy dla procesorów
rodzin AVR i '51, część 1.......................................................... 37
Dekoder RDS, część 2..............................................................43
Miniprojekty
Wzmacniacz do aktywnej kolumny....................................... 75
Mini iluminofonia na diodach LED......................................... 76
Automatyka
Elektroniczne rozpoznawanie obrazów -
czujniki firmy Omron............................................................... 131
Sieć ProfiBus, część 2............................................................. 137
Sprzęt
ChipStation CS-84\48 - programator nowej generacji ......55
Głowice UKF z cyfrową syntezą częstotliwości....................62
51LPC - nowa rodzina mikrokontrolerów firmy Philips.........65
Elektroniczny czytnik odcisków palców................................68
Kompatybilność elektromagnetyczna w zakresie niskich częstotliwości .......................................................................... 140
_Łpdzespoły
Układy PSoC..............................................................................47
Scalone mostki PCI...................................................................51
Wielka ^electronica 2000"...................................................... 71
Nowe podzespoły.................................................................... 83
SIDACtor - półprzewodnikowy 'ochroniarz"......................... 87
Scalone interfejsy czujników pomiarowych, część 1 .......... 89
" Projekty Czytelników ^^^^^^^^^^^^^^^^^^H
Dwukierunkowy regulator prędkości obrotowej silników modelarskich sterowany aparaturą radiową.....^.............91
Info Świat.........................................................................95
Info Kraj............................................................................97
Kramik+Rynek..............................................................105 j
Listy.................................................................................1151
Ekspresowy Informator Elektroniczny.....................119
Wykaz reklamodawców............................................130
Spis treści rocznika 2000...........................................122
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
DzioS "Projekty Czytelników" zawiera opisy projektów nadesłanych do redakcji EP przez Czytelników. Redakcja nie bierze odpowiedzialności za prawidłowe działanie opisywanych układów, gdyż nie testujemy ich laboratoryjnie, chociaż sprawdzamy poprawność konstrukcji.
Prosimy o nadsyłanie własnych projektów z modelami (do zwrotu). Do artykułu należy dołączyć podpisane oświadczenie, że artykuł jest własnym opracowaniem autora i nie był dotychczas nigdzie publikowany. Honorarium za publikację w tym dziale wynosi 250,- zł (brutto) za 1 stronę w EP. Przysyłanych tekstów nie zwracamy. Redakcja zastrzega sobie prawo do dokonywania skrótów.
Zaokienny termometr MIN/MAX
Czasem zdarza się, że
otwierając rano zaspane
oczy zadajemy sobie
pytanie; jaka jest pogoda
na dworze, jaka jest tam
temperatura? Można to
ła two spra wdzió
spoglądając na wyświetlacz
prezentowanego termometru
zaokiennego. Naciskając
przycisk na płycie czołowej
urządzenia, można
sprawdzić jaka była
minimalna i maksymalna
temperatura tej nocy.
Można to zrobić również
bez wychodzenia z łóżka,
gdy zrealizujemy termometr
w wersji dla bardzo
leniwych.
U cc
Uee
Projekt
085
Trochę teorii
Wybór rezystancyjnego czujnika temperatury typu K.TYlO-6 zdeterminował sposób pomiaru temperatury w opisanym urządzeniu. Czujnik K.TYlO-6 posiada rezystancje, znamionową równą 2kQ przy temperaturze 25�C, czułość 0,75%/ IC i pozwala na pomiar temperatury w zakresie od -50�C do +150�C. Zastosowanie znanego wielu konstruktorom mikroprocesora AT89C1051 bardzo uprościło konstrukcje, układu,
a komparator znajdujący się w jego wnętrzu znacznie ograniczył liczbę zastosowanych elementów.
Teraz trochę miejsca poświęcę zastosowanej metodzie pomiaru temperatury. Polega ona na pomiarze czasu ładowania kondensatora o znanej pojemności (wzorcowego) do określonej wartości napięcia, przez rezystor o nieznanej rezystancji, zależnej od temperatury. Na rys. 1 przedstawiono taki właśnie obwód, a na wykre-
sie obok przedstawiono przebieg napięcia ładowania kondensatora C przez rezystor R. Przebieg napięcia na kondensatorze może być opisany zależnością:
UC=Ucc-(l-e-t/RC). Po przekształceniu powyższego wzoru otrzymamy wyrażenie na czas ładowania kondensatora C:
t=R-C-ln(l-Uc/Ucc) lub nieco prościej:
t=R-CIC, gdzie
K=ln(l-Uc/Ucc).
~z
2im
4rna
Bmi
Rys. 1.
Rys. 2.
Elektronika Praktyczna 6/2001
93
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
r
x
Rys. 3.
Zakładając, że współczynnik K=l, otrzymamy wartość napięcia do jakiej należy ładować kondensator C, aby czas jego ładowania był wprost proporcjonalny do wartości rezystancji rezystora R. Napięcie to wynosi:
Uc=(l-l/e)-Ucc czyli ok. 0,63-Ucc. Przy założeniu, że napięcie zasilające Ucc będzie wynosić 5V, Uc = 3,15V.
Na rys. 2 przedstawiono układ przetwarzający wartość rezystancji na czas. Kondensator C jest ładowany poprzez rezystor R do momentu osiągnięcia na kondensatorze napięcia o wartości Uc, które pochodzi z dzielnika rezys-tancyjnego napięcia zbudowanego na rezystorach RA i RB. Wówczas komparator zmieni swój stan, na jego wyjściu pojawi się napięcie, które wy-
steruje tranzystor, co spowoduje rozładowanie kondensatora C. Czas liczony od momentu rozładowania kondensatora do momentu osiągnięcia na nim napięcia Uc jest wprost proporcjonalny do wartości rezystancji rezystora R. Kiedy w miejsce rezystora R zastosujemy czujnik KTY10-6, wówczas czas ten będzie proporcjonalny do temperatury w jakiej znajduje się aktualnie ten element.
Właśnie ten czas jest mierzony przez mikroprocesor. Poniższy podprogram napisany w asemblerze procesora 8051 przedstawia sposób pomiaru tego czasu:
P0M_TEM:
; POMIAR TEMPERATURY
SETB ZERO
; ROZŁADUJ C5
M0V A,#0A0H
; USTAW TIMER
LCALL TIME1
; CZEKAJ NA ROZłADOWANIE
M0V TL0,#0
M0V TH0,#0
; WYZERUJ LICZNIK TO
CLR ZERO ; ODBLOKUJ C5
SETB TRO ; START POMIARU
POMIAR:
JWB KOMP, POMIAR
; CZEKAJ NA KONIEC POMIARU
CLR TRO ; STOP POMIARU
SETB ZERO ; ROZŁADUJ C5
M0V LOW,TL0 ; PRZEPISZ
; POMIAR DO PAMIĘCI RAM M0V HIG,THO RET
Następnie procesor odejmuje zmierzoną wielkość od przesunięcia dla temperatury 0�C, po czym jest ona dzielona przez współczynnik ska-
BEZP 63mA
li. Po wykonaniu tych obliczeń wartość temperatury jest wyświetlana na wyświetlaczu LED.
Budowa
i oprogramowanie
Na rys. 3 przedstawiono schemat elektryczny termometru. Czujnik pomiarowy KTY10-6 jest połączony z kondensatorem C5 i wejściem nieodwracającym komparatora znajdującego się wewnątrz procesora AT89C1051. Do wejścia odwracającego komparatora jest dołączony suwak potencjometru wielo-obrotowego PRl, dający napięcie odniesienia. Całość tworzy układ przetwornika rezystancji czujnika temperatury KTY10-6 na czas.
Dwupozycyjny wyświetlacz LED jest połączony z por-
94
Elektronika Praktyczna 6/2001
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
tem P3 procesora. Wyświetlanie zmierzonej temperatury odbywa się multipleksowo, a sterowanie poszczególnych anod wyświetlacza powierzono tranzystorom T2 i T3 włączanych sygnałami z linii Pl.2 i Pl.4 portu Pl. Linia Pl.5 służy do ewentualnej zmiany skali wyświetlania przy zbyt dużym rozrzucie parametrów czujnika, ale o tym nieco więcej informacji przy opisie strojenia układu.
Przycisk Sl służy do odczytu wartości minimalnej i maksymalnej temperatury i jest podłączony do linii Pl.6 procesora. Znakiem minus, który wyświetla prostokątna dioda LED, steruje linia Pl.7. Cały układ zasilany jest napięciem stabilizowanym +5V. Budowa zasilacza jest tak prosta, że nie wymaga żadnych wyjaśnień.
Procesor jest taktowany sygnałem zegarowym o częstotliwości równej 4MHz. Wybrano tak niską częstotliwość zegara z tego względu, że pomiar temperatury trwa ok. 2,5..3ms, przetwarzanie wartości zmierzonej do postaci możliwej do wyświetlenia to kolejne kilka milisekund, po czym następuje wyświetlanie wyniku z częstotliwością ok. lOOHz, a więc procesor ma niewiele do roboty i nie musi być szybki. Tym bardziej, że jeden pomiar wyświetlany jest przez około jedną sekundę.
Po włączeniu termometru następuje uruchomienie programu zawartego w pamięci Flash procesora. Następuje pierwszy pomiar temperatury, która jest jednocześnie zapamiętana w pamięci RAM procesora jako wartość minimalna i maksymalna, co obrazuje wyświetlacz pokazując litery "PO". Wyniki następnych pomiarów są porównywane z wynikami pierwszego pomiaru i w zależności od wielkości zapisywane jako temperatura maksymalna lub minimalna. Przyciśnięcie przycisku Sl powoduje wywołanie procedury wyświetlania zapamiętanych wartości temperatury minimalnej i maksymalnej.
Procedura rozpoczyna się wygaszeniem wyświetlacza, po czym następuje wyświetlenie napisu LO. Wyświetlacz gaśnie ponownie, a następnie jest wyświetlana wartość minimalna temperatury, co trwa ok. l,5s. Wyświetlacz gaśnie znowu, potem wyświetla napis HI. Gaśnie i następuje wyświetlenie temperatury maksymalnej, jaką zapamiętał procesor. Na tym procedura wyświetlania skrajnych wartości jest zakończona, program powraca do wyświetlania bieżącej temperatury, pokazując litery "AP" - aktualny pomiar.
Wartości skrajne temperatury można skasować za pomocą przycisku Sl. Wystarczy przytrzymać przycisk do momentu zgaśnięcia wyświetlacza po wyświetleniu minimalnej temperatury, wówczas program będzie zapamiętywał skrajne wartości od początku. Program został tak napisany, że może być wyświetlana wartość temperatury w przedziale od -63 do + 63�C, co jest wystarczającym zakresem dla termometru zaokiennego.
Uruchomienie i regulacja
Po zmontowaniu wszystkich elementów wkładamy zaprogramowany procesor do podstawki. Ustawiamy potencjometr PRl w środkowym położeniu i włączamy napięcie. Na wyświetlaczu pojawi się jakaś wartość temperatury. Za pomocą potencjometru PRl doprowadzamy do wyświetlenia temperatury, jaka jest aktualnie w pomieszczeniu, w którym uruchamiamy układ. W tym celu najlepiej posłużyć się dobrym termometrem rtęciowym.
Następnie wkładamy czujnik do wody zmieszanej z lodem i korygujemy wskazanie z dokładnością do 1�C. Znowu powracamy do temperatury pokojowej i ewentualnie korygujemy wskazanie - nie powinno różnić się więcej niż o 1�C w porównaniu z termometrem wzorcowym. Gdyby tak nie było, należy wyłączyć napięcie zasilające, zewrzeć punkty A-A (dołączyć linię
Pl.5 portu Pl do masy) i uruchomić układ ponownie. Powtórzyć całą procedurę regulacji jeszcze raz.
Kiedy pomimo tego zmierzona wartość temperatury będzie wyższa od wzorcowej, oznacza to, że pojemność kondensatora C5 jest zbyt duża i należy go wymienić na inny o pojemności równej 1jj.F.
Kiedy wskazywana wartość jest zbyt mała, do kondensatora C5 należy doluto-wać kondensator o wartości 10..39nF i proces strojenia powtórzyć. Czujnik jest połączony z urządzeniem za pomocą przewodu ekranowanego, ekran należy połączyć z plusem zasilania. Długość połączenia do 5m.
Wersja dla bardzo leniwych
Często ostatnią czynnością wykonywaną przed zaśnięciem jest wyłączenie telewizora za pomocą pilota, który jest zawsze pod ręką. Dlatego też właśnie pilot zdalnego sterowania wykorzystałem do uaktywnienia procedury wyświetlania wartości skrajnych temperatury zapamiętanych przez procesor.
Na rys. 3 linią przerywaną zaznaczono fragment układu, który służy do bezdotykowego wywoływania procedury wyświetlania wartości skrajnych temperatury. Układ ten nie musi być montowany, jeżeli nie chcemy korzystać ze zdalnego sterowania.
Działa następująco: promieniowanie podczerwone z nadajnika zdalnego sterowania telewizora, wideo, wieży Hi-Fi itp. trafia do scalonego odbiornika systemu RC5, gdzie następuje zdeko-dowanie rozkazu na ciąg impulsów. Impulsy te trafiają na wejście Al i A2 scalonego przerzutnika 74121. Opadające zbocze pierwszego impulsu powoduje wyzwolenie przerzutnika monostabilnego. Na jego zanegowanym wyjściu wystąpi wówczas logiczne zero, które doprowadzone do linii Pl.6 wywoła procedurę wyświetlania wartości skrajnych temperatury, tak
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl: 8,2kQ
R2, R3: 3,3kQ
R4, R6: 820Q
R5, R7: 2,2kQ
R8: 200Q
R9: 100Q
R10...R16: 220Q
R17: 4,7Q
R18: 15kQ
R19: 4,7kQ
R20: 75Q
PRl: trymer wieloobrotowy
10ka
Kondensatory
CO: 1000uF/16V
Cl, CIO: 10uF/16V
C2, C3: 33pF
C4: 47nF
C5: luF/63V 1%
Có: 100uF/16V
C7: 47uF/lóV
C8: 680nF
C9: 22uF/lóV
Półprzewodniki
D1..D4: 1N4002
Tl: BC547B
T2, T3: BC557B
PT: KTY10-6 PHILIPS
ST1: L7805CV
Ul: AT89C1051 -
z programem "Termometr
2"
U2: UCY74121
Ol: odbiornik kodu RC5 -
SFH506, TFMS5360, IS1UÓO
itp.
DM: LED 2x7,5 mm, żółty
Wl, W2: wyświetlacz 7-
segmentowy, LTS3401LY
Taiwan
Różne
GN1: gniazdo przewodu
sieciowego 220V
BEZP: bezpiecznik
aparatowy 63mA
TS: transformator sieciowy
TS2/14
Sl: przycisk typu
Microswitch ómm
Ql: kwarc 4MHz
obudowa KM 48 N
samo jak naciśnięcie przycisku Sl. Okazało się, że układ działa prawidłowo również przy zastosowaniu innych pilotów zdalnego sterowania, a nie tylko systemu RC5. Jerzy Sapa
Elektronika Praktyczna 6/2001
95
AUTOMATYKA
Kurtyno fotoekktrycma F2S-6
omRon
Do niedawna najpopularniejszymi elementami zabezpieczającymi stosowanymi w systemach automatyki były wyłączniki o specjalnej konstrukcji, za pomocą których operator widzący zagrożenie mógł zatrzymać pracę maszyny i wezwać pomoc. Skuteczność takich zabezpieczeń z oczywistych przyczyn nie może być zbyt wysoka. Poszukiwano więc nowych, doskonalszych rozwiązań zapewniających automatyzację (uniezależnienie od operatora) systemów zabezpieczających. Dzięki automatyzacji, obecnie nieodłącznie wiążącej się z elektronizacją, pewność działania dostępnych na rynku systemów zwiększających bezpieczeństwo pracy jest ponad 12-krotnie większa od wcześniej oferowanych. Odpowiedź na pytanie "Czy warto je stosować?" może być zatem tylko jedna.
Producenci urządzeń stosowanych w automatyce nadają duże
znaczenie zwiększeniu bezpieczeństwa pracy. Praktycznie każdy
z liczących się wytwórców urządzeń dla automatyki ma w swojej
ofercie różnego typu czujniki i moduły pomocnicze, których
podstawowym zadaniem jest zminimalizowanie możliwości
wystąpienia urazów podczas obsługi maszyn. W artykule przedstawiamy jeden z najnowocześniejszych czujników wykorzystywany w systemach zabezpieczających robotników obsługujących maszyny.
Bezpieczeństwo w systemach automatyki ^---------
Kurtyna z podczerwieni
Problemem często występującym w aplikacjach przemysłowych jest konieczność monitorowania stref niebezpiecznych (np. z powodu dużego natężenia ruchu automatycznych wózków transportowych czy w obrębie strefy zasięgu robota) lub stref czasowo chronionych w obrębie maszyny (np. obszar pod ramą naciągowo-grzewczą foliarki czy stopą prasy) i odpowiednie reagowanie na ruchy pracowników poruszających się w ich obrębie (rys. 1). Najdoskonalszym sposobem spośród obecnie dostępnych jest zastosowanie kurtyn bezpieczeństwa, w których rolę medium służącego do detekcji obiektów w strefie chronionej spełnia modulowane promieniowanie podczerwone.
Opracowane w laboratoriach firmy Omron kurtyny serii F3S-B są funkcjonalnie rozbudowanymi czujnikami fotoelektrycznymi umożliwiającymi budowanie niewidzialnych barier detekcyjnych o wysokości do
1650mm, w przypadku korzystania z pojedynczej pary nadajnik-odbiornik (rys. 2), lub do 2 4 0 0 m m , w przypadku zastosowania połączonych ze sobą
dwóch par nadajnik-odbiornik, z których jedna pracuje jako lokalny master, a druga slave. Maksymalna odległość pomiędzy nadajnikiem i odbiornikiem nie może przekraczać 5 metrów, a dopuszczalna przez producenta najmniejsza odległość umożliwiająca ich pracę wynosi 30cm. W zależności od typu czujnika, liczba linii świetlnych tworzących kurtynę mieści się w przedziale od 4 do 66, z odstępem (rozdzielczość) 15/ 50/75mm, w zależności od wymagań aplikacji.
Schemat blokowy zestawu czujnikowego składającego się z pojedynczej pary nadajnik-odbiornik F3S-B pokazano na rys. 3. Łatwo zauważyć, że budowa wewnętrzna elementów kurtyny jest nieco bardziej złożona niż wynika to z pełnionych przez urządzenie funkcji. Jest to efekt m.in. wyposażenia go przez producenta w wewnętrzne systemy weryfikacji poprawnego działania oraz zsynchronizowania
Odbiorniki
Nadajniki
Rys.
131
AUTOMATYKA
Odbiornik
Nadajnik
Wskaźniki
sygnalizujące
tryb pracy
Kable połączeniowe
Rys. 2.
pracy nadajnika z odbiornikiem, dzięki czemu czujnik spełnia bardzo ostre normy dotyczące typowych narażeń, mogących zakłócić jego pracę, w tym:
- uszkodzenie elementów nadawczych lub odbiorczych,
- uszkodzenie sterownika w nadajniku i/lub w odbiorniku,
- "zawieszenie się" któregoś z mik-rokontrolerów wbudowanych w urządzenie,
- występowanie w otoczeniu obcego promieniowania o dużym natężeniu,
- zwarcie lub rozwarcie przewodów łączących nadajnik z odbiornikiem,
- uszkodzenie sygnalizacyjnych obwodów wyjściowych odbiornika,
- zmieniające się natężenie wiązki promieniowania podczerwonego, co może być wynikiem np. zanieczyszczenia powietrza w chronionej strefie.
Wbudowane w elementy czujnika (tzn. nadajnik i odbiornik) mik-
rokontrolery monitorują cyklicznie (co 2 sekundy) stan urządzenia i w przypadku wystąpienia jakichkolwiek nieprawidłowości natychmiast uaktywniają wyjścia alarmowe. W przypadku takiej konieczności procedury testowe można także uruchomić za pomocą specjalnego wejścia w nadajniku (podobnie jak i pozostałe wejścia sterujące jest ono optoizolowane). Kompletne testy są także inicjowane automatycznie po włączeniu zasilania. Procedura inicjalizacji czujnika po włączeniu zasilania trwa ok. 2 sekund, co pozwala na wykonanie procedur testowych po ustaleniu się warunków pracy czujnika.
Odbiornik zestawu F3S-B wyposażono - poza wyjściem sygnalizacji niestabilnej pracy - także w dwa wyjścia alarmowe, za pomocą których jest sygnalizowane przecięcie którejś z wiązek podczerwieni. Dzięki temu można F3S-B wykorzystać do realizacji zadań ochronnych bez
132
Elektronika Praktyczna 7/2001
AUTOMATYKA
konieczności stosowania dodatkowego sterownika.
Niektóre funkcje czujnika F3S-B mogą być programowane, co wymaga zastosowania dodatkowego modułu komunikacyjnego F39-E1 wraz z oprogramowaniem. Dzięki nim użytkownik ma dostęp do wyboru trybu wznowienia pracy czujnika po wykryciu naruszenia strefy, zdalnego monitorowania stanu przekaźników wyjściowych, może także kon-figurować wiązkę tworzącą barierę kurtyny, włączając lub wyłączając poszczególne linie świetlne. Ostatnia z wymienionych funkcji pozwala do-
stosować kształt wiązki chroniącej do warunków pracy urządzenia, gdzie część chronionego pola może być zasłonięta np. przez element maszyny.
Na deser
Jak wszystkie elementy systemów zwiększających bezpieczeńs-
Nadajnlk
Odbiornik
Blok kontroli
Sterownik
Rys. 3.
two pracy, prezentowany w artykule czujnik uzyskał szereg certyfikatów bezpieczeństwa oraz kompatybilności elektromagnetycznej. Wśród najbardziej znanych należy wymienić IEC61496-1/-2, EN954-1, Type 2 ESPE, a także dyrektywy EMC 98/336/EEC i 98/37/ EC. Informujemy o tym, chcąc pokazać wysiłek producenta tak prostego - wydawałoby się na pierwszy rzut oka - urządzenia. To musi być bezpieczne! Tomasz Paszkiewicz, AVT
Więcej informacji o elementach przeznaczonych do systemów bezpieczeństwa produkowanych przez firmę Omron można znaleźć w Inter-necie pod adresem; hiip;//oeiweb.-omron.com.
Prezentowane w artykule urządzenia dostarczyła firma Omron, iel. (0-22) 645-78-60, www.omron.com.pl.
Elektronika Praktyczna 7/2001
133
AUTOMATYKA
Automatyzacja oczyszczalni ścieków
Automatyzacja jest obecnie
nieodzowna w każdej nowo
projektowanej lub
modernizowanej oczyszczalni
ścieków. Przedstawiamy
rozwiązania zastosowane
w oczyszczalni w Kętach.
Skupimy się jednak wyłącznie
na systemie komunikacji
pomiędzy urządzeniami
stosowanymi w tej
oczyszczalni.
Zmodernizowana oczyszczalnia ścieków w Kętach jest położona nad rzeką Solą (województwo Małopolskie). W ramach modernizacji starej oczyszczalni wymieniono praktycznie cały system oczyszczania. Urządzenia pracują w układzie automatyki zarządzanej przez programowalne sterowniki logiczne (PLC). W systemie automatycznego sterowania zastosowano trzy sterowniki oraz centralną stację operatorską (rys. 1) połączone siecią komunikacyjną. Przyjęto strukturę zdecentralizowaną, w której sterowniki są zainstalowane bezpośrednio w obiekcie. Ułatwia to zgrupowanie zarówno aparatury pomiarowej jak i elementów wykonawczych instalacji elektrycznej. System taki umożliwia minimalizację okablowania połączeniowego oraz zmniejsza do minimum możliwość powstania awarii. Przyjęto dwupoziomową strukturę sterowania, w skład którego wchodzą moduły sterowania lokalnego i sterowania nadrzędnego.
Oetiram
typu BUmUKTOfl
DEHN&SOHNE
Modut nNjłć MWU12 Autendic Sjłtem
1-Moduł procesora CPU 2 - Modut komunikacyjny 3-Karta PCMCIA RS485 4 - Moduły wyjść/wejść analog./bin.
Ś n i i i D i:
Rys. 1. Schemat sieci komunikacyjnej zastosowanej w oczyszczalni ścieków.
Sterowanie lokalne (ręczne) wykorzystywane jest w sytuacjach awaryjnych lub podczas remontu poszczególnych urządzeń technologicznych. Poziom sterowania nadrzędnego zrealizowany jest w systemie PLC na bazie komputerowego systemu sterowania i wizualizacji procesu. Sterowanie urządzeniami opiera się na systemie hierarchicznym podzielonym na następujące stopnie:
- sterowanie ręczne miejscowe (przy napędzie),
- sterowanie ręczne lokalne z rozdzielnicy obiektowej,
- sterowanie automatyczne (ze sterownika),
- sterowanie ręczne zdalne (z centralnej sterowni przez operatora - poprzez sieć komunikacyjną).
Sterowanie miejscowe oparte jest na przełącznikach i przyciskach znajdujących się w rozdzielnicy obiektowej lub (oraz) w zestawie sterowniczym w pobliżu urządzenia. Po przełączeniu przełącznika rodzaju sterowania na "STEROWANIE MIEJSCOWE", funkcje sterownicze przejmują przyciski. Jest to najniższy poziom kontrolny używany głównie do próbnego rozruchu i sprawdzania stanu urządzenia oraz pracy w stanie awarii automatyki. Na tym poziomie odłączane są pozostałe stopnie sterowania. W układzie funkcjonują jedynie blokady zabezpieczające (np. przed pracą na sucho, przeciwwilgociowe, termiczne itp.). Sygnalizacja pracy na poziomie rozdzielnicy obiektowej jest realizowana za pomocą lampki sygnalizacyjnej. Przełączenie przełącznika na "STEROWANIE ZDALNE" wyłącza inne rodzaje sterowania. Sterowanie przejmuje układ automatyki.
Zastosowanie sieci komputerowej pozwala również na zmiany stanu urządzeń z klawiatury z centralnej sterowni. Tym samym jest to sterowanie nadrzędne.
Z układów lokalnych przekazywane są sygnały pracy urządzeń. Zabezpieczenia termiczne, przeciwwilgociowe oraz inne blokady są włączone w obwody sterownicze stycznikowni. W centralnej sterowni zainstalowano komputer z monitorem kolorowym do wizualizacji procesu oraz do wskazań alarmowych i tabelarycznych. Kontrola procesu prowadzona jest w laboratorium, a wyniki analiz z prób pobieranych w różnych fazach oczyszczania przechowywane są w postaci raportów.
Opis systemu
Podstawowe funkcje poszczególnych obiektów realizowane są w trybie pracy automatycznej, za pośrednictwem mikroprocesorowego układu sterowania. Sys-
134
Elektronika Praktyczna 7/2001
AUTOMATYKA
tem działa w oparciu o sterowniki typu TSX Premium oraz Micro firmy Schnei-der Electric, do których w poszczególnych węzłach doprowadzone są wszystkie sygnały binarne i analogowe informujące o pracy urządzeń z napędami elektrycznymi (takich jak pompy, zasuwy, dmuchawy) oraz wyniki pomiarów poziomu ścieków, zawartości tlenu, potencjału redox, gęstości osadu itp. jak również wielkości przepływu ścieków na wejściu i wyjściu i w innych punktach oczyszczalni. Z odpowiednich sterowników załączane są poprzez moduły wyjść binarnych WB1624 urządzenia wykonawcze, takie jak mieszadła, pompy itp.
Komunikacja pomiędzy sterownikami obiektowymi a komputerem sterowania nadrzędnego odbywa się w sieci RS485 (zastosowano tu protokół komunikacyjny UNITELWAY). W sieć sterowników włączono również puszkę połączeniową TSXPACC01 umożliwiającą programowanie sterowników PLC włączonych do sieci. Takie rozwiązanie umożliwia programiście łatwiejszą analizę błędów oprogramowania jak i serwisowanie z jednego miejsca (np. z dyspozytorni). Sterowniki PLC odczytują informację o wartościach wielkości mierzonych poprzez moduły wejść analogowych MWA812 (rys. 2) prod. Automatic System. Komunikacja pomiędzy PLC a MWA812 (parametry modułu zestawiono w tab. 1) jest realizowana protokołem MODBUS RTU z prędkością 9600bd. Przykładowy sposób podłączenia do modułu przetworników wielkości nieelektrycznych pokazano na rys. 2. Są to przetworniki pomiaru pH, redo-xu, tlenu i gęstości. Ze względu na duże odległości, każda linia komunikacyjna jest zabezpieczona przed przepięciami ochronnikami typu BLITZDUKTOR firmy DEHN+SOHNE.
Wizualizacja procesu technologicznego Stanowisko komputerowe
W budynku wielofunkcyjnym, znajduje się centralna stacja operatorska. Stanowisko komputerowe służy do sterowania i monitorowania przebiegu procesu oczyszczania. Wyposażone jest w zestaw składający się z komputera klasy PC z procesorem Pentium, drukarki i karty czteroportowej RS485 CI134I firmy Moxa. Komunikacja ze sterownikami, aby umożliwić szybszą wymianę informacji, odbywa się poprzez oddzielne kanały komunikacyjne.
Monitorowanie komputerowe
Do tego celu przewidziano centralną stację operatorską z komputerem. Komputer służy do przekazywania ope-Tatorowi informacji o stanie procesu
VC23O
FR100
4FA
5FA !E0mA
7FA SOnA
8FA
JMm
FA SOmA
MWA812
Przetwornik CPM 221 (pomiar stężenia Reaafl EndresB+HausBr Przetwornik CPM 252 (pomiar pH I temperatury) m Ochronnikprzeciwprzepifciowy | typu BLJTZDUKTOR 1 prod. DEHN&SOHNE
Rys. 2. Schemat szafki SA-9/2.2 zastosowanej w komorach napowietrzania.
technologicznego i stanie kontrolowanych urządzeń, do sygnalizacji zdarzeń awaryjnych, do gromadzenia i przetwarzania informacji, a także do zdalnego sterowania operatorskiego. Informacje te będą przedstawiane w postaci schematów synoptycznych poszczególnych ciągów technologicznych jak i całej oczyszczalni. Schemat technologiczny całej oczyszczalni odwzorowywany jest na ekranie monitora. Na schematach są zobrazowane wartości mierzonych parametrów. Zmiana zabarwienia obrazu zbiorników i rurociągów informuje operatora o poziomie lub przepływie ścieków, osadów, powietrza itp.
Wyróżnione są też stany pracy urządzeń technologicznych. Operator (w trybie pracy automatycznej) może zmieniać stan pracy wybranego urządzenia z klawiatury komputera. Ponadto, na ekranie monitora są wyświetlane wartości liczbowe ważniejszych parametrów procesu. Operator ma możliwość przeglądania przebiegów kontrolowanych wielkości w różnych skalach czasowych. Przewidziano kilka stopni szczegółowości podglądu: od całego obrazu oczyszczalni do jednego obiektu lub grupy urządzeń albo pomiarów.
System automatyki sygnalizuje pracę normalną, awarię urządzeń oraz stany
zakłóceniowe w oczyszczalni. Sygnalizacja pracy normalnej i awarii obejmuje:
- stan załączania/wyłączania silników,
- stan otwarcia/zamknięcia/ruchu zasuw, przepustnic, zaworów,
- tryb pracy miejscowa/zdalna automatyczna/zdalna ręczna,
- stan awarii.
Sygnalizacja awarii jest uruchamiana w przypadku nie zadziałania urządzeń sterowanych lub uszkodzenia ważniejszych urządzeń pomiarowych. Na ekranie ukaże się komunikat informujący operatora o miejscu awarii. Miejsce pomiaru lub symbol napędu, w którym nastąpiła awaria pulsuje na ekranie do czasu usunięcia przyczyny awarii. Sygnały alarmowe wymagają potwierdzenia przez operatora. Wystąpienie stanu awaryjnego, jego potwierdzenie i ustąpienie rejestrowane jest w pamięci komputera. Dolna część ekranu przeznaczona jest na komentarz i podpowiedz wyjaśniającą operatorowi stan zaistniały i pozwala mu w odpowiedzi dokonać właściwej czynności. Możliwe jest również przedstawianie wykresów obrazujących tendencje i historię oraz wykonywanie wydruków danych archiwizacyjnych i bilansów (zestawień). Przewidziano możliwość dokonywania zmian wartości parametrów technologicznych.
136
Elektronika Praktyczna 7/2001
AUTOMATYKA
Aby zabezpieczyć system automatyki przed wprowadzeniem niepożądanych zmian, zastosowano hasła określające różne zakresy dostępu dla operatora, technologów i dla projektanta systemu.
Informacje gromadzone w pamięci mogą być wydrukowane lub przeniesione na dyskietki. Docelowo jest możliwe włączenie komputera systemu automatyki oczyszczalni do sieci informatycznej przedsiębiorstwa i podłączenie dodatkowych komputerów, na których pracować będzie kierownictwo oczyszczalni, obsługa laboratorium itp.
Wizualizacja
Jako oprogramowanie stacji operatorskiej zastosowano Wizcon firmy eMa-tion. Wszystkie niezbędne dane z procesu sterowania oczyszczalnią oraz zmienne pośrednie wyliczane przez sterowniki są przesyłane do stacji operatorskiej i w odpowiedniej szacie graficznej są wyświetlane na monitorze.
Oprogramowanie wizualizacyjne umożliwia między innymi: - zabezpieczenie hasłami poziomu dostępu do wybranych opcji programu,
- zmianę nastaw regulujących pracę niektórych urządzeń,
- zmianę nastaw wartości alarmowych i rejestrację stanów alarmowych,
- rejestrację zmiennych procesowych (wykresy historyczne i on-line),
- pokazanie w formie graficznej stanu pracy urządzeń,
- generowanie raportów.
Tablica synoptyczna
Tablica synoptyczna z graficznie przedstawionym schematem technologicznym zawieszona jest na ścianie dyspozytorni w budynku wielofunkcyjnym. Zainstalowane na tablicy sygnalizatory i wskaźniki cyfrowe, pokazujące stan lub wartości chwilowe wybranych parametrów, pozwalają na ogólną orientację o przebiegu procesu technologicznego. Sygnały do tablicy przekazywane są z komputera za pośrednictwem sterownika, który steruje wskaźnikami dając obraz odzwierciedlający działanie oczyszczalni.
Stany pracy i awarii poszczególnych węzłów sygnalizowane są za pomocą zielonej i czerwonej diody. Zawartość tlenu w komorach tlenowych reaktorów
Tab. 1. Podstawowe parametry modułu MWA812.
Napięcie zasilania.......................230VAC/50Hz
Typ wejść........................0..20mAlub 4..20mA
Liczba wejść....................................................8
Dokładność..................................0,1% zakresu
Typ wyjścia...........................RS485 lub RS232
Protokół transmisji.....................MODBUS RTU
Prędkość transmisji.....ustawiana programowo
Adres urządzenia.........ustawiany programowo
Dopuszczalna częstotliwość zapytań .... co 100ms
Pamięć danych..........nie ulotna typu EEPROM
Separacja..................................................1,5kV
Temperatura pracy...................od 0�C do 55�C
Temperatura składowania.....od -20�C do 85�C
Stopień ochrony........................................IP40
Wymiary...................................106x90x58mm
jest pokazywana na cyfrowych wyświetlaczach WYC7219 prod. Automatic System, umieszczonych na tablicy w rejonie komór napowietrzania. Sławomir Kacprzak, Automatic System
Więcej informacji na temat urządzeń zastosowanych w oczyszczalni ścieków w Kętach można znaleźć na stronie in-ternetowej http://www.asys.com.pl.
Elektronika Praktyczna 7/2001
137
PROJEKTY
Dekoder CLIP współpracujący z centralami DTMF
AVT-5024
Opisany w EP3/2001
dekoder CLIP cieszy się -
z oczywistych powodów -
ogromnym zainteresowaniem
n aszych Czytelnikó w.
Nie wszyscy mają szczęście
mieć telefon podłączony do
centrali obsługującej
"prawdziwy" CLIP. Znaczna
liczba obecnie stosowanych
central te lefon i czn ych wysyła
inform acje o abon en cie
dzwoniącym za pomocą kodu
DTMF, identycznego
z powszechnie stosowaną
sygnalizacją służącą m.in. do
tonowego wybierania numerów.
Urządzenie prezentowane
w ańykule zapewnia dostęp
do informacji CLIP także tym
abonentom-
UWAGA!
Prezentowany dekoder będzie funkcjonował wyłącznie pod warunkiem udostępnienia przez operatora usługi CLIP w standardzie DTMF.
Wraz z wypieraniem starych, analogowych central telefonicznych, w których pola komutacyjne były wykonane z elementów mechanicznych (przekaźniki, wybieraki), przez nowoczesne centrale cyfrowe, abonenci mają dostęp do coraz to nowych usług: poczta głosowa, wysyłanie do abonenta impulsów zaliczania, wysyłanie numeru abonenta dzwoniącego oraz wiele innych. Prezentowany dekoder umożliwia identyfikację numeru telefonu osoby dzwoniącej do nas. Podobny układ był juź opisywany w EP3/2001, ze względu jednak na brak ścisłego standardu transmisji danych identyfikacyjnych, mogą być one wysyłane w różny sposób, w zależności od rodzaju centrali. W Polsce przyjęły się dwa sposoby transmisji: transmisja szeregowa z modulacją FSK (ang. Frequency Shift Keying) oraz DTMF (ang. Dual Tonę Multi Frequency). Pierwszy z nich został opisany w EP. Drugi sposób transmisji - transmisja DTMF - jest taki sam jak wykorzystywany do wybierania "tonowego" numeru z klawiatury telefonu.
Aby uruchomić usługę CLIP, należy skontaktować się z Biurem Obsługi Klienta i dowiedzieć się w jakim standardzie wysyła identyfikacje centrala telefoniczna, do której jesteśmy podłączeni. W zależności od rodzaju transmisji należy wybrać odpowiedni dekoder.
Opis układu
Standardy wysyłania danych o numerze osoby dzwoniącej różnią się znacznie. Transmisja z modulacją FSK jest transmisją szeregową o szybkości 1200bd. W sygnale zawarte są informacje o aktualnej dacie, godzinie i numerze telefonu osoby dzwoniącej oraz suma kontrolna wskazująca czy cały pakiet danych został odebrany prawidłowo.
Transmisja w standardzie DTMF jest uproszczona do niezbędnego minimum, tzn. zawiera tylko numer abonenta dzwoniącego, bez daty i godziny. Ma to jednak zalety, ponieważ do odebrania numeru nie trzeba stosować specjalizowanych układów, a wystarczy dowolny dekoder DTMF. W standardzie FSK, przed wysłaniem danych o numerze, centrala telefoniczna wysyła
Elektronika Praktyczna 7/2001
17
Dekoder CLIP współpracujący z centralami DTMF
LCD 16x1 A
LCD
iiiiimmim-

10n
Rys. I. Schemat elektryczny dekodera CLIP.
pierwszy "krótki" dzwonek informujący urządzenie odbiorcze o tym, że będzie nadany numer abonenta. Dzięki temu odbiornik może w czasie oczekiwania być przełączany w tryb bezczynności i pobierać minimalny prąd z układu zasilania, a po pierwszym dzwonku przełączyć się w stan gotowości i odebrać informację o numerze telefonu dzwoniącego. W przypadku odbiornika DTMF numer jest wysyłany przed pierwszym dzwonkiem, nie ma wcześniej żadnej informacji, że nastąpi transmisja danych. Dlatego dekoder przez cały czas musi być przygotowany na ich odbiór. Wyklucza to przełączenie odbiornika w stan ograniczonego poboru mocy. Struktura pakietu danych DTMF wygląda następująco:
D NUMER C
Rozpoczęcie transmisji numeru zaczyna się od wysłania przez centralę sygnału "D" - binarnie "0000". W normalnych warunkach pracy na linii telefonicznej taki kod jest niedostępny, ponieważ z klawiatury telefonu możemy wybrać cyfry 0-9 oraz * i #. Wartości binarne sygnałów kodu DTMF są inne niż wartości typowego kodu szesnastkowego. W tab. 1 przedstawiono wartości binarne odpowiadające poszczególnym kodom.
Jak widać, cyfrze "D" w kodzie DTMF odpowiada wartość binarna "0000", a nie jak w kodzie HEX wartość "1101".
Pojawienie się w linii telefonicznej znaku "D" informuje odbiornik, że kolejnymi danymi będzie numer telefonu osoby dzwoniącej do nas. Po wysłaniu wszystkich cyfr centrala telefoniczna wysyła literę "C". Jest to znak końca transmisji numeru. Numer może składać się maksymalnie z 18 cyfr, wliczając w to numer kierunkowy.
Jeżeli osoba dzwoniąca do nas ma numer zastrzeżony lub jest podłączona do centrali analogowej, numer nie zostanie wyświetlony. W tej sytuacji meldunek identyfikacji będzie miał postać: D 0000000000 C
Znaczniki początku i końca meldunku zostaną normalnie wysłane przez centralę, ale zamiast numeru zostanie wysłane 10 zer. Taka postać meldunku jednoznacznie informuje odbiornik, że wyświetlenie numeru jest niemożliwe.
Budowa układu
Na rys. 1 przedstawiono schemat elektryczny dekodera. Jako odbiornik DTMF zastosowano układ firmy Mitel MT8870. Jest to scalony dekoder tonów DTMF. Jego budowę wewnętrzną przedstawi ono na rys. 2.
Informacje o odebranym tonie DTMF są wysyłane w postaci równoległej poprzez wyprowadzenia Ql..Q4. Przebiegi czasowe występujące na poszczególnych wypro-
US1 89C2051
wadzeniach układu US2 podczas dekodowania sygnału przedstawiono na rys. 3.
Jak widać, po odebraniu prawidłowego sygnału DTMF na wyjściu StD pojawia się poziom wysoki informujący układ wykonawczy, np. procesor, że zdeko-dowany sygnał DTMF jest gotowy do odebrania. Aby sygnał został uznany za prawidłowy, musi trwać minimum 40ms (krótsze tony są ignorowane). Dane wyjściowe mogą być odczytane tylko wtedy, gdy na wejściu sterującym
Tab. 1. Zestawienie wartości binarnych odpowiadających poszczególnym kodom DTMF.
Lp. DTMF Wartości binarne kodu DTMF Lp. HEX Wartości binarne kodu HEX
1 0001 1 0001
2 0010 CSI 0010
3 0011 3 0011
4 0100 4 0100
5 0101 5 0101
6 0110 6 0110
7 0111 7 0111
8 1000 8 1000
9 1001 9 1001
0 1010 0 0000
1011 A 1010
# 1100 B 1011
A 1101 C 1100
B 1110 D 1101
C 1111 E 1110
D 0000 LJ_ 1111
18
Elektronika Praktyczna 7/2001
Dekoder CLIP współpracujący z centralami DTMF
VDD VSS
Vref
INH
PWDN
IN+-
In-
GS-
Uktad zasilania
Filtr oygn. Dtmf
Filtr pasmowy górnej grupy
Detektory przejść przez zero
Filtr pasmowy dolnej grupy
Cyfrowy detektor sygnału
Konwerter
zatrzask
st
Układ sterujący
A
OSC1 OSC2 St/Gt ESI
Rys. 2. Budowa wewnętrzna układu MT8870.
STD
TOE
TOE jest poziom wysoki. Jeżeli na wejściu TOE jest poziom niski, bufory wyjściowe Ql..Q4 ustawione są w stan wysokiej impedancji. Taki sposób sterowania pozwala na połączenie równoległe wyjść Ql..Q4 dwóch układów. Odczyt odpowiedniego układu odbywa się za pomocą wejść "TOE", nie powodując zakłóceń w pracy żadnego z układów.
Elementy R1..R9 dopasowują poziomy sygnałów występujących w linii telefonicznej do poziomów potrzebnych do pracy układu US2. Kondensatory C7, C8 oddzielają składową stałą, diody D1..D3 zabezpieczają wzmacniacz wejściowy układu US2 przed wysokimi napięciami mogącymi się pojawiać w linii telefonicznej. Układ zasilania zbudowany jest z układu US3 oraz elementów C1..C4.
Działanie dekodera
Pracą dekodera steruje mikro-kontroler USl. Elementy CIO i Rll tworzą obwód zerowania i umożliwiają prawidłowy start procesora po włączeniu zasilania. Program sterujący został napisany w Basicu i składa się z kilku bloków:
1 Pętla główna Do
Debounce Std,1,Dtmf,Sub If Flag_read = 1 Then Do
Incr Z Waitms 10
Debounce Std,1,Dtmf,Sub If Z = 4000 Then Z = 0
Flag_read = 0 Cis
Lcd " "; Chr(0); " CZEKAM " ; Chr(0)
Exit Do End If Loop End If Loop End
W tej pętli jest sprawdzany stan wyjścia "Std" odbiornika i jeśli jest na nim poziom wysoki, to następuje skok do podprogra-mu DTMF:
Dtmf: $asm
mov acc,p3
clr acc.7
clr acc.6
setb acc.5
setb acc.4
Mov {dtmf_buf},Acc $end Asm
If Dtmf_buf = &B00111010 Then
Dtmf_buf = &H3 0 Elseif Dtmf_buf = &H3F Then
Dtmf buf = &H43
SPIS ELEMENTÓW
Rezystory
R1..R9: lOOkO
RIO: 300kQ
Rll: 10kO
Pl: potencjometr lOkO
Kondensatory
Cl, C2: 100^F/25V
C3, C4, C9: lOOnF
C5, C6: 30pF
C7, C8: 10nF/250V
CIO: 10p.F/16V
Półprzewodniki
DL D2, D3: Dioda Zenera 12V
USl: AT89C2051 zaprogramowany
US2: MT8870
US3: 78L05
Różne
Ql: kwarc 3,579MHz
CON1, CON2: ARK2(3/5mm)
JP1: gniazdo GOLDPIN 14*1
LCD: wyświetlacz alfanumeryczny
16*1
'C
Elseif Dtmf_buf = &B00111110
Then
Dtmf_buf = &H42
B
Elseif Dtmf_buf = &B00111101 Then
Dtmf_buf = &H41 'A
Lcd Dtmf_buf
Elseif Dtmf_buf = &B00110000 Then
Dtmf_buf = &H44 End If 'D If Dtmf_buf = &H44 Then
Flag_d = 1
K = 1
St/GT
Qi-Q4
TOE
Rys. 3. Przebiegi czasowe występujące na poszczególnych wyprowadzeniach układu US2 podczas dekodowania sygnału.
Elektronika Praktyczna 7/2001
19
Dekoder CLIP współpracujący z centralami DTMF
End If
If Flag_d = 1 Then Numer(k) = Dtmf_buf Incr K
If Dtmf_buf = &H43 Then Flag_d = 0 Gosub Read_r End If End If Return
Podprogram DTMF odbiera dane z dekodera DTMF i oczekuje na pojawienie się kodu litery "D", jeżeli się nie pojawi, to powraca do programu głównego. Pojawienie się kodu litery "D" na wyjściu US2 oznacza, że następnymi danymi są cyfry numeru telefonu osoby dzwoniącej do nas. Poszczególne cyfry są odbierane do momentu pojawienia się kodu litery "C", oznaczającej koniec pakietu danych. Po tej operacji następuje skok do podprogramu Read r:
Deflcdchar 1,228,255,226,22: 232,240,255,224
Cis
U = 0
K = 2 Do
Dtmf_buf = Numer(k)
Incr K
If Dtmf_buf = &H3 0 Then Incr U
End If
If Dtmf_buf = &H43 Then Exit Do
End If Loop
If U > 7 Then
Lcd " ZASTRZE"; Chr(l); "ONY"
Else K = 2
Do
Dtmf_buf = Numer(k)
If Dtmf_buf = &H43 Then Exit Do
End If
Incr K Loop
K = K - 3 Kl = 16 - K K = 2
Locate 1 , Kl Do
Dtmf_buf = Numer(k)
If Dtmf_buf = &H43 Then Exit Do
End If
Lcd Chr(dtmf_buf)
Incr K Loop
Rys. 4. Rozmieszczenie elementów na płytce órukowanej.
End If
Z = 0
Set Flag_read
Return
Numer jest zawsze wyświetlany od prawej strony wyświetlacza, ponieważ liczba cyfr jest zmienna podprogram "Readr" oblicza liczbę bajtów pomiędzy literami "D" i "C" znajdującymi się w buforze "Numer" i na tej podstawie decyduje, od której pozycji ma zacząć wpisywanie cyfr na wyświetlaczu LCD. Jeżeli pomiędzy tymi literami znajduje się dziesięć zer, oznacza to, że numer abonenta dzwoniącego jest zastrzeżony i na wyświetlaczu pojawia się napis "ZASTRZEŻONY". W przeciwnym przypadku numer zostaje wyświetlony przez 30 sekund. Po tym czasie dekoder oczekuje na odbiór kolejnej transmisji danych DTMF.
Montaż i uruchomienie
Dekoder zmontowano na płytce dwustronnej o wymiarach wyświetlacza LCD. Jej schemat montażowy pokazano na rys. 4.
Montaż elementów zaczynamy od rezystorów, następnie wluto-wujemy podstawki pod układy scalone i kondensatory. Złącze wyświetlacza zostało wlutowane od strony elementów, dzięki temu po zmontowaniu dekoder stanowi zwarty moduł. Po wlutowa-niu wszystkich elementów należy do złącza CONl doprowadzić przewody zasilające, a do złącza CON2 linię telefoniczną. Następnie montujemy wyświetlacz (potencjometrem Pl regulujemy jego kontrast). Układ po zmontowaniu ze sprawnych elementów jest gotowy do pracy. Jeżeli dekoder działa poprawnie, możemy skręcić wyświetlacz i płytkę ze sobą śrubami. Należy pamiętać, że po skręceniu płytki i wyświetlacza nie będzie już dostępu do złącz CONl i CON2, a tym samym do przewodów zasilania i linii telefonicznej.
Krzysztof Pławsiuk, AVT krzysztof.plawsiuk@ep.com.pl
Wzory płytek drukowanych w formacie PDF są dostępne w Internecie pod adresem: http://www.ep.com.pl/ ?pdf/lipiec 01.htm oraz na płycie CD-EP07/2001B w katalogu PCB.
Elektronika Praktyczna 7/2001
PROJEKTY
Pipek Dręczyciel 2001
AVT-5017 ^^
Poniższy tekst, a także
opisane w nim urządzenie,
przeznaczone są wyłącznie
dla osób z dużym poczuciem
humoru, czyli przypuszczalnie
dla wszystkich Czytelników
Elektroniki Praktycznej.
Pipek jest chyba jedynym
urządzeniem elektronicznym
zaprojektowanym w jednym
jedynym celu: do robienia
znajomym dowcipów. Już
sama nazwa określa wzniosłe
cele, do jakich to urządzenie
zostało zaprojektowane:
Pipek, bo pipa,
dręczyciel, bo dręczy.
Jak należy korzystać z tego wynalazku? Najpierw musimy upatrzyć sobie ofiarę. Musi to być także osoba z wielkim poczuciem humoru, a pamiętajmy że piaw-dziwe poczucie humoru, to umiejętność śmiania się nie tylko z dowcipów, które zrobiliśmy komuś, ale też z psikusów, które zrobiono nam. Wskazane jest też, aby upatrzona osoba nie znała się kompletnie na elektronice.
Kiedy mamy już upatrzoną ofiarę, udajemy się do niej z wizytą i korzystając z chwili nieuwagi gospodarza (lub gospodyni) uzbrajamy naszego Pipka, to znaczy zakładamy bateryjki. Następnie, w dalszym ciągu korzystając z roztargnienia ofiary, umieszczamy Pipka w jakimś trudno dostępnym, ale dobrze oświetlonym miejscu, na przykład na żyrandolu lub na szafie. Po pożegnaniu, udajemy się do domu i na wszelki wypadek wyłączamy telefon. Co teraz będzie się działo w mieszkaniu naszego najdroższego przyjaciela? Początkowo, przy zapalonym w mieszkaniu świetle, nic. Prędzej czy później nasza ofiara zechce się jednak położyć spać i zgasi światło. Przez pierwsze kilka minut nic się nie stanie i pierwszy pisk przeszywający nocną ciszę z pewnością zostanie zlekceważony. Jednak kolejne pip-
nięcia z pewnością zaniepokoją ofiarę. Dręczony wstanie z łóżka i rozpocznie poszukiwanie narzędzia tortur, oczywiście przy zapalonym świetle! Niczego nie znajdzie, a pomocny w naszej perfidnej działalności jest fakt, że człowiek z trudem lokalizuje w przestrzeni źródła dźwięku
0 wysokiej częstotliwości. Uspokojony wynikiem poszukiwań dręczony zgasi światło i położy się z powrotem spać. Nie na długo, już po paru minutach trzeba będzie znowu zaświecić światło
1 rozpocząć poszukiwania. Zabawa taka, przy odrobinie szczęścia może trwać do rana, kiedy to blask jutrzenki przepędzi nocne koszmary. Z dobrymi bateriami nasz Pipek może działać nawet kilka dni, co pozwala żywić nadzieję, że następnej nocy koszmar może się powtórzyć. A nam, kiedy ofiara domyśli się, kto mu spłatał taki dowcip, pozostanie chodzenie po mieście kanałami.
Tak więc, do czego służy Pipek Dręczyciel nie trzeba tłumaczyć nikomu z Czytelników. To małe urządzenie, którego jedynym zastosowaniem jest robienie bliźnim dowcipów zostało zaprojektowane wiele lat temu i od tamtego czasu jest jednym z największych przebojów na liście kitów AVT. Żadne chyba urządzenie elektroniczne
Elektronika Praktyczna 7/2001
21
Pipek Dręczyciel 2001
BT2 1,5V
BT1 1,5V
: C3
-100uF
Q1
D
R1 100k
R2 lOOk
C2 100nF
IC1 AT TINY22 (AT90S2343)
RESET CLOCK{PB3) PB4 GND
VCC
PB2(SCK/T0)
PB1(MISO/IWT0)
PBOfMOSI)
C1 IOuF
JP2
R3
Rys. 1. Schemat elektryczny Pipka Dręczyciela 2001.
nie wywołało takiej lawiny dyskusji i sprzecznych opinii. Większość Czytelników przyjęła je entuzjastycznie, ale nie brakowało też jego zdecydowanych przeciwników. Ba, doczekałem się nawet groźby interwencji Rzecznika Praw Obywatelskich, który miałby bronić zagrożonego przez Pipka życia i zdrowia obywateli Trzeciej Rzeczypospolitej! Z czasów, kiedy zajmowałem się jeszcze czynnie fotografiką artystyczną pamiętam, że najgorszą rzeczą dla twórcy jest obojętność widzów i krytyków. Jeżeli wszyscy chwalą jakąś wystawę, to nie jest najlepiej, pewnie zdjęcia zostały zrobione "pod publikę". Jeżeli wszyscy krytykują, to pewnie rzeczywiście jest to ostatnie badziewie. Najlepiej jest, kiedy część widzów wychwala zdjęcia pod niebiosa, a część twierdzi, że pokazywanie takiej chały, to obraza Boska.
Nowy, mam nadzieję, że już ostatni Pipek jest urządzeniem mikroprocesorowym! Tak moi Drodzy, właśnie tego doczekaliśmy się w pierwszych miesiącach XXI wieku! Nawet prostą zabaweczkę, taki drobiażdżek do robienie bliźnim dowcipów, można (a nawet trzeba) zaprojektować z wykorzystaniem nowoczesnych technologii.
Więcej, taki układ nie będzie znacząco droższy (w większości przypadków będzie znacznie tańszy) od swojego analogowego poprzednika.
Wielu początkującym elektronikom procesor jawi się jako układ scalony o sporych wymiarach, najczęściej o 40 wyprowadzeniach i o wysokiej cenie. My wiemy już, że istnieją mniejsze procesory, jak chociażby nie najgorzej już poznane AT89C2051. A jednak dla wielu z Was może
być niespodzianką, że produkowane są także jeszcze mniejsze mik-rokontrolery, o wcale nie ograniczonych możliwościach. W takich układach jedynym ograniczeniem jest liczba wyprowadzeń, ale ich "wnętrzności" nie ustępują bynajmniej strukturom większych "braci" i realizowane są z wykorzystaniem najnowocześniejszych technologii. Moim faworytem w tej grupie procesorów jest malutki AT TINY ("tiny" po angielsku znaczy właśnie "malutki").
Opis działania
Schemat elektryczny najnowszego narzędzia tortur został pokazany na rys. 1. Tak prostego schematu nie warto chyba nawet szczegółowo komentować. Wystarczy zapamiętać, do których wyprowadzeń procesora dołączone są elementy zewnętrzne i od razu przejść do analizy już nie schematu, ale programu sterującego pracą Pipka. Publikujemy go na płycie CD-EP7/2001B w katalogu \Noty katalogowe do projektów oraz w Internecie w dziale Down-load>Dokumentacje.
Tu chciałbym zwrócić uwagę na jedną, bardzo ważną sprawę: tekst programu, pomimo że napisano go dla procesora AVR, będzie doskonale czytelny dla każdego, kto chociaż powierzchownie zapoznał się z językiem MCS BASIC stosowanym w pakiecie BAS-COM8051. Program Pipka został napisany i skompilowany w środowisku BASCOM AVR, którego dialekt BASIC-a praktycznie nie różni się od MCS BASIC. Różnice polegają głównie na innych nazwach wyprowadzeń procesora i obsłudze dodatkowych funkcji oferowanych przez nowoczesne AVR-y.
Jeszcze tylko parę słów na temat możliwości naszego nowego Pipka. Układ może pracować w czterech trybach, ustawianych za pomocą jumperów JPl i JP2:
1. Tryb 1: PIPEK CLASSIC (JPl zwarty). W tym trybie układ działa prawie identycznie, jak jego protoplasta. Po nastaniu ciemności generuje krótkie, niezbyt głośne piski. Jedyna różnica polega na tym, że piski nie są generowane regularnie, ale w losowych odstępach czasu.
2. Tryb 2: PIPEK 2001 (obydwa jumpery rozwarte). Podstawowy tryb pracy naszego układu. Podobnie jak w trybie 1 układ generuje po zapadnięciu ciemności piski, ale tym razem nie tylko czas przerwy pomiędzy nimi jest dobierany losowo. Losowa jest także liczba pipnięć, ich częstotliwość i czas trwania. Wszystko to razem daje niezły koncercik!
3. Tryb 3: PIPEK - DRIPPER (JP2 zwarty). Tym razem nasze urządzenie mniej lub bardziej udolnie będzie naśladować... kapanie wody z kranu, oczywiście także po zapadnięciu ciemności.
4. Tryb 4: Kalibracja (obydwa jumpery zwarte). Ten tryb wyjątkowo nie służy do dręczenia kogokolwiek, ale wyłącznie do regulacji układu. Rozrzut parametrów fotorezystorów jest tak duży, że bez możliwości wstępnej regulacji układ mógłby nie działać prawidłowo.
Montaż i uruchomienie
Na rys. 2 pokazano schemat montażowy płytki drukowanej Pipka 2001, wykonanej na laminacie jednostronnym. Wzór mozaiki ścieżek jest dostępny na wkładce wewnątrz numeru, na płycie CD-EP7/2001B oraz w Internecie na naszej stronie WWW. Montaż takiego maleństwa z pewnością nie sprawi nikomu większego kłopotu. Powinienem
Rys. 2. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej.
Elektronika Praktyczna 7/2001
Pipek Dręczyciel 2001
jedynie wyjaśnić sposób przymocowania płytki piezoceramicznej do zmontowanego już urządzenia. Po zakończeniu lutowania wszystkich podzespołów (procesor obligatoryjnie należy umieścić w podstawce) lutujemy do dodatkowych punktów umieszczonych na obwodzie koła, widocznego na stronie opisowej, kilka odcinków srebrzanki o długości kilku milimetrów. Elementy te należy zamocować od strony druku! Następnie odcinkiem cienkiego przewodu łączymy punkt oznaczony na płytce jako "PIEZO" z środkową elektrodą płytki piezoceramicznej. Na tym kończymy montaż Pipka i możemy przystąpić do jego regulacji, która nie powinna zająć nam więcej niż kilka minut. Zakładamy obydwa jumpery JPl i JP2 i włączamy zasilanie układu, ustawiwszy uprzednio potencjometr montażowy PRl na minimum oporności. Następnie umieszczamy Pipka w ciemnym pomieszczeniu i kręcąc potencjo-
metrem montażowym staramy się "złapać" punkt, w którym układ rozpoczyna generowanie krótkich pisków.
Po takiej regulacji układ jest gotowy do - nazwijmy to - "pracy". Powinien być zasilany z dwóch baterii 1,5V, z tym, że pojemność bateryjek od zegarka może okazać się niewystarczająca. Proponowałbym użyć bateryjek typu AAA, których małe wymiary pozwolą na łatwe ukrycie naszego narzędzia tortur.
Na zakończenie coś dla bardziej doświadczonych Czytelników. Na rysunku 2 został pokazany schemat zasilacza sieciowego do Pipka. Zastosowanie tego dodatkowego układu może zwiększyć możliwości dręczyciela, pozwalając na zaopatrywanie go w prąd przez dowolnie długi okres. Niestety, takie rozwiązanie znacznie utrudnia ukrycie Pipka w krótkim czasie. Zbigniew Raabe, AVT zbigniew.raabe@ep.com.pl
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
PRl: potencjometr montażowy
miniaturowy 1MO
Rl, R2: lOOka
R3: lOOka fotorezystor
R4: 1MQ
Kondensatory
Cl: IOjiF/10
C2: lOOnF
C3: 100^F/10V
Półprzewodniki
IC1: zaprogramowany procesor
AT TINY22 (AT90S2343)
Różne
Ql: blaszka piezo
JPL JP2: 2x goldpin + jumper
Wzory płytek drukowanych w formacie PDF są dostępne w Internecie pod adresem: http://www.ep.com.pl/ ?pdf/lipiec01.htm oraz na płycie CD-EP07/2001B w katalogu PCB.
Elektronika Praktyczna 7/2001
23
PROJEKTY
Wzmacniacz audio z wejściem cyfrowym, część 1
AVT-5026
Po wielu próbach
osiągnęliśmy od dawna
pożądany cel: opracowaliśmy
konstrukcję taniego
w wykonaniu wzmacniacza
a u dio z wejściem cyfrowym,
wyposażony w przetwornik C/
A o rozdzielczości 24 bitów.
Pomimo zastosowania
w prezentowanym urządzeniu
wyrafin owan ej techniki, jego
budowa jest dość prosta,
a uzyskane parametry na
więcej niż przyzwoitym
poziomie.
W tej części artykułu
omówimy najbardziej
interesujące podzespoły
zastosowane w projekcie.
Podczas przygotowywania prezentowanego w artykule projektu najważniejszy okazał się prawidłowy wybór układów, które będą w nim stosowane. Nie chodziło tylko o parametry techniczne układów - ciężko jest znaleźć w ofercie liczących się producentów jakieś istotne niedopracowania - lecz o możliwość szybkiego zakupu dużej ich liczby. Niestety, większość producentów narzuca sieciom dystrybucyjnym na tyle trudne warunki sprzedaży, że często reakcja na zamówienia takiej firmy jak AVT (o wcale pokaźnym potencjale zakupowym) nie jest możliwa do zaakceptowania. Tłumaczę się ze swoich wyborów na samym wstępie, ponieważ trudno z technicznego punktu widzenia wykazać, że przygotowana przeze mnie konstrukcja jest w optymalna. Kierowałem się przede wszystkim chęcią ułatwienia zdobycia zastosowanych w projekcie elementów zarówno potencjalnym wykonawcom, jak i Działowi Zaopatrzenia AVT.
Tyle tytułem wstępu, którego rolą nie miało być zniechęcenie Was, a wprost przeciwnie! Zrobi-
liśmy wszystko, aby ułatwić wykonanie prezentowanego urządzenia.
Koncepcja
Zadania postawione przed wzmacniaczem były następujące:
- Cena zestawu miała być bliska możliwościom większości potencjalnych wykonawców.
- Miał być wyposażony w wejścia cyfrowe S/PDIF ze stykiem optycznym i galwanicznym.
- Z myślą o purystach audiofilis-kich wzmacniacz został pozbawiony regulatorów barwy dźwięku i balansu, jedynym regulatorem jest (cyfrowo programowany! ) potencjometr stereofoniczny. Jego zastosowanie zapewnia wysoką trwałość i stabilną jakość regulacji.
- W celu umożliwienia odsłuchu muzyki ze standardowych odtwarzaczy analogowych wzmacniacz wyposażono w analogowy multiplekser stereofoniczny, za pomocą którego można przełączać sygnały z wejść analogowych i cyfrowych.
- "Smaczku" konstrukcji dodaje zastosowany we wzmacniaczu strojony filtr dolnoprzepustowy
Opcjonainy reguiator barwy dźwięku (korektor graficzny)
Wejście optyczne i galwaniczne Odbiornik S/PDIF Stereofoniczny przetwornik A/C Multiplekser wejść

t
Stereofoniczne wejście analogowe
1
Końcówka mocy

Opcjonalny strojony filtr dolnoprzepustowy

Do głośników
Do wzmacniacza b. subwoofera
Rys. 1. Schemat blokowy wzmacniacza.
Elektronika Praktyczna 7/2001
25
Wzmacniacz audio z wejściem cyfrowym
__________t V X X XMSBX"BrX__________i X X X XMSży
Rys. 2. Przebiegi charakteryzujące pracę interfejsu I2S.
o niezwykle prostej budowie -składa się on bowiem z jednego układu scalonego! - Zastosowana w prezentowanym wzmacniaczu końcówka mocy jest kopią końcówki mocy zastosowanej w projekcie amplitune-ra FM (EP5 i 6/2001). Zastosowanie tego wzmacniacza jest wynikiem jego bardzo prostej budowy, łatwego montażu i dobrych parametrów akustycznych przy stosunkowo dużej mocy wyjściowej. Niebagatelną zaletą układu zastosowanego we wzmacniaczu jest także rozbudowany system zabezpieczeń an-typrzeciążeniowych, dzięki któremu nieumyślne uszkodzenie prawidłowo zasilanego wzmacniacza nie jest praktycznie możliwe.
Na rys. 1 pokazano uproszczony schemat blokowy wzmacniacza.
Cyfrowy dźwięk? To nie takie trudne!
Najpoważniejszym atutem prezentowanej konstrukcji jest cyfrowe wejście, dzięki któremu jest możliwe odtwarzanie sygnałów bezpośrednio ze źródeł cyfrowych, jak np. komputerowe lub stacjonarne odtwarzacze CD/DVD, Min-Dysku lub dowolnych innych urządzeń audio coraz szczodrzej
Master Nadajnik SCK Odbiornik
WS
SD
SCK

Nadajnik Master Odbiornik
WS
SD

Master Dowolny sterownik
* SCK
Nadajnik Odbiornik
WS
SD

Rys. 3. Typowe konfiguracje systemów z interfejsem I2S.
wyposażanych przez producentów w optyczne lub koaksjalne wyjścia cyfrowe.
Sygnał podawany na wejście jest wzmacniany, formowany i dekodowany w specjalizowanym układzie odbiorczym CS8412 firmy Crystal, na którego wyjściu szeregowym występuje w ustandardyzowanej postaci 12 S (od ang. Inter-IC Sound). Na rys. 2 pokazano standardową ramkę danych (jedna próbkę dźwięku w postaci cyfrowej) przesyłanych za pomocą tego 3-liniowego interfejsu, w skład którego wchodzą następujące linie sygnałowe:
- SCK (ang. Serial ClocK) - sygnał zegarowy, wyznaczający prędkość transmisji danych, jednocześnie określający bitową prędkość transmisji. Sygnał SCK jest wytwarzany zawsze przez Mas-tera systemu,
- WS (ang. Word Select) - sygnał określający dla którego kanału dane są w danej chwili przesyłane (WS=0 - kanał lewy, WS=l
kanał prawy). Sygnał WS wytwarzany jest zawsze przez Mastera systemu. Częstotliwość występowania tego sygnału określa częstotliwość dostarczania kompletnych próbek do kolejnego modułu w torze obróbki danych,
- SD (ang. Serial Data) - szeregowe dane przesyłane z nadajnika do odbiornika z prędkością wyznaczoną przez SCK. W szeregowym strumieniu danych są zmultipeksowane dane dla kanału lewego i prawego. Długość ramki danych nie jest na sztywno określona i zależy od możliwości i wymagań systemu audio. Jedynemu ograniczeniu podlega minimalna długość próbki dla każdego kanału - nie może być krótsze niż 7 bitów.
Założenia standardu I2S narzucają konieczność stosowania w systemie obróbki danych audio jednego modułu, który będzie
Podstawowe parametry i właściwości wzmacniacza z wejściem cyfrowym:
/ wejścia: optyczne i koaksjalne S/PDIF oraz
standardowe wejście napięciowe (stereo), / moc wyjściowa (wyjścia szerokopasmowe):
2x20W, / liczba kanałów wyjściowych:
x szerokopasmowe: 2,
x z filtru dolnoprzepustowego: 1. / zakres regulacji częstotliwości granicznej
filtru dolnoprzepustowego: 50Hz..2kHz / wbudowany regulator głośności, / rozdzielczość wbudowanego przetwornika
16..24 bitów, / wbudowane aktywne filtry dolnoprzepustowe
w torach szerokopasmowych.
spełniał rolę Mastera. Odpowiada on za wyznaczenie tempa przesyłania danych i decyduje o przesłaniu określonej grupy bitów do jednego z dwóch kanałów przetwarzania danych. Możliwe są różne konfiguracje włączenia Mastera w system, co doskonale widać na rys. 3.
Częstotliwość zmian poziomu sygnału WS wynika z przyjętej częstotliwości taktowania przesyłania bitów f""" i długości słowa N i wynosi:
WS SCK
Jak wcześniej wspomniano, długość ramki danych może być różna i zazwyczaj wynosi 16..24 bitów. Ponieważ producenci układów w bardzo szybkim tempie wprowadzają coraz to doskonalsze układy cyfrowej obróbki danych oraz coraz "gęstsze" przetworniki, twórcy standardu I2S zaproponowali proste, a przy tym bardzo skuteczne rozwiązanie, zapewniające bezkonfliktową współpracę układów o różnej "długości". Dzięki temu cyfrowy filtr obrabiający sygnały 24-bitowe może przygotowywać dane dla 16-bitowego przetwornika C/A i nie spowoduje to żadnych zakłóceń w odtwarzanym sygnale.
Jak to jest możliwe? W standardzie I2S dane są przesyłane w kolejności od MSB (najbardziej znaczący bit) do LSB (najmniej znaczący bit). Konstrukcja interfejsów w układach I2S jest taka, że wybierają one z przesyłanego słowa tylko taką liczbę bitów (począwszy od MSB), jaką są w stanie obsłużyć. W przypadku, gdy przesyłane jest więcej bitów niż jest w stanie układ odbiorczy odebrać nadmiarowe bity są po prostu ignorowane. Jeżeli przesyłanych
26
Elektronika Praktyczna 7/2001
Wzmacniacz audio z wejściem cyfrowym
DEM/SCLK AGND \ /A
2 6
1 Ś ^mm^^ m mi
LRCK SDATA 3 Serial Input Interface De-emphasis Voltage Reference
1 �

Interpolator AL Modulator DAC Analog Low-Pass Firter 8
1 ł +
Interpolator AL Modulator DAC Analog Low-Pass Firter 5

AOUTL
AOLH"R
MCLK
Rys. 4. Schemat blokowy układu CS4334.
bitów jest mniej, niż może obsłużyć układ odbiorczy, w miejsce najmłodszych bitów nieodebranych wstawiane są zera. Każdorazowa zmiana adresu kanału (sygnał WS) potwierdzana jest jednym taktem zegarowym, podczas którego żadne dane nie są przesyłane.
Na rys. 2 przedstawiony został przebieg charakteryzując kompletny transfer danych dla jednej próbki dźwięku w obydwu kanałach. Trzy kolejne przebiegi przedstawiają transfery danych równie często stosowane w układach przystosowanych do pracy w systemach cyfrowego audio, noszące nazwę LSB Justi-fied. Nie są one zgodne ze standardem I2S, a to ze względu na odwróconą kolejność bitów danych w ramce, brak "pustego" impulsu zegarowego po zmianie adresu kanału danych i odwrotną polaryzację sygnału selekcji kanałów WS.
Ł<-T^ *-*V-pi *-*Vp
Rys. 5. Schemat dolnoprzepustowego LC 8. rzędu.
Jak wcześniej wspomniano, sygnały I2S są generowane przez odbiornik CS8412, z którego wyjść jest sterowany przetwornik C/A, opracowany specjalnie do zastosowań audio. W projekcie zastosowano układ CS4334 firmy Crys-tal, który ma dwie istotne zalety: niezbyt wiele kosztuje i ma tylko 8 wyprowadzeń. W tak niewielkiej obudowie zintegrowano stereofoniczny przetwornik C/A z interfejsem 12S, obwody deemfazy i analogowe filtrami dolnoprzepusto-wymi. Schemat blokowy układu CS4334 pokazano na rys. 4. Sygnał otrzymany po konwersji na wyjściach tego układu wymaga tylko prostej, jednostopniowej filtracji, którą można wykonać za pomocą standardowego układu całkującego.
Filtracja nie musi być trudna
Jak wcześniej wspomniano, wzmacniacz jest wyposażony we wbudowany filtr dolnoprzepustowy � o regulowanej w sze-R2^ rokim zakresie częs-'"p > totliwości odcięcia.
-�-----i Na rys. 5 pokazano
klasyczną budowę filtru dolnoprzepus-towego wykonanego
-100
0.5 1 2 5
Częstotliwość [kHz]
filtru
Rys. 6. Charakterystyki amplitudowe filtrów Bessela i Butterwortha.
z elementów LC. Wykonanie takiego filtru standardowymi metodami jest bardzo trudne, zwłaszcza jeżeli jest to filtr rzędu wyższego niż pierwszy. Jak wiadomo, im wyższy rząd filtru tym większa skuteczność jego filtracji, co ma duże znaczenie dla prawidłowego odsłuchu. W związku z wrodzoną niechęcią autora do wszelkiego rodzaju cewek i dławików, w projekcie został zastosowany układ MAX7480, w którego wnętrzu zintegrowano kompletny, strojony filtr dolnoprzepustowy ósmego rzędu o charakterystyce Butterwortha. Jego maksymalna częstotliwość graniczna wynosi 2kHz, a charakterystyka przenoszenia odniesiona do podobnego filtru o charakterystyce Bessela jest widoczna na rys. 6 (dla częstotliwości granicznej lkHz). Strojenie filtru polega na zmianie częstotliwości impulsów prostokątnych dostarczanych do wejścia zegarowego układu MAX7480. Wszystkie te atrakcje Maxim "upakował" w obudowie z 8 wyprowadzeniami.
Czy może być łatwiej? Piotr Zbysiński, AVT piotr.zbysinski@ep.com.pl
Wzory płytek drukowanych w formacie PDF są dostępne w Internecie pod adresem: http://www.ep.com.pl/ ?pdf/lipiec01.htm oraz na płycie CD-EP07/2001B w katalogu PCB.
Elektronika Praktyczna 7/2001
27
PROJEKTY
Amplituner FM z RDS, część 2
AVT-5016
W drugiej części ańykuiu
zdradzamy resztę tajników
kon strukcji amplit un era oraz
opisujemy szczegółowo sposób
jego obsługi.
Doszliśmy z opisem do momentu, w którym należy rozstrzygnąć jak całe urządzenie będzie obsługiwane. W trakcie normalnej pracy najczęściej wykonywaną czynnością jest zmiana programu i regulacja siły głosu. Klawiatura umożliwia wybranie, za pomocą 12 przycisków, 12 wcześniej zaprogramowanych stacji. Oczywiście w dużych miastach stacji tych może być w paśmie FM więcej, ale chyba mało kto ma więcej niż kilka ulubionych i 12 komórek powinno w zupełności wystarczyć. Trzeba tutaj pamiętać, że ustawienia dotyczące programu nr 12 mogą być zmienione przez funkcję wyszukiwania stacji za pomocą listy alternatywnych częstotliwości przesyłanych a systemie RDS - będzie o tym mowa w dalszej części artykułu.
Obsługa tunera
Funkcję wyszukiwania uruchamia się przyciśnięciem szesnastego klawisza AF. Siłę głosu reguluje się dwoma klawiszami oznaczonymi ,,+"(głośniej) i "-" (ciszej). Wszystkie ustawienia dostępne są po naciśnięciu klawisza funkcyj-nego "r .
Po włączeniu zasilania i wykonaniu przez miki okoń troi er wyżej opisanych czynności, na ek-
ranie wyświetlacza pojawi się w górnym wierszu napis (menu główne)
->03<- 107-OMHz Stereo co oznacza, że został wybrany program nr 3 z dostrojeniem do stacji nadającej na częstotliwości 107,0MHz, a odbierany program jest stereofoniczny. Dolnym wiersz wyświetlacza przeznaczony jest na wyświetlanie informacji RDS zgodnie z wcześniejszym zaprogramowaniem funkcji RDS. Za pomocą 12 klawiszy możemy teraz zmieniać programy, a klawiszami "+" lub "-" regulować siłę głosu. Regulacja ta będzie opisana przy okazji opisywania funkcji WZMACNIACZ.
Przez wciśnięcie klawisza F wchodzimy do menu wyboru funkcji amplitunera. Do wyboru mamy cztery funkcje:
- RĘCZNIE - ręczne ustawienie częstotliwości odbieranych stacji. Funkcja przydatna w przypadku, kiedy znana jest częstotliwość szukanej stacji.
- AUTOMATYCZNIE - automatyczne wyszukiwanie stacji
- RDS - ustawianie parametrów dekodera RDS.
- WZMACNIACZ - ustawianie parametrów toru audio.
Po przyciśnięciu klawisza F na wyświetlaczu pojawia się nazwa ostatnio wywoływanej funkcji np.:
AUTOMAT. ( +,-,F)
Elektronika Praktyczna 7/2001
Amplituner FM z RDS
Wówczas klawiszem "+" lub "-" wybieramy odpowiednią funkcję, a po ponownym przyciśnięciu klawisza F zostanie wywołana funkcja, której nazwa jest aktualnie wyświetlana. Po wybraniu funkcji RĘCZNIE i przyciśnięciu klawisza F, na wyświetlaczu pojawi się napis: Nr. Programu <0 3> Wybór(+ ,-)Akc ept. (F)
Zawsze jest wyświetlany numer programu ostatnio odbieranego. Klawiszami "+" i "-" można sekwencyjnie ustawić jeden z 12 programów, a wybrany program akceptuje się klawiszem F. Po takim zaakceptowaniu wyświetlana jest informacja:
PROGRAM <03> 107/0MHz Ust .f (+,-)Akcept.(F)
Wyświetlana częstotliwość odpowiada częstotliwości odbieranego programu przed wybraniem funkcji RĘCZNIE. Klawiszami "+" i "-" ustawia się teraz żądaną częstotliwość. Procedura obsługi klawiatury ma wbudowany mechanizm powtarzaniu kodu klawisza, jeżeli jest on dłużej przyciśnięty. Czas, po którym cyklicznie jest generowany ten kod, jest definiowany programowo przed wywołaniem funkcji czekania na kod klawisza. Ta właściwość została wykorzystana przy ustawianiu częstotliwości - wystarczy nacisnąć i odpowiednio długo przytrzymać klawisz "+" lub "-", a częstotliwość będzie się automatycznie zmieniała z krokiem co lOOkHz. Jeżeli częstotliwość rośnie i osiągnie wartość 108,0MHz, to dalsze przyciskanie klawisza + spowoduje ustawienie 87,5MHz i wartość ta będzie znowu narastać. Podobnie przy zmniejszaniu wartości częstotliwości, po osiągnięciu 87,5MHz ustawi się wartość 108,0MHz i dalej będzie maleć. W trakcie ustawiania częstotliwości, po każdej zmianie wartości jest ona wpisywana do modułu w trybie preset i można słuchowo stwierdzić poprawność dostrojenia do stacji. Po ustawieniu żądanej wartości trzeba przycisnąć klawisz F i nastąpi wejście do ustawienia trybu mono/stereo.
USTAW MONO/STEREO

s
i E i
Ś L ! E

3 i
Rys. 4. Rozmieszczenie elementów na płytkach sterownika i klawiatury.
St ( + ,-,F)
Przyciskanie klawiszy "+" lub "-" cyklicznie ustawia tryb stereo (bit M.22=0 w rejestrze OM5610) lub wymuszenie trybu monofonicznego (M.22=l). Klawisz F akceptuje ustawienie i na wyświetlaczu pojawia się napis:
USTAW LOCAL/DX Dx (+,-,F)
Podobnie jak wyżej, klawiszami "+" lub "-" ustawiany jest tryb local lub DX (bit PO.19), a klawiszem F akceptujemy ustawienie. W tym momencie, na podstawie ustawionych wartości kompletowane jest 25-bitowe słowo i wywoływana jest procedura wpisania go do rejestru modułu OM5610 w trybie preset oraz wszystkie ustawienia zapisywane są w pamięci EEPROM. Na wyświetlaczu pojawia się wówczas komunikat: (F)nast. (+,-)koniec
Po przyciśnięciu klawisza F następuje powrót do ustawiania numeru nowego programu oraz jego częstotliwości i pozostałych parametrów. Naciśnięcie klawisza "+" lub "-" kończy tę funkcję i program powraca do menu głównego. Odbierany jest wtedy ostatnio zaprogramowany program.
Po wybraniu funkcji AUTOMATYCZNIE na ekranie pojawi się np. napis: Nr. Programu <07> Wybór(+,-)Akcept.(F)
Tak jak w przypadku funkcji ręcznego ustawiania częstotliwoś-
ci , numer programu wybiera się klawiszami "+" lub "-", a wybraną wartość akceptuje klawiszem F. Na ekranie wyświetlana jest wartość częstotliwości odpowiadająca wybranemu numerowi programu (odczytana z pamięci EEPROM) np.:
PROGRAM <0 7> 10 3.2MHZ Gora(+) dol(-)
Klawiszami "+" lub "-" wybierany jest kierunek szukania, począwszy od wyświetlanej częstotliwości. Po naciśnięciu któregoś z tych klawiszy na ekranie pojawi się w górnej linijce napis:
PROGRAM <0 7> -.-MHz
W tym czasie do modułu zostanie wpisana częstotliwość, odpowiednio ustawiony bit D.23 określający kierunek szukania, oraz S.24=l. W ten sposób zostanie uaktywniony tryb search i moduł szuka stacji. Po wyzerowaniu przez OM5610 bitu S.24 (sygnalizacja zakończenia szukania) na ekranie pojawi się np.:
PROGRAM <0 7> 10 4.5MHZ (F) zapisz(+)g(-)d
Przyciśnięcie klawisza "+" lub "-" powoduje powrót do operacji szukania stacji i ponowne wyświetlanie
PROGRAM <0 7> -.-MHz
Po przyciśnięciu klawisza F program wchodzi w fazę zapisywania wartości częstotliwości znalezionej stacji. Jednak przed tym należy ustawić tryb mono/stereo i local/dx. Postępowanie przy tych ustawieniach jest identyczne jak
30
Elektronika Praktyczna 7/2001
Amplituner FM z RDS
w przypadku ustawiania ręcznego. Po zakończeniu całego cyklu zapisu częstotliwości stacji na ekranie pojawia się napis: (F) zapisz(+,-)nast.
Naciśnięcie klawisza "+" lub "-" powoduje powrót do ustawiania nowego numeru programu i następnie jego częstotliwości, natomiast wciśnięcie klawisza F kończy wykonywanie funkcji i powrót do menu głównego.
Dla każdej zaprogramowanej stacji można ustawić parametry pracy dekodera RDS. Zdarza się, że poziom sygnału stacji, której chcemy posłuchać jest zbyt mały, aby dekoder RDS pracował poprawnie. Przekłamania lub wyświetlanie informacji niekompletnej nie wygląda zbyt dobrze. Powinna być zatem możliwość wyłączenia wyświetlania informacji RDS-u dla każdej z zaprogramowanych stacji. Taka możliwość przyda się też w przypadku, kiedy serwis informacyjny RDS stacji nie przypadnie nam do gustu. Do wyświetlania informacji RDS przeznaczona jest jedna dolna linijka wyświetlacza. W danym momencie można wyświetlać Psname lub radiotext. W naszym amplitunerze można dla każdej stacji oddzielnie zaprogramować wyświetlanie jednej z tych informacji. Do ustawiania opisywanych parametrów służy funkcja RDS. Po wywołaniu tej funkcji możliwe jest programowanie RDS-u tylko dla ostatnio wybranej stacji. Wybieramy więc stację, wywołujemy funkcję RDS, ustawiamy parametry - program wraca do pętli głównej. Można wtedy zobaczyć efekt ustawień i jeżeli jest zadawalający, to można wybrać następny program. Jeżeli trzeba coś zmienić, to z tym samym programem wybieramy ponownie funkcję RDS. Po jej wybraniu na ekranie pojawi się aktywacja RDS
RDS tak (+,-,F)
Przyciskanie klawiszy "+" lub "-" zmienia ustawienia na tak lub nie. Klawiszem F akceptuje się ustawioną wartość i program przechodzi do ustawiania rodzaju wyświetlanej informacji:
USTAW Psname/RTXT PSname ( + ,- , F)
Tutaj, podobnie jak wyżej, naciskanie klawiszy "+" lub "-" zmienia ustawienia na Psname
lub radiotext, a przyciśnięcie klawisza F powoduje zapisanie ustawień w komórce pamięci EEP-ROM odpowiadającej ustawionemu programowi i zakończenie funkcji RDS.
Ostatnią funkcją możliwą do wybrania z menu funkcji jest WZMACNIACZ. Możliwe jest tutaj ustawienie różnicy pomiędzy głośnością kanału lewego i prawego, czyli balansu oraz regulacja barwy tonów niskich i wysokich. Po wywołaniu tej funkcji na ekranie pojawi się napis:
siła głosu L (+,-,F) -18dB
wyświetlana wartość jest odczytywana z pamięci EEPROM i po ustawieniu ponownie tam zapisywana. Ustawienia dokonuje się oczywiście klawiszami "+" lub "-". Najlepiej jest przycisnąć klawisz i przytrzymać, a wartość będzie się automatycznie zmieniać. Siłę głosu można ustawiać od poziomu mute do poziomu +2OdB, z krokiem 2dB. Ustawioną wartość akceptuje się klawiszem F i wtedy można ustawić poziom głośności w kanale prawym (analogicznie jak w lewym):
siła głosu R (+,-,F) -18dB
Ustawianie siły głosu w obu kanałach za pomocą funkcji WZMACNIACZ oczywiście nie służy do regulacji głośności odbieranych audycji. Byłoby to bardzo uciążliwe. Funkcja ta ma za zadanie ustawienie różnego (lub takiego samego) poziomu głośności w obu kanałach. Jest więc odpowiednikiem regulacji balansu kanału prawego i lewego. Jeżeli ustawimy w kanale lewym -lOdB, a w kanale prawym -6dB, to przy regulacji siły głosu (o tym za chwilę) zawsze w kanale prawym siła głosu będzie miała wartość większą o 4dB.
W trakcie odbierania programu (menu główne) regulację siły głosu przeprowadza się za pomocą klawiszy "+" lub "-". Przyciśnięcie któregoś z tych klawiszy po-
woduje zniknięcie numeru programu i częstotliwości stacji, a na wyświetlaczu pojawia się np.:
siła głosu ( + , -) L-18dB R-18dB
Przytrzymanie klawisza powoduje, że ustawienia będą się automatycznie i współbieżnie w obu kanałach zmieniać. Puszczenie klawisza i nie przyciskanie go przez ok. ls spowoduje zakończenie czynności ustawiania głośności. Ustawione wartości są zapisywane w pamięci EEPROM, a program wraca do menu głównego.
Wróćmy jednak do omawiania funkcji WZMACNIACZ. Po wyregulowaniu głośności w kanale prawym i przyciśnięciu klawisza F przechodzimy do regulacji wzmocnienia dla tonów niskich tony niskie (+,-F) flat
Zakres regulacji barwy tonów zawiera się w granicach od -12dB do +12dB i można go regulować z krokiem 2dB. Poziom OdB odpowiada płaskiej charakterystyce i przy takim ustawieniu wyświetlany jest napis flat. Regulacja, tak jak w przypadku siły głosu, odbywa się za pomocą klawiszy "+" lub "-", a akceptacja ustawionej wartości za pomocą klawisza F. Następnie można w ten sam sposób wyregulować tony wysokie: tony wysokie (+,-F) + 2dB
SCLSDft
DD
C6 BnE CE' 470n I + C5 BnE CE 47nn
LM4832
TJ.2001
UEJfMWT
Rys. 5. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej wzmacniacza m.cz.
Elektronika Praktyczna 7/2001
31
Amplituner FM z RDS
�w ri
II 470n
WEP C1
1
V 2f 470n
2
Rys. 6. Schemat elektryczny końcówki mocy.
i po przyciśnięciu klawisza F funkcja WZMACNIACZ kończy swoje działanie, a wszystkie ustawienia są zapisywane w pamięci EEPROM. Pozostała nam jeszcze do opisania funkcja automatycznego wyszukiwania stacji za pomocą przesyłanej w systemie RDS listy alternatywnych częstotliwości (AF). Dekoder RDS-u odczytuje z każdego bloku C grupy OA dwa bajty zakodowanych wartości częstotliwości i odpowiednio kompletuje listę AF. Ten proces był dokładnie opisywany przy okazji prezentacji uniwersalnego dekodera RDS (EP12/2000 i EP1/2001). Przyciśnięcie klawisza AF w momencie, kiedy jest odbierany program (menu główne) powoduje wejście w procedurę automatycznego wyszukiwania innych częstotliwości z listy AF. Oczywiście warunkiem
jest aktywacja RDS dla odbieranej stacji i prawidłowe skompletowanie całej listy. W przeciwnym przypadku funkcja ta się nie wykona. Trzeba tu jeszcze pamiętać o tym, że przy słabym, zanikającym sygnale lista, tak jak inne odbierane informacje, może być przekłamana i wyszukiwanie może się nie powieść. Po naciśnięciu AF na ekranie wyświetlacza pojawi się np.:
->03<- -.-MHz Stereo alternatywne czest.
Z listy AF pobierane są kolejno wartości częstotliwości i wpisywane do OM5610 w trybie preset. Jeżeli po wpisaniu częstotliwości zostanie spełniony warunek dostrojenia (CLCK=1 i STEREO=0), to proces wpisywania z listy AF zostaje zatrzymany i na wyświetlaczu pojawia się ta właśnie wartość częstotliwości np.:
->03<107.3MHz Stereo (F) zapisz program 12
Naciśnięcie klawisza F spowoduje, że wyszukana stacja zostanie zapisana jako program nr 12, oczywiście ze wszystkimi parametrami jakie były przypisane tej stacji przed wejściem do funkcji wyszukiwania za pomocą listy AF. Funkcja wyszukiwania kończy swoje działanie, program przechodzi do menu głównego i odbierany jest program nr 12.
Przyciśnięcie klawisza AF powoduje wznowienie szukania z listy AF. Jeżeli zostaną sprawdzone wszystkie wartości częstotliwości i nie została wykonana operacja zapisu do programu nr 12 (lub żadna częstotliwość nie spełniała kryterium dostrojenia), to następuje wyjście z procedury automatycznego wyszukiwania. Żadna ze znalezionych częstotliwości alternatywnych nie jest zapamiętywana i w momencie zakończenia wyszukiwania tuner zostanie dostrojony do częstotliwości ustalonej przed wywołaniem szukania AF. Przy używaniu wyszukiwania AF należy się liczyć z tym, że na liście mogą się znaleźć częstotliwości innych nadawców i tuner dostroi się do innego programu niż chcielibyśmy. Aby uniknąć takiej sytuacji należałoby sprawdzać, oprócz warunku
32
Elektronika Praktyczna 7/2001
Amplituner FM z RDS
Rys. 7. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej wzmacniacza mocy.
dostrojenia, także warunek zgodności numerów stacji zakodowanych w słowie PI. W tym rozwiązaniu taki warunek nie jest sprawdzany. Trzeba też pamiętać, że lista AF jest tworzona na bieżąco i w przypadku kiedy poziom sygnału jest słaby i informacja RDS jest przekłamywana, to i lista AF może zawierać błędne częstotliwości.
Montaż i uruchomienie
Montaż płytek drukowanych nie powinien sprawiać trudności. Pomocne będą schematy montażowe pokazane na rys. 4 i 5.
Na płytce sterownika układy Ul i U2 powinny być montowane w podstawkach. Dla modułu OM5610 też warto wlutować coś w rodzaju podstawki. Najlepiej wykonać ją z listwy żeńskiej o rozstawie 2,54mm (pasuje do listwy tak zwanych goldpinów). Moduł jest montowany stroną swoich elementów do strony elementów płytki sterownika. Stabilizatory U5 i U6 powinny mieć zamontowany mały radiator. Połączenie płytki sterownika z płytką klawiatury można wykonać za pomocą kątowej listwy goldpinów (męskiej) również o rozstawie 2,54mm. Wyświetlacz łączmy za pomocą wiązki przewodów z odpowiednimi punktami lutowniczymi na płytce. Jako gniazda K_L i K_P należy zastosować gniazda typu cinch przystosowane do wlu-towania w druk. W tej wersji sterownika nie należy montować układu U4, rezonatora X3 i kondensatora Cli. Jak już wspominałem, elementy te są przewidziane do przyszłych zastosowań.
W płytce klawiatury wszystkie przyciski muszą być wlutowane od strony lutowania. Płytka powinna być wykonana jako dwu-
stronna z metalizacją otworów. W przeciwnym przypadku mogą być problemy z montażem.
Montaż płytki toru audio też nie powinien sprawiać kłopotów. Płytki sterownika i toru audio mają takie same wymiary. Jeżeli je umieścimy jedna nad drugą, to się okaże, że wyjścia m.cz. z modułu OM5610 płytki sterownika są dokładnie pod wejściami toru m.cz. Tak samo jest z zasilaniem +5V, masą i sygnałami SDA i SCL do sterownia układem LM4832. Tak zaprojektowane płytki umożliwiają, po ich umieszczeniu jedna nad drugą, łatwe zrealizowanie połączeń między nimi. Można nawet spróbować zrezygnować ze złączy typu cinch, a sygnały audio połączyć bezpośrednio przewodami. W modelowym rozwiązaniu płytka audio została umieszczona nad płytką sterownika. Obie płytki zostały mechanicznie połączone za pomocą odcinków nagwintowanego pręta i nakrętek M3. Po przy-lutowaniu płytki klawiatury za pomocą kątowej listwy goldpinów całość stanowi gotowy moduł.
Tak oto mamy gotowy amplituner. Właśnie, miał być amplituner, atu tylko 2x350mW! Chociaż poziom głośności i jakość dźwięku jest zaskakująco dobra, w wielu przypadkach dostępna moc na wyjściu może być jednak niewystarczająca.
Końcówka mocy
Dlatego, aby urządzenie w pełni zasługiwało na swoją nazwę, do kompletu został zaprojektowany wzmacniacz mocy z układem LM1876 firmy National Semicon-ductor. Wzmacniacz ten jest sterowany z wyjść LM4832. Takie rozwiązanie jest zalecane przez Natio-
nal Semiconductor w przypadku, kiedy moc wyjściowa LM4832 jest nie wystarczająca. LM1876 może dostarczyć mocy ciągłej na poziomie 15..20W. Zwolennicy większych mocy mogą próbować podłączać inne wzmacniacze. Z wysterowaniem nie powinno być problemu. Może się okazać, że sygnał wyjściowy z LM4832 jest za duży i przesteruje wejście wzmacniacza mocy. Trzeba wtedy na wyjściu LM4832 zastosować dzielnik dopasowujący poziomy sygnałów. Można to zrobić w sposób następujący: ustawić poziom głośności na wartość maksymalną, a z generatora m.cz. podać na wejście płytki audio sygnał o amplitudzie 160mV (poziom sygnału z modułu OM5610). Do wyjścia płytki audio trzeba podłączyć potencjometr np. lkQ, a z suwaka tego potencjometru podać sygnał na wejście wzmacniacza mocy. Wzmacniacz trzeba obciążyć rezystorami o odpowiedniej mocy i rezystancji np. 8Q. Stopniowo zwiększać, kręcąc potencjometrem, poziom sygnału na wejściu wzmacniacza mocy, aż do momentu, kiedy na ekranie oscyloskopu dołączonego do wyjścia wzmacniacza mocy zaczną się pojawiać zniekształcenia (obcinanie wierzchołków sinusoidy). Można wówczas trochę zmniejszyć dla pewności poziom sygnału wejściowego. Trzeba pamiętać, aby poziomy sygnałów w obu kanałach były jednakowe. Po takiej regulacji najlepiej jest zmierzyć wartości rezystancji dzielnika potencjometru i dobrać rezystory stałe. W modelowym układzie suwaki potencjometrów są ustawione mniej więcej na połowie. Schemat wzmacniacza został pokazany na rys. 6, a jego płytka drukowana na rys. 7. Również w tym przypadku montaż nie po-
Elektronika Praktyczna 7/2001
33
Amplituner FM z RDS
PŁYTKA KLAWIATURY K1,K2,W1-W8
K1,K1,W1-W8
ANTENA QND
GND
PŁYTKA STEROWNIKA
WYŚWIETLACZ LCD
QND
MASA GLP
WYŚWIETLACZ LCD
Rys. 8. Schemat połączeń pomiędzy modułami amplitunera.
winien być trudny. Elementy Li i L2 to kilka zwojów drutu o przekroju 0,75mm2 nawiniętych bezpośrednio na rezystorach R5 i Rll. Kondensatory C13 i C14 nie mogą być kondensatorami elektrolitycznymi, stąd na płytce zostało przewidziane dla nich dość dużo miejsca. Sygnały m.cz. kanału prawego i lewego podaje się do wzmacniacza za pomocą dwu gniazd typu cinch wlutowanych bezpośrednio do druku. Głośniki podłącza się do dwu złączy śrubowych. Układ LM1876 musi być oczywiście przykręcony do radia-tora o odpowiedniej powierzchni. W modelowym rozwiązaniu radia-tor został przykręcony do płytki za pomocą dwóch kątowników. Przed przykręceniem układu do radiatora trzeba miejsca styku posmarować pastą silikonową. Na płytce drukowanej, oprócz układu wzmacniacza, jest umieszczony układ zasilania z mostkiem Ml, kondensatorami elektrolitycznymi C15, C16 oraz blokującymi C17 i C18. Każde z napięć zasilających jest jeszcze dodatkowo blokowane parą kondensatorów IOOllF i lOOnF. Do zasilania płytki wzmacniacza wystarczy podać z transformatora (z odczepem pośrodku uzwojenia) napięcie przemienne o wartości ok. 36V na zaciski "~". Środkowy odczep łączymy oczywiście do zacisku GND. Wyprostowane napięcie zasilające po obciążeniu wzmacniacza powinno mieć wartość ą22V. Nie należy przekraczać maksymalnej bezpiecznej dla ukła-
dów wartości napięcia ą32V. Schemat połączenia pomiędzy wszystkimi płytkami pokazano na rys. 8. Sygnały m.cz powinny być prowadzone przewodami w ekranie. W modelowym układzie zastosowano transformator TS90/9. Ma on wszystkie potrzebne napięcia i odpowiednią moc.
Obsługa amplitunera nie powinna sprawiać kłopotów. Funkcje ręcznego i automatycznego strojenia pozwalają na szybkie i łatwe zaprogramowanie wszystkich stacji. Po ustawieniu parametrów pracy dekodera RDS i regulacji balansu oraz barwy tonu, urządzenie jest gotowe do pracy. Wydaje się, że przyjęta koncepcja bezpośredniego wybierania programów i regulacji siły głosu też się sprawdza. Wszystkie inne regulacje i ustawienia, które nie są wykonywane często, są ukryte w menu funkcyjnym. Program jest tak napisany, aby wszystkie czynności mogły być wykonywane bez zaglądania do opisu, czy instrukcji obsługi (przynajmniej w założeniu).
Dość istotnym ograniczeniem dla przygotowywanego programu sterującego okazała się zbyt mała pojemność pamięci programu mikro-kontrolera. Z tego powodu zrezygnowałem z funkcji płynnego wyświetlania radiotekstu, tak jak to zostało zrobione w uniwersalnym dekoderze RDS. Zastosowana została tu procedura dużo prostsza, ale myślę, że dobrze spełniająca swoją rolę. Z tego samego powodu zrezygnowałem z automatycznego włączania funkcji KONTUR przy ma-
WEL GLL
MASA MASA
WEP MASA
GLP MASA
WZMACNIACZ MOCY
TSSO/9
łym poziomie głośności i zapamiętywaniu poziomu głośności dla każdego programu indywidualnie.
Możliwości rozbudowy
Na zakończenie jeszcze kilka słów o możliwościach rozwojowych amplitunera. Na płytce sterownika są wyprowadzone trzy sygnały CLK, DATA oraz ID (linie portu PO). Jest to kolejna magistrala do sterowania układu LMC1983 firmy National Semicon-ductor. Urządzenie zostało celowo podzielone na bloki montowane na oddzielnych płytkach: sterownika oraz toru audio, aby można było - oczywiście po zmianie programu sterującego - podłączyć inne układy niż LM4832. Układ LMC1983 to trójwejściowy przedwzmacniacz z elektronicznym przełącznikiem aktywnego wejścia, regulacją siły głosu, barwy tonu, oraz układem kontur. Można wtedy dołączyć, oprócz sygnału z modułu OM5610, inne jeszcze sygnały audio, a tym samym całość stanie się bardziej uniwersalna.
Można również dodać funkcję zegara czasu rzeczywistego. W wersji z dekoderem RDS taka funkcja nie jest konieczna, ponieważ w serwisach RDS nadawcy często przesyłają dane o aktualnym czasie. Tomasz Jabłoński, AVT tomasz.jablonski@ep.com.pl
Wzory płytek drukowanych w formacie PDF są dostępne w Internecie pod adresem: http://www.ep.com.pl/ ?pdf/lipiec 01.htm oraz na płycie CD-EP07/2001B w katalogu PCB.
34
Elektronika Praktyczna 7/2001
SPRZĘT
MJM
Warszawska firma MJM produkuje pomysłowy zestaw moduiów, pozwalający zastąpić if odbiorniku radiowym starą giowicę nowoczesną giowicą z cyfrową syntezą częstotliwości. Oprócz możliwości odbioru nowym paśmie UKF, nasze radio uzyska 30-kanaiową pamięć programów oraz nowocześniejszy wygląd.
Głowice UKF z cyfrową syntezą częstotliwości
Kompletny sestaw głowicy s synte-są częstotliwości składa się s głowicy FM oznaczonej symbolem TlOh, płytki s układem cyfrowej syntezy TS10 oras programatora, który jest dostępny Św trsech wersjach: TP31, TP41 lub TP42. Różnią się one międsy sobą szczegółami konstrukcyjnymi, ale ich "właściwości użytkowe są jednakowe. Poszczególne programatory mają następujące cechy konstrukcyjne: - TP31 - programator wyposażony we wbudowane przyciski do programowania (można również wykorzystać zewnętrzne przyciski dodatkowej. Jego rozmiary pozwalają na stosowanie go jako urządzenia zewnętrznego, bez ko-
niecznoś-
ci wykonywania zaawansowanych przeróbek mechanicznych obudowy radioodbiornika. Wysokość cyfr wyświetlacza wynosi lOmm, a wymiary programatora bez przycisków wynoszą 78x21,5K47mm.
- TP41 - programator bez wbudowanych przycisków programujących. Dzięki takiemu rozwiązaniu można wykorzystać dowolne przyciski, np. znajdujące się w odbiorniku. Wysokość cyfr wyświetlacza wynosi lOmm. Wymiary programatora wynoszą 41,5xl8x63mm.
- TP42 - jest to najmniejszy spośród oferowanych przez MJM programatorów. Podobnie jak TP41 nie ma wbudowanych przycisków programujących. Wysokość cyfr wyświetlacza wynosi Bmm, a wymiary programatora wynoszą 36x17,2x60mm. Skonfigurowany do indywidualnych
potrzeb zestaw umożliwia dostosowanie każdego radioodbiornika (lub tunera} do pracy w górnym paśmie UKF, pozwalając na zaprogramowanie do 30 i odczyt ustawionego numeru anału lub częstotliwości odbieranego sygnału.
Nieprawdopodobnie proste
Do przestrojenia dostałem amplitu-ner typu Radmor. Odbiornik ten, choć trochę sędziwy, ciągle wyróżnia się oryginalnym wyglądem, który nadają mu przede wszystkim sensorowe przełączniki programów. Montaż rozpocząłem (zgodnie z za-
leceniami zawartymi w instrukcji montażu) od znalezienia napięcia zasilającego o wartości 1O..15V. Okazało się, że niezbędny będzie dodatkowy stabilizator 7812, ponieważ w odbiorniku było dostępne napięcie o wartości aż 19V. Starą głowicę UKF postanowiłem zdemontować, co ze względu na modułową konstrukcję odbiornika nie było trudne. Cała operacja sprowadziła się do wysunięcia głowicy ze złącza i odlutowania przewodów od płytki z filtrem RLC. W odbiornikach w innej wersji trzeba odciąć istniejące połączenie starej głowicy z filtrem ceramicznym 10,7MHz i dołączyć do filtru wyjście p.cz. nowej głowicy.
Płytkę układu syntezy i płytkę programatora łączymy ze sobą (zgodnie z opisem w instrukcji), przy czym należy zwrócić uwagę, aby przewody połączeniowe między programatorem a płytką syntezy był możliwie krótkie. Jeżeli wykorzystujemy w odbiorniku dodatkowe przyciski lub oryginalne klawisze odbiornika zamiast przycisków programatora, również należy
Dane techniczne zestawu syntezy (głowica + płytka syntezy + programator)
/ Napięcie zasilania 10 15V
/ Pobór prądu 70 120rnA (zależy od jasności
i wskazań wyświetlaczy) / Zakres przestrajania 87,5 108MHz v Maksyrnalnyzakresprzestrajama
86 108MHz
v' Krok przestrajania 100/50kHz / Pojemność pamięci programów. 30 /WyświetlaczLED 4 cylry / Wymiary głowicy T10 z płytką syntezy TS10
48rnrnx 37rnrnx 32mm
62
Elektronika Praktyczna 1/2001
SPRZĘT
Oueifca
/D57
podłączyć je możliwie krótkimi przewodami.
Po przebrnięciu przez ten etap możemy rozpocząć próby. W moim przypadku, po włączeniu zasilania stwierdziłem, śe radio działa bez zarzutu. Jeżeli jednak podczas odbioru słabych stacji występują trzaski, wówczas należy dodatkowym przewodem połączyć masę programatora z masą odbiornika radiowego.
Po wstępnym uruchomieniu można rozpocząć najbardziej pracochłonny etap prac - mechaniczny montaż wyświetlacza w płycie czołowej. Aby zminimalizować nakład pracy, podjąłem decyzję o usunięciu starego wskaźnika częstotliwości i dostrojenia, następnie obydwa otwory połączyłem, usuwając dzielącą je część (za pomocą piłki do metalu). W powstały otwór wpasowałem zielony filtr z barwionej pleksi, w którym uprzednio wykonałem otwory na klawisze sterujące układem syntezy.
Skrócona instrukcja montażu:
1. Zna|dźw odbiorniku napięcie zasilające 10 15V, z którego rnoznapobrać prąd o natężeniu ok 120mAi podłączyć do niego odpowiednie punkty płytki syntezy TS10 Znajdź ceramiczny filtr 10,7MHznawe|ściu wzmacniacza pośrednie] częstotliwości odbiornika i odłącz istniejące połączenie między Tym filtrem a wyiściem stare] głowicy Następnie połącz odpowiednie punkty płytki syntezy z we|ściem filtru 10,7MHz
Za pomocą czterozyłowego przewodu połącz płytkę syntezy z płytką programatora zwracaiąc uwagę, aby zachować zgodność z oznaczeniami na obu płytkach Przewód z gniazda antenowego doprowadź do we|ścia antenowego głowicy T10
Dla opornych..
Obsługa układu syntezy jest intuicyjna, dzięki czemu nie wymaga praktycznie nauki. Obsługę programatora umożliwiają trzy przyciski oznaczone jako PRÓG, UP i DOWN. Wejście w tryb programowania wymaga przytrzymania przycisku PRÓG do zapalenia się diody LED znajdującej się na panelu wyświetlaczy. Na wyświetlaczu pojawia się aktualna wartość częstotliwości, do której jest dostrojona głowica. Częstotliwość rnośna zmieniać przyciskami UP lub DOWN, a po ponownym naciśnięciu przycisku PRÓG na wyświetlaczu pojawi się odpowiadający tej częstotliwości numer programu. Numer ten rnośna oczywiście dowolnie wybrać za pomocą przycisków UP lub DOWN. Migotanie diody LED ostrzega użytkownika, śe na wybranym nu-
Dane techniczne głowicy T1Oh
/ Nominalny zakres częstotliwości
87,5 108MHz / Maksymalny zakres częstotliwości
86 108,5MHz j Napięcie zasilania 8 15V v Pobór prądu ok 12mA / lrnpedanc|awe|ściowa 75H v' lrnpedanc|awy|ściowa 300n / Napięcie strojenia 1 6V(pobierane z płytki
syntezy)
/Wzmocnienie ok 24dB v' Zakres wzmocnienia wewnętrzne] pętli ARW
ok -30dB /Wymiary 41,5rnrnx 32,5mm x 13,5mm
merze programu wcześniej zapamiętano jakąś stację. Wyjście z trybu programowania i zapamiętanie ustawień wymaga ponownego naciśnięcia przycisku PRÓG. Przyciski układu syntezy mogą pracować takśe w trybie serwisowym, w którym mośna m.in. zmieniać jasność świecenia wyświetlaczy LED. Regulacja jest 4-stopniowa.
Cena
Jestem pewien, śe ten krótki opis zainteresuje, ale i wystraszy Czytelników zainteresowanych doprowadzeniem do stanu niemal ,,współczesnego" swojego ulubionego Radmora. Niepokój mośe wywołać potencjalnie wysoki koszt takiej przeróbki. Jak się jednak okazuje, producent opracował urządzenie dostępne takśe dla aplikacji niskobudśetowych. Cena typowego zestawu (początek grudnia 2000) wynosiła zaledwie 74 zł! Jakikolwiek niepokój nie był więc potrzebny. Piotr Sta szewski, AVT
Urządzenia do testów udostępniła redakcji firma MJM, iel {0-22} 334-00-24, http://www.mjm.waw.pl/.
Elektronika Praktyczna 1/2001
63
PROJEKTY
Programowany zegar z DCF77, część 2
AVT-5022
W drugiej części opisu
programowanego zegara
z DCF77 autor odsłania jego
programowe tajniki, jest to
doskonała okazja do poznania
możliwości Bascoma!
" M4J!
Chyba najciekawszym fragmentem programu sterującego zegarem jest podprogram analizujący odbierany sygnał DCF77 i korygujący aktualny czas oraz datę. Przedstawiono go na list. 3.
Uruchomiony został TIMERl, skonfigurowany do pracy z pre-skalerem o stosunku podziału 64. A zatem częstotliwość podawana na wejście rejestru tego timera wynosi dokładnie 125000Hz. Należy teź zauważyć, źe w przypadku wystąpienia przepełnienia ti-meral nastąpi skok do podprogra-mu DCF_START (dyrektywa ON TIMER DCF_START).
Podczas konfigurowania programu udzielone zostało także zezwolenie na obsługę przerwania zewnętrznego INTO. To, czy przerwanie będzie inicjowane opadającym, czy wstępującym zboczem sygnału możemy określić za pomocą polecenia konfiguracyjnego CONFIG INTO = FALLING lub CONFIG INTO = RISING. Podczas analizy podprogram u dekodowa-nia transmisji musimy pamiętać, że sygnał DCF został odwrócony w fazie (zanegowany) przez układ
z tranzystorem T7.
Omówiliśmy sposób dekodo-wania sygnału DCF, który okazał się niezbyt skomplikowany. Pozostała jednak otwarta jedna sprawa: skąd program wie, że jest to sygnał DCF i należy rozpocząć jego dekodowanie? Na szczęście jednoznaczne określenie startu transmisji sygnału DCF nie jest także sprawą trudną. Zauważmy, że transmisja kończy się na 58 impulsie, a impuls 59 w ogóle nie występuje. Czas trwania przerwy pomiędzy początkami wszystkich impulsów jest stały i wynosi dokładnie jedną sekundę. Jest tylko jeden wyjątek: przerwa pomiędzy ostatnim i pierwszym impulsem wynosi nie jedną, ale dwie sekundy! To właśnie zjawisko wykorzystamy do jednoznacznego określenia początku transmisji sygnału (kodu) DCF.
Podczas występowania impulsów DCF TIMERl był wykorzystywany do pomiaru ich czasu trwania. Podczas pomiaru czasu prawidłowego impulsu timerl nie ulegał nigdy przepełnieniu, a maksymalna wartość jego rejes-
Elektronika Praktyczna 7/2001
35
Programowany zegar z DCF77
List. 3.
slizujący odbierany kod DCF77
ounter = 0
'wyzerowanie zmiennej określającej czas upływający pomiędzy impulsami, 'patrz: listing podprogramu DCF_STftRT Dcf_flag = Not Dcf_flag 'zmienna określająca poziom impulsu DCF zostaje zanegowana
If Dcf_flag = 0 Then 'jeżeli na wejściu INTO jest stan niski, co oznacza początek impulsu, to Config IntO = Rising 'przerwanie INTO ma reagować na wstępujące zbocze sygnału
Dcf_receiving_flag = 1 'ustaw zmienną sygnalizującą fakt odbierania impulsu Counterl = 0 'wyzeruj rejestry timeraO
Start Timerl 'w celu zmierzenia czasu trwania impulsu uruchom timerO
Else 'jeżeli na wejściu INTO jest stan wysoki, co oznacza koniec odbierania impulsu, to:
Stop Timerl 'wstrzymaj pracę timeraO
Config IntO = Falling 'przerwanie INTO ma reagować na opadające zbocze sygnału
Dcf_receiving_flag = 0 'wyzeruj zmienną sygnalizującą fakt odbierania impulsu
H tym momencie program ma "trochę czasu" na dokonanie analizy czasu trwania odebranego uprzednio impulsu DCF i wyciągnięcie z niej odpowiednich wniosków. Dla impulsu o czasie trwania 100 ms, czyli oznaczającego logiczne 0, stan timeraO powinien wynosić 12500. ft zatem, uwzględniając konieczny margines błędu wynikający z cech transmisji ftM:
If Timerl < 15000 ftnd Timerl > 10000 Then Dcf_bit = 0 jeżeli stan rejestru timeraO zawiera się pomiędzy 10000 a 15000, to odebrany bit ma wartość 0
If Timerl > 20000 ftnd Timerl < 30000 Then Dcf_bit = 1 jeżeli stan rejestru tmeraO zawiera się pomiędzy 20000 a 30000, to odebrany bit
wartość 1 świadczyć tylko o
trwania impulsu DCF drastycznie wykraczający poza zadane wartości błędzie w transmisji i musi powodować jej anulowanie, ft zatem:
If Timerl < 10000 Then Start_dcf_flag = 0 anuluj transmisję jeżeli zawartość rejestru timeraO jest mniejsza od 10000
If Timerl < 20000 ftnd Timerl > 15000 Then Start_dcf_flag = 0 anuluj transmisję jeżeli zawartość rejestr timeraO jest mniejsza od 20000 i większa od 15000
If Start_dcf_flag = 1 Then
Jeżeli czas trwania odebranego impulsu mieścił się w zadanym przedziale i została określona j( Wartość logiczna, to w zależności od numeru impulsu program musi wykonać następujące czynność: Select Case Dcf_counter
Case 1: _sec =0 'jeżeli odebrany został impuls o numerze 0, to wyzeruj
'zmienną sekund Case 21: Dcf_temp.O = Dcf_bit'bit 0 zmiennej pomocniczej DCF_TEMP
przyjmuje wartość odebranego impulsu
22: Dcf_te 23: Dcf_te 24: Dcf te
. 1 = Dcf_bit . 2 = Dcf_bit .3 = Dcf bit
Dcf_min = Dcf_temp
Dcf_ter 2 5: Dcf_te
2 6: Dcf_te
27: Dcf_te
Dcf ter
>.l = Dcf_bit >.2 = Dcf_bit = Dcf temp *
bit 1. bit 2.
o ]ed zmień zmień która
bit 1. bit 2.
'zakończyła się transmisja informacji ustkach aktualnej minuty i w związku z tym s pomocnicza DCF_MIN przyjmuje obliczoną wartość 3J DCF_TEMP, lastępnie zostaje wyzerowana
ej po
Śliczej DCF_TEMP
przyjmuje wartość odebranego impulsu
0 'zakończyła się transmisja informacji
dziesiątkach aktualnej minuty i w związku z tym bliczona wartość zostaje pomnożona przez 10,
następnie:
Dcf_min = Dcf_temp + Dcf_min 'obliczona zostaje ostateczna wartość minut
Dcf_temp = 0 'zmienna pomocnicza DCF_TEMP zostaje wyzerowan
Omawianie dekodowania godzin, dnia miesiąca, miesiąca, roku i dnia tygodnia nie ma chyba Większego sensu. Odbywa się ono na takiej samej zasadzie, co dekodowanie aktualnej minuty i jeg analiza nie wnosiłaby niczego nowego w zrozumienie zasady działania programu. Pozwólmy zatem programowi mozolnie dekodować następne informacje i przenieśmy się na sam koniec transmisji, sygnalizowany odebraniem 58 impulsu
Ca
58:
Start_dcf_flag = 0 _min = Dcf_min _hour = Dcf_hour _month = Dcf_month _day = Dcf_day _year = Dcf_year
_week_day = Dcf_week_day
'koniec transmisji, zerujemy jej flagę 'przyporządkowanie zmiennej minut odebranej wartości 'przyporządkowanie zmiennej godzin odebranej wartości 'przyporządkowanie zmiennej miesiąca odebranej wartości 'przyporządkowanie zmiennej dnia miesiąca odebranej wartości przyporządkowanie zmiennej roku odebranej wartości
End Select
Incr Dcf_counter Counterl = 0 Start Timerl End If
przyporządkowanie zmie 'odebranej wartości 'koniec wyboru kolejnego impulsu
'zwiększ wartość licznika impulsów o 1 'wyzeruj rejestry timeral 'uruchom timerl
ej dnia tygodnia
End If Return
tru wynosiła ok. 30000. Po dokonaniu pomiaru Timerl zostaje ponownie uruchomiony w innym celu: zmierzenia czasu trwania przerwy pomiędzy impulsami. Ta przerwa podczas trwania transmisji wynosi 800 lub 900ms, co wiąże się z jednokrotnym przepełnieniem Timeral, natomiast po jej zakończeniu prawie 2 sekundy, co spowoduje dwukrotne wystąpienie przerwania i dwukrotny skok do podprogramu DCF START.
Dcf_start:
Incr Pause_counter
'zwiększ o 1 wartość zmiennej
'określającej czas przerwy
'pomiędzy impulsami
If Pause_counter = 2 Then
Pause_counter = 0
Dcf_counter = 0
'licznik impulsów kodu DCF
' zostaje wyzerowany
Start_dcf_flag = 1
'wskaźnik rozpoczęcia i trwania
'transmisji DCF zostaje
'ustawiony na 1
'TU WŁAŚNIE NASTĘPUJE 'POCZĄTEK TRANSMISJI DCF77
End If Return
Mam nadzieję, że analiza przedstawionych listingów fragmentów programu sterującego naszym zegarem pozwoli Czytelnikom na pełne zrozumienie sposobu dekodowania sygnału DCF i zasady pracy programowego zegara czasu rzeczywistego (RTC). Nie wspomnieliśmy jeszcze o dodatkowych funkcjach zegara:
0 sposobie realizacji timera i budzików, a także o stoperze.
Zarówno kontrola zgodności bieżącego czasu z ustawionym czasem budzików, jak i odliczanie czasu przez timer i stoper odbywa się w podprogramie SEC_TIC, do którego wykonywany jest skok po upływie każdej sekundy (tak, jak to zostało ustalone w konfiguracji programowego RTC). Dodatkowo, w podprogramie SEC_TIC jest instrukcja warunkowa pozwalająca na detekcję upływu kolejnych minut:
Sectic
If Temp2 o _min Then
'Czynności do wykonania po
'upływie kolejnej minuty, np.
'porównanie czasu budzika End If
'Pozostałe czynności do
'wykonania Temp2 = _sec Return
Podprogram "obsługi" timera
1 jednego z budzików zamieszczono na list. 4.
Program sterujący pracą zegara został z konieczności opisany bardzo fragmentarycznie, ponieważ pełny jego listing zajmuje około 5 stron formatu A4. Chciałem jedynie przedstawić Czytelnikom jego najważniejsze fragmenty, a w szczególności sposób dekodowania sygnału DCF77.
Montaż i uruchomienie
Na rys. 3 przedstawiono rozmieszczenie elementów na dwóch płytkach obwodów drukowanych, wykonanych na laminacie dwustronnym z metalizacją. Montaż zegara rozpoczynamy od wlutowania w płytkę rezystorów i podstawek pod układy scalone, a kończymy
36
Elektronika Praktyczna 7/2001
Programowany zegar z DCF77
List. 4
Se ctic:
If Temp 2 o _m in Th en 'je żeli upłynęł a kolejna minuta , to :
Read eeprom Alar ti_hours 3' ode zyt aj z pamięci EEPROM dane o g odzinie budzenia
Read eeprom Alar ti_minut i 'od czytaj z pam leci EEPROM dane o minucie budzenia
If Alarm_h ours = _hour And Al arm _minutes = _ tiin And Alarm_on _flag = 1 Then
'je Żeli odczyta ne dane są zgodn e z aktualnym czasem oraz
'je żeli budzik uył aktywny, to:
Alarm_ count er = 30 'li cznik trwani a alarmu zostaje ustawiony na 30
Alarm count er_flag = 1 'fl aga włączeni e alarmu zostaje ustawiona na 1
Set Po rtd.6 ' zo staje włączo ny przekaźnik
End If
dalsze czynn ości do wyko nani a p o upływie minuty
En d If
If Timer _on_fl ag = 1 Then 'je Żeli timer j est włączony, to
De er Timer ids ' zm niejsz warto ść sekund timera
If Timer_s econd 3 = 255 The i je Żeli wartość sekund wynosi 255, to:
De er Timer_ minutes ' zm niejsz warto ść minut
Timer sec on ds = 59
If Tim er_mi nutes = 255 Th en 'jeżeli wartość minut wynos i 255, to:
De er Tl mer_hours
Tl mer m inutes = 59 'Wartość m: nut staje się rc Wna 59
If Time r hours = 255 The n 'jeżeli Wartość godzin wynosi 255, to:
Tin er_on_flag = C 'koniec pracy timera
Rea de ep ron Tin er_ mir utes,6 'ponownie o Oczytaj z pamięci EEPROM zapisane
'tam wartoś 5 minut timera
Rea de ep ron Tin er_ sec onds, 7 'ponownie o Oczytaj z pamięci EEPROM zapisane
'tam wartoś 5 sekund timera
Rea de ep ron Tin er_ hours, 5 'ponów nie odczytaj z p amięci EEPROM zapisane
'tam wartoś 5 godzin timera
Res et Pord.6 'wyłącz prz ekaźnik timera
Eee P 'wygeneruj sygnał akustyczn y
En d If
End If
End If
En d If
'W podpr ograml e SECTIC odbywa się ta kże odliczan ie czasu trwania alarmu budzika:
.-, eżeli alarm oył u aktywni ony, to zm niejsz warto ść jego licznika
If Alarn _count er_fl ag = 1 Then De er Alarm_counte r
.-, eżeli licznik cza su trwa nia ala rmu osiągnął 0, to zresetuj syg nalizację włączenia alarmu
If Alarn _count er = 0 Then Alarm_c oun ter_flag = 0
.-, eżeli alarm jest aktywny to na prz emiennie włą czaj sygnalizację akustyczną
If Alarn _count er_fl ag = 1 And Fla sh_ flag = 1 The n Portd.4 = Not Portd.4
Re tum
na zamontowaniu kondensatorów elektrolitycznych i pozostałych elementów o dużych gabarytach.
Zmontowane płytki musimy połączyć ze sobą za pomocą kątowych goldpinów. Taki sposób montażu zapewni nie tylko solidne połączenie mechaniczne, ale także ustawienie płytek idealnie pod kątem prostym względem siebie.
Odbiornik DCF77 dołączamy do złącza DB9 umieszczonego na tylnej krawędzi płytki bazowej zegara. Odbiornik nie wymaga oddzielnego źródła zasilania, a o jego działaniu świadczy migotanie diody umieszczonej w jego obudowie oraz punktu dziesiętnego na pierwszym wyświetlaczu zegara.
Sygnał DCF77 nadawany jest na bardzo niskiej częstotliwości -77kHz. Dlatego fala radiowa rozchodzi się przy ziemi i jest podatna na zakłócenia bardzo zależne od warunków pogodowych i pory dnia. Zdarza się, że w niektórych rejonach o silnych zakłóceniach odbiór tego sygnału jest czasami niemożliwy. Dotyczy to zwłaszcza dużych aglomeracji miejskich. Zwiększenie zakłóceń następuje o wschodzie i zachodzie słońca oraz w obecności urządzeń
elektronicznych (monitory, komputery, telewizory, silniki itd.). Dlatego bardzo ważne jest, aby znaleźć dla odbiornika jak najlepsze miejsce. Istotne jest także jego zorientowanie względem nadajni-
ka oraz odległość odbiornika od urządzeń elektronicznych (zalecane jest minimum 2m). Dotyczy to w szczególności komputerów i komutatorowych silników elektrycznych, zarówno AC, jak i DC. Natomiast, wbrew wcześniejszym obawom i złym doświadczeniom sprzed paru lat, nie stwierdziłem poważniejszych zakłóceń pracy odbiornika wywoływanych przez procesor sterujący zegarem. Odbiornik pracował poprawnie nawet po umieszczeniu go w odległości kilku centymetrów od procesora.
Odbiornik powinien leżeć na płaskiej powierzchni (dioda LED do góry), nie może leżeć pod katem, ani w pobliżu metalowych przedmiotów. Należy uzyskać jak najlepszy sygnał poprzez obracanie odbiornika wokół jego osi. Można to poznać po regularnym zapalaniu się diody LED. Powinna ona zapalać się co ls na czas ok. 0,1 do 0,2 sekundy i gasnąć.
Układ zegara zmontowany ze sprawdzonych elementów nie wymaga uruchamiania i działa natychmiast po włożeniu w podstawkę zaprogramowanego procesora. Jednak to, że działa, nie oznacza wcale, że już umiemy go obsługiwać. Zajmijmy się więc nieco rozbudowanymi procedurami obsługi.
DP6a^
uPłDPa
GFnńB
ED Ca
ED Ca
ED Ca
ED Ca
DP2 DPI
ED Ca
ED Ca
cam
si
S2
S3
SB
Stf
Rys. 3. Rozmieszczenie elementów na płytkach drukowanych.
Elektronika Praktyczna 7/2001
37
Programowany zegar z DCF77
Tab. 1. Zestawienie funkcji pełnionych przez klawiaturę zegara.
S1 S2 S3 S4 S5 S6
Czas Przejście do kolejnej funkcji + S6-przejście do ustawiania czasu + S3-przejście do ustawiania czasu
Ustawianie czasu Koniec ustawiania Zmiana minut Zmiana godzin
Data Przejście do kolejnej funkcji
Ustawianie daty Koniec ustawiania Zmiana dnia miesiąca Zmiana miesiąca
Budzik 1 Przejście do kolejnej funkcji
Ustawianie budzika 1 Koniec ustawiania Zmiana minut Zmiana godzin
Budzik 2 Przejście do kolejnej funkcji Budzik włączony/ /wyłączony
Ustawianie budzika 2 Koniec ustawiania Zmiana minut Zmiana godzin
Timer Przejście do kolejnej funkcji Start Timer Stop Timer Reset timer
Ustawianie timera Koniec ustawiania Zmiana minut Zmiana sekund Zmiana godzin
Stoper Przejście do kolejnej funkcji Start stoper Stop stoper Reset stoper
Po pierwszym włączeniu zasilania układ przechodzi automatycznie w tryb wyświetlania aktualnego czasu, z tym że na wyświetlaczach ukazuje się początkowo godzina 00:00, a zegar rozpoczyna zliczanie czasu od tej wartości. Mamy teraz dwie możliwości do wyboru: albo poczekać na odebranie transmisji DCF77
1 automatyczne skorygowanie wskazywanego czasu i dat, albo wykonać to ręcznie. Ponieważ jednak oczekiwanie na zdekodo-wanie transmisji może trwać do
2 minut (nawet przy dobrych warunkach propagacyjnych), dokonajmy ręcznej korekty czasu.
Podczas wyświetlania czasu, podobnie jak przy korzystaniu z innych funkcji zegara, możemy przejść w tryb ustawiania naciskając jednocześnie klawisze S3 i S6.
8- 8- 8- 8- 8- 8-
I-Wyświeta - Impuls DCF 1 L �- Timer Wyświetlanie daty nie czasu Stoper
Rys. 4. Znaczenie kropek dziesiętnych przy cyfrach wyświetlacza.
Zmiana trybu pracy sygnalizowana jest trzykrotnym sygnałem akustycznym, którego zadaniem jest ostrzeżenie operatora, że dalsze naciskanie klawiszy może wprowadzić istotne zmiany w pracy zegara.
Do ustawiania czasu, daty oraz innych wartości wykorzystujemy także klawisze S3 i S6. Naciskanie klawisza S3 powoduje cykliczną zmianę minut, a klawisza S6 -godzin. Ustawianie czasu kończymy naciskając klawisz S2. Zestawienie funkcji inicjowanych za pomocą poszczególnych klawiszy klawiatury zegara zamieszczono w tab. 1.
Na rys. 4 przedstawiono wykorzystanie kropek dziesiętnych na wyświetlaczach. Sygnalizują one różne tryby pracy zegara z wyjątkiem budzików. Wejście w tryb ustawiania lub kontroli budzików sygnalizowane jest bowiem wyświetleniem "Al" lub "A2" na dwóch pierwszych wyświetlaczach. Zbigniew Raabe, AVT zbigniew.raabe@ep.com.pl
Wzory płytek drukowanych w formacie PDF są dostępne w Internecie pod adresem: http://www.ep.com.pl/ ?pdf/lipiec 01.htm oraz na płycie CD-EP07/2001B w katalogu PCB.
Elektronika Praktyczna 7/2001
PODZESPOŁY
io
Cioloi
Zintegrowane transceirery na pasmo 433MHz firmy Nordic VLSI
Jako pierwsze pojawiły się na polskim rynku hybrydowe układy nadawczo-odbiorcze, spośród których najlepiej są znane opracowania włoskiej firmy Telecontrolli. Ich wadą są stosunkowo duże wymiary, natomiast poważną zaletą możliwość zintegrowania na powierzchni płytki ceramicznej (będącej podstawą konstrukcji mechanicznej) anten, dzięki czemu projektant urządzenia ma nieco uproszczone zadanie, a parametry toru radiowego są stabilne w czasie.
Stopniowo także inni producenci wdrażali do sprzedaży różnego typu układy do torów radiowych, przy czym zauważalne były dwa trendy: część producentów postawiła na układy monolityczne (np. Micrel, Temic, Atmel Wireless, Gran-Janssen, Maxim), a inni rozwijali układy hybrydowych (jak np. RPM, Ocarono czy Telecontrolli).
Kilka tygodni temu na rynku pojawiły się mało jeszcze znane układy monolityczne norweskiej firmy Nordic VLSI, wśród których są dostępne zarówno zintegrowane transceivery semidupleksowe, jak i jednoukładowe nadajniki.
Układy Nordlca
W ofercie firmy Nordic znajduje się obecnie 7 typów scalonych transceiverów i nadajników, przeznaczonych do stosowania w cyfrowych torach radiowych krótkiego zasięgu z częstotliwościami nośnymi stosowanymi w SRD (ang. Short Data Radio) lub ISM (ang. Industrial, Scientific and Medical), czyli 433/434MHz, 315MHz, 868/ 870MHz i 915MHz. Zestawienie podstawowych informacji o parametrach elektrycznych i użytkowych układów oferowanych obecnie w sieci dystrybucyjnej znajduje się w tab. 1.
Pierwszym układem wprowadzonym do masowej produkcji był nRP043 3. Szybko zdobył popularność wśród odbiorców, co zachęciło producenta do wdrożenia produkcji jego udoskonalonych odpowiedników, przystosowanych do pracy z obniżonym napięciem i wyposażonych w mechanizmy oszczędzania energii, dzięki czemu można je stosować w sprzęcie przenośnym. Dodatkowym atutem tych układów są niewielkie wymiary kompletnych nadajników (fot. 1) i transceiverów. W większości produkowanych układów
a)
Fot. 2.
Fot. 3
Transmitowanie danych na niewielkie odległości drogą
radiową zdobywa wśród
konstruktorów urządzeń coraz
większą popularność, co jest
wynikiem przede wszystkim
łatwej dostępności
i niewielkiej ceny
monolitycznych i hybrydowych
bloków nadawczo-odhiorczych.
W artykule przedstawiamy
nowe na naszym rynku
układy z tej grupy:
monoiityczne transceivery na
pasmo 433MHz firmy Nordic.
Łatwe w stosowaniu, a przy
tym skuteczne - prawdziwe
Radio dła Ciebie!
wykorzystuje się do przesyłania danych niezbyt skomplikowaną modulację FSK (ang. Frequency Shift Keying), która ogranicza szybkość transferu danych do ok. 25kbd. Tylko układy nRP903 wyposażono w modulator-demodulator GMSK, dzięki czemu maksymalna szybkość transmisji wzrosła do 76,8kbd.
Specjalnie do stosowania w zdalnych kluczach (fot. 2), czujnikach alarmowych (fot. 3) oraz systemach lokalnej telemetrii, opracowano układy nadawcze umożliwiające jednokierunkową transmisję danych. Są to układy wykonane w nowoczesnej technologii, dzięki której zminimalizowano straty mo-
b)
Elektronika Praktyczna 7/2001
39
PODZESPOŁY
roi/r Ś*-
PWR UP
Ś ANTI
-ANY2
Rys. 4.
cy powstające w układzie, zarówno podczas pracy, jak i w trybie oszczędzania energii.
Schemat blokowy układu nRP401 pokazano na rys. 4. Jego wewnętrzna budowa jest charakterystyczna dla wszystkich układów serii nRF4xx/9xx, z wyjątkiem najbardziej rozbudowanego nRF903, który wyposażono w 14-bitowy rejestr konfiguracji, programowany za pomocą 3-liniowego portu szeregowego SPI. Konieczność programowania tego układu wynika z jego ogromnej uniwersalności i przystosowania do pracy we wszystkich typowych pasmach radiowych, z czym wiąże się konieczność dostosowania mocy wyjściowej, dopuszczalnej szerokości kanału i jego lokalizacji w każdym z pasm. Schemat elektryczny najprostszego, lecz w pełni wartościowego trans-ceivera na pasmo 433MHz, wykonanego na układzie nRP401, pokazano na rys. 5. Jak łatwo zauwa-
żyć, z punktu widzenia użytkownika układ nRP401 jest kompletnym interfejsem radiowym spełniającym rolę identyczną do układu MAX232 w łączu przewodowym opartym na RS232.
Jak wcześniej wspominano, wszystkie transceivery oferowane przez firmę Nordlc są przystosowane do realizacji połączeń semidup-leksowych, co oznacza, że w danej chwili dane mogą być tylko nadawane lub odbierane. Kierunek przesyłania informacji nie jest zmienia-
ny przez transceiver samoczynnie. Jego zmiana wymaga zmiany stanu logicznego na wejściu oznaczonym TXEN. Najpoważniejszą wadą takiego sposobu sterowania kierunkiem transmisji jest dość długi czas przełączania wewnętrznych bloków układu, który w przypadku przełączania z odbioru na nadawanie wynosi ok. 3ms i ok. lms w przeciwnym kierunku (rys. 6). W przypadku częstych zmian kierunku przesyłania informacji martwe czasy transmisji dość znacznie obniżają średnią przepływność kanału, co może mieć znaczenie w przypadku niektórych aplikacji.
Zestaw ewaluacyjny
Firma Nordlc przygotowała dla potencjalnych odbiorców układów nRF4xx/9xx zestawy ewaluacyjne, za pomocą których można sprawdzić ich podstawowe parametry, w tym szybkość przesyłania danych i zasięg transmisji. Do testów otrzymaliśmy dwa zestawy (fot. 7), w tym jeden przeznaczony do wymiany informacji pomiędzy mikro-kontrolerami (z transceiverem nRF0433), wymagający zewnętrznego sterowania. Drugi z udostępnio-
Tab. 1. Zestawienie podstawowych parametrów układów firmy Nordlc
Typ układu Funkcja Częstotliwość IMHzl Napięcie zasilania IV! Szybkość przesyłania danych Ikbdl Rodzaj modulacji
nRF401 TX/RX 433/434 2,7 5 20 FSK
nRF402 TX/RX 433/434 2,7 3,6 20 FSK
nRF403 TX/RX 315/433 2,7 3,6 20 FSK
nRF902 TX 868/870 2,4 3,6 50 FSK/ASK
nRF903 TX/RX 433/868/915 2,7 3,3 76,8 GMSK/GFSK
nRF904 TX 915 2,4 3,6 50 FSK
nRF0433 TX/RX 433 5 9,6 FSK
Rys. 5.
40
Elektronika Praktyczna 7/2001
PODZESPOŁY
11. ft ih i
VDD
PWH_UP
ŚDEN
DIN
1ma
Rys. ó.
nych zestawów zawiera, oprócz transceivera nRF401, mikrokontroler obsługujący 4-stykową klawiaturę i sterujący diodami LED, które sygnalizują stan klawiatury w module współpracującym.
Pierwszy z prezentowanych zestawów współpracował z anteną prętową o dużej skuteczności, co zapewniło podczas prób transfer danych na odległość blisko 900 metrów w otwartym terenie. Antenę drugiego z zestawów wykonano w postaci symetrycznie zasilanej pętli wykonanej miedzianą ścieżką na powierzchni płytki drukowanej. Podczas prób z tym zestawem uzyskano zasięg 700 metrów w otwartym terenie, przy czym należy pamiętać, że maksymalna szybkość przesyłania danych za pomocą toru radiowego z układem nRP0433 jest ograniczona do 9,6kbd.
Pomimo nieco gorszej skuteczności anten wykonywanych bezpośrednio na płytce drukowanej, są one wygodniejsze w stosowaniu i znacznie tańsze w wykonaniu. W związku z tym producent zaleca ich stosowanie, zapewniając jednocześnie (na swojej stronie interne-towej) doskonały support konstruktorom chcącym wykorzystać takie anteny we własnych opracowaniach. Między innymi pod adresem h ttp ;//www. nvlsi.no /Da ta hlci d /RF- ci n -ienna% 2 OLayoui.htm są dostępne wzory anten dla różnych układów przygotowane jako pliki w formacie Gerber.
Podsumowanie
Prezentowane układy stanowią bardzo atrakcyjną alternatywę dla dotychczas dostępnych jednoukłado-wych transceiverów na pasma 315/ 433/868/915MHz. Ich podstawowymi zaletami są: możliwość pracy z niskimi napięciami zasilającymi, optymalizacja konstrukcji pod ką-
VDD PWR_UP
TOEN DOLJT
3ma
0036MEZ
E.5AMPLf
****.*
\YiiV-
tem ograniczenia poboru energii, stosunkowo niski koszt, łatwość stosowania, faktyczna jednoukłado-wość i bardzo dobre parametry bloku radiowego. Dzięki stosunkowo dużej mocy wyjściowej nadajników i dużej czułości odbiorników wbudowanych w struktury transcei-verów, zbudowanie szybkich łączy bezprzewodowych nie wymaga od konstruktora, w typowych warunkach, żadnych specjalnych zabiegów. Niebagatelnym ułatwieniem pracy konstruktora jest także bogate i kompetentne wsparcie techniczne zapewniane przez producenta na stronie WWW. Tomasz Paszkiewicz, AVT
Zestawy prezentowane w artykule udostępniła redakcji firma Furo-dis, tel. (0-71) 301-04-00, www.eurodis.com.pl.
Dodatkowe informacje o układach prezentowanych w artykule są dostępne w Iniernecie pod adresem; http://www.nvlsi.no/Siandar-dProducis.htm oraz na płycie CD-FP7/2001R w katalogu \Nordic.
Nordic VLSI ASA
Rys. 7.
Elektronika Praktyczna 7/2001
41
SPRZĘT ^H^iHMpHH^Hp
Protek-2100
Oscyloskopy prezentowane dotychczas w dziale "Sprzęt"
były w większoś ci przyrzą darni -
stacjonarnymi, często
przystosowanymi do
współpracy J
z komputerami
PC. Tym razem '
prze ds ta wiamy
wrażenia
z krótkiego testu
przystawki
oscyloskopowej do
komputera opracowanej
przez firmę HungChang. Pomimo niewysokiej
ceny, parametry tego urządzenia są zaskakująco
dobre - płacimy przecież tylko za część
"oscyloskopową", czyli próbkowania i zapamiętywania
danych, resztę "załatwia" PCI
Jednym z najdroższych i najbardziej kłopotliwych w obsłudze i montażu podzespołów oscyloskopu jest lampa obrazowa CRT lub - w najnowszych wykonaniach - wyświetlacz ciekłokrystaliczny. Konstruktorzy przystawki oscyloskopowej Protek-2100 ominęli wszystkie problemy wynikające z konieczności stosowania bloku wyświetlania, przerzucając kłopoty (i kosztyj z nim związane na producentów PC.
Jak widać na zdjęciu, przystawka oscyloskopowa Protek-2100 wygląda
CMW3ET
EWT
Rys,
bardzo efektownie, a jak wykazały doświadczenia, wyglądowi zewnętrznemu dorównują parametry elektryczne. Pasmo przenoszenia kanałów analogowych wynosi 3 OMHz przy częstotliwości próbkowania lOOMHz i rozdzielczości przetwornika A/C 8 bitów. Zakres czasów podstawy czasu jest bardzo szeroki i mieści się w przedziale od 50ns aż do 320s na działkę. Czułość wejściowa obydwu kanałów wynosi 50mV/ działkę, a wbudowane zabezpieczenia zapobiegają uszkodzeniom przy napięciach wejściowych dochodzących do 250Vpp.
Współpraca przystawki z komputerem PC jest możliwa poprzez złącze równoległe Centronics, którego gniaz-
- do ulokowano na tylnej ściance obudowy wraz z gniazdem zasilania i srebrzonym zaciskiem kalibracyjnym. W przedniej części obudowy znajdują się trzy gniazda BNC umożliwiające doprowadzenie dwóch mierzonych
. sygnałów i jednego zewnętrznego sygnału wyzwalającego. Podczas eksploatacji obudowa dość mocno się nagrzewa, co może niekorzystnie wpływać na dokładność pomiarów. Pro-
ducent przewidział to, i w związku z tym program sterujący pracą oscyloskopu zawiera specjalny moduł samoczynnej kalibracji (rys. 1), który umożliwia także ręczne modyfikowanie nastaw kalibracyjnych.
Konfiguracja wszystkich nastaw przystawki jest możliwa za pomocą programu sterującego, który producent dostarcza wraz z zestawem. Po uruchomieniu tego programu na ekranie są widoczne dwa okna, z których jedno (rys. 2) spełnia rolę panelu sterowania o wyglądzie (i funkcjach) zbliżonym do wyglądu paneli stosowanych w klasycznych o scy1 os kop ach. W drugim z wyświetlanych okien jest emu-lowany wyświetlacz oscyloskopu, na którym są prezentowane wyniki pomiarów (przykłady na rys. 3} lub wyniki szybkiej transformaty Fouriera, dzięki której Rys. 2.
44
Elektronika Pra-ktyGzna 7/2001
SPRZĘT
gram sterujący jest pomiar częstotliwości sygnału wejściowego (oczywiście pod warunkiem, że jest to sygnał okresowy).
Ponieważ transfer danych prses słącse równoległe nie jest sbyt
Rys. 3.
można oglądać widmo mierzonego sygnału (rys. 4). Ponieważ oscyloskop wyposażono w dwa kanały wejściowe, jest możliwe obserwowanie dwóch sygnałów jednocześnie, a także "wykonywanie na nich prostych operacji arytmetycznych. Interesującą możliwością oferowaną prses pro-
Rys, 4,
ssybki i sależy od typu konkretnego komputera, informacje o miersonych sygnałach są gromadsone w pamięciach buforowych o pojemności 32kB na każdy kanał,
Posostałe możliwości presentowane-go ursądsenia, w tym sposoby wy-swalania, tryby pracy, sposoby sprsę-gania wejść itp. są sbliżone do po-wssechnie stosowanych w klasycsnych oscyloskopach, nie będsiemy ich więc omawiać.
Presentowany w artykule prsyrsąd wykasał się podcsas testów ogromną funkcjonalnością i łatwością obsługi. Udało się nam jednak wychwycić jego jedną niedogodność, która wynika s wykorsystania do prsesyłania danych interfejsu Centronics: ssybkość odświeżania wyświetlanych danych wyraźnie sależy od ssybkości komputera (typu i csęstotliwości taktowania procesora, pojemności pamięci, stanu rejestrów systemowych, układów tworsą-
Podstawowe parametry i właściwości oscyloskopu Protek-2100:
/ liczba kanałów wejściowych 2,
/ pasmo przenoszenia kanałów analogowych
0 30MHz,
(7 kroków), / zakres podstawy czasu 5ns/dz 0,5s
(w Trybie akwizycji do 1 godziny), / pojemność pamięci bulorowej 32kB/Kanał, / zakres napięć wejściowych ą50V, / wbudowany analizator FFT 50MHz, / współpraca z komputerem przez złącze
Centronics,
Wyposażenie zestawu Protek-2100:
y. moduł pomiarowy,
y kabel Centronics,
y zasilacz sieciowy,
y płyta CD-ROM z oprogramowaniem
cych interfejs Centronics itp.), co w prsypadku korsystania se star-ssych komputerów nie sap ew ni a sbyt wygodnej pracy s prsyrsądem. Biorąc jednak pod uwagę atrakcyjną cenę prsyrsądu, s tą niedogodnością można się pogodsić. Tomasz Paszkiewicz, AVT
Prezentowany w artykule przyrząd udostępniła redakcji firma NDN, iel. {0-22} 641-15-47, www.ndn.com.pl.
Dodatkowe informacje o oscyloskopie Proiek-2100 są dostępne w Inier-necie pod adresami:
- http://www.hungchang.com/eng/pro-duct/testei/oscillo/2100.html (informacje) ,
- http://www.hungchang.com/eng/sup-pori/index_down.html (oprogramowanie).
Program sterujący do oscyloskopu Proiek-2100 znajduje się na pfycie CD-EP7/2001B w katalogu \Pro-tek.2100.
46
Elektronika Pra-ktyGzna 7/2001
SPRZĘT
ŚŚŚ
W artykule przedstawiamy przykład spożytkowania
osiągnięć elektroniki w mechanice, która bez
elektronicznego wspomagania nie najlepiej radzi
sobie ze szkodliwymi drganiami i wibracjami.
Cieszy nas, że pomysł układu zawartego w prezentowanym urządzeniu narodził się w Połsce!
Jak pozbyć się uciążliwych drgań?
Szkodliwy wpływ drgań na wytrzymałość różnego rodzaju urządzeń mechanicznych jest powszechnie znany. Uszkodzenia maszyn wywołane zmęczeniem materiału i uciążliwy hałas przyczyniają się nie tylko do podniesienia kosztów eksploatacji, ale również spadku wydajności pracy. Coraz szersze zainteresowanie systemami do analizy drgań skłania nas do zaprezentowania mikroprocesorowego przyrządu pozwalającego skutecznie eliminować drgania pochodzące od elementów wirujących.
Odrobina teorii
Jest pewne, że świadomość techniczna i kultura pracy nie stoją jeszcze w naszym kraju na najwyższym poziomie, Drgania i powodowany nimi hałas są przecież nieodłącznym elementem towarzyszącym pracy w wielu mniejszych i większych zakładach. Nie zawsze przyczyną tej sytuacji jest niechęć do zainteresowania się "skaczącą po hali maszyną" czy brak środków finansowych na zakup odpowiedniego sprzę-tu diagnostycznego. Często zdarza się bowiem, że nieznajomość źródeł wibracji jest czynnikiem decydującym,
W większości przypadków drgania powstają na skutek niewyważenia elementów wirujących, czyli przemieszczenia środka masy i osi obrotu detalu (masa detalu jest niesymetrycznie rozłożona wokół osi obrotu). W chwili obracania powoduje to powstawanie siły odśrodkowej działającej na masę (jej środek), która nie znajduje się w osi obrotu. Efektem są drgania całego urządzenia, których częstotliwość jest równa częstotliwości obrotowej detalu. Drgania te nieuchronnie prowadzą do niszczenia nierzadko cennego urządzenia lub szybkiego zużycia jego poszczególnych elementów. Szczególnie narażone na uszkodzenia są łożyska, panewki i inne elementy prowadzące. Niewyważenie jest często spowodowane nierównomierną gęstością materiału z jakiego jest zbudowany detal, zbyt małą dokładnością mechanicznej budowy detalu, jak również osadzaniem różnych lepkich cząstek, w których środowisku urządzenie pracuje (np. dmuchawy transportujące cement, gips, wentylatory itp.)Ś Istnieją 3 rodzaje niewyważenia (zatem i 3 rodzaje wyważania);
- jednopłaszczyznowe,
- dwupłaszczyznowe,
- wielopłaszczyznowe (bardzo rzadko
spotykane).
Zaprezentowany w dalszej części artykułu system diagnostyczny WD-51 służy przede wszystkim do wyważania elementów jednopłaszczyznowych oraz pomiaru wibracji urządzeń mechanicznych. Obiekt je dno płaszczyznowy posiada promień dużo większy od swojej długości (długość jest nieporównywalnie mała w stosunku do promienia i w naszych rozważaniach możemy ją pominąć). Takimi obiektami są np.: tarcze różnego rodzaju obrabiarek, szlifierki, piły, frezy, wirniki wentylatorów, dmuchaw, turbin różnego typu, śmigła itp.
W przypadku tych elementów możemy rozpatrywać zatem jedną płaszczyznę, w której punkt środka ciężkości nie znajduje się w punkcie osi obrotu, co w czasie wirowania powoduje powstanie niezrównoważonej siły odśrodkowej, a co za tym idzie powstanie drgań ca-
Wybrane parametry wywaiarki WD-51:
x zakres częstotliwości obrotów wyważanego
elementu 3 300Hz, x selektywność 0,1/0,5/2Hz, x wzmocnienie sygnału xO, 1/1/10, x czułość wejścia 1rnV
48
Elektronika Praktyczna 7/2001
SPRZĘT
Przykładowa lokalizacja środka ciężkości
Niezrównoważony wektor siły odśrodkowej
Rys. 1.
łej maszyny o częstotliwości równej częstotliwości obrotów niewyważonego detalu.
Na rys. 1 pokazano, w jaki sposób działa siła niewyważenia (odśrodkowa) na detal. Widać, że w danej chwili Ti wymusza przesunięcie detalu zgodnie z aktualnym kierunkiem drgań wskazanym przez wektor siły. Widzimy również, że ten kierunek się zmienia w czasie, co powoduje zmieniające się w czasie działanie siły. To oddziaływanie możemy porównać do szarpania z dużą (udarową) szybkością całej maszyny przez ten jeden element.
Wyważarka dynamiczna WD-51
Wyważarka WD-51 jest przenośnym przyrządem do pomiaru wibracji oraz wyważania jednopłaszczyznowycłi elementów obrotowych. Dzięki swoim małym rozmiarom, wadze oraz inteligentnemu układowi pomiarowemu urządzenie to pozwala wyważać dowolne elementy na specjalizowanych stanowiskach, jak również w łożyskach maszyn, bez konieczności wyjmowania detalu z maszyny. Przyrząd ten może mieć zastosowanie do wyważania kół zamachowych, wirników silników, tarcz ściernych, wentylatorów oraz innych elementów obrotowych w bardzo szerokim przedziale wagowym. WD-51 jest standardowo wyposażona w dwa typy czujników: czujnik obrotów oraz czujnik wibracji. Jedną z ważnych zalet urządzenia jest możliwość pracy z dowolnymi typami czujników obrotów oraz wibracji. Przykładowo można tu wymienić czujniki stroboskopowe, czujniki indukcyjne, piezoelektryczne i inne. Inną zaletą jest prostota obsługi - praca z WD-51 nie wymaga właściwie żadnego przeszkolenia.
W skład systemu diagnostycznego WD-51 wchodzą standardowo następujące elementy: część bazowa, czujnik obrotów, czujnik wibracji, zasilacz zewnętrzny 22OVAC/12VDC, torba i instrukcja obsługi. Część bazowa jest ergonomiczna i zaprojektowana estetycznie. Płyta czołowa urządzenia służy do komunikacji z operatorem. Oprócz wyświetlaczy wskazujących wyniki pomiaru, płyta czołowa jest wyposażona w kilka przycisków funkcyjnych. Służą one do określania parametrów pracy oraz sterowania wyważarka podczas procesu wyważania. Dodatkowo zawiera ona diody świecące sygnalizujące aktualne ustawienia przyrządu. Elementy zewnętrzne
WD-51, na które składają się: czujnik obrotów, czujnik wibracji oraz zasilacz są podłączane do odpowiednich gniazd znajdujących się na tylnej ściance urządzenia. Z tyłu znajduje się również złącze interfejsu RS232 służące do komunikacji z drukarką, która jest jednym z opcjonalnych elementów systemu.
Komunikację z urządzeniem dodatkowo poprawia wbudowany buzzer. Sygnalizuje on nie tylko poprawność pracy wyważarki, ale także pojawiające się podczas pomiarów błędy, jak np. przekroczenie zakresu pomiarowego. Przyrząd wyposażony jest w trwałą plastikową obudowę o wymiarach 160x200xll0mm. Masa części bazowej nie przekracza lkg.
Proces wyważania
Idea pracy wyważarki polega na określeniu jaki wpływ na niewyważe-nie ma dodatkowa masa (masa kontrolna) przyłożona do badanego elementu wirującego. Na podstawie zmian amplitudy wibracji i kąta niewyważenia wywołanego przyłożeniem masy kontrolnej, urządzenie określa wielkość masy kompensującej niewyważenie oraz miejsce, w którym należy ją przymocować.
Należy tu zaznaczyć, że określenie powyższych parametrów jest w rzeczywistości procesem niezwykle złożonym. Wibracje generowane przez diagnozowany element obrotowy mogą być przecież zakłócane przez drgania innych elementów pracujących z podobną częstotliwością. Parametrem, który bezpośrednio wpływa na skuteczność wyważania w takich warunkach jest selektywność przyrządu pomiarowego. W systemie WD-51 zastosowano specjalny filtr cyfrowy o dobroci rzędu 10000, który pracuje w czasie rzeczywistym i zapewnia bardzo wysoką selektywność. Rozwiązanie to zostało opracowane specjalnie dla potrzeb systemu WD-51 i jest chronione patentem.
Proces wyważania elementu wirującego za pomocą WD-51 jest bardzo prosty, efektywny i sprowadza się zasadniczo do wykonania dwóch pomiarów. Przed przystąpieniem do pracy należy jedynie odpowiednio umiejscowić czujniki pomiarowe i nanieść na wyważany detal tzw. etykietę kontrolną. Pełny cykl pomiarowy systemu WD-51 zilustrowano na rys. 2.
Wyniki pomiarów wykonanych przy użyciu WD-51 są przechowywane w pamięci danych tego urządzenia.
POHAR0
Pomiar Jałowy, częstotliwości obrotów
POMAR1 Pomiar bez masy kontrolnej lub
pomiar wibracj (lampa _______stroboskopowa)_______
MEMORY
POHAR POŚREDNI
POHAR 2
Pomiar z masą kontrolną
MEMORY
(w przypadku pomiaru wibracji)
WYNIKI POHAROW
Kąt, korekcja masy
lub poziom wbracji (lampa
stroboskopowa)
POUIAR3
Dowalania
Rys. 2.
Pamięć ta obejmuje ostatnie dwadzieścia cykli pomiarowych, ale na życzenie klienta może być rozszerzona. Zawartość pamięci może być również skasowana w dowolnym momencie.
Wnioski
Systemy pomiarowo-diagnostyczne stosowane do wyważania elementów wirujących są niestety niezwykle kosztowne. Dostępne na naszym rynku urządzenia tego typu są właściwie nieosiągalne dla mniejszych firm czy odbiorców prywatnych. Główne zalety systemu WD-51 to przede wszystkim prostota obsługi, skuteczność i niska cena. Zaletą jest również to, że jest to produkt polski. Wszelką pomoc techniczną dotyczącą urządzenia możemy otrzymać więc na miejscu. Producent zapewnia ponadto modyfikacje niektórych funkcji przyrządu na życzenie klienta. System WD-51 może na przykład monitorować stan techniczny danego urządzenia w sposób ciągły, sygnalizując osiągnięcie pewnego zadanego progu wibracji, którego przekroczenie grozi awarią.
Korzyści wynikające ze stosowania systemu pomiarowego WD-51 są niezaprzeczalne. Eliminacja drgań powstających na skutek niewyważenia jest bowiem jednym z czynników ograniczających awaryjność urządzeń mechanicznych. Wydatki związane z remontami i wymianą poszczególnych elementów maszyn można przeznaczyć na zupełnie inne cele, a poprawa komfortu i bezpieczeństwa pracy jest przecież równie ważna. RK
Prezentowany emulator udostępniła redakcji firma BK-System, tel. (0-22) 724-30-39, www.rk-systeni.coni.pl.
50
Elektronika Praktyczna 7/2001
SPRZĘT
Systemy kontroli dostępu i rejestracji czasu pracy firmy Elarm___________
W ostatnich latach nastąpiły
duże zmiany w technologii
systemów kontroli dostępu
i rejestracji czasu pracy.
Niepodzielnie dotąd królujące
karty magnetyczne zostały
niemal całkowicie zastąpione
przez transponderowe karty
zbliżeniowe. Ich najważniejszymi
zaletami są: nieograniczona
trwałość, łatwość stosowania
i brak konieczności prowadzenia
okresowych konserwacji
i czyszczenia.
W artykule przedstawiamy
rozwiązania opracowane przez
firmę Elarm.
Elarm jest producentem kilku urządzeń oraz kompletnych systemów kontroli i rejestracji dostępu. Wszystkie są wykonane w oparciu o bez stykowe karty identyfikacyjne:
- CS-2000 - system obsługujący do 256 przejść dwustronnych, połączony z rejestracją czasu pracy, sterowany z odległości do 4000m -przykładowy schemat aplikacyjny tego systemu pokazano na rys. 1,
- BS-1500 - jest to tani system o uproszczonych funkcjach, chroniący do 16 przejść sterowanych komputerem z odległości 300..1000m,
- BS-1000 - sterownik dla pojedynczego przejścia konfigurowany z komputera za pomocą interfejsu RS-232,
- AS-110 - zamek konfigurowany bez użycia komputera,
- AS-120 - zamek do klatek schodowych programowany bez komputera z możliwością kasowania karty zgubionej,
- ES-1000 zamek zasilany z baterii 9V.
Do produkcji jest wdrażany całkowicie nowy, bardzo rozbudowany system DS-3000, mogący sterować dowolną liczbą przejść, przystosowany również do pracy on-li-ne i współpracujący m.in. z systemami alarmowymi.
Ofertę systemów kontroli dostępu produkowanych przez firmę Elarm uzupełniają:
- BS-1502 system otwierania 2 bram pilotem radiowym z komputerowym nadzorem z odległości 4000m,
- AS-130 sterownik otwierający bramę pilotem radiowym, konfigurowany bez komputera.
W skład standardowego systemu kontroli dostępu wykonanego w oparciu o moduły CS-2000 wchodzi także centrala sterowana z komputera poprzez port RS-232. Jej podstawowym zadaniem jest przekształcenie sygnału z interfejsu RS-
52
WEJŚCIE
oeeo
0 0 0 0
Elektro
7/2001
SPRZĘT
'SYSTEM CS-2000
232 komputera w sygnały pętli prądowej 20mA. Centrala w tym systemie pełni jedynie funkcję "przełącznika" umożliwiającego połączenie z komputerem jednej z linii wyjściowych. Centrala nie jest potrzebna do normalnej pracy instalacji. Wykorzystywana jest jedynie do zmiany konfiguracji urządzeń i odczytywania danych.
W zależności od wymagań aplikacji można zastosować centralę jednoliniową PP-1, ośmioliniową PP-8 lub szesnastoliniową PP-16. Centralę PP-16 można rozbudowywać przez dodanie paneli PA-16. Tworzymy w ten sposób centrale od 32 do 256 linii.
systemów, w których sterowniki są oddalone od centrali nawet do 4000m. Można w nich wykorzystywać standardowe przewody telefoniczne. Przy tak dużych odległościach sterowniki są często zasilane z różnych źródeł napięcia 220V, dlatego w liniach zastosowane zostały transoptory skutecznie chroniące przed prądami wyrównawczymi. Pętle prądowe wymagają co prawda stosowania większej liczby przewodów, ale jednocześnie instalacja jest bardziej odporna na zakłócenia elektromagnetyczne niż w standardach RS-485 lub RS-422. Łatwiejsze jest również uruchamianie dużych i rozległych instalacji. Można prowadzić testy, dołączając kolejne linie bez konieczności ich kompensacji czy ustawiania adresów poszczególnych sterowników. Schemat blokowy ilustrujący sposób dołączenia sterownika CS-2000 do centrali przedstawiono na rys. 2.
KDNTAKTRON
ANTENA
Rys. 2,
Linie wyjściowe centrali pracują w standardzie pętli prądowych 20mA z optoizolacją. Takie rozwiązanie pozwala na budowanie
Sterownik zbudowany na 8-bito-wym mikroprocesorze wyposażono w zegar czasu rzeczywistego z baterią podtrzymującą zasilanie oraz pamięć EEPROM. Na płytce są dwa niezależnie działające czytniki kart zbliżeniowych. W pamięci sterownika można zapisać 2048 kart uprawnionych oraz 2048 zdarzeń. Dwie niezależne anteny umożliwiają otwieranie drzwi kartą z obydwu stron. W pamięci zdarzeń jest zapisywane czy osoba wchodziła, czy wychodziła z pomieszczenia, a nie jedynie fakt otwarcia drzwi.
Na wyjściu sterownika znajduje się przekaźnik z wyprowadzonymi stykami NC i NO, co pozwala na stosowanie zarówno elektrozacze-pów, jak również trzymaków elektromagnetycznych. Kontaktron służy do pomiaru czasu otwarcia drzwi.
54
Elektronika Praktyczna 7/2001
ANTENA
Rys. 3.
Anteny sterownika nie zawierają elektroniki, mogą być więc bez ograniczeń montowane na zewnętrznych ścianach budynku. Mogą one być oddalone od sterownika nawet do 30m, co umożliwia łatwe ukrycie sterownika, np. w podwieszanych sufitach. Czas zwarcia styków przekaźnika może być zmieniany programowo w zakresie 1..10s. Każde otwarcie drzwi jest zapisywane w pamięci sterownika (numer karty, data, godzina). Zapisy są chronione 4-znakowym kodem PIN.
System jest sprzedawany z oprogramowaniem w dwóch wersjach, przygotowanych dla systemów operacyjnych:
- DOS - minimalne wymagania sprzętowe 486DX4,
- WIN 95/98/2000/NT - minimalne wymagania sprzętowe Pentium II 300MHz.
W obydwu wersjach program wyposażono w interfejs graficzny przygotowany w języku polskim, angielskim i rosyjskim. Pozwala on na zmianę uprawnień, odczytywanie danych, tworzenie i drukowanie raportów.
Unikalną właściwością prezentowanego systemu jest możliwość deklarowania stref czasowych, dzięki którym jest możliwe deklarowanie zasad czasowych i stref dostępu dla każdego użytkownika indywidualnie.
20mA
RS 232
Elementami systemu CS-2000 mogą być także rejestratory czasu pracy RCP-4000 lub RCP-28000. Schemat blokowy rejestratora pokazano na rys. 3.
Rejestrator zbudowany jest również na mikroprocesorze jednoukła-dowym i posiada dwa czytniki kart bezstykowych, co bardzo ułatwia jego obsługę.
^^^^^^^M SPRZĘT
System oparty na dwóch oddzielnych czytnikach zintegrowanych w jednym urządzeniu powoduje, że czas zarejestrowania jednej osoby wynosi zaledwie około ls. Jest to bardzo ważne w dużych firmach, w których jednocześnie kończy pracę kilkaset osób i ich wyjścia muszą być zarejestrowane w ciągu kilkunastu minut.
Programy sterujące pracą systemu są dostępne w wersjach dla DOS i Windows95/98/2000/NT. Umożliwiają one odczytywanie danych, sporządzanie i drukowanie różnego rodzaju raportów. Dane mogą być eksportowane do innych programów kadrowo-płacowych, jak np. Gratyfikant firmy Insert. RG
Producentem prezentowanych urządzeń jest firma Elarm, tel. (0-42) 682-81-38, www.elarm.com.pl
REJESTRATOR CZASU PRACY
oeeo
OjCO�
WEJŚCIE
Elektronika Praktyczna 7/2001
SPRZĘT
Mikrokontrołery ST72 wypracowały sobie wśród projektantów pozycję godną ich możliwości. Drogę przecierały im m.in. różnego rodzaju tanie zestawy narzędziowe.
W artykule prezentujemy jeden z najlepszych zestawów, który oprócz zastosowań ewaluacyjnych doskonale spełnia także rolę prostego symulatora sprzętowego i programatora, za pomocą którego można programować mikrokontrołery ST72 z 32 wyprowadzeniami i pamięcią programu EPROM lub Flash.
Zestaw* narzędziowy
dla mikrokontrolerów ST72
W EP opisaliśmy dotychczas wiele zestawów uruchomieniowych różnego rodzaju, z czego większość stanowiły starter kity, popularne przede wszystkim ze względu na stosunkowo niskie ceny i zazwyczaj duże możliwości. Jednym z producentów "od zawsze" dbającym o ułatwienie życia początkującym projektantom jest STMicroelectronics, o czym świadczy m.in. jej bogata oferta zestawów uruchomieniowych dla mikrokontrolerów rodzin ST62/ 63, ST7, ST9 i ST10. Pomimo tego STM nie rezygnuje z zewnętrznego wsparcia, czego przykładem są zestawy narzędziowo-uruchomieniowe opracowane przez brytyjską firmę
W skład zestawu ST7KND1-KIT2 wchodzą:
/ płytka bazowa, /zworniki konfiguracyjne, / rnikrokontrolerOTPdo celów
emulacyinych,
/ rnikrokontrolerz pamięcią Flash, /zasilacz sieciowy, / kabel Centronics, / CD-ROM z instrukcją i programem
steruiącym, /CD-ROM z katalogiem "ST7MCU on CD"
Kanda. Jeden z zestawów przeznaczonych dla mikrokontrolerów ST72 opracowany właśnie przez Kandę prezentujemy w artykule.
Sporo potrafi
Zestaw ST7KND1-KIT2 może spełniać rolę prostego zestawu ewalua-cyjnego, pozwalającego na realizację prostych aplikacji, ale można go także wykorzystać jako sprzętowy emulator lub programator, za pomocą którego można obsługiwać 32-pi-nowe układy z rodziny ST72 z dowolnym typem wewnętrznej pamięci programu.
Do celów ewaluacyjnych przydatne są zamontowane na płytce zestawu przyciski i diody LED (po 3 sztuk), miniaturowy przetwornik piezocera-miczny oraz port szeregowy RS232 z dwukierunkowym konwerterem napięciowym. W nieco bardziej zaawansowanych aplikacjach przykładowych można wykorzystać alfanumeryczny wyświetlacz LCD, którego sterownik jest programowany poprzez 4-bitowy port równoległy ze standardowymi sygnałami sterującymi i źródłem napięcia odniesienia ustalającym kontrast wyświetlacza.
Jak wspomniano, płytkę można wykorzystać jako prosty emulator sprzętowo-programowy, do czego jest niezbędny specjalnie zaprogramowany mikrokontroler wchodzący w skład zestawu. Ze względu na niewielką cenę zestawu nie zaimplementowano w nim pełnego emulatora sprzętowego - symulacja pracy mikrokontrolerów odbywa się na drodze programowej za pomocą programu uruchomionego na PC współpracującym z zestawem, a zadaniem mikrokontro-lera zainstalowanego na płytce jest dostarczanie informacji do programu emulującego ostanie portów I/O, interfejsów SPI, SCI i przetwornika A/ C. Tak więc, emulacja nie odbywa się w czasie rzeczywistym, a jej szybkość zależy od stanu komputera, na
W zamyśle producenta
mikrokontrołery ST72 mają być
konkurencyjne w stosunku do
mikrokontrolerów rodziny HC05
firmy Motorola. STM przygotował
i udostępnia bezpłatnie program
konwertujący programy pisane
w asemblerze HC05 na format ST72.
Elektronika Praktyczna 7/2001
5?
SPRZĘT
którym zainstalowano oprogramowanie. Na krawędzi płytki drukowanej zastosowano złącze szpilkowe, za pomocą którego można dołączyć emu-lowany mikro kontroler do docelowego systemu.
Bardzo istotną właściwością prezentowanego zestawu jest możliwość programowania wszystkich wersji mikrokontrolerów ST72 z 32 wyprowadzeniami, niezależnie od rodzaju zastosowanej pamięci programu (oczywiście za wyjątkiem ROM).
W zależności od wybranego trybu pracy, zestaw wymaga konfiguracji sprzętowej, którą umożliwiają specjalnie przygotowane moduły (zworniki) w standardzie SIMM. Zwornik w kolorze zielonym służy do skonfigurowania zestawu do pracy w trybie programatora, a zwornik w kolorze niebieskim konfiguruje zestaw do pracy w trybie emulacyj-nym.
Siła w oprogramowaniu
W zestawie zawarto bardzo interesujące oprogramowanie narzędziowe umoż liwiające przygotowywanie i kompilację programów napisanych w asemblerze, następnie ich symulację i programowanie mikrokontrole-Xów. Oprogramowanie jest przystosowane do współpracy z wcześniej prezentowanym zestawem, możliwe jest także symulowanie działania progra-
mu bez współpracy z interfejsem sprzętowym. Symulator programowy spełnia jednocześnie funkcję klasycznego debuggera.
Program po pierwszym uruchomieniu automatycznie uruchamia wielostopniowego kreatora, za pomocą którego dostosowuje swoją konfigurację do posiadanego przez użytkownika sprzętu. Ułatwia także skonfigurowanie tworzonego projektu. Konfiguracja ta polega na kolejnym uruchamianiu kreatorów konfiguracji poszczególnych modułów sprzętowych, jak np. timery, watchdog, PWM, interfejsy SCI/SPI/I2C czy też przetwornik A/C. Dzięki temu użytkownik nie musi każdo- _________________
bardzo przejrzysta, dzięki czemu posługiwanie się nim nie sprawia żadnych trudności. Piotr Zbysiński piotr.zbysinski@ep.com.pl
Dodatkowe informacje o narzędziach dla ST72 i samych mikio-konirolerach można znaleźć w Inier-necie pod adresami:
- http://shop.kan da .com/pioducts/ ST7KND1-KH2,
- http://www.st7-forum.com,
- hiip://eu.si.com/sionline/producis/ suppoii/m cu3/h ome.him,
a także na płycie CD-EP7/2001B w katalogu \ST7.
razowo ręcznie h^ ko nfigurować tych bloków funkcjonalnych, co w niektórych przypadkach jest żmudnym zajęciem. Na rys. 1 pokazano przykładowe okna kreatorów.
Na rys. 2 pokazano okno shella programu do star cza n ego wraz z zestawem. Struktura okien ' tego systemu jest Rys. 2.
Elektronika Praktyczna 7/2001
Dekoder CLIP
współpracujqcy z centralami DTMF
Projekt prezentowany na słr. 17 powstał na życzenie Czytelników, których telefony sq dołqczone do central telefonicznych starszych generacji i którzy mimo tego chcieliby korzystać z dobrodziejstw identyfikacji numeru dzwoniqcego abonenta.
Projekty Czytelników
W tym numerze przedstawiamy dwa interesujqce Projekty Czytelników: licznik czasu pracy i mikser klapolotek do aparatury modę- , larskiej. Słr. 79.
Programowany zegar z DCF77 A
Druga część opisu projektu nowoczesnego zegara synchronizowanego z europejskim wzorcem czasu DCF77. Słr. 35.
Amplituner FM z RDS >
Na słr. 29 przedstawiamy drugq i ostatniq część artykułu, w którym prezentujemy tajniki obsługi tunera, a także jego montażu i uruchomienia.
Pipek Dręczyciel 2001
Uwspółcześniona wersja jednego z kultowych projektów EP. Słr. 21.
Zdalny włqcznik 4 urzqdzeń ^
Niezwykle prosty w wykonaniu włqcznik 4 urzqdzeh, sterowany za pomocq dowolnego pilota RC5. Słr. 63.
Zamek szyfrowy z systemem alarmowym
Miniprojekt o maxi możliwościach. Pozwoli zabezpieczyć mieszkanie podczas wakacyjnych wojaży. Słr. 65.
Radio dla Ciebie A
Bezprzewodowe przesyłanie informacji cieszy się coraz większq popularnościq wśród użytkowników. Producenci układów starajq się dostosowywać do tego trendu, czego jeden z najbardziej spektakularnych przykładów przedstawiamy na słr. 39.
Systemy kontroli dostępu i rejestracji czasu pracy
W artykule znajdujqcym się na słr. 52
przedstawiamy nowoczesne urzqdzenia przeznaczone do stosowania w systemach kontroli dostępu i rejestracji czasu pracy, produkowane przez firmę Elarm.
Zestaw uruchomieniowy dla mikrokontrolerów ST72
Na słr. 57 przedstawiamy opis możliwości zestawu uruchomieniowego opracowanego przez firmę Kanda dla użytkowników mikrokontrolerów ST72.
Elektronika Praktyczna 7/2001
Cęgowy znaczy uniwersalny
Na słr. 60 przedstawiamy najnow-* sze propozycje firmy Brymen, jednego z grona najpopularniejszych obecnie w naszym kraju producentów mierników cęgowych i uniwersalnych. 4
Protek-2100 - przystawka oscyloskopowa do komputera
Jeżeli chcesz mieć w domu cyfrowy oscyloskop za cenę niższq od oscyloskopu analogowego zajrzyj koniecznie na słr. 44!
Wyważarka WD-51
Na słr. 48 przedstawiamy opis niezwykle zaawansowanego technicznie urzqdzenia -wyważarki elementów obrotowych.
IKA
Nr 7 (103)
lipiec 2001
Projekty
Mikroprocesorowy wykrywacz metali...............................
Dekoder CLIP współpracujqcy z centralami DTMF............. 17
Pipek Dręczyciel 2001 .............................................................. 21
Wzmacniacz audio z wejściem cyfrowym, część 1............25
Amplituner FM z RDS, część 2................................................. 29
Programowany zegar z DCF77, część 2 ................................. 35
Miniprojekty
Zdalny wlqcznik 4 urzqdzeh....................................................63
Zamek szyfrowy z systemem alarmowym.............................65
Automatyka
Przemienniki częstotliwości sinYERTER.................................. 127
Kurtyna fotoelektryczna F2S-B.............................................. 131
Automatyzacja oczyszczalni ścieków................................. 134
przę
Protek-2100 - przystawka oscyloskopowa
do komputera...........................................................................44
Wyważarka WD-51 .......&*?,.....................................................48
Systemy kontroli dostępu i rejestracji czasu pracy
firmy Elarm.................................................................................52
ST7KND1-KIT2 - zestaw narzędziowy dla
mikrokontrolerów ST72 firmy Kanda.......................................57
Cęgowy znaczy uniwersalny.................................................. 60
Podzespoły
Nordlc -zintegrowane transceivery na pasmo 433MHz .... 39 Nowe Podzespoły..................................................................... 71
Kurs
STó-Realizer -narysuj swój program! ...................................... 76
Projekty Czytelników
Licznik czasu pracy......................r:*?***^....................................... 79
Mikser klapolotek i usterzenia "V" do aparatury
zdalnego sterowania............................................................... 83
Info Świat.........................................................................89
InfoKraj............................................................................91
Biblioteka EP"
Kramik+Rynek..............................................................101
Listy.................................................................................111
Ekspresowy Informator Elektroniczny.....................1231
Wykaz reklamodawców............................................
Elektronika Praktyczna 7/2001
7
SPRZĘT
iBRYMEN
BRIGHT PEOPLE'S CHOICE
Przedstawiamy kolejne efekty "multimetrowej wojny", której zawdzięczamy ciągłą obniżkę cen przyrządów p omiaro wych, poprawę ich parametrów, poszerzanie możliwości, miniaturyzację obudów, a także coraz łatwiejszą obsługę. Jest to jeden niewielu rynków, na którym naprawdę rządzi klient.
Fot. 1.
Brymen jest producentem przyrządów pomiarowych, wśród których największą popularność w naszym kraju zdobyły multimetry uniwersalne oraz mierniki cęgowe, szczególnie chętnie stosowane do pomiarów prądów zmiennych o dużych natężeniach.
W połowie 2001 roku Brymen wprowadził na polski rynek mierniki cęgowe nowej rodziny BMlxx, które - ze względu na zaawansowane możliwości funkcjonalne - mogą z powodzeniem spełniać rolę mierników uniwersalnych. Za ich pomocą można mierzyć m.in. napięcia stałe i zmienne (odpowiednio 0,lmV..600V7 lmV..600V), częstotliwość w przedziale 0,00lHz..l00kHz, rezystancję 0,lfl..40Mfl, a także pojemność 0,lnF..3000|iF. Dzięki transformatorowi cęgowemu, wszystkie mierniki rodziny BMlxx mogą bezstykowo mierzyć prądy zmienne o natężeniu 10mA..400A. Maksymalna średnica kabla, jaki można objąć cęgami mierników wynosi 26mm. Standardowo we wszystkich miernikach jest dostępna funkcja HOŁD, umożliwiająca zatrzymanie wyniku na wyświetlaczu przyrządu na dowolny okres oraz funkcja MAX, dzięki której w mier-
niku zapamiętywana jest maksymalna wartość mierzonej wielkości.
Podobnie jak w standardowych multimetrach, mierniki cęgowe serii BMlxx wyposażono w akustyczny tester zwarć i źródło prądowe do testowania diod półprzewodnikowych. Dobór zakresów pomiarowych miernik wykonuje samoczynnie, dzięki czemu użytkownik może skupić się na prowadzeniu pomiarów, mając jednocześnie zagwarantowane pełne bezpieczeństwo multimetru. Wejścia mierników zostały zabezpieczone przed przepięciami o standardowym kształcie (1,25/50jj,s) i wartości do 6500V.
Wyniki pomiarów są prezentowane na wyświetlaczu ciekłokrystalicznym o rozdzielczości 3 i 3/4 cyfry. Próbkowanie sygnału wejściowego i aktualizacja wyniku prezentowanego na wyświetlaczu odbywa się z częstotliwością 3Hz.
Przedstawiony opis funkcjonalny ściśle odpowiada prostszemu z obecnie oferowanych mierników, który nosi oznaczenie BM112 (fot. 1). Jego właściwości użytkowe poprawia wbudowany przetwornik TrueRMS oraz możliwość realizacji pomiarów względnych.
Nieco większe możliwości oferuje użytkownikom miernik BM125 (fot. 2), który wyposażono w dwa niezależne wyświetlacze LCD: na jednym z nich wyświetlana jest zawsze wartość prądu zmierzonego transformatorem cęgowym, na drugim wybrany parametr mierzony standardowym multimetrem. Obwody pomiarowe obydwu mierników są od siebie niezależne. Zastosowano także niezależne obwody zasilania. Dodatkowym atutem miernika BM125 jest możliwość pomiaru niewielkich prądów metodą standardową (tzn. włączając go w obwód mierzonego prądu), do czego służy wydzielony w multimetrze zakres pomiarowy 0,1..2000jj,A.
Podsumowanie
Mierniki prezentowane w artykule nie sugerują swoim wyglądem potencjalnym użytkownikom żadnych rewelacji, ale jak dowiodły próby przeprowadzone w redakcyjnym laboratorium, są one doskonałą propozycją dla tych użytkowników, dla których ważna jest możliwość bezstykowego mierzenia prądów zmiennych i jednocześnie potrzeba korzystania z dobrej klasy przyrządu uniwersalnego. Dzię-
60
Elektronika Praktyczna 7/2001
SPRZĘT
ki poręcznej obudowie, rozbudowanemu systemowi automatyki i ergonomicznemu rozmieszczeniu przełączników, korzystanie z przyrządów serii BMlxx jest bardzo wygodne.
Prezentowane w artykule przyrządy spełniają wymogi norm bezpieczeństwa EN61010 CATII 600V/CATIII 300V oraz CATIII 600V (tylko BM125), a także EN52022 (kompatybilność elektromagnetyczna). Dystrybutor przewiduje w najbliższym czasie poddanie przyrządów testom mającym na celu uzyskanie zatwierdzenia typu GUM, które będzie kolejnym potwierdzeniem dobrych parametrów torów pomiarowych. Mikołaj Jakubik
Mierniki prezentowane w artykule udostępniła redakcji firma Biali, tel. (0-58) 322-11-91, www.biall.com.pl.
Dodatkowe informacje na temat oferty firmy Brymen można znaleźć w In ternecie pod a dresem: h ttp:// www.hrymen.com.tw.
Fot. 2.
Elektronika Praktyczna 7/2001
61
MINIPROJEKTY
Wspólną cechą układów opisywanych w dziale "Miniprojekty" jest łatwość ich praktyczne] realizacji, Zmontowanie układu nie zabiera zwykle więcej niż dwa, trzy kwadranse, a z jego uruchomieniem można poradzić sobie w ciągu kilkunastu minut, "Miniprojekty" mogą być układami stosunkowo skomplikowanymi funkcjonainie, iecz prostymi w montażu i uruchamianiu, gdyż ich złożoność i inteiigencja jest zawarta w układach scaionych, Wszystkie projekty opisywane w tej rubryce są wykonywane i badane w iaboratorium AVT, Większość z nich wchodzi do oferty kitów AVT jako wyodrębniona seria '"Miniprojekty" o numeracji zaczynającej się od 1000,
Zdalny włącznik 4 urządzeń
Układ, którego
budowę opisuję jest
kolejnym przykładem
możliwości "maleńkiego"
procesorka AT TINY
(lub AT90S2343).
Zadaniem układu jest
przyjmowanie poleceń
wysyłanych w kodzie
RC5 przez dowolnego
pilota pracującego
w podczerwieni
i odpowiednio włączanie
lub wyłączanie czterech
odbiorników energii
elektrycznej.
Pozornie tylko proponowany układ nie różni się zbytnio od wielu mu podobnych. Umożliwia załączanie i wyłączanie czterech odbiorników energii elektrycznej, a ze względu na zastosowanie przekaźników mocy jako elementów wykonawczych, nie ma większego znaczenia czy będą to układy zasilane prądem przemiennym z sieci energetycznej, czy też wymagające dostarczenia prądu stałego.
Takich układów zbudowano wiele, ale ten, z którym zapoznamy się dzisiaj, ma pewną szczególną cechę, która, jak mam nadzieję, znajdzie uznanie Czytelników.
Układ sterownika nie jest związany z żadnym konkretnym pilotem i może współpracować z dowolnym nadajnikiem kodu RC5, w tym
oczywiście z "Mega" pilotem AVT-849. Nie ma najmniejszego znaczenia, jakie komendy wykorzystamy do sterowania naszym układem. Mogą
CON1
C0H2
COM3
CON4
Rys. I.
Elektronika Praktyczna 7/2001
63
MINIPROJEKTY
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl: 220Q R2: 10kQ R3..R10: lkQ Kondensatory
Cl: 10^F/10V
C2:
C3:
C4, C6: lOOnF
C5: 47O^F/1ÓV
Półprzewodniki
BR1: mostek prostowniczy
1A
D1..D4: 1N4148
D5..D8: dioda LED <|.3mm
IC2: AT90S2343
zaprogramowany
IC1: TFMS5360
IC3: 7805
T1..T4: BS109 lub podobne
Różne
CON1..CON5: ARK2
RL1..RL4: RM96
TRI: transformator sieciowy
TS2/56
Płytka drukowana wraz z kompletem elementów jest dostępna w AVT - oznaczenie AVT-130S.
Wzory płytek drukowanych w formacie PDF są dostępne w Internecie pod adresem: http://www.ep.com.pl/7pdf/ Iipiec01.htm oraz na płycie CD-EP07/2001 w katalogu PCB.
to być dowolne polecenia z 64 komend, które są dostępne w standardzie RC5, wysyłane pod całkowicie dowolny spośród 32 dostępnych adresów. Nasz układ podczas pierwszego uruchomienia musi zostać "nauczony", jakie komendy będziemy wykorzystywać i pod jaki adres będą one wysyłane. Zapamiętane informacje przechowywane są w pamięci EEPROM i mogą być stamtąd usunięte lub zmienione jedynie w wyniku naszego celowego działania.
Opis działania
Na rys. 1 pokazano schemat elektryczny proponowanego układu sterownika. Układ jest wyjątkowo prosty: poza procesorem 90S2343 składa się z czterech przekaźników wykonawczych, od-
2
biornika kodu RC5 -TFMS5360 i kilku elementów dyskretnych. Procesor 90S2343 posiada liczne zalety, w tym także wewnętrzną nieulotną pamięć EEPROM, co zwalnia nas z konieczności stosowania dodatkowego układu przechowującego informacje o kodach poszczególnych komend sterujących pracą urządzenia.
Odbiornik zmodulowanego sygnału o częstotliwości ok. 36kHz promieniowania podczerwonego typu TFMS5360 został dołą-czony do wejścia PBl procesora. Pozostałe aktywne wyjścia służą do sterowania przekaźnikami włączanymi za pośrednictwem tranzystorów MOSFET BS109.
Diody LED D5..D8 służą do sygnalizowania stanu przekaźników i mogą być użyteczne głównie na etapie "uczenia" układu kodów wysyłanych przez pilota. Układ sterownika zasilany jest z sieci energetycznej 22OVAC. Napięcie sieci obniżane jest za pomocą transformatora TRI, a następnie prostowane i stabilizowane na poziomie +5VDC za pomocą scalonego stabilizatora napięcia IC2.
Po włączeniu zasilania mikrokontroler sprawdza czy w pamięci danych EEPROM zostały już zapisane jakieś komendy i adresy, którym mają zostać podporządkowane poszczególne przekaźniki. Jeżeli pamięć jest pusta, co oznacza pierwsze włączenie układu, to program sterujący pracą sterownika przechodzi w tryb rejestracji kodów pilota. Krótkotrwałe włączenie pierwszego przekaźnika sygnalizuje, że układ oczekuje na podanie pierwszej komendy wysłanej pod dowolny adres. Naciskamy teraz na przycisk w pilocie, a odebranie polecenia i zapisanie go razem z adresem, pod który zostało wysłane zostanie zasygnalizowane przez krótkotrwałe włączenie kolejnego przekaźnika.
Do nadawania komend możemy używać dowolnego pilota pracującego z kodem RC5, a także różnych pilotów emitujących sygnały w tym standardzie. Nawet każdy z przekaźników może być sterowany z innego pilota.
Zapisanie wszystkich czterech poleceń i adresów zostanie skwitowane włączeniem wszystkich przekaźników na 1 sekundę. Od tego momentu układ jest gotowy do normalnej eksploatacji. Jeszcze jedna, bardzo ważna uwaga: z listów od Czytelników kierowanych do serwisu AVT dowiedziałem się, że nieraz natrafiają oni na poważne problemy podczas uruchamiania i eksploatacji urządzeń sterowanych kodem RC5. Jednak z analizy korespondencji niezbicie wynika, że problemy te powodowane są prawie zawsze przez... stosowanie pilotów pracujących w innych niż RC5 standardach, np. pilotów produkcji japońskiej, od sprzętu SONY! Transmisja RC5 stosowana jest głównie przez producentów europejskich (np. Philips) i przed przeznaczeniem pilota do współpracy z naszym sterownikiem należy upewnić się, czy jest w nim nadajnik kodu RC5!
W stanie oczekiwania na przyjęcie nadanej z pilota komendy układ pracuje w niekończącej się pętli programo-
wej, po uprzednim odczytaniu z pamięci EEPROM zapisanych tam komend i adresów. Każde odebranie komendy przypisanej któremuś z przekaźników powoduje zmianę stanu tego przekaźnika na przeciwny.
Na rys. 2 pokazano rozmieszczenie elementów na płytce obwodu drukowanego wykonanego na laminacie jednostronnym. Montaż rozpoczynamy od wlutowania w płytkę oporników i innych elementów o niewielkich rozmiarach, a kończymy montując kondensatory elektrolityczne i transformator sieciowy.
Sterownik zmontowany ze sprawdzonych elementów nie wymaga regulacji i po zarejestrowaniu poleceń wysyłanych przez pilota nadaje się do normalnej eksploatacji. Należy jeszcze wspomnieć o sytuacji, kiedy to z jakichś przyczyn chcielibyśmy zmienić zapisane w pamięci EEPROM komendy, np. dostosowując układ do pracy z innymi pilotami. Wówczas wystarczy po prostu wyłączyć zasilania i po chwili włączyć je ponownie, zwierając podczas tej czynności wejście PBl procesora do masy. Układ przejdzie wtedy w tryb rejestracji poleceń, opisany w pierwszej części artykułu. Andrzej Gawryluk, AVT
64
Elektronika Praktyczna 7/2001
MINIPROJEKTY
Zamek szyfrowy z systemem alarmowym
Wiele osób
pragnących zabezpieczyć
swoje mienie mieszka
w miastach,
w większości
w blokach
mieszkaniowych.
Wtargnięcie do takich
mieszkań, nie licząc
mieszkań na parterze,
możliwe jest najczęściej
jedynie przez drzwi
wejściowe.
Skompliko wa n e,
wyposażone w liczne
linie dozorowe systemy
alarmowe nie są
w takim przypadku
potrzebne. Z całą
pewnością przydałby się
im natomiast najwyższej
klasy zamek do drzwi,
zamek nie tylko
niemożliwy do otwarcia
"sposobem", ale do
którego mogliby
posiadać praktycznie
dowolną liczbę kluczy
i to kluczy, które
w każdej chwili można
wymienić na nowe...
Prezentowany układ jest kompletnym zamkiem szyfrowym zintegrowanym z systemem alarmowym zbudowanym z wykorzystaniem nowoczesnego procesora AVR AT90S2313. A oto jego podstawowe dane techniczne:
- Zamek elektroniczny wykorzystujący jako klucze "tabletki" DS1990 lub dowolne inne układy z serii iButton. Liczba kluczy może wynosić do 20 sztuk. W dowolnym momencie możemy zarejestrować nowe kl uc ze. Zar ów no p od czas rejestracji, jak i podczas eksploatacji zamka klucze dołączane są do czytnika CON1.
- Do sygnalizacji stanu układu służą diody LED wbudowane w strukturę czytnika CON1.
- Elementem wykonawczym zamka jest serwomechanizm lub kilka serwomechanizmów modelarskich, których zadaniem jest poruszanie zasuw zamykających drzwi. Serwa modelarskie są urządzeniami o najwyższym stopniu niezawodności, gwarantującymi poprawną pracę przez praktycznie nieograniczony okres
i dołączane są do złącza CON2.
Otwieranie zamka od wewnątrz pomieszczenia za pomocą kluczy nie' miałoby najmniejszego sensu. Dlatego też w układzie zastosowano przycisk, za pomocą którego można otworzyć drzwi od wewnątrz (z mieszkania). Przycisk taki może być dołączony do złącza CONS. Jako czujnik systemu alarmowego najlepiej zastosować konta ktr on lub kilka szeregowo połączonych kontaktronów, dołączanych do złącza oznaczonego C0N4. Głównym elementem wykonawczym systemu alarmowego jest przetwornik piezoceramiczny z tubą rezonansową dołączany do złącza CON5. Generowanie sygnału syreny jest realizowane przez procesor. Dodatkowym elementem wykonawczym systemu alarmowego jest przekaźnik RLl, którego wszystkie styki zostały doprowadzone do złącz
CON6 i CON7. Przekaźnik można wykorzystać do sterownia układami takim, jak np. dialer umożliwiający wysłanie zawiadomienia o próbie włamania pod określone numery telefonów. Układ powinien być zasilany napięciem stałym o wartości 8..16VDC, niekoniecznie stabilizowanym. Ze względu na konieczność uniezależnienia pracy układu od napięcia w sieci energetycznej, należy za-
BROWN
GREEN
WHITE
GROT
YELUDW
C+ T 4
CONB
Przyotak otwlaranta dmwl od w*wnqbz
CON3
Ztocza zullonla
�16YDO
CON4
Wejicle czu^lUw wtamrta
itkkieintt za stykami NQ
GONG
Styłd przBkoźnki
GONG
WyJ*oł*tk)tygr*tzstor*
akutycznogD
Rys. I.
ICO CO 001
Elektronika Praktyczna 7/2001
65
MINIPROJEKTY
Rys. 2.
stosować zasilanie awaryjne z baterii lub akumulatorów. Ze względu na znaczny prąd pobierany przez serwomechanizmy wydajność prądowa zasilacza nie powinna być mniejsza niż 500mA.
Montaż i uruchomienie
Na rys. 2 zostało pokazane rozmieszczenie elementów na płytce obwodu drukowanego wykonanego na laminacie dwustronnym z metalizacją. Montaż układu wykonujemy według ogólnie znanych zasad, rozpoczynając od wlu-towania w płytkę rezystorów i podstawki pod procesor, a kończąc na zamontowaniu kondensatorów elektrolitycznych i stabilizatora napięcia. Układ zmontowany ze sprawdzonych elementów działa natychmiast po włożeniu w podstawkę zaprogramowanego procesora i wymaga jedynie zarejestrowania kluczy - "tabletek" iButton.
Posługiwanie się
układem zamka
z systemem alarmowym
Pierwszą czynnością jaką musimy wykonać będzie zarejestrowanie kluczy. Kluczami mogą być dowolne "tabletki" produkowane przez firmę Dallas, ponieważ każda z nich niezależnie od pełnionych funkcji posiada swój własny, niepowtarzalny numer seryjny. Ze względów ekonomicznych polecałbym jednak zastosowanie "tabletek" DS1990.
Po pierwszym włączeniu zasilania układ przechodzi automatycznie w tryb rejestracji "tabletek", co jest sygnalizowane okresowym włączaniem czerwonej diody LED w czytniku. Po przyłożeniu "tabletki" do czytnika, co sygnalizowane jest włączeniem zielonej diody LED i krótkim sygnałem akustycznym syreny, następuje jej rejestracja. Czynność rejestracji "tabletki" musimy powtórzyć
dwudziestokrotnie, co nie oznacza, że zawsze musimy korzystać aż z 20 kluczy. Jeżeli mamy zamiar wykorzystywać mniejszą ich liczbę, to niektóre klucze rejestrujemy kilkukrotnie, tak aby łączna liczba rejestracji wyniosła 20. Wyjście z trybu rejestracji potwierdzane jest dziesięciokrotnym krótkim sygnałem akustycznym.
Każde przyłożenie do czytnika ważnej, czyli wcześniej zarejestrowanej "tabletki" DALLAS powoduje przesunięcie wału napędowego serwa o 120� i odsunięcie rygla zamka. Jeżeli teraz drzwi zostaną otwarte, to rygiel pozostanie odsunięty aż do momentu ich ponownego zamknięcia. Nieot warcie drzwi w ciągu 5 sekund spowoduje ponowne zasunięcie rygla zamka.
W czasie czuwania, kiedy rygiel zamka jest zasunięty, każde otwarcie drzwi bez uprzedniego użycia zarejestrowanego klucza spowoduje powstanie alarmu. Zostanie włączona syrena i przekaźnik RLl. Stan taki będzie trwał aż do momentu przyłożenia do czytnika ważnego klucza.
Podsumowując: nasz układ nie tylko pełni funkcje zamka, którego otwarcie metodami nieniszczącymi jest niemożliwe, ale również prostego systemu alarmowego. Uniemożliwia on także pozostawianie niezamknię-tych drzwi, bo wówczas sys-
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl, R2: 5ÓOQ
R3, R4, R5: 4,7kQ
R6, R8: lkQ
R7: 10kQ
Kondensatory
Cl, C2: lOOnF
C3, C4: 27pF
C5:
Có:
Półprzewodniki
IC1: 7805
IC2: AT90S2313
IC3: DS1813
Tl, T2: BC548
Różne
CON1: Czytnik TOUCH
MEMORY
CON2: 3xgoldpin
CON3, CON4, CON5,
CON8: ARK2 (3,5mm)
CONÓ, CON7: ARK3
(3,5mm)
Ql: rezonator kwarcowy
8MHz
RLl: przekaźnik MEISEI 5V
Dwie "tabletki" DS1990
Płytka drukowana wraz z kompletem elementów jest dostępna wAVT- oznaczenie AVT-1309.
Wzory płytek drukowanych w formacie PDF są dostępne w Internecie pod adresem: h ttp: 11 www. ep.com.pl/?p df/ Iipiec01.htm oraz na płycie CD-EP07/2001 w katalogu PCB.
tem alarmowy włączany jest automatycznie. Zbigniew Raabe,AVT zbigniew.raabe@ep.com.pl
66
Elektronika Praktyczna 7/2001
SPRZĘT
Phihps fest niewątpliwie
producentem najszerszej gamy
kontrolerów rodziny r51r wciąż chyba
najpopularniejszych wśród
konstruktorów. Lista różnych wersji
tych mikrokontrolerów ciągle się
wydłuża, a prowadzone prace
rozwojowe owocują nowościami.
Co prawda dla wielu konstruktorów nie jest zrozumiałe, dlaczego Philips tak niechętnie stosuje technologię FLASH w mikrokontrolerach, lecz ma to swoje logiczne uzasadnienie. Otóż głównym rynkiem dla Philipsa jest elektronika samochodowa, multimedia (TV, PC, set-top box, AGD) itp., czyli grupa z tzw. wyrobów rynku masowego ("rnass market"). A na takim rynku podstawowym kryterium doboru elementów fi sukcesu końcowego wyrobu) są oczywiście kosz-ty. Zaryzykuję twierdzenie, że producentów wielu wyrobów po prostu nie stać na kontroler z pamięcią FLASH, Oczywiście w tych konkretnych aplikacjach i zastosowaniach. Postaram się jednak wykazać, śe krąg odbiorców rozwiązań firmy Philips jest znacznie szerszy.
Poznajemy bohatera
Rozszyfrujmy tytułowy akronim: 51LPC - to po prostu Law Pin Couni -czyli procesor '51 o małej liczbie "nóżek.", Wszystkie kontrolery tej rodziny zamykane są bowiem w 20-nóżko-wych obudowach DIP i SO. Podajmy teraz "wspólne cechy i wyposażenie kontrolerów tej rodziny:
- rdzeń typu "accelerated C51 + ",
- lista rozkazów zgodna w 100% ze standardem '51,
- duża liczba wewnętrznych, specjalizowanych modułów peryferyjnych (I2C, A/C i C/A, PWM),
- pełna kontrola programisty nad rozmieszczeniem i charakterem wyprowadzeń,
- możliwość programowania "w systemie" fISP),
- napięcie zasilania od 2,7V do 6V fdwa tryby oszczędzania energii - do
standardowo dwa komparatory analogowe,
sprzętowy UART, wysokoprądowe wyjścia, WDT fang. WatchDogTimer), BOD fang. Erown-Out Detector - kontroler napięcia zasilania o dwóch kon-figurowalnych progach zadziałania generatora sygnału zerującego),
Fot. 1.
POR fPower-On Reset), umożliwiający "zaoszczędzenie" jednego wyprowadzenia
B przerwań "klawiaturowych" + 2 niezależne (zewnętrzne), cztery poziomy przerwań, konfigurowalny "on-chip oscillator" , z wewnętrznym generatorem RC fo stałej częstotliwości ok. 6MHz),
Mniejszy nie oznacza gorszy!
Elektronika Praktyczna 1/2001
65
SPRZĘT
- 32-bajtowy, dedykowany obszar EP-ROM fnp. do serializacji),
- pamięć programu typu OTP (jednokrotnego zapisu) o pojemności 2..4kB.
- pamięć RAM o pojemności 128 bajtów. Czym jest "accelerated C51 + core"?
Jest to po prostu stary, dobrze znany rdzeń w nowym opracowaniu, gdzie jeden cykl maszynowy składa się z 6 taktów zegarowych zamiast standardowych 12. Zatem aby LPC wykonywał program w takim samym tempie jak "stary" '51, musi mieć od niego dwukrotnie dłuśszy okres zegara! Oznacza to, śe z kwarcem 20MHz LPC osiągnie wydajność tradycyjnego '51 z kwarcem 40MHz! Jakie to daje korzyści? Odpowiedź jest stosunkowo prosta:
- znaczne zmniejszenie poboru mocy (przypomnę: w układach CMOS pobór prądu rośnie proporcjonalnie do częstotliwości pracy),
- wyraźne obniżenie emitowanych zakłóceń (znów związek z częstotliwością taktowania).
Twórcy nowych mi kro kont roi ero w przewidzieli możliwość rezygnacji ze skróconego cyklu maszynowego, poprzez ustawienie bitu konfiguracyjnego CLKP kontrolera. Mośna teś ustawić nietypową wewnętrzną częstotliwość zegara poprzez wpis do rejestru DIVM# współczynnika podziału częstotliwości (1 do 255). Operację tę mośna przeprowadzić "w locie", co umożliwia np. znaczne przyspieszanie pracy rdzenia w obsłudze przerwania i jego spowolnienie poza nim. Wpis do DIVM# nie przerywa pracy programu. Na rys. 1 widoczny jest schemat blokowy mikrokon-trolerów LPC, a w tab. 1 zestawiono obecnie dostępne ich konfiguracje.
Szczegóły
Jakkolwiek artykuł ten nie jest notą katalogową (do której przestudiowania gorąco zachęcam - CD-EP z listopada 2000), pozwolę sobie zwrócić uwagę na kilka istotnych szczegółów:
- LPC pracują poprawnie z kwarcem lOMHz (czyli do 20MHz jak klasyczne '51) w przedziale napięć 2,7..6V, natomiast zastosowanie kwarcu o częstotliwości rezonansowej ok. 20MHz wymaga zasilania procesora napięciem o wartości 4,5..6V.
Tab. 1. Dostępne konfiguracje mikrokontrolerów LPC.
Omantar
z-łatuławy,
Moduły nudzmująn
CPUAimy
UAfTT
__i i___i i___i i___i i___i i___i i___i i___i i___i
PHILIPS
Typ EPROM-OTP IkB] RAM IB] UART/HC/BOD PWM AOC/OAC
87LPC762 2 128 - -
87LPC764 4 128 +/+/+ - -
87LPC767 4 128 +/+/+ - +/-
87LPC768 4 128 +/+/+ + +/-
87LPC769 4 128 - +M2)
- Linie we/wy pogrupowano w trzy porty. Port 0 powiązany jest bezpośrednio z układem przerwań klawiaturowych.
- Każde z powyższych przerwań mośe obudzić LPC z uśpienia.
- Każda linia we/wy mośe pracować z prądem I0L=20mA (jednak najwyżej cztery jednocześnie).
- Wejścia mośna skonfigurować jako TTL lub Schmitta (domyślnie TTL), dodatkowo porty mośna tak zaprogramować, aby podczas zerowania były w stanie wysokim.
- Wszystkie (oprócz trzech: SCL, SDA, Reset) linie mogą być skonfigurowane do pracy w jednym z następujących trybów:
- Quasi-dwukierunkowy (z trybem redukcji EMI),
- Push-Pull,
- Tylko wejście,
- Otwarty dren.
- Istnieją DWA wskaźniki danych (Du-al Data Pointer).
- Czasomierze 0 i 1 są identyczne jak w '51.
- Blok PC jest typu "bitwise" (jak w P87C751), sygnał SCL ma standardowo częstotliwość lOOkHz.
- Komparatory mogą mieć ustalone, wewnętrzne napięcie odniesienia (1,23V ą5%) lub korzystać z sygnału zewnętrznego, zaś wyjścia mośna skierować na zewnątrz układu lub uśyć jako wyjścia sygnału przerwania.
- UART jest typowym rozwiązaniem, stosowanym przez Philipsa, w którym sprzętowo realizuje się rozpoznawanie adresu i test ramki.
- Napięcia wyzwalające układ BOD to 2,5V lub 3,8V (mośna je wybrać tylko raz, podczas programowania rnik-rokontrolera).
- Jeśeli wymagany jest sygnał zewnętrznego zerowania, mośna ten sygnał wyprowadzić na jedno z wyprowadzeń.
- WatchDog ma niezaleśny (wewnętrzny), konfigurowalny generator RC, o czasach wyzwolenia od -10ms..3s. Układ mośna włączyć na stałe po ustawieniu odpowiedniego bitu konfi-gurującego podczas programowania,
Pobór mocy i tryby oszczędzania energii
Pobór mocy, jak juś wspomniałem, zaleśny jest od częstotliwości pracy LPC. Pobór prądu, w przedziałach częstotliwości zegara, jest następujący (dla UCC=3,3V):
- 4MHz do 20MHz => 1,7 do lOrnA,
- lOOkHz do 4MHz => 44|^A do l,7mA,
- 20kHz do lOOkHz => 9 do 44|^A. Przedziały wybiera się podczas programowania mikrokontrolera.
Dodatkowe oszczędności w poborze prądu uzyskuje się wprowadzając LPC w jeden z dwóch trybów oszczędzania energii:
- Idle - standardowy tryb '51, z którego mośna wyjść np. przez zerowanie albo przerwanie,
- Power Down wzbogacony o przyspieszone wybudzanie. Tryb ten mośna opuścić uśywając przerwań klawiaturowych oraz przerwań 0 i 1, zaledwie po 256 cyklach sygnału zegarowego (z oscylatora RC). Oczywiście WatchDog, Reset lub układ BOD spowodują restart mikrokontrolera, zostawiając "ślad" w odpowiednim rejestrze.
Tworzenie własnego projektu
- narzędzia
Nawet najlepszy mikrokontroler niewiele jest wart, jeśli konstruktor nie ma odpowiednich narzędzi do pracy. A są to zazwyczaj: oprogramowanie CAD, emulator i/lub programator.
Dzięki dobrze zadomowionej architekturze i zestawowi instrukcji, nikt kto juś uśywa kontrolerów rodziny '51 nie powinien narazić się na dodatkowe koszty. Wystarczy zadać sobie trud stworzenia własnego pliku nagłówka z definicjami rejestrów i ich adresów (lub po prostu odwiedzić witrynę producenta oprogramowania) i mośna zacząć pisać program.
Philips opracował emulator sprzętowy (opisany w EPll/2000) o nazwie PDS76XSD (fot 1). Jest to urządzenie opracowane specjalnie dla mikrokontrolerów rodziny LPC, pozwalające na maksymalną kontrolę nad uruchamianym układem.
Do programowania mikrokontrolerów LPC niezbędny jest programator lub interfejs ISP, poniewaś układy te mośna programować po zamontowaniu w systemie. Paweł Polowczyk, Eurodis-Microdis Philips FAE
Artykuł powstał w oparciu o materiały firmy Eurodis-Microdis, iel. {0-71} 367-57-41, www.eurod is.com .pl.
Dodatkowe materiały o mikrokoniro-lerach LPC są dostępne w Iniernecie pod adresem; hiip;//'www.serniconduc-iors.philips.com/mcu/producis/511pc/ index.html oraz na płycie CD-EPOl/ 2OO1P w katalogu \LPC.
66
Elektronika Praktyczna 1/2001
NOWE PODZESPOŁY
Scalony interfejs IrDA
Opracowany przez firmę Microchip układ MCP2150 jest zintegrowanym, inteligentnym dwukierunkowym konwerterem RS232<->Ir-DA. W jego wnętrzu (rys. 2) zintegrowano wszystkie elementy interfejsu, włącznie z generatorami taktującymi niezależnie ustalającymi szybkoSć transmisji danych interfejsów RS232 (9,6/19,2/57,6/115,2kbd) i IrDA (9,6/ 19,2/38,4/57,6/115,2kbd) oraz kompletnym interfejsem DTE, dzięki któremu szybkoSci
Microchip

TX------ * Encode and Protocol Handler -*Ś TXIR

EN> Logic

BAUD1 -> BAUDO-----> Baud Ratę Generator

RX-4 Protocol Handler and Decode 4- RXIR

RTS> CTS-* DSR-* DTR- CD-* RM UART Control OSC2

Jest CD
Rys. 1.
MlCROCHIP
pracy interfejsów IrDA i RS232 nie muszą być takie same. Dzięki zintegrowaniu w układzie wszystkich niezbędnych bloków funkcjonalnych, w skład jego podstawowego otoczenia wchodzi tylko oscylator kwarcowy i dwukierunkowy interfejs optyczny (np. TFMS4500). Wbudowany w układ precyzyjny dekoder impulsów odbieranych przez zewnętrzny transceiver optyczny zapewnia wstępną analizę poprawnoSci odbieranych danych, sprawdzając czasy trwania stanów logicznych i automatycznie wyliczając sumę kontrolną CRC transmitowanych danych.
Zalecany zakres napięcia zasilającego układ MCP2150 to 3..5V, a pobór prądu nie przekracza 2,2..7mA. Układy są dostępne w trzech wariantach obudów: DIP/SOIC18 oraz SSOP20, wszystkie przystosowane do pracy w rozszerzonym zakresie temperatur: -4O..+85�C.
ftp://www.microchip.com/Download/lit/ pline/analog/anicateg/infrared/devic es/ mcp2150Z21655a.pdf
Przedstawicielami Microchipa w Polsce są firmy: Future (tel. (0-22) 618-92-02), Gamma (tel. (0-22) 663-83-76) i Uniąue (tel. (0-32) 238-05-60).
Jednoukładowa ładowarka ogniw Li+
Jest
Maxim wdrożył do produkcji miniaturowy układ scalony (w obudowie [iMAX8) -MAX1879 - w którym zintegrowano kompletną ładowarkę ogniw litowo-jonowych Ii+. Ze względu na nie najlepsze parametry termiczne obudowy tego układu, w jego strukturze nie zintegrowano tranzystora mocy, co jednak zbytnio nie komplikuje aplikacji układu. Po lewej stronie rys. 2 pokazano najprostszy wariant ładowarki, natomiast po prawej stronie tego rysunku pokazano jej zaawansowany wariant z diodą sygnalizacyjną i termistorem.
/l/l/J XI/l/l
Układ MAX1879 jest przystosowany do pracy w rozszerzonym zakresie temperatur -4O..+85�C.
http://pdfserv.maxim-ic.com/arpdf/ MAX187Q.pdf
Przedstawicielem Maxima w Polsce jest firma SE Spezial Electronic (tel. (0-95) 758-05-72).
241F
Rys. 2.
Elektronika Praktyczna 7/2001
71
NOWE PODZESPOŁY
Zintegrowane zasilacze impulsowe TOP-Switch GX
W ofercie produkcyjnej firmy Power Integ-ration znalazły się nowe układy spełniające funkcję sterowników zasilaczy impulsowych zintegrowanych z tranzystorem mocy, umożliwiających budowanie zasilaczy o mocy wyj-Sciowej do 250W. Są to układy z rodziny TOPSwitch-GX, która jest konstrukcyjnie zaawansowaną wersją znanych w naszym kraju "klasycznych" układów TOPSwitch, których moce wyjSciowe sięgały zaledwie kilku Watów.
Charakterystyczną cechą prezentowanych układów jest niewielka liczba niezbędnych elementów zewnętrznych (przykładową aplikację pokazano na rys. 3), wysoka i bardzo stabilna częstotliwość taktowania (do
132kHz), dzięki której wymiary transformatora impulsowego są stosunkowo niewielkie i redukowane są zakłócenia EMI, wbudowane zabezpieczenia: termiczne, przeciążeniowe oraz przed zbyt wysokim i zbyt niskim napięciem zasilania.
Układy serii TOPSwitch-GX są dostępne w trzech wariantach obudów: 7-końcówko-wej DIP8 z wyprowadzeniami przeznaczonymi do montażu powierzchniowego, taka sama obudowa z wyprowadzeniami przeznaczonymi do montażu przewlekanego oraz obudowa dla aplikacji o większej mocy
Jest
*CD POWER
INTEGRAT1ONS, INC.
TO220, także z siedmioma wyprowadzeniami. W tab. 1 znajduje się zestawienie dostępnych wariantów układów TOPSwitch-GX.
http://www.powerint.com/PDFFiles/ top242-249.pdf
Przedstawicielem Power Integrations w Polsce jest firma Avnet Macropol (tel. (0-22) 822-43-37).
Tab. 1. Zestawienie dostępnych wariantów układów TOPSwitch-GX
Typ układu Maksymalna dlanapię 230VAC [W] moc wyjściowa cia zasilania 85..265VAC [W]
TOP242P/G 15 10
TOP242y 22 14
TOP243P/G 25 15
TOP243Y 45 30
TOP244P/G 30 20
TOP244Y 65 45
TOP245Y 85 60
TOP246Y 125 90
TOP247Y 160 125
TOP248Y 205 155
TOP249Y 250 180
+2fiO-880VDC O
VR1 P6KE200
R2 R3 C6 68kQ 6BkH 47 nF 2W 2W 1kV
C1 !t=22liF 400V
T
I
D1 BW26C
I
R1
2Mn
1/2 W
Rys. 3.
Jednoukładowy miernik mocy czynnej
10 F
TO
SPI BUS (USED
ONLY FOR
CALIBRATION)
Y1 3-SBMHz
22pF
Rys. 4.
Analog Devices wprowadził do produkcji kolejny scalony miernik poboru energii, który przetwarza informację o pobieranej mocy czynnej na sygnał prostokątny o częstotliwości zależnej od tej mocy. Układ ten nosi nazwę ADE7756, a uproszczony schemat aplikacyjny pokazano na rys. 4. Oprócz standardowych bloków niezbędnych do realizacji pomiaru iloczynowe-go, w układ wbudowano czujnik temperatury z 8-bitowym przetwornikiem A/C, dzięki którym można odczytać aktualną temperaturę w otoczeniu układu pomiarowego. Układ wyposażono w in-
FREOUENCY terfejs szeregowy SPI po-COUNTER � / *\
przez który użytkownik
ma dostęp do 18 wewnęt-
Jest CD
ANALOG DEYICES
rznych rejestrów o długoSci od 6 do 40 bitów, za pomocą których można skonfigurować układ, skalibrować pomiar, a także uzyskać szereg interesujących informacji o jego przebiegu.
Interfejs szeregowy wyposażono także w wyjScie zgłoszenia przerwania IRQ, za pomocą którego układ ADE7756 może zgłosić mikrokontrolerowi sygnał o koniecznoSci reakcji z jego strony, informując o przyczynie poprzez rejestr statusu.
Układy ADE7756 są dostępne w obudowach SSOP20 oraz DIP20 i mogą pracować w zakresie temperatur -4O..+85�C.
http :llwww. an alog.com/pdp'ADE7756_0.pdf
Przedstawicielami Analog Devices w Polsce są firmy: Alfine (tel. (0-61) 820-58-11) i Atest (tel. (0-32) 238-03-60).
Elektronika Praktyczna 7/2001
NOWE PODZESPOŁY
Prościej w klasie T
Jest
TA2022
rTRI PATH
Niekwestionowane zalety wzmacniaczy audio pracujących w klasie T przesłaniają nieco problemy wynikające z trudności z zakupem odpowiednich tranzystorów mocy, a także bardzo trudne w prawidłowym zaprojektowaniu i wykonaniu płytki drukowane.
Część najpoważniejszych problemów usunęli inżynierowie firmy Tripath, którzy wdrożyli do produkcji nową generację wzmacniaczy ze zintegrowanymi w strukturze tranzystorami mocy. Jako pierwszy pojawił się na rynku dwu kanałowy układ TA2022, który może pracować jako wzmacniacz stereofoniczny lub jako wzmacniacz w układzie mostkowym. Maksymalna moc wyjściowa tego układu wynosi aż 100W/ kanał (przy THD+N=1%], a jakość "audio-filską" (przy THD+N=0,0l5%] wzmacniacz utrzymuje aż do 70W/kanał. W połączeniu mostkowym można osiągnąć moc maksymalną 235W (przy THD+N=1O%] lub 150W (przy THD+N=O,1%].
Układ wyposażono w klasyczny zestaw zabezpieczeń, w związku z czym przeciążenia termiczne i prądowe nie są dla układu groźne, podobnie jak i obniżenie lub wzrost napięcia zasilającego poza bezpieczny zakres.
Uproszczony schemat aplikacyjny układu TA2022 pokazano na rys. 5.
hiip: / /www .iripaih .com/downloads / TA2022_0101.pdf
Przedstawicielem firmy Tripath w Polsce jest prma Elatec-Poland (tel. {0-12} 294-10-
Rys. 5.
Jednoukładowy generator częstotliwości referencyjnych PAL/NTSC
Produkowany przez Cypressa układ SG587 jest generatorem częstotliwości wzorcowych fK i fK/4 niezbędnych do kodowania i deko-dowania sygnałów koloru w standardach PAL i NTSC. Jego schemat blokowy pokazano na rys. 6. Obydwie częstotliwości bazowe są wytwarzane za pomocą jednego oscylatora kwarcowego o częstotliwości 14,318MHz.
Zalecane napięcie zasilania układu SG587 wynosi 3,3V, przy którym pobiera prąd o natężeniu ok. 9,3mA. Wydajność prądowa buforów wyjściowych wynosi 30mA, a przekroczenie tej wartości powoduje zadziałanie bezpiecznika nadprądowego.
Układy SG587 są dostępne w obudowach TSSOP8. Zakres temperatur pracy wynosi O..+7O�C.
h ttp ://www. cypress .c om /p u h/datash eets/ 33-07l02.pdf
Przedstawicielem firmy Cypress w Polsce jest prma Fuiure {tel. {0-22} 813-92-02}.
Jest
CYPRESS
SEMICONDUCTOR
CORPORATION
Dztok* :4

Rys. ó.
DdBli* w DOUMOr Filtr pftll vco OztoliUk
-* ------P ------w

DzMnlklbkiH połKwiiłaia

Elektronika Praktyczna 7/2001
73
NOWE PODZESPOŁY
Supervisor systemu mikroprocesorowego
Jednymi ze specjalizowanych układów firmy Xicor są różnego rodzaju układy nadzorujące do systemów mikroprocesorowych. Jednym z bardziej interesujących jest układ X55020, w którym zintegrowano podwójny kontroler napięcia, programowany timer-wat-chdog, blok generacji sygnału zerującego,
można zaprogramować, dzięki czemu odstęp czasu pomiędzy kolejnymi zerowaniami programowymi może wynosić 0,15, 0,4 lub 0,8 sekundy.
Jak wczeSniej wspomniano, w układ X55020 wbudowano także automatyczny przełącznik zasilania awaryjnego, które mo-
Jest CD
SO-*
Sl -
SCK L5
WatchdogTtansHkm Dotector
Power On, LowYotage
RttOt ?anaratlon
XICOR
że służyć np. do podtrzymania zawartoSci pamięci SRAM po odłączeniu zasilania systemu (rys. 8).
Układy X55020 dostępne są w obudowach TSSOP20 i (w zależnoSci od wersji) mogą pracować w temperaturze otoczenia -4O..+85�C lub O.. + 7O�C. Obecnie są dostępne układy X55020 w czterech, zaprogramowanych przez producenta, wariantach napięciowych (chodzi o progi zadziałania komparatorów w blokach kontroli napięcia), które mogą być zasilane napięciem z przedziału 2,7..5,5V.
http://www.xicor.eom/p df_fi!e s/x5 5020.pdf Przedstawicielami Xicora w Polsce są firmy: Elatec (tel. (0-12) 413-89-29) i Setron (tel. (0-22) 634-47-36).
Rys. 7.
sterownik awaryjnego zasilania bateryjnego, a także pamięć EEPROM o pojemnoSci 4kb z interfejsem szeregowym SPI (rys. 7). Na zewnątrz układu wyprowadzono sygnały zerujące o dwóch polaryzacjach, dzięki czemu układ X55020 można stosować w dowolnych systemach mikroprocesorowych. Wbudowany w układ blok kontroli napięcia zasilającego zapobiega przypadkowemu zmodyfikowaniu zawartoSci matrycy pamięciowej przez współpracujący mikrokontroler, który po włączeniu lub wyłączeniu zasilania może zachowywać się nieprzewidywalnie. Programowany timer spełniający rolę watchodga
Z zasilacza niestabilizowanego
5V Rag
Rys. 8.
Vcc
BATT-ON
V(XfT
V2MON
LOWLJNE
RESET
CS.SCK
A. ao
V2M0N
!>
SRAM
Address
Dacode
Enable
NMI'
Addr Vcc
RESET
>SPI
Cyfrowy sterownik wskaźników analogowych
CS4122 jest jednym z układów spełniających rolę interfejsu pozwalającego na do-
Rys. 9.
łączenie analogowych wskaźników do cyfrowych systemów pomiarowych. Informacje do układu są przesyłane za pomocą interfejsu SPI, a następnie konwertowane za pomocą 7-bitowych przetworników C/A do postaci jedno-i dwufazowych sygnałów stałoprą-dowych wykorzystywanych do zasilania cewek wskaźników elektromagnetycznych. Konstrukcję układu zoptymalizowano pod kątem zasilania jednego wskaźnika o polu wskazań 360� oraz dwóch wskaźników o polu wskazań 112�. Rozdziel-czoSć wskazań wskaźnika 360� wynosi 10 bitów, a wskaźników 112� 8 bitów.
Na wyjSciach układu zastosowano wzmacniacze prądowe z zabezpieczeniami przetężeniowymi, z któ-
Jest
CD
ON Semiconductor
Formerfy a DMsion of Motorola
rych informacja jest przechowywana w wewnętrznym rejestrze błędów. Dodatkowym elementem wewnętrznym ułatwiającym zabezpieczenie układu przed uszkodzeniem jest czujnik temperatury. Schemat aplikacyjny układu CS4122 pokazano na rys. 9.
http://www.onsemi.com/pub/Collateral/ CS4122-D.PDF
Przedstawicielami ON Semiconductor w Polsce są firmy: Arrow/Spoerle Electronic (tel. (0-22) 646-52-27), Avnet (tel. (0-22) 634-47-36), Avnet Macropol (tel. (0-22) 822-43-37) i EBV Elektronik (tel. (0-71) 342-29-44).
Elektronika Praktyczna 7/2001
NOWE PODZESPOŁY
Scalony nadajnik firmy
Jest
Micrel wprowadził klika lat temu do sprzedaży scalone odbiorniki radiowe serii QwikRadio (MICRF), wśród których są układy cieszące się ogromnym powodzeniem, także w naszym kraju. Ponieważ większoSć konstruktorów urządzeń elektronicznych niezbyt chętnie zajmuje się projektowaniem samodzielnie torów radiowych, liczba aplikacji, w których są stosowane układy odbiorcze QwikRadio, bardzo szybko doszła do "nasycenia". Jego cofnięcie umożliwi najnowsze opracowanie Micrela - komplementarny do odbiorników, scalony nadajnik MICRF102. Dzięki temu układowi system oferowany przez Micrela zapewnia +
łatwoSć stosowania porównywalną z opracowaniami konkurencyjnymi, oferując w większoSci przypadków niższe ceny.
Schemat nadajnika wykonanego na układzie MICRF102 pokazano na rys. 10. Może on pracować w przedziale częstotliwości 300..470MHz z mocą wyjSciową (dla 433MHz) -2,5dBm. Maksymalna szybkoSć transmisji danych wynosi 20kbd, Rys. 10.
przy czym są możliwe dwa rodzaje modulacji: ASK (ang. Amplitudę Shift Keying) i OOK (ang. On-Off Keying). Nadajniki wyposażono w system automatycznego dostrajania impedancji wyjSciowej wzmacniacza do parametrów anteny, które - ze względu na wykonanie jej na powierzchni laminatu - mogą się zmieniać.
Układy MICRF102 są oferowane tylko w obudowach przystosowanych do montażu powierzchniowego SOS i mogą pracować w zakresie temperatur -4O..+85�C. Zalecana wartoSć napięcia zasilającego wynosi 5V, Średni pobór prądu podczas pracy nie przekracza 7,75mA, a w stanie oczekiwania ok. l[iA. http://www.micrel.com/_PDFImicrflO2.pdf Przedstawicielem Micrela w Polsce jest firma Future (tel. (0-22) 618-92-02).
< ASK DATA INPJT
Interfejsy do pomiarów * mocy sygnałów w.cz. CD
Układy MAX2206..8 są ultraminiaturo-wymi (obudowa o wymiarach lxlmm) interfejsami umożliwiającymi pomiar mocy sygnałów w.cz. o częstotliwościach 800MHz..2GHz. Na ich wyjSciach występuje napięcie stałe o wartoSci proporcjonalnej do mocy sygnału w.cz., który jest pobierany z wyjScia sprzęgacza kierunkowego w systemie antenowym telefonu lub innego urządzenia transmisyjnego. Tor pomiarowy układu MAX2206 ma dynamikę 40dB. W układach MAX2207/8 została ona ograniczona do 25dB. W każdym z układów detektor mocy jest skompensowany termicznie, w związku
24O1
z czym wahania wskazań w funkcji temperatury nie są zbyt duże.
Napięcie zasilania wszystkich układów powinno się mieScić w przedziale 2,7..5V. Mogą one pracować w zakresie temperatur -4O..+85�C.
http://pdfserv.maxim-ic.com/arpdf/ MAX2206-MAX2208.pdf
Przedstawicielem Maxima w Polsce jest firma SE Spezial Electronic (tel. (0-95) 758-05-72).
Ze sprzęgacza
Rys. 11.
\ (AD /
Ii
Shutdown
Skompensowany \ (A2)
termicznie detektor mocy
I GND
MAX2206 MAX2207 MAX2208
' OUT
Do przetwornika A/C
itr
I
Elektronika Praktyczna 7/2001
75
KURS
część 6
Narysuj swój program!
Sterowanie wyświetlaczem alfanumerycznym LCD
Mogłoby się wydawać, że narysowanie odpowiedniego schematu działania za pomocą ST6-Realizera jest trudne. Wielu użytkowników programu wręcz twierdziło, że jest to niemożliwe. Jednak ST6-Realizer, przy odrobinie fantazji, staje się mocnym i szybkim narzędziem projektowym, umożliwiającym w sposób nieskomplikowany stworzenie odpowiedniego programu obsługi wyświetlacza. Do naszych eksperymentów należy wykonać prosty układzik, którego schemat elektryczny pokazano na rys. 1. Wyniki naszych prac oglądać będziemy na dowolnym wyświetlaczu L CDI xl 6 ze stan dar do wy m sterownikiem
Nie będę tu opisywał dokładnie zasady działania wyświetlacza i wszystkich jego procedur. Wiele już na ten temat napisano na łamach Elektroniki Praktycznej i Elektroniki dla Wszystkich. Zainteresowanym szczególnie polecam cykl artykułów pt. ,,Alfa numeryczne wyświetlacze LCD" fm.in. EdWll/97).
Jak to zrobić?
Do komunikacji pomiędzy mikro-kontrolerem a wyświetlaczem służą trzy linie sterujące (RW, RS, E) oraz osiem linii danych (DO..7). Wyświetlacz może być sterowany poprzez 8-lub 4-bitową magistralę danych. Przy zastosowaniu m i kro ko ntro 1 e ra ST62T10/20, z niewielką liczbą wyprowadzeń, ośmiobitowe sterowanie
LCD
wyświetlaczem jest wykluczone. Dlatego zajmiemy się trudniejszym do wykonania czterobitowym sterowaniem wyświetlacza LCD, gdzie używane są linie danych D4..D7 i linie sterujące RW, RS, E. Przełączenie sterownika wyświetlacza w tryb cztero-bitowy odbywa się podczas jego ini-cj al i za ej i po włączeniu zasilania. Przesyłanie danych pomiędzy sterownikiem i sterującym jego pracą mik-rokontrolerem odbywa się zawsze dwuetapowo: najpierw jest przesyłany starszy półbajt instrukcji lub danej, a następnie młodszy.
Ponieważ w większości przypadków informacje są wpisywane do sterownika wyświetlacza, a nie odczytywane z niego, w prezentowanym projekcie sygnał określający kierunek przesyłania danych pomiędzy sterownikiem i mikrokontrolerem został pominięty jako nieistotny.
Działanie programu
Na rys. 2 przedstawiono przykładowy schemat programu obsługującego wyświetlacz LCD ze sterowaniem 4-bitowym. Każde naciśnięcie przycisku START powoduje przejście programu do kolejnego stanu odpowiadającego wyświetleniu wcześniej zadanych napisów, przez wygenerowanie odpowiednich sekwencji stanów logicznych na wejściach sterujących RS, E i danych przesyłanych do sterownika wyświetlacza D4..D7. Generator osc LCD generuje ciąg im-
Z listów wynika, że wielu Czytelników zainteresowanych
programem STG-Realizer
interesuje się także sposobem
"ujarzmienia" za jego pomocą
alfanumerycznego wyświetlacza
LCD. W ostatniej części tego
krótkiego kursu pokażemy jeden
z możliwych, sprawdzonych
przez nas sposobów.
pulsów, które poprzez dwa niezależne multipleksery muxl podawane są na:
- wejście Up licznika countlf,
- wyjście cyfrowe digoui E.
Wyjście val licznika countlf jest połączone z wejściem tablic indexiab-le. Licznik zlicza impulsy pochodzące z osc LCD do wartości 51, a następnie zostaje wyzerowany. Dzieje się to w wyniku porównania przez komparator comp wartości na wyjściu licznika zwartością stałą. Na wyjściu B=A=C komparatora pojawia się wysoki poziom napięcia, które podane na wejście Clr licznika zeruje go. Komparator również steruje pracą przerzutnika srff. Zamiast komparatora możemy użyć tablicy lookupiable
0 zawartości DefO ; 51,1. Po podaniu wysokiego poziomu napięcia na wejście ustawiające S przerzutnika srff, na jego wyjściu Q pojawia się poziom wysoki, w wyniku czego zostaje zablokowany generator osc. Prak impulsów na wejściu zliczającym up licznika powoduje, że licznik przestaje zliczać. Odblokowanie licznika
1 powtórzenie całej opisanej sekwencji zliczania nastąpi po kolejnym naciśnięciu przycisku START. Takie rozwiązanie pozwala wygenerować przez licznik ciąg wartości od 0 do 51, co jest potrzebne do wpisania 16 znaków do rejestru wyświetlacza LCD. Cała procedura inicjalizacji wyświetlacza i następnie wpisywania znaków jest zawarta w tablicach in-dexiable.
Wyjścia tablic NAPIS1..3 połączone są poprzez multiplekser mux2, za pomocą którego jest wybierany komunikat do wyświetlenia, z wejściem W bloku bunpack. Sygnały z wyprowa-
76
Elektronika Praktyczna 7/2001
RS
Rys. 2.
dzeń bloku bunpack sterują modułem wyświetlacza poprzez wyjścia cyfrowe digoui skonfigurowane jako push-pull ouipui. Od zawartości tabel zależy, w jaki sposób i co będzie się ukazywać na wyświetlaczu LCD. W naszym przypadku będzie to 50 liczb, które są odpowiednikami sygnałów sterujących i danych.
Jak juś wspomniano, wyświetlacz po włączeniu zasilania musi przejść proces inicjalizacji. Na list. 1 przedstawiono zawartość pierwszych czternastu pozycji w tablicy NAPISl wraz z opisem. Zawierają one ciąg znaków niezbędnych do poprawnej inicjalizacji i skonfigurowania sterownika wyświetlacza LCD.
Kolejne 36 pozycji tabeli dotyczy wpisania tekstu do wyświetlacza (list. 2). Efektem przepisania zawartości tablic do pamięci i rejestrów sterownika LCD jest wyświetlenie napisu o treści ,,www.ep.com.pl".
Wprowadzanie kolejnych dwóch napisów do wyświetlacza wygląda podobnie - pierwsza część to inicja-
NAPIS3
Elektronika Praktyczna 7/2001
KURS
Ust. 1. Kolejne słowa danych umożliwiające konfigurowanie sterownika wyświetlacza LCD (cyfry oznaczają wartość bajtów zapisanych dziesiętnie).
3 Function Set
3 Function Set
3 Function Set
2 Function Set - interfejs
czterobitowy
2 Function Set - liczba
wyświetlanych linii 2, format znaku
5x7
8
0 Display OFF
8
0 Display ON
1
0 Entry modę set - kierunek przesuwu
kursora (zwiększenie adresu
następnego znaku o 1)
6 Function Set - przesuwanie napisu
podczas wprowadzania wyłączone
lizać ja, druga to wpisanie treści komunikatu.
Czytelnicy znający obsługę wyświetlaczy mogą zadać pytanie: po co za każdym razem przeprowadzać ini-cjalizację? Oczywiście jest to niepotrzebne, wystarczy zrobić to raz, a następnie zmieniać tylko wpisywany tekst lub też adresować poszczególne pozycje na wyświetlaczu i zmieniać znaki. Zastosowane rozwiązanie umożliwiło uproszczenie programu (schematu) do tego stopnia, że jest on czytelny i bardziej zrozumiały dla mniej zaawansowanych czytelników.
Sposób tworzenia tablic ze wzorcami wyświetlanych tekstów
Zakładam, że wszyscy "kursanci" znają choć trochę standardowe sposoby obsługi wyświetlaczy LCD. Jak zapewne wiecie, wszystkie znaki alfabetu łacińskiego, cyfry, znaki specjalne są ponumerowane według kodu ASCII, w którym znakowi odpo-
wiada liczba 8-bitowa. Przykładowo, literze "R" przyporządkowano kod 82 (zapisany dziesiętnie), czyli binarnie 01010010.
Jak zatem wpisać liczbę 82 do tablic NAPIS 1 ..3 wykorzystanych w schemacie programu? W przypadku zastosowania pomiędzy mikrokontrole-rem i wyświetlaczem transmisji oś-miobitowej w tablicy możemy podać bezpośrednio liczbę dziesiętną. W przypadku zastosowania transmisji 4-bitowej, każdy wyświetlany znak zajmie dwa miejsca w tablicy (po jednym dla starszego i młodszego pół-bajtu). Tak więc chcąc do tablic NA-PIS1..3 wpisać dane pozwalające wyświetlić literę "R" w trybie sterowania 4-bitowego, musimy do wartości dziesiętnych odpowiadających półbaj-tom
0101 - 5 (starszy)
0010 - 2 (młodszy) dodać liczbę 128. Wartość ta jest niezbędna, aby po podaniu na wejście W bloku bunpack uzyskać dodatkowo na wyjściu B7 bloku bunpack poziom wysoki odpowiadający sygnałowi sterującemu RS. Po dodaniu tej liczby otrzymujemy wartości 133 i 130, które wpisujemy w odpowiednie miejsce tablicy. Podobnie postępujemy z resztą liter, cyfr i innych znaków, które mamy zamiar wyświetlać.
Mam nadzieję, że ta część kursu rozwieje część wątpliwości na temat sterowania wyświetlaczem i rzuci nowe światło na możliwości ST6-Reali-zera.
Krzysztof Górski, AVT krzysztof.gorski@ep.com.pl
Nota katalogowa układu HD44870 oraz pliki źródłowe programu do projektu prezentowanego w artykule znajdują się na płycie CD-EP7/2001 w katalogu \noty katalogowe do pro-jektow\kurs.
Ust. 2. Zawartość tablicy wyświetlającej napis (cyfry oznaczają wartość bajtów zapisanych dziesiętnie)
135
135 W
135
135 W
135
135 W
130
142 . kropka
134
133 e
135
128 p
130
142 . kropka
134
131 c
12 Instrukcja podająca adres 40 w
pamięci DD RAM pierwsza pozycja
litery w drugiej linii r,
U 134
143 o
134
141 m
130
142 . kropka
135
128 p
134
140 1
138
128 spacja
138
128 spacja
138
128 spacja
2 ustawienie kursora na pozycji początkowej
Na płycie CD-EP2/2001B opublikowaliśmy STG-Piealizera w pełnej wersji. Jest on także dostępny (wraz z katalogiem procesorów ST62) na płycie CD-EP2.
Elektronika Praktyczna 7/2001
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
DzioS "Projekty Czytelników" zawiera opisy projektów nadesłanych do redakcji EP przez Czytelników. Redakcja nie bierze odpowiedzialności za prawidłowe działanie opisywanych układów, gdyż nie testujemy ich laboratoryjnie, chociaż sprawdzamy poprawność konstrukcji.
Prosimy o nadsyłanie własnych projektów z modelami (do zwrotu). Do artykułu należy dołączyć podpisane oświadczenie, że artykuł jest własnym opracowaniem autora i nie był dotychczas nigdzie publikowany. Honorarium za publikację w tym dziale wynosi 250,- zł (brutto) za 1 stronę w EP. Przysyłanych tekstów nie zwracamy. Redakcja zastrzega sobie prawo do dokonywania skrótów.
Licznik czasu pracy
Prezentowany
w artykule licznik nie
zaskoczy żadnego
z naszych Czytelników
nowatorskimi
rozwiązaniami,
postanowiliśmy go jednak
opublikować, aby pokazać
jeden z wielu
interesujących projektów
przygotowanych za pomocą
ST6-Realizera. Jest to
bardzo wygodne narzędzie,
mogące w wielu
przypadkach konkurować
ze sfynnym Bascomem.
Układy zegarowe były wielokrotnie opisywane w różnych pismach dla elektroników i nie jest łatwo pokąsać coś nowego. Pomimo to postanowiłem przedstawić układ licznika czasu, który może znaleźć wiele zastosowań. Na przykład zatrudniamy pracownika w salonie gier, który pobiera od graczy opłaty za czas gry na danej maszynie grającej. Sami nie mamy ani czasu, ani możliwości kontroli utargu po całym dniu, gdyś władamy całą
siecią takich salonów i związane z ich prowadzeniem sprawy organizacyjne, urzędowe czy też inne nie pozwalają na ciągłą kontrolę utargów. Stosując sumacyjny licznik czasu pracy, możemy sprawdzać stan utargu np. raz na tydzień.
+5V
Jak wspomniałem, układy licznikowe nie są czymś nowym. Zliczamy sekundy, minuty i godziny, obserwujemy wskazania na wyświetlaczu. Co zrobić gdy te dane chcemy przechować na dzień następny albo miesiąc ? Oczywiście musimy stosować
W1..3
IOIOIID JUUIJUU
PCO
-C4
US1 ST62TS5
Vdd
OSCin
OSCoui
RESET
PC4
PB8 PB7 PBS PB4 PB1 PB2 PB3
NM1
Vm
21
20
22
16
23
12
C1
?XI
Xl
R15
R16
Rys. 1.
I I ST
STAKT
R17
P2 RESET
Elektronika Praktyczna 7/2001
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
Rys. 2.
80
Elektronika Praktyczna 7/2001
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
R1..R8: 220Q
R9..R14: 10kQ
R15: 4,7kQ
R16, R17: 2,2kQ
Kondensatory
Cl, C2: 27 pF
C3:
C4:
Półprzewodniki
T1..T6: BC618
US1: ST62T65
W1..3: wyświetlacz LED 3x
DB56-11GWA
Różne
Xl: 8MHz
Pl, P2: mikroprzelgczniki
układy pamięci nieulotnej. Pociąga to za sobą komplikację układową, bowiem musimy sterować zapisem co określoną jednostkę czasu i odczytem stanu pamięci po załączeniu zasilania. Prototyp urządzenia, który obsługiwał 4-cyfrowy wyświetlacz wykonałem na układach TTL, w związku z tym pobierał prąd o natężeniu ok. 300mA. Zamiana licznika czasu pracy na stoper wymagała już przeróbek, zmiany płytki drukowanej itp. Tych wad można uniknąć, wykorzystuj ąc mikrokontroler - w moim układzie ST6265. Procesor ten zawiera w swojej strukturze pamięć nieulotną EEP-ROM, dzięki której nie musimy stosować dodatkowych układów. Cały licznik możemy zamknąć w jednej kostce i sterować sześcioma cyframi. Przy wyświetlaczu LED średni pobór prądu to 40mA, a przy LCD około lOmA. Jeżeli zamiast zegara chcemy mieć stoper, wystarczy niewielka modyfikacja programu, bez konieczności dotykania lutownicy.
Opis układu
Schemat elektryczny licznika pokazano na rys. 1. Niewiele mówi o właściwościach urządzenia, ponieważ jest to standardowa aplikacja mikro-kontrolera sterującego wyświetlaczem. Ze schematu jasno wynika, że sterowanie wyświetlaczem jest sekwencyjne (multipleksowe), tzn. na wyjścia portu PB1..7 podawane są stany logiczne odpowiadające kształtowi znaku pierwszej cyfry i załączane jest napięcie zasilające (poprzez bufor tranzystorowy) anodę
pierwszego wyświetlacza, następnie proces ten jest powtarzany dla kolejno wyświetlanych cyfr. Takie "przemiata-nie" powinno odbywać się dość szybko, aby użytkownik nie widział dokuczliwego migotania wyświetlanych znaków. W prezentowanym układzie częstotliwość "odświeżania" informacji na wyświetlaczu wynosi 40Hz.
Na rys. 2 pokazano schemat programu sterującego pracą mikrokontrolera, opracowanego za pomocą ST6-Realize-ra. Na "wejściu" mamy generator impulsów sekundowych, dostarczający impulsów wzorcowych zliczanych przez liczniki sekund, minut i godzin. Każdy licznik obsługuje jedną cyfrę wyświetlacza i jest zerowany przez współpracujący komparator po osiągnięciu stanu 6 lub 10 (w zależności od tego pozycji cyfry). Jest to rozwiązanie może mało eleganckie, ale najprostsze. Podczas analizy i symulacji programu za pomocą symulatora wbudowanego w ST6-Realizer pojawią się ostrzeżenia o możliwości błędnej pracy liczników, które eliminujemy dopisując do linii wyjścia z licznika komendę INIT=10. Moduły liczników są programowo "sprzęgnięte" z pamięcią EEPROM wbudowaną w mikrokontroler (oznaczone dyrektywą "M"), co oznacza, że po wyłączeniu zasilania ich stany są przechowane w pamięci nieulotnej, a po włączeniu zasilania są automatycznie odtwarzane. Jednym słowem, jest to licznik sumujący kolejne zdarzenia czasowe.
Liczniki wyposażono we wspólne wejście zerujące, za pomocą którego można ustawić ich stan (i odpowiadające poszczególnym pozycjom liczników rejestry EEPROM) na "0".
Nieco problemów sprawiło multipleksowe sterowanie wyświetlaczami. Było to związane z koniecznością zastosowania dwóch połączonych kaskadowo multiplekserów czterowejściowych, które zastąpiły jeden multiplekser sześciowejściowy. Wynika to z faktu, że biblioteka MAINLIB nie zawiera multiplekserów sześciowejścio-wych. Komplikuje to nieco sterowanie, ale tu pomocne okazały się tablice INDEX TABLE, ktÓTe zamieniają dane stany logiczne UBYTE na
dowolnie przez nas wybrane. Oczywiście, właściwa zawartość INDEX TABLE warunkuje poprawną pracę układu wyświetlającego. Wskaźnikiem aktywnego wyświetlacza jest pętla elementów STATE C1..C6, która jest taktowana z częstotliwością 125Hz. Druga tablica INDEX TABLE - WYŚWIETL konwertuje informację ośmiobitową na kod wskaźnika siedmio-segmentowego.
Montaż i uruchomienie
Jeżeli montaż został przeprowadzony prawidłowo, nie są potrzebne żadne czynności
uruchomieniowe. Sprawdzamy tylko pracę licznika, załączając przycisk START, następnie sprawdzamy zerowanie liczników przyciskiem RE-SET, po czym sprawdzamy czy po wyłączeniu i włączeniu urządzenia pamiętany jest stan poprzedni.
W tym projekcie przypisanie portom odpowiednich funkcji wejść/wyjść nie jest niczym uwarunkowane. Kryterium wyboru były jedynie założenia projektu płytki drukowanej i rozmieszczenie elementów.
Krzysztof Karlikowski karl@pnet.pl
Elektronika Praktyczna 7/2001
81
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
Mikser klapolotek i usterzenia "V" do aparatury zdalnego sterowania
Przedstawiony
w artykule układ
zainteresuje na pewno
wielu modelarzy
korzystających z prostych
i tanich urządzeń do
zdalnego sterowania modeli,
kióizy pragną je
rozbudować o funkcję
miksowania kanałów. Do
niedawna wykonanie
takiego urządzenia,
cyfrowego lub analogowego,
wymagało niemałego
nakładu pracy, Obecnie,
przy zastosowaniu
najpop ul arn iejszych
m ikrok o n iro leió w,
wykonanie miksera siało się
możliwe nawet dla
początkujących
elektroników.
W przedstawionym układzie zastosowano rnik-rokontrol9r AT89C2051 firmy Atmel. J9dnak z uwagi na kompatybilność wy-p row a dz e ń, można zastosować także mikroproc9sor AT90S1200 tego sam9go pro-duc9nta fmikrokon-trol9ry te ni9 są jed-nak kompatybiln9 programowo). To drugi9 rozwiązanie posiada wi9l9 zalet, m.in. możliwość prz9programowania mikrokontrol9ra w syste-mi9 bez konieczności wyjmowania go z układu i bez uży-cia programatora (wystarczą tylko prz9wody i wtyczka do złącza C9ntronics komputera) oraz zabezpieczenie prz9d zawieszeniem się programu poprzez wykorzystanie wewnęt-rzn9go "watchdoga" i ]9dną wadę - brak gotow9go programu - który trz9ba napisać samodzielnie.
Co robimy?
Typow9 zdalnie st9rowan9 mod9l9 Iatając9 posiadają po-wi9rzchni9 st9row9 pokazane na rys. 1, z których każda sterowana jest oddzielnym proporcjonalnym mechanizmem wykonawczym. Jest to ster kie-runku (a), st9r wysokości (b), lotki fc) i klapy fd). W pełni niezależne st9rowani9 tymi powierzchniami umożliwia dowolna 4-kanałowa aparatura. Gdybyśmy J9dnak chcieli zbu-dować mod9l niekonwencjo-nalny, np. przedstawiony na rys. 2, napotykamy na prob-lem st9rowania tzw. klapolot-kami (9) oras ust9rz9ni9m motylkowym (f). Pomimo że kaśda s tych powi9rschni wychylana jest oddsi9lnym m9cha-
Projekt
087
n 1 s m 9 m wy -k o n a w czyni, musimy sap9w-nić odpowi9dni9 % sprsęŚ9ni9 ich 1 wychyl9ń. Taki9 możliwości ma csęść nowo-cs9snych ursąds9ń do sdaln9go st9rowania, ale co mogą srobić właścici9l9 starszych lub mni9J rozbudowanych urząds9n?
Wyjści9m moŚ9 być sbu-dowani9 miks9ra w nadajniku. Zaswycsaj wystarczy kilka r9systorów i wzmacniaczy op9racyjnych. J9dnak osnacsa to koni9csność ing9r9ncji w układ nadajnika ftym samym możliwość usskods9nia), ale, co gorssa, ni9 w każdym nadajniku można taki układ zastosować.
Drugim, mni9J inwazyjnym roswiąsani9m jest sbudowani9 układu włącson9go pomiędzy odbiorniki a S9rwom9chanis-my. Jeżeli J9sscs9 be;dsi9 to układ na mikrokontrol9rz9, to praktycsni9 moŻ9my uzyskać ni9ogranicson9 możliwości prs9twarzania sygnałów s odbiornika. I taki9 właśni9 ros-wiąsani9, któr9go ilustracje: zasady działania prs9dstawił9m
Rys. 1.
Rys. 2
na rys. 3,
chciałbym zaproponować w nini9Jssym artykul9.
Zasada działania
Sygnałami st9rującymi typowym S9rwom9chanism9m są impulsy o csasi9 trwania od 1 do 2ms s okr9S9m powtarzania 15..25ms. Pojawiają sie. one kolejno na wyjściach poszczególnych kanałów (rys. 3). Mik-rokontroler ma za zadanie zmierzyć czas ich trwania oraz wykonać obliczenia zgodnie z zależnościami:
Tlewy=(Tl + T2)/2,
Tprawy=(Tl-T2)/2 + To, gdzie To=l,5ms - średni czas impulsu odpowiadający neutralnemu położeniu dźwigni sterującej serwomechanizmu. Następnie musi wygenerować nowe impulsy na wyjściach do serwomechanizmów. Jak łatwo sprawdzić, czas impulsów dla serwomechanizmów mieści się we właściwym przedziale 1 do 2ms. Możemy nawet "mieszać" impulsy Tl i T2 według innych proporcji, uzyskując różną czułość sterowania dla lotek i klap.
Jeśli kanał 1 obsługuje lotki, a kanał 2 klapy, to zmodyfikowana zależność na obliczenie czasów impulsów będzie następująca:
Tlewy=Tneutmm+ (Tl-T�)*Klotek+ (T2-To)*Kklapl
Tprawy=TneuUum+ (Tl-T�)*Klotek - (T2-To)*Kklapl
Elektronika Praktyczna 7/2001
83
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
gdzie Kklap i Klotek - czułość odpowiednich organów sterowania.
Ze wzorów wynika, że obroty serwomechanizmów w obie strony będą "symetryczne". Jednak w wypadku klapo-lotek, dla uzyskania prawidłowego zakrętu wychylenia do góry powinny być większe niż wychylenia do dołu. Uzyskano to programowo, przez regulację czasu Tneutmm w granicach 1,375 do l,5ms i "obcinanie" zbyt długich lub krótkich impulsów do przedziału 1..2ms. W wyniku tego, dla Tneu_ trum=l,5ms uzyskujemy symetryczne wychylenia w górę i w dół, zaś dla Tneu_ trum=l,375ms wychylenie w górę może być dwa razy większe niż w dół. Takie zróżnicowanie jest korzystne dla klapolotek, natomiast dla usterzenia typu V preferowane jest symetryczne wychylenie sterów. W tabeli 1 zestawiono parametry miksowania przewidziane w oryginalnej wersji programu.
Opis układu
Schemat elektryczny miksera przedstawiono na rys. 4. Jako wejścia, połączone z odbiornikiem, zastosowano wyprowadzenia Pl.6 i Pl.7, natomiast wyprowadzenia Pl.4 i Pl.5 zaprogramowano jako wyjścia połączone z serwomechanizmami. Wyprowadzenia Pl.O i Pl.l wykorzystano do testowania napięcia zasilania. Pozostałe wyprowadzenia portów mikroprocesora (z wyjątkiem Pl.3, które możemy dowolnie wykorzystać) służą do wyboru parametrów pracy układu. Kondensator Cl wraz z wewnętrznym rezystorem zabezpiecza pewny start procesora po włączeniu zasilania, zaś kondensatory C2 i C5 blokują zasilanie.
Na uwagę zasługuje układ kontroli napięcia zasilania. Modelarze wiedzą czym grozi nadmierne wyładowanie baterii odbiornika, dlatego wykorzystano komparator analogowy mikroprocesora, wzbogacając mikser o niezwykle pożyteczną funkcję. W celu zminimalizowania liczby części dioda LED Dl pełni podwójną rolę:
- przy programowym zwarciu wyprowadzenia Pl.O do masy błyska z pełną jasnością (prąd diody ogranicza rezystor R3),
- przy zaprogramowaniu wyprowadzenia Pl.O jako wejście dioda daje w miarę stałe napięcie odniesienia dla komparatora (na wejściu Pl.l napięcie pochodzi
z dzielnika rezystorowego), a jednocześnie świeci z bardzo małą jasnością (dzięki dużej rezystancji R2).
Testowanie napięcia zasilania odbywa się cyklicznie w przerwach pomiędzy kolejnymi błyśnięciami diody LED. Częstotliwość błyskania informuje nas o pracy układu:
1) przy prawidłowym napięciu i sygnałach z odbiornika na obydwu wejściach, dioda LED błyska krótkimi (lOOms) impulsami z częstością lHz,
2) w przypadku, kiedy napięcie zasilające obniży się poniżej 4,4V (tj. przy granicznej bezpiecznej wartości 1,1V/ ogniwo dla akumulatorów kadmowo-niklowych) dioda LED zaczyna błyskać z dużą częstością, ok. 5Hz, sygnalizując nadmierne rozładowanie akumulatorów,
3) w przypadku braku impulsów sterujących z odbiornika dioda LED przestaje błyskać (pozostając w stanie w jakim była podczas zaniku impulsów).
W układzie zastosowano kwarc o częstotliwości 6MHz, możemy jednak zastosować dowolny kwarc o częstotliwości z przedziału 4..12MHz, modyfikując nieco dane programu. Wstawiając kwarc musimy mieć na uwadze fakt, że harmoniczne kwarcu będą odbierane przez odbiornik i mogą zakłócać jego działanie (należy też brać pod uwagę częstotliwości lustrzane). Przykładowo, wybrana przeze mnie częstotliwość 6MHz (z uwagi na dostępność kwarców w niskich obudowach tj. bardziej odpornych na drgania) nie jest optymalna, może bowiem zakłócać odbiornik na częstotliwości 35,09 MHz (69 kanał). Szósta harmoniczna kwarcu wypada na częstotliwości lus-
Tabela 1. Zależność stopnia miksowania kanałów od stanu zworek Z1..Z4
Lp. Z1 Z2 Z3 Z4 Tneutrum [ms] Czufość klap Kk|ap Czułość lotek K|Otek Klotek/ Kklap
1 X X X X 1,375 0,1875 0,4375 2
2 X X X 1,375 0,22 0,405 1,84
3 X X X 1,375 0,25 0,375 1,5
4 X X 1,375 0,28 0,344 1,23
5 X X X 1,375 0,3125 0,3125 1
6 X X 1,375 0,344 0,28 0,81
7 X X 1,375 0,375 0,25 0,67
8 X 1,5 0,125 0,375 3
9 X X X 1,5 0,156 0,344 2,2
10 X X 1,5 0,1875 0,3125 1,67
11 X X 1,5 0,22 0,28 1,27
12 X 1,5 0,5 0,5 1
13 X X 1,5 0,28 0,22 0,79
14 X 1,5 0,3125 0,1875 0,6
15 X 1,5 0,344 0,156 0,45
16 1,5 0,375 0,125 0,33
UWAGA: X-zworka zwarta do masy
trzanej 35,09+2*0,455 = 36MHz (jeżeli użyjemy kwarcu 35,545MHz w odbiorniku o pojedynczej przemianie częstotliwości z p.cz.=455kHz ). Stosowanie kwarców poniżej 4MHz nie jest zalecane z uwagi na konieczność dokładnego pomiaru długości impulsów dla zapobieżenia drganiom serwomechanizmów wskutek błędów próbkowania. W programie miksera przewidziano także zabezpieczenie przed zakłóceniami. W przypadku, kiedy czas impulsów jest zbyt długi (ponad 2,4ms) lub zbyt krótki (poniżej 0,8ms) mikroprocesor traktuje sygnał jako zakłócony i następuje przesunięcie sterów do położenia neutralnego (lotki niewy-chylone a klapy wychylone wg czasu Tneutrum z tabeli 1). W niektórych urządzeniach przyjęte wartości graniczne
15-25ms
mogą okazać się za bliskie czasom roboczym i stery będą przesuwać się do położenia neutrum przy skrajnie wychylonym trymerze i drążku. Przed rozpoczęciem lotów należy więc sprawdzić działanie sterów przy skrajnie wychylonych organach sterowania (łącznie z trymerami). Stery przy pełnych wychyleniach drążków nadajnika nie powinny wracać do neutrum. Jeżeli wystąpią problemy z tą funkcją (w nietypowych aparaturach), funkcję powrotu do neutrum można wyłączyć zwierając zworę Z8 do masy (lub wpisując inne graniczne wartości czasów w danych programu).
Mikser posiada możliwość podłączania do urządzeń starszego typu z czasem kanałowym l,6ą0,6[ms]. Możliwa jest także kombinacja: odbiornik l,5ą0,5[ms] a serwome-
T1=1-2ms
Odbiornik
Kanał 1
T2=1-2ms
Kanał 2
Kanał wawv
Mikser
| Kanałowy
Serwomech.
Rys. 3.
TlBwy=fri+T2)/2
Tprawy=(T1-T2)/2+To
84
Elektronika Praktyczna 7/2001
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
C1 0,5n
C2
O G-" WEKani O G-" WEKan2
Tabela 2. Wybór czasów kanałowych zworkami Z5 i m
Rys. 4.
chanizmy l,6ą0,6[ms] lub odwrotnie. Czas Tneutrum z tabeli 1 jest odpowiednio korygowany. Do wyboru czasów kanałowych służą zworki Z5 i Z6 zgodnie z tabelą 2.
Dodatkowa zworka Z7 odwraca kierunek ruchów jednego z serwomechanizmów (tzw. rewers), ułatwiając tym samych zabudowę popychaczy sterów w różnych modelach.
Uruchomienie układu
Widok płytki drukowanej pokazano na wkładce wewnątrz numeru, a na rys. 5 widać rozmieszczenie elementów wraz z numeracją zworek. Gniazda dla sewome-chanizmów i jumperów wykonujemy ze złącz szpilkowych. Zworki JP1..JP4 (Z1..Z4) można ustawiać na lotnisku za pomocą jumperów, pozostałe zworki musimy wlutować w domu (cienkim drucikiem miedzianym). Zalecam jednak ustawianie zworek w domu, gdyż każda pomyłka może skończyć się katastrofą.
Ważne jest także ustawienie kolejności kanałów. Zaleca się, aby wejście kanału 1 miksera było połączone do wyjścia odbiornika o niższym numerze niż wejście kanału 2. Przy innym połączeniu układ także pracuje, lecz ,,gubi" co drugi
Rys. 5.
impuls z odbiornika, co może powodować opóźnione lub skokowe działanie serwomechanizmów. Ostatecznie problem można rozwiązać zmieniając nieco program. Wartości pojemności kondensatorów C3 i C4 nie są krytyczne, można wykorzystać dowolne z zakresu 22..39pF. Mikser nie wymaga oddzielnego zasilania. Napięcie zasilające pobierane jest przez gniazda wejściowe wprost z odbiornika. Przed podłączeniem odbiornika i serwomechanizmów należy sprawdzić rozmieszczenie wyjść sygnałów na wtyczkach, gdyż różne firmy stosują różne rozwiązania.
Po podłączeniu układu do odbiornika (na początku bez serwomechanizmów) i włączeniu zasilania (nadajnika i odbiornika) powinna zacząć błyskać dioda LED. Podłączając odbiornik do regulowanego źródła napięcia (uwaga, napięcie ponad 6V może uszkodzić odbiornik i mikser) dobieramy rezystor Rl lub R4 i ustalamy próg sygnalizacji obniżenia napięcia na 4,4V (niestety rozrzuty parametrów LED zmuszają nas do tej niewdzięcznej czynności).
Następnie podłączamy serwomechanizmy i testujemy ich pracę. Testy należy wykonać do rozładowania akumulatorów odbiornika, także z podłączonym silnikiem elektrycznym i regulatorem obrotów (jeśli takie przewidujemy do napędu modelu) - mikser nie ma bowiem watchdoga, więc musimy się upewnić, że nie grozi nam zawieszenie pracy mikroprocesora. Ale bez obaw, testowane egzemplarze procesora C2 051 pracowały jeszcze przy napięciu 2,4 V.
Przy wysokim poziomie napięcia wydajność prądowa portów procesora jest stosun-
Lp. Z5 Z Ci Czas kanałowy odbiornika [ms] Czas kanałowy serwomechanizmu [ms]
1 X X 1,6ą0,6 1,6ą0,6
2 X 1,6ą0,6 1,5ą0,5
3 X 1,5ą0,5 1,6ą0,6
4 1,5ą0,5 1,5ą0,5
UWAGA: X-zworka zwarta (do masy)
kowo mała (odpowiada rezystancji ok. 150kn) i może być za mała do występowania niektórych serwomechanizmów. W przypadku pojawienia się takiego problemu wystarczy wlutować rezystory o rezystancji 4,7..2 0kn pomiędzy Pl.4, Pl.5 a "+" zasilania.
Podczas testów układu z serwami ,,Hitec" i "Futaba" nie stwierdzono, aby te rezystory były potrzebne.
Uwagi końcowe
Źródłową wersję programu (w asemblerze) dla procesora 8051 oraz gotowy plik w formacie Intel-HEX udostępniłem do publikacji na płycie CD-EP7/ 2001B oraz na stronie WWW ,,Elektroniki Praktycznej" w dziale ,,download" (z uwagi na długość w artykule nie zamieszczono wydruku programu). Niektóre liczby począwszy od adresu $700 zawierają dane czasowe dla kwarcu 6MHz w formacie dwubajtowym (kolejno młodszy i starszy bajt). W przypadku zastosowania innych kwarców musimy je przeliczyć wg wzoru Tx=T6*X/6.
Wyprowadzenie Pl.3 możemy użyć do sterowania np. brzęczyka ułatwiającego odszukanie modelu w wysokiej
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl: 7,5kQ D R2: 8,2kQ R3: 270Q 2> R4: 12kQ
1) Dobierany indywidualnie dla uzyskania sygnalizacji przy 4,4V
2) Dla uzyskania większej jasności Świecenia diody można zmniejszyć do 220Q. Kondensatory
Cl: 0,47(iF (w prototypie
zastosowano tantalowy)
C2: 22^F/16V (1O..22^F)
C3.C4: 33pF (22..39pF)
C5: lOOnF
Półprzewodniki
US1: AT89C2051
zaprogramowany (także
AT89C4051 lub wymagajgcy
innego programu
AT90S1200)
Dl: LED dowolna
prostokgtna czerwona
Różne
Q: kwarc ÓMHz (4..12MHz)
Złgcze szpilkowe pod
jumpery i ew. jako gniazda
serwomechanizmów
Wtyczki i gniazdka
w zależności od posiadanej
aparatury
trawie (zamieszczony program nie przewiduje tej funkcji).
Jako ciekawostkę (dla tych, którzy chcieliby napisać własne oprogramowanie do miksera) dodam, że po wysłaniu impulsów do serwomechanizmów, program musi odczekać min. 5ms przed analizą kolejnych impulsów z odbiornika po to, aby wyeliminować drgania serwomechanizmów. Ireneusz Kuczek ixkuczek@friko6.onet.pl
Elektronika Praktyczna 7/2001
85
BIBLIOTEKA EP
Kevin Skahill "Język VHDL. Projektowanie programowalnych układów logicznych", zawiera CD-ROM, WNT, Warszawa 2001
Książkami
Elektroniki Praktycznej
Książka Kevina Skahilla jest pewnego rodzaju fenomenem na rynku publikacji dotyczących elektroniki, jakie pojawiły się w Polsce w ostatnich latach. Jest to pierwsza w Polsce wysoko na kład owa książka, której autor zajmuje się jednym z najpopularniejszych języków opisu sprzętu - VHDL. To nośne hasło nie wykorzystano tylko w celach marketingowych dla kolejnej książki, bo jest to bowiem dobrze skomponowane kompendium praktycznej wiedzy, którą autor stara się przekazać za pomocą przejrzystych, urozmaiconych przykładów.
Dzięki skondensowanemu wstępowi, informacje zawarte w książce mogą być przydatne także dla czytelników nie mających doświadczeń z układami ASIC i PLD - wystarczy minimalne przygotowanie z zakresu elektroniki lub po prostu chęć zgłębienia tej dziedziny elektroniki. Tak więc w pierwszych rozdziałach można znaleźć odpowiedź na pytania, jakie stawiają sobie zazwyczaj początkujący, przykładowo: "Co to jest układ CPLD?", "Dlaczego warto stosować VHDL?", "Jaki jest typowy
cykl projektowania PLD?", "Czym charakteryzują się układy programowalne różnych rodzin?".
W części poświęconej omówieniu struktury opisu projektu w VHDL autor przeprowadził klasyczny kurs tego języka z omówieniem wszystkich najważniejszych jego elementów, którego zwieńczeniem są zaawansowane przykładowe projekty w strukturze hierarchicznej. Tu kryje się prawdziwa niespodzianka: książka zwiera (skrzętnie przez wydawcę ukryty!) CD-ROM z licencjonowanym pakietem narzędziowym Warp firmy Cypress, który zawiera m.in. kompilator języka VHDL. Można go wykorzystać do samodzielnych ćwiczeń z językiem VHDL, można także we-
VHDL - to jui koniec tajemnic
ryfikować i symulować projekty opracowane przez autora książki.
Jak pisze autor, książka jest przeznaczona "zarówno dla profesjonalnych inżynierów i projektantów, jak i dla studentów zainteresowanych uzupełnieniem wiadomości dotyczących metod projektowania o język opisu sprzętu VHDL oraz o programowalne układy logiczne". Naszym zdaniem autor się nieco pomylił - dzięki niej także "chcący-początkujący" bez większego trudu osiągną do niedawne niezdobyte, bo tajemnicze, obszary współczesnej
Kevin Skahill
Projektowanie
programowalnych
układów logicznych rtf
wiedzy elektronicznej. Słowa uznania także dla tłumacza, który wykazał się ogromną kompetencją i doskonałą znajomością dziedziny. Książka warta polecenia, mimo delikatnej kryptoreklamy w niej zawartej - Ke-vin Skahill jest bowiem pracownikiem firmy Cypress.
Uwaga! Na płycie CD-EP7/2001B w katalogu \biblioieka EP publikujemy wybrane fragmenty tej książki w postaci pliku PDE.
Komputerowe projektowanie układów cyfrowych
Tadeusz Luba
i Bogdan Zbierzchowski,
"Komputerowe projektowanie
układów cyfrowych"
WKŁ, Warszawa 2000
Kolejna książka poruszająca zagadnienia związane z układami programowalnymi, przy czym autorzy szczególnie dużo uwagi poświęcili przybliżeniu teoretycznych podstaw syntezy logicznej i ogólnemu omówieniu języków ABEL, AHDL i VHDL, nieco mniejszy nacisk kładąc na zagadnienia ,,czysto" inżynierskie. Ukłonem w stronę praktyków jest rozdział poświęcony prezentacji nowoczesnego systemu projektowego Max+Plus H firmy Altera, który jest obecnie jednym ze wzorcowych systemów projektowych dla układów programowalnych średniej skali integracji.
Interesująca jest także prezentacja akademickich systemów służących do
syntezy logicznej, w tym programu De-main, który powstał w Instytucie Telekomunikacji Politechniki Warszawskiej. Jest to jedna z najlepszych spośród obecnie dostępnych na polskim rynku książek teoretycznych o PLD, przy czym napisana z myślą o nieco bardziej zaawansowanych czytelnikach i studentach wydziałów elektroniki.
Żyta Zachara
i Krzysztof Wojtuszkiewicz, "PSpice - przykłady praktyczne , zawiera CD-ROM Mikom, Warszawa 2000
Wysokiej klasy podręcznik-przewod-nik po programie PSpice. W pierwszej części książki zawarto systematyczny kurs obsługi programu Design Lab, w skład którego wchodzi symulator Pspice. W drugiej części książki przedstawiono ponad 100 przykładowych
86
Elektronika Praktyczna 7/2001
BIBLIOTEKA EP
PRZYKŁADY PRAKTYCE
projektów, począwszy od prostych obwodów prądu stałego, przez układy zmiennoprądowe i filtry, aż po układy z elementami aktywnymi. Wszystkie opisy charakteryzuje systematyczność i przejrzystość, co potwierdza wysokie kwalifikacje autorów książki. Niebagatelnym atutem książki jest dołączona do niej płyta CD-ROM z ewaluacyjną wersją programu Design Lab oraz przykładami opracowanymi przez autorów.
Fr id hełm Schmidt,
"SCSI i IDE - protokoły,
zastosowania
i programowanie"
Mikom, Warszawa 1999
Niezwykle rzetelny opis interfejsów IDE, ATAPI i SCSI fw kilku wariantach), w którym szczególnie wiele miejsca autor poświęcił ich architekturze, protokołach wymiany danych, omówie-
niu sposobu programowania i typowych sposobach obsługi. Pomimo tego, że książkę wydano w roku 1999, jej zawartość nie zestarzała się - wbrew pozorom nowe interfejsy dysków twardych i innych urządzeń służących do zapisu danych nie ulegają zbyt radykalnym modyfikacjom, a standardy AN-SI narzucają wymaganie kompatybilności ,,w dół" z dotychczasowymi rozwiązaniami. Tak więc, jest to książka przeznaczona zarówno dla programistów PC, jak i konstruktorów urządzeń elektronicznych, którzy chcą w swoich opracowaniach wykorzystać dyski twarde, napędy CD-ROM, Iomega lub ZIP, ewentualnie inne urządzenia wyposażone w interfejs SCSI lub IDE.
Marek Chimiak, "Realizer -graficzna metoda programowania mikroprocesorów" Mikom, Warszawa 2001
Autor tej książki zasługuje na słowa pochwały za podjęcie trudów opisu programu Realizer II. Nieco mniejszy zachwyt wzbudza w nas sposób przygotowania tego "Kursu", zwłaszcza dość ogólnikowy wstęp nie dający orientacji w różnorodności dostępnych współcześnie narzędzi projektowych stosowanych podczas przygotowywania projektów z mikrokontrole-rami. Niemniej, książka jest godna polecenia wszystkim początkującym użytkownikom pakietu Realizer, który cieszy się wśród naszych Czytelników ogromnym powodzeniem. Szczególnie interesujące są przykładowe projekty, które dobrze ilustrują możliwości Re-alizera - jedynego komercyjnego pakietu do graficznego ,,projektowania" programów. Mimo braków - polecamy!
wybitne opracowanie, polecamy!
książka o dużych walorach praktycznych, polecamy!
może się przydać
daleko do doskonałości
nie warto kupować
Stanisław Kruk, "Kurs programowania w języku asembler dla średnio zaawansowanych" y zawiera dyskietkę Mikom, Warszawa 2001
Szkoda, że tak późno. Doskonały podręcznik do nauki asemblera na PC, z opisem sposobów obsługi przerwań, kart graficznych, programowania portów, a także opisem tworzenia programów rezydentnych. Doskonale przygotowana, z dużą liczbą niezłych przykładów ftakże na dołączonej dyskietce), ale - naszym zdaniem - co najmniej 5 lat za późno.
Elektronika Praktyczna 7/2001
87
SPRZĘT
Elektroniczna identyfikacja osób poprzez odciski palców jest metodą stosowaną od wielu lat w systemach kontroli dostępu, a ostatnio również w profesjonalnych systemach policyjnych i wojskowych. Najwięcej urządzeń pracuje w Stanach Zjednoczonych, na tamtym rynku istnieje także najszersza ich oferta. Ceny kształtują się od kilku do kilkunastu tysięcy USD za kompletne, samodzielne urządzenie klasy standardowej. Systemy profesjonalne osiągają ceny wielokrotnie wyższe, natomiast współpracujące z komputerem (np. zwykłym PC) wielokrotnie niższe. Nawet pobieżny przegląd rynku amerykańskiego (również "internetowy") zdumiewa mnogością ofert i różnorodnością oferowanych rozwiązań. Zastosowane w nich czytniki linii papilarnych to najczęściej urządzenia z miniaturową kamerą, układem optycznym i podświetlającym. Wśród wielu rozwiązań optycznych zwracają na siebie uwagę bardzo nowoczesne czytniki produkcji Sony.
Ostatnio na rynku zaczęły się pojawiać półprzewodnikowe czytniki jednochipowe. Początkowo były to produkty małych wyspecjalizowanych firm (np. Veridicom]. W latach 1996..1999 tematem tym zajmowali się już najwięksi potentaci mikroelektroniki. Prace zakończyła sukcesem m.in. francuska firma Thomson-CSF (obecnie przejęta przez Atmela Grenoble] znana jako największy i najbardziej zaawansowany technologicznie europejski producent elektroniki profesjonalnej. Firma ta realizująca dotychczas projekty na potrzeby Śwojska, lotnictwa, kosmosu i badań naukowych przedstawiła w połowie 1998 roku element o nazwie FingsiChip, który jest półprzewodnikowym skanującym czytnikiem linii papilarnych.
Fof.
Jak działa FingerChip?
Element w obudowie standardowego układu scalonego DIL20 (fot. 1] prowadzi akwizycję obrazów linii papilarnych podczas przesuwania po nim palcem. Odczyt realizowany jest metodą termiczną. Ciepło przekazywane lub odbierane przez palec umożliwia rejestrację obrazu przez czujniki o dużej gęstości ulokowane w strukturze półprzewodnikowej. Obrazy są bardzo dobrej jakości (fot. 2, foL 3], a ich rozdzielczość wynosi 500dpi. Szybkość skanowania może dochodząc do 0,5m/s, jednak w praktyce jest ona ograniczana parametrami stosowanych przetworników lub systemów akwizycji danych.
W listopadzie 1998 na targach Electronica w Monachium, kilku producentów mikroelektroniki zapowiadało szybkie wprowadzenie swoich konkurencyjnych wyrobów. Deklaracje takie dotyczyły np. produktów TotichOh ip firmy SGS-Thomson i FingsiTIP Siemensa. Nie uporali się oni jednak ze swoimi konstrukcjami w zadowalającym stopniu podobnie jak Harris czy Philips, Na rynku można jednak spotkać niewielkie ilości czytników półprzewodnikowych pochodzą-
cych ze specjalnych serii próbnych. Wydaje się że metoda odczytu pojemnościowego, którą szereg producentów stara się zastosować jest trudna we wdrożeniu. Wilgoć, brud i tłuszcz są składnikami potu nie sprzyjającymi tego rodzaju odczytowi. Dodatkowo istnieje problem elektryczności statycznej, która łatwo niszczy niedostatecznie zabezpieczone (izolowane] struktury występujące w roli okładki kondensatora.
Sam element czujnikowy nie jest wystarczający do zrewolucjonizowania systemów kontroli dostępu. Aby powstało małe i tanie kompletne urządzenie daktyloskopijne, potrzebne jest bardzo sprawne oprogramowanie identyfikujące. Oprogramowanie spełniające oczekiwania, musi być wielokrotnie bardziej wydajne od programów stosowanych powszechnie dotychczas. Nie ma tutaj miejsca dla złożonych metod filtracji obrazu czy innych zmiennoprzecin-kowych operacji. Potrzebne jest rozwiązanie oparte o niekonwencjonalny, błyskotliwy pomysł, na który niekoniecznie musi wpaść specjalista od dak-tyloskopii, programista, czy specjalista od obróbki obrazu. Takie - inne niż klasyczne -rozwiązanie problemu jest moż-
liwe. Istnieją już tego typu programy i są stosowane w profesjonalnych systemach. Nieliczne firmy software owe, które nimi dysponują, zachowują algorytmy obróbki danych dla siebie oferując programy uruchomieniowe w bardzo wysokich cenach. Nie pozwala to producentom sprzętu (czytników] zaoferować tanich systemów na rynku.
Metody weryfikacji
Obrazy uzyskane nowoczesnymi metodami są najczęściej wysokiej rozdzielczości (powy-
Fot. 2.
68
Elektronika Praktyczna 1/2001
SPRZĘT
Fot. 3.
żej 300 dpi] i posiadają głębię obrazu tzw. trzeci wymiar w odróżnieniu od powszechnie stosowanych w technice kryminalisty cznej obrazów tuszowych.
Identyfikacja poprzez "porównanie" odpowiednio obrobionych obrazów lub ich fragmentów wydaje się nie mieć przyszłości. Jeden obraz ma wielkość 100..200kB, jego wstępna obróbka, pozycjonowanie, wyeliminowanie ew. nieczytelnych obszarów i porównanie ze wskazanym wzorcem z bazy zajmuje dużo czasu nawet dla komputera z szybkim procesorem Pentium III. Metoda ta jest stosowana czasami do weryfikacji tj. porównania 1 z 1, gdzie wskazanie wzorca z bazy odbywa się poprzez wybranie odpowiedniego kodu klawiaturą, kartą magnetyczną, itp. Trudno sobie wyobrazić przeprowadzenie tą metodą identyfikacji, czyli przeszukania dużej bazy wzorców w rozsądnym czasie. Dodatkowo pojawia się problem prawny ograniczający rozwój tego typu aplikacji. Przepisy Unii Europejskiej nie zezwalają na gromadzenie powiązanych personalnie obrazów linii papilarnych w bazach komputerowych.
Metoda identyfikacji oparta o daktyloskopię daje większe nadzieje. Daktyloskopia jest nauką stosowaną od ponad stu lat. Istnieje wiele prac naukowych jej dotyczących. Daktyloskopia wprowadza pojęcie "minucji" czyli cechy charakterystycznej (fot. 4]. Takimi mi-nucjami są zakończenia linii papilarnych, rozwidlenia, oczka, mostki, skrzyżowania linii, itp. Układ minucji jest ukształtowany już w 6 miesiącu życia płodu i towarzyszy człowiekowi aż do pośmiertnego rozkładu ciała. Oparzenia 1 i 2 stopnia Draż skaleczenia, również mechaniczne usunięcie naskórka na głębokość poniżej lmm nie zmieniają tego układu.
Na części opuszkowej palca znajduje się typowo 100 do 250 minucji. W części centralnej (jak pokazano na fot. 4] jest ich zwykle ponad 30. Zdumiewające jest to, że dwanaście (12] pokrywających się minucji punktów wystarcza aby zidentyfikować człowieka i skazać podejrzanego w sądzie. Warto zwrocie uwagę, że w przypadku prezentowanym powyżej, nawet poważne skaleczenie po linii największego występowania minucji nadal umożliwia identyfikację. Metoda ta nie wymaga gromadzenia obrazów linii papilarnych. W bazach wzorców wystarczy zapisać mapy minucji o wielkości niespełna 200 bajtów! Mając mapę minucji badanego palca można bezproblemowo przeprowadzić identyfikację w dowolnie dużych bazach zawierających podobne mapy wzorców. Problemem jest właśnie sprawne tworzenie mapy minucji palca.
Metody klasyczne jak np. szkieletyzacja linii papilarnych i znajdowanie punktów nieciągłości lub rozgałęzień wymaga zbyt dużych mocy obliczeniowych i nie daje pożądanych efektów. Trzeba pamiętać, że obrazy wprowadzane są w różnych warunkach - często pewne ich obszary są nieczytelne, zmianie może ulegać klasa i jakość obrazu. Już wstępna obróbka doprowadzająca obraz do właściwego standardu wymaga zbyt długiego czasu. Oczywiście istnieje wiele innych możliwości wskazania minucji. Rzecz w tym, aby metoda była możliwie prosta, szybka oraz najważniejsze - aby wskazywała minucje prawidłowo. Wiele powszechnie spotykanych programów weryfikujących lub identyfikujących opiera się o porównywanie map punktów charakterystycznych . Trudno jednak znaleźć wśród nich takie, które robią to prawidłowo. Najczęściej do minucji zaliczane są różne uszkodzenia obrazu i mechaniczne uszkodzenia palca (skaleczenia]. Skutkiem jest wyznaczenie kilkakrotnie większej liczby punktów niż faktyczna ilość minucji. Najciekawsze jest to, że nawet te programy zwykle identyfikują prawidłowo w niewielkich bazach np. kilkuset wzorców. Statystyczne metody porównywania map takich punktów charakterystycznych są wystarczające aby użytkownik był zadowolony. Jeżeli działanie urządzenia ograniczymy do weryfikacji -trudno o "wpadkę" dla takiego programu. Brak zaufania do
prawidłowości działania tych rozwiązań nie pozwala jednak na zastosowania odpowiedzialne i w pełni profesjonalne. Jeszcze mniejsze zaufanie budzą systemy pracujące na tzw. oprogramowaniu utajnionym -gdzie użytkownik w ogóle nie zna zasady jego działania wierząc jedynie, że jest to oprogramowanie dobre, bo firmowe. Porównanie gęstości linii papilarnych i ich kierunku w kilku rejonach obrazu też może dac pozory prawidłowej weryfikacji. Z punktu widzenia poziomu zabezpieczenia, taki system bio-metryczny będzie jednak bardzo kosztownym i mało istotnym dodatkiem do zwykłego czytnika kart lub klawiatury cyfrowej.
Aplikacja
Spośród pojawiających się na rynku rozwiązań profesjonalnych zwracają na siebie uwagę produkty niemieckiej firmy Ber-gdata. Początkowo program i czytniki ich produkcji były przystosowane do współpracy z klasycznym sprzętem komputerowym. Wyróżniało je to, że umożliwiały szybkie przeprowadzanie identyfikacji w dowolnie dużych bazach wzorców, co jest jednym z podstawowych dowodów na profesjonalizm oprogramowania. W październiku 2000 roku pojawił się najnowszy produkt tej firmy zapowiadany od ponad dwóch lat na wszystkich najważniejszych światowych imprezach targowych związanych z biometrią. Jest to urządzenie wielkości myszki komputerowej (fot. 5] nie musi jednak w odróżnieniu do niej współpracować z komputerem. Urządzenie EACM (ang. Embedded Access Control Module] po wpisaniu do niego ok, 600 wzorców i podłączeniu jedynie zasilania wystawia sygnał sterujący np. ryglem elektromagnetycznym - jeżeli wprowadzany palec jest jednym z występujących w bazie. Ten
biometryczny zamek elektroniczny ma dwa porty RS232 o standardzie przemysłowym pozwalające na współpracę z większymi systemami rejestracji danych np. kontroli wejść i wyjść, itp.
W urządzeniu zastosowano wspomniany wcześniej skanujący termicznie czytnik półprzewodnikowy FingerChip, którego produkcję przejął na początku 2000 roku Atmel-Grenoble. Procesor RISC/DSP 64MHz Hyper-stone El-16X pozwala uzyskać czas identyfikacji 1 z "n" - ok. 1 sekundy. Pamięć DRAM i FLASH mogą byc zwiększone co pozwala rozbudować bazę wzorców.
Następnym krokiem w planach producenta jest dalsza mi-niaturyzacja urządzenia umożliwiająca zastosowania w telefonach komórkowych. Paweł Owczarek
Artykuł powstał w oparciu o materiały firmy Sil-comp, isl. {0-22} 363-72-39, www.silcomp.com .pl.
Dodatkowe materiały można znaleźć w Intern ecie pod adresami i:
- http://www.bergdata.com/eng-Iish/abouius.php3,
- http://www.atmel-grenoble.com/ fingerch ip/FC_h om e.htm,
Fot. 4.
70
Elektronika Praktyczna 1/2001
PODZESPOŁY
Wielka electronica 2000
gł o śnionych wydarzeń by-
oferty nowej na rynku podzespołów pasywnych firmy Phycomp, która jest częścią światowego potentata - firmy Yageo - a została utworzona z działu
W grudniowym numerze opublikowaliśmy (we wstępniaku) skrótowe
sprawozdanie z największych w Europie targów elektronicznych -
monachijskich targów Electronica 2000, które odbyły się w dniach
21..24 listopada. Ponieważ producenci podzespołów pokazali tam wiele
bardzo interesujących nowości, postanowiliśmy je skrótowo omówić. Działy się tam czasami rzeczy wielkie i zazwyczaj bardzo interesujące.
elementów pasywnych firmy Philips. Przedstawiciele firmy Phycomp prezentowali nowe rodziny podzespołów, ze szczególnym uwzględnieniem rezystorów SMD dla aplikacji
z wyprowadzeniami wykonanymi ze stopu niklu i złota (fot. 1).
Phycompa jest doskonale znana wśród elektroników
BCcomponents, która tak-
nowych podzespołów dla elektroniki i elektrotechniki. Przedstawiciele BCc
gasiki do domowego sprzętu elektrycznego (fot. 2), ultraprecyzyjne rezystory do montażu SMD (miniMELF - fot. 3) oraz rodzinę rezystorów wytrzymujących krótkotrwałe
Niezwykle efektowne prezentacje przygotowali
tów aktywnych. Przedstawiciele Fujitsu przygotowali bogatą ofertę kolorowych wyświetlaczy plazmowych i ciekłokrystalicznych oraz specjalizowa-
nich. Nowe scalone sterowniki wyświetlaczy gra-hcznych opracowane przez Fujitsu - układy rodziny Lavender (fot. 5) - mają tak uniwersalną budowę, że mogą współpracować
z większością wyświetlaczy dostępnych na rynku. Dzięki wbudowanej pamięci RAM o pojemności 8MB, układ MB87J2120 może sterować także wyświetlaczami warstwowymi (do 16 warstw logicznych).
obciążenia wysokoprądo-we (fot. 4), szczególnie nadających się do ograniczania prądu rozładowania lamp wyładowczych. Niezwykle reklamowano także kondensatory elektrolityczne SMD serii HiTMP 175 przystosowane
otoczenia do 150�C, czyli o ok. 30�C więcej niż najlepsze dotychczas ofe-
Popularnością cieszyło się stoisko firmy National Semiconductor, na którym prezentowano m.in. układy do dwukierunkowych interfejsów USB-Bluetooth (fot. 6), nowe mikrokont-rolery z rodziny COP8 z wbudowaną pamięcią
Elektronika Praktyczna 1/2001
71
PODZESPOŁY
Infineon skupił się na Targową okazję do
prezentacji układów prze- przedstawienia swoich no-
znaczonych dla telekomu- wych pomysłów wykoizys-
nikacji, a szczególnie tele- tał Miciochip, na stoisku
fonii komórkowej (fot. 11) którego królowały 16-bito-
udoskonalonych 16-bito- dsPIC oraz - druga nowych mikroprocesorach wość - cyfrowe potencjo-C166 (fot. 12), których metry.
(LM73 72 - fot. 8) oraz __
obudowy dla układów scalonych, które wymownie nazwano SiliconDust (fot. 9).
Dynamiczny rozwój układów programowalnych widoczny by! pod-zontacj-
p anych pr
Alterę, At firmę Cyp
Philip
m .m. nowe układy pro gramowalne Excalibu (fot. 10),
Worx swoje najn
konstrukcję zoptymalizo- Tradycyjnie, na stoisku
wano pod katem aplikacji firmy Agilent silnie za-samochodowych. akcentowano prezentację
nowoczesnych diod LED i laserowych, światłowodowe interfejsy optyczne oraz szybkie transoptory, oferowane także dla systemów zasilanych napięciem 3,3V (fot. 13).
Motorola oraz ON Sernic on duc tor przygotowały bardzo sugestywne ekspozycje, na których prezen-Dodzespoły wchodzące w skład linii Bigi-
dzące w skład linii Digi-talDNA (mikrokontrolery i procesory Motoroli - fot.
ecki Sci
swoje "sze CPLD, które mogą silane (także pod i
układy być
osiągnięcia w technologii próg------------- .. ^_
IP, Philips próbował za- mie) napięciem o wart
szokować obserwatorów ci 3,3V. Za istotny pr^
prezentacjami nowych łom należy uznać tak__
opracowań dla telekomu- wprowadzone do produk-
nikacji bezprzewodowej cji przez Cypressa pierw-
oraz multimedialnymi, szych układów programo-
opartymi przede wszyst- walnych System-on-Chip
kim na ich multimedial- (szczegóły na str. 47).
72
Elektronika Praktyczna 1/2001
PODZESPOŁY
Śycznych (fot. 16) oraz dis, który reprezentowali iowe żywice klejące do także pracownicy polskich iwania elementów biui tej firmy (fot. 18).
.iii
zujniki
z linii przejętych od Mo-toioli przez ON Semicon-ductoi, m.in. przetwornice DC-DC, układy sterowników do ładowarek akumulatorów różnego typu oraz nowe układy sterujące do wysoko częstotliwościowych przetwornic AC/DC.
było zauważyć także wiele firm oferujący!
wśród układów do spizę- ty kuły pomocnicze
tu audio. Jednym z naj- elektroniki, jak np.
bardziej interesujących ny producent twe
były cyfrowe wzmacnia- sztucznych 3M. B
cze audio opracowane (i interesującą now
opatentowane) przez firmę w ofercie tej firmy
Cinus Logic. Tym m.in. przewodzące
wzmacniaczom poświęci- tworzywo zastępująi
my nieco więcej miejsca ty silikonowe pod
w jednym z najbliższych torami (fot. 15), "sti
numerów. ny" promieni
Na Electronice 2000 traholetowym klej di
pojawiło się także bardzo cowania przewodów
targi
Electronica odbyły się po
la Electronice 2000 wy- raz 18. Liczba wystawców itawiali także dystrybuto- biorących udział w Tai-zy podzespołów, wśród gach przekroczyła 3000, h Futuie, Spoeile, Av- przy czym blisko połowa z nich (1408) pochodziła z Niemiec. Silną reprezentację wystawiły Tajwan (289 wystawców) i Stany Zjednoczone, skąd przyjechało 260 wystawców. Kolejne miejsca zajęły: Wielka Biytania (204 wystawców), Włochy i Francja (po 104 wystawców), Chiny (92 wystawców) i Szwajcaria (91 wystawców). Polska na tym de wypadła bardzo blado ze
Elektronika Praktyczna 1/2001
73
PODZESPOŁY
wszystkie miały własne sza o ok. 20000m2 od
stoiska. W 1998 roku Tai- powierzchni na poprzed-
gi odwiedziło 85000 goS- nich Targach. Najwięcej
ci, w Siód których aż miejsca zajęli producenci
62900 pochodziło z Nie- i dystrybutorzy podzespo-
miec. W roku 2000 spo- łów elektromechanicznych,
dziewano się aż 90000 których było 769. Piodu-
gości, wśród których Nie- cenci podzespołów pół-
mcy mieli nadal stanowić przewodnikowych byli re-
większość - 66000. Firm prezentowały swoją ofert w 15 dużych halach gdzie zgromadzono 1 podstawowych grup pro duktów. Łączna powierz chnia wystawowa wynosi
prezentowani
licznie - było ich 417, co wydaje się niewielką licz- bą, wziąwszy pod uwagę, że producentów podzespo- łów pasywnych było aż
ła 160000m2 i była wiek-
tym
Electroni
uczestniczyły też fiimy firm. Każdego dnia działo
"łowców głów" (m.in. się tam mnóstwo inteiesu-
TMP Woildwide), którzy jących rzeczy, a liczba co-
poszukiwali pracowników, dziennych premier unie-
:e wszystkimi. Z tego po-vodu prosimy traktować o sprawozdanie jako wy-lik subiektywnych zapat-
Podsumowanie rywań autora na to, co
W tej, z konieczn
krótkiej prezentacji
udało się nam pizedsta-
iwników.
widziano także miejsce dla publicznych dyskusji panelowych na "goią-
wić najciekawszych propozycji występujących
Ś być dla Czytelników nteiesujące. Wszystkie firmy, których oferta została pominięta prosimy
zystkich Andrzej Gawryluk, AVT
74
Elektronika Praktyczna 1/2001
PROJEKTY
AKT - akustyczny teatr, część 1
Zestaw głośnikowy do kina domowego
AVT-994
leżeli mar zysz o kinie
domowym, nit 3 musisz od
razu kupo\ vać drogiego
zestaw, u głośników.
Proponujemy Ci konstrukcję,
którą znacznie te miej możesz
wykonać samodzi einie. Dzięki
doskonały! ti głośnikom
i przemyślanym r ozwiązaniom
konstrukcyjnym, zestaw AKT
spełni wym< łgania także
ortod oksyjn ych i audiofilów.
Zaczynamy od krótkiego
ostępu
Coraz większą populainośi t zdo- częściej smi Litny wybór - jeśli wy-
bywa kino domowe - zesta- sokiej klasy , to baidzo kosztowne,
diowizualny, wymagający wi eloka- a jeśli pizys tępn e cenowo, to z po-
nalowej instalacji głośnikowej. Wjej ważnymi ko mpic >misami paiametry-
ramach działają więcej niż dwa koszty. Wy: nika to z konieczności
"tradycyjne" zespoły głośniko we do rozdysponoi wanii i środków między
odsłuchu stereofonicznego - po- znacznie w: iększ ą liczbę zespołów
trzebny jest jeszcze głośnik ci mtral- głośnikowych, n iż w systemie ste-
ny, a także co najmniej dwa głoś- reofoniczny] n. J< sdnak samodzielne
niki tylne (najbardziej rozw 'inięte konstruował zawsze pozwalało
systemy wymagają trzech, a nawet sporo zaosz ;częd zić.
czterech). Zalecane jest takż< - uży-
cie subwoofeia - specjalnej kon-
strukcji wyspecjalizowanej w Ś pize- ,-<
twaizaniu sygnałów tylko o r lajniż- | M
szych częstotliwościach (rys Ś 1). i A Ś
Systemy głośnikowe do kina Ś ^^H
domowego stawiają przed i iżyt- IM
:entralnego.
AKT - akustyczny teatr
Rys. 1. Sposób nag pomiGszczenia wsy dźwięku dookólneg
W dwóch kolejnych artykułach przedstawimy 5 głównych projektów (niektóre w różnych wersjach) zespołów głośnikowych, opracowanych tak, aby tworzyły dobrze zharmonizowane systemy wielokanałowe. Szereg wskazówek pozwoli nie tylko zbudować poszczególne zestawy głośnikowe, ale również dokonać między nimi wyboru, dobrze je do siebie dopasować - w miarę potrzeb i możliwości lokalowych oraz finansowych. Artykuł może być interesujący nie tylko dla konstruktorów, ale i samych użytkowników systemów wielokanałowych - zawiera bowiem wiele ogólnych uwag dotyczących ich funkcjonowania.
14-cn Mołn i nlsko- średnioto
wyse llTCw ystępuja r letjlkow
sjach ekrano "anej lub nic, ale t kże
nych v h Impcda ncjl
dardo nlk8H, P o prawej e kra-
4 i 8
Wszystkie przedstawione modele powstały przy użyciu kompletu
powinien posługiwać się konstruktor zespołów głośnikowych - programów symulacyjnych, pomiarów, a także prób odsłuchowych. Wszystkie modele mogą pracować zarówno w systemach wielokanałowych, jak i z dużą wiernością odtwarzać muzykę w tradycyjnych systemach stereofonicznych.
Prezentację zestawów rozpoczniemy od krótkiego wprowadzenia w świat dźwięku dookólnego.
Dolby Digital
Przystępne cenowo głośnikowe
ne są do użytkowników nie znających warunków, jakie powinny spełniać nowoczesne instalacje tego typu. W związku z tym, wiele cech konstrukcyjnych, podawanych przez producentów nie odpowiada tym warunkom, ale popularnym wyobrażeniom o parametrach kolumn wysokiej klasy. Najczęściej więc zespoły przednie (lewy i prawy) są efektowne, duże, wielodrożne, natomiast zespoły tylne -
z najtańszych przetworników, odpowiadające niewygórowanym wymaganiom starego systemu DolbyP-roLogic, a nie cyfrowego DolbyDi-gital czy DTS. Wypada przypo-
mnieć, że obowiązujący dzisiaj standard DolbyDigital wymaga, aby w każdym kanale działały zespoły
0 zbliżonej mocy i podobnym, szerokim paśmie. Wyeksponowanie roli głośników przednich - lewego
1 prawego - może być uzasadnione ich znaczeniem przy stereofonicznym odsłuchu, jednak jeśli system działać ma dobrze również w ramach kina domowego, dodatkowe głośniki nie mogą być potraktowa-
THX
Obok wymagań DolbyDigital, znawcom kina domowego znany jest certyfikat THX. Określa on pewne cechy konstrukcyjne urządzeń, a przede wszystkim właśnie zespołów głośnikowych, które służyć mają wytworzeniu dość specyficznego pola dźwiękowego. Cechy te jednak w pewnym stopniu stoją w sprzeczności wobec wymagań, jakie stawia się zespołom głośnikowym odtwarzającym muzykę -głośniki przednie powinny mieć (według zaleceń THX) wąskie charakterystyki kierunkowe w płaszczyźnie pionowej, aby zminimalizować odbicia i zapewnić "precyzyjną" przednią scenę dźwiękową kosztem naturalnej swobody, co wynika z pewnego udziału fal odbitych. Natomiast głośniki tylne -w przypadku THX ustawione po bokach - wręcz przeciwnie, nie powinny być przez słuchacza lokalizowane, lecz pracować nad wytworzeniem jak największej liczby odbić. Bardzo wąskie charakterystyki kierunkowe (polecane przez THX głośnikom przednim) są więc najlepsze w działaniu tylko systemu stereofonicznego, natomiast charakterystyki wymagane przez THX od głośników bocznych prowadzą do skonstruowania dipoli - wyspecjalizowanych układów o bardzo nietypowym układzie głośników, które zupełnie nie nadają się do odtwarzania muzyki w tradycyjnych parach stereofonicznych.
Dlatego przy opracowywaniu naszych konstrukcji, mających charakteryzować się dużą uniwersalnością, nie braliśmy pod uwagę norm THX.
Spójność brzmienia
Zespoły głośnikowe wysokiej klasy systemów wielokanałowych powinny być dopasowane nie tyl-
Elektronika Praktyczna 1/2001
AKT - akustyczny teatr
brzmieniem. Brzmienie zespołu głośnikowego wynika oczywiście w wielkiej mierze z rodzaju zasto-sowanych w nim głośników. Najlepiej więc, gdy we wszystkich współpracujących ze sobą konstrukcjach zastosowane są głośniki tego samego typu lub przynajmniej bardzo podobne - pochodzące z jednej serii wybranego producen-
konane z tego samego materiału (dodatkowym atutem jest również estetyczny, ujednolicony wygląd). Rolą konstruktora zespołów głośnikowych do kina domowego jest zarówno prawidłowy dobór głośników, jak i właściwe ich wyko-rzystanie, konsekwentnie utrzymujące określony rodzaj charakterystyk brzmieniowych. Ma na to bowiem wpływ również układ elektryczny - rodzaj stosowanych filtrów, wybrane częstotliwości podziału, jak i obudowa - szerokość przedniej ścianki w wielkiej mierze decyduje choćby o charakterystykach kierunkowych.
Charakterystyki kierunkowe
Wspomnieliśmy już o charakterystykach kierunkowych - chodziło o charakterystyki w płaszczyźnie pionowej, czyli stopień rozpraszania dźwięku poniżej i powyżej osi głównej (znajdującej się zwykle na osi głośnika wysoko ton owego). W ramach różnych koncepcji akustycznych kina domowego korzystne
jest
szkadza
y
jedn odsłuchu
muzyki), aby charakterystyki kierunkowe w płaszczyźnie poziomej były jak najszersze - aby zespoły głośnikowe brzmiały podobnie, od-słuchiwane "na wprost", jak i pod dużym kątem z boku. Jest to cecha mająca w kinie domowym znacznie większe znaczenie, niż przy stereofonicznym odsłuchu muzyki. Po pierwsze, muzyki zwykle słucha się indywidualnie, zasiadając w wygodnym fotelu, w dobrze wybranym miejscu, z głośnikami skierowanymi tak, aby właśnie w nim brzmienie było najlepsze. Z kina domowego znacznie częściej korzysta się rodzinnie i z przyjaciółmi, więc trzeba zapewnić znacznie szersze pole dobrych efektów brzmieniowych. Po drugie, zespołów głośnikowych wykorzystywanych w kinie domowym najczęściej - z powodów ograniczeń miejsca -nie ustawia się tak, aby osie główne biegły w stronę miejsca odsłuchowego, lecz ustawia "normalnie", z osiami głównymi biegnącymi równolegle do bocznych ścian, a więc wyraźnie z boku słuchacza znajdującego się w centrum.
Wąskie obudowy
Szerokim charakterystykom kierunkowym dobrze służą zarówno małe średnice głośników, jak i małe szerokości obudów. Gdy obudowa staje się bardzo wąska - tak właśnie jak w naszych projektach (13cm), podobną charakterystykę
(z wyraźnym spadkiem tylko na
TC14WG (SG)69-08 TC14WG (SG)69-04 TC20TD (SD)05-06
Impedancia znamionowa [n] 8 4 6
Rezystacja cewki drgającej [n] 5,6 3,1 4,2
Mocznamionowa(IEC268-5) [W] 40 40 90
Moc impulsowa (IEC 268-5) [W] 110 110 800
Efektywność (2,83V/1m) [dB] 86 87 90
Częstotliwość rezonansowa fs [Hz] 53 52 1400
Objętość ekwiwalentnaVas [dni5] 10,5 10,5
Dobroć mechaniczna Oms 2,73 2,79 3,1
Dobroć elektryczna Oes 0,53 0,44 1,76
Dobroć całkowita Ots 0,45 0,38 1,12
Współczynnik siłyBI [Tm] 5,2 4,3 2,0
0,68 0,45 b d
Średnica cewki drgającej [mm] 25 20
Wysokość cewki drgającej [mm] 10 10 1,3
Wysokość szczeliny [mm] 4 4 2
Powierzchnia membrany [cm!] 80 80 4,4
Masadrgająca[g] 7,8 8,1 0,2
mm tekstylna ko pul ka wysoko to-*a serii TC występuje w dwóch sjach - TC20TD05 i TC20SD05 -i ekranowaniem magnetycznym dla drugiej.
tycznego) można uzyskać nawet pod kątem 45�, a w zakresie do 30� (w jakim standardowo bada się charakterystyki) ich zbieżność jest doskonała. Oznacza to w praktyce, że z kolumn takich słyszymy nie-
wówczas, gdy pozornie promieniu-ją w zupełnie innym kierunku.
Równocześnie wąskie obudowy stają się mniej kłopotliwe wizu-
ustawić. Bardzo wąskie obudowy wyglądają dobrze również w bezpośrednim sąsiedztwie dużego telewizora i są odpowiednie w wolnostojących zespołach efektowych. Natomiast w przypadku centralnego zespołu głośnikowego, najczęściej ustawianego w pozycji pozio-
cza niewielką wysokość obudowy, łatwej dzięki temu do zainstalo-
a tele
e lub
afc
sprz
Ekranowanie magnetyczne
Niektóre zespoły głośnikowe -na pewno zespół centralny, ewentualnie zespoły główne - jeśli mają stać blisko ekranu telewizora, mu-
Ekranowanie zespołów głośnikowych uzyskuje się poprzez ekranowanie samych głośników, z których są zbudowane. Ekranowanie może być lepsze lub gorsze -w zależności od stopnia, w jakim zredukowane zostaje pole rozpraszane. Od strony konstrukcyjnej ekranowanie może być tzw. częściowe lub pełne. Pierwsze polega na przyklejeniu do tyłu układu magnetycznego pierścienia ferrytowego (zwykle mniejszego), swoimi biegunami odwrotnie skierowanym, drugie na dodatkowym założeniu
Elektronika Praktyczna 1/2001
stalowej puszki. Doklejenie pierścienia, a także założenie puszki, to modyfikacje, które |
dzielnie (o ile zdobędzie się potrzebne elementy), uzyskując być może wystarczające w danych warunkach rezultaty, aL
jest spotykane tylko w produktach firmowych, gdyż wymaga jeszcze powiększenia średnicy górnej płyty układu magnetycznego, tak aby jej obwód był równy obwodowi puszki.
Tylko 8H
Chociaż większość nowoczesnych bez problemu daje sobie radę z obciążeniem 4Lł, to wśród
lokanałowych zespoły głośnikowe 4Lł często wywołują panikę. Większość producentów tego typu
6 omów. Jednocześnie, współczesne amplituneiy wielokanałowe, choć ograniczone pod tym względem, dysponują jednak - nawet w najtańszych modelach - mocą znamionową co najmniej 50 watów (przy 8Lł) w każdym kanale. Jeśli projektujemy zespoły głośnikowe o podobnej mocy, nie ma żadnego powodu, aby 4Lł impe-
wzmacniacze do oddawania większego prądu. Specyfika konstrukcji filmowych wzmacniaczy wielokanałowych stwarza pewien problem przy wyborze na rynku odpowiednich zespołów głośniko-
. Ś gdyż
nim, zwłaszcza wśród modeli wyższej klasy, konstrukcje 4Lł. Projektując system głośnikowy od
podstaw, możemy wymaganie wyższej impedancji łatwo uwzględnić.
Vifa TC
Duńska firma Vifa jest producentem wysokiej jakości głośników (tylko głośników, a nie zespołów głośnikowych). Bardzo blisko kooperując z inną duńską
z ekskluzywnych, hi-endowych głośników, Vifa jest zdolna do tworzenia bardzo innowacyjnych projektów (hitami ostatniego sezonu jest pierścieniowy głośnik wy-sokotonowy, zdolny do pracy od 2 do 50kHz, a także 18cm głośnik nisko-średni o tonowy z membraną z włókien drzewnych), jak również, dzięki swojemu potencjało-
AKT - akustyczny teatr
rodują, nie ściągają strumienia magnetycznego. Metoda wtryskowa pozwala uzyskiwać dowolne kształty i projektować drobne detale, podnoszące estetykę. Kosze głośników TC mają wąskie, opły-
przepływu powietrza od tylnej strony membrany, a wykonanie zewnętrznego pierścienia głośników nisko-średni o tonowych nie wymaga podfrezowań w przedniej ściance zespołu głośnikowego (pozwala to uprościć wykonanie obudów). Głośniki mają ujednolicone wzornictwo, co podnosi estetykę każdej konstrukcji na nich opartej, jak i całego systemu. Dostępne są wersje głośników nisko-śred-niotonowych z pościnanymi ko-
szerokość obudów.
Wszystkie głośniki nisko-śred-
lozowe powlekane, z nacięciami NRSC redukującymi rezonanse powstające między cewką a górnym
z gumy o niskiej stratności, aby nie tłumiły mikroimpulsów. Układy magnetyczne są wentylowane. Każdy głośnik nisko-średni o tonowy występuje w wariantach 4 i 8Li, co pozwala projektować konstrukcje z jednym lub dwoma głośnikami nisko-średni o tonowymi, zachowując impedancję zna-
Każdy model dostępny jest również w wersji ekranowanej
z dodatkowym pierścieniem i puszką). Z głośnikami TC można więc tworzyć wiele różnych, ale dobrze uzupełniających się konstrukcji.
14 i 20
Zaprojektowaliśmy pięć podstawowych modeli (występujących w różnych wariantach), używając głównie dwóch typów głośników (14cm nisko-średniotonowy i 20mm kopułka tekstylna) w różnych wariantach impedancji i ekranowania. Głośnik kalibru 14cm, dzięki umiarkowanej średnicy membrany, cechuje się nie tylko dobrą liniowością charakte-
głównej, ale także dobrymi charaktery stykami kierunkowymi w całym zakresie średnich częs-
Klasyczny układ głośnika centralne-- głośnik wysokotonowy między p ^ nisko-średnio to nowych. AKT Center charakteryzuje się wyjątkowo niską obudową (13-cm), która powin-nieścić się na każdej polce pod lub
nych głośników przy niskich kosz-
atrakcyjnych cenach.
W serii głośników TC znajduje się kilka modeli głośników nisko-średniotonowych i wysokotono-wych, które mogą znaleźć zastosowanie w konstrukcjach spełniających przedstawione wcześniej
Głośniki serii TC mają kosze polimerowe, wzmacniane włóknem szklanym. Jest to technologia tańsza niż w przypadku koszy odlewanych, ale też nowocześniejsza niż w przypadku koszy wytłaczanych z blachy - kosze polimerowe mają wysokie tłumienie drgań wewnętrznych, nie ko-
Elektronika Praktyczna 1/2001
AKT - akustyczny teatr
130
"CENTRALNY" SKALA 1:5 1SZT.
Rys. 4. Projekt obudowy AKT Center.
totliwości. Pozwala to określić wyższe częstotliwości podziału, i zastosować kopułkę wysokoto-nową mniejszą od standardowych 25mm, dzięki czemu uzyskujemy również lepsze charakterystyki kierunkowe w zakresie wysokich częstotliwości. Same obudowy zostały zunifikowane w wielu wymiarach - wszystkie mają szerokość 13cm.
Kino domowe w pięciu aktach
Wśród pięciu modeli jest jedna klasyczna konstrukcja głośnika centralnego - AKT Center, który może być stosowany również na wszystkich innych pozycjach systemu, tworząc doskonale zharmonizowany zestaw. Jednak na pozycji innej niż centralna nie musi być ekranowany magnetycznie -zbudowany jest wówczas z tych samych nieekranowanych głośników i nosi symbol AKT Center M.
Najmniejszy model w rodzinie to AKT Monitor - przeznaczony przede wszystkim do roli zespołu tylnego, ale mogący również samodzielnie tworzyć kompletny, kompaktowy w wymiarach system, występując w roli centralnego w wersji ekranowanej, jako AKT Monitor E.
AKT 1 to układ głośników z AKT Monitor, ale w większej obudowie wolnostojącej, proponowany jako zestaw główny i tylny, podczas gdy w centrum wystąpi AKT Monitor E, ewentualnie tylko jako zestaw główny z Monitorem z tyłu i w centrum, albo tylko jako zestaw tylny, podczas gdy jako centralny stosowany będzie AKT Center, a jako zespoły główne - AKT 2 lub AKT 3.
AKT 2 to z kolei zespół wolnostojący o podobnym potencjale, jak AKT Center - cztery AKT 2 i jeden AKT Center stworzyć
85
ao
75
m70
Śo *
-i 65
.*
Jj
�60 55
50
45 10
mogą świetnie zgrany system, ewentualnie z tyłu można użyć mniejszych AKT 1 lub AKT Monitor.
Najbardziej rozwinięty konstrukcyjnie jest trójdrożny AKT 3. Dla niego partnerami z tyłu również mogą być AKT 1, AKT 2 lub AKT Monitor 1.
AKT Center
Zespoły głośnikowe przeznaczone do roli centralnych mają najczęściej konfiguracje głośników zbliżone do symetrycznych - tzn. z głośnikiem wysokotonowym pomiędzy dwoma głośnikami nisko-średniotonowymi, w ustawieniu poziomym. Ustawienie poziome nie jest dyktowane walorami akustycznymi, a tylko wygodą ulokowania zespołu na telewizorze lub na półce szafki. Ustawienie głośników w osi poziomej daje w rezultacie gorsze charakterystyki kierunkowe w płaszczyźnie poziomej niż w płaszczyźnie pionowej, odwrotnie niż w przypadku typowych zespołów głośnikowych z pionową konfiguracją głośników. Aby uzyskać najlepsze możliwe charakterystyki kierunkowe przy konfiguracji symetrycznej, należy głośniki nisko-średniotonowe jak najbardziej zbliżyć do siebie. Dzięki nasunięciu koszy głośników nisko-średniotonowych na zagłębioną w wyfrezowaniu obudowę kopułki wysoko tonowej, możliwe było zbliżenie ich do siebie na odległość 21cm.
Obudowa (rys. 2) została wewnątrz podzielona na dwie części ukośną przegrodą. Usztywnia ona konstrukcję i redukuje zjawisko
.A
S J
ł

/
J
af
100
1000 Częstotliwość w Hz
Rys. 2. AKT Center - charakterystyka przetwarzania.
10000
100000
14
Elektronika Praktyczna 1/2001
AKT - akustyczny teatr
spl
Rys. 3. AKT Center - charakterystyki przetwarzania w zakresie średnio-wysokotonowym zmierzone pod różnymi kątami.
powstawania fal stojących między równoległymi ściankami. Każda 3,5-litrowa komora zamyka jeden 14-cm głośnik, który w wersji 4Q osiąga w tej objętości dobroć Qtc na poziomie 0,7. Charakterystyka przetwarzania wykazuje spadek -6dB przy ok. 75Hz (rys. 3). Nie jest to więc obudowa zdolna do odtwarzania niskiego basu, jednak w ramach systemów przekierowu-jących najniższe częstotliwości do subwoofera (poniżej 80Hz według Dolby Digital) możliwości AKT Center są wystarczające. Podobne wnioski wyciągnąć można analizując charakterystykę wytrzymałości (symulacja w programie Box-calc, tutaj nie pokazana) - bez przeciążenia można do AKT Cen-
ter dostarczyć w pełnym paśmie moc do 60W, a w paśmie powyżej 80Hz - do 80W.
W całym paśmie przetwarzanym przez Center równomierność charakterystyki przetwarzania utrzymuje się granicach ą3dB, a gdyby nie lokalne obniżenie przy ok. 500Hz, uzyskalibyśmy nawet ą2dB (rys. 2). Rodzina charakterystyk w zakresie średnio-wysokotonowym pokazuje działanie Center na osi głównej (najwyższa) oraz pod kątami 15�, 22� i 30� w płaszczyźnie poziomej (odpowiednie charakterystyki na lewo i prawo są bliźniacze, ze względu na symetrię układu). Dzięki pierwotnemu (na osi głównej) lekkiemu wyeksponowaniu
NS2
Rys. 5. Schemat zwrotnicy AKT Center.
charakterystyki w zakresie 2..5kHz, występujące pod kątem 15� osłabienie tego zakresu nie powoduje wyjścia charakterystyki poza granice ą3dB. Pod kątem 22� osłabienie się powiększa, ale jeszcze nie tworzy "dziury" na charakterystyce. Następuje to dopiero pod kątem 30� - należy przyjąć, że uczestniczące w seansach VIP-y nie powinny znajdować się poza obszarem wyznaczonym przez kąt ą22� względem osi głównej. Andrzej Kisiel, Audio
WYKAZ ELEMENTÓW
Zestaw centralny Rezystory
Rl: 3,30 R2: 6,80 Kondensatory
Cl, C2: 4,7n.F Różne LI: l,5mH L2: 0,33mH
Elektronika Praktyczna 1/2001
15
MINIPROJEKTY
Wspólną cechą układów opisywanych w dziale "Miniprojekty" jest łatwość ich praktyczne] realizacji, Zmontowanie układu nie zabiera zwykle więcej niż dwa, trzy kwadranse, a z jego uruchomieniem można poradzić sobie w ciągu kilkunastu minut, "Miniprojekty" mogą być układami stosunkowo skomplikowanymi funkcjonainie, iecz prostymi w montażu i uruchamianiu, gdyż ich złożoność i inteiigencja jest zawarta w układach scaionych, Wszystkie projekty opisywane w tej rubryce są wykonywane i badane w iaboratorium AVT, Większość z nich wchodzi do oferty kitów AVT jako wyodrębniona seria '"Miniprojekty" o numeracji zaczynającej się od 1000,
Wzmacniacz do aktywnej kolumny
Rozmiary tego projektu
nie kwalifikują go wprost
do Miniprojektów, ale ze
względu na łatwość
wykonania (montaż
zabiera ok. 20 minut)
i uruchomienia
postanowiliśmy tematu
nie rozwijać do
rozmiarów "prawdziwego"
projektu. Wykonane przez
nas urządzenie doskonale
nadaje się do stosowania
w mulńmedialnych
zestawach głośnikowych.
Schemat elektryczny wzmacniacza przedstawiono na rys. 1. Rolę wzmacniacza mocy spełnia układ U3 w klasycznej aplikacji. Układ ten integruje dwa kanały wzmocnienia z wyjściami mostkowymi i dostarcza po ok. 20W w każdym kanale.
Sygnał wejściowy audio poddawany jest filtracji polegającej na wydzieleniu składowych o częstotliwości poniżej i powyżej 5kHz i zasilaniu tak podzielonym sygnałem wejść wzmacniacza. Aktywny filtr dolno-
są zasilane napięciem asymetrycznym niezbędne było wykonanie generatora napięcia referencyjnego
Rys. 1.
przepustowy wykonano na układzie UlC, filtr górnoprzepusto-wy na układzie UlD. Poziomy filtrowanych sygnałów podawane na wejścia końcówek mocy można ustalić za pomocą potencjometrów RNl i RN3. Na wejściu wzmacniacza znajduje się wtórnik napięciowy wykonany na układzie UlA, który dzięki niskiej impe-dancji wyjściowej stwarza dogodne warunki pracy dla filtrów. Ponieważ filtry
U3
?
0 9 9 f 9
i_n Q m Q
1 1 1 1
? TRRFO
Rys. 2.
Elektronika Praktyczna 1/2001
75
MINIPROJEKTY
(sztuczną masę) z układem UlB. Napięcie na wyjściu tego układu jest równe ok. 0,5 napięcia zasilania (typowo ok. 6V). Filtr jest zasilany napięciem stabilizowanym z wyjścia U2, a końcówka mocy napięciem niestabili-zowanym z kondensatora Cl 7. Zmienne napięcie z transformatora jest prostowane przez mostek Graetz a zbudowany z diod D5..8. Transformator zasilający powinien mieć moc ok. 50W i napięcie na uzwojeniu wtórnym pod obciążeniem ok. 12..14V. Maksymalne napięcie zasilania układu U3 nie powinno mieć wartości większej niż 18V.
Dla wzmacniacza zaprojektowano płytkę drukowaną, której schemat montażowy jest widoczny na rys. 2.
Do układu U3 należy przykręcić radiator (najlepiej z walcowanego aluminium). Regulacja układu sprowadza się do ustawienia takiego położenia suwaka RN2, żeby wzmacniacz pracował w obszarze liniowym (bez zniekształceń) i takiemu dobraniu położenia suwaków RNl i RN3, aby barwa odtwarzanego dźwięku była adekwatna do wymagań użytkownika. Zamiast potencjometrów RNl..3 lutowanych w płytkę można zastosować standardowe potencjometry z ośką wyprowadzone na obudowę wzmacniacza. Wtedy RN2 będzie spełniał rolę regulatora głośności, RNl regulator natężenia tonów wysokich, a RN3 niskich. AG
WYKAZ ELEMENTÓW Rezystory
Rl, R7..R9, R11..R13: lkQ
R2: 1MQ
R3, R14: 3kQ
R4, R15: 4,3kQ
R5, R6: 3,ókQ
RIO: 15kQ
R16: l,5kQ
R17: 7,5kQ
R18, R19: 10kQ
R20, R21: 0,12Q
RN1..RN3: 10kQ - PR leżqce
miniaturowe
Kondensatory
Cl, C7: 4,7(iF unipolarne
C2: 680pF
C3: 18nF
C4: 33nF
C5: 12nF
Có: 6,8nF
Płytka drukowana wraz z kompletem elementów jest dostępna w AVT - oznaczenie AYT-1296.
C8: 3,3nF
C9: l(iF unipolarny
CIO: 2,2^F unipolarny
Cli: lnF
C12: 470nF
C13..C16: 15nF
C17, C19, C20: 4700^F/25V
C18: lOOnF
C21, C23: 10^F/25V
C22: 220^F/25V
Półprzewodniki
Ul: LM324
U2: 7812
U3: TDA1552
Dl, D2: 1N4148
D3: 1N4001
D5, D6, D7, D8: 1N5403
Różne
ARK2 3szt.
Wzory płytek drukowanych w formacie PDF są dostępne wlnterne-cie pod adresem: http://www.ep.-com.pl/pcb.html oraz na płycie CD-EP0112001 w katalogu PCB.
Elektronika Praktyczna 1/2001
MINIPROJEKTY
Mini iluminofonia na diodach LED
Do zaprojektowania
" kieszo nko wej "
iluminofonii zostałem
zain spiro wa ny
w momencie
przeglądania
najnowszego katalogu
firmy KINGBRIGHT.
Znalazłem tam bardzo
ciekawe i interesująco
wyglądające elementy:
małe reflektorki
zbudowane z diod LED
ó BLO-104. W każdym
takim reflektor ku,
elegancko obudowanym
i wyposażonym
w uch wyty
przeznaczone do
zamontowania go na
jakiejś płaskiej
powierzchni, producent
umieścił zestaw diod
LED złożony z diod
o trzech barwach
podstawowych RGB.
Mamy tam zatem cztery diody czerwone, osiem diod zielnych i aż dziewięć diod niebieskich. Takie zróżnicowanie ilości zastosowanych elementów świecących spowodowane jest różną intensywnością emisji diod w każdym z kolorów, a także nierównomierną charakterystyką oka ludzkiego, reagującego z różną czułością na różne barwy. Reflektorek wyglądał wyjątkowo efektownie, szczególnie po włączeniu wszystkich diod, ale początkowo nie bardzo wiedziałem jakie znaleźć dla niego zastosowanie. Dopiero po pewnym czasie wpadłem na pomysł zbudowania interesującej zabaweczki: submi-niaturowego urządzenia ilu-m ino fonicznego, mogącego być np. ciekawym dodatkiem do komputerowego systemu głośników.
Opis działania układu
Schemat elektryczny iluminofonii pokazano na rys. 1. Aby zrównoważyć relatywnie wysoki koszt zakupu "ledowego" reflektorka, układ sterującej nim elektroniki został zaprojektowany wyjątkowo oszczędnie, z wykorzystaniem zaledwie jednego układu scalonego: po-
czwornego wzmacniacza operacyjnego typu LM324. Urządzenie jest układem całkowicie autonomicznym, posiada bowiem wbudowany mikrofon i nie wymaga dołączania jakichkolwiek przewodów do instalacji nagłaśniającej.
Pierwszy z czterech wzmacniaczy operacyjnych zawartych w strukturze układu LM324 pracuje jako wstępny wzmacniacz mikrofonowy. Z elementami, których wartość została podana na schemacie czułość tego wzmacniacza jest rewelacyjnie wysoka. Układ reaguje nawet na bardzo słabe dźwięki, a nawet w tej chwili, kiedy piszę te słowa, diody LED migają w takt uderzeń w klawisze.
Sygnał akustyczny
wzmocniony w układzie IC1B zostaje następnie skierowany do trzech filtrów zbudowanych w oparciu
0 wzmacniacze IC1A, IC1C
1 IC1D. W filtrach tych sygnał zostaje rozdzielony na częstotliwości niskie (filtr z IC1D), wysokie (filtr z IC1C) i średnie. Do wyjść filtrów dołączone są proste układy detekcyjne, każdy zbudowany na dwóch diodach i kondensatorze.
Elementami wykonawczymi układu są trzy tranzystory typu BC548, sterujące bezpośrednio diodami LED dołączonymi do złącza CON2.
Montaż i uruchomienie
Na rys. 2 pokazano rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej, wykonanej na laminacie jednostron-
76
Elektronika Praktyczna 1/2001
MINIPROJEKTY
Rys. 1.
nym. Montaż wykonujemy typowo, rozpoczynając od wlutowania w płytkę rezystorów i podstawki pod układ scalony, a kończąc na tranzystorach i kondensatorach elektrolitycznych. Mikrofon pojemnościowy możemy przylutować bezpośrednio do płytki, wykorzystując w tym celu odcinki srebrz anki, lub zamocować w pewnej odległości od reszty układu, łącząc go za pomocą odcinka ekranowanego przewodu. Jako łącze CON2 najlepiej zastosować szereg 4 goldpinów, idealnie pasujący do wtyku w jaki jest wyposażony reflektorek z diod LED.
Układ zmontowany ze sprawdzonych elementów nie wymaga jakiejkolwiek reguła-
cji i powinien działać od razu poprawnie.
Jak już wspomniałem, układ charakteryzuje się bardzo wysoką czułością, która podczas słuchania głośnej muzyki czasami przestaje być
zaletą. Czułość układu możemy zmniejszyć na rozmaite sposoby, zmieniając wartość sprzężenia zwrotnego wzmacniacza IClB lub wstawiając potencjometry przed każdym z filtrów.
GREEN
r a w: r

MODUŁ KNGBHIGHT BUD-104
Rys. 2.
Jest oczywiste, że opisany układ może także współpracować z dowolnym zestawem diod LED, a nie tylko ze stosunkowo kosztownym modułem BLO104. Andrzej Gawryluk, AVT
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl: 220kQ
R2, R4, R7, RIO, R12, R15,
R16, R18, R19, R21, R22:
10kQ
R3, R9, Rl 1, R24: lktł
R5, R6, R8: 100kQ
R13: 22kQ
R17, R20, R23: 220Q
Kondensatory
C1..C3: 220nF
C4, C9..C11: 470nF
C5, C7: 100^F/16V
Có, C8: lOOnF
C12, C15: 3,3nF
Cl3: 330pF
C14: ljif/16V
Cló, C17: 33nF
C18: 330nF
Półprzewodniki
D1..D6: 1N4148
IC1: LM324
T1..T3: BC548
Różne
CON1: ARK2 (3,5mm)
CON2: 4xgoldpin
Ml: mikrofon elektretowy
Moduf BLO-104 nie wchodzi
w skład kitu inaieży nabyć
go osobno.
Płytka drukowana wraz z kompletem elementów jest dostępna w AVT - oznaczenie AVT-1294.
Wzory płytek drukowanych w formacie PDF są dostępne wlnterne-cie pod adresem: http://www.ep.-com.pl/pcb.html oraz na płycie CD-EP0112001 w katalogu PCB.
Elektronika Praktyczna 1/2001
77
NOWE PODZESPOŁY
Cyfrowe termometry
DS1820 - układ firmy Dallas Semicon-ductor przeznaczony do zdalnych pomiarów temperatury za pośrednictwem zredukowanej, 1-przewodowej magistrali szeregowej doczekał się wreszcie swych następ-
Jest
L DALLAS
SEMICONDUCTOR
Zakres napięć Obudowy Zgodność programowa Rozdzielczość EEPROM
DS1820 5V SSOP-16, PR-35 > 9 bitów *
DS18S20 3 5,5V TO-92, SOIC-3 ZDS1320 > 9 bitów *
DS18B20 3 5,5V TO-92, SOIC-3, CSP ZDS1322 9 12 bitów *
DS1822 3 5,5V TO-92, SOIC-3, CSP ZDS13B20 9 12 bitów
Tak jak ich pierwowzór, trzy nowe układy: DS18S20, DS18B20 i DS1822 są termometrami cyfrowymi komunikującymi się poprzez magistralę 1-Wire. Ponieważ każdy egzemplarz zawiera unikalny numer seryjny, wiele takich układów może byc dołączonych do tej samej, 1-przewodowej magistrali. Umożliwia to umieszczanie czujników temperatury w wielu różnych miejscach i ich łatwą, niezawodną obsługę. Energię zasilania, potrzebną do odczytów, zapisów i przetwarzania temperatury, układy te mogą pobierać z linii danych, bez potrzeby użycia zewnętrznego źródła zasilania. Możliwy jest pomiar temperatury z zakresu -55..125�C, z dokładnością ą0,5�C (tylko w zakresie -1O..85�C], z wyjątkiem DS1822, który ma dokładność ą2�C.
Nowe układy odróżniają się jednak od DS1820 szerszym zakresem napięć zasilania (3..5,5V]. Są montowane w nowych, mniej-
szych obudowach: zredukowanej TO-9 2, 8-końcówkowej SOIC i ultraminiaturowej obudowie CSP (DS18B20 i DS1822].
DS18S20, poza szerszym zakresem napięć i mniejszymi obudowami, jest zgodny funkcjonalnie i programowo z DS18 20. DS18B20 ma nową własność: rozdzielczość ustalaną przez użytkownika w zakresie 9..12 bitów. Nie jest zgodny programowo z DS1820. DS18 2 2 jest uproszczoną, tańszą wersją DS18B20, o mniejszej dokładności i bez pamięci EEPROM do nieulotnego przechowywania nastaw progów alarmowych wysokiej i niskiej temperatury.
www. dalssmi. comfdatash ss ts/pdfs/13s20 .p df www. dalssmi. com /datash ss isfp dfs/13b20 .p df www.dalssmi.coni/daiashssis/pdfs/1322.pdf Przedstawicielami Dallasa w Polsce są firmy; Soyisr (isl. {0-22} 835-30-04) oraz WG-Elscironics {tsl. {0-22} 621-77-04).
DS1822 MEMORYAND
CONTT , IOLLDGIC
DQ----------- * TEMPERATURĘ
INTEHNALAfcD 64-BITROM AND SCRATCHPAD 1 SENSOR
HIGH TEMPERATURĘ
ą 1-WIREPORT TTtlQQERp TU
ą = , 1 L i
POWER 6UPPLY LOW TEMPERATURĘ TRIGGERPTH
V n
Rvs. 1, SENSE B-BITCRC GENERATOR CONFIGURATION REGISTER

Scalona przetwornica
Jest
W laboratoriach International Rectifier powstał scalony układ steru ją co-wyko naw czy IR4007 do przetwornic impulsowych, przystosowany do bezpośredniego zasilania z sieci energetycznej. W obudowie TO220/262 (z pięcioma wyprowadzeniami] zintegrowano wszys-
IGR
tkie elementy przetwornicy wraz z wysokonapięciowym tranzystorem wykonawczym o bardzo małej rezystancji kanału. W zależności od wersji układu, maksymalna moc przetwornicy mieści się w granicach 15..100W, przy zasilaniu napięciem do 200V. Wkrótce powinny pojawić się układy przystosowane do zasilania napięciami o wartości do 800V.
hiip tffwww.irf.com fproduci-infofdaias-hssi sfda iafir40 O7.pdf
Przedstawicielami IRF w Polsce są firmy; Dacpol {isl. {0-22} 757-07-13}, Fuiurs {isl. {0-22} 613-92-02} i Sposrls {isl. {0-71} 646-52-27}.
Elektronika Praktyczna 1/2001
83
NOWE PODZESPOŁY
Poczwórny klucz prądowy USB
Jest
W układach MIC2027/2077 zintegrowano po cztery klucze prądowe wykonane na tranzystorach MOS FET o rezystancji włą-
czonego kanału wynoszącej 140mQ. Układy wyposażono w układ miękkiego startu oraz szereg zabezpieczeń, które zapobiegają uszkodzeniu struktury w wyniku przetężenia, wzrostu temperatury oraz obniżenia się lub wzrostu napięcia zasilającego poza dopuszczalny przedział wartości. Zadziałanie któregoś z systemów zabezpieczających jest sygnalizowane zmianą stanu logicznego na odpowiednim wyjściu, które są niezależne dla każdego z kanałów. Bezpiecznik termiczny wbudowany we układ MIC2077 wyposażono w przerzutnik, który podtrzymuje działanie bez-
UJ J L1
piecznika do momentu odłączenia obciążenia lub skasowania stanu alarmowego poprzez zmianę poziomu logicznego na wejściu ENAx uruchamiającym klucz prądowy.
Układy MIC2027/2077 są dostępne w obudowach SOP/SSOP16. Obydwa układy są kompatybilne z dotychczas często stosowanymi układami MIC2524 oraz MIC2527, które wykreowały standard przemysłowy. Standardowy zakres temperatur pracy mieście się w przedziale -4O.. + 85�C.
ii ttp ://www .m i crel. c om /_PDF/m ic2027 .p df Przedstawicielem Micrsla w Polsce jest firma Fuiure (iel {0-22} 813-92-02}.
Potencjometry cyfrowe
Microchip wykonał kolejny krok w stronę rozszerzenia oferty produkowanych układów analogowych. Najnowszymi układami tej firmy są cyfrowo sterowane
SHDN
caQ>
SCKQ>
Rys. 2.
Logika łterujaca k

4
IS-błtowy przesuwny h
1 80
Rajestr suwaka
potencjometry rodziny MCP4xxxx. W jej skład wchodzą potencjometry pojedyncze i podwójne. W obydwu wersjach układów rozdzielczość nastaw jest 8-bitowa, rezystancje potencjometrów wynoszą 25/50 lub l00kQ, a charakterystyki są liniowe. Charakterystyka częstotliwościowa wszystkich potencjometrów jest Ś| |PBO płaska, a spadek 3dB występuje przy częstotliwości ok. lMHz.
Wbudowany w podwójne potencjometry MCP42xxx interfejs SPI (do lOMHz] pozwala łączyć potencjometry ^-||KYTO szeregowo w łańcuch, a dzięki dodatkowemu wyprowadzeniu SHDN można te układy "wyłączyć", co pozwala ogra-rezyatoniw^~Q^M niczyc pobór pobieranego prądu.
Układy MPC4xxxx w statycznym trybie pracy pobierają zaledwie l|xA prądu, a podczas pracy ok. 340..500|xA. Dopuszczalny zakres napięcia zasilania
Matryca
ą-\ |pwi
MlCROCHIP
wynosi 2,7..5,5V. Zakres temperatury pracy mieści się w przedziale -4O..+85�C. Pojedyncze potencjometry MCP41xxx są dostępne w obudowach DIP/SOIC8, a podwójne MCP42xxx w obudowach DIP/SOIC/ TSSOP14.
h ttp; ffwww. mi ero chi p. c om /do wnl o ad /Ii t! p lin e fan a I og/anicat eg!di gipot/mcp 4xxxx! 11195a.pdf
Przedstawicielami Microchipa w Polsce są firmy; EIbaiex (iel {0-22} 383-22-73}, Fuiure (tel. {0-22} 813-92-02} i Gamma {tel. {0-22} 883-33-78}.
Ultraszybkie wzmacniacze operacyjne
Jest
Micrel rozszerzył swoją ofertę o dwa szybkie, miniaturowe wzmacniacze operacyjne
MIC915 (pojedynczy] i MIC916 (podwójny].
Obydwa układy są dostępne w obudowach SOT23 z pięcioma wyprowadzeniami. Dopuszczalny zakres napięć zasi-lan ia to
ą2,5..ą9V, maksymalny pobierany przez układy p rąd nie przekracza 2,4mA, pole wzmocnienia wynosi l35MHz, a szybkość narastania sygnału na wyjściu sięga 270V/lis. Cha-
uli ii
rakte rys tykę fazowo-częstotliwościową wzmacniacza zaprojektowano w taki sposób, że możliwe jest sterowanie obciążeń pojemnościowych, a przy wzmocnieniu jednostkowym wzmacniacz pracuje stabilnie.
Układy MIC915 są oferowane w obudowach MSOPlO, a MIC916 w obudowach QSOPl6.
hiip; l/www .m i crel. com f_P DF/mi c9l5.pdf hiip; l/www .m i crel. com f_P DF/mi c918.pdf Przedstawicielem Micrsla w Polsce jest firma Fuiure {iel. {0-22} 813-92-02}.
84
Elektronika Praktyczna 1/2001
NOWE PODZESPOŁY
Ultraszybki procesor '51
Dallas jest jedną z firm, która intensywnie inwestuje w rozwój mikrokontrolerów '51. Najnowszym opracowaniem tej firmy jest mikrokontroler DS89C4 20, który jest w pełni kompatybilny ze standardowymi mikrokon-trolerami 8052 innych producentów. W stosunku do opracowań konkurencyjnych, nowy procesor Dallasa ma kilka istotnych zalet:
- wbudowaną pamięć programu typu Flash o pojemności l6kB z dynamicznym jej przydzielaniem i możliwością programowania w systemie,
- wydajny rdzeń, który można taktować z częstotliwością do 50MHz, przy której czas trwania pojedynczego cyklu maszynowego wynosi 20ns,
- podwójny wskaźnik danych z automatyczną inkrementacją lub de-krementacją.
Wbudowane w procesor pozostałe moduły peryferyjne odpowiadają standardowemu wyposażeniu procesorów '52, w związku z czym nie będziemy ich szczegółowo omawiać.
Producent położył duży nacisk na umożliwienie zarządzania poborem energii, w związku z czym w mikrokontroler wbudowano w moduł Power Management Module, który wspiera działania programisty. Podczas pracy z pełną prędkością (50MHz]
CD
DALLAS
SEMICONDUCTOR
procesor pobiera ok. lOOmA.
Układy DS89C420 są dostępne w sześciu wersjach, różniących się typami obudowy (DIP40/PLCC44/TQFP44], każda w dwóch wariantach temperaturowych (0..+70�C lub -4O..+85�C].
http://www.dalsemi.com/daiasheeis/pdfs/ 39c420.pdf
Przedstawicielami Dallasa w Polsce są firmy; Soyter (iel. {0-22} 835-30-04} oraz WG-Electronics {iel. {0-22} 821-77-04}.
Transkoder RGB->PAL
Opracowany przez Analog Devices układ AD723 jest scalonym konwerterem sygnału obrazu zapisanego z postaci RGB z wydzielonymi liniami synchronizacji do sygnału CV w standardzie PAL/NTSC. Na wyjściu układu dostępne są sygnały C (kolor],
Jest
Rys. 3.
ANALOG DEVICES
Y (luminancja] oraz CV (kompozyt], dzięki czemu można zapisywać obraz z wyjścia transkodera na sprzęcie SVHS. W strukturze układu AD723 zintegrowano wszystkie elementy niezbędne do poprawnej pracy transkodera, w tym także linię opóźniającą oraz pułapkę luminancji wykonaną na zespole żyratorów analogowych. Obwody wyjściowe wyposażono w detektor dołączenia obciążenia, co pozwala ograniczyć pobór energii przez układ. Dodatkowe oszczędności energetyczne uzyskano także dzięki zastosowaniu aktywnych obciążeń wyjść.
Układ AD723 jest dostępny w obudowie TSSOP28 i może byc zasilany napię- ciem o wartości 2,7..5,5V. Zakres tempe- ratury pracy mieści się w przedziale -4O.. + 85�C.
h ttp ; / /w w w. analog, c om / p df / AD723_0.pdf
Przedstawicielami Analog Devices w Polsce są firmy; Alfine {iel. {0-81} 320-53-11} i Atest {iel. {0-32} 233-03-80}.
Elektronika Praktyczna 1/2001
85
NOWE PODZESPOŁY
Precyzyjny potencjometr cyfrowy
Jest
WiększoSć dotychczas dostępnych proten-cjometrów cyfrowych miało stosunkowo niewielkie rozdzielczoSci, sięgające 256 lub -w niewielu przypadkach - 512 pozycji. Analog Devices opracował układ scalony AD5235, w którym zintegrowano dwa niezależne potencjometry o rozdzielczoSci aż 1024 pozycji, każdy z własną nieułotną pamięcią EEPROM, w której przechowywane są bieżące nastawy "suwaków". Użytkownik ma ponadto do dyspozycji 30B pamięci EEPROM do dowolnego wykorzystania, która jest dostępna - podobnie jak rejestry nastaw suwaków po- es tencjometrów - poprzez interfejs cl szeregowy SPI. Sterowanie położeniem suwaków potencjomet- D rów ułatwia bogaty zestaw po- sd leceń, wSród których są dostępne m.in. INC/DEC 6dB, INC/DEC, także z możliwoScią wyboru zachowania się suwaka w skrajnych położeniach. Napięcie zasilania powinno mieScić się w przedziale 3..5V lub w przypadku zasilania symetrycznego -2,5/+2,5V.
Układy AD5235 są dostępne w obudowach TSSOP16, w dwóch wersjach rezystancyj-nych: 25 i 250kn. Zakres temperatury pracy mieSci się w przedziale -4O..+85�C.
ANALOG DEYICES
h 11 p : II w w w . a n a i o g . com/pdf/ AD5235_prd.pdf
Przedstawicielami Analog Devices w Polsce są firmy: Alfine (tel. (0-61) 820-58-11) i Atest (tel. (0-32) 238-03-60).
prO-
SERIAL INPUT
REGISTER
PWRON
PRESET
L
SPARE EEMEM
Rys. 4.
Uniwersalne transceivery szeregowe >|/|yjxiyi/l
Maxim WDrowadził do Drodukcii uniwer- ^" ^~ ' ^" ^^ ^r^^- B ^* ^7 I
Jest
CD
Maxim wprowadził do produkcji uniwersalne, wieloprotokołowe, programowane scalone transceivery szeregowe, które można konfigurować do pracy w trybach RS232 lub RS485/422. Układy te charakteryzują się dużą szybkoScią pracy (IMbd dla RS2 32
+3..5,5V
Rys. 5.
i lOMbd dla RS485), efektywną pompą ładunkową, która współpracuje z kondensatorami o pojemnoSci lOOnF oraz możliwoScią pracy w szerokim zakresie napięć zasilających (3..5,5V). Przełączenie wewnętrznej konfiguracji transcei-verów jest możliwe poprzez zmianę stanu logicznego na jednym z wejSć. Układy MAX3160 i MAX3161 mogą pracować jako 2TX/2RX w RS232 lub 1RX/ 1TX WRS485/422, przy czym istnieje możliwoSć sprzętowego okreSlenia czy transmisja poprzez RS485/422 ma być dupleksowa, czy też półduplekso-wa. Uproszczony schemat aplikacyjny uniwersalnego interfejsu z zastosowaniem prezentowanych układów przedstawiono na rys. 5.
http://pdfserv.maxim-ic.com/ arpdfl2318.pdf
Przedstawicielem Maxima w Polsce jest firma SE Spezial Electronic (tel. (0-95) 758-05-72).
86
Elektronika Praktyczna 1/2001
PODZESPOŁY
Rys. 1.
Pierwszymi elementami zabezpieczającymi urządzenia elektroniczne przed przepięciami były transile i tri-sile, których produkcję rozpoczęła ok. 1990 roku firma (wtedy) SGS-Thomson. Wkrótce na rynku pojawiły się elementy innych producentów, którzy opracowując własne półprzewodnikowe elementy zabezpieczające nadawali im oryginalne nazwy, podkreślające indywidualność opracowań. Jedną z takich firm jest amerykańska firma Teccor, która specjalizuje się w produkcji różnego typu diod, tyrystorów i elementów zabezpieczających, które noszą firmową, bardzo efektowną nazwę SIDACtor.
Co potrafi SIDACtor?
Statyczną charakterystykę prądowo-napięciową SIDACtora przedstawiono na rys. 1. Jak można zauwa-
50
0
Rys. 2.
tr td = czas narastania do Is = czas gaśnięcia do 0,5xls
I
\

"--

Zabezpieczanie sprzętu elektronicznego przed przepięciami
i przetężeniami jest jednym z problemów, jaki muszą
rozwiązywać konstruktorzy urządzeń elektronicznych. Szczególnie
dużą wagę przywiązują do zabezpieczeń tego typu projektanci
i wytwórcy sprzętu telekomunikacyjnego, których na naszym
rynku jest co prawda niezbyt wielu, ale ponieważ stosują
zazwyczaj najnowsze technologie, to często kreują nowe
rozwiązania, które szybko stają się kanonami sztuki
współczesnego projektowania.
żyć, do wartości napięcia progowego VDRM przez SIDACtor płynie prąd upływności, którego natężenie jest stosunkowo małe (nie przekracza bowiem zazwyczaj wartości 5|iA). Gdy wartość przyłożonego napięcia przekracza Vs, wartość prądu przepływającego przez element gwałtownie rośnie, osiągając ok. 300..800mA (w zależności od typu SIDACtora), a spadek napięcia na elemencie maleje skokowo do wartości VT. Dalszy wzrost napięcia powoduje szybkie zwiększanie się wartości prądu przepływającego przez strukturę - charakterystyka SI-DACtora jest podobna do charakterystyki diody Zenera. Maksymalna wartość natężenia prądu przepływającego przez strukturę w tej części charakterystyki wynosi ok. 0,8..1,2A. Przełączenie SIDACtora ponownie do stanu wysokiej impe-dancji wymaga zmniejszenia prądu
F1250T
do wartości Ih, który jest mniejszy od minimalnego prądu załączenia Ix, dzięki czemu podczas pracy SI-DACtora przy wartościach prądu bliskich progowemu nie występuje naprzemienne włączanie i wyłączanie elementu. Należy zwrócić uwagę na fakt, że charakterystyka prą-dowo-napięciowa SIDACtora jest symetryczna dla obydwu polaryzacji przyłożonego napięcia.
Podana wyżej wartość prądu maksymalnego nie jest zbyt duża, zwłaszcza w przypadku "poważniejszych" zastosowań, np. w telekomunikacji. Przecież linie telefoniczne są narażone na udary napięciowe od piorunów, które wytwarzają prądy o natężeniach dziesiątek, a nawet setek MA! Jak zatem zabezpieczyć obwody wejściowe centrali przed takim przepięciem, jeżeli SIDACtor może przewodzić prąd o natężeniu do 1,2A?
Czas |//s]
Ring o
Rys. 3.
Elektronika Praktyczna 1/2001
87
PODZESPOŁY
F1250T
Przełącznik widełkowy
Ring o
Rys. 4.
Tajemnica rozwiązania tego problemu kryje się w charakterystyce dynamicznej SIDACtora, która określa możliwość "gaszenia" stosunkowo krótkich impulsów prądu o natężeniu przekraczającym nawet 3000 razy wartość maksymalnego prądu ciągłego. Typowy impuls gaszonego prądu ma przebieg jak na rys. 2, przy czym maksymalna wartość prądu szczytowego Is może wynosić do 3kA (P1900/23 00ME). Biorąc pod uwagę, że impedancja linii telefonicznej ma stosunkowo dużą wartość (nie jest możliwe przepłynięcie przez nią prądu o tak dużym natę-
Rys. 5.
Do chronionego obwodu
Dialer
Moduł rozmówczy + słuchawka
Ring
Rys. 6.
żeniu), SIDACtor zamontowany blisko zabezpieczanego urządzenia może bez trudu ograniczyć napięcie podawane na jego wejście.
Jak zabezpieczać?
SIDACtory są elementami stosunkowo łatwymi w stosowaniu. Na rys. 3 przedstawiono przykład zastosowania SIDACtora P3100EB jako elementu zabezpieczającego wejście współpracującego z linią telefoniczną transceivera DTMF. Dodatkowym zabezpieczeniem jest tutaj bezpiecznik topikowy (włączony szeregowo z 57-DACtorem), który ulega przepaleniu w przypadku, gdy przetężenie trwa zbyt długo.
Podobną aplikację przedstawiono na rys. 4. W tym układzie SIDACtor zabezpiecza przed przepięciami klucz tranzystorowy odpowiadający za dołączenie do linii telefonicznej modułu rozmownego.
W przedstawionych dotychczas aplikacjach zastosowano pojedyncze SIDACtory. W praktycznych aplikacjach są dość często stosowane także nieco bardziej skomplikowane układy zabezpieczające, w skład
których mogą wchodzić dwa (rys. 5) lub trzy (rys. 6) SIDACtory. Firma Teccor ma w swojej ofercie takie elementy w postaci scalonej. Są one dostarczane jako nieobudowane struktury lub kompletnie obudowane elementy, także w obudowach SMD. Oprócz elementów o symetrycznej charakterystyce prądowo-napięciowej Teccor produkuje także elementy o charakterystykach asymetrycznych. Można je zastosować do zabezpieczania obwodów zasilania standardowych układów cyfrowych. Na rys. 7 pokazano symbol oraz widok obudowy jednokierunkowego SIDACtora, który wykonano łącząc równolegle diodę prostowniczą z elementem zabezpieczającym.
Inne aplikacje
Ze względu na to, że produkowane SIDACtory mają stosunkowo szeroki przedział napięć progowych oraz prądów szczytowych, można je stosować także w aplikacjach innych niż telekomunikacyjne. Doskonale nadają się m.in. do zabezpieczania linii transmisyjnych RS2 3 2/422/485, sieci informatycznych oraz kablowych linii przesyłowych telewizji. Coraz częściej półprzewodnikowe elementy zabezpieczające są wykorzystywane także w systemach alarmowych, do zabezpieczania analogowych linii parametryzowanych. Andrzej Gawryluk, AVT
Artykuł p o wstał w oparciu o materiały udostępnione przez firmę Acte, teł. (0-22) 631-46-53, www.acte.com.pi.
Rys. 7.
88
Elektronika Praktyczna 1/2001
PODZESPOŁY
Scalone interfejsy czujników pomiarowych, część 1
W zależności od zjawiska fizycznego śledzonego przez projektowany system pomiarowy rolę czujników spełniają elementy różnego typu, począwszy od standardowych termisto-rów, przez ogniwa termoparowe i czujniki piezoelektryczne, aż po czujniki pojemnościowe.
W jaki sposób mierzyć?
Jest to podstawowe pytanie, na jakie powinniśmy sobie odpowiedzieć aby uniknąć powstawania błędów podczas realizacji pomiarów. Odpowiedź jest oczywista: najlepszym układem pomiarowym, stosowanym już od 1883 roku jest mostek, ponieważ taki układ pomiarowy zapewnia duży poziom sygnału błędu, stosunkowo łatwe jest jego zrównoważenie i uniezależnienie od zmian parametrów otoczenia (np. temperatury, wilgotności, itp.). Oczywistość tej odpowiedzi zaburzają nieco różnorodne możliwe konfiguracje mostków, co zachęciło nas do rozpoczęcia cyklu prezentacji układów interfejsowych od omówienia najczęściej spotykanych konfiguracji mostków pomiarowych.
Najczęściej spotykaną konfigurację mostka pomiarowego przedstawiono na rys. 1. Wzmacniacz różnicowy dołączony do przekątnych węzłów mostka spełnia rolę wzmacniacza napięcia błędu. Zaletą prezentowanej konfiguracji mostka jest niewielki dryft temperaturowy i wysoki współczynnik tłumienia zakłócających sygnałów współbieżnych CMRR, stosunkowo trudne jest natomiast precyzyjne ustalenie wzmocnienia toru pomiarowego, w związku z czym często jest niezbędne zastosowanie dodatkowego wzmacniacza o regulowanym wzmocnieniu.
+v
OIJT
Często w listach pytacie o to w jaki sposób dołączyć do systemów pomiarowych różnego typu czujniki. Postanowiliśmy
bliżej przyjrzeć się możliwościom oferowanym przez
producentów układów scalonych, przy czym największy nacisk
położyliśmy na układy kompleksowo rozwiązujące najczęściej
spotykane przez konstruktorów problemy. W grudniowym numerze z zeszłego roku pokazaliśmy grupę
specjalizowanych układów spełniających rolę interfejsów-
czujników do pomiaru prądu. Teraz zajmiemy się interfejsami
czujników piezoelektrycznych, pojemnościowych i termoparowych.
Zaczynamy od krótkiego wstępu, wbrew pozorom o dużych
walorach praktycznych.
Rys. 1.
Kłopoty z regulacją wzmocnienia można ominąć wykorzystując inny sposób dołączenia wzmacniacza pomiarowego do mostka, oparty na kluczowanej pojemności. Konfigurację takiego mostka przedstawiono na rys. 2. Z pewnym uproszczeniem można przyjąć, że zasada działania tego układu jest zbliżona do standardowego wzmacniacza operacyjnego z układem próbkująco-pamiętają-cym na wejściu, dzięki czemu współczynnik CMRR osiąga wartość bliską 120dB, a dokładność regulacji wzmocnienia sięga 0,001%. Najpoważniejszą wadą tej konfiguracji interfejsu pomiarowego jest ograniczone pasmo przenoszenia wynikające z charakterystyki działania elementów wykorzystujących kluczowane pojemności, co w przypadku niektórych aplikacji (np. podczas pomiaru drgań maszyn) może mieć duże znaczenie.
W przypadku konieczności zwiększenia odporności toru pomiarowego na zakłócenia pochodzące od zasilania można zastosować mostek zasilany napięciem izolowanym od reszty układu (rys. 3) lub zastosować dodatkową stabilizację napięcia zasilającego mostek (rys. 4). Współczynnik CMRR osiąga w tych układach wartości (odpowiednio): 160 i 140dB. Układy te nie są pozbawione wad -sygnał otrzymywany na ich wyjściach nie jest ratiometryczny, w związku z czym konieczne jest zastosowanie dodatkowych układów konwertujących napięcia, stosunkowo
/u/j xi/i/i
trudne jest także wykonanie źródeł zasilających mostek o odpowiednich parametrach. Zazwyczaj takie konfiguracje są stosowane w aplikacjach nie wymagających zbyt dużej dokładności.
Alternatywą dla rozwiązań z rys. 3 i 4 jest mostek z dodatkowym wzmacniaczem kompensacyjnym (rys. 5), dzięki któremu impedancja źródła zasilającego mostek jest niewielka, nie jest wymagane stosowanie separowanego źródła zasilającego, a współczynnik CMRR osiąga wartość 160dB.
Niezależnie od wybranego wariantu mostka pomiarowego, w każdej jego gałęzi można zastosować element o innym charakterze niż re-zystancyjny. Mogą to być np. elementy pojemnościowe, indukcyjne lub piezoimpedancyjne. W takich przypadkach mostek powinien być
+v
OJT
Rys. 2.
Elektronika Praktyczna 1/2001
89
PODZESPOŁY
Rys. 3.
zasilany sinusoidalnym napięciem zmiennym, którego parametry mają duży wpływ na jakość dokonywanego pomiaru.
+V
Czym mierzyć?
Oferta układów ułatwiających pomiary mostkowe jest dość bogata, przy czym grono producentów jest ograniczone. W produkcji układów tego typu specjalizują się przede wszystkim: Maxim, Analog Devices, Burr-Brown (TI), Cirrus Logic i Linear Technology. Wśród oferowanych układów dostępne są zarówno wzmacniacze pomiarowe (często także z automatycznym zerowaniem), wzmacniacze nieliniowe przystosowane do linear yzacji charakterystyk czujników (np. PtlOO), konwertery napięcie-prąd pośredniczące pomiędzy czujnikiem i linią prądową np. 4..20mA, a także szereg zaawansowanych układów integrujących w swojej strukturze rozbudowane podsystemy akwizycyjne. Szczegółowe omówienie najciekawszych spośród obecnie dostępnych układów przedstawimy w kolejnym numerze EP. Andrzej Gawryluk, AVT
Wię cej informa cji pod sta wo wych, związanych z tematyką artykułu
Rys. 5.
można znaleźć w Internecie pod adresami:
- http://www.maxim-ic.com/Desig-nApps/EndEąuipment/Sensors/Start-Page.htm,
- http://sensorsmag.com/articles/0799/ 12Zindex.htm,
- http://www.cirrus.com/design/pro-ducts/application/index.cfm?Appli-cationID=6,
- http://www.cirrus.com/design/pro-ducts/application/index.cfm?Appli-cationID=7,
- http://products.analog.com/ products_html/list_gen_167_2_l.html.
90
Elektronika Praktyczna 1/2001
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
DzioS "Projekty Czytelników" zawiera opisy projektów nadesłanych do redakcji EP przez Czytelników. Redakcja nie bierze odpowiedzialności za prawidłowe działanie opisywanych układów, gdyż nie testujemy ich laboratoryjnie, chociaż sprawdzamy poprawność konstrukcji.
Prosimy o nadsyłanie własnych projektów z modelami (do zwrotu). Do artykułu należy dołączyć podpisane oświadczenie, że artykuł jest własnym opracowaniem autora i nie był dotychczas nigdzie publikowany. Honorarium za publikację w tym dziale wynosi 250,- zł (brutto) za 1 stronę w EP. Przysyłanych tekstów nie zwracamy. Redakcja zastrzega sobie prawo do dokonywania skrótów.
Dwukierunkowy regulator prędkości obrotowej silników modelarskich!
sterowany aparaturą radiową
Jeżeli szukasz
przystawki do zdalnego
sterowania prędkości
obrotowej silników
elektrycznych, ten projekt
powinien Cię zainteresować.
Dwaj nasi Czytelnicy
opracowali prostą,
oczywiście
m ikro pro ce so ro wą,
przystawkę do standardowej
aparatury radiowej
zwiększającej jej
możliwości, a jej opis
prezentujemy w artykule.
Zaletą wszystkich urządzeń opartych na mikroprocesorach jednoukładowych jest prostota ich wykonania, oraz bardzo mała liczba elementów dyskretnych potrzebnych w konstrukcji. Prezentowany układ jest dwukierunkowym regulatorem prędkości obrotowej silnika elektrycznego przeznaczonym do zastosowania w modelu sterowanym aparaturą radiową. Modelarze amatorzy, którzy choć raz próbowali zbudować analogowy regulator prędkości wiedzą ile czasu zabiera regulacja takiego regulatora, tak aby współpracował poprawnie z odbiornikiem radiowym. W proponowanej konstrukcji został wykorzystany popularny i tani mikrokont-roler firmy Atrnel-AT89C2051 posiadający 2kE wielokrotnie program owalnej pamięci "flash" i taktowany zegarem 12MHz. Urządzenie współpracuje ze wszystkimi aparaturami dostępnymi na rynku z wyjątkiem aparatur firmy HI-TEC.
Opis układu
Układ regulacji składa się z trzech bloków (rys* 1):
1) odbiornika radiowego (standardowa aparatura radiowa).
2) bloku wejściowego, który odbiera i przetwarza sygnał z aparatury,
3) bloku wykonawczego, który steruje silnikiem elektrycznym.
Odbiornik radiowy przetwarza sygnał z nadajnika i na jego wyjściu sygnał wygląda w sposób pokazany na rys. 2. Czas trwania impulsu wynosi od 1 do 2ms i dla l,5ms silnik znajduje się w spoczynku. Wydłużenie lub skrócenie tego impulsu jest informacją dla regulatora aby kręcić silnikiem w tył lub do przodu, przy czym skrajne
Projekt
081
wartości czasu impulsu odpowiadają maksymalnym prędkościom silnika. Natomiast czas trwania części zerowej sygnału licząc od zbocz naras-
tających kolejnych sygnałów dodatnich jest stały i wynosi 2 0ms.
Jak widać na schemacie elektrycznym układu (rys. 3)
\ / ____
Odbiornik radiowy X9 Mikroprocesor
W
i V
ZAsIlank b układu V Ukkd wykonawczy kort. mocy Silrid
w
4 \
Rys. 1. Zasilanie silnik*
Elektronika Praktyczna 1/2001
91
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
Rys. 2.
t = const = 20ms
tfma]
sygnał z odbiornika zostaje podany na dwa wejścia trzeciego portu mikrokontrolera. Po zinterpretowaniu sygnału przez kontroler generowane są dwa prostokątne sygnały wyjściowe na wyjściach Pl.O i Pl.l, o częstotliwości ok. 13,3kHz i współczynniku wypełnienia od 0% do 100%. Nie występują one jednak nigdy równocześnie na obu końcówkach mikrokontrolera, ponieważ jeden steruje silnikiem do przodu, a drugi do tyłu. Dodatkowo istnieje konieczność zanegowania obu tych sygnałów, co wynika z ograniczeń sprzętowych samego mikrokontrolera - jego wyjścia podciągnięte przez zewnętr-
zne rezystory do napięcia zasilania.
W końcówce mocy wykorzystano osiem tranzystorów typu MOSFET IRF530, które pracują w układzie typu H po 4 na każdy kierunek. Układ ten stosowany jest w urządzeniach, gdzie przy pojedynczym napięciu zasilania istnieje potrzeba dwukierunkowego sterowania silnika. Dość niska rezystancja tranzystorów w stanie przewodzenia (Rdson=0,14H), oraz wysoka wydajność prądowa (Id=14A), jak i szeroki zakres możliwych napięć zasilania (Ud-smax=100V), umożliwia zastosowanie praktycznie do każdego silnika modelarskiego.
Opis działania programu
Program sterujący mikro-kontrolerem został napisany za pomocą demonstracyjnej wersji pakietu Bascom 8051 firmy MCS Electronics (list. 1).
W programie wykorzystano dwa liczniki/timery. Jeden i drugi pracują w trybie timera, jednak realizują inne funkcje. Pierwszy z nich zlicza długość impulsów z aparatury (l..2ms), a drugi w trybie samo przeładowującym uruchamia przerwanie służące do generowania przebiegu wyjściowego PWM. Wykorzystanie dwóch wejść mikrokontrolera wyni-
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl: 10ka
R6, R7, R9, RIO: 4,7kQ
R8, Rll:33kQ
Kondensatory
Cl: 10jiF/16V
C2, C3: 33pF
C4: lOOnF
Półprzewodniki
T1..T8: IRF530
T10, T11:BC547B
Ul: AT89C2051
zaprogramowany
Różne
JP1: złgcze ARK3
JP2, JP3: ARK2
Yl: kwarc 12MHz
ka z tego, iż zbocze opadające sygnału z aparatury jest wykorzystane również do wygenerowania sprzętowego przerwania uruchamiającego podprogram wpisujący wartość licznika THO do zmiennej. Gdy na wejściu mikro-
Rys. 3.
Elektronika Praktyczna 1/2001
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
List. 1.
Dim Pwmcount A s Byt e , Cou nt As Byte , Vals As Word Pwm_ table
Config TimerO = Tin er , Ga te = External , Modę = 0 Data 1 , 1 , 1 1 , 1 , 1 , 1 , 1 1 , 1
Config Timerl = Tin er , Ga te = Internal , Modę = 2 Data 1 , 1 , 1 1 , 1 , 1 , 1 , 1 1 , 1
On Intl Readi it Data 3 , 1 , 1 1 , 1 , 1 , 1 , 1 1 , 1
On Timerl Pwm Data 3 , 3 , 1 1 , 1 , 1 , 1 , 1 1 , 1
Load Timerl , 75 Data 3 , 3 , 3 1 , 1 , 1 , 1 , 1 1 , 1
Set Tcon.2 Data 3 , 3 , 3 3 , 1 , 1 , 1 , 1 1 , 1
Pl = 3 Data 3 , 3 , 3 3 , 3 , 1 , 1 , 1 1 , 1
Enable Interrupts Data 3 , 3 , 3 3 , 3 , 3 , 1 , 1 1 , 1
Enable Timerl Data 3 , 3 , 3 3 , 3 , 3 , 3 , 1 1 , 1
Enable Intl Data 3 , 3 , 3 3 , 3 , 3 , 3 , 3 1 , 1
Start TimerO Data 3 , 3 , 3 3 , 3 , 3 , 3 , 3 3 , 1
Start Timerl Data 3 , 3 , 3 3 , 3 , 3 , 3 , 3 3 , 3
Goto Main Data 3 , 3 , 3 3 , 3 , 3 , 3 , 3 3 , 3
Main: Data 3 , 3 , 3 3 , 3 , 3 , 3 , 3 3 , 3
If Count < 0 Then Count = 14 Data 3 , 3 , 3 3 , 3 , 3 , 3 , 3 3 , 3
If Count > 28 Then Count = 14 Data 3 , 3 , 3 3 , 3 , 3 , 3 , 3 3 , 3
If Count = 14 Then Pl = 3 Data 3 , 3 , 3 3 , 3 , 3 , 3 , 3 3 , 3
Goto Main Data 3 , 3 , 3 3 , 3 , 3 , 3 , 3 3 , 2
Readint: Data 3 , 3 , 3 3 , 3 , 3 , 3 , 3 2 , 2
Count = ThO - 30 Data 3 , 3 , 3 3 , 3 , 3 , 3 , 2 2 , 2
ThO = 0 Data 3 , 3 , 3 3 , 3 , 3 , 2 , 2 2 , 2
Return Data 3 , 3 , 3 3 , 3 , 2 , 2 , 2 2 , 2
Pwm: Data 3 , 3 , 3 3 , 2 , 2 , 2 , 2 2 , 2
Incr Pwmcount Data 3 , 3 , 3 2 , 2 , 2 , 2 , 2 2 , 2
If Pwmcount > 9 Th en Pwmc ount = 0 Data 3 , 3 , 2 2 , 2 , 2 , 2 , 2 2 , 2
Vals = Count 10 Data 3 , 2 , 2 2 , 2 , 2 , 2 , 2 2 , 2
Vals = Vals + Pwmc ount Data 2 , 2 , 2 2 , 2 , 2 , 2 , 2 2 , 2
Pl = Lookup(v als , Pwm_ta ble) Data 2 , 2 , 2 2 , 2 , 2 , 2 , 2 2 , 2
Return Data 2 , 2 , 2 2 , 2 , 2 , 2 , 2 2 , 2
Data 2 , 2 , 2 2 , 2 , 2 , 2 , 2 2 , 2
Data 2 , 2 , 2 2 , 2 , 2 , 2 , 2 2 , 2
Data 2 , 2 , 2 2 , 2 , 2 , 2 , 2 2 , 2
Data 2 , 2 , 2 2 , 2 , 2 , 2 , 2 2 , 2
Data 2 , 2 , 2 2 , 2 , 2 , 2 , 2 2 , 2
gulatory firm.
renomowanych
kontrolera pojawi się sygnał dodatni timerO zaczyna zliczać wewnętrzne impulsy zegarowe mikrokontrolera. Ponieważ częstotliwość ich jest znana i ma wartość dwanaście razy mniejszą od częstotliwości taktowania znamy czas trwania jednego
impulsu. Możemy zatem dowiedzieć się ile trwał sygnał dodatni. Przepełnienie time-ral powoduje uruchomienie podprogramu generującego sygnał wyjściowy. Do ustawienia czasu wypełnienia sygnału wyjściowego mikro-kontroler korzysta z tablicy
danych zawartej w pamięci ,,flash", co w przeciwieństwie do matematycznej metody interpretacji daje większą szybkość działania jak i możliwość stworzenia nieliniowych charakterystyk regulatora. Taką funkcje posiadają tylko dobrej jakości re-
Montaż i uruchomienie
W pierwszej kolejności montujemy zworki i elementy pasywne zaczynając od naj-niższych. Następnie przystępujemy do wlutowania podstawki pod układ Ul, oraz rezonatora kwarcowego Yl. Na końcu montujemy tranzystory oraz przewody łączące urządzenie z silnikiem, źródłem jego zasilania, oraz sygnałem z odbiornika. Układ mikrokontrolera zasilany jest z odbiornika radiowego(4..6V). Poprawnie zmontowany układ powinien działać od razu po podłączeniu napięcia zasilania.
W przypadku zastosowania silnika o poborze prądu wyższym od 1A należy zastosować radiatory chłodzące tranzystory mocy (T1..T8).Pamiętać należy o zastosowaniu podkładek mikowych lub silikonowych, aby elektrycznie odizolować tranzystory od ra-diatora.
Bartłomiej Gajewski Marek Miryn
Program w wersji źródłowej i wynikowej, a także wzór płytki drukowanej są dostępne na stronie WWW EP w działe Download/Dokumentacje.
Elektronika Praktyczna 1/2001
93
5 Międzynarodowy magazyn elektroników konstruktorów
2/2001
luty � 15 zł 50 gr
mu
jDZES JEMIOŁA
FIRMY
R LO
SPRZĘT
ERICA - NOWY PROGRAMATOR UNIWERSALNY WIRTUALNY MIERNIK FIRMY Pico
EPon/offLINE ISSN lt.1D-7l.15
771Ł4D
D2>
Germany: 12DM. France: 50FF
PROJEKTY
Altare - wzmacniacz audio dla audiofili
AVT-5000
PROJEKT Z OKŁADKI
Przedstawiamy konstrukcję
zwykłego-n ie zwykłe go
wzmacniacza mocy, który
wypełnia pewną iukę na
rynku urządzeń audio: jego
brzmienie i parametry
pozwaiają zakwaiifikować go
do grupy konstrukcji
audiofiłskich, ałe bardzo duża
moc wyjściowa i spore
wymiary sugerują
zastosowania estradowe.
S ukces pomogłi n am osiągnąć
konsuitanci z działu apiikacji
audio firmy Toshiba.
Oceńcie sami!
Parametry wzmacniacza Altare (wykonanie modelowe),;
x moc wyjściowa dla obciążenia 4n: 450W, x moc wyjściowa dla obciążenia 8n: 300W, x czułość dla maksymalnej mocy wyjściowej
i obciążenia 4H: 1,27V, x czułość dla maksymalnej mocy wyjściowej
i obciążenia 8n: 1,5V x pasmo przenoszenia 3dB: 18Hz..72kHz, x pasmo przenoszenia 1 dB: 27Hz..53kHz, x dynamika (S/N): 92dB.
Opracowanie wzmacniacza o mocy wyjściowej większej niż 100W jest nie lada wyzwaniem dla konstruktora, ponieważ oprócz klasycznych problemów, jakie można napotkać podczas wykonywania typowych urządzeń elektronicznych, należy jeszcze pamiętać o zjawiskach związanych z wysokoprądową "naturą" tego układu. Jednym z najważniejszych elementów takiego wzmacniacza jest dobrze zaprojektowana płytka drukowana, której ścieżki muszą sobie poradzić z prądami o natężeniu dochodzącym do dziesiątek amperów. Ponieważ w naszym zespole dotychczas nie mieliśmy konstruktorów doświadczonych w tego typu opracowaniach, poprosiliśmy o pomoc inżynierów firmy Toshiba, dzięki którym projekt powstał w niecałe 4 tygodnie.
Przemyślany i starannie dopracowany układ elektryczny wzmacniacza charakteryzuje się pełną symetrią przesyłania sygnału począwszy od wejścia aż po stopień końcowy. Pozwala to dość znacznie ograniczyć występowanie jakichkolwiek zniekształceń.
Opis układu
Układ elektryczny wzmacniacza należy do klasycznych. Ma dwustopniowy, różnicowy przed-wzmacniacz wejściowy i symetryczny wyjściowy wzmacniacz mocy, w którym zastosowano pięć par komplementarnych tranzystorów mocy HEXFET. Schemat elektryczny wzmacniacza przedstawiono na rys. 1.
Tranzystory T16 i T17 pracują w układzie wzmacniacza różnicowego zasilanego ze źródła prądowego wykonanego na tranzystorze T18. Napięcie na bazie tego tranzystora stabilizuje dioda Zenera D6. Na wejściu wzmacniacza zastosowano prosty filtr dolnoprze-pustowy (R33, Cl7), którego zadaniem jest usunięcie z sygnału wejściowego składowych o wyższych częstotliwościach. Częstotliwość graniczna tego filtru (-3dB) wynosi ok. 600kHz. Z kolei elementy C18, R32 i R33 tworzą filtr górnoprzepustowy o częstotliwości granicznej ok. lkHz. Ogranicza on składowe sygnału o niższych częstotliwościach. Wydajność
10
Elektronika Praktyczna 2/2001
Ałtare - wzmacniacz audio dla audiofili
Rys. 1. Schemat elektryczny wzmacniacza.
źródła prądowego z tranzystorem T18 wynosi 2mA.
Obciążeniem wzmacniacza różnicowego są tranzystory T14 i T15 w układzie wspólnej bazy, których najpoważniejszym zadaniem jest dopasowanie impedancji wyjściowej wzmacniacza różnicowego do impedancji wejściowej kolejnego stopnia. Punkt pracy tych tranzystorów został ustalony za pomocą diody Zenera D5, która polaryzuje ich bazy. Tranzystory T10 i Tli spełniają rolę kolejnego stopnia wzmacniającego, którego obciążeniem są stopnie polaryzująco-sterujące końcówkę mocy (T9, T12 i T13). Pomiędzy bazy i kolektory tranzystorów T10 i Tli włączono kondensatory o pojemności zaledwie lOpF, które zapobiegają wzbudzaniu się wzmacniacza. Kondensator CIO włączony równolegle do R22 poprawia jakość odpowiedzi impulsowej wzmacniacza, co ma szczególne znaczenie dla sygnałów wejściowych o kształcie zbliżonym do prostokątnego.
Tranzystor T9 wraz z otaczającymi go elementami służy do poprawnego spolaryzowania stopni końcowych w stanie spoczynkowym. Za pomocą potencjometru Pl wartość prądu spoczynkowego należy ustawić na ok. lOOmA na każdą gałąź (komplementarną parę tranzystorów mocy) wzmacniacza. W przypadku wykonania układu w wersji przedstawionej na schemacie z rys. 1, całkowity prąd spoczynkowy końcówki mocy powinien wynosić ok. 5 3 Om A.
Wyjściowymi elementami wzmacniacza są, połączone równolegle, unipolarne tranzystory mocy T1..8 oraz T19, T20. Połączone równolegle pary tranzystorów mocy skonfigurowano jako wtórniki napięciowe o bardzo dużej wydajności prądowej (do 20A w impulsie). Z tego powodu wzmocnienie napięciowe uzyskane w dwóch wejściowych stopniach wzmocnienia napięciowego musi być na tyle duże, żeby uzyskać odpowiednio dużą amplitudę napięcia na wyjściu. Współczynnik wzmocnienia zależy od stosunku rezystancji R3 0/R3 5 i w prezentowanym przykładzie wynosi 33V/V. Dla osiągnięcia mocy wyjściowej dla sygnału sinusoidalnego ok. 450W na obciążeniu o impedancji 4Q napięcie
Elektronika Praktyczna 2/2001
11
Altare - wzmacniacz audio dla audiofili
Rys. 2. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej.
wejściowe musi mieć wartość ok. 1,27V. Przy obciążeniu 8Q i napięciu wejściowym 1,5V moc dostarczana do obciążenia dochodzi do 300W.
W źródła tranzystorów mocy włączono rezystory zapobiegające ich uszkodzeniom, które mogłyby wystąpić w wyniku różnic w rezystancjach kanałów włączonych tranzystorów. Rezystory włączone szeregowo z bramkami sterującymi ograniczają szybkość ładowania kondensatora bramkowego, co ogranicza nieco pasmo przenoszenia wzmacniacza, a z drugiej strony, poprzez ograniczenie stromoś-ci zboczy sygnałów sterujących, w pewnym stopniu zabezpiecza tranzystory. We wzmacniaczu zastosowano także proste zabezpieczenie przeciążeniowe, które zapobiega zbyt silnemu wysterowa-niu tranzystorów mocy. Rolę ograniczników napięcia spełniają diody Zenera Dl i D2, które nie dopuszczają do wzrostu wartości
napięcia między źródłami i bramkami tranzystorów mocy powyżej 15V.
Wzmacniacz zintegrowano z zasilaczem, który składa się z mostka prostowniczego z diodami D5..8 oraz filtrów tętnień z kondensatorami C3, C4, C7 i C8. W modelowym egzemplarzu zastosowano kondensatory o pojemności 4700|iF, ale podczas prób okazało się, że należy zastosować kondensatory o znacznie większej pojemności sumarycznej, dochodzącej nawet do 30mF na każdą linię zasilającą. W liniach zasilania zastosowano zwłoczne bezpieczniki topikowe o prądzie zadziałania 10A. Obwody zasilania stopni wejściowych zostały oddzielone od obwodu zasilania końcówek mocy za pomocą szeregowo włączonych diod D3 i D4. Dzięki zastosowaniu tych elementów wpływ spadku napięcia zasilającego, wynikający z dużych obciążeń impulsowych, na pracę
stopnia wejściowego jest stosunkowo niewielki, ponieważ diody działają jak jednokierunkowe zawory przez które ładunek gromadzi się w kondensatorach C13 i C16. Prąd ładowania ograniczają rezystory R17 i R18.
Montaż i uruchomienie
Jak wspomniano na początku artykułu, zaprojektowanie płytki drukowanej do wzmacniacza nie było zadaniem łatwym. Szczególnie dużo uwagi wymagało rozprowadzenie linii masy i zasilających. Schemat montażowy wzmacniacza przedstawiono na rys. 2.
Montaż wzmacniacza nie jest specjalnie trudny. Należy pamiętać szczególnie o tym, aby tranzystory T10, Tli, T12 i T13 wyposażyć w niewielkie radiatory, a T9 przymocować do radiatora, na którym są montowane tranzystory końcówki mocy. Radiator tranzystorów mocy powinien być jak największy, zalecana kształtka
12
Elektronika Praktyczna 2/2001
Ałtare - wzmacniacz audio dla audiofili
to EA1234X o długości 300mm i wysokości min. lOOmm.
Podczas dobierania elementów do zestawu jest bardzo ważne, aby nie obniżać nominalnej mocy rezystorów, dla których określono ją na schemacie elektrycznym. Ta sama uwaga dotyczy diod Zenera.
Do uruchomienia wzmacniacza niezbędny będzie transformator o mocy ok. 500W i napięciach na uzwojeniach wtórnych 2x60VAC. Alternatywnym rozwiązaniem mogą być dwa transformatory o mocy po ok. 250..350W z pojedynczymi uzwojeniami wtórnymi o napięciu ok. 60VAC. Podczas dobierania transformatora należy zwrócić uwagę, aby maksymalne napięcie (bez obciążenia) dostarczane do końcówki mocy nie przekraczało 85VDC.
Drugim przyrządem niezbędnym do uruchomienia wzmacniacza jest miernik uniwersalny. Przede wszystkim posłuży on do
zmierzenia napięcia zasilającego wzmacniacz (max. ą85VDC). Następnie należy włączyć go szeregowo w obwód zasilania (np. zamiast któregoś z bezpieczników). Za pomocą potencjometru Pl ustalamy prąd spoczynkowy (bez dołączonego obciążenia!) wzmacniacza na ok. 500mA, przy czym pomiar należy wykonać dla pewności w dodatniej i ujemnej gałęzi zasilania. Ostatnim etapem weryfikacji poprawności montażu będzie sprawdzenie napięcia stałego na wyjściu wzmacniacza. Nie powinno być większa od ą200mV.
Podczas wstępnych prób najwięcej kłopotów sprawiało (i było najkosztowniejsze) wzbudzanie się wzmacniacza, co prowadziło do niszczenia tranzystorów mocy. Stąd nieco "nadmiarowe" zabezpieczenia antywzbu-dzeniowe, w jakie wyposażono wzmacniacz.
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl, R3, R5, R7, R9, Rll, R13, R15, R3Ó, R37: 0,22Q/5W
R2, R4, Ró, R8, RIO, R12, R14, Rló, R38, R39, R33, R35: 470O
R17, R18: 100O/2W
R19: 6,8kQ
R20, R25, R27: 2,2kQ
R21: 150O/2W
R22: 6,8kQ/lW
R23, R24: 100O/1W
R28: 18kQ
R29: 6,8kQ
R30, R32: 15kQ
R31: 10kO
R34: 10Q
R40, R41: 47Q
PR1: potencjometr montażowy 4JkO
Kondensatory
C3, C4, C7, C8: 4700jiF/100V
C9: 470nF
CIO, C20: 220nF
Cli, C12: lOpF
C13, C14, C16: 1OO^F/1OOV
C15: 22pF
C17: lnF
C18: 2,2 do 6,8|iF
C19: 220jiF/25V
C21, C22: lOOnF
Półprzewodniki
Dl, D2, D5, D6: D.Z. lSy/l^W
D3, D4: 1N4007
D5..D8: BYW 21
T1..T4, T19: 2SK1530
T5..T8, T20: 2SJ201
T9, T12, T13: BD911
T10, Tli: BD912
T14..T18: BC550
Różne
ARK 2/500 3,5mm
ARK2/500
ARK3/500
3 oprawy bezpiecznikowe przykręcane do obudowy
Transformator TST600/2*55V
Radiator
Gniazdo Canon
Gniazdo duży Jack ó,3mm
Podkładki mikowe
Elektronika Praktyczna 2/2001
13
Altare - wzmacniacz audio dla audiofili
Warianty
Wzmacniacz ma stosunkowo prostą budowę, ale ze względu na zastosowanie dość drogich tranzystorów mocy jest kosztowny. Nie wszystkim naszym Czytelnikom potrzebna będzie tak duża moc wyjściowa, w związku z czym istnieje możliwość wykonania nieco prostszego (i tańszego) wzmacniacza, którego moc spadnie do ok. 200W przy obciążeniu 8Q i 350W przy obciążeniu 4Q. Przeróbka jest bardzo prosta, wystarczy bowiem nie montować jednej pary tranzystorów (po jednym z gałęzi dodatniej i ujemnej) oraz współpracujących z nimi rezystorów: źródłowego i bramkowego. Po usunięciu każdej gałęzi wzmocnienia należy skorygować prąd spoczynkowy wzmacniacza tak, żeby każda zainstalowana gałąź pobierała ok. lOOmA. Do tej wartości należy jeszcze dodać ok. 25..30mA na zasilanie reszty elektroniki.
Przeprowadzone próby dały dobry efekt, przy czym zalecane jest wykorzystanie przynajmniej trzech par tranzystorów mocy. Wraz z ograniczaniem liczby wykorzystywanych tranzystorów należy zadbać o ograniczenie wartości napięcia wejściowego wzmacniacza. Należy także zmniejszyć wartość prądu bezpieczników topikowych. Do uproszczonych obliczeń można wykorzystać podstawowe wzory:
- moc wyjściową liczymy ze wzoru: P=U2/R (R - rezystancja obciążenia),
- wzmocnienie napięciowe wzmacniacza wynosi: kIJ=R30/R35,
- wartość napięcia wyjściowego wynosi: Uw =Uwe*kIJ, przy czym maksymalna amplituda napięcia wyjściowego wynosić może ok. 0,65Uias, dla napięcia zasilającego liczonego od +Uias do -Uias.
Uwagi końcowe
Prezentowany wzmacniacz charakteryzuje się bardzo dobrymi parametrami akustycznymi, które
uzyskano przy zastosowaniu niezbyt wyszukanej struktury układu elektrycznego. Parametry tranzystorów mocy pozwalają na uzyskanie znacznie większej mocy wyjściowej niż w egzemplarzu modelowym, lecz wymagałoby to przesunięcia punktów pracy tranzystorów w stronę górnej, dopuszczalnej granicy. Ponieważ ceny tranzystorów mocy są wysokie, a prawdopodobieństwo ich uszkodzenia dość duże, zdecydowaliśmy się na zapewnienie im dużego "komfortu", zwiększającego szansę ich przeżycia podczas eksperymentów.
Piotr Staszewski, AVT serwis@avt.com.pl
Wzory płytek drukowanych w formacie PDF są dostępne w Internecie pod adresem: http://www.ep.com.pl/ ?pdf/lutyOl.htm oraz na płycie CD-EP02/2001B w katalogu PCB.
14
Elektronika Praktyczna 2/2001
AUTOMATYKA
3GB
LEVEL
TH�E5H0lD
Cyfr/ artykułów publikowanych w ramach działa^Automatyka" wprowadził wielu naszych Czytelników w pozornie odległy od elektroniki świat współczesnej automatyki. Wiele miejsca poświęciliśmy przybliżeniu możliwości nowoczesnych czujników, sterowników i elementów wykonawczych. c
Chcielibyśmy nieco dokładniej pokazać wybrane urządzenia ^
stosowane w systemach automatyki, które łączą w sobie zaawanso- . waną elektronikę z rozbudowaną optyką i mechaniką. Prawdziwe acrydzieła stuki miniaturyzacji: optyczne detektory koloru.
132
Elektronika Praktyczna 2/2001
AUTOMATYKA
Elemcrt światłoczuły
RltrFW) (Bug: odbija: Ftod/Graon: przspuccza) Filtr FAO (Otmti: atfaijtt; Rad: przapuazcza)
Cnnmu LED (R)l
Ś Gfcwricł nadawcza UED(B] |
Fotodioda monitorująca
Badany obiekt
Impulsy świetlne generowana kolejno przez diody LED:
Rys.
Do niedawna jednymi z najtrudniejszych problemów, na jakie napotykali projektanci systemów automatyki, było rozpoznawanie kształtów i kolorów obiektów. Miesiąc temu przedstawiliśmy czujniki rozpoznające kształt obiektu, które dzięki zaawansowanym, lecz prostym w obsłudze mechanizmom samouczenia mogły być obsługiwane przez osoby o słabym przygotowaniu technicznym. Podobnie komfortowe rozwiązania są stosowane w czujnikach koloru serii E3MC produkowanych przez firmę Omron,
Jak one to robią?
Zasada działania czujników koloru jest zbliżona do zasady działania lampy kineskopowej. Proces syntezy koloru z trzech składowych podstawowych RGB (kolory: czerwony, zielony, niebieski) w czujnikach E3MC zastąpiono procesem jego analizy, przy czym "rozbiór" koloru jest możliwy dzięki zastosowaniu dynamicznego oświetlania obiektu.
Na rys. 1 pokazano schematycznie przekrój czujnika koloru, który w najprostszy sposób prezentuje sposób jego działania. Trzy diody świecące w kolorach podstawowych są sterowane przez układ elektroniczny, który powoduje, że świecą
się one wszystkie jednocześnie lub zapalane są kolejno. Widoczny na rys. 1 system zwierciadeł-filtrów FAO (ang. free angle optics) powoduje połączenie w jeden strumień świetlny trzech kolorów podstawowych, dlatego przy jednoczesnym włączeniu trzech diod LED na wyjściu oświetlacza emitowane jest białe światło. W przypadku kolejnego włączania pojedynczych diod na wyjściu oświetlacza pojawiają się krótkie impulsy światła o kolorze odpowiadającym kolorowi świecącej diody LED.
Światło odbite od badanego obiektu oświetla wbudowaną w głowicę detekcyjną fotodiodę, która
i
Rys. 2.
spełnia rolę przetwornika światło--prąd. W nadawczą część czujnika wbudowano drugą fotodiodę, której zadaniem nie jest "podglądanie" pracy diod LED, a dostarczanie do elektronicznej części czujnika informacji o temperaturze otoczenia. Dzięki tej informacji znacznie zwiększa się termiczna stabilność pracy czujnika, co oznacza, że zmiany temperatury nie wpływają na rozróżnianą przez czujnik barwę badanego przedmiotu.
Czujnik E3MC może pracować w jednym z dwóch trybów, nazwanych "C" i "I". W trybie "C" diody LED są sterowane kolejno, dzięki czemu powierzchnia badanego obiektu jest oświetlana kolejno
Tab. 1. Dostępne warianty czujników koloru serii E3MC.
Rodzaj czujnika Oznaczenie typu Zasięq działania Imml Średnica plamki kontrolnej Imml Liczba wyjść Tyjj wyjścia
Zintegrowany ze wzmacniaczem E3MC-A11 60 ą10 12 1 NPN
Zintegrowany ze wzmacniaczem E3MC-A41 60 ą10 12 1 PNP
Zintegrowany ze wzmacniaczem E3MC-A81 60 ą10 12 3 0 10V
Zintegrowany ze wzmacniaczem E3MC-MA11 60 ą10 12 4 NPN
Zintegrowany ze wzmacniaczem E3MC-MA41 60 ą10 12 4 PNP
Z głowicą światłowodową E3MC-X11 20 ą4 3 1 NPN
Z głowicą światłowodową E3MC-X41 20 ą4 3 1 PNP
Z głowicą światłowodową E3MC-X81 20 ą4 3 3 0 10V
Z głowicą światłowodową E3MC-Y81 5ą1 3 3 0 10V
Z głowicą światłowodową E3MC-MX11 20 ą4 3 4 NPN
Z głowicą światłowodową E3MC-MX41 20 ą4 3 4 PNP
_*r r7ł ff*V7'^__f^j*: f f*: f ?Ś

ŚŚ.....ŚŚŚŚŚŚŚ

Selekqa wyrobów zna|du|ących Sortowanie wyrobów się na Taśmie produkcyine] o różnych kolorach
Precyzyine odmierzanie rolowanego materiału
Wyrównywanie położenia wyrobów przed pakowaniem
Elektronika Praktyczna 2/2001
133
AUTOMATYKA
Kolor obtoktu Wynik analizy
WflJACłB
Śyncłirortzncjl OFF
Rys. 3.
światłem w trzech kolorach. W zależności od barwy oświetlanej powierzchni, promieniowanie z oświetlacza jest przez nią lepiej albo gorzej odbijane (pochłaniane). Na podstawie amplitud poszczególnych składowych określany jest kolor obiektu. W tym trybie pomiarowym czujnik jest odporny na mechaniczne fluktuacje badanego obiektu, dzięki czemu amplituda wahań może dochodzić do ą10mm, przy zalecanej odległości czujnika od powierzchni obiektu 60mm. Do nieco innych zastosowań przewidziano tryb pracy "I". Wykorzystywane w nim jest białe światło, powstające w wyniku zmieszania ze sobą kolorów podstawowych. W tym
trybie czujnik może wykryć niewielkie odchylenia odcienia koloru obiektu od koloru referencyjnego. Warianty
W skład rodziny czujników E3MC wchodzą moduły z głowicami wyposażonymi w standardowy, soczewkowy układ optyczny. Dostępne są także czujniki z adapterami światłowodowymi, służące do badania małych przedmiotów lub obiektów, które należy śledzić z niewielkiej odległości (20 ą4mm). Niezależnie od zastosowanej optyki, działanie czujnika jest takie samo.
Obydwa rodzaje czujników są wyposażone w świetlne znaczniki pola obserwacji, które ułatwiają uczenie czujnika i pozycjonowanie
obiektów na taśmie. Procedura uczenia czujnika E3MC jest niemal identyczna, jak w przypadku optycznych czujników kształtu, które opisaliśmy w EPl/2001. Cały proces nazywa się "touch and teach" i sprowadza się do przełączenia czujnika w tryb uczenia się i wciśnięcia przycisku inicjującego naukę. Operator może samodzielnie ustalić próg czułości (tolerancji) dla każdego z kolorów osobno (w trybie "C") lub dla odcienia barwy obiektu (w trybie "I").
Czujniki E3MC mogą być syn-chronizowane sygnałem zewnętrznym, który można ponadto wykorzystać do podtrzymania stanu sygnalizacji na wyjściu czujnika pomiarowego lub pominięcia niektórych obiektów przesuwających się na taśmie (rys. 3).
Niektóre czujniki E3MC mogą być wyposażone w wewnętrzne banki pamięci (do 4), w których są zapisywane zadane przez użytkownika wzorce kolorów. Selekcja aktywnego banku jest możliwa dzięki specjalnym wejściom, w jakie wypo-
134
Elektronika Praktyczna 2/2001
AUTOMATYKA
I B-podomowy I wakaźnlk ! dM*kc|l
I
Wtioźnlk praoy (pcmmriozowy} *
WOfACJO
synchronlzacf zownatiznaj
Ś W*kpfrtfk
1 aktywnego bwku
I pamlacl galony)
omRon
Rys. 4,
sażono czujnik (rys. 4). Producent oferuje wiele rodzajów czujników serii E3MC, wśród których są m.in. czujniki z czterema niezależnymi wyjściami sygnalizacyjnymi przypisanymi do poszczególnych banków pamięci. Każdy rodzaj czujnika ma na wyjściu tranzystory PNP lub NPN.
Widoczny na zdjęciu wprowadzającym panel operatorski oprócz czterech niezależnych pól sygnalizacji optycznej zawiera także trzy przyciski sterujące, wykorzystywane podczas
konfiguracji czujnika, trzy pozycyjny przełącznik służący do ustalenia trybu pracy czujnika oraz cztery miniaturowe przełączniki dwupozycyjne, za pomocą których można ustalić polaryzację wyjścia (odpowiednik NO/ NC), włączyć lub wyłączyć timer opóźniający pojawienie się sygnału wyjściowego, wybrać jeden z dwóch dostępnych czasów reakcji (1 lub 3ms) czujnika na pobudzenie oraz wybrać tryb pracy "C" lub "I". Zestawienie dostępnych czujników znajduje się w tab. 1.
Podsumowanie
Opinie o tych czujnikach profesjonalnych użytkowników (dostępne m.in. na liście woild. a u tom a-iion.oinron.color) są nad wyraz pochlebne. Biorąc pod uwagę ogromne doświadczenie firmy Omron w zakresie konstruowania urządzeń elektronicznych dla systemów automatyki i dane techniczne zawarte w nocie katalogowej, można spodziewać się dobrych wyników eksploatacyjnych. Biorąc pod uwagę zastosowanie podobnej, do wcześniej opisanej dla czujników kształtu, filozofii obsługi i programowania, ze stosowaniem czujników koloru użytkownicy nie będą mieli żadnych problemów. Tomasz Paszkiewicz
Artykuł powstał w oparciu o materiały firmy Omion, tel {0-22} 645-78-80, www.omron.com.pl
Nota katalogowa dotycząca czujników E.3MC jest dostępna w Iniernecie; hiip;// o e iwcs. om ron.c om fs iores/om ro n/im ag es/ NewlmagesfPdffD04E3MGl099.pdf oraz na płycie CD-EP2/2001B w katalogu \Omron.
Elektronika Praktyczna 2/2001
135
AUTOMATYKA
^^^� część 3 aplikacjach iłowych
Jednym z atutów ProfiBusa jest jego otwartość co oznacza, że w jednym systemie komunikacyjnym można łączyć ze sobą urządzenia o różnych funkcjach, architekturze, wymaganym sposobie obsługi przez Mastera, a także różnych szybkościach transmisji danych. Pierwotnie w ProfiBusie miano implementować auto ad ap tacy jny system komunikacyjny (koncepcyjnie zbliżony do Plug&Play stosowanego we współczesnych PC), który obligował sterownik Master do rozpoznawania urządzeń z którymi się komunikował i odpowiednie do ich wymagań dostosowanie parametrów transmisji.
Poprawna implementacja systemu au-toadaptacyjnego wymaga wbudowania w sterownik potężnego systemu operacyjnego do zarządzania komunikacją, dodatkowo nie jest możliwe stworzenie systemu całkowicie uniwersalnego.
Ponieważ wraz z poszerzaniem obszarów stosowania ProfiBusa zwiększa się liczba urządzeń wykorzystujących ten interfejs, poszerza się także obszar aplikacji na rejony trudne do uwzględnienia
kilka lat temu, twórcy standardu opracowali bardzo uniwersalny opis urządzeń wykorzystywanych w zarządzanym poprzez ProfiBus systemie sterowania, oparty na elektronicznych notach katalogowych. Każde urządzenie wyposażone w interfejs ProfiBus jest przez swojego producenta wyposażane w elektroniczną kartę katalogową (w postaci pliku GSD, fragment przykładowego przedstawiamy na list. 1), w której są opisane właściwości wbudowanego interfejsu ProfiBus, adresy wewnętrznych portów dostępnych poprzez ProfiBus oraz relacje pomiędzy urządzeniami. Wykorzystanie mechanizmu elektronicznej konfiguracji systemu tworzy architekturę widoczną na rys. 8. W pliku GSD zawarto także numer identyfikacyjny urządzenia, który jest jego niepowtarzalnym symbolem nadawanym przez komitet standaryzacyjny ProfiBus. Każde urządzenie Slave musi być wyposażone w swój numer identyfikacyjny, ponieważ jest on wykorzystywany jako sygnatura podczas każdej transmisji danych.
Kd nfl q wfltof
Śyatamu
duiycłi z oplittn unądnrt (plH Śtouwuiycłi w antMnto
W ostatnie/ części ekspresowego wprowadzenia
w świat ProfiBusa
przedstawiamy sposób
konfiguracji systemu
sterowania, oparty na
elektronicznych notach
katalogowych GSD.
SIEMENS
i List. 1. Zawartość (fragmenty) przykładowego pliku GSD.
G3D File for the EM 277 PROFIBIJ3-DP with a DPC31
MLFB ; 6ES7 277-0AA20-0KA0 DATĘ ; 07-Qct-1999
05-Jan-2000 modified
#Profibus_DP
;General parameters
G3D_Reyision = 1
Vendor_Name = "3iemens"
Model_Name = "EM 277
PROFIBIJ3-DP"
Reyision = "VI.00"
Ident_Number = 0x0S9D
Protocol_Ident = 0
3tation_Type = 0
FM3_supp = 0
Hardware_Release = "1.00"
3oftware_Release = "1.00"
9.6_supp = 1
19.2_supp = 1
{................................
MaxTsdr_6M = 450
MaxTsdr_12M = $&&
Redundancy = 0
Repeater_Ctrl_3ig = 2 24V_Pins = 2
Bitmap_Deyice="EM_277_N" Bitmap_3F="EM_277_3" i
; 3laye-3peciflcation; QrderNumber="6E37 277-0AA20-0XA0" Penphery = "3IMATIC 35" 3laye_Family=10&TdF&3IMATIC Implementation_Type = "DPC31" Freeze_Mode_supp = 1
3ync_Mode_supp = 1
3et_3laye_ńdd_3upp = 0 ńuto_Baud_supp = 1
Min_3laye_Interyall = 1 Fail_3afe = 0
ŚMax_Diag_Data_Len = &
Rys. 8.
Do tworzenia, edycji i walidacji plików GSD komitet ProfiBus przygotował udostępniany bezpłatnie edytor (rys. 9), który nie ma co prawda wbudowanego kreatora plików, ale dzięki dołączeniu do niego kilku przykładów, ustandaryzowanej i dobrze udokumentowanej strukturze plików GSD oraz doskonałej diagnostyce błędów samodzielna modyfikacja, czy też napisanie dri-vera dla urządzenia nie jest zadaniem zbyt trudnym.
138
�i
Elektronika Praktyczna 2/2001
AUTOMATYKA
Rys. 9.
Przyszłościowe rozwiązania
Otwartość koncepcji ProfiBusa pozwala na jego szybkie nadążanie za zmieniającym się rynkiem, dzięki czemu od pewnego czasu oferowane są systemy sterowania zdalnie dostępne poprzez Internet, możliwa jest także integracja ProfiBusa z sieciami lokalnymi opartymi na Ethernecie. Zauważalny jest przyszłościowy trend stopniowego zastępowania różnorodnych sieci lokalnych i wynikającego z ich architektury buforowanego dostępu do zasobów sterowania, sieciami opartymi na doskonale sprawdzonym protokole TCP/IP (rys. 10).
Planowane jest także objęcie standaryzacją sterowanie modułami napędowymi, które zostaną objęte osobną specyfikacją
klasy, podobnie do sterowników, cyfrowych i analogowych modułów I/O. Ma to na celu zagwarantowanie reakcji modułu zarządzającego pracą systemu w czasie bliskim rzeczywistemu (czas oczekiwania na reakcję sterownika poniżej 2ms].
Kolejnym planowanym uzupełnieniem dotychczasowej specyfikacji jest globalna synchronizacja lokalnych zegarów za pomocą telegramów cyklicznie rozsyłanych przez Mastera systemu. Zapewni to współbieżnośc lokalnych procesów bez konieczności tworzenia zaawansowanych procedur programowych.
Ostatnim ciągle wdrażanym uzupełnieniem standardu jest zapewnienie bezpośredniej, cyklicznej komunikacji pomiędzy modułami Slave. Konstrukcja interfejsów w modułach Slave potrafiących pracować w ten sposób jest w pełni kompatybilna z dotychczasowymi standardami, dzięki czemu w jednym segmencie sieci mogą pracować moduły "nowe" i "stare".
Piotr Zbyslńskl, AVT plotr.zbyslnskl@ep.com.pl
Edytor plików GSD jest dostępny w Intern ecie pod adresem hiip:/ /www.profi-bus.conildownloadslgsdedii.exe oraz na płycie CD-EP2/2001B w katalogu. \Profibus.
Biblioteka plików GSD jest dostępna pod adresem http://www.profibus.com/ gsd /in d ex. h tml.
HhwnetTCPflP
MM2>
PraflBu m ttfHMli z TCP/1 P
Rys. 10.
Elektronika Praktyczna 2/2001
139
AUTOMATYKA
mmmsmm&m
Czujniki firmy
wane są w trzech wersjach o różnych wymiarach pola pomiarowego oraz różnych kolorach światła emitowanego przez oświetlacze LED. Kolor oświetlacza zależy od przeznaczenia czujnika, np. do rozpoznawania czarnych lub białych nadruków na czerwonych opakowaniach doskonale nadaje się oświetlacz z zielonymi diodami LED, a do analizy obrazów czarno- lub czerwono-białych lepiej nadaje się oświetlacz z czerwonymi diodami LED.
W zależności od typu głowicy optycznej różne są wymiary analizo-
mocą można rozp oznawac kształty lub fakt zadrukowania powierzchni jakimkolwiek wzorem, łącznie z kolorami (rys. 2). Dzięki tak dużej uniwersalności, czujniki można wykorzystać m.in. do pozycjonowania obiektów, badania poprawności nadruków i oznaczeń na opakowaniach, selekcji produktów poruszających się na taśmie produkcyjnej, automatycznego sortowania itp.
Łatwość obsługi
Czujniki optyczne rodziny FlO-Sxx współpracują z modułami inteligentnych, programowanych wzmacniaczy, które odpowiadają za rozpoznawanie obra-
Fot. 1
Czujniki umożliwiające rozpoznawanie obrazów należą do grupy czujników specjalnych, w której bez wątpienia (ze względu na techniczne i technologiczne zaawansowanie] wiodą prym. Omron jest jednym z pierwszych na świecie producentów, który wprowadził na rynek sa-mouczące się czujniki umożliwiające rozpoznawanie obrazów. Ze względu na charakteryzujące je niezwykłe możliwości poświęcamy im osobny artykuł.
Jak działa i co może?
Jednym z czujników znajdujących się w ofercie Omrona, umożliwiających rozpoznawanie obrazów, Składa się on z głowicy optycznej (fot. 1], w którą wbudowano kamerę z czujnikiem CCD oraz modułu wzmacniacza (fot. 2], który jednocześnie spełnia rolę inteligentnego detektora obrazu. Głowice optyczne ofero-
Elektronika Praktyczna 1/2001
Elektroniczne czujniki
um ożli wiaj ą ce
rozpoznawanie obrazów
należą do jednych
z najbardziej
za a w ans o wanych
techn o logiczni e
elementów stosowanych
we współczesnych systemach sterowania
i automatyki.
Zastosowane w nich
rozwiązania mogą
fascynować elektroników, ponieważ
w niepozornej
obudowie czujnika
kryje się niezwykle
zaawansowany system
mikroproces orowy.
zów i porównywanie ich z zadanym wzorcem. Najprostszy ze wzmacniaczy F1O-C1O/15 wyposażono tylko w jedną pamięć obrazu, który stanowi odniesienie dla wszystkich prowadzonych pomiarów. Wzmacniacz F10-C20/25, także z jedną pamięcią obrazu, pozwala dodatkowo badać kolor powierzchni
Otezflruaenia
Rys. I.
wanych obszarów. Na rys. 1 pokazano kształt pola widzenia i jego przybliżone wymiary dla głowicy czujnikowej F1O-S15R. Jest to "środkowy" pod względem rozmiarów pola widzenia model wśród trzech oferowanych przez Omrona głowic.
Niezależnie od rozmiaru pola widzenia i koloru zastosowanego podświetlacza, zasada działania czujników z rodziny F10 jest taka sama. Za ich po-
Fot. 2.
131
AUTOMATYKA
Rozpoznawania kształtów
Czujnik porównuje zapamiętany obraz referencyjny I porównuje go z obrazem widzianym przez tamer? czujnika. W zależności od stopnia dopuszczonej tolerancji I podobieństw wzorów, obraz jest lub nie jest akceptowany przez czujnik.
Obraz referencyjny
Obraz widziany
Wykrywani* nadruków
Czujnik rozróżnia powierzchnie zadrukowane kolorem. powierzchnie zabrudzone, zadrukowane tekstem lub grafiką.
Bez Kolorowa nadruku płaszczyzna Zabrudzenie Nadruk
Obraz referencyjny
Rys. 2.
OK
NG
tekst NG
analizowanego obiektu. Modele F10-C30/35 wyposażono aż w osiem pamięci obrazu, potrafią one także analizować kolor powierzchni. Najbardziej zaawansowany model, oznaczony symbolem F10-C50/55, dodatkowo wyposażono w port szeregowy RS232.
Wszystkie wymienione wzmacniacze wyposażono w zbliżone wyglądem panele operatorskie, które są jednakowo obsługiwane. Klawiatura operatorska składa się z trzech przycisków, spośród których jeden umożliwia wyzwolenie trybu uczenia i wyświetlanie ustalonych wartości parametrów, dwa pozostałe pozwalają zadać wartości poszczególnych parametrów rozpoznawania. Wzmacniacze wyposażono w dwa liniowe wskaźniki wykonane z diod LED, na których wskazywane są: zadany przez operatora poziom dokładności porównywania wzorca z widocznym obiektem oraz aktualna wartość współczynnika korelacji. Przełącza-
nie pomiędzy normalną pracą, monitorowaniem i uczeniem umożliwia trzypozycyjny przełącznik przesuwny. Panel operatorski wzmacniaczy, z wbudowanym detektorem koloru, wyposażono ponadto w jednocyfrowy wyświetlacz LED, który służy jako wskaźnik parametrów pomiaru tego typu, ale jest także wykorzystywany do wskazywania numeru aktywnej pamięci obrazu referencyjnego.
Ponieważ panel operatorski czujników jest stosunkowo prosty i dobrze opisany w instrukcji, obsługa czujnika jest nad wyraz łatwa. Oświetlacz pola pomiarowego ułatwia kalibrację przyrządu na linii produkcyjnej, a przedstawione dalej dodatkowe możliwości zestawu powodują, że opracowane przez firmę Omron czujniki można stosować w niezwykle szerokiej gamie aplikacji.
Inne możliwości
Wydawać by się mogło, że konstruktorzy czujników F10 wyczerpali możliwości ułatwię-
132
Elektronika Praktyczna 1/2001
AUTOMATYKA
. 50 m min.
M TECH
THlG
ENAB
OLJTPUT
Rys. 3.
nia życia ich użytkownikom. Okazuje się jednak, że kolejne interesujące możliwości ukryto na panelu operatora pod niepozornym DIP-switchem, który pozwala operatorowi na:
- samoczynne wybieranie fragmentu wzorca o najlepszej jakości obrazu,
- poszerzenie pola detekcyjnego, dzięki czemu czujniki można dostosować do analizy kodów paskowych,
- wykorzystanie wewnętrznego timera do opóźnienia wyłączenia sygnału wyjściowego czujnika,
- ustalenie żądanej polaryzacji
m
wyjścia czujnika (emulacja
NO/NC], - wykorzystanie wejścia RS232/422
do sterowania pracą czujnika.
Wzmacniacze F10 mogą ponadto uczyć się wzorców obrazu na obiektach znajdujących się w ruchu. Do tego celu niezbędne jest kilkukrotne powtórzenie procesu uczenia czujnika, za pomocą sygnału wyzwalającego TRIG, jak to pokazano na rys. 3. Zalecana przez producenta liczba powtórzeń impulsów uczących wynosi 6, a poprawne zakończenie konfiguracji jest sygnalizowane przez czujnik zmianą poziomu logicz-
nego sygnału na ,,1" na wyjściu OUTPUT. Cyfry przy fragmentach przebiegów z rys. 3 oznaczają kolejność ich występowania. Nieco prostsze przebiegi charakteryzują proces uczenia czujnika obrazu wzorcowego na obiekcie statycznym, co ilustruje rys. 4.
Projektanci czujnika F10 zatroszczyli się także o rozbudowaną procedurę diagnostyki błędów, które mogą wystąpić podczas pracy urządzenia. Wystąpienie błędu jest sygnalizowane akustycznie, a jego źródło wskazuje wyświetlacz LED, standardowo wykorzystywany do wyświetlania zadanego przez użytkownika poziomu od-
niesienia dla układu porównującego obrazy,
Podsumowanie
Konstrukcja czujników F10 ilustruje wzajemne "wspieranie się" różnych dziedzin techniki traktowanych do niedawna bardzo rozdzielnie. Tylko dzięki niezwykle zaawansowanej elektronice było możliwe stworzenie urządzenia tak prostego w obsłudze, niewielkich rozmiarów, a przy tym bardzo efektywnego w praktycznych aplikacjach. Tomasz Paszkiewicz
Artykuł powstał w opór cii o materiały firmy Omron, tel. (0-22} 645-73-60, www.omron.com.pl
MTKH ON OFF tPf |(8)
TTŁlG ON

ENAB ON <2>L (5)
urr ^ Czastnranlauczenia _,
OUTPLTT ON ---------^
Rys. 4.
Elektronika Praktyczna 1/2001
133
Fot. 1.
AUTOMATYKA
Niezwykle interesującą, a przy tym słabo znaną dziedziną współczesnej techniki są
pomiary przepływu cieczy i gazów.
Ponieważ w systemach automatycznego
sterowania i pomiarów stosowane do
niedawna mechaniczne mierniki i wskaźniki
przepływu wypierane są sukcesywnie przez
urządzenia elektroniczne postanowiliśmy
poświęcić im krótki artykuł.
Systemy pomiaru i zliczania przepływu, niezależnie od śledzonego medium, mają strukturę, identyczną lub zbliżoną do przedstawionej na rys. 1. Najważniejszym elementem toru pomiarowego jest czujnik, przepływu, którego zasada działania, i wynikająca z niej konstrukcja są zależne od rodzaju medium i oczekiwanej dokładności pomiaru. Zasady działania czujników są bardzo różne, często wykorzystują skomplikowane zjawiska fizyczne i elektrochemiczne. Zadaniem czujnika jest konwersja przepływu na proporcjonalny, analogowy sygnał elektryczny lub impulsy o częstotliwości zależnej od szybkości lub wielkości przepływu. Czujniki z wyjściami analogowymi mogą przetwarzać wartość przepływu na prąd (standard 0..20/4..20mA, itp.) lub na ustandaryzowaną wartość napięcia (0..5/0..10, itp.). Na wyjściach czujników z wyjściami cyfrowymi (częstotliwościowymi) znajduje się zazwyczaj przekaźnik kontaktronowy lub tranzystor zwierający wejście impulsowe dołączonego do niego miernika lub licznika przepływu.
Szczegóły dotyczące konstrukcji czujników, a także teoretyczne podstawy realizacji pomiarów tego typu
można znaleźć w Internecie, m.in. pod adresami podanymi na końcu artykułu.
Drugim istotnym elementem toru pomiarowego jest wskaźnik lub licznik przepływu. Najnowszej rodzinie wskaźników i liczników przepływu poświęcimy dalszą część artykułu.
Rodzina...
...przyrządów opracowanych przez łódzką firmę Macro-Process składa się z dwóch urządzeń:
- programowanego wskaźnika przepływu IP-310 (fot. 1),
- programowanego licznika przepływu MP-310 (fot. 2).
Na zdjęciach fot. 1 i fot. 2 pokazano tablicowe wersje przyrządów, ale dostępne są także ich odpowiedniki funkcjonalne w obudowach polowych IP65 przystosowanych do montażu naścien-nego, jak np. prezentowany na fot. 3 licznik przepływu MP-310F.
Wszystkie przyrządy tej rodziny to urządzenia mikroprocesorowe, wyposażone w szereg programowanych funkcji ułatwiających ich stosowanie w aplikacjach o różnorodnych wymaganiach, z czujnikami przepływu o niemal dowolnych wyjściach, także z niestandardowymi zakresami napięciowymi lub prądowymi. Przyrządy mają po cztery wejścia analogowe (0. .5 V, 0..10V, O..5mA, 0/4..20mA) oraz wejście cyfrowe o maksymalnej częstotliwości zliczania ok. 50Hz. W zależności od typu przyrządy mogą być wypos a żonę w wejścia zerujące o programowanych funkcjach i dwa wyjścia przekaźnikowe o konfigurowanym przez użytkownika sposobie działania, dzięki którym mogą one spełniać także funkcje prostych regulatorów (m.in. z programowaną his-terezą) lub sterowników w systemach automatycznego dawkowania. Na płytach czołowych urządzeń ulokowano 7-cyfrowe wyświetlacze LED ze stosun-
Sygnal analogowy lub cyfrowy
Rys. 1.
Wskaźnik
(licznik] przepływu
Fot. 2.
Elektronika Praktyczna 2/2001
141
AUTOMATYKA
Fot. 3. '.
kowo dużymi cyframi, dwa wskaźniki LED sygnalizujące stany wyjść przekaźnikowych oraz zespól przycisków membranowych służących do programowania i bieżącej obsługi przyrządów. W wersjach polowych obu przyrządów klawiatura ta rozszerzona została dodatkowo o zespól przycisków kursoro-
wych i numerycznych ułatwiającymi nawigację po menu konfiguracyjnym i edycję parametrów cyfrowych. Dostęp do menu programowania może być chroniony hasłem. Dane odbierane z czujnika można poddać integracji, dzięki której chwilowe fluktuacje przepływu nie wpływają ujemnie na czy-
telność wskazań. Wartość cyfrowo emu-lowanej ,, stałej czasowej" integracji operator może dobrać do warunków pracy urządzenia.
Producent prezentowanych przyrządów zadbał także o wyposażenie ich w szeregowy interfejs RS485 z protokołem MODBUS-ASCII. Dzięki temu interfejsowi urządzenie nadrzędne (np. komputer) może odczytać wyniki pomiarów, zawartości rejestrów dodatkowych, a także zdalnie je zerować. Wszystkie omawiane przyrządy przystosowane są do bezpośredniego zasilania z sieci energetycznej 220V/50Hz. Na życzenie odbiorców istnieje możliwość wyposażenia przyrządów w dodatkowy wewnętrzny zasilacz o napięciu wyjściowym 24V i wydajności prądowej 30mA do zasilania czujników pomiarowych.
Poniżej przedstawimy najważniejsze właściwości użytkowe wyróżniające poszczególne przyrządy.
IP310
Wskaźnik IP310 służy do bieżącej sygnalizacji wartości przepływu z możliwością swobodnego skalowania wyświetlanego wyniku. Do dyspozycji ope-
142
Elektronika Praktyczna 2/2001
AUTOMATYKA
ratora są dwie standardowe charakterystyki przeliczania (liniowa i pierwiastkowa) oraz jedna charakterystyka aproksy-mowana max. 47 punktami określonymi przez użytkownika. Dzięki niej istnieje możliwość linearyzacji charakterystyki przetwornika lub korekcja charakterystyki pomiaru (_). Oprócz wskazywania bezwzględnej wartości przepływu IP310 umożliwia prezentację wyniku pomiaru w skali procentowej, rejestrację wartości ekstremalnych oraz wskazywanie odchyłki wartości mierzonej względem wartości określonej przez operatora jako optymalnej dla danego procesu.
Wskaźnik IP310 dostępny jest także w wersji naściennej o stopniu ochrony IP65.
MP310
Licznik przepływu MP-310 poza swą podstawową funkcją zliczania i wskazywania przepływu sumarycznego liczonego w dwóch niezależnych rejestrach akumulacyjnych umożliwia także realizację szeregu wskazań pomocniczych. Przyrząd umożliwia m.in. wskazania przepływu chwilowego w przeliczeniu na żądane jednostki rzeczywiste oraz w postaci procentowej
odniesionej do zadeklarowanego zakresu pomiarowego. Progi uaktywnienia zliczania liczników akumulacyjnych są programowane przez operatora. Wyniki pomiarów są zabezpieczone przed przypadkowym skasowaniem, ale operator ma możliwość ich zerowania zarówno za pomocą przycisku na płycie czołowej, jak i zdalnie poprzez dodatkowe wejścia ulokowane w tylnej części obudowy, jak i poprzez RS485. Dość przydatną funkcją jest programowanie precyzji wyświetlania wyniku pomiaru, co zapobiega obciążaniu obsługi niepotrzebnymi informacjami.
Opcjonalny wewnętrzny zegar czasu rzeczywistego pozwala prowadzić rejestrację w zadanych odcinkach czasu, przy czym dostęp do wyników tak prowadzonej akwizycji jest możliwy tylko poprzez interfejs RS485. Licznik MP310 dostępny jest także w wersji naściennej IP65 z wydzieloną klawiaturą numeryczną i kursorami. Tomasz Paszkiewicz, AVT
Prezentowane w artykule przyrządy udostępniła redakcji firma Macro-Pro-cess, tel. (0-42) 640-64-15, macropro@in-focentrum.com.
Interesujące materiały (w języku polskim) można znaleźć m.in.:
Ś teoretyczne podstawy pomiaru przepływu : http://www.in trol.pl/R7/ 7.1.1.html,
Ś informacje o czujnikach i urządzeniach pomiarowych:
- h ttp://www.macropro.infocen t-rum.com
- http://www.fisher-rosemount.pl/po-miaryprzeplywu.htm
- http://nivus.pl/pomiar_przeplywu/ pomiary_przeplywu.htm
- http://www.introl.pl/prze-plywy2000.html
- http://www.piap.waw.pl/PIAP/DPQ/ nowosci_l.html
- http://www.alfine.com.pl/fischer/ _privateZdk-pagel.htm
- http://www.danfoss.pl/produkty/po-jedync ze _pro dukty/przepływomierze _ultra dźwiękowe_sonoflo.htm
- http://www.nivelco.pl/przeplyw.html
- http -J/www.metalch em. pl/katalogi/ akp.html
144
Elektronika Praktyczna 2/2001
PROJEKTY
Programator 8051 & AVR do Amigi
AVT-996
Ponownie witam wszystkich
miłośników Amigi! Tym razem
opiszę urządzenie
przeznaczone tylko dla Amy
- programator procesorów serii
8051 i AVR firmy Atmel.
Wyjaśnienia wymaga
umożliwienie programowania
procesorów AVR
i AT89S8252, które daje się
przecież programować
w układzie przez SPI, tym
bardziej, że czas
programowania przez SPI jest
taki sam jak w trybie
równoległym. Jednak tylko
tryb równ oległy um ożliwia
ustawianie bitów RCENT,
FSTRT i SPIEN.
Najważniejszy jest ten ostatni,
ponieważ jego skasowanie
uniemożliwia
przeprogramowanie układu przez SPI.
Przedstawiany programator większe możliwości niż programatory, których opisy publikowano w innych czasopismach (np. EdW). Najistotniejsze różnice to: programowanie AVR, 89S8252 i całej pamięci 89C55 (w poprzednich wersjach tylko 16kB).
Zasada działania
Schemat elektryczny programatora przedstawiono na rys. 1. Urządzenie jest zasilane z zasilacza 15..18V. Napięcie nie musi być stabilizowane. Układ można też zasilić ze stabilizowanego zasilacza 12V/200mA. Wtedy w miejsce USlA należy zamontować zworę. USlB obniża napięcie do +5V do zasilania układów cyfrowych. Oznaczenie elementów z literkami A i B wprowadzono dlatego, że w poprzednich wersjach programatora nie było stabilizatora 7812 i konieczne było zasilanie go z zasilacza stabilizowanego +12V. W stosunku do modelu na fotografii zmieniono też umiejscowienie elementów R14 i D7. Dzięki temu nie jest konieczne podpiłowanie nóżek elementów, aby zamontować podstawkę zatrzaskową. Dl zabezpiecza programator przed skutkami odwrotnej polaryzacją napięcia. Dane z komputera (adres, tryb pracy, napięcia programujące) są wysyłane szeregowo do rejestrów typu 4094. Linią SEL są przesyłane dane, POUT jest przesyłany
sygnał zegara, BUSY zatrzaskuje dane w rejestrach. Rejestry 4094 mają tę "przyjemną" cechę, że w swojej strukturze zawierają zatrzask. Dzięki temu stany wyjść nie zmieniają się podczas transmisji tylko po podaniu dodatniego impulsu na wejście ST. Bramki układu US2 poprawiają zbocza sygnałów przechodzących długimi jak na układy cyfrowe przewodami. Po wysłaniu informacji do rejestrów 4094, przed ich przepisaniem impulsem ST, linią SEL portu równoległego można ustawić kierunek transmisji bramy US3. Spełnia ona trzy funkcje:
Programator obsługuje następujące
procesory:
X AT89C51 5/12V
X AT89C52 5/12V
X AT89C55 5/12V
x AT89S8252 12V (także pamięć danych)
x AT89C1051 12V
X AT89C2051 12V
X AT89C4051 12V
X AT89C8051 12V
X AT90S1200 12V
X AT90S2313 12V
X 87C51 (tylko odczyt)
X 87C52 (tylko odczyt)
X 87C592 (tylko odczyt)
Elektronika Praktyczna 2/2001
15
Programator 8051 & AVR do Amigi
generuje sygnał przesyłany z procesora do komputera, dzięki his-terezie likwiduje zakłócenia, jakie mogą wystąpić wskutek przewodów doprowadzających i separuje port równoległy od programowanego procesora. Zmiana stanu linii danych przed impulsem na ST nie wpływa na działanie rejestrów, ponieważ stan linii danych jest zatrzaskiwany podczas narastającego zbocza impulsu na linii zegara.
Rezystory RP3.8 podciągają wyjścia procesorów 89C51/2/5 do +5V. RP2.8 zabezpiecza przed skutkami ewentualnego konfliktu danych, podobnie jak RP1.8, R12 i R13. Wyjście QH US5 załącza napięcie zasilające programowany układ. Bramki US7 włączają D5 (w stanie spoczynku dzięki R8 dioda słabo świeci) oraz za pośrednictwem T3 zasilają programowany układ. Wyjścia QF i QG
MM
Rys. 1. Schemat elektryczny programatora.
załączają napięcia programujące +12V (pin 1 dla 89CxO51, pin 31 dla 89C5x). Rezystory Rll i R14 ograniczają prąd do bezpiecznej wartości, gdyby napięcie programujące pojawiło się na nieodpowiednim wyprowadzeniu (Vpp dla 89CxO51 to AO dla 89C5x, natomiast Vpp dla 89C5x to P3.7 dla 89CxO51). Przypadek taki może zaistnieć z powodu zakłóceń na przewodach, podczas zawieszenia się komputera, itp. Rezystory te dodano podczas pisania oprogra-
16
Elektronika Praktyczna 2/2001
Programator 8051 & AVR do Amigi
Charakterystyka programatora:
/ Programator sam rozpoznaje typ procesora
i producenta, / Zapis, odczyt, weryfikacja pamięci programu
ww. procesorów (w kolejnych wersjach
programu obsługa pamięci danych
procesorów AVR), / Ustawianie bitów zabezpieczających
i konfiguracyjnych, / Dioda sygnalizująca stan pracy
programatora,
/ Pełne zabezpieczenie portów CIA Amigi, / Procedury programowania napisane
w języku maszynowym, / Zasilanie programatora: +15V/200mA, / Lokalizacja programu, / Możliwość otworzenia programu na
dowolnym ekranie (także na CGX).
Wymagania programu:
Ś OS2.04+,
Ś minimum 1,1 MB wolnego miejsca na dysku,
Ś dowolny CPU.
Zalecana konfiguracja komputera:
? OS3.0+,
? CPU 68020/14MHz.
za mała do zasilenia programowanego procesora. Na koniec została do omówienia funkcja spełniana przez jedną z bramek US2. Za pośrednictwem R7, D3 i D4 umożliwia ona wykrycie przez program dołączenia programatora i jego wersji. Dzięki temu zapis 89C5 5 zostanie ograniczony do 16kB dla wersji hardware v2.0, o czym użytkownik zostanie poinformowany. Gdyby program nie wprowadził tego ograniczenia przy przekroczeniu 16kB, procesor zostałby źle zaprogramowany, a program pracowałby źle. Jeśli układ US2 będzie wykonany w technologii TTL (np. 74LS132), konieczne może okazać się zastosowanie diod D3, D4 wykonanych w technologii Schottky'ego (np. BAT85). Spowodowane jest to maksymalnym napięciem wyjścia w stanie niskim. W układach C-MOS napięcie to wynosi maksymalnie 0,33V. Dodając spadek na diodzie krzemowej 0,7V, razem 0,93V. Napięcie to z pewnością będzie zinterpretowane przez układ CIA jako stan niski. Gdy natomiast US2 jest wykonany w technologii TTL, maksymalne napięcie wyjściowe w stanie niskim wynosi 0,4V, spadek na diodzie krzemowej 0,7V, razem 1,1V. Gwarantowane napięcie wejściowe, jakie będzie zinterpretowane jako poziom niski wynosi IV. Jak widać kombinacja z US2-TTL i D3, D4
mowania w wersji V2.2. Przyczyną ich zastosowania było uszkodzenie wejścia AO procesora 89C51 spowodowane błędem w programie. Na tym wejściu pojawiło się napięcie +12V. Wartości rezystorów dobrano tak, aby spadek napięcia 12V na wejściu Vpp nie przekraczał dopuszczalnej wartości, a jednocześnie, gdy wejście nie jest wejściem Vpp, prąd płynący z +12V do wejścia/ wyjścia AO nie przekraczał dopuszczalnej wartości powodującej uszkodzenie układu. O skuteczności zabezpieczenia autor przekonał się podczas pisania oprogramowania w wersji V2.5, gdy kilkakrotnie na wejściu P3.7 89C2051 pojawiło się napięcie +12V. Zgodnie z obliczeniami układ "przeżył". Diody D2 i D7 separują wyjścia rejestrów 4094 od napięcia +12V. Rezystory R17 i R2 0 wymuszają poziom niski, gdy na piny Vpp nie jest podawany wysoki poziom logiczny ani +12V. Wyjście QA US8 steruje za pośrednictwem T4 linią A14 układu 89C55 lub GND dla 89CxO51. Tranzystor jest konieczny, ponieważ wydajność prądowa układu US8 jest pyS 2. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej.
(diody krzemowe) nie gwarantuje rozpoznania przez CIA takiego poziomu jako niski. Gdy zastosujemy diody Schottky'ego, otrzymamy następujące wyniki: napięcie wyjściowe w stanie niskim 0,4V, spadek napięcia na diodzie 0,4V, razem 0,8V. W tym przypadku wszystko jest OK. Podałem tu skrajne przypadki. Natrafienie na taką kombinację spadków napięć jest mało prawdopodobne, ale możliwe, zwłaszcza że trzeba wziąć pod uwagę mały (ale jednak) spadek napięcia na rezystorach RP1.8. Gdyby więc program testujący nie wykrywał programatora, przyczyną może być wspomniana niekorzystna kombinacja spadków napięć.
Montaż i uruchomienie
Schemat montażowy programatora pokazano na rys. 2. Montaż rozpoczynamy od elementów najmniejszych do największych półprzewodników i złącz. Dzięki temu, że podstawkę zatrzaskową i diodę LED umieszczono od strony druku nie ma kłopotu z zamknięciem urządzenia w obudowie typu KM60. Płytkę można wykonać jako dwustronną bez metalizacji otworów. Należy jednak pamiętać o wykonaniu siedmiu przelotek oznaczonych na płytce kółkami po stronie opisu. Funkcję pozostałych przelotek spełniają nóżki elementów. W tym
Progronator A Far Anlga 2000 by AVT S. SkrzuMM
Elektronika Praktyczna 2/2001
17
Programator 8051 & AVR do Amigi
Rys. 3. Sposób wykonania kabla połączeniowego.
wypadku pod układy scalone należy zastosować podstawki precyzyjne, które można lutować także od strony druku. Podstawkę zatrzaskową i złącze IDC można lutować tylko z jednej strony. Do tych elementów ścieżki prowadzone są z jednej strony. Niektórzy nie lutują wyprowadzeń układów, złącz itp., które nie są do niczego podłączone. W tym wypadku nie zalecam takiego postępowania, ponieważ płytka jest dwustronna i to, że z jednej strony nie ma połączeń nie oznacza, że z drugiej też ich nie będzie. W podstawce zatrzaskowej, ze względu na wymaganą wytrzymałość mechaniczną, należy konieczne przylutować wszystkie wyprowadzenia. Przy zakupie podstawki należy zwrócić uwagę, aby można było umieścić w niej układy o szerokości 0,3 cala (20 pin) i 0,6 cala (40 pin). Aby obniżyć koszt programatora, można zastosować dwie podstawki precyzyjne (20 i 40 pin). Wygodniej jest jednak umieścić tam listwy tulipanowe (tzw. goldpiny) ze względu na trudności umieszczenia podstawki 20 pin w podstawce 40 pin. Sposób połączenia złącza DB25 z taśmą przedstawiono na rys. 3. Przed umieszczeniem układów w podstawkach włączamy zasilanie i sprawdzamy napięcie +5V. Jeśli wszystko jest dobrze, to po wyłączeniu zasilania umieszczamy układy w podstawkach, podłączamy urządzenie do komputera (przy wyłączonym zasilaniu tak komputera, jak i programatora). Włączamy zasilanie programatora i komputera.
Instalacja i testowanie
Zawartość foldera dyskietki po rozpakowaniu przedstawiono na rys. 4. W skład zestawu wchodzą następujące programy: - "Prog_AT" - jest to program główny, dzięki któremu można
programować procesor kodem wczytanym z dyskietki itp.,
- "TestProg_AT" - program testujący programator,
- "Rysunki" - w tym katalogu znajdują się schematy (IffILBM) i rysunki płytek (Platine, IffILBM, AutoTrax) programatora, sterownika węża świetlnego i emulatora zegara DCF,
- "Źródła" - w katalogu znajdują się kody źródłowe programu "Prog_AT" i "TestProg_AT" napisane w AmigaE oraz przykładowe programy dla 8051 (sterownik węża świetlnego i emu-lator zegara DCF),
- "Przykłady" - w katalogu zawarte są przykładowe pliki Intel -Hex,
- "Instaluj na HD" - program instalujący,
- "Instrukcja.guide" - instrukcja do programu w formacie Amiga-Guide. Tę instrukcję warto przeczytać przed instalacją programu. Opisano tam szczegółowo:
- zmiany poczynione w kolejnych wersjach software i har-dware,
- sposób wydrukowania rysunków płytek, jeśli wykonujemy je sami,
- szczegóły dotyczące instalacji i lokalizacji programu,
- sposób otrzymywania darmowego uaktualnienia oprogramowania,
- miejsce, z którego można ściągnąć kompilatory 8051, AVR i inne,
- możliwe błędy i sposób ich usunięcia.
Instrukcja zajmuje 3 2kB tekstu ASCII, więc jest co czytać, a program jest ciągle rozwijany, warto więc otrzymywać upgrade. Program instalujemy standardowym insta-lerem, klikając na ikonę "Instaluj na HD". Po instalacji uruchamiamy program "TestProg_AT". Po tekście ostrzegawczym pojawi się okno z gadżetami (rys. 5). Po kliknię-ciu na linię gadżetów pojawi się okno z informacją, jakie stany p owinny wystąpić na pinach układów US4, US5,
US6, US8. Do badania stanów logicznych najlepsza będzie sonda logiczna. Napięcia na wyprowadzeniach 1 i 31 sprawdzamy miernikiem uniwersalnym. Jeśli wszystko jest dobrze, naciskamy gadżet Dalej, co zmieni stany na pinach rejestrów 4094. Test ten umożliwia sprawdzenie US2, US4, US5, US6, US8. Po sprawdzeniu wszystkich kombinacji pojawi się okno główne (rys. 6).
Gadżet Vpp umożliwia sprawdzenie układu US7 sterującego załączaniem napięcia zasilającego i programującego.
Gadżet Poziomy umożliwia sprawdzenie US3 i rejestrów 4094 oraz wyeliminowanie ewentualnych przerw i zwarć w ich obwodach.
Gadżet Wersja testuje układ wykrywający programator.
Jeśli test przebiegł prawidłowo, to prawdopodobnie nie popełniliśmy błędu i urządzenie zadziała poprawnie. Wychodzimy więc z programu testującego i uruchamiamy program "Prog_AT".
Obsługa programu
Po komunikacie powitalnym ukaże się główne okno programu (rys. 6). Program rezerwuje port równoległy, tak więc inne programy nie będą mogły z niego korzystać (zakomunikują błąd: "Nie mogę otworzyć parallel.device", czy też "Nie mogę otworzyć prin-ter.device"). Jeśli w czasie, gdy uruchomimy program, port będzie zarezerwowany, pojawi się komunikat o niemożliwości jego wykorzystania, a program przerwie swe działanie. Program korzysta także z timerów CIA i bibliotek: dos.lib-rary, intuition.library, graphic.lib-
Śr.l
irAdł*
Instrukcja.guldt Instaluj iv a HD

pys 4 Zawartość foldera dyskietki po rozpakowaniu.
18
Elektronika Praktyczna 2/2001
Programator 8051 & AVR do Amigi
UHrillkUli
Rys. 5. Okno z gadżetami.
rary, icon.library, gadtools.library, reątools.library. Większość z nich znajduje się w ROM-ie. Przeważnie reątools.library i gadtools.library są bibliotekami zewnętrznymi, ale stały się one niejako standardem i z pewnością znajdują się na każdym dysku (99% programów wymaga tych bibliotek).
Po uruchomieniu programu otworzy się okno informacyjne, po wyjściu z którego mamy do wyboru opcje:
Otwórz plik - otwiera okno umożliwiające wczytanie plików bin lub IntelHex z dysku do bufora programu. Format pliku jest rozpoznawany automatycznie. Akceptowane są także pliki, których dane są niespójne, np.: dane 1 - SOOOO-SOFOO dane 2 - SlOOO-SHOO dane 3 - S2000-S3FFF Ważne jest, aby bloki nie zachodziły na siebie, a ich adresy były rosnące. W kolejnych wersjach programu ograniczenie to zostanie usunięte. Kolejność występowania bloków nie ma znaczenia. Rekordy danych mogą zawierać od 1 do 255 bajtów. W programach na PC często ww. opcje nie są akceptowane, co przeczy idei plików IntelHex (np. w MCS Basic-emulator dane muszą być zawarte w jednym bloku). Program akceptuje kody końca linii CR, LF i CR+LF (LF+CR). Dzięki takiemu rozwiązaniu możliwe jest odczytanie kodu generowanego przez kompilatory na innych platformach. Budowa pliku IntelHex jest dosyć prosta - składa się z rekordów. Na rekord składają się liczby hex zapisane w kodach ASCII według wzoru:
:cc aaaa tt dd..............dd ss
gdzie:
: - znacznik rekordu IntelHex,
cc - liczba danych (dd),
aaaa - 16-bitowy adres ładowania,
tt - typ rekordu:
00 - rekord z danymi
01 - ostatni rekord sygnalizujący koniec pliku (tworzy sekwencję ":OOOOOOO1FF")
02 - dane w formacie IntelEx-tended
03 - adres startowy dla 8086 dd - dane,
ss - suma kontrolna modulo 256 obejmująca cc aaaa tt dd.
Zapisz plik - zapisuje plik w formacie binarnym z bufora na dysk. Jeśli podejmiemy próbę zapisu do istniejącego pliku, to pojawi się komunikat ostrzegawczy z możliwością wyboru (rys. 7).
Zapisz procesor - zapisuje procesor kodem z bufora. Jeśli bufor jest pusty, pojawi się komunikat ostrzegawczy, po czym procedura zostanie przerwana. Jeśli w buforze znajduje się program, zostanie odczytana sygnatura procesora i dobrany odpowiedni algorytm. Następnie pamięć procesora zostanie skasowana oraz będzie sprawdzona poprawność tej operacji, po czym procesor zostanie zaprogramowany. Podczas programowania wyświetlana jest informacja, który bajt jaką wartością jest programowany. Jeśli wystąpi błąd, w oknie programu możemy zobaczyć adres, pod którym występuje błąd,
jaka wartość bajtu znajduje się w buforze i jaka została zapisana w procesorze. Po zapisaniu całego bufora pojawi się pytanie, czy programować bity blokady, czy nie. Programowane są zawsze bity 1 i 2. Jeśli chcemy zaprogramować tylko bit 1 lub bity 1, 2 i 3, musimy na pytanie czy programować bity blokady odpowiedzieć nie, po czym wybrać odpowiedni gadżet lub skrót klawiszowy ustawiający wybrane bity blokady.
Czytaj procesor - odczytuje całą zawartość procesora do bufora, po czym otwiera okno umożliwiające zapisanie pliku w formacie binarnym. Jeśli procesor jest "czysty" lub ma ustawione bity blokady, pojawi się komunikat informujący o tym, a procedura zostanie przerwana.
Weryfikuj - porównuje pamięć procesora z zawartością bufora. Jeśli procesor ma ustawione bity zabezpieczające, operacja ta nie powiedzie się.
Sygnatura - określa wersję procesora, producenta i napięcie programujące. Odczytywany jest także stan bitów konfiguracyjnych i blokady (dla 8051 tylko bity konfiguracyjne). Operacja ta jest przeprowadzana przed każdą operacją na procesorze (zapis, odczyt, weryfikacja, ustawianie bitów zabezpieczających).
Nota - wyświetla informację o autorze, wersji software, wersji hardware, nazwę ekranu, na którym program otworzył swoje okno (napis "Default", jeśli program otworzył okno na ekranie domyślnym).
Bity blokady - wybranie odpowiedniego gadżetu. Programuje bi-
Tab. 1.
Dla procesorów AT89C5x i AT89S8252
Ustawiony bit blokady Rodzaj ochrony
żaden Brak ochrony
1 Instrukcje M0VC z pamięci zewnętrznej nie mogą pobierać bajtów kodu z pamięci wewnętrznej. Przeprogramowywanie pamięci FLASH zabronione.
CSI Jak wyżej, ponadto zabroniona weryfikacja
CSI Jak wyżej, ponadto zabronione wykonywanie programu z zewnętrznej pamięci programu (zablokowany rozkaz M0VEX)
Dla procesorów AT89 CxO51 i AVR
Ustawiony bit blokady Rodzaj ochrony
żaden Brak ochrony
1 Programowanie pamięci FLASH zabronione
CSI Jak wyżej, ponadto weryfikacja FLASH zabroniona
Elektronika Praktyczna 2/2001
19
Programator 8051 & AVR do Amigi
wtflafc

lv � i/r
tub ttrłir im i!Ś uli
*~l ir*wwii Św -Ul M2.S . � IW-JMI tv \ m ib-i
-::! i?

1 lity hl*.a*i
ł 1 J 1 ii
mi:
O*:
Sa rsi _ * >i=
1 1^
Rys. 6. Główne okno programu.
ty blokady, których znaczenie pokazano w tab. 1.
Wybranie gadżetu programującego bit 2 programuje także bit 1. Wybranie gadżetu programującego bit 3 programuje także bity 1 i 2. Jeśli w podstawce znajduje się procesor 89CxO51, a wybrany zostanie bit blokady 3, pojawi się komunikat o niemożliwości wykonania takiej operacji (procesory w obudowach DIL-20 mają tylko bity 1 i 2). Po operacji programowania bitów zabezpieczających przeprowadzana jest weryfikacja jej skuteczności. Bity blokady można skasować tylko kasując pamięć programu (i danych) procesora. Czynność ta jest wykonywana automatycznie przed programowaniem procesora.
Bity konfiguracyjne - "kliknię-cie" na wybrany gadżet w wierszu CLR powoduje skasowanie wybranego bitu. "Kliknięcie" na gadżet w wierszu SET powoduje ustawienie wybranego bitu. Jako ustawiony jest traktowany stan "L", skasowany - stan "H". Jeśli wybierzemy ustawienie bitu blokady, który w danym procesorze nie istnieje, program poinformuje nas o niemożliwości wykonania takiej operacji. Bity RCENT i FSTRT są obsługiwane tym samym gadżetem. O tym, który z nich zostanie obsłużony decyduje typ programowanego procesora (tab. 2).
Podczas operacji kasowania pamięci (co jest przeprowadzane
przed każdym programowaniem) kasowane są również bity konfiguracyjne. Uniemożliwiłoby to programowanie procesorów przez SPI. Programator po udanej operacji programowania procesora ustawia bit SPIEN. Dzięki temu możliwe jest programowanie szeregowe i tylko świadomie można z niego zrezygnować.
Dodatkowe wskazówki
1. Wszystkie funkcje można wywołać, naciskając prawy klawisz Amiga i klawisz z podkreśleniem na gadżecie (np. Otwórz plik PrawaAmiga+o, Zapisz procesor PrawaAmiga+a).
2. Wszystkie operacje (zapis, odczyt, weryfikacja) można przerwać, naciskając lewy przycisk myszy (w kolejnych wersjach programu lewy i prawy równocześnie).
3. Jeśli program testujący nie wykrywa błędu, a procesor nie programuje się poprawnie, to przyczyny mogą być dwie: uszkodzony procesor lub zbyt długie przewody. W modelowym wykonaniu przy przewodach o długości 3,6m programator działał prawidłowo.
4. W tooltypes (parametry) ikony można ustawić kilka parametrów:
SCREEN_NAME - ekran, na którym program otworzy swoje okno (domyślnie ekran default, czyli przeważnie ekran Workbencha).
DISPLAYID - jeśli w SCREEN_-NAME wpiszemy nazwę ekranu
który nie istnieje, program otworzy swój ekran. DISPLAYID określi jego typ. Program akceptuje zarówno nazwy słowne (np. paldow res, dblpal:high res no flicker), jak i opis liczbowy użyteczny w nietypowych trybach ekranowych). Domyślne ustawienie pal:high res.
TEST - ustawienie na YES uruchomi program w trybie testu. Opcja zarezerwowana dla serwisu. Ustawienie domyślne: NO.
DEVICE_TEST - ustawienie na NO pominie odczyt wersji urządzenia podczas uruchamiania. Może to być przydatne podczas testowania urządzenia. Ustawienie domyślne: YES.
Lokalizacja programu
Program umożliwia jego lokalizację. Aby tego dokonać, systemowym programem ustawiającym preferencje "Locale" wybieramy żądaną wersję językową. Jeśli odpowiedni katalog znajduje się na dysku, to program będzie się z nami komunikował w wybranym języku. Stworzenie pliku lokalizacji nie jest trudne. Wystarczy edytor tekstu (np: CED, AmiTekst) i dobre chęci. Wygląd pliku lokalizacji można podejrzeć ["Locale/ catalo gs/'polski /programator_at_-v2.catalog"). Załóżmy, że chcemy stworzyć niemiecką wersję programu. W tym celu najlepiej skopiować plik "Locale/catalogs/polski/ programator_at_v2.catalog" do "Lo cale/catalo gs/deutsh/programator _at_v 2. catalo g" i odpowiednio go zmodyfikować (pamiętamy oczywiście o ustawieniu wybranego języka w preferencjach).
Tab. 2. Występowanie bitów konfiguracyjnych
Typ procesora Bit konfiguracyjny
AT89S8252
SPIEN
AT90S1200
RCENT, SPIEN
AT90S2313
FSTRT, SPIEN
AT90S8515
FSTRT, SPIEN
Funkcje bitów konfiguracyjnych:
RCENT - ustawienie konfiguruje wejście
generatora jako RC, skasowanie generator
kwarcowy, SPIEN - ustawienie umożliwia programowanie
procesora w układzie przez SPI,
skasowanie blokuje programowanie przez
SPI, FSTRT - ustawienie skraca czas wewnętrznego
impulsu zerującego z 16 na 1,1 ms (typowo
przy Uzas +5V)
Elektronika Praktyczna 2/2001
Programator 8051 & AVR do Amigi
Rys. 7. Okno potwierdzenia.
Co należy wiedzieć o pliku lokalizacji?
Najważniejsze to:
- Interpretowane są teksty zawarte w cudzysłowie występujące po etykiecie.
- Symbol po znaku podkreślenia określa skrót klawiszowy.
- Etykieta ułatwia orientację w pliku i musi się kończyć znakiem ":" (dwukropka) .
- Kolejność etykiet jest dowolna i nie wszystkie muszą występować (można zmodyfikować część tekstów). W takim przypadku pod niewystepujące etykiety zostaną podstawione domyślne teksty.
- Jeśli etykieta powtórzy się, to pod uwagę będzie brana ostatnia.
Wyjaśnijmy te niezbyt oczywiste objaśnienia na przykładzie: Linia:
TXG_LOAD: "_Load" będzie zinterpretowana jako:
- gadżet "Load",
- skrót klawiszowy "L".
Linia:
TXG_WRITE: "Z_apisz procesor"
będzie zinterpretowana jako:
- gadżet "Zapisz procesor",
- skrót klawiszowy "a".
Linia:
TXG_QUIT: "Exit"
będzie zinterpretowana jako:
- gadżet "Exit",
- bez skrótu klawiszowego.
Inaczej jest, gdy znak podkreślenia jest przedostatnim w interpretowanym tekście. Linia:
Etykieta: "Długość_3" będzie zinterpretowany jako:
- gadżet "Długość",
- skrót klawiszowy "3".
W tekstach należy zwrócić uwagę na:
- znaki " I " pomiędzy niektórymi tekstami, które muszą wystąpić, ponieważ oddzielają poszczególne opcje w reąuesterach,
- sekwencje "\n" formatującą wydruk, oznaczającą nic innego jak kod znaku Enter.
Brak pliku lokalizacji powoduje ustawienie polskiej wersji językowej. Gdy w katalogu "Locale/cata-logsfpolskif znajdzie się plik z polską wersją językową, to będzie on zinterpretowany. Umożliwia to zmianę skrótów klawiszowych czy wręcz wszystkich dostępnych komunikatów, gadżetów i menu.
Zmiany
Opisana tu wersja programatora nosi numer 2.2. W wersji 2.0 brak jest układu US8, linia A14 (gnd dla 89CxO51) jest na stałe podłączona do masy. Dioda D4 jest podłączona do pinu 4 US3. Taka wersja poprawnie współpracuje z oprogramowaniem w wersji 2.5, ale w procesorze AT89C55 można obsłużyć tylko 16 z 20kB pamięci. W wersji sprzętu 2.1 wystąpił błąd, który ujawnia się podczas programowania niektórych procesorów (zwłaszcza w obudowach z 40 wyprowadzeniami). W V2.2 błąd ten jest usunięty. Użytkownicy poprzednich wersji sprzętu muszą odciąć połączenie pinów 4 i 5 US2 z pinem 11 US2. Piny 4 i 5 US2 podłączamy do pinu 6 US7. Jeśli załączaniem zasilania steruje kon-taktion (wersja hardware V2.0), należy go usunąć, a na jego miejsce zastosować układ z tranzystorem T3 (na płytce V2.0 jest miejsce na T3 i RlO). Jeśli ktoś nie ma ochoty na przecinanie ścieżek, wystarczy usunąć R7, a w tooltypes ikony (parametry) ustawić DEVICE_TEST=NO. Sławomir Skrzy ński, AVT slawomir.skrzynski@ep.com.pl
Pamiętajcie, że w razie jakichkolwiek kłopotów z uruchomieniem czy użytkowaniem programatora możecie zwrócić się o pomoc do autora. Czekam także na
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
R1..R3: Ó8ft
R4..RÓ, R15, R1S:
R7: lOOft
RS: 2,2kn
R9, R12, R13: 47CO
RIO, Rll, R14: 510ft
Rló, R19, R21: 10kn
R17, R20, R22: 4,7
RP1.S: R-PACK 8#
obudowa DIL
RP2.S: R-PACK 8#l
obudowa DIL
RP3.S: R-PACK 8#1
obudowa SIL
Kondensatory
CIA: 220^F/25V
C1B: 22O^F/1ÓV
C2A, C2B, C3, C7..C12: lOOnF
C4, C13: 47^F
C5, Có: 27pF
Półprzewodniki
Dl: 1N4007
D2..D4, D7: 1N414S
D5: LED
Dó: nie występuje wlej wersji
urzqdzenia
T1..T3: BC30S
T4: BC23S
US1A: 7812
US1B: 7805
US2: 74HC132
US3: 74HCT245
US4..USÓ, US8: 4094
US7: 74LS0Ó
Różne
Q: 4MHz
Podstawka TEXTOOL 40 pin
0,3-0,6 cala
Obudowa KM-óO
Zasilacz 15..18V/200mA
Złqcze DB25M
Złqcze ZFC1Ó
Przewód taśmowy ok. 50 cm
propozycje i uwagi dotyczące urządzenia i programu. Jeśli macie propozycje urządzeń dla Amigi, piszcie na adres redakcji.
Wzory płytek drukowanych w formacie PDF są dostępne w Jnternecie pod adresem: http:iiwww.ep.coni.pli TpdpiutyOlJttm oraz na płycie CD-EP02/2001B w katalogu PCB.
Elektronika Praktyczna 2/2001
21
PROJEKTY
Dialer do systemów alarmowych
AVT-997
Centrale alarmowe oraz
urządzenia z nimi
współpracujące należą do
grupy układów elektronicznych
bardzo chętnie budowanych
przez hobbystów. Wielokrotnie
an alizowaliśmy przyczyn ę tego
zjawiska i zawsze
dochodziliśmy do wzniosu, że
samodzielne budowanie
system ów alarmowych m a
prawie zawsze duże znaczenie
praktyczn e. Nieprofesjon aln e
systemy alarmowe są
niejedn okrotnie większą
przeszkodą dla włamywaczy
n iż u kła dy profes jon aln e
instalowane przez fachowe,
lecz zwykle nieco
zrutynizowane firmy.
Wszystkie powszechnie stosowane i względnie tanie systemy alarmowe, niezależnie czy wykonywane przez profesjonalistów, czy amatorów, składają się zwykle z następujących elementów: centrali alarmowej, której zadaniem jest przyjmowanie sygnałów od zainstalowanych na strzeżonym obszarze czujników, i układów wykonawczych, którymi są zwykle syreny alarmowe i sygnalizatory optyczne. W momencie powstania stanu alarmu uruchamiana jest sygnalizacja alarmowa, i tu właśnie dochodzimy do problemu, któremu chciałem zaradzić konstruując proponowany układ. Włączenie sygnalizacji alarmowej niezbyt często spotyka się z właściwym odzewem i najczęściej jego świadkowie ignorują całkowicie wyjące syreny alarmowe i migające światła sygnalizatorów optycznych. Powodem takiego stanu rzeczy jest fakt, ze pierwsze elektroniczne systemy alarmowe instalowane w domach mieszkalnych nie odznaczały się dużą niezawodnością. Powiem więcej, cechowała je najczęściej bardzo wysoka awaryjność, a niezliczone fałszywe alarmy kompletnie znieczuliły ludzi na odgłos syren
alarmowych. Tak więc nie liczmy zbytnio na to, że w przypadku powstania alarmu w naszym domu sąsiedzi i tłumy przechodniów pospieszą natychmiast na ratunek naszego dobytku. Spotkamy się raczej z kompletną obojętnością, a nawet złorzeczeniami pod adresem naszym i "cholernej" elektroniki.
Najprostszym i najskuteczniejszym rozwiązaniem byłoby zapoznanie się z ofertami firm ochroniarskich działających na terenie naszego miasta i skorzystanie z oferowanej przez nich usługi monitoringu. Jest to rozwiązanie z pewnością najlepsze, dające pełną gwarancję, że w krytycznej sytuacji do naszego domu natychmiast przybędą odpowiednio prze-
List. 1.
^eadeeprom Temp, 2041
'odczytaj zawartość komórki pamięci
' o adresie 2041
If Temp O 133 Then
Cali Code_registration
'wywołaj podprogram rejestracji kodu dostępu
'do menu konfiguracyjnego End If 'koniec warunku
Set Jumper 'spróbuj ustawić stan wysoki na JP1 If Jumper = 0 Then
'jeżeli próba nieudana (jumper zwarty), to:
Cali Code_registration End If
11 Stand_by 'podprogram oczekiwania
Elektronika Praktyczna 2/2001
23
Dialer do systemów alarmowych
List . 2
Sub Co de re gistr ation
E epr om a ddr ess = 2000 'Wstępne us .alenie adre su pamięci EEPROM
Uwa ga . Zmie ma EEPROM_ADDRESS musi byc zadeklarow ana jako "WORD", c żyli słowo dwubajtowe
2 ls czyść ekr an wyświetla cza LCD
L cd "Pod aj kod: " wyświetl komunikat za chęty
W ait 2 zaczekaj dwie sekundy
2 lsr Cur sor On powtórnie wyczyść ekr an wyświetl acza, włącz kursor
D o poc ząt ek ni ekońc zącej się pętli progra mowę j
Ke y = 255 ' zmi enna KEY przyjn uje wartość 255
Ca 11 K eys can skanowani e klawiatury
If Key < 10 Th en jeżeli na ciśnięty zos tał klawisz numeryczny, to:
Writ eee prom Key, Eeprom_adc ress zapisz w pa mięci EEPROM warto ść naciśniętego klawisza
Incr Ee prom_ addre ss 'zwiększ adres EEPROM c 1
Lcd Key wyświetl na ekranie n umer klawis za (kolejną cyfrę kodu
Wait ms 255 zaczekaj 2 55 ms
En d If
If Key = 11 or Eepr om address = 2 010 Ther
'; eżeli n aciśn ięty został kla Wisz EWTER, lub ilość Wprowadzonych cyfr wynosi 10, to:
Writ eee prom 13 3, 2041 'zapisz pod adresem 2041 wartość 133
Eepr om_ addre ss = Eeprom address - 2000 blicz ilość wprow adzon ych cyfr
Writ eee prom Eepro m address 2042 zapisz obli czoną wartość pod adresem 2042
Eepr om_ addre ss = 0 wyzeruj zmi enną określająca a dres pamięci EEPROM
Cis
Curs or Off 'wyłącz kur sor
Lcd "Ko d wpr owadz ony " 'wyświetl k jmunikat o 2 akończeniu wprowadzani a kodu
Wait 2 'odczekaj 2 sekundy
Cali Me nu 'podprogram menu konfic uracyjnego
Exit Do 'wyjdź z pętli programc Wej
L En d If
E nd Sub
szkoleni i uzbrojeni ochroniarze, skutecznie "wypraszając" niepożądanych gości z naszego domu. Jednak korzystanie z monitoringu ma także jedną, ogromną wadę: bardzo wysoki koszt takiej usługi, na którą wielu z nas po prostu nie stać. Jednak nie po to jesteśmy elektronikami, aby poddawać się takim przeciwnościom i nie postarać się o stworzenie własnego systemu powiadamiania o zaistnieniu krytycznej sytuacji w naszym domu. Każdy z nas ma z pewnością wielu przyjaciół, kolegów i członków rodziny, których może poprosić o pomoc w przypadku próby włamania do strzeżonego przez system alarmowy domu. Jednak powstaje teraz problem: w jaki sposób zawiadomić naszych "ochroniarzy" o próbie włamania lub sabotażu?
W zasadzie mamy dwie możliwości do wyboru: wykorzystanie łączności radiowej lub telefonicznej . Wykorzystanie transmisji radiowej, aczkolwiek interesujące z technicznego punktu widzenia, napotkałoby na liczne trudności związane z koniecznością uzyskania odpowiednich zezwoleń i atestowania nadajników. A zatem, bez namysłu wybrałem drugą możliwość zakładając, że w każdym chronionym systemem alarmowym mieszkaniu lub domu musi znajdować się dołączony do linii aparat telefoniczny.
Skonstruowane przeze mnie urządzenie ma następujące parametry użytkowe:
1. Umożliwia zapisanie w nie-ulotnej pamięci EEPROM do 40
różnych numerów telefonów. Liczba ta wydaje się aż nadto wystarczająca, ale w szczególnych przypadkach możemy ją zwiększyć nawet do 80 numerów.
2. Umożliwia zarejestrowanie dwóch komunikatów słownych, każdy o czasie trwania do 9,5 sekundy. Zastosowanie dwóch różnych komunikatów zostało spowodowane koniecznością rozróżnienia dwóch różnych sytuacji zgłaszanych przez centralę alarmową: próby włamania i próby sabotażu. Każdy z komunikatów może być przesłany pod "przydzielone" mu numery telefonów. Oczywiście zawsze możemy wysłać obydwa komunikaty pod ten sam numer. Komunikaty rejestrowane są w nieulotnej pamięci układu ISD1420.
3. Umożliwia wybieranie numerów, które jest realizowane za pomocą kodu DTMF. Zrezygnowałem z opcji wybierania impulsowego, ponieważ na terenie Polski nie ma już central telefonicznych akceptujących wyłącznie wybieranie impulsowe. Miałem także inne powody, aby zrezygnować z wybierania impulsowego, o których wspomnimy w dalszej części artykułu.
4. Dostęp do konfiguracji układu, rejestrowania numerów telefonów i nagrywania komunikatów zabezpieczony jest za pomocą hasła, składającego się maksymalnie z 10 cyfr.
5. Podczas projektowanie układu duży nacisk położyłem na wygodę i prostotę jego obsługi. W związku z tym urządzenie wy-
posażone zostało w wygodną klawiaturę numeryczną i dodatkowe klawisze funkcyjne (6 klawiszy). Wszystkie funkcje wybierane są z rozwijanego menu, ukazującego się na wyświetlaczu alfanumerycznym LCD.
6. Układ uruchamiany jest sygnałem doprowadzanym z centrali alarmowej dowolnego typu. Wejścia wyzwalające zabezpieczone są za pomocą transoptorów.
7. Układ dołączany jest do linii telefonicznej tylko wtedy, kiedy zachodzi taka potrzeba. W stanie czuwania urządzenie jest całkowicie odizolowane od linii telefonicznej.
8. Do układu dialera zaprojektowana została płyta czołowa o estetycznym wyglądzie. Płyta ta powinna także ułatwić zamocowanie urządzenia w obudowie.
Opis układu
Schemat elektryczny proponowanego układu pokazano na rys. 1. Sercem układu jest zaprogramowany procesor typu AT89S8252, jeden z najlepszych przedstawicieli rodziny popularnych "pięćdziesiątek jedynek". Zastosowanie tego właśnie procesora pozwoliło na pracę w komfortowych warunkach, bez ustawicznego sprawdzania długości kodu wynikowego. Jednak nie chęć zapewnienia sobie wygody pracy przesądziła o wyborze typu procesora. Obszerna pamięć programu pozwoliła na swobodne operowanie tekstami o praktycznie dowolnej długości, a tym samym na zapewnienie znacznego komfortu obsługi układu. Ogromne znaczenie ma także wbudowana w strukturę procesora wewnętrzna nie-ulotna pamięć danych typu EEPROM. W pamięci tej, bez koniecz-
List . 3.
Sub Keysca n
Key = 255
Set Rowl: S et R W2: S et Row3: Set Row4
Rese t Rowl
If C oll = 0 The Key = 7
If C ol2 = 0 The Key = 8
If C ol3 = 0 The Key = 9
If C ol4 = 0 The Key = 16
Set Rowl: R eset Row2
If C oll = 0 The Key = 4
If C ol2 = 0 The Key = 5
If C ol3 = 0 The Key = 6
If C ol4 = 0 The Key = 15
Set Row2: R eset Row3
If C oll = 0 The Key = 1
If C ol2 = 0 The Key = 2
If C ol3 = 0 The Key = 3
If C ol4 = 0 The Key = 14
Set Row3: R eset Row4
If C oll = 0 The Key = 0
If C ol2 = 0 The Key = 13
If C ol3 = 0 The Key = 12
If C ol4 = 0 The Key = 11
End Sub
Elektronika Praktyczna 2/2001
Dialer do systemów alarmowych
QQQQQQQQ S: S"i!^"SS
Rys. 1. Schemat elektryczny dialera.
Elektronika Praktyczna 2/2001
25
Dialer do systemów alarmowych
ności stosowania jakichkolwiek dodatkowych elementów zewnętrznych możemy przechowywać zarejestrowane numery telefonów, kod dostępu do konfigurowania systemu i dane dodatkowe.
Program sterujący pracą układu został napisany i skompilowany w środowisku pakietu BAS-COM8051 produkcji holenderskiej firmy MCS Electronics. Procesor został zaprogramowany bezpośrednio z pakietu BASCOM za pomocą programatora AVT-871. Programator ten, pierwotnie dedykowany procesorom AVR i pakietowi BASCOM AVR, uzyskał obecnie wsparcie software'owe z poziomu BASCOM-a 8051 i nadaje się wyśmienicie do programowania procesorów '51 wyposażonych w sprzętowy interfejs SPI.
Analizę pracy układu rozpoczniemy od momentu pierwszego włączenia zasilania, kiedy to w pamięci danych EEPROM procesora nie ma jeszcze żadnych danych, a w szczególności nie jest tam jeszcze zapisany kod dostępu do menu konfiguracyjnego układu.
Na wstępie zapoznajmy się z przyporządkowaniem nazw zastosowanych w programie. Pozwoli to na łatwiejsze zrozumienie jego treści.
DO Alias P2.0: Dl Alias P2.1 : D2 Alias P2.2: D3 Alias P2.3: Latch Alias P2.5: Ce Alias P2.4: Play Alias P2.7
Rec Alias P2.6: Rll Alias PO.1: R12 Alias P0.0: Inl Alias P3.3: In2 Alias P3 .4: Adres_ISD Alias PO. 7: Jumper Alias PO . 6
Pierwszą czynnością wykonywaną przez program po ustaleniu konfiguracji sprzętowej i deklaracji zmiennych oraz podprogra-mów jest sprawdzanie zawartości komórki pamięci EEPROM o ad-
resie 2041. W tym celu wykonywany jest program pokazany na list. 1
Wartość 133 (wybrana zupełnie przypadkowo) jest zapisywana w pamięci danych EEPROM po zarejestrowaniu kodu dostępu. W procesorze z zaprogramowaną tylko pamięcią programu wartość każdej komórki pamięci EEPROM wynosi 255, co jest dla programu sygnałem do przystąpienia do rejestracji kodu. Jednak w wyjątkowych sytuacjach (np. w przypadku zapomnienia kodu) może zaistnieć konieczność sforsowania zabezpieczenia i ponownej rejestracji szyfru. Taką możliwość, dostępną oczywiście tylko dla wtajemniczonych, daje zwarcie jum-pera JPl i ponowne włączenia zasilania.
Zajmijmy się teraz podprogra-mem, którego zadaniem jest wprowadzenie do pamięci kodu dostępu do menu konfiguracyjnego programu. Kod może być dowolną liczbą, aby tylko liczba cyfr nie przekraczała 10 (oczywiście można stosować liczby o mniejszej ilości cyfr, nawet jednocyfrowe). Podprogram rejestracji kodu został pokazany na list. 2.
Po wprowadzeniu kodu dostępu, program automatycznie przechodzi do podprogramu menu konfiguracyjnego. Jest to konieczne, ponieważ w pamięci EEPROM nie ma jeszcze żadnych numerów telefonów, a w pamięci silikofonu ISD1420 nie zostały jeszcze zapisane jakiekolwiek komunikaty. Zapoznajmy się jeszcze z podprogra-mem skanowania klawiatury, ponieważ będzie on ustawicznie wykorzystywany także w dalszej części programu (list. 3).
Menu konfiguracyjne służące zapewnieniu dostępu do nagrywania i testowania komunikatów, rejestrowania numerów telefonów i innych funkcji urządzenia zostało zaprojektowane z myślą o jak największym komforcie obsługi i szybkości wykonywania potrzebnych czynności. Do poruszania się po menu służą klawisze oznaczone na schemacie i płycie czołowej strzałkami. Wyboru kolejnych opcji dokonujemy za pomocą kla-
28
wiszą ENTER, a rezygnację z realizowania jakiejś funkcji zgłaszamy za pomocą klawisza ESC. Do wyboru mamy następujące opcje: 1. Nagrywanie komunikatu numer 1 2.Nagrywania komunikatu numer 2 3. Rejestrowanie numerów telefonów
4.Testowanie poprawności nagrania 1
5.Testowanie poprawności nagrania 2
6.Testowanie poprawności wybierania numerów telefonów 7.Wprowadzanie cyfr nowego kodu 8.Przejście układu do stanu nieaktywnego
9.Przejście układu w stan oczekiwania na ewentualny sygnał z centrali
Po wybraniu funkcji nagrywania jednego z komunikatów realizowany jest podprogram pokazany na list. 4. Pamięć wewnętrzna układu ISD1420 podzielona została na dwa jednakowe sektory, z których pierwszy zaczyna się od adresu 0, a drugi od adresu 80. Odpowiednie stany na wejściach adresowych wymuszane są za pomocą zmiany stanu wyjścia Ad-res_ISD procesora. Nagrywanie trwa 9 sekund, a na wyświetlaczu LCD ukazywane są komunikaty informujące o jego przebiegu. W sekundę po zakończeniu nagrania zostaje ono automatycznie odtworzone.
Rejestrowanie numerów telefonów, pod które mają być przekazywane komunikaty, odbywa się równie łatwo, jak nagrywanie komunikatów. Każdy z rejestrowanych numerów może zawierać do 11 cyfr. Kolejne cyfry podajemy z klawiatury numerycznej, a zakończenie wprowadzania numeru telefonu potwierdzamy naciśnięciem klawisza ENTER. Numery mogą być wprowadzane w dowolnej kolejności i dowolnych pozycjach. Każdy zapisany numer telefonu może być w każdej chwili skasowany i zastąpiony nowym. Można też skasować zapisany numer bez zastępowania go nowym. Należy bowiem zauważyć, że przed przystąpieniem do rejestrowania nowego numeru przeznaczona dla niego część pamięci EEPROM jest automatycznie kasowana. Wystarczy zatem, bez podawania jakichkolwiek cyfr, nacisnąć ponownie klawisz ENTER. W pamięci pozostanie wte-
Elektronika Praktyczna 2/2001
Dialer do systemów alarmowych
9*3. Oc
CD I u " i a im_____ira_____
Rys. 2. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej.
dy "puste miejsce", pomijane podczas wybierania numerów.
Kolejną opcją dostępną z menu głównego jest wprowadzanie nowego kodu dostępu. Kod zaprogramowany po pierwszym uruchomieniu układu możemy w każdej chwili zmienić wybierając za pomocą klawisza ENTER odpowiednią pozycję z menu. Procedura wprowadzania kodu została już omówiona wyżej.
Następną możliwością jest sprawdzenie poprawności wybierania zapisanego numeru. Po wybraniu odpowiedniej pozycji z menu wybieramy za pomocą klawiszy ze strzałkami numer, który chcemy sprawdzić i potwierdzamy to klawiszem ENTER. Układ automatycznie rozpocznie wybieranie numeru, a po wykonaniu tej czynności połączenie telefoniczne jest utrzymywane aż do momentu naciśnięcia klawisza ESC, co pozwala na podniesienie słuchawki dołączonego równolegle do diale-ra telefonu i przeprowadzenie rozmowy.
Sprawdzanie nagranych komunikatów nie wymaga szerszego komentarza. Wybieramy z menu opcję "Komunikat 1" lub "Komunikat 2" i odsłuchujemy treść nagrania korzystając z dodatkowego głośnika dołączonego do złącza CONl. W razie stwierdzenia konieczności zmiany komunikatu lub wprowadzenia poprawek do jego treści wracamy do menu głównego i wybieramy funkcję nagrywania komunikatów.
Pozostały nam jeszcze do omówienia tylko dwie pozycje menu głównego programu. Po wprowadzeniu do pamięci numerów telefonów i zarejestrowaniu komunikatów mamy dwie możliwości do wyboru: możemy wprowadzić układ w stan nieaktywny, w którym będzie pozostawał aż do ponownego przejście do menu konfiguracyjnego lub też uaktywnić układ dialera tak, aby reagował na ewentualne sygnały odbierane z centrali. Możemy zatem wybrać "Oczekiwanie" lub "Uaktywnienie", pamiętając że po
List. 4.
Sub Recordin g_message
'podprogram nagrywani a kc munikatów
For Temp = 3 Downto 0
Cis wyc zyść ekra n LCD
Lcd "Start za "; Te mp; " sec
wyś Wietl kom unikat in formuj ą cy o czasie pozostałym do rozpoczęcia nagrania
Wait 1 zac zeka] 1 s ekundę
Wext Temp
Reset Rec Lcd "Nagrywa ust aw st iski n a w ej ściu RECORD układu ISD1420
nie sec"; Śk omunik st rozpoczęciu nagrywania
For Temp = 1 To 9
Wait 1 zac zeka] 1 s ekundę
Locate 1 , 12 prz esuń lurs or na wsk azaną. p ozycję
Lcd Temp wyś Wietl cza s nagrywa nia
Next Temp
Set Rec zak ończ nagrywanie
Cis
Lcd "Koniec nagrania" 'k omunik st zakończeniu nagrania
Wait 1 zac zeka] 1 s ekundę
Cis
Lcd "Odtwarz anie" kom unika t o rozpoc zęc iu o dtw arzania kontrolnego
Reset Play gen erac] a im pulsu ini cjujące go odtwarzanie
Waitms 10 0
Set Play
Wait 9 zac zeka] 9 s ekund
End Sub
naciśnięciu klawisza ENTER powrót do menu głównego będzie możliwy dopiero po podaniu hasła dostępu. Niezależnie jaką opcję wybierzemy, na ekranie zostanie wyświetlony stosowny komunikat informujący w jakim stanie znalazł się układ dialera. Ze stanu oczekiwania, tak jak uaktywnienia, możemy wyjść dopiero po podaniu zarejestrowanego wcześniej hasła dostępu.
Co robi program obsługujący nasz dialer podczas pozostawania w stanie oczekiwania? To proste: nie robi nic z wyjątkiem sprawdzania czy przypadkiem nie został naciśnięty klawisz ENTER. Natomiast w stanie uaktywnienia nieustannie sprawdzany jest stan wejść INI i IN2. Jeżeli na którymkolwiek z nich powstanie stan niski, to program natychmiast przechodzi do wykonywania procedur alarmowych, czyli do wybierania podanych numerów telefonów i przekazywania nagranych komunikatów. W zależności od tego, które wejście zostało uaktywnione, pod odpowiednie numery przekazywany jest komunikat 1 lub 2.
Podczas projektowania części sprzętowej układu oraz podczas pisania obsługującego ją programu natrafiłem na jedną trudność: jak jednoznacznie stwierdzić czy pod wybranym numerem telefonu została podniesiona słuchawka? Niegdyś takie stwierdzenie nie było trudne: wszystkie centrale po nawiązaniu połączenia odwracały biegunowość napięcia w linii telefonicznej. Niestety, większość nowoczesnych central stosowanych na terenie Polski nie realizuje już tej funkcji i stwierdzenie odebrania telefonu (podniesienia słuchawki) mogłoby polegać jedynie na wykrywaniu głosy rozmówcy. Byłaby to jednak metoda skomplikowana i zawodna, a więc dlatego wybrałem rozwiązanie znacznie prostsze i skuteczniejsze: po prostu, po wybraniu numeru rozpoczyna się nadawanie komunikatu w pętli i zostaje ono powtórzone 10 razy. Daje to w sumie aż 90 sekund, czyli czas zupełnie wystarczający do odebrania telefonu i wysłuchania wiadomości.
Po dziesięciokrotnym odtworzeniu komunikatu program prze-
Elektronika Praktyczna 2/2001
27
Dialer do systemów alarmowych
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
PR1: lkii
Rl: 3,3kn
R2, R13, R14: lkn
R3, R5, R7..R10: 10kO
R4: 470kO
R6: 10n
Rll, R12: lOOka
R15, R16: 4,7kn
Kondensatory
Cl, C2, C4: 470nF
C3: 100jiF/16V
C5, C8: 47p.F/16V
C6, C7: 27pF
C9: 470jiF/25V
CIO, Cli, C12: lOOnF
Cli: 100jiF/16V
Półprzewodniki
IC1: UM91531
IC2: ISD1420
IC3: AT89S8252
IC4, IC5: CNY17
IC6: 7805
T1..T3: BC548
Różne
ARK2/500 S^mm 4 szt.
ARK3/500 3,5mm 2 szt.
DPI: wyświetlacz alfanumeryczny
LCD 16*1
Ql: rezonator kwarcowy 3,57MHz
Q2: rezonator kwarcowy
ll,059MHz
RL1, RL2: przekaźniki OMRON 5V
Ml: mikrofon elektretowy
S1..S16: microswitch lOmm
TRI: transformator
separujący 600/600
Listwa goldpin 1x16
CON4: goldpin 2x3
chodzi do wybrania kolejnego numeru telefonu i przekazania do niego informacji. Po wybraniu wszystkich numerów program powraca do stanu aktywnego. Jeżeli kryterium alarmu nie zostało usunięte, to wybieranie numerów rozpoczyna się od początku.
Na schemacie należy jeszcze zwrócić uwagę na przekaźnik RL2, który pełni w układzie podwójną rolę. Po powstaniu alarmu lub podczas testów dołącza on do układu dialera linię telefoniczną. Wyobraźmy sobie jednak sytuację, w której włamywacze dostali się do naszego domu (odpukać!) i po unieszkodliwieniu lub zlekceważeniu sygnalizacji alarmowej przystąpili do penetrowania terenu. Złodzieje nie
wiedzą nic o zainstalowaniu w systemie alarmowym dialera i o tym, że już dawno rozpoczął on wybieranie numerów telefonicznych i informowanie naszych znajomych o zaistniałej sytuacji. Może się jednak zdarzyć, że któryś z osobników podniesie słuchawkę stojącego w widocznym miejscu telefonu. Usłyszy wtedy przekazywane przez telefon komunikaty i jego reakcja będzie oczywista. Takiej sytuacji może właśnie zapobiec przekaźnik RL2, do którego drugiej pary styków (złącze CON7) powinien zostać dołączony telefon lub telefony zainstalowane na strzeżonym obszarze. Po podniesieniu słuchawki intruz stwierdzi tylko panującą na linii ciszę, która jednak nie powinna wzbudzić jego podejrzeń. Jeżeli nawet tak się nie stanie i intruz zewrze lub przetnie linię telefoniczną prowadzącą do aparatu, to i tak nie unieszkodliwi w ten sposób wysyłającego komunikaty dialera. Ważne jest jedynie to, aby linia telefoniczna prowadząca z zewnątrz mieszkania do dialera została dobrze ukryta.
Układ dialera powinien być zasilany napięciem stałym o wartości 9..16VDC doprowadzonym do złącza CON5.
Montaż i uruchomienie
Na rys. 2 pokazano rozmieszczenie elementów na płytce obwodu drukowanego wykonanego na laminacie dwustronnym z metalizacją. Na wkładce możemy zobaczyć płytę czołową urządzenia, wykonaną w postaci trochę nietypowej płytki obwodu drukowanego: bez jakichkolwiek ścieżek i miejsca na montowanie elementów. W płytce tej, nieco większej od płytki z układami elektronicznymi, wykonany został duży otwór na wyświetlacz alfanumeryczny i szereg otworów na przyciski S1..S16. Po zmontowaniu obydwóch płytek i połączeniu ich ze sobą za pomocą śrub i tulejek dystansowych uzyskamy zwarty pakiet, który bez większego trudu będziemy mogli umieścić w praktycznie dowolnej obudowie.
Sposób montażu układu nie odbiega zbytnio od postępowania przy budowie innych urządzeń
elektronicznych, z jednym wyjątkiem: wyświetlacz alfanumeryczny LCD i przyciski S1..S16 muszą być przylutowane na wierzchniej stronie płytki obwodu drukowanego! Problemy mogą powstać, jeżeli w układzie będziemy chcieli zastosować wyświetlacz alfanumeryczny 16*2 z podświetlaniem. Wyświetlacze takie są znacznie grubsze od ich odpowiedników bez podświetlającego zespołu diod LED i wówczas długość przycisków S1..S16 może okazać się niewystarczająca. Należy wtedy przylutować te elementy do powierzchni pól lutowniczych, bez przeprowadzania ich wyprowadzeń przez otwory w punktach lutowniczych.
Po zmontowaniu układu musimy jeszcze podjąć jedną decyzję. Będzie nią sposób połączenia dialera z centralą alarmową. Mamy tu dwie możliwości: albo wykorzystać izolację galwaniczną zapewnianą przez transoptory IC4 i IC5 i dołączyć przewody prowadzące z centrali do złącza CON3, albo zrezygnować z tego zabezpieczenia i wykorzystać złącze CON6. W tym drugim przypadku trans-optorów w ogóle nie warto montować na płytce.
Na koniec chciałbym wspomnieć o złączu oznaczonym na schemacie jako CON4. Jest to złącze ISP (ang. In System Pro-gramming), które było przeze mnie wykorzystywane podczas pisania i testowania programu. W zasadzie, w gotowym i sprawdzonym układzie nie jest ono już potrzebne i można by było usunąć je ze schematu i płytki obwodu drukowanego. Obawiam się jednak, że usunięcie tego złącza mogłoby być potraktowane jako zwykła złośliwość wobec tych Kolegów, którzy chcieliby dokonać modyfikacji w napisanym przeze mnie programie lub napisać własny. Tak więc złącze, do którego można podłączyć programator AVT-871, pozostało na płytce.
Zbigniew Raabe, AVT zbigniew.raabe@ep.com.pl
Wzory płytek drukowanych w formacie PDF są dostępne w Internecie pod adresem: http://www.ep.com.pl/ ?pdf/lutyOlJitm oraz na płycie CD-EP02/2001B w katalogu PCB.
Elektronika Praktyczna 2/2001
PROJEKTY
Programowany moduł wejścia-wyjścia
kit AVT-440 '
Na początku XXI wieku
nie trzeba chyba nikomu
wyjaśniać, do czego służą
komputery. W ciągu ostatnich
lat maszyny te zadomowiły
się na dobre w naszych
mieszkaniach i w miejscu
pracy. Obecnie wykonywanie
jakiejkolwiek pracy, innej niż
prosta praca fizyczna, jest
bez pomocy komputera
właściwie niemożliwe, a co
najmniej bardzo utrudnione.
Nie wyobrażam sobie nawet,
że mógłbym narysować
schemat nowego układu czy
zaprojektować dla niego
płytkę drukowaną bez
stosowania odpowiednich
edytorów komputerowych.
Chcemy zapropnować Warn zastosowanie komputera jako niezwykle uniwersalnego sterownika. Może to być komputer specjalnie przygotowany do tego celu! Nie, nie komputer kupiony za duże pieniądze i posiadający konfigurację zapewniającą jego wszechstronne zastosowanie. Może to być maszyna sklecona ze "złomowych" części, jakich coraz więcej poniewiera się w naszych mieszkaniach. Z wymontowanymi z komputera elementami właściwie nie wiadomo co zrobić, nie będziemy chyba stać na giełdzie i oferować przechodzonej płyty z procesorem 486 czy stacji dysków 1,2MB? Z takich przestarzałych, ale dla nas jeszcze wartościowych elementów możemy niejednokrotnie zbudować sobie komputer, przeznaczony specjalnie do zastosowania go jako sterownika w najróżniejszych systemach automatyki. Komputer działający jako taki sterownik nie musi w ogóle posiadać monitora, dysku twardego (zakładamy, że nasze proste programy sterujące zmieszczą się na dyskietkach 1,4" lub nawet 1,2" i że będą uruchamiane podczas startu komputera z pliku AUTO-EXEC.BAT). Musi być jednak spełniony jeden warunek: maszyna musi posiadać interfejs CENTRONICS (lub kilka takich interfejsów w bardziej rozbudowanych systemach wykorzystujących więcej niż jeden moduł AYT-440) BIDIRECTIONAL,
czyli umożliwiający transmisję przez szynę danych w obydwóch kierunkach. A oto minimalna konfiguracja takiego komputera - sterownika:
1. Płyta główna, zasilacz i obudowa.
2. Dowolna karta graficzna, nawet archaiczna CGA lub HERCULES. Bez jakiejkolwiek karty graficznej BIOS nie uruchomi komputera.
3. Klawiatura, może być "niepełnosprawna", z uszkodzonymi stykami.
4. Dwukierunkowy interfejs CENTRONICS, często wbudowany już w płytę główną.
Opis działania układu
Na rys. 1 pokazano schemat elektryczny głównego bloku układu, umożliwiającego komputerowi przyjmowanie do 16 sygnałów od urządzeń peryferyjnych i wysyłanie do 16 poleceń do innych urządzeń. Na rys. 2 widoczne są schematy dwóch układów wykonawczych, przeznaczonych do współpracy z modułem głównym. W sumie przygotowałem dla Was kilka układów, które możecie wykorzystywać w zależności od potrzeb:
1. Moduł główny.
2. Moduł wykonawczy zrealizowany na przekaźniku dużej mocy, umożliwiający sterowanie urządzeniami elektrycznymi zasi-
Elektronika Praktyczna 2/2001
29
Programowany moduł wejścia-wyjścia
lanymi zarówno prądem stałym, jak i przemiennym.
3. Moduł wykonawczy wykorzystujący triak dowolnej mocy, przeznaczony wyłącznie do sterowania urządzeniami zasilanymi
z sieci.
4. Dodatkowy moduł wejściowy z optoizolacją, przeznaczony do współpracy z rejestrem wejściowym interfejsu CENTRONICS.
Moduł główny możemy podzielić na dwa podstawowe bloki: blok wejściowy zrealizowany na
inwerterach zawartych w układach scalonych IC7..IC9 i buforach IC5 i IC6 oraz na blok wyjściowy buforowany na układach IĆ3 i IC4 wyposażony we wzmacniacze wyjściowe ICl i IC2. Omówmy najpierw działanie bloku wyjściowego. Dwa bufory wyjściowe są sterowane za pośrednictwem dwóch wyjść rejestru dwukierunkowego interfejsu CENTRONICS: STROBE i INIT. Wysłanie na jedno z tych wyjść krótkiego impulsu dodatniego spowoduje przepi-
Rys. 1. Schemat elektryczny układu.
30
Elektronika Praktyczna 2/2001
Programowany moduł wejścia-wyjścia

i/)

;on-S s
Dl FW
ń ń
RL1 *82/6V

Moduł wykonawczy na przekaźniku
Moduł wykonawczy na triaku
Rys. 2. Dwa przykłady realizacji układów wykonawczych.
sanie na wyjście odpowiedniego bufora słowa ośmiobitowego, aktualnie obecnego na szynie danych D0..D7. Po wysłaniu impulsu dane zostają zatrzaśnięte w buforze i pozostają tam aż do momentu wpisania nowych. Tak więc, wysyłając impulsy na wyjścia STROBE i INIT i odpowiednie wartości na szynę danych możemy ustalać stany aż szesnastu peryferyjnych urządzeń współpracujących. Blok wyjściowy został zaopatrzony we wzmacniacze mocy o obciążalności do 500mA na kanał, zawarte w układach scalonych ICl i IC2. Umożliwia to bezpośrednie, z pominięciem modułów wykonawczych, sterowanie odbiornikami prądu stałego o niewielkiej mocy.
Układ wejściowy został zabezpieczony przed uszkodzeniem zbyt wysokim napięciem przy pomocy diod D1..D32, które skutecznie zwierają do zasilania ewentualne impulsy szpilkowe, mogące przedostawać się do linii sygnałowych. Zabezpieczenie przed przekłamaniami spowodowanymi pojawianiem się na wejściach układu stanów nieustalonych zapewniają bufory wejściowe IC7..IC9 wyposażone w wejścia z histerezą. Sygnały zbierane z szesnastu wejść układu są następnie kierowane na wejścia dwóch buforów wejściowych: IC5 i IC6. Bufory te są sterowane z wyjść SELECT i AUTO rejestru dwukierunkowego interfejsu CENTRONICS. Wymuszenie na wejściu OC (któregokolwiek z dwóch buforów) stanu niskiego powodu-
je, że staje się on "przezroczysty" i przenosi dane z wejść układu do szyny danych, z której mogą one zostać odczytane przez komputer. Zawartość buforów wejściowych jest nieustannie odświeżana, ponieważ na ich wejścia zegarowe podawany jest ciąg impulsów prostokątnych wytwarzanych przez generator zbudowany na inwerterze IC9C.
Wspomnieć jeszcze należy o złączach JPl i JP2 dołączonych równolegle do złącz wyjściowych CON2..CON7. Mogą one służyć do ewentualnego dołączenia układu do opisanych na łamach EP modułów wykonawczych AVT-110.
Przedstawiony na rys. 1 układ wykorzystuje w pełni dwa rejestry interfejsu CENTRONICS: szynę danych i rejestr dwukierunkowy. Pozostał nam jeszcze "w zapasie" pięciobitowy rejestr wejściowy,
którego na razie nie wykorzystujemy. Nie oznacza to jednak, że mamy odciąć sobie drogę dla dodatkowych pięciu bitów informacji, którą możemy przekazać do komputera.
Na płytce drukowanej zostało wykonane odpowiednie, na razie nie wykorzystywane złącze wejściowe JPl. Na rys. 3 pokazano schemat elektryczny prostej przystawki zapewniającej opto-izolowany dostęp do rejestru wejściowego.
Montaż i uruchomienie
Na rys. 4 pokazano rozmieszczenie elementów na płytce interfejsu. Widok mozaiki ścieżek opublikujemy na wkładce za miesiąc. Montaż wykonujemy w typowy sposób, rozpoczynając od elementów o najmniejszych gabarytach, a kończąc na wlutowa-niu złącza CENTRONICS, które pozwoli na połączenie układu z komputerem za pomocą typowego kabla drukarkowego. Jak zwykle, radzę zastosować podstawki pod wszystkie układy scalone, a w szczególności pod drivery wyjściowe ICl i IC2, które niekiedy mogą ulec uszkodzeniu na skutek omyłkowego włączenia zbyt dużego obciążenia.
Po zmontowaniu układu należałoby sprawdzić jego funkcjonowanie. W tym celu wystarczy go połączyć za pomocą typowego kabla drukarkowego z dowolnym komputerem wyposażonym w interfejs CENTRONICS i np. korzystając z interpretera języka BASIC dokonać testowania układu. Za-
Rys. 3. Optoizolowany interfejs wejściowy.
Elektronika Praktyczna 2/2001
31
Programowany moduł wejścia-wyjścia
Rys. 4. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej.
stosowanie do tego celu interpretera BASIC-a jest o tyle wygodne, że jest to chyba najbardziej rozpowszechniony język programowania, który dostępny był na każdym komputerze pracującym w trybie MS-DOS.
Każdą operację przekazania danych do buforów wyjściowych IC3 i IC4 musimy rozpocząć od wysłania potrzebnych danych na szynę D0..D7 interfejsu. Czynimy to za pomocą polecenia: OUT &H [adres bazowy szyny danych interfejsu], dane [liczba dziesiętna z przedziału 0..255]
Najczęściej będziemy wykorzystywać port LPTl, którego adres bazowy wynosi 378h. Adresy innych portów (o ile takie są zainstalowane w komputerze, naj-
lepiej ustalić za pomocą odpowiednich programów diagnostycznych, a nawet popularnego Norton Com-mandera).
Następnie musimy przekazać pojedynczy impuls na wejście tego bufora, do którego chcemy wpisać informacje. Czynimy to wymuszając na wyjściach STROBE lub INIT rejestru dwukierunkowego kolejno stany: niski, wysoki i niski. Informacja zostanie przepisana na wyjście bufora podczas wstępującego zbocza tego impulsu. O ile jednak wysyłanie informacji na szynę danych jest sprawą prostą, to w przypadku rejestru dwukierunkowego sytuacja nieco się komplikuje. Konstruktorzy opracowujący standard CENTRONICS z iście szatańską złośliwością zanegowali kilka bitów tego rejestru, co znakomicie utrudnia pracę programistom. Zanegowaniu podlegają bity 0, 1 i 3, a dla ułatwienia pisania programów obsługujących nasz układ zamieszczamy niżej tabelkę opisującą stany logiczne na wyjściach rejestru dwukierunkowego interfejsu CENTRONICS.
#OUT SELECT INIT AUTO STROBE
List. 1.
OUT &H3 7A, 1
GOSUE DELAY
OUT &H3 7 8 , 255
OUT &H3 7A, 5
GOSUE DELAY
OUT &H3 7A, 1
GOSUE DELAY
OUT &H3 7 8, 0
OUT &H3 7A, 0
GOSUE DELAY
OUT &H3 7A, 1
GOSUE DELAY
EWD
DELAY:
FOR RUI1ITO 5000
WEXT R
DO
LCOP UNTIL IWKEYS =ICHR$(27)
RETURW
0 1 0 1 1
1 1 0 1 0
2 1 0 0 1
3 1 0 0 0
4 1 1 1 1
5 1 1 1 0
6 1 1 0 1
7 1 1 0 0
8 0 0 1 1
9 0 0 1 0
10 0 0 0 1
11 0 0 0 0
12 0 1 1 1
13 0 1 1 0
14 0 1 0 1
15 0 1 0 0
Tak więc, napisanie programu testującego bufory wejściowe naszego układu jest już sprawą prostą i przykład takiego progra-miku zamieszczamy na list. 1.
Po uruchomieniu programu podłączamy próbnik stanów logicznych najpierw do wejścia ze-
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
R1..R16: R-Pack DIL 10kO
R17: 220kO
Kondensatory
CL C3, C5: lOOnF
C2, C4: 1000|iF/16V
Półprzewodniki
BR1: mostek prostowniczy 1A
D1..D32: 1N4148
IC1, IC2: ULN2803
IC3..IC6: 74HCT(LS)574
IC7, IC9: 40106
IC10: 7805
Różne
CON1: złącze CENTRONICS
lutowane w płytkę
CON2..CON13: ARK3 (3,5mm)
CON14: ARK2 (3,5mm)
JPL JP2: goldpin 7x2
JP3: goldpin 4x2
garowego bufora IC4 i po naciśnięciu klawisza ESC sprawdzamy, czy na tym wejściu pojawił się impuls prostokątny. Po wystąpieniu na tym wejściu stanu niskiego sprawdzamy próbnikiem wszystkie wyjścia IC4, na których powinny pojawić się same "jedynki". Następnie analogicznie sprawdzamy drugi bufor, z tym, że na jego wyjściach powinny ukazać się same "zera".
Sprawdzenie rejestrów wejściowych IC5 i IC6 jest już sprawą banalnie prostą. Najpierw na wyjściu SELECT rejestru dwukierunkowego ustawiamy stan niski (na wyjściu AUTO musi być w tym czasie stan wysoki). Na wejściach oznaczonych na płytce drukowanej jako I[X]A wymuszamy różne kombinacje stanów logicznych i sprawdzamy (UWAGA: stan wejść jest negowany przez inwertery IC7..IC9), czy komputer odczytuje je z szyny danych poleceniem PRINT INP(&H378). Jeżeli wszystko jest w porządku, to w analogiczny sposób testujemy drugi rejestr wejściowy. Zbigniew Raabe, AVT zbigniew.raabe@ep.com.pl
Wzory płytek drukowanych w formacie PDF są dostępne w Internecie pod adresem: http://www.ep.com.pl/ ?pdf/lutyOl.htm oraz na płycie CD-EP02/2001B w katalogu PCB.
32
Elektronika Praktyczna 2/2001
PROJEKTY
AKT - akustyczny teatr, część 2
Zestaw głośnikowy do kina domowego
AVT-994
W drugim odcinku
prezentacji rodziny projektów
AKT, uniwersalnych zespołów
głośnikowych przeznaczonych
do pracy w parach
stere ofon icznych
i wielokanałowych systemach
kin a dom owego, opisujemy
trzy konstrukcje - jedną
podstawkową (AKT Monitor)
i dwie wolnostojące (AKT
1 i AKT 2). Wprowadzenie
do tematu, podstawowe
założenia konstrukcyjne
i właściwości stosowanych
głośników przedstawiliśmy
w poprzednim numerze EP.
AKT Monitor
Monitor to miniaturowy układ dwudrożny przeznaczony do instalacji na podstawkach, na półkach lub na wysięgnikach. Monitor, o objętości netto 5,5 litra, wykorzystujący 14-cm głośnik nisko-średniotonowy typu TC14WG69-08 lub TC14SG69-08 (wersja ekranowana magnetycznie), może mieć obudowę zamkniętą lub z otworem (bass-reflex). W pierwszym przypadku uzyskujemy korzystniejsze charakterystyki impulsowe (Qtc na poziomie 0,7), spadek -6dB przy ok. 70Hz (a więc nieco lepiej niż w przypadku AKT Center), jednak charakterystyka wytrzymałości również wykazu-
je osłabienie (już przy 80Hz) do poziomu nieco powyżej 20W w zakresie średniego i niższego basu. W tej wersji Monitor nie zniesie więc dużych obciążeń w pełnym paśmie i powinien być odciążany poniżej 80Hz. Powyżej tej częstotliwości utrzymuje poziom 40W.
W obudowie z otworem uzyskamy charakterystyki pozwalające efektywniej odtwarzać niskie częs-
Elektronika Praktyczna 2/2001
AKT - akustyczny teatr
80 75
/ N / J
i
? ł I65 c �60 55 50 / 1
/
/

10 100 1000 10000 100000
Częstotliwość w Hz
Rys. 6. AKT Monitor (wersja bass-reflex) - charakterystyka przetwarzania.
85 80 75
m70
Śo 3
L65
�v> �60
55 50
45

r S J
/
/
/
/
/
J
10
100
10000
100000
1000 Częstotliwość w Hz
Rys. 7. AKT Monitor (wersja zamknięta) - charakterystyka przetwarzania.
totliwości - punkt -6dB obniża się do ok. 60Hz, nieco powyżej lOOHz pojawia się szerokie, łagodne wyeksponowanie (efekt dopuszczalny w tak małych konstrukcjach, które często podkreśleniem tego zakresu zaznacza swoje możliwości energetyczne), charakterystyka mocy utrzymuje się na poziomie 40W do ok. 44Hz, charakterystyki impulsowe ulegają natomiast pogorszeniu. Jeśli Monitor miałby za
WYKAZ ELEMENTÓW
Zestaw AKT Monitor Rezystory
Rl: 1,5Q R2: 3,30 R3: 4,7Q Kondensatory Cl: 4,7^F C2: 3,9iiF Różne LI: l,5mH L2: 0,33171 H
zadanie samodzielnie odtwarzać muzykę, należy raczej wybrać wersję bass-reflex, gwarantującą wyższą moc i odtworzenie szerszego pasma.
Dla obydwu wariantów charakterystyka przetwarzania mieści się w granicach ą3dB (rys. 6, 7). Na rys. 8 pokazano rodzinę charakterystyk zdjętych pod różnymi kątami (0�, 15� na lewo i prawo oraz 30� na lewo i prawo - tym razem charakterystyki kierunkowe nie są symetryczne, gdyż głośnik wysokotonowy jest przesunięty z osi symetrii). W całym tym zakresie zbieżność charakterystyk jest bardzo dobra, początkowe (na osi 0�) lekkie wyeksponowanie wysokich tonów jest łagodnie redukowane pod innymi kątami. Konstruując zespoły głośnikowe o dobrych charakterystykach kierunkowych, należy zapewnić, aby
dB spl
80
Miniaturowy Monitor ma założony tunel bass-reflex, ale może działać też w obudowie zamkniętej. Ścięcia kosza głośnika nisko-średniotonowego umożliwiają zawężenie obudowy. Nasunięcie na głośnik wysokotonowy zbliża centra akustyczne obydwu głośników. Przesunięcie głośnika wysoko-tonowego z osi symetrii służy zróżnicowaniu odległości od krawędzi obudowy i rozproszeniu rezonansów.
Cllo
Deo
106
5K
10K
20K
Rys. 8. AKT Monitor - charakterystyki przetwarzania w zakresie średnio-wysokotonowym zmierzone pod różnymi kątami.
34
Elektronika Praktyczna 2/2001
AKT - akustyczny teatr
Rys. 9. Schemat zwrotnicy AKT Monitor.
charakterystyki przetwarzania zmierzone pod różnymi kątami leżały jak najbliżej siebie, jak również wybrać kompromisowo między najlepszym przebiegiem charakterystyk z różnych osi. Układ rezonansowy bass-reflexu dostrojony jest do 55Hz za pomocą tunelu typu TR45. Oryginalny tunel o długości 14,5cm jest przedłużony do 18cm. Kołnierz tunelu, tak jak obudowa głośnika wysokotonowego, są zagłębione, i kosz głośnika nisko-średniotono-wego zostaje na te elementy częściowo nasunięty.
Zestaw AKT 1
Najmniejszy zestaw wolnostojący jest rozwinięciem konstrukcji Monitora - zastosowano w nim ten sam zestaw głośników i niemal identyczną zwrotnicę. Jednak znacznie większa objętość obudowy (komora 12 litrów) zupełnie zmieniła charakterystyki w zakresie niskich częstotliwości. Wraz z bass-reflexem możliwe jest osiągnięcie bardzo niskiej, zwłaszcza jak na wielkość zastosowanego
głośnika, częstotliwości granicznej - spadek -6dB występuje przy ok. 40Hz. Również charakterystyki impulsowe są korzystniejsze niż w przypadku bass-reflexowej wersji Monitora. Zestaw AKT 1 może więc odtwarzać sygnały w szerokim paśmie, również jako samodzielny zespół w systemie stereofonicznym, ale nie może być forsowany zbyt dużą mocą.
Ten sam tunel TR45, ale skrócony do długości lOcm, stroi układ rezonansowy do częstotliwości 48Hz. Położenie otworu zostało ustalone tak, aby wlot tunelu znajdował się w najcichszym obszarze obudowy. W obudowie znajdują się dwie przegrody - dolna (ukośna) przeciwdziała falom stojącym, które mogłyby tworzyć się wzdłuż obudowy, a ponadto tworzy komorę, którą można wypełnić balastem (piasek), zmniejszając wibracje całej konstrukcji i zwiększając jej stabilność (służy temu również cokół). Górna przegroda ("wieniec") usztywnia górną część obudowy.
AKTl nie występuje w wersji zamkniętej, tak jak Monitor, gdyż stosowany głośnik nie pracuje dobrze w tak dużej objętości zamkniętej.
Zarówno w modelu AKTl, jak i przedstawianym dalej AKT2 (a za miesiąc AKT3), głośnik wy-sokotonowy znajduje się na tej samej wysokości - 80cm - odpo-
AKT 1 to wolnostojąca wersja Monitora. Dzięki powiększeniu objętości obudowy pasmo przetwarzania sięga znacznie niżej, nie należy jednak przeciążać AKTl zbyt duża mocą.
ao 76 70 i ~\
/ \ r \r V /
/ J
/
/
55 50 /
/
/
WYKAZ ELEMENTÓW
Zestaw AKTl Rezystory
Rl: 1,5Q R2: 4,7Q R3: 4,7Q Kondensatory Cl: 4,7\iF C2: 3,9n.F Różne LI: l,5mH L2: 0,33171 H
wiedniej dla słuchacza siedzącego w fotelu. Ujednolicenie to jest również czynnikiem ułatwiającym łączenie różnych konstrukcji w systemie wielokanałowym.
W stosunku do zwrotnicy AKT Monitor, zmianie uległa wartość rezystora szeregowego w tłumiku głośnika wysokotonowego - z 3,3Q do 4,7Q. Spowodowało to obniżenie o ok. 1..2dB poziomu częstotliwości najwyższych, w stosunku do poziomu z AKT Monitor. Taki wariant lepiej sprawdził się w próbach odsłuchowych, prawdopodobnie dlatego, iż choć bas AKT 1 jest lepiej rozciągnięty, to w zakresie 100..200Hz ma niższy poziom niż w AKT Monitor i ogólna równowaga charakterystyki jest lepsza po lekkiej redukcji również wysokich tonów.
Charakterystykę przetwarzania pokazuje rys. 10. W zakresie średnich częstotliwości widać kil-kudecybelowe nierównomierności, ale wzajemna równowaga zakresów jest dobra. Charakterystyki kierunkowe są bardzo podobne do przedstawianych dla AKT Monitor. Na rys. 11 znajduje się schemat elektryczny zwrotnicy zestawu AKT 1.
Rys. 10. Charakterystyka przetwarzania zestawu AKT 1.
Rys. 11. Schemat zwrotnicy AKT 1.
Elektronika Praktyczna 2/2001
35
AKT - akustyczny teatr
Rys. 12. Charakterystyka przetwarzania zestawu AKT 2.
Zestaw AKT 2
Obydwa 14cm głośniki nisko-średniotonowe pracują w tym samym zakresie częstotliwości. Należy zwrócić uwagę, że suma powierzchni ich membran jest większa, niż powierzchnia membrany głośnika o średnicy 18cm, dlatego możliwości układu w zakresie niskich częstotliwości są całkiem spore. Jednocześnie mniejsze głośniki nisko-średniotonowe lepiej przetwarzają średnie częstotliwości niż głośniki większe. Zastosowanie dwóch głośników nisko-średnio tonowych pozwala stworzyć konfigurację symetryczną - nazywaną też d'Appolito, od nazwiska amerykańskiego naukowca, który dokonał obliczeń charakterystyk kierunkowych takich układów.
Jedną z zalet takiej konfiguracji jest symulowanie punktowego źródła promieniowania - pozorne źródło dźwięku dla głośników ni sko-średniotn owych lokuje się pomiędzy ich centrami akustycznymi, a więc w pobliżu źródła promieniowania wysokich częstot-
WYKAZ ELEMENTÓW
Zestaw AKT 2 Rezystory
Rl: 3,30 R2: 6,80 Kondensatory
Cl: 3,9^F C2: 3,9^F Różne LI: l,5mH L2: 0,33mH
liwości. Charakterystyki kierunkowe, bez względu na rodzaj filtrów, są symetryczne.
Zbliżenie głośników nisko-śred-niotonowych AKT 2, poprzez nasunięcie ich na obudowę głośnika wysokotonowego, zapewnia równomierną charakterystykę przetwarzania pod większymi kątami w płaszczyźnie pionowej, ale mimo to AKT 2 ma zaznaczone właściwości koncentrujące promieniowanie w pobliżu osi głównej w tej płaszczyźnie (w płaszczyźnie poziomej - czyli na boki - rozprasza bardzo szeroko, tak jak AKT Monitor i AKT 1). Głośnik wysoko-tonowy jest przesunięty względem osi symetrii w kierunku jednej ze ścianek, co w nieistotnym stopniu zaburza spójność punktowego źródła promieniowania, za to poprawia liniowość charakterystyki w zakresie wysokich tonów.
Układ elektryczny łączy szeregowo dwa 4Q głośniki nisko-średniotonowe TC14WG6 9-04. Obudowa jest zupełnie inna, komora (wspólna dla obydwu głośników) o objętości 14dm3 pracuje jako bass-reflex dostrojony do 48Hz. Strojenie to zapewnia w tej objętości tunel typu TR60 o pełnej długości (14cm). Tunel ma przekrój większy niż w przypadku Monitora i AKT 1 ze względu na większą całkowitą powierzchnię
Stosowane w opisywanym zestawie tunele bass-reflex są lekko stożkowe i mają wyprofilowane wyloty, aby redukować własne rezonanse fal stojących i turbulencje przepływającego powietrza.
Rys. 13. Schemat zwrotnicy AKT 2.
membran. Spadek -6dB obserwujemy przy ok. 50Hz. Większy AKT 2 "nie sięga" więc tak nisko, jak AKT 1, ale dzięki około dwukrotnie większej mocy znamionowej jest w stanie wytworzyć znacznie większe natężenie dźwięku. Ponadto charakterystyki impulsowe są korzystniejsze, gdyż stosowane w AKT 2 głośniki 4Q są trochę lepsze pod tym względem od 8Q, stosowanych w AKT 1. Charakterystyki mocy utrzymują się na poziomie 100W aż do ok. 40Hz. Konstrukcje te mogą więc pracować jako pełnozakresowe, przyjmując też dużą moc.
Charakterystyka przetwarzania (rys. 12) pokazuje liniowość w granicach ą2,5dB dla pasma 55..20000Hz. W obudowie zainstalowano przegrody i wzmocnienia o podobnym układzie jak w AKT 1. Na rys. 13 pokazano schemat elektryczny zwrotnicy zestawu AKT 2.
Wersje ekranowane magnetycznie
Przedstawiany miesiąc temu AKT Center został zaprojektowany przede wszystkim jako głośnik centralny, znajdujący się najczęściej w pobliżu telewizora, dlatego jego podstawowa wersja zawiera wszystkie głośniki ekranowane magnetycznie, aby nie zakłócały pracy kineskopu. AKT Center może jednak pracować również na wszystkich innych pozycjach, tj. daleko od telewizora (wersja zawierająca głośniki nieekranowane nosi oznaczenie AKT Center M).
Z kolei zespoły AKT Monitor, AKT 1 i AKT 2 w podstawowych wersjach są nieekranowane, ale każda z nich ma też wersję ekranowaną, z końcówką E w oznaczeniu. AKT Monitor E może pełnić rolę małego głośnika central-
36
Elektronika Praktyczna 2/2001
AKT - akustyczny teatr
WSZYSTKIE ŚCIANKI 15mm, PRZÓD -25mm WYKLEJAĆ GĄBKĄ
Rys. 14. Projekt obudowy AKT Monitor.
nego, natomiast ekranowanie AKT 1 i AKT 2 ma sens wówczas, gdy jako głośniki lewy i prawy miałyby być umieszczone blisko telewizora.
Konstrukcje obudów
We wszystkich projektach obudów (rys. 14, 15, 16) założono, że ścianki i wewnętrzne wzmocnienia wykonane zostaną z płyt
130
130
MDF o grubości 15mm, z wyjątkiem ścianek przednich (o grubości 25mm). Pod głośniki wysokotonowe należy w każdym przypadku wykonać wyfrezowa-nie o głębokości ok. 3mm, tak aby ich powierzchnie zrównały się z powierzchniami przednich ścianek. Jest to zabieg służący estetyce, ale przede wszystkim akustyce - wystające krawędzie okrągłej obudowy powodowałyby odbicie fal o określonej długości, które interferując z falą biegnącą bezpośrednio od membrany powodowałyby zaburzenie charakterystyki. Kosze głośników nisko-średniotonowych są zaprojektowane w ten sposób, aby nie powodować odbić i interferencji przy prostym montażu bez wy-frezowania. Umożliwiają one ponadto nasunięcie kosza głośnika nisko-średniotonowego na obudowę wysokotonowego, a więc zbliżenie centrów akustycznych, co poprawia charakterystyki kierunkowe. Natomiast tylko z powodów estetycznych wypada przy-
15.
S�>
210
Eo Ś9S
Rys. 15. Projekt obudowy AKT 1.
Rys. 16. Projekt obudowy AKT 2.
Elektronika Praktyczna 2/2001
37
AKT - akustyczny teatr
gotować wyfrezowanie pod otwór bass-reflex (zjawisko odbijania od krawędzi nie występuje, ponieważ fale niskich częstotliwości, promieniowane przez otwory, są znacznie dłuższe od ich średnic), choć w Monitorze jest to konieczne z powodu nasunięcia kosza głośnika nisko-średnio tonowego.
Głośnik wysoko tonowy został przesunięty z osi symetrii. Kolumny jednej pary najlepiej wykonywać jako "lustrzane odbicia", dla uzyskania pełnej symetrii układu. Wytłumienie obudów bass-reflex stanowić powinna 2..3cm warstwa gąbki na wszystkich ściankach, a obudów zamkniętych dodatkowo ok. 0,5kg/ 10 litrów wełny.
W projektach nie uwzględniono maskownic. Większość standardowo wykonanych maskownic, na skutek swoich wystających krawędzi, zakłóca promieniowanie. Ewentualnym rozwiązaniem jest ramka z grubego drutu, mocowana na wystających z obudowy kołkach.
Wykonanie zwrotnic
Zalecane jest wykonanie zwrotnic techniką bezpośredniego łączenia elementów, najprostszą w warunkach amatorskich i najlepszą ze względu na minimalną
Głośniki AKT Center.........................(2xTC14SG69-04 plus TC20SD05).........................395 zł
Głośniki AKT Center M.....................(2xTC14WG69-04 plus TC20TD05)........................335 zł
Głośniki AKT Monitor.........................(TC14WG69-08 plus TC20TD05)..........................195 zł
Głośniki AKT Monitor E......................(TC14SG69-08 plus TC20SD05)...........................245 zł
Głośniki AKT 1....................................(TC14WG69-08 plus TC20TD05)..........................195 zł
Głośniki AKT 1 E.................................(TC14SG69-08 plus TC20SD05)...........................245 zł
Głośniki AKT 2..................................(2xTC14WG69-04 plus TC20TD05)........................335 zł
Głośniki AKT 2 E ..............................(2xTC14SG69-04 plus TC20SD05).........................395 zł
Cena osprzętu dla każdego z powyższych zestawów95 zl
liczbę punktów lutowanych. Do zamocowania wszystkich elementów wystarczy płyta MDF (o grubości lcm i wymiarach 9xl2cm), instalowana na tylnej ściance, za głośnikiem nisko-średniotonowym. Osie cewek powinny być ustawione prostopadle do siebie, aby wyeliminować ich wzajemne oddziaływanie.
Zalecane jest zastosowanie elementów wysokiej jakości - w zestawach dostarczanych przez AVT są to wyłącznie cewki powietrzne (szeregowe w filtrach dolnoprze-pustowych nawinięte drutem 1 mm, równoległe w filtrach gór-noprzepustowych drutem 0,7 mm) i kondensatory polipropylenowe. Rezystory w tłumikach głośników wysokotonowych są metalizowane.
Gniazda przyłączeniowe ze złoconymi zakrętkami pozwalają na zastosowanie wszelkich standar-
dowych końcówek przewodów głośnikowych lub samego przewodu z usuniętą izolacją.
Za miesiąc projekt układu trój-drożnego AKT 3, przypomnienie ogólnych założeń konfigurowania systemów wielokanałowych i propozycje dobrze zharmonizowanych systemów opartych na konstrukcjach AKT. Andrzej Kisiel, Audio
W ramach projektów AKT AVT dostarcza komplety głośników i podstawowy osprzęt (części do zwrotnic, gniazda, tunele bass-reflex - bez obudów, wytłumień, okablowania i wkrętów mocujących). Cena jest sumą cen składników wchodzących w skład zestawu. Zamówienie może dotyczyć kompletu głośników lub kompletu głośników i części. Nie dostarczamy samych części ani poje-dynczych głośników.
Elektronika Praktyczna 2/2001
PROJEKTY
Monitor magistrali szeregowych, część
AVT-991
Kończymy opis testera
łączy szeregowych zgodnych
ze standardami I2C, RS232,
RS485 i 1-Wire.
Dzięki bardzo d u że]
uniwersalności przyrządu,
dużych możliwościach
diagn ostycznych i łatwej
obsłudze można go stosować
zarówno w laboratoriach
pomiarowych, jak i podczas
uruchamiania własnych
opracowań w dom u.
Łącze RS232
Standard transmisji RS232 opracowany został wiele lat temu z myślą o przesyłaniu danych pomiędzy terminalem a modemem. Z tego powodu oprócz linii danych zdefiniowanych zostało wiele dodatkowych linii sygnałowych i sterujących. Obecnie najczęściej używa się mocno zubożonej wersji tego łącza ograniczonej do linii Tx (linia transmisji danych z komputera do urządzenia zewnętrznego), Rx (linia odbioru danych przez komputer z urządzenia zewnętrznego) oraz linii masy. Jako złącza używa się najczęściej 9-końcówkowych wtyków i gniazd (DB9) lub rzadziej ich 2 5-styko-wych odpowiedników. W celu zapewnienia prawidłowej komunikacji z komputerem klasy PC należy zewrzeć ze sobą wyprowa-
+12V
-12V Ś
S u b1b2b3Mb5b6b7
Rys. 2. Ramka danych w protokole I2C.
dzenia 6 i 4 oraz 7 i 8 (numeracja dla wtyku typu DB9). Łącząc ze sobą dwa urządzenia wyposażone w łącza do transmisji RS232 należy pamiętać, aby wyjście Tx pierwszego łączyło się z wejściem Rx drugiego, a wejście Rx pierwszego z wyjściem Tx drugiego (linie danych są skrzyżowane). W standardzie RS232 sygnały liniach transmisyjnych przyjmują następujące poziomy napięć:
- logiczne 0 (lub poziom niski) to napięcie w zakresie +6..12V,
- logiczna 1 (lub poziom wysoki) to napięcie w zakresie -6..12V.
Każdy bajt danych przesyłany jest w postaci tzw. ramki, na którą składa się bit startu, 8 bitów danych i bit stopu. Na rys. 2 pokazano taką ramkę danych. Szybkość przekazywania danych nie może zmieniać się w czasie transmisji i musi odpowiadać jednej z wcześniej ustalonych dla nadajnika i odbiornika wartości. Długość kabla, którym przesyłane są dane w standardzie RS232 nie może przekraczać zazwyczaj kilkunastu metrów.
Układ monitora pozwala śledzić dane na liniach Rx i Tx, a także symulować urządzenie nadawcze, np. komputer. Współpraca z linią typu RS232 odbywa się poprzez gniazdo Pl, którego wyprowadzenia konfigurowane są zworami w gnieździe JP1O. Jeżeli przyjmiemy, że do styku Pl-2
Elektronika Praktyczna 2/2001
39
Monitor magistrali szeregowych
Odbiornik
Złącze DB9
Nadajnik np. komputer
Złącze DB9
Złącze DB9 Monitor
Rys. 3. Schemat elektryczny przejściówki monitora
dołączony będzie sygnał Rx podsłuchiwanego komputera, a do styku Pl-3 sygnał Tx, to konfiguracja zwór powinna być następująca:
- JP1O-1 z JP1O-2 monitorowanie linii Tx,
- JP1O-2 z JP1O-3 monitorowanie linii Rx,
- JP1O-1 z JP1O-2 i JP1O-3 z JP1O-4 symulacja urządzenia nadawczego, np. komputera.
Aby umożliwić dołączenie monitora do linii RS232, najlepiej użyć do tego przelotki składającej się z kilku gniazd i wtyków oraz przewodów połączeniowych. Na rys. 3 pokazano schemat takiego przyłącza. Szybkość transmisji ustawia się korzystając z pola opcji. Monitor pracuje w trybie 8 znaków danych bez bitu parzystości z 1 bitem stopu. W trybie edycji danych standardu RS232 pojawiają się następujące symbole dodatkowe: "cl" - kasowanie znaku, "in" - wstawianie znaku i "/ i" - przejście z trybu zapisu do trybu odczytu.
Łącze RS485
W standardzie RS485, podobnie jak w opisanym wcześniej standardzie RS232, w czasie transmisji używa się identycznej ramki danych. Standardy różnią elektryczne parametry sygnałów. W RS232 do określenia stanu logicznego używany jest poziom napięcia, natomiast w RS485 i pokrewnym RS422 o poziomie logicznym decyduje różnicowa wartość napięć wywoływanych przez prąd płynący w obwodzie linii danych. Każda linia danych składa się z pary przewodów łączących dwa różnicowe wyjścia urządzenia nadawczego z dwoma różnicowymi wejściami urządze-
nia odbiorczego. Taki sposób transmisji danych pozwala stworzyć połączenie, w którym jedną parą przewodów można transmitować dane naprzemiennie, od i do urządzenia. Dodatkowo, do jednej pary przewodów można podłączyć wiele urządzeń, które będą zarówno odbiornikami jak i nadajnikami danych. Pozwala to stworzyć sieć pomiędzy np. kilkoma komputerami. Oczywiście
nie należy dopuścić do sytuacji, gdy jednocześnie nadają dwa urządzenia nawzajem się zakłócając, ale o to powinien zadbać programowy protokół transmisji. Zależnie od warunków zewnętrznych i użytych przewodów długość linii może sięgać kilkuset i więcej metrów.
Układ monitora może być dołączany do takiej dwuprzewodowej linii RS485 za pośrednictwem gniazda JP9. Układ może pracować jako monitor (odbiornik) i jako nadajnik. Pokazany na schemacie opornik Rl o wartości 120Q ma za zadanie dopasować oporność wejścia układu do oporności falowej linii, co może mieć znaczenie przy długich liniach transmisyjnych. Przy krótkich liniach można ten opornik pominąć.
W trybie edycji danych standardu RS485 pojawiają się następujące symbole dodatkowe: "cl" -kasowanie znaku, "in" wstawianie - znaku i "/i" - przejście z trybu zapisu do trybu odczytu.
Zestawienie wszystkich funkcji układu monitora
Funkcja Pozycja kursora Naciskany klawisz
Kasowanie całej zawartości pamięci w czasie włączania zasilania naciskać STOP i zatwierdzić YES
Wybór aktywnej linii pozycja -3 nacisnąć SHT, "klikerem" wybrać rodzaj linii i zatwierdzić YES
Wybór funkcji pozycja -5 nacisnąć SHT, "klikerem" wybrać rodzaj funkcji i zatwierdzić YES
Wybór opcji pozycja -6 nacisnąć SHT, "klikerem" wybrać rodzaj opcji i zatwierdzić YES
Do ustawiania parametrów poszczególnych opcji przechodzi się po powtórnym naciśnięciu SHT, gdy kursor pojawia się w polu edycji.
a/opcja wyboru prędkości transmisji "klikerem" wybrać prędkość transmisji i zatwierdzić naciśnięciem YES
b/ opcja wyboru ilości danych do odczytu lub liczby powtórzeń zapisu "klikerem" wybrać ilość znaków do odczytu z zakresu 1-255 lub liczbę powtórzeń zapisu i zatwierdzić naciśnięciem YES. Symbole "xx" oznaczają, że zarówno odczyt, jak i zapis będą trwały do momentu jego przerwania przez naciśnięcie klawisza STOP lub zapełnienie pamięci.
c/opcja tropu "klikerem" wybrać włączenie opcji tropu (TAK), wyłączenie (NIE) lub edycję danych tropu. Do edycji danych tropu przechodzi się po kolejnym naciśnięciu SHT. Zakończenie edycji po naciśnięciu STOP i YES.
d/opcja HEX/ASCII "klikerem" wybrać parametr HEX lub ASCII i zatwierdzić naciśnięciem YES
Wybór numeru pliku pozycja -7 nacisnąć dwukrotnie SHT, "klikerem wybrać numer pliku, który stanie się aktywny. Wybór zatwierdzić dwukrotnym naciśnięciem YES.
Kasowanie wybranego pliku pozycja -7 wybrać numer kasowanego pliku jak wyżej i potwierdzić jednokrotnym naciśnięciem YES, "klikerem" wybrać opcję kasowania, nacisnąć SHT i potwierdzić YES.
Edycja danych pliku po wybraniu funkcji edycji nacisnąć START. W polu edycji zostanie wyświetlona zawartość pliku a kursor będzie wskazywał edytowany znak. Po naciśnięciu SHT można zmieniać edytowany znak, usuwać go lub dodawać do pliku nowy znak. Naciśnięcie SHT kończy edycję znaku, naciśnięcie STOP kończy funkcję edycji aktywnego pliku.
Odczyt danych z wybranej linii po wybraniu funkcji odczytu nacisnąć START. Zakończenie odczytu po naciśnięciu STOP lub zapełnieniu pamięci. Zapis odczytanych danych do pamięci sygnalizuje świecenie diody LED.
Wystanie danych na wybraną linię po wybraniu funkcji zapisu nacisnąć START. Zakończenie funkcji po wysłaniu określonej wcześniej liczby znaków lub naciśnięciu STOP.
40
Elektronika Praktyczna 2/2001
Monitor magistrali szeregowych
Magistrala PC
Wymyślona przez PHILIPS-a 2-przewodowa magistrala przewidziana została do wymiany danych pomiędzy wieloma układami scalonymi tego samego urządzania. Magistrala składa się z linii danych SDA i linii zegara SCL. Podstawę transmisji stanowi specjalny protokół, w którym każdemu układowi w obrębie magistrali przyporządkowany jest pewien unikalny adres.
Najczęściej spotykaną konfiguracją układów wykorzystujących protokół PC jest konfiguracja: 1 układ nadrzędny (np. mikroprocesor) i wiele układów podrzędnych (np. pamięci, wyświetlaczy, portów itp). Transmisję inicjuje zawsze układ nadrzędny wysyłając najpierw sekwencje START, a potem adres wywoływanego układu, w którym wartość najmłodszego bitu decyduje o tym czy będzie to zapis danych, czy odczyt. Ponieważ o transmisji PC zainteresowani mogli już wcześniej przeczytać (np. w naszym piśmie), ograniczę się jedynie do pokazania na rys. 4 przebiegów sygnałów w czasie zapisu jednego bajtu danych do przykładowej pamięci EEPROM. Długość magistrali PC może dochodzić do kilkudziesięciu centymetrów.
W trybie monitora urządzenie dołączone do linii SDA i SCL ogranicza się jedynie do rejestracji wymiany danych pomiędzy układem nadzorczym a układami podrzędnymi. Do połączenia z magistralą używane jest gniazdo JP7, w którym styk 1 pełni rolę wyprowadzenia SDA, a styk 2 wyprowadzenia SCL. Ponieważ transmisja danych magistralą może odbywać się dosyć szybko (zegar taktujący linii SCL może osiągać częstotliwość do lOOkHz), z powodu ograniczeń technicznych układ monitora może jednorazowo zarejestrować do 64 bajtów danych. Tak jak w przypadku pracy z innymi liniami, można ustawić ogranicze-
nie liczby odbieranych bajtów na mniej niż 64 oraz zastosować opcję tropu.
W trybie nadajnika monitor pełni rolę układu nadrzędnego w stosunku do dołączonych do magistrali układów podrzędnych. W tej sytuacji generuje impulsy zegara oraz wysyła sekwencje START, STOP, adresu i danych. Następujący przykład ilustruje zawartość pliku danych, którego wysłanie do dołączonej do magistrali PC pamięci EEPROM (np. 24C02 ze wszystkimi wejściami adresowymi zwartymi do masy) spowoduje odczytanie jej zawartości począwszy od adresu 07H: /s,A0,07,/p,/s,Al,/i.
W pliku symbol ,,/s" oznacza wygenerowanie sekwencji START, następnie wysłanie adresu pamięci "AOh" z wyzerowanym najmłodszym bitem. Dzięki temu następny bajt "07H" zapisany zostanie do pamięci jako adres pierwszej komórki do odczytu. Symbol ,,/p" spowoduje wygenerowanie przez układ monitora sekwencji STOP, a następnie znów wygenerowana zostanie sekwencja START i adres układu z ustawionym najmłodszym bitem oznaczającym odczyt danych z pamięci. Symbol ,,/i" (opcjonalnie) spowoduje przejście monitora do pracy jako układu nadrzędnego odbiorczego. Odczytana zostanie taka liczba bajtów, która wcześniej została określona w opcji liczby bajtów do odczytu.
W trybie edycji danych standardu PC pojawiają się następujące symbole dodatkowe: "cl" -kasowanie znaku, "in" - wstawianie znaku ,,/i" - przejście z trybu zapisu do trybu odczytu, ,,/s" -sekwencja START i ,,/p" - sekwencja STOP.
Magistrala 1-Wire
Standard transmisji 1-Wire Bus został opracowany w firmie DAL-LAS. Jego najważniejsze zalety to: maksymalne uproszczenie budo-
S W
T R S
A 1 T
R Adres T 0
T układu E Adres danych Dane P
SDA LINĘ i i i i i i i i 1 i i i i i i i
M L R A M L A A
S S / C S S C C
B B W K B B K K
Rys. 4. Przykładowa sekwencja odczytu zawartości pamięci z interfejsem I2C.
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
PRL R2..R7: 10kO
Rl: 120O
R8..R10: 3kO
Rl 1: lkn
Kondensatory
Cl, C4, C14, C16..C18: lOOnF
C3: 100^F/16V
C5, Có: 27pF
C7..C11: 47^F/16V
Cl 5: 1000|iF/25V
Cl 9: 100|iF/25V
Półprzewodniki
Dl: mostek prostowniczy
D2: LED
Tl: BC557
Ul: MAX485 lub SN7517
U2: AT89C55 zaprogramowany
U3: KM62256A
U5: 74ALS573
Uó: MAX232
U10: MCP101 lub DS1812
Uli: BQ2201 kontroler
podtrzymania bateryjnego firmy
BENCHMARQ
U12: 7805
U13: wyświetlacz LCD 2x16
znaków
U14: 74LS02
U15: 4066
U16: PCF8584
Różne
BT1: bateria litowa 3V
wlutowywana do druku
JP4, JP5, JP9: złącze do druku
typu ARK2
JPó, JP8: zwora
JP7: złącze do druku typu ARK3
JP10: piny 2 zwory
Pl: gniazdo DB9 męskie do druku
SL S2, S3, S4: przycisk
miniaturowy
S5: impulsator typ ECWOJ-B24
firmy BOURNS
Xl: 1L59MHZ
podstawki pod układy scalone
UL U2, U3, Uó, U16
wy magistrali (1 linia danych i masa), możliwość dołączenia do magistrali wielu układów oraz zasilanie układów tą samą linią, którą przesyłane są dane. W tym standardzie transmisję zawsze inicjuje kontroler magistrali. Ponieważ struktura danych przesyłanych magistralą 1-Wire była już wielokrotnie opisywana (także na łamach naszego pisma), pominę ten temat.
Elektronika Praktyczna 2/2001
41
Monitor magistrali szeregowych
Urządzenie pracując w trybie monitora dołączone jest do linii 1-Wire za pośrednictwem gniazda JP5. Monitor rejestruje impulsy RESET i PRESENT pojawiające się na magistrali, jednak do momentu rozpoczęcia transmisji danych żadne informacje nie są zapisywane do pamięci RAM. Jednorazowo układ odczytuje do 64 bajtów danych. W tym trybie także można ograniczyć liczbę odczytywanych bajtów i zastosować opcję tropu.
W trybie nadajnika układ generuje impuls RESET, oczekuje na impuls PRESENT i wysyła dane z aktywnego pliku. Po wysłaniu danych układ można programowo natychmiast przełączyć w tryb odbioru. Dzięki temu łatwo można odczytać np. numer seryjny z ROM-u pastylki DALLAS-a. W pliku do wysłania należy zapisać następującą sekwencję:
/r, 33, /i.
Odczytanych zostanie tyle bajtów, ile zostało wcześniej określone w opcji liczby bajtów do odczytu (w przypadku numeru seryjnego należy odczytać 8 bajtów).
W trybie edycji danych standardu 1-Wire pojawiają się następujące symbole dodatkowe: "cl" -kasowanie znaku, "in" - wstawianie znaku ,,/i" - przejście z trybu zapisu do trybu odczytu, ,,/r" -generacja impulsu RESET i ,,/p" -odbiór impulsu PRESENT.
Montaż i uruchomienie
Zmontowany przeze mnie układ, dla wygody i lepszego dostępu do gniazd, nie został zamknięty w obudowie. Montaż przeprowadziłem na płytce, której schemat montażowy przedstawio-
Rys. 5. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej.
no na rys. 5. W takim przypadku wskazane jest jednak przymocowanie do płytki niewielkich nóżek, aby uniemożliwić przypadkowe zwarcia układu od strony lutowań. Układ Uli zarządzający zasilaniem bateryjnym jest mały i przeznaczony do montażu powierzchniowego , więc warto go wlutować na płytkę na samym początku. Układy o podobnym działaniu oferuje np. firma MA-XIM, jednak w przypadku zamiany mozaika ścieżek musi zostać skorygowana. Z kolei baterię BTl warto wlutować jako ostatnią, aby w czasie montażu uchronić ją przed przypadkowymi zwarciami i rozładowaniem. Warto zaopatrzyć w podstawki większość układów, a na pewno: Ul, U2, U3, U6, U16. Wyświetlacz można zamontować za pomocą złącza wykonanego z listwy tzw. "goldpi-nów" i listwy zgodnych z nimi wtyków. Będzie można go rozłączać i w czasie, gdy przyrząd nie będzie używany stosować w innych urządzeniach potrzebujących wyświetlacza.
Do zasilania potrzebne jest źródło dostarczające napięcia 8..12V i prądu co najmniej 180mA. Należy zewrzeć zworę JP8 dołączającą baterię do układu Uli. Po włączeniu zasilania wyświetlacz powinien się zaświecić (o ile jest podświetlany) i powinna ukazać się winieta powitalna. W razie jej braku należy pokręcić potencjometrem PRl w prawo i ustawić właściwy kontrast. Zdarza się niekiedy, że źle wyzerowany wyświetlacz nie chce niczego wyświetlić. Układ należy wyłączyć, chwilę odczekać i włączyć ponownie.
W przypadku zbyt wysokiego napięcia zasilającego stabilizator Ul2 może się nadmiernie grzać i w takim przypadku będzie konieczne zastosowanie radiatora. Ryszard Szymaniak, AVT ryszard.szymaniak@ep.com.pl
Wzory płytek drukowanych w formacie PDF są dostępne w Internecie pod adresem: http://www.ep.com.pl/ ?pdf/lutyOl.htm oraz na płycie CD-EP02/2001B w katalogu PCB.
42
Elektronika Praktyczna 2/2001
PROJEKTY
Zestaw uruchomieniowy dla procesorów rodzin AVR i '51, część 2
AVT-992
Opis uniwersalnego zestawu
uruchomieniowego dla
procesorów '51 i AVR
kończymy omówieniem
procedur montażu
i uruchomienia, a także
konfiguracji kompilatora
Bascom do współpracy
z programatorem ISP.
Montaż i uruchomienie
Na rys. 2 pokazano rozmieszczenie elementów na płytce obwodu drukowanego wykonanego na laminacie dwustronnym z metalizacją. Sposób montażu płytki uruchomieniowej nie odbiega w niczym od sposobu montażu innych układów elektronicznych. Jak zwykle rozpoczniemy go od wlutowania w płytkę elementów o najmniejszych gabarytach, a zakończymy na zamontowaniu kondensatorów elektrolitycznych i stabilizatora napięcia. Pod układy scalone zastosujemy podstawki z tym, że podstawki w których będą umieszczane procesory powinny być typu "precyzyjnego". Niektóre elementy, w tym dwa przyciski służące zerowaniu procesorów muszą zostać zamontowane pod wyświetlaczem alfanumerycznym. Ponieważ naciskanie
tych przycisków poprzez wyświetlacz mogłoby okazać się "nieco" niewygodne, zastosowałem specjalny sposób ich montażu, umożliwiający ich obsługę od spodu płytki, za pomocą małego śrubokręta, końcówki długopisu lub zapałki. Przyciski te musimy najpierw odpowiednio spreparować, wyginając ich wyprowadzenia o 180�. Następnie lutujemy przyciski tak, aby ich bolce znalazły się idealnie pośrodku przeznaczonych na nie otworów w płytce. Takie rozwiązania, poza uniemożliwieniem przypadkowego wyze-rowania procesora ma jeszcze jedną zaletę: nie pozwala na także przypadkowe naciśnięcie obu przycisków naraz, co spowodowałoby zwarcie w układzie.
Stanowczo odradzam wlutowy-wania w płytkę wyświetlacza alfanumerycznego LCD, nawet jeżeli nie zapomnieliśmy uprzednio zamontować umieszczonych pod
Elektronika Praktyczna 2/2001
43
Zestaw uruchomieniowy dla procesorów rodzin AVR i '51
Ori
n
n
LCD DISPLAY*-^
O
�
o o o o
WR FAMILY EVALUATIDN
Rys. 2. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej.
nim elementów. Do zamocowania wyświetlacza na płytce powinny posłużyć dwa elementy: rząd gol-dpinów wlutowanych w płytkę i złącze szufladkowe przylutowa-ne do wyświetlacza. Takie rozwiązanie umożliwi łatwą wymianę wyświetlacza, np. na typ z inną ilością wierszy lub z podświetlaniem. Tu ważna uwaga: gdybyśmy na naszej płytce zastosowali wyświetlacz alfanumeryczny z podświetlaniem, to do stabilizatora napięcia należy jednak zamocować niewielki radiator wykonany z kawałka blachy aluminiowej. Wyświetlacze z podświetlaniem pobierają tak dużo prądu (do 400mA!), że stabilizator bez radia-tora niechybnie uległby przegrzaniu.
Nieco kłopotu może nam sprawić jedynie montaż przejściówki do procesorów AT90S2333. Ja zastosowałem następującą metodę: najpierw wlutowałem w płytkę 28-pinową podstawkę pod procesor. Następnie przylutowałem do płytki, od strony druku, dwa szeregi
po 20 goldpinów, a do nich 40-pinową podstawkę precyzyjną, która będzie służyć jako wtyk, włączany do podstawki pod procesory '8535.
Oczywiście, na płytce uruchomieniowej nie musimy od razu montować wszystkich elementów, a z niektórych, co do których mamy całkowitą pewność, że nigdy nie będą wykorzystywane, możemy w ogóle zrezygnować. Nie sądzę jednak, aby taka oszczędność miała większy sens. Nasz poligon doświadczalny powinien być zawsze gotów do realizacji nawet najbardziej zaskakujących pomysłów.
Jeszcze parę słów o posługiwaniu się naszą płytką testową:
1. Złącza CON2, CON4 i CON5 pełnią podwójną rolę. CON2 i CON4 mogą być jednocześnie wyjściami ekspanderów PCF85 74 i wejściami buforów mocy ULN2803 i TD62786. Po ich zwarciu, np. za pomocą odpowiedniej ilości jumperów, łączą wyjścia ekspanderów z wejściami buforów.
Podobnie ma się sprawa ze złączem CON5. Po jego zwarciu za pomocą jumperów wejścia sterujące wyświetlaczem alfanumerycznym LCD dołączane są bezpośrednio do wyjść portu B procesorów, według następującego schematu:
Wyświetlacz LCD Port
RS PB.2
ENA PB.3
D4 PB.4
D5 PB.5
De PB.6
D7 PB.7
Takie skonfigurowanie połączenia wyświetlacza z procesorami jest rozwiązaniem najwygodniejszym, ponieważ odpowiada ono ustawieniom domyślnym kompilatora pakietu BASCOM AVR. Oczywiście, możemy je w każdej chwili zmienić, łącząc po rozwarciu jumperów złącza CON5, wejścia wyświetlacza z dowolnymi wyjściami aktualnie stosowanego procesora. Jednak w takim przypadku należy zmienić domyślne ustawienia kompilatora, lub umieścić odpowiednią informację na początku pisanego programu. Dyrektywa połączeń wyświetlacza LCD powinna mieć postać:
CONFIG LCDPIN = PIN, DB4= PN, DB5=PN, DB6=PN, DB7=PN, E=PN, RS=PN
na przykład:
Config Lcdpin = Pin, Db4 = Portd.3, Db5 = Porta.2, Db6 = Portd.l, Db7 = Porta,0, E I = Portd.4, Rs = Porta.5.
2. Otwarta pozostaje jeszcze sprawa sposobu łączenia za sobą elementów zawartych na płytce. Układy pracujące z magistralą PC nie powinny sprawić nam większego kłopotu, ponieważ łączące je linie SDA i SDI zostały już dołączone za pośrednictwem jumperów JP2 i JP3 do pinów PB.6 i PB.7 procesorów. Za pomocą tych jumperów możemy także odłączyć linie SDA i SCL od podanych wyjść procesorów i dołączyć je za pomocą przewodów do innych wyprowadzeń. Adresy układów współpracujących z magistralą PC podane są w ich kartach katalogowych. Jednak pozostałe połączenia, o ile takowe okażą się potrzebne, będziemy musieli wykonać za pomocą przewodów. Metodą najprostszą okaże się z pewnością lutowanie odcin-
44
Elektronika Praktyczna 2/2001
Zestaw uruchomieniowy dla procesorów rodzin AVR i '51
ków kynaru do odpowiednich wyprowadzeń. Metodą bardziej elegancką byłoby wykonanie specjalnych przewodów, umożliwiających wykonywanie połączeń bez konieczności lutowania, podobnych nieco do przewodów stosowanych w systemie uruchomieniowym procesorów 89CX051 AVT-854.
3. Bardzo ważną sprawą jest właściwe ustawienie przełącznika sposobu zerowania procesorów -jumpera JPl. Przy pracy z procesorami AVR musi on być ustawiony w pozycji "AVR", łącząc wyjście układu DS1813 z wejściami RESET procesorów. Tu jednak pora na ważną uwagę: procesory AVR mogą być zasilane napięciem z przedziału 4..6VDC (2,7..6VDC w wersjach niskonapięciowych) i jeżeli chcielibyśmy przeprowadzić eksperymenty z zasilaniem układów napięciem niższym niż 5VDC, to jumper JPl należy bezwzględnie usunąć! W przeciwnym wypadku na wejściach zerujących procesorów zostałby trwale wymuszony stan niski, uniemożliwiając ich poprawną pracę. Przy pracy z procesorami rodziny '51 jumper JPl musi zostać przestawiony w pozycję "51".
4. Nasz system uruchomieniowy powinien być zasilany napięciem stałym, niekonieczne stabilizowanym, o wartości odpowiedniej dla wbudowanego w system scalonego stabilizatora napięcia typu 7805. Najodpowiedniejsze będzie napięcie ok. 12VDC, które może być jednocześnie wykorzystywane do zasilania silników prądu stałego, krokowych, przekaźników lub innych elementów wykonawczych dołączanych do buforów mocy IC7 i IC9.
5. Ważną sprawą jest wybór właściwego złącza ISP. Złącze oznaczone jako CON7 służy do programowania wszystkich procesorów AVR, z wyjątkiem chipów w obudowach 8-pinowych, czyli AT TINY, AT90S2323, AT90S2343, do których obsługi przeznaczone jest złącze CON7A. Na szczęście nieprawidłowe podłączenie programatora nie grozi jakimikolwiek przykrymi konsekwencjami, z wyjątkiem niemożliwości ustalenia przez programator typu procesora i zaprogramowania
f
r*. | -**m |
.tmtią riO.1 wmtią fi4b.2 Ś�riq flrt.J
imHą rish.f ł^Hą Umk.i tamllą riu,7 ccl
i i
.1 * **
tmili-n TLwrfl Ś Tl to Ilvrl tni lrqrt
i:-.i-i.u

ii
Śami
Rys. 3. Okno konfiguracyjne BASCOM-a.
Programowanie
Zestaw uruchomieniowy AVT-992 jest przeznaczony w pierwszym rzędzie do współpracy z rewelacyjnym pakietem BASCOM AVR. Nie wyklucza to oczywiście możliwości zaprogramowania procesora programem napisanym w innym języku, ale tylko jednolite środowisko programistyczne opracowane przez holenderską firmę MCS Electronics pozwoli na pełne wykorzystanie możliwości zestawu i na pracę w, wierzcie mi, wyjątkowo komfortowych warunkach. A zatem, do rozpoczęcia pracy będziemy potrzebować następujących składników:
1. Opisanego w tym artykule zestawu uruchomieniowego.
2. Programatora procesorów AVR AVT-871. jest to wyjątkowo prosty programator ISP, zbudowany z wykorzystaniem zaledwie jednego układu scalonego, dedykowany do współpracy z pakietem BASCOM AVR.
3. Pakiet BASCOM AVR lub BASCOM AVR Demo. Wszelkie informacje na temat tego oprogramowania można znaleźć w Inter-necie, na stronie www.mcse-lec.com. Stamtąd też można ściągnąć wersję demo tego pakietu. Wersja demo nie różni się niczym od edycji komercyjnej z wyjątkiem jednego ograniczenia: długość kodu wynikowego nie może przekraczać lkB. Nie jest to wiele, szczególnie w przypadku współpracy z procesorami '8535 czy też AT MEGA, ale do wykonania prostych
testów i doświadczeń powinno wystarczyć. W każdym jednak przypadku wystarczy do zapoznania się z możliwościami pakietu BASCOM i podjęcia decyzji o zakupie wersji komercyjnej, która nie posiada już żadnych ograniczeń i za pomocą której możemy tworzyć oprogramowanie nawet na procesory MEGA, czyli do 128kB kodu wynikowego.
Ważną sprawą będzie odpowiednie skonfigurowanie pakietu BASCOM AVR, obojętne czy używać będziemy wersji demo czy też komercyjnej. Na rys. 3 pokazano okienko konfiguracyjne BASCOM-a, w którym musimy zaznaczyć typ programatora. W naszym przypadku będzie to programator STK200/ST3 00, kompatybilny sprzętowo z programatorem AVT-871. Następnie w tym samym okienku, w opcjach kompilatora musimy jeszcze zaznaczyć typ procesora i możemy już przestąpić do pisania pierwszego programu. Jeżeli zaznaczymy także opcje "Program after compile" i "Auto flash" to kilka sekund po naciśnięciu klawisza F7 nasz program znajdzie się już w pamięci EEP-ROM procesora. Zbigniew Raabe, AVT zbigniew.raabe@ep.com.pl
Wzory płytek drukowanych w formacie PDF są dostępne w Internecie pod adresem: http:// www.ep.com.pl/pcb.html oraz na płycie CD-EP02/2001 w katalogu PCB.
Elektronika Praktyczna 2/2001
45
PODZESPOŁY
CLEAR LOGIC
Uktady LPLD i ŁASIC firmy
Konstruktorzy sprzętu elektronicznego muszą dość dobrze orientować się w cenach podzespołów stosowanych w konstruowanych urządzeniach, ponieważ bardzo często Jednym z głównych parametrów uwzględnianych przez odbiorców
]est koszt urządzenia. Biorąc pod uwagę problemy konstruktorów (I oczywiście wietrząc niebagatelne zyski), amerykańska firma Clear Logic opracowała tanie układy, alternatywne do doskonałych struktur CPLD firmyAltera. Przedstawiamy ]e w artykule.
Koncepcja działania firmy Clear Logic jest, jak na rynek elektroniczny, dość niezwykła. Zazwyczaj nowe firmy wchodzą na rynek oferując produkty nowego rodzaju lub o zupełnie nowych rozwiązaniach technologicznych czy konstrukcyjnych. Właściciele Clear Logic wybrali inną drogę: postanowili wprowadzić na rynek układy w 100% kompatybilne z doskonale znanymi na rynku układami
programowalnymi serii MAX7K, FLEX8K/10K oraz ACEX1K firmy Altera. Jedyną różnicą pomiędzy oryginalnymi układami a produktami Clear Logic był zastosowany w nich rodzaj matrycy konfigurującej: zamiast reprogramowalnych matryc EEPROM/SRAM, stosowanych przez Alterę, Clear Logic zaproponował układy programowane jednokrotnie, ale za to znacznie tańsze od pierwowzorów.
Elektronika Praktyczna 2/2001
47
PODZESPOŁY
W ten sposób, bezpłatnie korzystając ze stawy jednego z liderów rynku zaawansowanych układów programowalnych, niewielka firma z San Jose robi całkiem niezłą karierę.
Dlaczego musi się udać?
Stratedzy firmy Clear Logic wykazali się nie lada geniuszem: prowadzona przez nich firma swoją działalność ogranicza do śledzenia wprowadzanych przez Alterę nowinek i tworzenia ich kopii. Na barki Altery złożyli oni trud tworzenia nowych architektur, wypierania z rynku silnej konkurencji i niezwykle kosztownego tworzenia nowych narzędzi. Prawda, że wygodna pozycja?
Ponieważ architektury układów oferowanych przez CL są identyczne z odpowiednikami Altery, do realizacji projektów wystarczają dotychczasowe narzędzia (w tym doskonały pakiet MaK+Plus II] i regularnie uaktualniane i rozwijane przez Alterę. Czyli Altera, chcąc nie chcąc, zapewnia doskonały support techniczny firmie CL, a użytkownicy nie muszą zmieniać swoich przyzwyczajeń, aby skorzystać z tańszej oferty CL. To jest drugi dowód potwierdzający genial-ność przedsięwzięcia.
Badania rynkowe przeprowadzone przez CL do-
wiodły, śe zdecydowana większość klientów kupujących układy re programowalne (także ISPJ bardzo rzadko korzysta z możliwości wielokrotnego programowania matrycy pamięciowej. W większości przypadków reprogramowalność jest przydatna na etapie testów, a podczas normalnej produkcji, zwłaszcza wysoko nakład owej, bywa kłopotliwa. Kolejne posunięcie tracące geniuszem: Altera będzie dostarczać klientom CL stosunkowo
Kolumna
Wisnz
Kolumna
Wiaraz
Jednokrotnie programowana
matryca połączeniowa LM
B� tranzystorów
Reprogramowalna matryca połączeniowa PU 11 trtnzyttofów
Rys. 2.
Altera, to sytuacja tej firmy nie jest zbyt dogodna.
Laser źródłem sukcesu
Sukces pomysłu wprowadzonego w życie przez specjalistów z firmy Clear Logic oparto na niezwykle nowoczesnej technice programowania struktur półprzewodnikowych, w których rozbudowane strukturalnie i fizycznie reprogra-mowalne elementy pamięciowe zastąpiono bezpiecznikiem przepalanym laserem. Na rys. 1 porównano fizyczne rozmiary funkcjonalnie identycznych komórek pamięciowych, wykonanych w technologiach (odpowiednio): EEPROM i LPLD (ang. Laser Proces-sed Logic DeviceJ. Biorąc
drogie układy reprogramo-walne do prób, a CL dostarczy seryjne układy zaprogramowane zgodnie z przetestowanym przez użytkownika wzorem.
Jeżeli do tego wszystkiego dołożymy fakt, że dzięki taniej technologii półprzewodnikowej, wykorzystanej do produkcji struktur układów, firma CL może dostarczać układy taniej niż Rys. 3.
48
Elektronika Praktyczna 2/2001
PODZESPOŁY
Rys. 4.
pod uwagę, że w średniej wielkości układzie znajduje się kilka tysięcy takich komórek, łatwo oszacować oszczędności wynikaj ące z radykalnego zmniejszenia powierzchni struktury półprzewodnikowej,
Kolejnym elementem struktury układów CPLD, pochłaniającym dużo krzemowego materiału, jest matryca łącząca bloki logiczne, która w architekturze MAX jest nazywana PIA tang. Programmable Interconnect ArrayJ. Clear Logic zaproponował zastąpienie stosun-
kowo skomplikowanej matrycy przełączników i niezbędnej do jej sterowania komórki pamięciowej EEP-ROM jednym bezpiecznikiem (rys. 2), dzięki czemu całkowite wymiary struktury układów LPLD są nieco mniejsze niż odpowiedników z oferty firmy Altera (rys. 3). Na rys. 4 przedstawiono przykładowo przepalony bezpiecznik ulokowany w matrycy LPI (PIA) układu CL7128S.
Kompatybilność
Clear Logic oferuje układy mogące zastąpić wybrane układy rodzin MAX7K/7K2/ KE/KA, FLEX8K/10K oraz ACEX1K. Większość tych układów jest wyposażana przez Alterę w interfejs JTAG, poprzez który są one programowane (konfigurowa-nej, mogą być także testowane po zamontowaniu w systemie. Matryce pamięciowe układów rodzin FLEX oraz
ACEX są wykonane w technologii SRAM i ich konfiguracja jest ponadto możliwa poprzez specjalizowany, synchroniczny interfejs szeregowy, a także na kilka innych sposobów uznanych za standardowe w układach tego typu. Powstaje więc pytanie: czy w układach oferowanych przez Clear Logic te interfejsy działają, ponieważ układy f ab ry c zn i e pro gram o w an e laserem nie będą już konfigu-rowane?
Clear Logic problem ten rozwiązał następująco: interfejsy JTAG we wszystkich u kładach wyposażonych w nie umożliwiają testowanie w systemie BST, zgodnie ze specyfikacją standardu i rozwiązaniami zaaplikowanymi przez Alterę. Programowanie i konfiguracja poprzez JTAG jest ernu-lowana w taki sposób, że program zarządzający łańcuchem JTAG działa tak, jakby znajdowały się w nim
układy re pro gram owalne lub rekon figuro walne. Podobną technikę sprzętowego ,,udawania" zastosowano w układach ELEX i ACEX (rys. 5). Tak więc, istnieje możliwość zastosowania układów oferowanych przez CL w systemach, w których część układów będzie nadal reprogramowana lub rekon-figurowana poprzez interfejs JTAG. Zachowana zostanie także możliwość ich testowania krawędziowego.
Pozostałe parametry elektryczne, czasowe i funkcjonalne są niemal identyczne z danymi katalogowymi odpowiednich układów oferowanych przez Alterę.
Dlaczego nie ASIC?
Technologia produkcji układów oferowanych przez CL jest - z punktu widzenia użytkownika - bliska ASIC-om. Rozwiązanie oferowane przez CL ma jednak dość istotną przewagę
nSP MSELO
MSEL1
nCONFIG
nWS
nRS
nCS
cs
CLKUSR
nSTATUS
DCLK
CONF_DONE
DATA7
DATA(0:6]
RDCLK
RD/nBUSY
ADD[0:17]
TDI
TDD
TCK
TWS
nTRST
Rys. 5.
LBB
LBB
LBB
LBB
LBB
Matryca LBB o dowolnych marianach [np. 2 rzędy/21 kolumn)
Wojfcfa I wyjścia dgfribwano przoz użytkownika
LBB: Logic Building Błock IOE: Input/Output Element Dl: DecEcated Input
CLEAR LOGIC
Jeźck chcesz uuiąfi udail ui losowani wypełnij ten hupon. wybij go i uiySj na adres redrtqi GP.
Elektronika Praktyczna 2/2001
49
PODZESPOŁY
Rys. ó.
nad rozwiązaniami opartymi na układach ASIC. Polega ona na zachowaniu standardowego procesu projektowania, podczas gdy przejście na ASIC-i wymaga konwersji projektu do postaci akceptowanej przez narzędzia projektowe dla układów tego typu (rys. 6). Tak więc, projektant układu ma do samego końca wpływ na specyfikację projektu, bez konieczności powtarzania pewnych etapów projektowania, co pozwala ograni-
oac
CLEAR LOG IC
pnHł�rici�ri*#*
czyć koszty i czas realizacji projektu. Nie oznacza to jednak, że przygotowany przez odbiorcę projekt nie podlega żadnym konwersjom. Został on jednak przez CL zautomatyzowany (rys. 7) i z punktu widzenia użytkownika nie odbiega od standardowego postępowania podczas projektowania.
Podsumowanie
Biznes nie zna litości, liczą się przede wszystkim pieniądze. Pomimo tej
oczywistej prawdy wydaje mi się, śe postępowanie firmy Clear Logic jest wątpliwe etycznie (chociaż jemioła w przyrodzie także ma swoje miejsce), lecz z pewnością biznesowo skuteczne.
Biorąc pod uwagę inne aspekty, oferta CL jest bezwzględnie atrakcyjna dla klientów stosujących dziesiątki lub setki jednakowo zaprogramowanych układów rocznie. Pewne wątpliwości budzi brak pełnej specyfikacji parametrów stałoprądo-wych i dynamicznych w notach katalogowych układów, ale opierając się na deklaracjach producenta o pełnej kompatybilności odpowiedników można, a nawet trzeba spróbować! Piotr Zbysiński, AVT piotr.zbysinski@ep.com.pl
Artykuł powstał we współpracy z firmą Acie NC Poland, iel {0-22} 632-33-95, www. acie .com .pl,
Materiały o ukła dach LPLD i ŁASIC są dostępne w Iniernecie pod adresami:
- noty katalogowe: hiip:// www. cle a r-I ogi c.com/I Hera -iure/specs.himl,
- noty aplikacyjne i informacje dodaikowe: hiip:// www. cle a r-I ogi c.com/I Hera -i ure fappno ies. h i ml,
- specyfikacje IBIS: hiip:// www. cle a r-I ogi c.com/I Hera -iure/ibis.himl,
- pliki konfiguracyjne BSDL: h iip ://www. cle ar-Iogi c. c om I liieraiure/bsdl.himl.
Noiy kaialogowe układów LPLD i ŁASIC są do-siępne iakże na płycie CD-EP02/2001B w kaialogu \Clear.
Plik wynikowy POF/SOF/HBC
ooTP CLEAR LOGIC
CfeaiShof" T
proce* __ Mapa
ł automatycznej przepaleń
konwersji
Struktury pnygotowane do pohamowania
Proces
konfiguracji
laserowej
Automatycznie -+ generowane wektory
testowe L
Zautomatyzowany proces
Iro/iwers//, nfewfctoczny
dla użytkownika
Zaprogramowane struktury
Sortowanie,
montaż, pakowania,
testy końcowe
Rys. 7.
Do rozdania mamy tylko 10 takich CD-ROID-óuj
CLEAR LOGIC
50
Elektronika Praktyczna 2/2001
SPRZĘT
CHY41 nowy mostek RLC
Rynek urządzeń pomiarowych wydaje się być nasycony przyrządami spełniającymi większoś 6 wym agań potencjalnych odbiorców. Nie zniechęca to jednak producentów, którzy co jakiś czas wprowadzają na rynek nowy przyrząd, będący zazwyczaj znacznie udoskonaloną wersją wcześniej pro duko wan ego. Tak kreuje się "ruch" na. rynku.'
Mostek RLC CHY41 jest nowym produktem tajwańskiej firmy CHY, która od wielu lat, poprzez swojego dystrybutora, jest obecna na polskim rynku. Dotychczas firma ta oferowała w Polsce popularny miernik uniwersalny z funkcją pomiaru RLC CHY20 i półprofesjo-nalny mostek RLC CHY24C. Zewnętrznie miernik jest podobny do profesjonalnych termometrów nowej serii (z najbardziej rozbudowanym modelem CHY506R). Z porównania funkcji kryjących się pod przyciskami można wnioskować, że zastosowano w przyrządzie zunifikowane i sprawdzone sposoby wy-
boru zakresów i funkcji dodatkowych.
Ta zasadnicza zmiana obsługi miernika spowodowała, że nowy miernik posiada znacznie większe możliwości "obróbki" wyników pomiarów, co w połączeniu z wyposażeniem w złącze szeregowe RS23 2 stwarza nowe możliwości użytkownikowi.
Na płycie czołowej ulokowano 12-przyciskową klawiaturę zamiast zwykłego pokrętła. Ciekłokrystaliczny wyświetlacz przyrządu jest podświetlany zielonymi diodami LED, co pozwala na pracę w terenie i przy słabym oświetleniu
podwó|ny wyświetlacz ciekłokrystaliczny z podświetlaczern LED
? 4V2 cyfry (19999) przy pomiarze L, C, R,
? 4 cytry (9999) przy pomiarze 0, D, R, Śf maksymalne zakresy pomiarowe
R - 20MH
L - 2000H (dla f=1kHz), 20000H (dla f=120Hz)
C - 2000u.F (dla f=1kHz), 20mF (dla f=120Hz) Śf najlepsze rozdzielczości pomiaru
O.OOin, 0,1u.H,0,1pF, Śf wbudowane gniazdo dla zewnętrznego
zasilacza, Śf wbudowany dwukierunkowy, optyczny
interfejs szeregowy RS232
Realizowane pomiary:
Ś LB+(Q,D,RS), Lp+(Q,D,RP),
Ś Cs+(O,D,RSl), CpffO.D.Rp), RAC,
Ś wybierana częstotliwość Testowania 1 kHz i 120Hz,
Ś pomiar automatyczny lub z ręczną zmianą podzakresów,
częstotliwość odczytów 1Hz,
Ś ciężar 365g, Funkcje dodatkowe:
ARO - autowylączanie po 10 minutach bezczynności, MW/MIN/AVG - rejestracja wartości, REL, SETREL - pomiar względny lub względem określonej wartości, Hi/Lo -określenie limitów pomiarów i ich sygnalizacja, Tolerancja (SET) - określanie Tolerancji pomiarów, detekcja sTanu bezpiecznika
52
Elektronika Praktyczna 2/2001
I
SPRZĘT
zewnętrznym. Wyniki pomiarów wyświetlane są na głównej części wyświetlacza, której pole odczytowe zawiera 41/2 cyfry. Wyświetlacz zawiera dodatkowo 4-cyfrowe pole pomocnicze, na którym wyświetlane są zadane nastawy progowe (dla pomiarów porównawczych i selekcji) lub inne parametry.
Przy pomiarze indukcyjności i pojemności miernik umożliwia sekwencyjny odczyt dobroci, współczynnika strat i rezystancji mierzonego obwodu na 4-cyfrowym polu pomocniczym. Pomiar może być dokonywany w obwodzie zastępczym szeregowym lub równoleg-
łym. Podobnie jak w innych mostkach średniej klasy, pomiary te dodatkowo mogą być prowadzone przy częstotliwości 120Hz lub lkHz.
Przyrząd oferuje wiele trybów pomiarów, wśród których należy zwrócić szczególną uwagę na możliwość realizacji pomiarów wartości względnych (z określoną przez użytkownika wartością referencyjną lub tolerancją), pomiary z uśrednianiem wartości zmierzonych parametrów, pomiary wartości szczytowych (z możliwością ich zapamiętania) oraz pomiary w trybie rejestratora. Zakres pomiarowy może być dobierany automatycznie lub ręcznie przez użytkownika.
Wyniki pomiarów można przesłać do komputera poprzez łącze szeregowe RS232 z optyczną barierą izolacyjną, separującą galwanicznie przyrząd od współpracującego z nim komputera. W skład zestawu wchodzi odpowiedni kabel. W egzemplarzu dostarczonym do redakcji brak było oprogramowania umożliwiającego odbiór i obróbkę zgromadzonych danych (wg informacji dystrybutora producent ma w najbliższym czasie zakończyć prace nad oprogramowaniem). W polskiej wersji instrukcji pominięto opis ramki danych przesyłanych przez przyrząd do komputera, co może utrudnić pracę użytkownikom, dla których przesyłanie danych do komputera jest ważne.
Wszystkie nastawy użytkownika są przechowywane w nieulotnej pamięci EEPROM, dzięki czemu wymiana baterii nie powoduje konieczności ich żmudnego odtwarzania. Także wartości korekcyjne, ustalone samoczynnie przez przy-
W skład zestawu wchodzą:
k miernik CHY41,
je kable pomiarowe,
je kabel RS232 z interfejsem optycznym,
je zapasowy bezpiecznik,
je bateria 9V,
je holster wykonany z materiału zbliżonego do
gumy, je instrukcje w języku polskim i angielskim.
rząd podczas autokalibracji, są zapamiętywane w pamięci nieulotnej.
Podsumowanie
Przyrząd podczas testów laboratoryjnych wykazał swoją przydatność. Jedyną wychwyconą podczas eksploatacji niedogodnością był krótki czas pracy baterii zasilającej. Konieczne więc było wyposażenie miernika w gniazdo zewnętrznego zasilania, umożliwiające wykorzystanie standardowego zasilacza sieciowego. Pewne problemy powodowała zbyt mała sztywność mocowania płytki obwodu drukowanego i wyświetlacza, gdyż przy silniejszym nacisku na górny rząd przycisków na wyświetlaczu pojawiały się "duchy", które nie występowały podczas normalnej eksploatacji. Biorąc pod uwagę cenę przyrządu i jego możliwości pomiarowe, wada ta nie jest szczególnie dokuczliwa. Andrzej Gawryluk, AVT
Prezentowany w artykule przyrząd udostępniła redakcji firma Biali, tel. (0-58) 322-11-91, www.biall.com.pl.
W styczniu 2001 roku z pozytywnym wynikiem zakończyły się w Głównym Urzędzie Miar badania mostka CHY41, których celem było uzyskanie zatwierdzenia typu.
Elektronika Praktyczna 2/2001
53
SPRZĘT
Tematyka układów programowalnych gości dość często na łamach EP. Wynika
to z faktu, że układy programowalne są coraz tańsze
i łatwiejsze w stosowaniu,
w związku z tym konstruktorzy
coraz chętniej je stosują
w swoich opracowaniach.
Korzystanie z możliwości tych
układów wymaga pewnej
wiedzy i doświadczenia,
które najłatwiej nabyć za
pomocą prostych narzędzi, na
przykład takich jak
prezentowany w artykule układ
dydaktyczny.
Zestawy uruchomieniowe, często nazywane starter kitami, coraz częściej pojawiają się w ofertach producentów programowalnych układów scalonych (np. Xi-linx, Altera). W skład takich zestawów wchodzą płytki uruchomieniowe s wybranym układem programowalnym i elementami towarzyszącymi oraz okrojone oprogramowanie projektowe. Są one przeznaczone głównie dla początkujących elektroników pragnących wykorzystywać w swoich projektach układy programowalne. Także bardziej zaawansowani projektanci chętnie sięgają po starter kity. Dzięki nim mogą bowiem szybciej zapoznać się z architekturami nowych układów programowalnych oraz doskonalić się w korzystaniu z nowoczesnych, programowych narzędzi projektowych.
Podstawową cechą zestawów uruchomieniowych jest to, że umożliwiają praktyczne sprawdzenie działania układu cyfrowego zaimplementowanego w strukturze układu programowalnego. Na płytce drukowanej, zawierającej taki układ, znajdują się diody LED lub wyświetlacze siedmiosegmentowe (dołączone zazwyczaj do arbitralnie wybranych wyjść), umożliwiające wyświetlanie poziomów logicznych sygnałów wyjściowych oraz przełączniki - klucze umożliwiające "ręczne" sterowanie zaprojektowanym układem. Zestaw taki może więc speł-
dla UKiadów firmy Lattice
iiiLattice
SwnlnondiHJor Corpontui
VANTIS
niać funkcje narzędzia dydaktycznego pozwalającego na szybkie sprawdzenie wyników naszych poczynań projektowych. Dodatkową zaletą płytek uruchomieniowych jest zazwyczaj, gdy zastosuje się układy ISP, możliwość programowania układów bezpośrednio z komputera poprzez ich łącze JTAG, bez konieczności stosowania specjalistycznych i drogich programatorów.
Układy
Widok zmontowanej płytki modułu dydaktycznego przedstawiono na foŁ 1. Znajdują się na niej 4 programowalne w systemie układy firmy Lattice. Są one przedstawicielami następujących serii układów ów:
- ispGAL22VlO - z serii układów GAL,
- ispGDSl4 - z serii przełączników programowalnych,
- ispLSUOlS i ispLSl2O32 - z serii układów CPLD.
Na płytce znajduje się również układ programowany w sposób tradycyjny [z użyciem programatora) - GAL16Y8. Ten układ nie będzie obiektem testów, gdyż jego rola została ściśle zdefiniowana przez projektanta płytki. Jego zadaniem jest generowanie odpowiednich sygnałów sterujących.
Najprostszym testowanym elementem na płytce jest układ GDS lang. Generic Digital Switch). Jest to programowalna matryca przełączająca I krosów ni ca), za pomocą której można zmieniać konfigu-
rację połączeń, bez konieczności używania mechanicznych przełączników. Matryca może być zaprogramowana tak, aby na jej wyjściach pojawiały się na stałe wartości logiczne "0" lub "1" lub sygnały cyfrowe podawane na wejścia matrycy [w postaci prostej bądź zanegowanej). Również testowany układ ispGAL22Vl0 nie zalicza się do zbyt skomplikowanych. Choć w swojej klasie nie należy do "najsłabszych" pod względem możliwości funkcjonalnych, to jednak jego możliwości w porównaniu z najmniejszymi nawet układami LSI1016 i 2032 wyglądają dość mizernie. Świadczą o tym liczby określające zasoby logiczne, które w przypadku układu GAL mają kilkakrotnie mniejsze wartości. Do zasobów tych zalicza się: liczbę przerzutników bądź makrokomórek, liczbę wejść i wyjść, wielkość i liczbę matryc programowalnych itp. Właśnie posiadane zasoby logiczne decydują o tym, jak duże projekty można zrealizować z ich użyciem. Należy tutaj dodać, że najnowsze technologie układów PLD/FPGA osiągają obecnie złożoność rzędu 1 miliona bramek.
Konstrukcja zestawu
Budowa zestawu umożliwia programowanie umieszczonych w nim układów poprzez ich łącza JTAG z wykorzysta-
56
Elektronika Praktyczna 2/2001
SPRZĘT
niem portu LPT komputera PC i odpowiedniego kabla ISP. Płytka jest zasilana z zewnętrznego zasilacza "wtyczkowego". Sterowanie układów odbywa się za pomocą ośmiu przycisków SW1..SWB, natomiast sygnalizacja stanów wyjściowych przez 31 diod świecących LED. Do rozpoznawania wciśniętych przycisków zastosowano układ klawiaturowy 74C922, który - zapewniając eliminację drgań styków - generuje na wyjściu kod naciśniętego klawisza. Kod ten podawany jest do układu GAL16Y8, który generuje sygnały sterujące wejściami badanych układów reprogramowalnych. Stany wejść tych układów sygnalizowane są siedmioma diodami LED.
Przyciski na płytce występują w dwóch grupach. Po lewej stronie ulokowano grupę trzech przycisków służących do wytwarzania sygnałów zegarowych i sygnału zerowania. Natomiast po prawej stronie znajduje się grupa pięciu przycisków umożliwiających zadawanie dowolnych kombinacji pięciu sygnałów doprowadzanych na wejścia badanych układów. Projektując układ należy pamiętać, aby właściwie przyporządkować wejścia projektowanego układu wyprowadzeniom układu programowalnego, gdyż wejściowe sygnały testowe można podawać tylko na wybrane końcówki układów ISP umieszczonych na płytce. Analogicznie, należy także uwzględnić w projekcie "sztywne" przyporządkowanie wyprowadzeń wyjściowych układom programowalnym na płytce.
Podczas stosowania elementów stykowych występuje niepożądane zjawisko wielokrotnego odbicia styków, objawiające się wieloma krótkotrwałymi impulsami powstającymi w chwili zwarcia lub
List. 1.
"To jest komentarz
title = 'IRQ DIP SWITCH1
" typ układu ispgds (ispgdsl4)
device = ispgdsl4
" pin 1 jest wyjściem połączonym
" z wejściem 11
pin 1 = pin 11
pin 2 = pin 12
" pin 3- jest następnym wyjściem
" połączonym z wejściem 11
pin 3- = pin 11
" na wyprowadzeniu 19 jest zawsze
" poziom wysoki (high)
pin 19 = h
" na wyprowadzeniu 18 jest zawsze
" poziom niski (Iow)
pin 18 = 1
pin S = pin 13
pin 9 = pin 12
rozwarcia styków. Pojedyncze naciśnięcie klawisza może być zinterpretowane przez układ np. jako wielokrotne. Aby zapobiec temu zjawisku, w proponowanym układzie uruchomieniowym do współpracy z klawiszami zastosowano specjalizowany układ klawiaturowy 74C922. Posiada on wewnętrzne obwody eliminacji zakłóceń oraz możliwość doboru częstotliwości przeszukiwania klawiatury i ustawiania minimalnego odstępu czasu między kolejnymi przyciśnięciami klawiszy. Umożliwia zapamiętywanie w wewnętrznych rejestrach zatrzaskowych kodu ostatnio naciśniętego klawisza (z 16 możliwych) oraz posiada możliwość ustawiania wyjść w stan wysokiej impedancji.
Sygnały generowane przez układ GAL16V8 są podawane na wyprowadzenia (deklarowane jako wejścia) czterech "ćwiczebnych" układów ISP, których funkcja jest ustalana podczas eksperymentów z płytką uruchomieniową. Stan wyjść układów ISP oraz sygnałów sterujących, podawanych na te układy, sygnalizowany jest za pomocą 32 diod LED dołączonych poprzez bufory 7404.
Wyprowadzenia testowanych układów przeznaczone do ich programowania są przyłączone do dwóch gniazd (jedno typu Amp, drugie typu RJ45). Za pośrednictwem dowolnego z nich łączy się płytkę uruchomieniową z komputerem. Potrzebny jest tylko 8-żyłowy kabel i prosty interfejs dołączany do portu drukarkowego komputera PC.
Wszystkie układy powinny być zasilane napięciem stabilizowanym o wartości 5VDC. Zestaw wyposażono w lokalny stabilizator oraz mostek prostowniczy, dzięki czemu można stosować zasilacze AC i DC o wyższych napięciach znamionowych z zakresu 6..9V.
Oprogramowanie projektowe
Oprogramowanie, które można stosować do przygotowania projektów układów na płytce uruchomieniowej i ich zaprogramowania to: ispDesignEXPERT Starter, IspDCD oraz GASM. Zestaw tych trzech programów jest wystarczający do prowadzenia eksperymentów z układami programowanymi na płytce.
Wymienione oprogramowanie jest nieodpłatnie udostępniane przez firmę Lat-tice i można je znaleźć na stronie WWW tej firmy. Z założenia ma ono służyć celom edukacyjnym i nie wolno stosować tego oprogramowania w działaniach komercyjnych. Poniżej skrótowo zostaną omówione funkcje i możliwości poszczególnych programów.
IspDesignEXPERT Starter
Jest to zestaw narzędzi do projektowania układów w strukturach GAL i CPLD. Opracowywanie projektu układu w tym środowisku jest realizowane w kilku etapach, z których najważniejsze to:
- narysowanie schematu tworzonego układu z użyciem modułów bibliotecznych lub stworzenie opisu tekstowego w języku ABEL HDL,
- przygotowanie wektorów testowych z wykorzystaniem edytora przebiegów czasowych lub z użyciem edytora języka ABEL,
- kompilacja przygotowanego opisu, polegająca na sprawdzeniu poprawności składniowej i przekształceniu go do postaci równań logicznych,
- symulacja funkcjonalna układu (sprawdzenie opisujących go równań) w oparciu o przygotowane wektory testowe,
- minimalizacja opisu logicznego, polegająca na redukcji liczby składników iloczynowych (termów) w formach bo-olowskich opisujących projektowany układ,
- automatyczne "wpasowanie" zaprojektowanej konfiguracji układu cyfrowego w strukturę wybranego układu scalonego,
- wytworzenie pliku konfiguracyjnego,
- analiza wynikowych raportów z procesów syntezy logicznej,
- programowanie układu.
IspDCD
Ładowanie plików konfiguracyjnych to podstawowe, lecz nie jedyne, zadanie tego programu. Program automatycznie rozpoznaje rodzaje układów włączonych w łańcuch ISP (konfigurację łańcucha), co jest możliwe dzięki 8-bitowej elektronicznej sygnaturze oraz numerowi porządkowemu układu w łańcuchu.
GASM
Projektowanie układów przełączników programowalnych ispGDS odbywa się za pomocą specjalnego assemblera GASM.EXE, który kompiluje pliki źródłowe opisujące konfigurację połączeń do formatu JEDEC. Przykładowy wydruk pliku źródłowego TEST.GDS, prezentujący możliwości specyfikacji układu przełącznika jest przedstawiony na list. 1.
Przedstawiony zestaw uruchomieniowy ma duże walory edukacyjne. Jego prosta konstrukcja pozwala na prezentację właściwości układów programowalnych w najbardziej przekonywający sposób, jakim jest możliwość samodzielnego sprawdzenia działania układu. Zbigniew Jachna zjachna@wel.wat.waw.pl
Elektronika Praktyczna 2/2001
57
AUTOMATYKA
Komunikacja w aplikacjach przemy sio wych
Profile komunikacyjne
Profile komunikacyjne w nomenklaturze opisowej ProfiBusa określają typ protokołu wykorzystywanego do transmisji danych w danej gałęzi sieci. W obecnie obowiązującym standardzie opisano dwa profile komunikacyjne, nazwane DP i FMS. Ich położenie w strukturze OSI/ISO pokazano na rys. 4.
Profil DP jest najczęściej stosowany w aplikacjach wymagających dużej szybkości transmisji danych, gdzie może zastąpić bardzo popularne łącza oparte na pętlach prądowych 4..20rnA oraz równoległe łącza transmisyjne, wykorzystujące napięcie 24VDC. Jak wynika z rys. 4 rolę medium transmisyjnego w profilu DP może spełniać zarówno kabel skrętkowy, światłowód, jak i specjalny kabel opisany w zaleceniach
IEC1158-2. Bardzo ważną cechą profilu DP jest możliwość stosowania go w systemach dynamicznie konfigurowanych, a to dzięki wbudowaniu funkcji Plug&Play. Komunikacja w tym profilu odbywa się pomiędzy dwoma wybranymi urządzeniami, ale jest także możliwe rozsiewanie komunikatów (poleceń). W przypadku ustalania dostępu pomiędzy ma stera mi wykorzystywany jest token, natomiast w przypadku transmisji pomiędzy masierem i sla-ve'ami uzgodnianie dostępu do linii transmisyjnej, czyli wykonanie procedury dostępowej (rys* 5). Transmisja danych jest cykliczna, dzięki czemu czas oczekiwania na dane pobierane z poszczególnych czujników jest stały. Na rys. 6 pokazano system sieciowy ProfiBus - DP z jednym masierem.
Rys. 4.
Pimytu danych
Fizyczna
I Zali
Profil* PratlBw
W drugie/ części artykułu skupimy się na omówieniu
profili komunikacyjnych i aplikacyjnych ProfiBusa,
a także architektury i protokołów transmisyjnych.
Prezentowany system
komunikacyjny, ze względu
na swoją otwartość i łatwość
stosowania, ma przed sobą
ogromną przyszłość,
oczywiście pod warunkiem
spopularyzowania go wśród
użytko wnikó w.
SIEMENS
Profil FMS fang. FieldBus Message Specification) daje nieco większe możliwości komunikacyjne zapewniając m.in. wymianę danych pomiędzy inteligentnymi węzłami sieci. Z tego powodu warstwę fizyczną tego profilu mogą stanowić tylko szybkie łącza oparte na RS485 lub światłowodach. W opisie profilu FMS zastrzeżono, śe możliwa jest komunikacja tylko z urządzeniami opisanymi w katalogu obiektów OD, w którym dokładnie są opisane
Elektronika Praktyczna 1/2001
137
AUTOMATYKA
Logiczny token-ring
Rys. 5.
Odpytywana urządzania typu ufn
Urządzenie master-DP
Czujniki
Rys. ó.
Zdecentralizowane wejścla-wyjścla Urządzenia s/ave-DP -------------------------->
ich właściwości i struktura logiczna, a także adres logiczny i fizyczny. W ramach profilu FMS opisano szereg usług sieciowych ułatwiających zarządzenie komunikacją danych. Szczególnie istotna jest możliwość obsługi zdarzeń, których funkcja jest zbliżona do przerwań mikroprocesorowych.
Rola profilu FMS będzie najprawdopodobniej malała, ponieważ coraz częściej jego miejsce zajmuje TCP/IP.
Profile aplikacyjne
Mianem profilu komunikacyjnego w nomenklaturze ProfiBus określono mechanizmy współpracy protokołu komunikacyjnego z medium transmisyjnym, dzięki czemu zapewnia się niezależność pracy aplikacji od sprzętu stosowanego w systemie, a pochodzącego od różnych producentów. Zapewnienie pełnej kompatybilności urządzeń pochodzących od różnych producentów wymagało określenia w każdym profilu aplikacyjnym ich struktury. Dlatego właśnie we wszystkich profilach szczegółowo są opisywane bloki funkcjonalne poszczególnych urządzeń i ich podstawowe właściwości.
Najczęściej stosowanym profilem aplikacyjnym jest profil określany mianem PA (ang. Process Automation) - rys. 7. Czasami są stosowane także
specjalne profile aplikacyjne dla urządzeń specjalnych: BA (ang. Building Automation), NC/RC (sterowanie robotami przemysłowymi), ECD (od ang. Encoders) umożliwiające współpracę enkoderów różnego typu z urządzeniami DP, HMI (ang. Human Machinę In-terface) i pozwalające na dołączanie do systemów sterowania interfejsów użytkownika oraz VSD (ang. Variable Speed Drives), za pomocą którego można sterować pracą falowników zasilających silniki elektryczne, itp.
Sterownik systemowy PLC
W aplikacjach opartych na profilu PA najczęściej jest stosowany profil komunikacyjny DP. Takie zestawienie zapewnia łatwe zastąpienie popularnych łączy analogowych (przede wszystkim prądowych) przez bardziej niezawodne łącza cyfrowe. Ogromną korzyścią wynikającą z zastąpienia analogowych linii przesyłowych przez ProfiBus jest m.in. uproszczenie okablowania, ponieważ wszystkie współpracujące urządzenia mogą być dołączone do zaledwie jednej pary kabli!
Piotr Zbysiński, AVT piotr.zbysinski@ep.com.pl
Dodatkowe informacje o ProfiBus można znaleźć w Internecie pod adresami: informacje techniczne:
- http:/7www.profibus.com/downloadsl 4002_v99.pdf,
- http://www.profibus.com/data/tech-nic li ndex.html,
- http://www.itma.pwr.wroc.pl/profi-bus/,
- http://www.access-profibus.com/, wykaz produktów zgodnych z Profi-
bus:
- http://www.profibus.com/cgi-bin/pro-fibus/epg.pl,
- http://www.ictglobal.com/profi-bus_products.htm,
- http://www.access-profibus.com/HDa-tasheet,
programy:
- http://www.tiac.net/users/ictded/Pro-fiConfig.exe
- http:/7www.profibus.com/do wnloa dsl gsdedit.exe
organizacje wspierające ProfiBus:
- http://www.mimosa.org/,
- http://www.opcfoundation.org/,
- http://www.fieldcomms.com/
oraz na płycie CD-EP01/2001B w katalogu \Profibus.
Interfejs HMI
H2
RS485 (do 12Mbd) I
PROFIBUS
Sprzęgacz
Rys. 7.
Przetworniki pomiarowe
138
Elektronika Praktyczna 1/2001
V Pico - wirtualny oscyloskop
Autor artykułu na przykładzie -- modułu Pico ADC200 J wprowadza nas w świat

wirtualnych przyrzqdów pomiarowych. Str. 64.
Programator 8051 iAVRdoAmigi A
Kolejny projekt dla amigowców, dzięki któremu ich komputery stanq się profesjonalnymi stanowiskami projektowymi. Słr. 15.
Projekty Czytelników
Kolejne, bardzo dojrzałe opracowanie przygotowane przez jednego z Czytelników EP: programowany regulator temperatury. Temat wiele razy przerabiany, ale ciqgle wzbudzajqcy spore zainteresowanie. Słr. 91.
Termometr z linijkq świetlnq
Jeden z trzech Miniprojektów przygotowanych przez nas w tym miesiqcu. Efektowny wyglqd termometru doskonale się komponuje z jego niezaprzeczalnq przydatnościq zarówno w domu, jak i w aplikacjach semi-profesjonalnych. Słr. 71.
Dialer do systemów alarmowych >
Uniwersalność konstrukcji prezentowanej na słr. 23 jest znacznie większa niż sugerowana przez tytuł artykułu. Przekonajcie się sami!
Monitor magistrali szeregowych .
Drugq część artykułu o tym przydatnym narzędziu publikujemy na słr. 39.
T Zestaw uruchomieniowy
Na słr. 43 kontynuujemy opis zestawu uruchomieniowego dla procesorów AVR i '51, którego konstrukcję zoptymalizowaliśmy pod kqtem współpracy z Bascomem.
Programowany moduł wejścia-wyjścia A
Na słr. 29 znajdziecie opis programowanego interfejsu cyfrowego dla dowolnego komputera wyposażonego w interfejs Centronics. Za jego pomocq można sterować różnorodnymi urzqdzeniami, także zasilanymi bezpośrednio z sieci elektrycznej.
Akustyczny teatr
Na słr. 33 przedstawiamy konstrukcje kolejnych kolumn głośnikowych wchodzqcych w skład zestawu nagłośnieniowego dla domowego kina.
Laserowa alternatywa >
Na słr. 47 prezentujemy nowość na naszym rynku - układy programowane laserem. Z artykułu dowiecie się jaki zwiqzek ma jemioła z elektronikq...
Elektronika Praktyczna 2/2001
Nowy mostek RLC
Na str. 52 dzielimy się wrażeniami z testu najnowszego mostka pomiarowego RLC firmy CHY.
Starter Kit dla układów i Lattice
W naszym laboratorium testowaliśmy zestaw uruchomieniowy dla programowanych w systemie układów PLD firmy Lattice. Jego najważniejsze wady i zalety omawiamy na str. 56.
Przemysłowe czujniki A koloru
Zasadę działania przemysłowych czujników koloru przedstawiamy w artykule na str. 132.
IKA
Nr 2 (98) _ _ ________________ _ luty 2001
Projekty
Altare - audiofilski wzmacniacz audio.................................. 10
Programator 8051 &AVRdo Amigi....................................... 15
Dialer do systemów alarmowych ..........................................23
Programowany moduł wejścia-wyjścia................................29
AKT- akustyczny teatr, część 2..............................................33
Monitor magistrali szeregowych, część 2.............................39
Zestaw uruchomieniowy dla procesorów
rodzin AVR i '51, część 2..........................................................43
Mi ni projekty ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^H
Termometr z linijką świetlną na diodach LED....................... 71
Analogowa pamięć do multimetru.......................................73
Miniaturowy gong drzwiowy...................................................73
AutomatyKa^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^H
Przemysłowe czujniki koloru - E3MC..................................... 132
Sieć Prof iBus, część 3............................................................. 138
Cyfrowe mierniki przepływu.................................................. 141
Sprzęt ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^|
CHY41 - nowy mostek RLC......................................................52
Starter kit dla układów firmy Lattice......................................56
Erica - nowy programator firmy ACS Elektronik...................60
PICO -wirtualny oscyloskop....................................................64
Podzespoły ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^H
Laserowa alternatywa - układy LPLD i ŁASIC.......................47
Nowe Podzespoły..................................................................... 79
Scalone interfejsy czujników pomiarowych, część 2..........83
Programy ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^H
IAR visualSTATE..........................................................................67
Kurs
STó-Realizer - narysuj swój program!......................................87
Projekty Czytelników ^^^^^^^^^^^^^^^^^H
Mikroprocesorowy regulator temperatury
z czujnikiem PtlOO.....................................................................91
Info Świat.........................................................................97
Info Kraj............................................................................99
Kramik+Rynek..............................................................105 I
Listy.................................................................................115^
Ekspresowy Informator Elektroniczny.....................119 J
Wykaz reklamodawców............................................130 |
Wyniki konkursów..........................................................38
Elektronika Praktyczna 2/2001
SPRZĘT
SLP
Nowy programator firmy ACS Elektronik
ACS Elektronik jest jednym z niewielu na naszym rynku producentów profesjonalnych programatorów uniwersalnych. Do redakcyjnych testów otrzymaliśmy najnowszy produkt tej firmy: uniwersalny programator z funkcją testera o kuszącej nazwie Erica. Jest to urządzenie o konstrukcji na wskroś nowoczesnej i bardzo uniwersalnej, pozwala bowiem programować ok. 1000 typów układów, a biblioteka dostępnych elementów ma byc ciągle uzupełniana przez producenta.
W odróżnieniu od większości standardowych programatorów, "mózgiem" Erici nie jest mikro-kontroler, lecz układ programowalny firmy Lattice. Mikro kontroler AVR spełnia rolę pomocniczą, przede wszystkim zapewniając komunikację programatora poprzez równoległy port Centronics z komputerem sterującym PC. Program - co chyba staje się coraz bardziej oczywiste - przystosowany jest do pracy w środowisku Windows.
Możliwości programatora Erica:
Śf baza programowanych układów
obe|mu|e ponad 1000 typów
(styczeń 2001), Śf programuje naipopularniejsze
mikrokontrolery, pamięci Flash,
EEPROM, EPROM, SEEPROM, Śf uniwersalny język opisu
algorytmów pozwala
samodzielnie aktualizować bazę
algorytmów, Śf umożliwia testowanie pamięci
SRAM i układów cyfrowych
CMOS (także GAL) i TTL, Śf obsługuje układy zasilane
napięciem 3V, Śf wartości napięć programowania
i zasilania można ustawiać z dużą
rozdzielczością, Śf wbudowana podstawka ZIF (48-
pmowa)
Firma ACS Elektronik
jest doskonale znana
na naszym rynku jako
producent kilku typów
program a toró w
uniwers alnych
o różnym stopniu
zaawansowania. Nowe
milenium firma
rozpoczęła
wprowadzeniem na
rynek kolejnego
programatora -
7ektownej Erici.
Miód...
Jak więc jest to możliwe że tak (pozornie! ] proste konstrukcyjnie urządzenie "radzi" sobie z przeróżnymi algorytmami wykorzystywanymi do programowania tak szerokiej gamy układów? Twórcy Erici zastąpili sprzętową realizację tych algorytmów realizacją programową za pomocą specjalnie opracowanego języka programowania programatora. Język ten nazwano ISPA, a jego składnia i część słów kluczowych jest zbliżona do Pascala. Twórcy programatora wbudowali w program sterujący prosty edytor i debugger programów napisanych w ISPA (rys. 1], w związku z czym użytkownik programatora może samodzielnie tworzyć algorytmy dla mniej typowych lub nowych wersji układów. Jedyną istotną przeszkodą jest brak (według zapewnień producenta - chwilowy] opisu języka, co na razie zmusza do podejmowania ryzykownych prób ze zgadywaniem: ,,co będzie, jak to zrobię"? Podczas prób po-
mocne mogą byc przykłady algorytmów dla większości obsługiwanych układów, udostępnione przez producenta w postaci plików z opisem źródłowym. Niestety, istnieje możliwość zablokowania dostępu do tekstowej postaci opisu algo-
rytmów. Pozwala to zabezpieczyć własne opracowania przed "piratami", ale z drugiej strony chętni na prześledzenie udostępnionych przez producenta algorytmów programowania GAL-i (niestety tylko w postaci binarnej] będą rozczarowani. Fragment jednego z prostszych algorytmów (dla
Rys. 1.
60
Elektronika Praktyczna 2/2001
SPRZĘT
List. 1. Przykładowe procedury programu w języku ISPA dla pamięci 2716.
EPROM 2716 BODY
Procedurę(POWER_ON);
TEXT(T1,'/Maroon/Waiting-..#//');
RESET
LEDON
VCCSET(5 00)
VPPSET(_GLOBALVPP)
PULLUP5V
VCC(VCC)
VPP(VPP)
PINL(GND)
ADRESOUT(ChipStart)
DATAOUT($FF)
PINL(OE,CE) VCCON; EndProc;
Procedure(BLANK);
TEXT(T1,'#BLANK ');
POWER_ON;
LET ADRESCHIP=ChipStart;
LET ADRESMEMORY=BufferStart;
LET Blanked=0;
PROGRESSMAX(Pl,ChipStop);
PROGRESSMINfPl,ChipStart);
for AdresChip to ChipStop do taegin
ADRESOUT(AdresChip);
DATAIN(Data);
IF DATAo$FF THEN
Inc(Blanked); Progress(Pl,AdresChip); end;
if talankedoO then taegin
TEXT(T1,'/Red//Under/WARNING !// CHIP NOT BLANK-#'
TEXT(Tl,'/Navy talue/')
TEXTHEX(T1,Blanked)
TEXT(T1,' //byte o FFh.#')
POWER_OFF Halt Śgnił;.
TEXT(T1,'/Under/OK!// CHIP BLANK#')
POWER_OFF EndProc;
pamięci EPROM 2716) przedstawiamy na list. 1. Ponieważ w języku ISPA przewidziano możliwość aranżowania menu okna głównego, użytkownik może mieć wpływ na liczbę i funkcje przycisków wyświetlanych na panelu operatora (rys. 2). Program sterujący pracą Erici spełnia z nadmiarem wszystkie podstawowe wymagania, jakie może postawić mu zwykły użytkownik. Funkcjami niezwykle pomocnymi podczas pracy w laboratorium są: wyszukiwarka podzespołów (rys. 3), edytor bufora z mechanizmem porównywania jego zawartości z plikiem źródłowym, importer plików akceptujący wszystkie standardowe formaty binarne i szesnastkowe (także dla układów 16- i 32-bitowych),
wbudowany edytor formatu JEDEC, a także funkcja automatycznego rozpoznawania typu pamięci zainstalowanej w podstawce. Erica może spełniać także rolę testera pamięci SRAM oraz cyfrowych układów scalonych z serii TTL i CMOS. Na rys. 4 pokazano okno programu edytor a-testera funkcji układu znajdującego się w podstawce. Wektory testowe oraz linie zasilania można definiować graficznie lub tekstowo. Opis na obudowie programatora pozwala zorientować się, które wyprowadzenia można potraktować jako linie zasilania (19 z 48 wyprowadzeń), a które z nich są przystosowane do dwukierunkowego przekazywania sygnałów logicznych (wszystkie 48 wyprowadzeń).
Elektronika Praktyczna 2/2001
61
SPRZĘT
i
itfl
L_ ________
Rys. 2.
4KW1WT rw�
Rys. 3.
Kolejną ważną funkcją użytkową Erici jest możliwość emulacji pamięci EPROM 2 716.. 2 7010, do czego niezbędna jest przystawka EMU100. Tak więc użytkownik decydujący się na zakup Erici otrzymuje bardzo uniwersalny przyrząd, którego najważniejszą cechą jest możliwość ciągłego rozwijania. Ryzyko pojawienia się na rynku układu, który nie będzie mógł być obsługiwany przez ten programator jest bliskie zero, przede wszystkim dzięki pomysłowi programowania algorytmicznego. Konstruktorzy Erici przewidzieli także możliwość przetestowania podstawowych elementów programa-
Wymagania w stosunku do komputera PC:
- komputer z systemem Windows 9x/NT/2K/Me,
- ok. 5MB wolnego miejsca na dysku twardym,
- port Centronics pracujący w standardzie EPP1.7/1.9.
tora, do czego służy odpowiedni moduł programu sterującego (rys. 5).
Korzystną opinię o programatorze utwierdza dobrej jakości obudowa z estetycznymi nadrukami oraz trafnie zastosowane, wbudowane w urządzenie diody LED sygnalizujące aktywność programatora i włączenie zasilania.
...i trochę dziegciu
Erica jest programatorem stosunkowo nowym, w związku z czym nie pozbawionym drobnych niedociągnięć, przy czym wszystkie istotne są związane z programem sterującym.
Najpoważniejszą wadą programu sterującego jest menu w języku angielskim. Biorąc pod uwagę strukturę ilościową odbiorców (przynajmniej w początkowym okresie sprzedaży), Polaków będzie z całą pewnością więcej od odbiorców z krajów zachodnich. Sytuacji nie poprawia wbudowa-
ny w program system pomocy w języku polskim, ponieważ zawarty w nim opis (podobnie jak i w instrukcji) jest dość ubogi.
Niezbyt istotnym, lecz nie do pominięcia, niedociągnięciem konstrukcji mechanicznej jest błędne oznaczenie położenia włącznika zasilania. W pozycji sugerującej włączenie programatora jest on wyłączany i odwrotnie.
Najpoważniejszym problemem, jakiego projektanci Erici nie rozwiązali jest brak detekcji włożenia układu do podstawki i weryfikacji jakości styku pomiędzy wyprowadzeniem podstawki i końcówką układu scalonego. Programatory porównywalne klasą innych producentów bywają (nie wszystkie są!) wyposażone w tę bardzo przydatną funkcję.
W dołączonej do zestawu dokumentacji brakuje ponadto opisu języka ISPA, co ogranicza elastyczność zaproponowanego przez firmę ACS rozwiązania.
Piotr Zbysiński, AVT piotr.zbysinski@ep.com.pl
Wyposażenie zestawu programatora Erica:
/ programator,
/ kabel służący do przyłączenie
programatora do komputera
(niestandardowy!), / sieciowy zasilacz impulsowy, / płyta CD-ROM lub dyskietki
z oprogramowaniem, / instrukcja obsługi.
Programator opisany w artykule udostępniła redakcji firma ACS Elektronik, tel. (0-48) 617-60-00, www.acs.ats.pl.
Informacje o programatorze Erica są dostępne w Interne-cie pod adresami:
- opis i wykaz obsługiwanych układów: http://www.acs.ats.pl/ programator_erica.htm,
- schematy opcjonalnych
http://www.acs.ats.pl/ progra my/a dp. exe, nowe wersje programu sterującego: http://www.acs.ats.pl/ acsoprogramowanie.htm.
HM *hi E�
te.VM.Mtac-
Ś�Ś*
'I
*_
i_
Ś -i Ś
P C
p Ś:
Rys. 4.
Rys. 5.
62
Elektronika Praktyczna 2/2001
SPRZĘT
WIRTUALNY OSCYLOSKOP
*t>e-soo
To, co obecnie dzieje się na rynku informatyczno-elektronicznym zaczyna zdumiewać nie tylko laików. Postęp jest tak szybki, że zaskakuje nawet znawców tej branży. Urządzenia wirtualne
u -.Ś//i
stanowią istotny element wyścigu wynalazków. Trudno bowiem �e rjet^orr!ika'w^zterecr^żTch6formatach
wyobrazić sobie dzisiaj nowoczesne laboratorium badawcze bez (inny dla każdego z emulowanych urządzeń)
komputerów, a te można przecież wykorzystać w bardzo różny my zamienió w: oscyloskop, analizator wid-
sposób '"'" badaneSQ przebiegu, multimetr, oscylo-
r --------------------------------------------------------- skop XY.
Przyrządy
n ^1 1 t " d 1 1
t LI ^ t> ^d E ^ p p H d ^ t L jt d ^ n
H 1 d 1 P 1 1 t 1 1
dli 1 i 11 dd lip
n p 1 d d 1 1 pl t
n 1 1 p '
umiarowe PICO ŚŚ Ś E - d Ś
rzystywanych do wizualizacji t L 1
elektrycznych oraz akwizycji sygr 1
i niezwykle funkcjonalny oscylost p L i 1 " p 1 i ni
jego zalet, takich jak: niewielki Et 1 t 1 t d p r r 1 1 r
wykorzystywanie monitora PCjld lLt d t 1L td t
kolorowego wyświetlacza, możlił t i d tltt t 1 d i d p
pracy z dowolnym typem komt i i i t t t t r F L d
proste w obsłudze, ale mające wil tdldtdl 1 1 d
^ego narze zia, niz ra ycyjnegc d t d d 1 t t d "r \ 1 t
L 1 L j. d 1 i i L LI 1
Przetwornik Ltd inllLlnlB t t 1_ 1 L 1
Sercem oscyloskopu wirtualneg F ltdli.tLF Ld t L F
szybki, dwukanalowy, ośmiobitow t tdt lrrdld tL 11
nik ADC-200/kk komunikujący stt t ir 1 =d 1 LI pil LdHd
terem przez standardowy port drut t t LI t t i i t i p p
tpLl dpi E dd dl 11
t llt
dl E t In 1
p Lt n H dl d pl
1 L d i 1 1 p r d t
p p Lt n p d
LII d H d H 1 p
E d 1 L t 1 d
L 1 t d
i t 1 it i t
rr LF1
t t
d H
1 L H dl d t 1
t
1
i 1 1 p i p Lt
p p Lt 1 L p Lt
1 L p L t 1 d p
1 d H 1 1 1 p
1 E t In 1 p i L i
Lt H dl d 1 1 1
LHdldrllp ppl 1
r d p p Lt p 1 p L d
1L pLll dli pl 1
nilnn urzidznnie pomiarowo-testowe wchodzi
nn tnr iniH przetwornika w sposób progra- Rys 3

Elektronika Praktyczna 2/2001
SPRZĘT
lii T wybranko50
EnTLfLPJ Użytków tr-p|r nik n dli ktÓTych zo ie ustalać pro tanie automatyc
"II 1HU ą funkcją d ost.pną woscylo
h r-idl Na przyk cych zmian bąd^
r 4 1 lamaniow
0,3927
�||V 1 D9tmv
Z y M '______'
t tz dŁ;,t � I 1
Elektronika Praktyczna 2/2001
PROGRAMY
IAR visualSTATE
I-i. t
d d
tr- i- /h
Fiimi IiP tstems żadnemu elektronikowi nie trzeba
t przedstawiać Od lat 80 jest ona jedmm z rynkowych liderów
ił dziedzinie kompilatoron ;ezika C/C++ dla szerokiej gamy procesoron począn szi od prosti ch układów 8-bitowych, aż do ^ i t m t bardzo rozbudów am ch układon -> bitowi ch IAR visualSTATE jest
F, ]. d narzędziem umożliwiającym budowanie programów dla
t n t mikrokontroleron ił sposób graficzni za pomocą definiowania
j. j. d stanon urządzenia oraz przejść miedzi nimi. Część Czytelników
*", ,,t z peiłTioscio pamięta z przedmiotu "Układy cyfrowe"
matemati czm model uKladu seln\enci jnego czyli "automat oraz
]. f d nlasnie opiera sie idea programówama ił IAR visualSTATE, ale
Ś j na szczęście me ma potrzebi odgrzebi ił ania notatek z wykładów,
t t t gdiz praca ił t\m pakiecie odbi na sie całkowicie intuicyjnie.
d d d t d i
i t
' 4 l dt t t
t d d r- t
ii ual T\TE De lĘner d t d r-
J t t t t i n
t t ^ i
d d d r F d d
t t t t t
d t t i t i
SIAR
d Ś tl 'Id
Id t ir t
i t t t
1
i ual T\TE Loder
t d t.
i t
t t t
d
t
t t r F który nie tylko automatycz-
r r- t d szkielet dokumentacji, ale
d d d d d ącej projektu visuaiSTATE'&
d t t t i i w formacie HTML lub RTF

Elektronika Praktyczna 2/2001
PROGRAMY

li u Ś i
= Ś ' Ś
-i
d d L ]. i 1 d ]. D&tym mikroprocesorze
t 1 1 tir t 1 I"" wykonywanie programa )
1 d i tiara, realizowanie sys
L 1 t wistego staje sią napraw
t d 1 1 t P welZbysińsKi
I I
starczyła fi k-sysiem.com.pi iel. (0-22}
-isualSTATE s projektu do
i 4 Motid Intcrfflc
Ś'Ś' * fisS!iiAT~ m i
j
Elektronika Praktyczna 2/2001
MINIPROJEKTY
Wspólną cechą układów opisywanych w dziale "Miniprojekty" jest łatwość ich praktycznej realizacji. Zmontowanie układu nie zabiera zwykle więcej niż dwa, trzy kwadranse, a z jego uruchomieniem można poradzić sobie w ciągu kilkunastu minut. "Miniprojekty" mogą być układami stosunkowo skomplikowanymi funkcjonalnie, lecz prostymi w montażu i uruchamianiu, gdyż ich złożoność i inteligencja jest zawarta w układach scalonych. Wszystkie projekty opisywane w tej rubryce są wykonywane i badane w laboratorium AVT. Większość z nich wchodzi do oferty kitów AVT jako wyodrębniona seria "Miniprojekty" o numeracji zaczynającej się od 1000.
Termometr z linijką świetlną na diodach LED
Termometry
elektroniczne należą do
żelaznego repertuaru
pism przeznaczonych
dla elektroników.
Trudno jest więc
zaprojektować kolejny
i różny od swoich
poprzedników układ do
pomiaru temperatury.
Zakres pomiarowy proponowanego układu wynosi 60�C: od - 20 do +40�C. Zakres ten, w połączeniu z dużymi rozmiarami termometru wyraźnie określa obszar jego stosowania. Jest to typowy termometr przeznaczony do pomiaru temperatury na otwartej przestrzeni, dostosowany do polskiej strefy klimatycznej.
Opis działania
Schemat elektryczny układu pokazano na rys. 1. Ze względu na oszczędność miejsca jest to tylko fragment schematu, zawierający najważniejsze jego elementy i 7 spośród 60 komparatorów napięciowych.
Wszystkie wejścia nieod-wracające 60 wzmacniaczy operacyjnych zostały połączone ze sobą, i do nich zostaje doprowadzone napięcie, pobierane z wyjścia czujnika temperatury LM35 - IC16. Wartość tego napięcia jest proporcjonalna do temperatury. Wejścia odwracające dołączone są do kolejnych segmentów dzielnika napięciowego, utworzonego z 60 rezystorów RA, o identycznej wartości. Zrezygnowałem tu częściowo z typowej numeracji elementów, co także gmatwałoby rysunek, a przede wszystkim czytelność opisów na płytce obwodu drukowanego. Wszystkie rezystory o identycznej wartości, wchodzące w skład dzielnika napięciowego, oznaczone są zatem jako RA, 60 rezystorów ograniczających prąd płynący przez diody LED jako RB, a same diody LED po prostu jako D.
Aby zrozumieć sposób działania termometru, musimy przypomnieć sobie podstawowe dane scalonego czujnika temperatury typu LM35. Układ ten jest precyzyjnym, analogowym czujnikiem temperatury, mogącym pracować w zakresie temperatur od -50 do +125�C, z dużą liniowością. Napięcie na jego wyjściu
jest wprost proporcjonalne do temeratury otoczenia i zmienia się o 10mV na stopień Celsjusza. Tak więc, przy temperaturze +20�C będzie ono wynosiło 200mV, przy +45�C 450mV, a przy -10�C... no właśnie, a co z temperaturami ujemnymi?
W tym momencie należy wprowadzić małą poprawkę do podanego wyżej opisu
układu LM35. Powinniśmy dodać, że "napięcie na jego wyjściu mierzone względem ujemnej końcówki zasilania LM35 jest proporcjonalne do panującej w otoczeniu temperatury". Jeżeli zatem zasilimy LM35 od strony minusa zasilania napięciem dodatnim względem masy całego układu, to mierząc napięcie pomiędzy wyjściem
Rys.
Elektronika Praktyczna 2/2001
71
MINIPROJEKTY
40".
c
35-
10
0
-5-
-10-
-1!
owidJ nosa z elan li
Rys. 2. (widok zmniejszony do 90%).
układu LM35 a masą uzyskamy możliwość pomiaru temperatur ujemnych względem zera skali Celsjusza. Wytwarzaniu ujemnego napięcia zasilania czujnika LM35 służy dość nietypowo włączony regulowany stabilizator napięcia typu LM317 - IC18. Napięcie na jego wyjściu jest stałe i wynosi 1,28OV. Bardzo ważne jest wytworzenie właściwych napięć odniesienia dla szeregu 60 komparatorów. Napięcia te ustawiane są za pomocą drugiego regulatora napięcia typu LM317L -IC17, szeregu rezystorów RA i rezystancji R2+PR2. Termometr powinien być zasilany napięciem stałym
0 wartości około 12VDC, niekoniecznie dokładnie stabilizowanym. Wydajność prądowa zasilacza nie powinna być mniejsza niż 500mA.
Montaż
1 uruchomienie
Na rys. 2 pokazano rozmieszczenie elementów na płytce obwodu drukowanego, wykonanego na laminacie jednostronnym. Ze względu na znaczne wymiary płytek, rysunek przedstawia ich widok w pomniejszeniu. Montaż rozpoczynamy od wlu-towania w płytkę rezystorów.
Zanim przystąpimy do montażu diod, musimy zmontować płytę czołową termometru. W tym celu musimy zaopatrzyć się w cztery śrubki o średnicy 3mm i długości ok. 20mm oraz osiem nakrętek M3. Śrubki przykręcamy do płytki głównej termometru tak, aby ich łebki wystawały ponad powierzchnię płytki dokładnie tyle samo, co podstawki pod układy scalone. Do zamocowania każdej śrubki wykorzystujemy po dwie nakrętki. Następnie wkładamy wyprowadzenia wszystkich 60 diod LED w otwory
w przeznaczonych dla nich punktach lutowniczych i składamy razem płytkę główną z płytą czołową.
Kolejnym krokiem będzie ułożenie złożonych płyt "twarzą w dół" na brzegu stołu i wepchnięcie wszystkich diod "do oporu" w otwory w płycie czołowej. Następnie lutujemy wszystkie diody, które jak na razie nieco za bardzo wystają ponad powierzchnię płyty czołowej. Jednak po włożeniu układów scalonych w podstawki, płyta czołowa zostanie nieco odsunięta od płytki układu elektronicznego i diody będą wystawać ponad jej powierzchnię o 3..4mm.
Na obrzeżu spodniej strony płyty czołowej umieszczone zostały podłużne punkty lutownicze, do których możemy przylutować podłużne paski laminatu lub cienkiej blaszki, które mogą stanowić boki obudowy termometru. Ponieważ jednak cały układ dość silnie się nagrzewa, w bokach obudowy należy wykonać szereg otworów, umożliwiających swobodny przepływ powietrza chłodzącego nagrzewające się elementy, przede wszystkim rezystory RB.
Po wykonaniu prac montażowych ostatnią czynnością będzie regulacja termometru. Ponieważ przyjęliśmy zakres pomiarowy naszego woltomierza wynoszący 60�C, więc napięcie na wyjściu 2 układu LM35 będzie zmieniać się w zakresie 600mV w stosunku do masy całego układu (od -200 do +400mV w stosunku do masy IC16). A zatem napięcie na wejściu odwracającym "najwyższego" komparatora powinno wynosić dokładnie 1280mV + 400mV = 1680mV. Taką właśnie wartość powinniśmy teraz ustawić za pomocą potencjometru montażowego PRl na wyjściu stabilizatora napięcia LM317 - IC17. Określmy teraz napięcie, które powinno występować na "najniższym" komparatorze. Najmniejsza wartość temperatury, jaką będziemy mierzyć wynosi -20�C. A zatem napięcie w punkcie Z powinno wynosić 128OmV-200mV=1080mV. Taką wartość musimy ustawić za pomocą potencjometru montażowego PR2. Jeszcze tylko
drobna uwaga dotycząca sposobu zamontowania czujnika temperatury LM35. Umieszczenie go na płytce układu termometru jest absolutnie niedopuszczalne! Elementy na tej płytce bardzo silnie się nagrzewają i wynik pomiaru temeratu-ry byłby zniekształcony. Najlepiej zamocować czujnik na dość długim przewodzie i umieścić z dala od termometru. Jeżeli np. nasz termometr będziemy wykorzystywać do pomiaru temperatury na zewnątrz pomieszczenia, to układ najlepiej będzie umieścić gdzieś w pobliżu okna, w którego futrynie będzie można wykonać otwór na przeprowadzenie przewodu do czujnika umieszczonego za oknem. Oczywiście, czujnik temeratury musi zostać obudowany w sposób zabezpieczający go przed wpływami atmosferycznymi. Najlepiej umieścić go wewnątrz metalowej rurki i zalać jakimś klejem chemoutwardzal-nym, np. DISTAL lub POXI-POL. ZR
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
PRl: potencjometr
montażowy miniaturowy 2kQ
PR2: potencjometr
montażowy miniaturowy
47 ka
RA: lkLl (60 sztuk)
RB: 560Q (60 sztuk)
Rl: lka
R2: 82kQ
R3: 3,3kQ
Kondensatory
Cl, C2: 220uF/16V
C3: lOOnF
Półprzewodniki
D: LED IC1..IC15: LM324
IC16: LM35
IC17: LM317L
IC18: LM385/1,2V
Różne
CON1: ARK2 (3,5mm)
Płytka drukowana wraz z kompletem elementów jest dostępna wAVT- oznaczenie AVT-1297.
Wzory płytek drukowanych w formacie PDF są dostępne w Internecie pod adresem: http:/ Iwww. ep.com.pl/?pdf/lu ty01.htm oraz na płycie CD-EP02/2001 w katalogu PCB.
Elektronika Praktyczna 2/2001
MINIPROJEKTY
Analogowa pamięć do multimetru
Jeżeli Twój multimetr
nie został wyposażony
w pamięć wańości
maksymalnej,
prezentowany
w ańykule prosty układ
umożliwi realizację
takich pomiarów. Jego
rozwiązanie układowe
można byłoby zaliczyć
do kategorii banalnych,
gdyby nie niezwykła
aplikacja diody
świecącej.
Schemat elektryczny przystawki pamięciowej przedstawiono na rys. 1. Wzmacniacze operacyjne pracują jako wtórniki napięciowe separujące obwód wejściowy od kondensatora C4 spełniającego rolę pamięci analogowej (USlA), następnie od obwodu wyjściowego (USlB). Diody Dl i D2 ograniczają wartość napięcia różnicowego na wejściu USlA, a elementy R4, Cl połączono w obwód całkujący.
Jak wspomniano wcześniej, elementem pamięćio-
możliwiającym przenikanie światła przez obudowę do złącza. Tak dziwne rozwiązanie zaczerpnięto z materiałów firmy Philips, w której laboratoriach stwierdzono, że w ten sposób wsteczny prąd diody można ograniczyć do wartości kilku..kilkunastu pA, zamiast dziesiątek., .setek nA. Zapamiętane napięcie o wartości maksymalnej można zmierzyć standardowym multimetrem (na zakresie napięciowym 0,2V) dołączonym do końcówek
Rys. 1.
Rys. 2.
wym jest kondensator C4. Aby uniknąć jego rozładowania przez wyjście USlA, zastosowano diodę separującą D3. Jak widać na schemacie, jest to dioda świecąca, do tego szczelnie pokryta czarnym lakierem unie-
Wy i GND. Kasowanie pamięci odbywa się za pomocą mikroprzełącznika Swl. Przystawkę zmontowano na płytce drukowanej, której schemat montażowy znajduje się na rys. 2. AG
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl: 90kQ/l%
R2: 9kLł/l%
R3: lkLł/l%
R4: lOOka
Kondensatory
Cl: 68nF
C2: 47uF/16V
C3, C4: lOOnF
Półprzewodniki
US1: TLC272 lub podobny
Dl, D2: BAT83
D3: czerwona, standardowa
dioda LED (obudowa
zamalowana czarnym
lakierem)
Różne
Swl: mikroprzełgcznik
Płytka drukowana wraz z kompletem elementów jest dostępna w AVT - oznaczenie AVT-1295.
Wzory płytek drukowanych w formacie PDF są dostępne w Internecie pod adresem: http:/ Iwww. ep. com .pII7pdfIIuty01.htm oraz na płycie CD-EP02/2001 w katalogu PCB.
Ideę projektu zaczerpnięto z dokumentacji prac badawczych prowadzonych w laboratoriach przyrządów półprzewodnikowych firmy Philips.
Elektronika Praktyczna 2/2001
73
MINIPROJEKTY
Miniaturowy gong drzwiowy
Nasze dotychczasowe
opracowania gongowo-
dźwiękowe cieszą się
ciągle sporym
powodzeniem. Po dość
długiej przerwie do
tematu wracamy, tym
razem sięgając po
niezwykle nowoczesny
(pomimo upływu lat!)
układ firmy Infineon.
Schemat elektryczny urządzenia przedstawiono na rys. 1. Jak widać gong zintegrowano z bardzo prostym stabilizatorem napięcia i jednopołów-kowym prostownikiem napięcia, dzięki czemu można go zasilać bezpośrednio z wyjścia transformatora dzwonkowego lub innego o mocy ok. 2W i napięciu wyjściowym 7..9VAC.
Układ SAE800 jest wyposażony w dwa wejścia wyzwalające sygnał dźwiękowy.
Zwarcie styków Swl..3 powoduje odtworzenie jednego z trzech sygnałów akustycznych. Dzięki temu możliwe jest wykorzystanie jednego gongu do identyfikacji kierunku "ataku" odwiedzających nas znajomych. Dzięki rezystorom R1..3 jednoczesne wciśnięcie wszystkich przycisków nie jest niebezpieczne dla układu USl i zasilacza. Potencjometr Pl służy do regulacji głośności odtwarzanego sygnału.
Na rys. 2 pokazano schemat montażowy płytki drukowanej gongu. AG
Rys. 1.
Rys. 2.
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
R1..R4: 10kQ
R5: 15kQ
R6: lkLl
Pl: 10kQ miniaturowy leżqcy
Kondensatory
Cl: 22OO^F/1OV
C2, C3: lOOnF
C4: 4,7nF
Półprzewodniki
USl: SAE800
Tl: BD135
Dl, D2: 1N4148
D3: C5V6 dioda Zenera
0,2W
D4: 1N4001
Różne
Swl..3: dowolne przełgczniki
zwierne (nie wchodzg
w skład zestawu)
Podstawka DIP8
Miniaturowy głośnik 8Q
Płytka drukowana wraz z kompletem elementów jest dostępna w AVT - oznaczenie AVT-129S.
Wzory płytek drukowanych w formacie PDF są dostępne w Internecie pod adresem: http:/ Iwww. ep. com .pII7pdfIIuty01.htm oraz na płycie CD-EP02/2001 w katalogu PCB.
Elektronika Praktyczna 2/2001
73
NOWE PODZESPOŁY
Transformatory do cyfrowych torów audio
Newport Components wprowadził do swojej oferty miniaturowe transformatory przeznaczone do zastosowań w cyfrowych torach przesyłowych audio. Parametry transformatorów spełniają wymagania standardu AES/ EBU dla cyfrowych interfejsów audio. Mogą one współpracować z kablami o impedancji 75 i lion. Dostępnych jest 6 typów transformatorów rodziny DA10x, w tym trzy przystosowane do montażu SMD i trzy do montażu przewlekanego.
http://www.dc-dc.com/pdf/DA100.pdf Dystrybutorem Newport Components w Polsce jest firma JM Elektronik (tel. (0-32) 230-67-41).
Nowe włączniki zasilania USB
Rozwój aplikacji USB spowodował wzrost zainteresowania producentów opracowywaniem specjalizowanych układów przystosowanych do pracy w interfejsach USB. Jednym z dostawców półprzewodnikowych włączników zasilania magistrali USB jest Micrel. Najnowszymi produktami tej firmy są układy MIC2010/2070 oraz MIC2012/ 2072. Są to kompletne włączniki zasilania USB z systemem zabezpieczeń nadprądo-wych i termicznych, przystosowane do pracy w nowym standardzie ACPI S3, w którym przewidziano możliwoSć "budzenia" komputera PC przez urządzenia dołączone do USB. W tym celu układy wyposażono w wewnętrzne multipleksery (klucze) dołączające wyjScia zasilające USB do linii stan-
dardowego zasilania PC lub - alternatywnie - do linii zasilającej stand-by. Pracą multiplekserów steruje sygnał logiczny z chip-setu komputera podawany na ich specjalne wejScie.
Układy MIC2010/2070 są dostępne w obudowach QSOP16, a MIC2012/2072 w obudowach SOIC8/QSOP16. Typowy zakres temperatury pracy dla wszystkich typów układów wynosi O.. + 7O�C.
http://www.micrel.com/'_PDFZmic2010.pdf http://www.micrel.com/_PDFZmic2012.pdf Przedstawicielem Micrela w Polsce jest firma Future (tel. (0-22) 618-92-02).
Elektronika Praktyczna 2/2001
79
NOWE PODZESPOŁY
Scalony czujnik przetężenia
Układ IR2170 jest nowym, scalonym czujnikiem prądu pobieranego przez silnik elektryczny, wchodzącym w skład rodziny ukła-
dów IR2l7x. Umożliwia on bezpośredni pomiar prądu pobieranego przez silniki zasilane napięciem zmiennym lub bezszczotko-we silniki stałoprądo-we, przy czym detekcja przetężenia jest możliwa niezależnie od kierunku przepływu prądu. Rolę czujnika prądu spełnia rezystor. Dzięki wykonaniu struktury układu w specjalnej technologii wysokonapięciowej może on być zasilany bezpośrednio z sieci energetycznej . Układ IR2170 pobiera prąd o natężeniu zaledwie ok. lmA, a maksymalne napięcie zasi-
Pojedyncze bramki logiczne
Firma ON Semiconductor wprowadziła do produkcji miniaturowe układy logiczne, wykonane w technologii CMOS (czas propagacji poniżej 3,7ns]. Miniaturowość tych układów wynika nie tylko z niewielkich wymia-
rów obudowy (SC88A/TSOP5], lecz przede wszystkim z faktu ulokowania w ich wnętrzu pojedynczych bramek logicznych. Producent oferuje ok. 40 typów układów w dwóch seriach: MC74VHClGxx (kompatybilne napięciowo z TTL] oraz MC74VHClGTxx (kompatybilne napięciowo z CMOS]. W ramach obydwu serii są dostępne wszystkie podstawowe funktory logiczne, w tym odpowiedniki układów 00..05/07..09/ 14/3 2/50/66/86/125/126/13 2/135. Napięcie zasilania powinno mieście się w przedziale 2..5V, a pobór prądu przez układ nie przekracza typowo 2|xA.
Przykładowe adresy not katalogowych:
http ;//www.on semi.com/pub/Collateral/ mc74vhclg00rev5.pdf
http ;//www.on semi.com/pub/Collateral/ mc74vhclg01rev4.pdf
http ;//www.on semi.com/pub/Collateral/ mc74vhclgO3rev5.pdf
Przedstawicielami ON Semiconductor w Polsce są firmy; Avnet {tel. {0-22} 834-
Miniaturowy przetwornik temperatura-napięcie
Jedną ze specjalności firmy ON Semiconductor są miniaturowe układy do pomiaru temperatury. Najnowszymi układami tej serii są układy przetwarzające temperaturę otoczenia na napięcie, oznaczone symbolem NCT47. Typowa wartość współczynnika konwersji wynosi l0mV/�C, a napięcie wyjściowe przy temperaturze -40�C wynosi l00mV. Maksymalna mierzona temperatura nie może być wyższa od 125�C, a dokładność przetwarzania nie jest
I�R
lania nie powinno przekraczać 600V. Detekcja przetężenia jest sygnalizowana zmianą stanu logicznego na specjalnym, cyfrowym wyjściu sygnalizacyjnym. Czas upływający od chwili wykrycia przetężenia do chwili zasygnalizowania go nie przekracza l,5|ls.
Układy IR2170 są dostarczane w obudowach DIP/SOIC8 oraz SOIC16. Dopuszczalny zakres temperatury otoczenia podczas pracy układu wynosi -4O..+85�C.
http ;/ /www.irf. c om /produci-info /data s-heets/data/ir2170 .pdf
Przedstawicielami IRF w Polsce są firmy; Dacpol (iel {0-22} 757-07-13}, Fuiure {tel. {0-22} 813-92-02}, SE Spezial Electronic {iel. {0-95} 753-05-72} i Spoerle {iel. {0-71} 848-52-27}.
JMt
47-38}, EBV {iel. {0-71} 342-29-44} i Spoerle {iel. {0-22} 848-52-27}.
Kompletny katalog miniaturowych ukia-dów-bramek logicznych znajduje się pod adresem; http; f fwww .on semi .com fpubfprod f 0,1324,productsm_Documentation_DocTy-pe=DaiaBook_LevelNamel=DLD801,00.html.
vcc
o
INB 1 l~ 6
I cvr |
INA z I''~\

G B 4

Rys. I.
Jest *CD
gorsza niż ą2�Cw całym zakresie pomiarowym (jej wartość wynosi typowo ą0,5�C]. Napięcie zasilania układu NCT47 wynosi 2,7..4,4V, a pobór prądu nie przekracza 35|lA.
http ;//www. on semi .com /pub/Collateralf nci47revl.pdf
Przedstawicielami ON Semiconducior w Polsce są firmy; Avnet {tel. {0-22} 834-47-38}, EBV {tel. {0-71} 342-29-44} i Spoerle {iel. {0-22} 848-52-27}.
Rys. 2.
80
Elektronika Praktyczna 2/2001
NOWE PODZESPOŁY
Nowe przetwornice DC/DC
Jest
3.3V
Firma Newport Components wypuSciła na rynek miniaturowe przetwornice stałoprądo-we serii NPH10S o mocy IOW. Charaktery-
zują się one niewielkimi wymiarami (32x25xl0mm), napięciem przebicia izolacji l,5kV oraz możliwoScią pracy z pełnym obciążeniem przy temperaturze otoczenia do 72�C bez koniecznoSci dodatkowego chłodzenia. Podobnie do innych przetwornic Newporta z tej serii, przetwornice NPH10S mają wbudowane wewnętrzne zabezpieczenia przed przeciążeniem i przegrzaniem, a także przed zbyt niskim lub wysokim napięciem zasilania. Dostępne są dwie wersje przetwornic NPH10S, przystosowane do zasilania napięciem 24 lub 48V, o napięciach wyjSciowych 3,4/5,1/12,1/15,IV. SprawnoSć energetyczna przetwornic, w zależnoSci od wersji napięciowej, mieSci się w przedziale 79..87%.
http://www.dc-dc.com/pdf/nphlOs.pdf Dystrybutorem Newport Components w Polsce jest firma JM Elektronik (tel. (0-32) 230-67-41).
Sterownik prostownika ; synchronicznego
IGR
CD
Opracowany przez International Rectifier układ IR1176 jest specjalizowanym sterownikiem tranzystorów mocy MOSFET pracujących w układzie synchronizowanego mostka ze stabilizacją napięcia wyjSciowego. Napięcie wyjSciowe stabilizatora wykonanego w oparciu o ten układ może się mieS-cić w przedziale 1,5..5V, a obciążenie prądowe może dochodzić do 40A (sprawnoSć przetwarzania mostka wynosi wtedy 86%). Wzmacniacze wyjSciowe sterujące bramki tranzystorów mocy są przystosowane do obciążenia pojemnościowego (do lOOpF), dzięki dużej wydajnoSci prądowej wyjSć, dochodzącej do 4A. Wbudowana w strukturę układu pętla PLL pozwala na samoczynną synchronizację pracy mostka z częstotliwością pracy przetwornicy zasilającej, przy czym zalecana częstotliwość pracy mieSci się w przedziale 250..500kHz.
Układy IR1176 są oferowane w obudowach: DIP/SOIC20 oraz SSOP20. Zalecana wartoSć napięcia zasilania wynosi 5V, temperatura pracy powinna lokować się w przedziale: -4O..+8O�C.
h 11 p:// w w w. irf. com/product-info/datas-heets/data/irl 176.pdf
Przedstawicielami IRF w Polsce są firmy: Dacpol (tel. (0-22) 757-07-13), Future (tel. (0-22) 618-92-02), SE Spezial Electronic (tel. (0-95) 758-05-72) i Spoerle (tel. (0-71) 646-52-27).
Elektronika Praktyczna 2/2001
81
NOWE PODZESPOŁY
Tranzystory mocy o dużej sprawności
Jest CD
IRF wprowadził do produkcji dwa nowe tranzystory mocy wykonane w technologii HEXFET, które pozwalają zwiększyć energe-
IOR
tyczną sprawnoSć pracy układów stałoprą-dowych lub impulsowych o ok. 3%. Dotychczas nie udało się to żadnemu producentowi elementów tego typu. Tranzystory IRF7822 i IRF7811W (z kanałem N) są montowane w obudowach SOS. Dzięki zastosowaniu do ich produkcji nowego procesu technologicznego znacznie obniżono rezystancję włączonego kanału (odpowiednio do 5/9mLl) i pasożytnicze pojemnoSci przybramkowe, dzięki czemu ładunek gromadzony w kondensatorze bramkowym ograniczono do 44/18nC. Ustalony prąd drenu nie powinien przekraczać 3,8A, natomiast w impulsie może dochodzić do wartoSci 148/109A.
http://www.irf.com/product-info/datashe-ets/data/irf7822.pdf
http://www.irf.com/product-info/datas-heets/data/irf7811w.pdf
Przedstawicielami IRF w Polsce są firmy: Dacpol (tel. (0-22) 757-07-13), Future (tel. (0-22) 618-92-02), SE Spezial Electronic (tel. (0-95) 758-05-72) i Spoerle (tel. (0-71) 646-52-27).
Trzykanałowy temperatury
Układ MIC384 jest trzykanałowym, cyfrowym miernikiem temperatury z interfejsem szeregowym zgodnym ze standardem SMBus (I2C). Układ współpracuje z dwoma zewnętrznymi czujnikami temperatury, których rolę mogą spełniać tranzystory lub diody krzemowe. Trzeci czujnik jest wbudowany w strukturę układu. Rozdzielczość pomiaru jest 8-bitowa, a zakres przetwarzanej temperatury to -55,.+125�C. Układ MIC384 może spełniać rolę programowanego termostatu z cyfrowo zadawaną histere-zą, przy czym do sygnalizowania stanu alar-
miernik
Jest CD
mowego służy odpowiednie wyjScie. Jego funkcja zależy od aktualnych zapisów w wewnętrznych rejestrach układu. Standardowo układy MIC384 są oferowane w 8 wersjach różniących się między sobą adresem bazowym i obudową. Dostępne obudowy to SOP8 i MSOP8.
http://www.micrel.com/_PDFZmic384.pdf Przedstawicielem Micrela w Polsce jest firma Future (tel. (0-22) 618-92-02).
82
Elektronika Praktyczna 2/2001
PODZESPOŁY
Scalone interfejsy czujników pomiarowych, część 2
Konstruktor ma obecnie do dyspozycji różnorodne czujniki, za pomocą których można zmierzyć parametry praktycznie każdego zjawiska fizycznego lub parametr obiektu, począwszy od temperatury, przez ciśnienie, wilgotność, ciężar, kolor, długość, aż po kształt i zapach. Niezależnie od przeznaczenia czujnika, na jego wyjściu występuje wartość analogowa w posta-
jest wymagana - podstawowej kompensacji błędów, dość często także filtracji dolnopizepustowej, która pozwala wyeliminować znaczną część zakłóceń i zniekształceń sygnału.
Problem z kwalifikacją
Współcześnie produkowane układy scalone coraz trudniej jest zakwalifikować do jednej z do niedawna klasycznych grup
Czujnik
lub
przetwornik pomiarowy
Scalony IntBrfBf* czujnik*
Wzmacn lacz/ttuml k Linearyzator (opcja) Kompensator (opc|a) Fittr dolnopizepustowy
ffl
Przetwornik A/C
Sterownik PLC
Mikrokontroler
z wejściem
analogowym
Rys, 6,
ci napięcia, prądu lub rezystancji (impedancji). Zadaniem układów interfejsowych jest dostosowanie charakterystyki czujnika do wymagań systemu pomiarowego oraz konwersja, np. rezystancji (impedancji), na odpowiadające jej napięcie lub prąd.
Ulokowanie układów interfejsowych w torze obróbki danych przedstawiono na rys. 6. Niezależnie od współpracującego z czujnikiem modułu pomiarowego (przetwornik A/C, sterownik PLC itp.), zadaniem interfejsu jest dostosowanie parametrów sygnału z czujnika do parametrów wejścia tego modułu. W zależności od wymagań, sygnał z czujnika podlega wzmacnianiu lub stłumieniu (bardzo rzadko), następnie lineaiyzacji - jeżeli
układów: analogowych lub cyfrowych. Przenikanie się tych dwóch metod obróbki sygnałów dotyczy już nawet wzmacniaczy operacyjnych i mikroprocesorów, czyli układów - wydawałoby się - o silnie określonych domenach aplikacji. Z tego właśnie powodu przyjęty w artykule podział układów interfejsowych jest umowny, związany tylko ze sposobem dostarczania do współpracującego otoczenia wyników konwersji sygnału ze współpracującego czujnika. W tab. 1 zamieszczono zestawienie układów dostępnych u krajowych dystrybutorów.
Wzmacniacze pomiarowe
Najprostszymi dostępnymi układami interfejsowymi są klasyczne wzmacniacze pomiarowe, także w nieco zmodyfikowanej wersji, wyposażone w rezystory skalujące zakres przetwarzania (wzmocnienie), układy pozwalające modyfikować kształt charakterystyki przetwarzania oraz opcjonalne, najczęściej konfigurowal-ne filtry. Przykładowym wzmacniaczem tego typu jest AD22055 (rys. 7) oraz podobny do niego AD22050/ 057 firmy Analog Devices, a także wzmacniacze przystosowane do współpracy z ter-mozłączowymi czujnikami temperatury LTK0 01
i LT1025 firmy Linear Technology. Bardzo interesującym opracowaniem w tej grupie
Drugą część artykułu poświęcimy najczęściej
stosowanymi interfejsom czujników pomiarowych
z wyjściami analogowymi. Niekwestionowanym
rynkowym liderem dla tej grupy układów jest
amerykański Maxim, który oferuje najwięcej i do
tego konstrukcyjnie najciekawszych opracowań.
układów jest ADT70 (Analog De-vices), w którego strukturze zintegrowano m.in. źródła prądowe włączone w połowę gałęzi mostka pomiarowego (rys. 8). Zaawansowane funkcjonalnie układy z tej grupy oferuje Maxim. Opracowany przez tę firmę wzmacniacz pomiarowy MAX 1450 ma programowane cyfrowo wzmocnienie. Dodatkowo można cyfrowo sterować kluczami analogowymi, włą-
typu była firma Bun-Biown (obecnie Texas Instruments), która przez pewien czas zdominowała rynek układami serii XTRlxx (przykład aplikacji na rys. 9). Istotną zaletą układów tego typu jest integracja kompletnego interfejsu prądowego w strukturze oraz możliwość zdalnego zasilania modułu pomiarowego z linii, która jest wykorzystywana także do przesyła-
r T T Rezystor
mtarancy]ny| | pomiarowy
V V
Rys, 8,
czać i wyłączać korektor napięcia nia danych. Ponieważ szczegól-offsetu oraz dodatkowego wejścia nie zalecanym sposobem skonfi-korekcyjnego. gurowania układu pomiarowego
jest mostek, w układy interefjso- we są wbudowywane specjalne stabilizatory służące do zasilania
Illterfejsy CZUJllik-pętla prądowa
Jednym z najpopularniejszych mostków. Są w nie wyposażone mediów wykorzystywanych do m.in. układy: XTRl03, XTRlO4, przesyłania sygnałów analogo- XTRlO5, XTRlO6, a także wych w rozproszonych systemach MAXl457 i MAXl459. pomiarowych jest pętla prądowa 4..2 Om A. Specjalnie z myślą o ułatwieniu stosowania standardowych czujników pomiarowych w rozproszonych systemach przemysłowych, kilka firm opracowało układy pośredniczące pomiędzy czujnikiem i prądową linią transmisyjną. Twórcą pierw-__." Ł ".
H Ś , , ,, Czujnik z piziwamlklmni
szych układów tego
Elektronika Praktyczna 2/2001
83
PODZESPOŁY
Tab. 1. Zestawienie analogowych interfejsów czujników pomiarowych.
Typ układu Producent Współpracuje z czujnikami Wzmocnienie Typ wyjścia Konfiguracja czujnika pomiarowego Czułość [mV/V] Napięcie zasilania [V] Inne
MAX1450 Maxlm Plezorezystywne Ustalane cyfrowo (3-bltowo) Napięciowe Mostkowa 10.30 5 Wbudowane źródło prądowe do zasilania mostka pomiarowego oraz pamięć korekcyjna EEPR OM
MAX1457 Maxlm Plezorezystywne Ustalane cyfrowo (3-bltowo) Napięciowe Mostkowa 5. .30 5 Wbudowany wzmacniacz sterujący pętlą prądową4..20rnA, możliwość kompensacji większości błędów pomiarowych (dokładność 0,1%)
MAX1458 Maxlm Uniwersalny Ustalane cyfrowo (3-bltowo) Napięciowe Mostkowa 10.40 5 Wbudowana pamięć EEPR OM, w której są przechowywane wartości współczynników korekcyjnych
MAX1459 Maxlm Plezorezystywne Ustalane cyfrowo (3-bltowo) Napięciowe Mostkowa 10.40 5 Wbudowana pamięć EEPR OM, w której są przechowywane wartości współczynników korekcyjnych
MAX1460 Maxlm Uniwersalny Ustalane cyfrowo (2-bltowo) Napięciowe oraz12-bltowe cyfrowe Mostkowa 2.40 5 Kompletny system akwizycji danych zintegrowany z procesorem DSP
MAX1478 Maxlm Uniwersalny Ustalane cyfrowo (3-bltowo) Napięciowe Mostkowa 10.40 5 Wbudowana pamięć EEPR OM, w której są przechowywane wartości współczynników korekcyjnych
XTR101 Burr-Brown Termoztącza, termlstory Zewnętrznym rezystorem Prądowe4..20 Dowolna 5/1 11,6.40 Zasilany z linii sygnałowej
XTR105 Burr-Brown Pt10/100/1000 Zewnętrznym rezystorem Prądowe4..20 Dowolna 5/1 9.40 Zasilany z linii sygnałowej; charakterystyka przetwarzania z llnearyzacją dla czujników platynowych
XTR106 Burr-Brown Uniwersalny Zewnętrznym rezystorem Prądowe4..20 Mostkowa 5/1 7,5. .36 Zasilany z linii sygnałowej
XTR110 Burr-Brown Uniwersalny Zewnętrznym rezystorem Prądowe uniwersalne Dowolna 0.10 13,5.40 Zasilany z linii sygnałowej
XTR112 Burr-Brown Termoztącza, termlstory Zewnętrznym rezystorem Prądowe4..20 Dowolna 5/1 7,5.36 Zasilany z linii sygnałowej; charakterystyka przetwarzania z llnearyzacją dla czujników platynowych
XTR114 Burr-Brown Termoztącza, termlstory Zewnętrznym rezystorem Prądowe4..20 Dowolna 5/1 7,5. .36 Zasilany z linii sygnałowej; charakterystyka przetwarzania z llnearyzacją dla czujników platynowych
XTR115 Burr-Brown Uniwersalny Zewnętrznym rezystorem Prądowe4..20 Dowolna 200 uA 7,5..36 Zasilany z linii sygnałowej
XTR116 Burr-Brown Uniwersalny Zewnętrznym rezystorem Prądowe4..20 Dowolna 200 uA 7,5..36 Zasilany z linii sygnałowej
AD22050 Analog Devlces Uniwersalny Zewnętrznym rezystorem Napięciowe Dowolna - 3.36 Możliwość zastosowania zewnętrznego filtru; regulacja offsetu
AD22055 Analog Devlces Uniwersalny Zewnętrznym rezystorem Napięciowe Dowolna - 3.36 Możliwość zastosowania zewnętrznego filtru; regulacja offsetu
AD22057 Analog Devlces Uniwersalny Zewnętrznym rezystorem Napięciowe Dowolna - 3.36 Możliwość zastosowania zewnętrznego filtru; regulacja offsetu
AD693 Analog Devlces Termlstory Zewnętrznymi rezystorami Prądowe 4.. 20/0..20 Mostkowa 1..100mA 6.36 Rezystory tworzące referencyjne gałęzie mostka zintegrowano w strukturze układu
AD694 Analog Devlces Uniwersalny Zewnętrznymi rezystorami Prądowe 4.. 20/0..20 Dowolna O..12,5V 4,5.36 Wbudowane programowane źródło prądowe do regulacji offsetu; możliwość Integracji z filtrem zakłóceń
ADT70 Analog Devlces Termlstory (PtlOO) Zewnętrznym rezystorem Napięciowe Mostkowa 0..5/-5..+5 5/ą5 Wbudowane źródła prądowe stanowiące elementy mostka pomiarowego.
1B31 Analog Devlces Uniwersalny Zewnętrznym rezystorem Napięciowe ą(0..10V) Mostkowa -5..+5V ą(12 18) Wbudowany programowany filtr dolnoprzepustowy; wbudowane rezystory tworzące jedną gałąź mostka
1B32 Analog Devlces Uniwersalny Zewnętrznym rezystorem ą(0.10) Mostkowa 0..5 ą(12 18) Wbudowany filtr dolnoprzepustowy
1B41 Analog Devlces R100 (Inne termlstory o rezystancji 20il..5kil) Zewnętrznym rezystorem ą(0.10) Dowolna -5..+1 ą(13,5..18) Wyjście I linie zasilania Izolowane galwanicznie; llnearyzacją charakterystyki czujnika; wbudowany filtr dolnoprzepustowy
1B51 Analog Devlces Termoztącza, termlstory Zewnętrznym rezystorem ą(0.10) Dowolna ą(10mV..5) ą(13,5.. 18) Wyjście I linie zasilania Izolowane galwanicznie
LTK001 Llnear Technology Termoztącza Zewnętrznym rezystorem 1,1V (amplituda) Dowolna Programowana 5/ą(2..2O) Wzmacniacz pomiarowy współpracujący z termozłączaml E, J, K, R, S, T
LT1025 Llnear Technology Termoztącza Zewnętrznym rezystorem 1,1V (amplituda) Dowolna Programowana 4.36 Wzmacniacz pomiarowy współpracujący z termozłączaml E, J, K, R, S, T; wbudowane rezystory ustalające wzmocnienie
Interfejsy z wyjściem napięciowym
Układy z wyjściami prądowymi można stosować w niewielu aplikacjach, w związku z tym większość producentów oferuje układy z wyjściami napięciowymi, które są znacznie bardziej uniwersalne. Dostępne są oczywiście ich różne warianty, także zintegrowane ze wzmacniaczem i bufo-
rem prądowym, dzięki którym konwersja interfejsu z napięciowego na prądowy jest stosunkowo prosta.
Interfejsy z separacją galwaniczną
W przypadku konieczności zapewnienia separacji galwanicznej pomiędzy wejście, wyjściem i zasilaniem układu, można zastoso-
wać specjalizowane interfejsy hybrydowe opracowane przez firmę Analog Devices. Są to stosunkowo mało znane układy serii lB, które składają się ze wzmacniacza pomiarowego (także z lineary-zacją), wysokoczęstotliwościowych separatorów transformatorowych i wzmacniaczy wyjściowych z wyjściami napięciowymi. Andrzej Gawryluk, AVT
Ze względu na złożoność funkcjonalną, układy firmy Ma-xim przedstawimy za miesiąc wraz z opisem "cyfrowych." interfejsów pomiarowych.
Noty katalogowe układów prezentowanych w artykule dostępne są na stronach WWW producentów i na płycie CD-EP2/ 2001B w katalogu \Interfejsy
Elektronika Praktyczna 2/2001
85
Narysuj swój program!
Za pomocą ST6-Realizera możemy tworzyć proste, jak. i bardziej zaawansowane oprogramowanie sterowników se wspomnianymi mikro kontrolerami. Program ten był już prezentowany na łamach Elektroniki Praktycznej. W związku z niesłabnącym zainteresowaniem Czytelników, postanowiliśmy powrócić do tematu i zaprezentować podstawy projektowania w formie krótkiego kursu.
Każdy elektronik posiadający podstawowe wiadomości z zakresu techniki cyfrowej nie powinien mieć większych trudności z ,,ujarzmieniem" programu. Przygotowywanie programu dla mikrokontrolera to kilka przyjemnych chwil spędzonych przy komputerze. Praktycznie najprostszy program może-my stworzyć w kilka minut.
Zaczynamy oczywiście od zainstalowania programu, którego jedna z wer-
Rys.
sji znajduje się na płycie CD-EP2 (płyta w ofercie AVT). Publikujemy ją także na CD-EP2/2001P w katalogu \Kurs. Minimalne wymagania sprzętowe programu nie są wygórowane: /system operacyjny WIN3.11 /9x/
2000/Me,
/ procesor 486 lub lepszy, /pamięć operacyjna min. BMP, / ok. 14MP wolnego miejsca na dysku twardym.
Instalację programu rozpoczynamy od uruchomienia programu instalacyjnego, który znajduje się w katalogu \Kurs (płyta CD-EP2/2 001P). Podczas instalacji zostanie utworzony folder C:\Realizer, w którym umieszczane są wszystkie rozpakowywane pliki programu wraz z przykładami. Aby zain-
Opracowany przez holenderską
firmę Actum system
graficznego tworzenia
programów pod nazwą
Realizer zdobył spore uznanie
użytkowników na całym
świecie. Od chwili
opublikowania przez nas
ST6-Reah'zera na płycie
CD-EP2 pojawiło się już kilka
nowych wersji tego programu,
także dla innych
mikrokontrolerów niż ST62.
Ponieważ program nie jest
dostępny w polskiej wersji,
przygotowaliśmy dla Was
krótki kurs obsługi pakietu,
którego "rdzeniem" będzie
przykładowy projekt.
Zaczynamy od krótkiego
wstępu, którego zadaniem jest
przybliżenie zasad posługiwania się programem.
stalowany program poprawnie pracował, należy od razu po instalacji zre-startować komputer.
Pakiet programów wchodzących w skład Realizera składa się z czterech części, niezbędnych do tworzenia projektów. Są to: X Realizer, X Simulator, X Analyzer, X Sch2Lib Converter.
Realizer jest głównym programem pakietu, za pomocą którego możemy przeprowadzić edycję tworzonego oprogramowania i otworzyć wszystkie programy pomocnicze. Do przeprowadzenia analizy działania tworzonego
Rys. 2.
Rys. 3.
Elektronika Praktyczna 2/2001
KURS
J
Rys. 4.
oprogramowania jest przeznaczony program Analyser, który generuje plik programu wynikowego w postaci szes-nastkowej oraz plik raportu z wykazem ewentualnych błędów. Sirnulatoi umożliwia symulację oprogramowania sterownika po jego analizie. Sch2Lib-Converier jest przeznaczony do konwersji schematów do postaci modułów bibliotecznych, co umożliwia rozszerzenie zawartości biblioteki.
Standardowo Realizer oferuje nam bogaty zestaw elementów bibliotecznych. Są w niej zawarte wszystkie podstawowe elementy logiczne, takie jak AND, OR, INV, EXOR, NOR i NAND o różnej liczbie wejść. Oprócz elementów logicznych biblioteka zawiera szereg modułów funkcjonalnych m.in.:
Ś komparator,
Ś generator opóźnienia,
Ś wyjście cyfrowe,
Ś wejście cyfrowe i analogowe,
Ś liczniki dwukierunkowe,
Ś multipleksery,
Ś detektory zmian stanów logicznych,
Ś detektory pojawienia się zbocza,
Ś przetwornik analogowo-cyfrowy,
Ś stałe,
Rys. 5.
Lbiaiy symbol
Lgcal symbol. u Affltoute..
Od tego momentu można rozpocząć realizację projektu, której przebieg szczegółowo omówimy za miesiąc.
Pasek narzędziowy
W pasku górnego menu najbardziej interesujące są: Objęci, Analyse, Op-iions.
W menu Object mamy trzy polecenia (rys* 6):
- Library symbol - dokonujemy wyboru biblioteki, z której będziemy korzystać przy tworzeniu programu.
Rys. 7.
Ś układy arytmetyczne: sumator, subtraktor, moduł dzielący i mnożący,
Ś przerzutnik D.
Jak tworzy się projekt?
Cały proces możemy podzielić na następujących pięć etapów (rys* 1):
- pomysł, czyli sformułowanie zadania,
- narysowanie schematu oprogramowania,
- kompilacja,
- testowanie oprogramo-
Rys. ó.
- zaprogramowanie mikrokontrolera.
Zanim jednak przystąpimy do tworzenia oprogramowania sterownika, zapoznajmy się z programem. Po jego uruchomieniu otwiera się główne okno programu (rys* 2). W menu File wybieramy New Pioject i otwiera się okno dialogowe pozwalające ustalić ścieżkę dostępu do plików projektu (rys* 3). W Projeci paih wpisujemy np. c:\EPKURS i następnie klikarny OK. Na dysku C:\ zostanie utworzony katalog o nazwie EPKURS, w którym będą zapisywane wszystkie pliki związane z naszym projektem.
Kolejnym krokiem jest utworzenie pliku schematu. W menu File klikarny NEW, otwiera się okno New Scherne (rys* 4), w którym wpisujemy nazwę pliku (np. KURS) i naciskamy OK. Po tej operacji zostanie utworzony w folderze EPKURS plik KURS i otworzy się czysta strona do edycji schematu programu (rys* 5).
Rys. S.
Rys. 9.
fm Aiułpu apłu
Rys. 10.
88
Elektronika Praktyczna 2/2001
"nri u rrnaB^^M
1
| b-KlĄ |. '.tjWJ/.-iŁ-

E

1 "fl
Rys. 11.
OK
W CK CK CK
OK
Rys. 12.
Rys. 13.
Na początku proponuję wybrać bibliotekę main.lib zawierającą wszystkie elementy użyte w projekcie o pro gramo wania (rys. 7).
- Local symbol - automatycznie tworzy własną bibliotekę z elementów co najmniej raz użytych w danym projekcie. Jest to funkcja ułatwiająca pracę z programem. Po naciśnięciu OK wybrany element zostaje umieszczony na planszy schematu programu (rys. 8).
- Attńbute jest to polecenie programu do nadawania charakterystycz-
Rys. 14.
Elektronika Praktyczna 2/2001
Rys. 15.
Rys. 16.
póHdM tm rinranhim \ po*aat Enwtosf� go M
nych właściwości symbolom i połączeniom między symbolami. Funkcja ta jest wykorzystywana przy tworzeniu bardziej zaawansowanych programów.
W menu Analyse mamy następujące polecenia (rys. 9): - Options - ustawiamy parametry do przeprowadzenia analizy tworzonego oprogramowania (rys. 10).
Za pomocą Hardware settings (rys. 11) możemy dokładnie ustawić parametry do analizy dla wybranego przez projektanta typu mikrokontrolera. Zaleca się jednak, aby nie zmieniać ustawień domyślnych na początku pracy z Realize-
rem. Polecenie Go uruchamia program z Pakietu Realizera - ST-Analyser - tworzący plik wynikowy w kodzie szesnas-tkowym (rys. 12). Po naciśnięciu polecenia Report zostanie w notatniku wyświetlony plik raportu, w którym znajdują się wszystkie informacje dotyczące przebiegu kompilacji. Uruchomienie polecenia Results wyświetli ewentualne błędy, jakie powstały podczas analizy oprogramowania (rys. 13).
W menu Options (rys. 14) umieszczono następujące polecenia: - w Auto save ustawiamy czas automatycznego zapisu wszelkich zmian w schemacie (rys. 15). Program do-
Rys. 17.
ńdcini;
KURS
myślnie ma ustawiony zapis co 10 minut.
- Auto wire option umożliwia ustawienie parametrów automatycznego prowadzenia połączeń pomiędzy elementami bibliotecznymi podczas rysowania schematu (rys. 16).
- w Configure toolbar możemy dokonać samodzielnej konfiguracji paska narzędziowego, zaznaczając nazwę interesującego nas narzędzia i używając przycisku "->" dodać jego ikonę do prawego okna lub też używając przycisku "<-" usunąć ikonę narzędzia z paska (rys. 17).
Bardzo użytecznym poleceniem jest Page layout options, za pomocą któ-
?

O
?
Wycięci* elementu
zapisz
Otwórz schemat
Nowy schemat
Kopiuj
wklej
Analyser
Slmulator
Powiększenie ręczne
Strzałka wyboru
Łącznik elementów
Komunikaty kompilatora
Informacje analysera
Informacje analysera
Zmiana atrybutów
Informacja o elemencie
Lustro elementu
Obrót elementu
Tworzenie etykiety
Element z biblioteki
Otwórz bibliotekę
Kopiuj element
Powiększ
Pomniejsz
Centruj schemat
Widok całego projektu
Pomoc
Rys. 18.
Rys. 19
S LJ srBb MĆwwta
Rys. 20.
rego dokonujemy doboru parametrów planszy, na której będziemy rysować nasz schemat (rys. 18). Polecenie Pre-ferences umożliwia między innymi dokonanie wyboru koloru linii łączących ze sobą elementy biblioteczne (rys. 19). Po wybraniu opcji Select hardwa-re otwiera się okno jak na rys. 20, w którym dokonujemy wyboru mikro-kontrolera, dla którego będzie "rysowany" program. W naszym projekcie
użyjemy mikrokontrolera ST62T01, więc należy wybrać z listy st6201.dll i kliknąć OK. Krzysztof Górski, AVT krzysztof.gorski@ep.com.pl
Na płycie CD-EP2/2001B publikujemy ST6-Realizera w pełnej wersji funkcjonalnej. Jest on także dostępny (wraz z katalogiem procesorów ST62) na płycie CD-EP2.
90
Elektronika Praktyczna 2/2001
SPRZĘT
W arfp&uie przedstawiamy coraz
bardziej istotne dla elektroników
zagadnienia związane
z kompatybilnością
elektromagnetyczną (EMC)
w zakresie niskich częstotliwości.
Autor pokrótce omawia najważniejsze
normy określające zarówno reguły
pomiaru zakłóceń
niskocz ęs to tliwoś cio wych
emitowanych przez urządzenia
elektryczne, jak i sposoby testowania
odporności tychże urządzeń na zakłócenia. W dalszej części autor
prezentuje zintegrowane urządzenia pomiarowe służące do testowania odbiorników energii elektrycznej w zakresie określonym przez omówione normy EMC. |
Normy i przyrządy pomiató
Obserwowany w ostatnich latach wzrost zainteresowania zagadnieniami kompatybilności elektromagnetyczne] urządzeń jest stymulowany zarówno wzrastającymi ciągle wymaganiami rynku, jak i ustaleniami instytucji standaryzacyjnych. Do tej pory szczególny nacisk kładziono na emisyjność urządzeń w zakresie częstotliwości radiowych oraz na ich odporność na zakłócenia w zakresie tych częstotliwości. Emisyjność i odporność urządzeń elektrycznych w zakresie niskich częstotliwości pozostawała w cieniu,
Rozprzestrzenianie się zarówno w prze-myśle, jak i w gospodarstwach domowych odbiorników energii elektrycznej wyposażonych w zasilacze impulsowe oraz coraz powszechniejsze stosowanie regulatorów oświetlenia, których działanie opiera się na sterowaniu kątem przepływu prądu sprawia, że z jednej strony energia elektryczna jest efektywniej wykorzystywana, zaś z drugiej jej "jakość", w sensie zachowania wartości nominalnych napięcia i częstotliwości, znacznie się pogarsza. Istnieje zatem potrzeba unormowania rodzajów i dopuszczalnych poziomów zakłóceń emitowanych przez urządzenia elektryczne podłączane do sieci publicznej oraz rodzajów i poziomów zakłóceń, na jakie urządzenia te muszą być odpor-
ne. Specyfikacja wymagań dotyczących odbiorników energii elektrycznej pociąga za sobą konieczność określenia metod ich weryfikacji oraz konfiguracji systemów pomiarowych, które tę weryfikację umożliwią, Odpowiednie normy zawierają opisy metod pomiarowych, specyfikację wymagań odnośnie przyrządów pomiarowych, a nawet sposoby ich implementacji. Konstruktorom systemów pomiarowych pozostaje jedynie tworzenie oprzyrządowania pomiarowego, które pozwoli przeprowadzić określone w standardach testy w sposób możliwie łatwy do szybkiego wykonania w różnych fazach projektowania i produkcji urządzeń elektrycznych.
W artykule przedstawiono normy dotyczące kompatybilności elektromagnetycznej w zakresie niskich częstotliwości oraz przyrządy serii 6800 AC Power Source/Analyzers (Agilent Technologies), pozwalające na w pełni zautomatyzowane wykonywanie testów zgodności z tymi standardami.
Emisyjność urządzeń elektrycznych w zakresie niskich częstotliwości
Emisyjność urządzeń elektrycznych w zakresie niskich częstotliwości regulują dwie normy: IEC1OOO-3-2 oraz
IEC1OOO-3-3. Pierwsza z nich określa dopuszczalne poziomy emisji harmonicznych prądu przez odbiorniki podłączane
140 160
Rys. 1.
140
Elektronika Praktyczna 1/2001
SPRZĘT
O 50 100 150 200 250 300 350 400
t[ms] Rys. 2.
1
0,9 0,8
1 �'7
I0'6 I 0.5
L0,3 0,2
0,1
Rys. 3.
do sieci publicznej, których prąd fazowy jest mniejszy od 16A -granice zdefiniowane są dla 40 harmonicznych. W normie tej podano klasy odbiorników energii i indywidualnie dla każdej z nich podano limity emisji harmonicznych prądu. Specyfikuje się w nim również wymagania dotyczące przyrządów pomiarowych używanych do testów zgodności, tzn. źródła AC oraz analizatora harmonicznych.
Harmoniczne prądu są emitowane do sieci zasilającej przez urządzenia elektryczne wyposażone w zasilacze impulsowe lub regulatory z kontrolą kąta przepływu prądu. Kształt przebiegu prądu przepływającego przez tego typu odbiorniki odbiega mocno od sinusoidalnego. Ograniczenia zawartości harmonicznych określone w normie IEC1OOO-3-2 definiują dopuszczalny poziom takiego odkształcenia. Obecność harmonicznych prądu wpływa niekorzystnie na ,,jakość" dostarczanej do urządzeń mocy elektrycznej, co objawia się następująco:
- do odbiorników włączonych do sieci nie jest dostarczana moc czynna przy znacznej wartości skutecznej przepływającego prądu,
- wzrasta prąd zerowy odbiorników trójfazowych,
- urządzenia podłączone do tej samej gałęzi sieci co odbiornik emitujący harmoniczne narażone są na zakłócenia napięcia wynikające z interakcji harmonicznych z impedancjami w systemie dystrybucyjnym.
W normie IEC1OOO-3-2 wyróżnione są dwie klasy zniekształceń powodowanych przez odbiorniki emitujące harmoniczne prądu do sieci zasilającej: quasi-stacjonarne oraz zmienne (niestacjonar-
ne) zniekształcenia harmoniczne. Pierwsze są wytwarzane przez urządzenia elektryczne, które stanowią stałe obciążenie sieci - amplitudy poszczególnych harmonicznych nie zmieniają się w czasie. Takie zniekształcenia powodują między innymi monitory komputerowe. Z kolei źródłem niestacjonarnych zniekształceń harmonicznych są urządzenia stanowiące zmienne obciążenie sieci zasilającej, np.: kuchenki mikrofalowe, zmywarki, drukarki i fotokopiarki. Norma IEC1OOO-3-2 określa dwie oddzielne metodologie pomiaru emisji harmonicznych prądu dla obydwu klas. Przykłady przebiegów prądu z quasi-sta-cjonarnymi i niestacjonarnymi harmonicznymi pokazano na rys. 1.
Oprócz odbiorników, które wpływają nieliniowo na przepływ prądu, niekorzystnie na parametry napięcia w sieci zasilającej oddziałują urządzenia z automatycznym włączaniem i wyłączaniem zasilania, takie jak termostaty i timery. Częste zmiany obciążenia w gałęziach powodują wahania napięcia skutecznego, co z kolei prowadzi do migotania oświetlenia.
Znaczące zmiany intensywności oświetlenia występują nawet przy małych zmianach napięcia zasilającego, ponieważ intensywność jest proporcjonalna do kwadratu wartości napięcia skutecznego. Migotanie jest irytujące dla człowieka, a w skrajnych przypadkach (np. chorzy na epilepsję) może prowadzić do zagrożenia zdrowia. Stąd też pojawiła się konieczność określenia dopuszczalnych poziomów wahań napięcia i migotania oświetlenia, jakie mogą być wprowadzane przez odbiorniki energii elektrycznej. Ograniczenia te zostały zawarte w normie IEC1OOO-3-3. Norma ta definiuje również wymagania dotyczące samego pomiaru migotania oraz przyrządów pomiarowych używanych do tego pomiaru, czyli źródła AC i impe-dancji referencyjnej.
Zgodność z normą IEC1OOO-3-3 gwarantuje, że wahania napięcia powodowane przez testowane urządzenie nie wpływają na pracę innych odbiorników podłączonych do sieci oraz nie powodują migotania światła, które mogłoby być irytujące dla człowieka.
Typowym modelem wahań napięcia w sieci zasilającej jest przebieg sinusoidalny o częstotliwości 50Hz zmodulowany amplitudowo sygnałem o paśmie częstotliwości w zakresie od ułamków Hz do około 25Hz. Przykładowy przebieg wahań napięcia pokazano na rys. 2. Pasmo sygnału modulującego wynika ze zdolności percepcyjnych człowieka.
U(t)i Un 1,0 Dc < 0,03 1

i i
r
Fluktuacje o częstotliwości powyżej 25Hz są dla ludzi niezauważalne. Najsilniej odbierane jest natomiast migotanie o częstotliwości 8,8Hz. Krzywą ludzkiej percepcji migotania przedstawia rys. 3.
W odniesieniu do ludzkiego postrzegania migotania, definiowane są w normie IEC1OOO-3-3 parametry, które są mierzone i poddawane ocenie. Pierwszy z nich to krótkookresowe migotanie (ang. short-term flicker) - Pst. Jeśli odwołamy się do przedstawionego powyżej prostego modelu wahań napięcia, to powiemy, że parametr Pst zależy od częstotliwości przebiegu modulującego, głębokości modulacji oraz czasu trwania fluktuacji napięcia. Typowy czas pomiaru krótkookresowego migotania wynosi 10 minut. Dopuszczalna przez normę wartość parametru Pst wynosi 1. Jest to jednocześnie średni próg dokuczliwości migotania. Drugi parametr - długookresowe migotanie (ang. long-term flicker) Plt - obliczany jest na podstawie 2-godzinnego monitorowania parametru Pst. Dopuszczalny poziom definiowany przez normę wynosi 0,65. Jest intuicyjnie wyczuwalne, że coś bardziej uciążliwego możemy znosić w krótszym czasie, dlatego wymaganie na wartość długookresowego migotania jest ostrzejsze. Odbiorniki energii elektrycznej, które powodują wahania napięcia z powodu włączania bądź wyłączania, nie mogą być ocenione za pomocą parametrów Pst i Plt, gdy proces ten zachodzi rzadziej niż raz na godzinę. Dlatego definiuje się dodatkowe parametry. Względna zmiana napięcia stanów ustalonych (ang. relative steady-state vol-tage change) Dc definiowana jest jako różnica między dwoma sąsiednimi stanami ustalonymi napięcia w odniesieniu do jego wartości nominalnej. Dopuszczalny przez normę limit wynosi 3%. W normie określona jest charakterystyka względnych zmian napięcia D(t). Jest ona definiowana jako zmiana napięcia skutecznego względem wartości nominalnej w funkcji czasu, a pomiary są wykonywane pomiędzy okresami, kiedy napięcie jest w stanie ustalonym przez co najmniej 1 sekundę. Względne zmiany wartości napięcia trwające w soposób ciągły przez 200ms nie mogą przekroczyć 3%.
Kolejny parametr z tzw. klasy ,,D", to maksymalna względna zmiana napięcia Dmax. Stanowi on różnicę między maksymalną i minimalną wartością skuteczną napięcia w okresach czasu zdefiniowanych dla charakterystyki D(t) odniesioną do wartości nominalnej. Dmax nie może przekroczyć 4%. Ilustrację definicji parametrów D przedstawiono na rys.
Dmax < 0,04
Rys. 4.
Elektronika Praktyczna 1/2001
141
SPRZĘT
okresowa fluktuacje napięcia IEC1000-4-14
Rys. 5.
4. Wszystkie wymienione tu parametry kontroluje się za pomocą miernika migotania, którego implementacja jest dokładnie opisana w normie IEC868, zaś krótko zostanie przedstawiona w dalszej części artykułu.
Odporność urządzeń elektrycznych w zakresie niskich częstotliwości
Sposoby testowania odporności urządzeń na zakłócenia w zakresie niskich częstotliwości opisane są w następujących normach:
- IEC1000-4-11 - odporność urządzeń na zapady, krótkie przerwy i zmiany napięcia,
- IEC1000-4-14 - odporność urządzeń na okresowe fluktuacje napięcia,
- IEC1000-4-28 - odporność urządzeń na zmiany częstotliwości napięcia zasilającego,
- IEC1000-4-13 - odporność urządzeń na obecność harmonicznych oraz interhar-monicznych w przebiegu napięcia sieci zasilającej.
Wyżej wymienione normy definiują sekwencje zakłóceń napięcia zasilającego, które należy podać na zaciski badanego urządzenia. Przykładowe przebiegi zakłóceń pokazano na rys. 5.
Test zgodności odbiornika energii z odpowiednią normą polega na zasilaniu go przez pewien okres napięciem zawierającym sekwencję zakłóceń zdefiniowaną w normie, a następnie na sprawdzeniu, czy działa on w dalszym ciągu poprawnie, czy też jego funkcjonalność uległa degradacji w wyniku uszkodzenia komponentów lub oprogramowania. Ponieważ badaniom poddawane są różnorodne urządzenia, ocena czy urządzenie przeszło test pomyślnie, czy też nie, może być dokonana dwoma sposobami. Pierwszy z nich, to ocena operatora wykonującego badania. Po przeprowadzeniu
testu odporności stwierdza on, czy urządzenie jest dalej sprawne, czy nie nadaje się do dalszej eksploatacji i swoją ocenę wpisuje w odpowiednią rubrykę raportu. Drugi sposób jest w pełni automatyczny. Konfiguruje się i oprogramo-wuje system pomiarowy, którego zadaniem jest jednoczesne wygenerowanie wymuszenia (odpowiedniego przebiegu zaburzonego napięcia zasilającego) dla badanego odbiornika i pomiar jego odpowiedzi. Analiza odpowiedzi odbiornika na sekwencję zakłóceń stanowi podstawę do zakwalifikowania urządzenia jako zgodnego z danym standardem lub nie-spełniającego jego wymagań.
Wykonanie badań zgodności z normami dotyczącymi odporności na zakłócenia w zakresie niskich częstotliwości wymaga dysponowania co najmniej źródłem napięcia zmiennego, które ma możliwość generowania definiowanych przez użytkownika przebiegów odkształconych. Wykonanie testu w sposób automatyczny wymaga dodatkowo posiadania oprzyrządowania do pomiarów odpowiedzi urządzenia, np. oscyloskopu o dobrych parametrach.
System do pomiarów kompatybilnościowych w zakresie niskich częstotliwości firmy Agilent Technologies - 6800 AC Power Source/Analyzers
Systemy Agilent 6800 AC Power Source/Analyzers stanowią kompleksowe rozwiązanie umożliwiające pomiary zarówno emisyjności, jak i odporności urządzeń w zakresie niskich częstotliwości.
Prezentację przyrządów serii 6800 rozpoczniemy od przedstawienia schematów blokowych systemów pomiarowych przeznaczonych do przeprowadzanie testów zgodności z normami IEC1OOO-3-2 i IEC1OOO-3-3 (rys. 6 i rys. 7). W obydwu przypadkach testowany odbiornik zasilany jest z precyzyjnego źródła napięcia zmiennego. W przypadku pomiaru zawartości harmonicznych, w obwód prądowy włączony jest bocznik. Część płynącego przez odbiornik prądu odkłada na rezystorze bocznika napięcie o kształcie takim, jaki jest kształt płynącego w obwodzie prądu. Napięcie to podawane jest na wejście analizatora harmonicznych, który mierzy amplitudy kolejnych harmonicznych w jego przebiegu.
Gdy testujemy odbiornik energii elektrycznej pod względem zgodności z normą IEC1OOO-3-3, w obwód prądowy włączana jest impedancja referencyjna, której zadaniem jest symulowanie linii przesyłowej. Impedancja ta jest określona w normie IEC725 i ma charakter rezystancyjno-pojemnościowy. Do zacisków źródła podłączony jest miernik migotania, którego zadaniem jest pomiar parametrów Pst, Plt oraz parametrów typu D.
W urządzeniach 6812B, 6813B, 6843A firmy Agilent Technologies precyzyjne
Tab.1.
Norma IEC Oprogramowanie
1000-3-2 1000-3-3 14761A: Harmonicand Flicker EmissionTests
1000-4-11 1000-4-14 1000-4-28 14762A: Voltage and Frequency Disturbances Immunity Tests
1000-4-13 14763A: Interharmonics Immunity Test
źródło AC, bocznik prądowy, impedancja referencyjna, analizator harmonicznych oraz miernik migotania zintegrowane są w jednym przyrządzie pomiarowym (por. rys. 6 i 7). Źródło AC posiada możliwość generowania przebiegów zdefiniowanych przez użytkownika, co pozwala na wykonywanie testów odpornościowych.
Przyrządy serii 6800 posiadają również możliwości pomiarowe (funkcja oscyloskopu cyfrowego), umożliwiające ocenę odpowiedzi odbiornika energii poddawanego testowi odpornościowemu. Integracja wszystkich potrzebnych funkcji pomiarowych w jednym urządzeniu nie tylko zwiększa jego walory użytkowe, ale umożliwia również uzyskanie dużych dokładności pomiaru. Jako przykład można podać synchronizację okna pomiarowego z początkiem przebiegu prądu (przecięcie zera) w przypadku pomiaru zawartości harmonicznych. Analizator harmonicznych w przyrządach serii 6800 wykorzystuje algorytm FFT z oknem prostokątnym lub oknem Hanninga. Przetwarzane są bloki o długości 4096 próbek. Dokładność pomiaru harmonicznych w przypadku zastosowania okna prostokątnego będzie bardzo dobra, jeśli zostaną spełnione dwa warunki: (1) wewnątrz okna pomiarowego znajdzie się całkowita liczba okresów podstawowej harmonicznej oraz (2) zostanie zapewniona precyzyjna synchronizacja początku cyklu przebiegu z początkiem okna. Spełnienie tych dwóch warunków zniweluje wpływ relatywnie wysokich listków bocznych okna prostokątnego na wynik pomiaru zawartości harmonicznych w przebiegu prądu. Norma IEC1OOO-3-2 określa dokładności synchronizacji co najmniej na poziomie
Kontroler PC
Agilent 14761A Harmonie and Flicker Emlsslon Test software
HP-IB
Źródła AC
Anallzator
narmonicznych
FFT
Bocznik prądowy
Agilent AC Power Source/Analyzer 6800
I Source/Analyzer 6800 j
Testowany odbiornik
Rys. 6.
142
Elektronika Praktyczna 1/2001
SPRZĘT
0,03%. Przyrządy 6800 AC Power Sour-ce/Analyzers zapewniają tę synchronizację na poziomie 0,25ppm. Tak dobra dokładność jest możliwa dzięki doprowadzeniu do źródła AC i pozostałej części systemu pomiarowego tego samego sygnału zegarowego.
Miernik migotania w przyrządach 6800 zaimplementowano zgodnie z opisem w normie IEC868. Generalnie rzecz ujmując, miernik ten jest specjalizowanym demodulatorem i analizatorem AM, który pracuje z nośną o częstotliwości
sieci zasilającej. Uproszczony schemat blokowy tego przyrządu przedstawia rys. 8. Po unormowaniu i demodulacji sygnał trafia do systemu symulacji ścieżki lamp a-oko-mózg, którego zadaniem jest wyznaczenie chwilowego poziomu migotania IFL (ang. instantaneous flicker le-vel) na podstawie sygnału zmian napięcia otrzymanego na wyjściu demodulatora. System symulacji składa się z pasmo wo-przepustowego filtru wejściowego - przepuszcza tylko napięcia o zauważalnej przez człowieka częstotliwości wahań, filtru o kształcie charakterystyki zgodnym z krzywą ludzkiej percepcji migotania oraz bloku podnoszenia wartości napięcia sygnału do kwadratu. Obecność ostatniego bloku w rozważanym systemie wynika z kwadratowej zależności intensywności świecenia lampy w zależności od wartości skutecznej napięcia. Zadaniem bloku analizy statystycznej jest wytworzenie histogramu wartości parametru IFL podczas trwającego 10 minut okresu monitorowania i wyliczenie na jego podstawie krótkookresowego migotania Pst. Ostatni blok ma oczywiste zadanie wyświetlenia lub/i rejestracji wyniku pomiaru.
Przyrządy Agilent 6800 Power Source/ Analyzers pozwalają na pełną automatyzację badań kompatybilnościowych w zakresie niskich częstotliwości. Uzyskuje się ją przez połączenie przyrządu 6800 magistralą HP-IB z komputerem, na którym instaluje się odpowiednie oprogramowanie. Firma Agilent oferuje trzy moduły oprogramowania służącego do automatycznego testowania odbiorników energii elektrycznej w omawianym tutaj zakresie. Moduł Agilent 14761A Harmonie and Flicker Tests umożliwia wykonywanie testów zgodności urządzeń z normami IEC1OOO-3-2 i IEC1OOO-3-3. Oprogramowanie to jest standardowo dostarczane z najsilniejszym przyrządem se-
Kontroler PC
Agilent 14761A Harmonie and Flicker Emission Test software
HP-IB
Źrodto AC Miernik migotania
I
Impedancja
referencyjna Agilent AC Power Source/Analyzer 6800
Testowany odbiornik
Rys. 7.
rii 6800 - Agilent 6843A (4800VA). Do wykonania pełnych zautomatyzowanych badań odporności urządzeń na zakłócenia niskoczęstotliowościowe użytkownik potrzebuje dwóch dodatkowych modułów oprogramowania. Ich symbole i nazwy podano w tab. 1.
Przyrządy 6812B, 6813B oraz 6843A, z odpowiednimi modułami oprogramowania, stanowią kompletne systemy do badań kompatybilnościowych w zakresie niskich częstotliwości. Duże możliwości źródła AC (możliwość generacji zakłóceń, które nie są specyfikowane w omawianych tu standardach, takie jak szumy czy obcięty sygnał sinusoidalny) oraz możliwości łatwego i szybkiego wykonywania testów sprawiają, że urządzenia te są atrakcyjnym narzędziem zarówno dla inżynierów opracowujących nowe urządzenia, jak i dla ekip pracujących na liniach technologicznych fabryk produkujących masowo urządzenia elektryczne. Jacek Falkiewicz, AM Technologies Polska jacek.falkiewicz@am-tech.pl
Wejście->
Kondycjo-nowanie sygnału
Demodu-lacja
Filtr wejściowy O.OWOHz JK S.SHz 2 X
Rys. 8.
Analiza statystyczna
Wyświetlacz
i/lub rejestrator
144
Elektronika Praktyczna 1/2001
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
Dział "Projekty Czytelników" zawiera opisy projektów nadesłanych do redakcji EP przez Czytelników. Redakcja nie bierze odpowiedzialności za prawidłowe działanie opisywanych układów, gdyż nie testujemy ich laboratoryjnie, chociaż sprawdzamy poprawność konstrukcji.
Prosimy o nadsyłanie własnych projektów z modelami (do zwrotu). Do artykułu należy dołączyć podpisane oświadczenie, że artykuł jest własnym opracowaniem autora i nie był dotychczas nigdzie publikowany. Honorarium za publikację w tym dziale wynosi 260,- zł (brutto) za 1 stronę w EP. Przysyłanych tekstów nie zwracamy. Redakcja zastrzega sobie prawo do dokonywania skrótów.
Mikroprocesorowy regulator temperatury z czujnikiem PtlOO
Jednym z częściej
stosowanych elementów
automatyki są regulatory
temperatury. Wynika to
przede wszystkim z dużej
liczby urządzeń, w których
wymagana jest stabilizacja
temperatury. Stosowane są
zarówno w urządzeniach
domowych, takich jak
instalacja CO i CW, jak
i przemysłowych, tj.
w tunelach grzewczych,
chłodniach, kotłach itp.
Kolejny, lecz
niestandardowy
konstrukcyjnie projekt
takiego regulatora
prezentujemy w artykule.
W artykule przedstawiłem rozwiązanie regulatora temperatury o zakresie od 0 do 500�C i rozdzielczości 1�C wykonanego w oparciu o tani sterownik mikroprocesorowy AT89C2051, który z niewielką liczbą elementów towarzyszących jest alternatywny ekonomicznie do rozwiązań analogowych. Do mierzenia temperatury wykorzystałem czujnik PtlOO, dzięki czemu regulator nadaje się do zastosowań przemysłowych.
Przetwornik A/C
Ważnym elementem regulatora jest oczywiście przetwornik A/C, którego niestety AT89C2051 nie posiada. Na szczęście jego konstruktorzy umieścili w strukturze sterownika komparator, na bazie którego można wykonać dość prosty przetwornik - jego schemat ideowy przedstawiono na rys. 1. Przetwarzanie A/C odbywa się według metody czasowej prostej:
- na początku zerowany jest licznik Li oraz rozładowywany kondensator C poprzez ustawienie stanu ,,0" na wejściu odwracającym P1.1 komparatora K - wymusza to logiczną ,,1" na jego wyjściu P3.6,
- po pewnym czasie, gdy kondensator zostanie rozładowany, następuje właściwe przetwarzanie A/C,
- na wejściu Pl.l ustawiane jest ,,1", po czym program sprawdza stan wyjścia komparatora K i jeżeli jest to ,,1", to zawartość licznika Li jest zwiększana o jeden i ponownie sprawdzany jest stan wyjścia komparatora (zawartość licznika będzie zwiększana, dopóki wyjście komparatora K nie zmieni stanu na ,,0").
Ponieważ wejście Pl.l nie posiada rezystora podciągającego, więc napięcie na nim będzie liniowo narastało tylko dzięki ładowaniu kondensatora C przez źródło prądowe I. Zmiana stanu komparatora, a tym samym przerwanie zliczania nastąpi, gdy napięcie na kondensatorze zrówna się z napięcie mierzonym Um, doprowadzonym do wejścia nieod-wracającego Pl.O. Zawartość licznika Li jest cyfrową reprezentacją tego napięcia. Rozdzielczość takiego przetwornika zależy od szybkości instrukcji zliczających oraz czasu przeznaczonego na proces przetwarzania. Teoretycznie można uzyskać bardzo dobry
Projekt
082
przetwornik o dużej rozdzielczości (szybki zegar sterownika, duża pojemność kondensatora C). Niestety, taki sposób przetwarzania A/C jest mało precyzyjny, gdyż wynik zależy od wielu parametrów zmieniających się pod wpływem temperatury i czasu, a są to:
- dryft temperaturowy pojemności C,
- niestabilność częstotliwości zegara,
- dryft temperaturowy wartości prądu ładującego.
Podsumowując, można stwierdzić, że tak zbudowany przetwornik A/C może być wykorzystany jedynie do mało dokładnych pomiarów, nie nadaje się natomiast do dokładnego pomiaru temperatury (sprawdziłem to empirycznie).
Mamy więc do wyboru dwie drogi:
- zakup precyzyjnego i drogiego scalonego przetwornika A/C z wyjściem szeregowym,
- wykonanie go samodzielnie, przy wykorzystywaniu właściwości sterownika AT89C2051.
Rozwiązanie drugie jest ambitniejsze i dlatego zostało wybrane.
W literaturze dotyczącej przetworników A/C dużo

U = U +1
NIE
Rys. 1.
L1 <=> Um
Elektronika Praktyczna 2/2001
91
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
Uref
UKŁAD STERUJĄCY
LICZNIK
L1
AT89C2051
U1, Uref
GND Urn
UZ:
Ux
E t3
Rys. 2.
miejsca poświęca się metodzie przetwarzania z podwójnym całkowaniem, która eliminuje błędy metody opisanej wcześniej. Bardzo popularne kostki ICL7106/7 działają właśnie w oparciu o tę metodę, a wszyscy, którzy je stosowali, wiedzą jak świetne są to układy. Widziałem nawet w jednym z czasopism opis mikroprocesorowego regulatora temperatury na AT89C2051, w którym wykorzystano przetwornik ICL7107. Wymagało to oczywiście zastosowania dodatkowo trzech rej estrów (wejście równoległe, wyjście szeregowe), które zapamiętywały wynik przetwarzania z wyjść przetwornika, normalnie przeznaczonych dla wyświetlaczy LED. Jak dla mnie, rozwiązanie takie jest mało ,,eleganckie" lub, jak kto woli, ,,eleganckie inaczej".
Do wykonania przetwornika działającego według metody podwójnego całkowania potrzebne są tylko dwa wzmacniacze operacyjne i dwa klucze analogowe oraz coś, co tym wszystkim steruje.
Ideę metody podwójnego całkowania przedstawiłem na rys. 2. W pierwszej fazie (tPowoduje to podanie na wejście wzmacniacza Wl, pełniącego funkcję układu całkującego napięcie mierzone Um. Napięcie to jest ujemne w stosunku do masy, tak samo jak w układzie rzeczywistym.
Rozpoczyna się ładowanie kondensatora C i liniowe narastanie napięcia na wyjściu wzmacniacza Wl (U2).W tym czasie układ sterujący sprawdza stan wyjścia komparatora K (drugi wzmacniacz) i jeżeli zmieni on stan z 1 na 0 (t=tl), to następuje uruchomienie
zliczania impulsów w liczniku Li. Zliczanie trwa do chwili, aż licznik się przepełni, co oznacza, że zostanie zliczona maksymalną liczba impulsów dla danej rozdzielczości, np. dla rozdzielczości 10-bitowej jest to 1024 impulsów. Na wykresie przepełnienie licznika wystąpiło w chwili t2. Do tego czasu kondensator C naładował się do wartości Ux. Teraz układ sterujący wykonuje następujące czynności:
- zeruje licznik Li,
- wyłącza klucz KLUl,
- załącza klucz KLU2 (zaczyna się zliczanie impulsów w liczniku Li) i sprawdza cyklicznie stan wyjścia komparatora.
Załączenie klucza KLU2 powoduje podanie na wejście integratora napięcia wzorcowego Uref, które ma odwrotną polaryzację niż napięcie mierzone Um. Powoduje to rozładowywanie kondensatora C i zmniejszanie się napięcia na wyjściu wzmacniacza Wl (U2). Zliczanie impulsów w liczniku Li trwa do chwili zrównania się napięć wejściowych komparatora K, wtedy zmienia on swój stan z 0 na 1 (t=t3). Wartość zliczona w liczniku Li jest cyfrową reprezentacją napięcia mierzonego. Z rozważań teoretycznych (patrz [l]) wynika, że na wynik przetwarzania nie mają wpływu zmiany wartości R, C i f (częstotliwość zegara sterownika), a jedynie wartość napięcia wzorcowego Uref. Zostało to potwierdzone w praktyce, gdyż wykonany przetwornik charakteryzował się dużą stabilnością przetwarzania. Algorytm sterowania
przetwarzaniem A/C z podwójnym całkowaniem pokazano na rys. 3.
W krokach od 1. do 6. jest sprawdzane czy napięcie mierzone Um nie jest mniejsze lub równe zero, a jeżeli tak jest, to przetwarzanie jest przerywane. Gdyby ich nie było, to dla takiego przypadku program by się zawieszał, gdyż wyjście komparatora nigdy nie przyjęłoby stanu 0.
Kroki od 7. do 9. to faza tl-t2, gdy do wejścia integratora podane jest napięcie mierzone Um i trwa ładowanie kondensatora C. Kroki od 10. do 18. to faza t2-t3. W kroku 15. sprawdza się czy napięcie mierzone nie przekroczyło zakresu pomiarowego.
Jak wynika z przedstawionego algorytmu, rozdzielczość przetwarzania jest dowolna i zależy jedynie od przyjęcia wartości Umax. W układzie rzeczywistym przyjęto, że Umax=1000, co daje około 10-bitową rozdzielczość, ale nic nie stoi na przeszkodzie żeby rozdzielczość wynosiła np. 32 7 lub 2458; należy jedynie dopasować wartości C i R tak, aby napięcie Ux zmieściło się w zakresie liniowej pracy wzmacniacza Wl (patrz rys. 2). Oczywiście, im większa rozdzielczość, tym bardziej wydłuża się czas przetwarzania.
Opis układu
Schemat elektryczny regulatora pokazano na rys. 4. Do budowy przetwornika A/C wykorzystano jedynie połówki dwóch popularnych układów scalonych tj. poczwórnego wzmacniacza operacyjnego TL084 oraz czterokrotnego klucza analogowego 4066. Na-
Stan Operacja Wyświetlacz Diody LED Uwagi
Normalny Wskazuje bieżącą temperaturę Świeci się jedna z diod sygnalizująca stan wyjścia ZAL/WYL
Nastawa WYL Naciśnięcie przycisku "wybór" Wskazuje wartość temperatury, po przekroczeniu której nastąpi wyłączenie sterowanego urządzenia Migocze dioda WYL Można dokonać zmian nastaw przełącznikami "góra" i "dół"
Nastawa ZAU) Powtórne naciśnięcie przycisku "wybór" Wskazuje wartość histerezy. Załączenie urządzenia nastąpi po obniżeniu się temperatury poniżej temperatury WYL-HISTEREZA Migocze dioda ZAL Można dokonać zmian nastaw przełącznikami "góra" i "dół"
Nastawa OFFSET^ Jednoczesne naciśnięcie przycisków "góra" i "dół" Wskazuje wartość OFFSET-u z odpowiednim znakiem Diody WYL i Zal migoczą naprzemiennie Można dokonać zmian nastaw przełącznikami "góra" i "dół"
1) Powrót do stanu normalnego następuje po powtórnym naciśnięciu przełącznika "wybór". 2) Po ponownym naciśnięciu przycisku "wybór" sterownik przechodzi do nastawy WYŁ.
Elektronika Praktyczna 2/2001
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
S
S
NIE
KONIEC
Um = O
WYŁ KLU1
ZAL
KLU2
TAK
TAK
ł
WYŁ KLU2

KONIEC Um = L1
Rys. 3.
pięcie wzorcowe Uref = 1,2V otrzymywane jest z układu REF (LM385-1.2). Dzielnik R5, R6, ustalający napięcie na wejściu nie odwracającym wzmacniacza US4/C, razem z rezystorem R4 wymuszają stalą wartość prądu płynącego przez czujnik PtlOO. Wartość tego prądu oblicza się według następującego wzoru:
Iczujnika = = (1,2V*R6/(R5+R6))/R7
Dla wartości podanych na schemacie jego wartość wynosi około 3mA.
Kondensator C5 włączony równolegle do czujnika tłumi
zerowanie licznika L1
podanie napięcia mierzonego Urn na wejście integratora
sprawdzenie wyjścia komparatora K
gdy wyjście K = 1 to zwiększ licznik L1o1
sprawdzenie czy licznik L1 nie został przepełniony
Jeżeli tak, to napięcie mierzone Um jest mniejsze lub równe zero
wyjście komparatora K = o, zerowany Jest licznik L1
zwiększanie zawartości licznika L1 o 1
sprawdzenie czy licznik L1 nie został przepełniony
jeśli tak, to jest zerowany licznik L1
odłączenie napięcia mierzonego Um od integratora
podanie napięcia wzorcowego Uref na wejście integratora
sprawdzanie wyjścia komparatora K
gdy K = 0, to zwiększ zawartość licznika o 1
sprawdzenie czy licznik się nie
przepełnił, jeżeli tak, to nastąpiło
przekroczenie zakresu pomiarowego
odłączenie napięcia wzorcowego Uref od integratora
wyjście koparatora K = 1, więc zawartość L1 to Um
zakłócenia, jakie powstają na jego doprowadzeniach. Wzmacniacz US4/D służy do obróbki napięcia otrzymywanego z wyjścia US4/C, przy czym potencjometrem HE2 reguluje się koniec, a potencjometrem HEl początek zakresu pomiarowego. W pętli sprzężenia zwrotnego umieszczono termistor służący do kompensacji termicznej obwodów wejściowych regulatora. Drugą ważną funkcją jaką pełni US4/D jest odwrócenie polaryzacji napięcia mierzonego -jest to niezbędne do procesu przetwarzania A/C. Wzmac-
niacz US4/B pełni rolę integ-Tatora, natomiast US4/A wykorzystano jako komparator przetwornika A/C.
Klucze analogowe KLUl i KLU2 sterowane są za pomocą tranzystorów T 1 i T 2. Gdy tranzystory są w stanie odcięcia (jedynki logiczne na wyjściach KLl i KL2), to klucze są rozwarte [bardzo duża rezystancja), gdyż dochodzi do nich ujemne napięcie sterujące poprzez rezystory R14 i Rll. Ustawienie logicznego zera na wyjściu KL 1 lub KL2 powoduje podanie dodatniego napięcia sterującego i zamknięcie odpowiedniego klucza. Tranzystor T3 służy do dopasowania wyjścia komparatora do zakresu napięć wejściowych sterownika AT89C2051.
Wyświetlacze i diody sygnalizacyjne LED sterowane są multipleksowo za pomocą tranzystorów T7..T10 oraz rejestru przesuwnego 74HC164. Pamięć szeregowa EEPROM 24C02 (US2) służy do przechowywania nastaw, aby nie trzeba było ich wpisywać po każdym włączeniu regulatora. W stopniu wyjściowym mocy jest triak TRIA włączany optotriakiem US6. Zasilacz symetryczny ą5V wykonano w układzie jednopo-łówkowym, wykorzystując do stabilizacji napięcia układy 7805 (STl) i 79L05 (ST2). Do zmiany nastaw służą trzy przełączniki astabilne PR1..PR3, przy czym przełącznikiem PRl wybiera się rodzaj nastawy, a przełącznikami PR2 i PR3 dokonuje się jej zmiany. Najważniejszym elementem jest oczywiście sterownik mikroprocesorowy AT89C2051 USl, który tym wszystkim ,,zawiaduje".
Opis programu
Po starcie program uruchamia przerwanie realizowane na liczniku TO. Wykorzystywane jest ono do multiplek-sowego sterowania wyświetlaczy i diod sygnalizacyjnych LED. Po wyświetleniu każdej z cyfr przerwanie jest zawieszane i wykonywane jest przetwarzanie A/C. Następnie program ponownie uruchamia przerwania i przechodzi do procedury wczytania nastaw z pamięci US2 i jeżeli któraś z nich nie mieści się w dopuszczalnym zakresie, to do pamięci wpisywane są nastawy domyślne, program zostaje zatrzymany, a na wyświetlaczu pojawia się napis "Pro". Wymaga to ponownego wyłączenia i załączenia regulatora,
w wyniku którego startuje on z nastawami domyślnymi (WYŁ = 20�C, HISTEREZA = -10�C, OFFSET=0�C).
Zatrzymanie pracy regulatora i ręczna ingerencja aby ją przywrócić jest zabezpieczeniem sterowanego urządzenia w sytuacji " ucieczki " nastaw z pamięci EEPROM. Dlatego po każdym takim przypadku należy skorygować nastawy.
Następnie program przechodzi do pętli głównej, której podstawowym zadaniem jest sprawdzanie przełączników PR1..PR3 i odpowiednie zareagowanie na ewentualne zmiany ich stanów. Pętla główna okresowo jest przerywana przez procedurę przerwania, która wpisuje do rejestru US3 wartość kolejnej cyfry do wyświetlenia oraz włącza odpowiadający jej tranzystor anodowy (T7..T10). Po wyświetleniu wszystkich cyfr program przechodzi do procedury pomiarowej, w wyniku której otrzymywana jest pewna liczba będąca cyfrową reprezentacją temperatury mierzonej przez czujnik. Wynik przetwarzania zapisywany jest w specjalnym rejestrze, gdyż do dalszej obróbki wykorzystuje się wartość średnią z kilku pomiarów.
Założono, że regulator ma pracować w zakresie O..5OO�C. Charakterystyka czujnika PtlOO jest nieliniowa (patrz [2]) została więc przeprowadzona jej aproksymacja za pomocą pięciu odcinków, dzięki czemu udało się uzyskać liniowe zależności napięcia od temperatury wskazań w całym zakresie pomiarowym. Kolejnym czynnikiem wpływającym na dokładność pomiaru temperatury jest rezystancja doprowadzeń oraz klasa wykonania czujnika, co w praktyce oznacza, że rezystancja PtlOO mierzona łącznie z doprowadzeniami różni się od tej, która wynika z charakterystyki (patrz [2]).
Dlatego też następnym krokiem, jaki wykonuje program, jest korekcja temperatury o wartość tego błędu zwanego OFFSET-em. OFFSET należy wyznaczyć doświadczalnie, porównując temperaturę wskazywaną przez regulator z temperaturą, jaka naprawdę panuje w miejscu pomiaru: OFFSET = T rzeczywista -T wskazywana
Schemat blokowy procedury otrzymywania wskazań temperatury przedstawiono na rys. 5.
Elektronika Praktyczna 2/2001
93
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
Tak skorygowana wartość temperatury jest porównywana z nastawami regulatora, tzn. z wartością, przy której następuje wyłączenie urządzenia sterowanego (WYŁ) oraz z wartością, przy której następuje jego załączenie (ZAŁ):
jeżeli T2>WYŁ to wyłącz jeżeli T2- T2 - temperatura po korekcji,
- ZAŁ=WYŁ-HISTEREZA.
Przełączenie stanu wyjścia nastąpi, gdy powyższe warunki są spełnione w czasie kilkusekundowej zwłoki czasowej. Po zakończeniu procedury pomiarowej następuje odblokowanie przerwań, a program wraca do pętli głównej.
Bardzo istotne jest odpowiednie ustawienie okresu przerwania, czyli czasu, po którym jest wyświetlana następna cyfra, tak aby nie występowało zjawisko migotania. Doświadczalnie stwierdzono, że minimalna częstotliwość z jaką mogą być wyświetlane cyfry to około 40Hz.
Do sprawdzania i zmiany nastaw służą trzy przełączniki oznaczone następującymi symbolami:
wybór c~^~?|
na dół i^
do góry ^
Ustawianie nastaw przedstawiono w tab. 1.
Po każdorazowym wyjściu z procedury sprawdza się czy nie uległy zmianie nastawy. Jeżeli tak się stało, to nowe nastawy zostają zapisane w pamięci US2. Zakres możliwych nastaw regulatora przedstawiono w tab. 2.
Program dopuszcza ustawienie wartości OFFSET-u równej +9�C, lecz przy powtórnym włączeniu regulatora wywoła to błąd i wpisanie nastaw domyślnych. Jest to ,,kruczek" służący do demonstrowania obsłudze jak ma się zachować, gdy na wyświetlaczu pojawi się napis "Pro".
Regulator sygnalizuje następujące błędy w obwodzie czujnika:
- E01 - przekroczenie zakresu lub przerwa w obwodzie pomiarowym
- E02 - temperatura mniejsza niż -8�C lub zwarcie w obwodzie pomiarowym.
Zarówno błąd E01, jak i E02 ustawiają wyjście regulatora w stan WYŁĄCZONY.
Tab. 2. Zakres nastaw regulatora.
Nastawa Zakres Rozdzielczość Nastawy producenta
WYL 2..500�C 1�C 20�C
HISTEREZA 1..99�C 1�C 10�C
OFFSET -9..+8�C 1�C 0�C
4.
94
Elektronika Praktyczna 2/2001
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
Tab. 3. Charakterystyka rezystancja-temperatura czujnika PtlOO
c 0 100 200 300 400 500 600 700 800
0 100,00 138,50 175,83 212,00 247,03 280,91 313,60 345,08 375,32
+10 103,90 142,29 179,50 215,56 250,47 284,23 316,80 348,16 378,27
+20 107,80 146,06 183,15 219,10 253,90 287,54 319,99 351,23 381,21
+30 111,68 149,82 186,80 222,63 257,32 290,84 323,17 254,29 384,14
+40 115,54 153,57 190,44 226,15 260,72 294,13 326,34 357,33 387,06
+50 119,40 157,31 194,06 229,66 264,11 297,40 329,49 360,36 389,96
+60 123,24 161,04 197,67 233,16 267,50 300,67 332,64 363,38
+70 127,07 164,75 201,27 236,64 270,87 303,92 335,77 366,38
+80 130,89 168,45 204,86 240,12 274,22 307,16 338,89 369,37
+90 134,70 172,15 208,44 243,58 277,57 310,38 341,99 372,35
+ 100 138,50 175,83 212,00 247,03 280,91 313,60 345,08 275,32
Montaż i uruchomienie
Regulator został wykonany na dwóch jednostronnych płytkach i umieszczony w obudowie plastikowej o wymiarach 109x90x69mm (typ Z3A). Na płytce górnej umieszczono wyświetlacze, przełączniki PR1..PR3, sterownik AT89C2051 i pamięć 24C02. Na płytce dolnej znajduje się zasilacz ą5V, przetwornik A/C oraz obwód wyjściowy (triak + optotriak). Pod wszystkie układy scalone zastosowano podstawki.
Kalibracja
Do kalibracji potrzebne będą dwa oporniki, jeden o wartości lOOH (lub nieco większej), a drugi o wartości bliskiej wartości rezystancji maksymalnego zakresu, tj. około 280,9LX W najlepszej sytuacji są posiadacze oporników dekadowych, można także posłużyć się potencjometrami wieloobrotowymi.
Potencjometry HEl i HE2 należy ustawić w położeniu
T rzeczywista
czujnik Pt100
r
Pizetwomlk A/C
r
Licznik L1
r
T1=k*L1
r
T2 = T1 +/- OFFSET
Rys. 5.
środkowym. Pierwsze włączenie poprawnie wykonanego regulatora powinno spowodować wpisanie wstępnych nastaw domyślnych do pamięci 24C02 (US2) oraz pojawienie się na wyświetlaczu napisu "Pro". Należy wówczas wyłączyć i powtórnie załączyć regulator. Tym razem powinien pojawić się napis "EO1", co świadczy o braku czujnika w obwodzie pomiarowym. Zwarcie zacisków czujnika powinno spowodować wyświetlenie komunikatu ,,EO2". Kalibrację rozpoczynamy od umieszczenia w zaciskach czujnika rezystora równego lOOH. Ważne jest, abyśmy wiedzieli, jakiej temperaturze odpowiada jego rezystancja (patrz tabela 3). Następnie tak regulujemy potencjometrem HEl, aby wyświetlacz pokazywał tę właśnie temperaturę. Umieszczamy w zaciskach drugi rezystor (którego rezystancję zmierzyliśmy i wiemy jaką reprezentuje temperatu-rę), po czym regulujemy potencjometrem HE2, tak aby wskazania tej właśnie temperatury otrzymać na wyświetlaczu. Powtórnie umieszczamy pierwszy rezystor w zaciskach czujnika i stwierdzamy, że regulator nie wskazuje wartości temperatury, którą ustawiliśmy poprzednio. Ustawiamy ją ponownie potencjometrem HEl i powtarzamy kalibrację z drugim opornikiem, regulując potencjometrem HE2. Po kilku takich operacjach regulator będzie wskazywał obie temperatury poprawnie. Oznaczać to będzie, że kalibracja została zakończona.
Następnie należy wyznaczyć wartość OF-FSET-u, czyli błędu
korekcja temperatury o wartości wnoszonego przez OFFSET-u rezystancję dopro-
wadzeń oraz niedo-
L1 jest cyfrową reprezentacją temperatury
zamiana wartości L1 na temperaturę zgodnie z charakterystyką PtlOO
" rzeczywista Ś wskazywana
kładności wykonania samego czujnika PtlOO. Najprościej jest wykonać to w warunkach rzeczywistych, przy czym musimy znać temperaturę jaka panuje w danej chwili w miejscu pomiaru. OFFSET obliczamy z następującego wzoru:
OFFSET=T.
T,
gdzie: OFFSET - wartość offsetu ze
znakiem ,, + " lub ,,-" Trzeczywista " rzeczywista temperatura w miejscu pomiaru Twskazywana " temperatura wskazywana przez regulator Po wpisaniu wartości offsetu temperatura wskazywana przez regulator powinna być taka sama jak temperatura rzeczywista (zmierzona np. innym termometrem). Po przeprowadzeniu powyższych czynności regulator jest gotowy do pracy i należy tylko ustawić odpowiednie wartości WYŁ i ZAŁ.
Uwagi końcowe
Moc jaką może sterować regulator zależy od typu zastosowanego triaka TRIA. Należy tylko pamiętać o zastosowaniu odpowiedniego radia-tora przy bezpośrednim sterowaniu grzałkami. Użycie jako jednej z nastaw wartości his-terezy znacznie ułatwia obsługę, gdyż na ogół zmienia się tylko wartość progu wyłączania, a próg załączania ustala się samoczynnie. Niewykorzystane klucze z układu 4066 (US5) mogą posłużyć do rozbudowy regulatora o dwa dodatkowe kanały pomiarowe. Podczas prób zauważono zmianę wskazań pod wpływem wzrostu temperatury wewnątrz obudowy wywołanej wydzielaniem ciepła w stabilizatorze 7805. Okazało się, że winę za to ponoszą elementy obwodu wejściowego tj. US4/C, US4/D, HEl i HE2.
Skutecznym sposobem eliminującym skutki tego zjawiska okazało się zastosowanie termistora TERM [27a) zbocz-nikowanego rezystorem R34 (lOOn), który został umieszczony w pętli sprzężenia zwrotnego wzmacniacza US4/D. Mariusz Dulewicz
Literatura:
[1] Kulka Z., Libura A., Na-dachowski M., "Przetworniki analogowo-cyfrowe i cyfrowo-analogowe", WKŁ, Warszawa 1987
[2] Górecki P., "Termometr z czujnikiem platynowym PtlOO", Elektronika Praktyczna 7/94
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
R1..R3, R26: l,5kQ
R4: lkQ
R5: 3,6k a
R6: 2,2kQ
R7: 150Q
R8, R12, R16: l,8kQ
R9: 3,3kQ
RIO: 910Q
Rll, R14: 27kQ
R13, R17, R28: 4,7kQ
R15: 470kQ
R18..R25, R31: 220Q
R29: 10kQ
R32, R33: 3ÓOQ
R34: 100Q
Kondensatory
Cl, C21: 470^F/25V
C3, C9: 100^F/25
C5: 1^F/25V
Có: 2,2nF
C7, CIO, C17..C19: lOOnF
C8, C12..C14: 4,7^F/16V
Cli: 10^F
C15, Cló: 33pF
Półprzewodniki
Dl, D2: 1N4002
D3: LED i|)5mm czerwona
DCZ: LED i|)5mm czerwona
DZI: LED i|)5mm zielona
Tl, T2, T7..T10: BC 327
T3: BC 337
ST1: 7805
ST2: 79L05
REF: LM358-1.2
US1: AT89C2051
US2: 24C02
US3: 74HC164
US4: TL084
US5: 4066
US6: MOC3062
TRIA: BTA 06
W1...W3: SA52-11GWA
KINGBRIGHT
Różne
Ql: rezonator kwarcowy
24 MHz
PR1...PR3: przełgcznik
astabilny zwiemy
TS: TS 2/14
Elektronika Praktyczna 2/2001
95
I N F O ŚWIAT
Technologia
Jeszcze mniejsze bramki
Philips zaproponował swoim odbiorcom pojedyncze bramki logiczne w obudowach mniejszych ook. 30% od dotychczas oferowanych przez innych producentów. Układy serii PicoGate74LVC1Fxx są przy-
Głosowa karta chipowa
Brytyjska firma Domain Dynamics opracowała oryginalną aplikację kontroli dostępu, w której wykorzystano kartę chipową. W odróżnieniu od standardowych aplikacji, w brytyjskim opracowaniu kartę wykorzystano jako nośnik wzorca głosu jej użytkownika, dzięki czemu "wyciśnięcie" przez złodzieja z niego kodu PIN nie będzie tak proste jak dotychczas. Dekodowa-niem głosu zajmuje się system TESPAR, który jest dostępny w postaci modułów IP dla kart chipo-wych zJavą oraz dla standardowych systemów DSP i mikroprocesorowych.
Turbo zegary IDT
IDT jest producentem jednych z najszybszych na świecie układów pamięciowych i procesorów RISC. Początek 2001 roku zaowocował wprowadzeniem szybkich układów TurboClock, których zadaniem jest
stosowane do zasilania napięciem 3,3V, a powierzchnia zajmowana przez układ w obudowie SOT353 nie przekracza 1/10 powierzchni zajmowanej przez standardowe obudowy SO14.
precyzyjna synchronizacja wszystkich elementów cyfrowych pracujących w systemach taktowanych sygnałem zegarowym o częstotliwości 133MHz. Obowiązujący do niedawna standard "pobito" dwukrotnie...
Fantastyczna pamięć
O pamięciach ferroelektrycznych mówi się od pewnego czasu, brakowało natomiast "przełożenia" tych opowiadań na realne osiągnięcia. W ostatnich dniach grudnia 2000 dwie wielkie firmy elektroniczne: Infineon i Toshiba ogłosiły projekt wspólnego wdrożenia do produkcji nieulotnych pamięci FeRAM. Pamięci tego typu charakteryzują się krót-
kim czasem dostępu (zbliżonym do pamięci SRAM), małym poborem mocy, dużą liczbą możliwych cykli przeprogramowania komórek pamięciowych. W wyniku porozumienia pierwsze próbki 8Mb pamięci FeRAM znajdą się na rynku w marcu tego roku, a pierwsze układy 32Mb będą dostępne w końcu 2002 roku. Koniec Flashy?
0.12um to już standard
Uruchomiona wspólnie przez Phi-lipsa i STMicroelectronics fabryka półprzewodników we francuskim Crolles osiągnęła moce produkcyjne w technologii 0,12jim. Dzięki temu wszystkie układy serii Nex-peria, aktualnie produkowane ASI-Ci oraz planowane do produkcji w niedalekiej przyszłości układy System on Chip będą produkowa-
W samochodach 42V
Coraz silniejsze zelektronizowanie współczesnych samochodów wymusiło na producentach - jak wiadomo ciągle szukających oszczędności - intensyfikację prac badawczych nad zwiększeniem napięcia w samochodowej instalacji elektrycznej. Dzięki temu zabiegowi możliwe będzie znaczne obniżenie ciężaru instalacji samochodowej i ograniczenie strat energii wczes-
ne w nowoczesnej, oszczędnej technologii z połączeniami miedzianymi. Napięcie zasilania rdzenia układów produkowanych w nowej fabryce wynosi zaledwie 1,2V, a typowy czas propagacji sygnału przez standardową bramkę logiczną nie przekracza 12ps. Przedstawiciele Philipsa twierdzą, że CM0S12 to już standard.
to przeciążanych kablach miedzianych. Pierwsze 42-woltowe samochody pojawią się na rynku na początku 2003 roku. Inicjatywa jest wspierana przez producentów podzespołów elektronicznych, wśród których prym wiedzie Philips oferujący już teraz specjalne tranzystory polowe Tren-chMOS przystosowane do pracy w instalacjach nowego typu.
Złamana bariera
Kilkuletnie prace Cypressa nad układami programowalnymi zaowocowały podwójnym sukcesem: powstały pierwsze seryjne układy Sys-tem-on-Chip oraz układy CPLD o bardzo dużej gęstości upakowania. W ramach serii Delta39K są dostępne reprogramowalne układy o pojemności logicznej odpowiadającej układom FPGA, w których zintegrowano aż 350000 bramek logicznych. Układy programowalne - jak widać - coraz więcej mogą, a dotychczasowe bariery na drodze ich rozwoju przestają mieć znaczenie.
Elektronika Praktyczna 2/2001
97
I N F O ŚWIAT
Płyta na zamówienie
cji oraz "białych ksiąg" poświęconych tematom uznanym przez ON Semi-conductor za ważne. Czytelników zainteresowanych skomponowaniem własnego CD zachęcamy do zajrzenia pod adres: http://www.onsemi.com/ pub/frames/1,1245,onli-neorder.OO.html.
Firma ON Semiconductor (spadkobierca Motoroli) przygotowała dla swoich klientów niezwykłą ofertę -poprzez formularz na stronie www.onsemi.com można zamówić płytę CD-ROM z samodzielnie wybranymi materiałami. Można wybierać pośród not katalogowych, aplika-
Koniec Krzemowej Doliny?
Kłopoty z zaopatrzeniem w energię elektryczną w Krzemowej Dolinie są nagłaśniane przez prasę na świecie od dłuższego już czasu, lecz do szeregu spektakularnych przypadków, które zaowocowały drastycznymi decyzjami zarządów kilku firm, doszło w połowie stycznia 2001. Wśród firm, które dużo straciły z powodu przerw w dostawach prądu jest m.in. IDT, która 17 stycznia straciła wszystkie ukła-
Pastylkowy wilgotnościomierz
dy znajdujące się na linii produkcyjnej. Poniesione przez firmę bezpośrednie straty wyniosły ok. 1 min USD. Podobne kłopoty mają m.in. AMD, VLSI Research, Intel, IBM, a także producenci oprogramowania (m.in. Synopsys). Niektóre firmy (Sun, Sony) zaczęły inwestować w spalinowe generatory prądu, których powszechne stosowanie grozi z kolei klęską ekologiczną. Czy to koniec Krzemowej Doliny?
Dallas Semiconductor ciągle rozwi- vy. Do grona tych niezwykłości do-
ją rodzinę układów iButton, wśród których dostępne są cyfrowe termometry i termostaty, przetworniki A/ C, zegarki z kalendarzami, programowane moduły l/O, a także moduły kryptograficzne zintegrowane z maszynami Ja-
O
łączył widoczny na zdjęciu jed-noprzewodowy czujnik wilgotności DS-ADI401, którego obudowa jest w pełni kompatybilna z dotychczas oferowanymi układami. Nowy układ Dallasa nosi nazwę HydroChron.
eZ80 wsparty przez IAR
Przedstawiany przez nas "internetowy" procesor firmy Zilog eZ80 znalazł wielkiego sojusznika, szwedzką firmę IAR - producenta jednych z najlepszych na świecie kompilatorów Cdla większości dostępnych na świecie mikrokontro-
IAR wkracza w Bluetootha..
...i to do tego poprzez interefejs USB. Doskonale znany w Polsce producent kompilatorów Cdla różnych mikrokontrolerów zajął się teraz przygotowaniem specjalizowa-
lerów i procesorów. Wten sposób jeden z mikroprocesorów o najbardziej interesującej - spośród nowości z ostatnich miesięcy - konstrukcji znalazł potężne wsparcie w postaci doskonałych narzędzi. Droga do sukcesu stoi otworem!
nych driverów dla systemu operacyjnego Windows, które umożliwią jego komunikację z bezprzewodowymi modułami komunikacyjnymi opartymi na Bluetooth.
Hewlett nie żyje
12 stycznia 2001 zmarł w wieku 87 lat William Hewlett (na zdjęciu stoi), jeden ze współzałożycieli słynnej firmy Hewlett-Packard, której dział elektroniczny po przekształceniach nosi nazwę Agilent. Od roku 1978 był na emeryturze, ale ciągle aktywnie wspierał działania firmy, kładąc szczególnie duży nacisk na prowadzenie ciągłych badań rozwojowych, które nieustannie owocowały słynnymi na cały elektroniczny świat patentami. Wten sposób na początku nowego wie-
ku zakończył się wielki etap w historii elektroniki.
Gospodarka
Newport Components sprzedany
Brytyjski producent przetwornic DC/DC - firma Newport - została sprzedana rynkowemu potentatowi, firmie C&D Technologies. Asortyment oferowany przez firmę nie uległ zmianie, dzięki czemu dotychczasowi klienci nie będą musieli zmieniać dotychczasowych
Nowy dystrybutor Rohma
Rohm postanowił rozszerzyć listę dystrybutorów o jednego z prężniej rozwijających się dystrybutorów w Europie - firmę Future. Licencja dystrybucyjna ma objąć całą gamę produktów Rohma, w tym także elementy sensorowe, półprzewodnikowe elementy świecące i światłoczułe. Jest szansa, że Rohm zagości także w Polsce!
Gigantyczny Microchip
W połowie stycznia 2001 doszło do połączenia Microchipa z "podchodzoną" przez niego firmą Tel-Com, która skupiała się dotychczas na produkcji szerokiej gamy układów analogowych. Wten sposób Microchip zapewnił sobie doskonale przygotowane kadry techniczne oraz sieć dystrybucji układów analogowych, na które - jak to można
przyzwyczajeń. Zmianie uległ adres internetowy, wyrobów Newporta należy teraz szukać pod adresem: http://www.dc-dc.com. Grupa CDT za Newporta zapłaciła 50mln USD gotówką. Sprzedaż zakończono w drugiej dekadzie grudnia 2000.
MlCFIOCHIR
rlltflBii
TelCom*
t� sur ttam
było zauważyć - firma miała chęć od kilku lat.
98
Elektronika Praktyczna 2/2001
I N F O KRAJ
Dwułunkcyjny odtwarzacz DVD łirmy Sony
DVP-S9000ES sianowi połączenie odtwarzacza DVD oraz odtwarzacza dźwięku w standardzie Super Audio CD (SACD).Gtówną innowacją w tym odtwarzaczu jest wprowadzenie nowego typu procesora graficznego MPEG, który umożliwia znaczną redukcję szumów polowych (Field Noise Reduction) i blokowych (Błock Noise Reduction). DVP-S9000ES jest pierwszym urządze-
nasycenie i odcień kolorów, ostrość, opóźnienie sygnatu chrominancji i korekcja gamma. Equalizer jest wstanie zachować w pamięci tlash ustawienia dla 300 dysków. Istotnym novum jest zastosowanie dwu-kanatowej technologii SACD odtwarzania dysków optycznych. DVP-S9000ES wykorzystuje technologię przetwarzania sygnatu dźwiękowego Direct Stream Digital (DSD), wktó-
niem tego typu, które wykorzystuje odmianę DNR (Digital Noise Reduction) opracowaną specjalnie dla obrazów skompresowanych w standardzie MPEG. Zastosowano tu specjalny uktad filtrujący, wznacznym stopniu niwelujący zjawisko szumu blokowego, powstające na ekranie przy odtwarzaniu ruchomych obrazów, a pochodzące od tych ich części (bloków), które pozostają przez jakiś czas niezmienne. Także system Field Noise Reduction skutecznie redukuje szum polowy, nawet w przypadku, gdy obraz zawiera elementy ruchome, które we wcześniejszych wersjach tego typu uktadów byty traktowane jako za-któcenie, co zmniejszało efektyw-ność filtrowania i pozbawiało obraz drobnych szczegółów. Kolejnym nowym elementem wpływającym na jakość odtwarzanego obrazu jest 10-bitowy przetwornik cyfrowo-a nałogowy, pracujący z częstotliwością 54 MHz. Użytkownik ma możliwość regulacji,(i za pomocą korektora cytrowego ) takich parametrów obrazu jak jaskrawość,
Polska premiera PlayStation 2
Firma Sony wprowadziła na rynek konsolę PlayStation 2. Obsługuje ona formaty audio CD i DVD, stanowiąc kompletne, domowe centrum rozrywki. Standardowo dostarczany jest wraz z PlayStation 2 kontroler analogowy DualShock 2, kabel AV Multi, przewód zasilania oraz dysk demonstracyjny, zawierający derno gry oraz demonstracje DVD. Dostępne będą też dodatkowe urządzenia peryferyjne: karla pamięci 8MB, multitap pozwalający na jednoczesne podłączenie 4 kontrolerów, statywy oraz dodatkowe urządzenia innych producentów, takie jak kierownica i pistolety. W przyszłości dostępny
rej dźwięk jest testowany z częstotliwością 2,8224MHz, a nagrywany jest bezpośrednio jako sygnał cyfrowy z przetwarzaniem 1-bitowym. Pozwala to na dokładne odtworzenie analogowej fali dźwiękowej generowanej przez oryginalne źródło. Zastosowanie odrębnego zegara systemowego dla toru audio zapewnia synchronizację wszystkich podsystemów dźwiękowych. Generator impulsowy S-TACT, nowy filtr dol-noprzepustowy oraz filtr cyfrowy VC24 także korzystnie wpływają na jakość dźwięku. DVP-S9000ES ma dwa transformatory typu R-Core, pozwalające na oddzielenie zasilania układów cyfrowych i serwomechanizmów. Zabezpiecza to układy dźwiękowe przed wpływem szumów cyfrowych. Dalszą poprawę jakości dźwięku można uzyskać wytaczając układy video, cyfrowe układy wyjściowe, a nawet obwód panela wyświetlacza.
Więcej informacji: Sony Poland Sp. z o.o., 02-134 Warszawa, ul. 1 Sierpnia 8, tel. (0-22) 878-70-01..02, fax: (0-22) 878-70-00.
będzie też dysk twardy oraz modem umożliwiający połączenie z szerokopasmowym Internetem. Konsola PlayStation 2 jest w pełni kompatybilna z grami i urządzeniami PlayStation i PS one, co w praktyce oznacza, że na PS2 można grać w gry z poprzedniej wersji konsoli. W dniu wprowadzenia na rynek PS2 Sony Poland oferowała 3 gry, a inni producenci przygotowali ok. 40 tytułów. Do końca roku 2001 na rynku pojawi się ok. 200 gier. Więcej informacji: Sony Poland Sp. z o.o., 02-134 Warszawa, ul. 1 Sierpnia 8, tel. (0-22) 878-70-01..02, fax: (0-22) 878-70-00.
Multimetr APPA305
Miernik APPA305 ma 12 funkcji pomiarowych z automatycznym wyborem zakresu: napięcie stałe (DCV), przemienne (ACV) i złożone (AC+DC V), prąd stały (DCA) i przemienny (ACA), rezystancja p), niskonapięciowy pomiar rezystancji (LVW), test diod i ciągłości, pojemność, częstotliwość (Hz), temperatura fC^F). Jak każdy przyrząd serii APPA300, wyposażony jest w podświetlanie ekranu. Możliwe jest także ustawienie czasu, po którym podświetlenie zostanie wyłączone automatycznie. Użytkownik wybiera sposób pracy skali analogowej: liniowo, z rozciągiem (zoom), z zerem po środku skali analogowej (galwanometr), z rozciągiem względem zera, lub z wyłączeniem skali analogowej. Odczyt dokonywany jest z dokładnością max. 40000 lub 4000. Miernik ten dysponuje również dodatkowymi funkcjami. Można np. zachować w pamięci miernika i w dowolnej chwili wyświetlić na dodatkowym polu odczytowym do siedmiu wybranych pomiarów. Inne funkcje dodatkowe pozwalają na zapamiętanie mierzonej wartości i jednoczesne kasowanie poprzednio zapamiętanej wielkości, wychwytywanie i zapis do pamięci wartości szczytowych o czasie trwania minimum 0,1ms, wyświetlenie na dodatkowym polu odczytowym wartości maksymalnych i minimalnych danej serii pomiarowej wraz z czasem ich wystąpienia, dokonanie pomiarów względnych w postaci różnicowej lub procentowej, ustawienie wartości odniesienia. Ponadto APPA 305 wyposażony jest w funkcje ustawania sygnalizacji akustycznej (buzzer), uśredniania pomiarów, czasu automatycznego wytaczania zasilania i podświetlania wskaźnika, wyświetlania częstotliwości, impedancji dBm i zerowania. Gdy niezbędna jest dokumentacja pomiarów w postaci cyfrowej lub wydruku, albo dokonanie analizy statystycznej czy przeliczenie danych pomiarowych, wystarczy przesłać przez złącze szeregowe dane do komputera i skorzystać z programu APPA WinDMM 300. Optoelektroniczny kabel połączeniowy z wtykiem RS-232 oraz oprogramowanie APPA WinDMM 300 są w modelu 305 standardowym wyposażeniem. Po podłączeniu za pomocą kabla RS-232 do komputera oraz przez zaciski wejściowe do zewnętrznego kalibratora można łatwo dokonać kalibracji miernika bez konieczności otwierania obudowy. Oprogramowanie bazujące na programie LabVIEW pozwala na tworzenie za pomocą standardowego komputera PC i miernika APPA 305 (a także in-
nych mierników z serii APPA 300) własnych systemów pomiarowych nazywanych systemami wirtualnymi. Programując sposób i rodzaj akwizycji danych pomiarowych uzyskuje się zestaw pomiarów odpowiadający dokładnie potrzebom użytkownika. Mierniki zaprojektowano do pracy zarówno w pomieszczeniach, jak i na wolnym powietrzu w skrajnie trudnych warunkach. Uszczelniono miejsca styku obudowy, przełącznik obrotowy, pokrywę pojemnika baterii i gniazda pomiarowe, co zapewnia pełną ochronę przyrządów przed kurzem i bryzgami wody. Dodatkowym ich atutem jest znaczna odporność na wibracje i udary, np. upadek. Wysokoudarowe bezpieczniki ipozys-tory oraz niskotopliwe rezystory chronią miernik i użytkownika przed skutkami przepięć i przetężen. Przełącznik obrotowy wykonany z plastiku o wysokiej trwałości, styki ze stopu miedzio-wo-berylowego oraz pozłacane kontakty na płytce drukowanej zwiększają trwałość przyrządu oraz niezawodność jego pracy. Miernik wyposażony jest w osłonę gumową z wbudowaną odchylaną podstawką oraz zwygodnymi uchwytami na końcówki pomiarowe i otworem do zawieszania przyrządu. Osłona zapewnia dodatkową ochronę przed udarami mechanicznymi Przewody pomiarowe mierników są zaprojektowane i wykonane tak, aby zapewnić maksymalne bezpieczeństwo użytkownika. Ich charakterystyczne elementy to: całkowicie osłonięte kątowe wtyki bananowe, ergonomiczny kształt uchwytu oraz końcówki ztwardego stopu o dużej odporności na uszkodzenie. Izolowane krokodylki oraz miniaturowa sonda temperaturowa typu K wraz z adapterem stanowią wyposażenie standardowe przyrządu. Dodatkowe wyposażenie stanowi cęgowa sonda prądowa APPA 32 AC/DC oraz miękki luterał. Miernik ma ate3 GUM RP. Bliższe informacje: NDN-Z.Daniluk, 02-784 Warszawa, ul. Janowskiepo 15, tel./fax: (0-22) 641-15-47, tel. 641-61-96, www.ndn.com.pl.
Elektronika Praktyczna 2/2001
99
I N F O KRAJ
Miniaturowy komputer TPC-650
TPC-650 jest to miniaturowy komputer z procesorem Pentium MMX266. Komputer jest wyposażony w wyświetlacz z aktywną (6,4" VGA TFT) lub pasywną (5,7" QVGA STN) matrycą LCD. TPC-650 jest idealnym interfejsem użytkownika dla aplikacji wymagających wytrzymałego i wygodnego panelu sterowniczego. Oprócz standardowego interfejsu ]/O wyposażony jest też w kartę sieciową Ethernet 10/100 Base-T. Wraz zWin-dowsCE 3.0 stwarza możliwość sterowania poprzez Internet. Dzięki odporności na wstrząsy i uderzenia oraz wodoodpornemu panelowi frontowemu doskonale nadaje się do sterowania pracą systemów pomiarowo-kontrolnych pracujących w bardzo trudnych warunkach. Dlatego przeznaczony jest do zastosowań w automatyce przemysłowej. Może być również wykorzystywany w laboratoriach do wizualizacji i akwizycji danych pomiarowych. TPC-650 ma dwa alternatywne wyświetlacze: 6,4" TFT LCD z rozdzielczością VGA (640x480) ilu-
minancją 300 cd/m2 lub 5,7" STN LCD z rozdzielczością QVGA (320x240) i luminancją 110cd/m2. Inną bardzo ważną zaletą TPC-650 jest Procesor Pentium MMX, który nie wymaga stosowania wentylatora. W odróżnieniu od platform opartych na architekturze RISC, TPC-650 ma otwartą i łatwą do rozbudowy strukturę. Ponadto ma jeden słot 16-bitowy PC/104, dzięki temu może być wyposażony w dodatkowe urządzenia oparte na standardzie PC-104. Wraz z TPC-650 Advantech oferuje pakiet oprogramowania: Windows CE OS i Windows CE HMI w wersji 3.0. Opcjonalnie producent dołącza Windows CE OS na 32MB karcie Compact-Rash. Takie środowisko programowe stwarza duże ułatwienia dla użytkowników różnych aplikacji. Więcej informacji: Elmark Automatyka Sp. zo.o., tel. (0-22) 821-30-54, www.elmark.com.pl. Szczegółowe informacje techniczne: http//support.elmark.com.pl/Ad-vantech/PPC/TPC-650/index.htm.
Internetowy portal energetyczny
Firma eProject zaprezentowała nowy portal internetowy o tematyce energetycznej CIRE (Centrum Informacji o Rynku Energii). Głównym zadaniem CIRE jest gromadzenie i udostępnianie informacji oraz wiedzy dotyczącej rynku energetycznego. W celu stworzenia forum wymiany poglądów dotyczących obecnego i przyszłego kształtu CIRE, zarząd Spółki eProject S.A. postanowił powołać Radę Konsultacyjną CIRE. Portal CIRE zawiera m.in. serwisy informacyjne i tematyczne. Na stronach www.cire.pl można uzyskać informację z poszczególnych dziedzin rynku energii - ciepła, ga-
Adaptery złączy
Nowoczesne złącza wielokontaktowe
0 dużej gęstości pozwalają znacznie uprościć okablowanie nowoczesnych urządzeń elektronicznych. Zapewniają także doskonałą ochronę przesyłanych informacji przed podsłuchem oraz przed zakłóceniami zewnętrznymi. Aby w pełni wykorzystać parametry złączy oraz dostosować parametry okablowania do wymagań konstruktora, niezbędne jest zastosowanie odpowiednich adapterów. Firma Glenair Electric dostarcza adaptery z wszystkimi używanymi obecnie na świecie systemami podłączania ekranów kabli
1 przewodów. Dostępne są także adaptery dla wielu "nietypowych"
zu, itd. Dostępne są także standardowe narzędzia, takie jak wyszuki-warka, forum dyskusyjne oraz system powiadamiający o aktualizacji stron. Od momentu rozpoczęcia swojej działalności portal zgromadził grono ekspertów, którzy na stronach serwisów służą radami i komentarzami. CIRE zapewnia także dostęp do wiadomości na temat uregulowań prawnych oraz stawek taryfowych związanych z dostarczaniem energii.
Dodatkowych informacji udziela: Janusz Pindych, dyrektor ds. marketingu eProject S.A., tel. (0-71) 372-18-90.
złącz elektrycznych. Wiele problemów stwarza skuteczne podłączanie i ekranowanie złącz serii D-sub, znanych powszechnie jako "szufladowe albo złączy typu Can-non. Glenair pozwala rozwiązać te problemy: dostarcza adaptery do tych złączy z różnymi systemami podłączenia ekranów zarówno zwyjściem prostym, jak i kątowym. Dostępne są także adaptery ekranujące do złączy ARINC-404 oraz ARINC-600.
Więcej informacji: PP ATM, Pion ATM ELEKTRONIKA, ul. Grochowska 21a, 04-186 Warszawa, tel. (0-22) 515-63-30, fax: (0-22) 515-62-.atm.com.pl/atm/elektro.
GPS StreetPilot ColorMap
Przenośne odbiorniki GPS firmy Garmin weszły już na stałe do standardowego wyposażenia wielu turystów, żeglarzy, motolotniarzy i pilotów. Wkraczają także w świat samochodów, stając się atrakcyjnym elementem wyposażenia dodatkowego. Najnowszy model samochodowego model odbiornika GPS firmy Garmin - GPS StreetPilot ColorMap - ma wbudowaną mapę Euro-
py (również Polski) z takimi szczegółami jak autostrady, drogi, linie kolejowe, rzeki, jeziora, lotniska, itp. Doskonała jakość prezentowanych danych nawigacyjnych jest możliwa dzięki zastosowaniu dużego (240x128 pikseli), wysokokontrasto-wego, kolorowego (16 kolorów) i podświetlanego wyświetlacza LCD. Odbiornik przygotowany jest do współpracy z opcjonalnym oprogramowaniem Garmin MetroGuide, zawierającym uszczegółowione mapy poszczególnych państw europejskich (oprogramowanie to dostępne jest na płytach CD, z których może być przegrane przy użyciu dostarczanego z odbiornikiem kabla do transmisji danych PC-GPS). Mapy przechowuje się na opcjonalnych (instalowanych w przedziale bateryj-nym) kartach pamięci: 8, 16 lub 32MB. Zapisywane są tam dokładne plany miast: ulice łącznie z numeracją posesji, informacje o restauracjach, hotelach, bankach, centrach handlowych, muzeach itp. Dodatkowo, odbiornik wskazuje dro-
Miniaturowe buzery
Firma PAC, specjalizująca się w miniaturowych sygnalizatorach akustycznych (powszechnie zwanych bu-zerami lub piszczykami), wprowadziła na polski rynek buzery w nowych mniejszych obudowach, przeznaczone do nowoczesnego montażu SMD. Pomimo znacznego zmniejszenia rozmiarów sygnalizatorów (do 8,5x8,5x3mm), zachowano bardzo
gę do wybranego miejsca po podaniu adresu. Funkcja FIND umożliwia odnalezienie najbliższych, w stosunku do aktualnego położenia centrów handlowych, hoteli, stacji benzynowych itp. Funkcje nawigacyjne pozwalają na wprowadzenie własnych 100 punktów drogi prezentowanych na ekranie wraz z komentarzem alfanumerycznym i symbolem (ikona). Można też zaprogramować 20 tras, składających się z 30 punktów każda. Sam proces projektowania jest znacznie prostszy niż w innych odbiornikach GPS. Polega zaznaczeniu punktu początkowego i końcowego oraz kilku punktów pośrednich. Odbiornik sam dopasowuje trasę do sieci istniejących dróg. W skład zestawu wchodzi również uchwyt do mocowania odbiornika na desce rozdzielczej (mechanizm zatrzaskowy umożliwia instalację i demontaż odbiornika wciągu kilku sekund). Opcjonalnie można wyposażyć model w antenę zewnętrzną, mocowaną na przedniej szybie samochodu (przyssawki gumowe) Dzięki zastosowaniu 12-kanałowego równoległego sensora GPS (możliwość jednoczesnego odbioru sygnału z 12 satelitów) odbiornik bez zakłóceń pracuje zarówno w zadrzewionym terenie, jak i w wysokiej zabudowie miejskiej. Szybki rozwój odbiorników tej klasy pozwala przypuszczać, że staną się one wkrótce szeroko stosowanym opcjonalnym wyposażeniem samochodów średniej klasy, a wraz ze wzrostem szczegółowości i zakresu geograficznego udostępnianych podkładów mapowych mogą być realną konkurencyjne do bardzo drogich systemów nawigacji satelitarnej, instalowanych w luksusowych wersjach samochodów.
Więcej informacji: PP ATM, Pion ATM ELEKTRONIKA, ul. Grochowska 21a, 04-186 Warszawa, tel. (0-22) 515-63-30, fax: (0-22) 515-62-88, www.atm.com.pl/atm/elektro.
dobre parametry użytkowe - głośność wynosi 93dB dla buzerów 5V, 91dB dla 3V i 90dB dla 1,5V. Buzer-ki te pracują w rozszerzonym zakresie temperatury: od -30�C do 85�C. Dane katalogowe można uzyskać w firmie SOYTER Sp. zo.o., 01-497 Warszawa, tel./fax: (0-22) 638-09-00, 638-00-62, 685-30-04, www.soyter.com.pl.
100
Elektronika Praktyczna 2/2001
I N F O KRAJ
Komputer PC jako odbiornik radiokomunikacyjny
Japońska firma ICOM wprowadziła na rynek dołączany do komputera odbiornik radiowy IC-PCR 1000. Podłączony do komputera umożliwia odbieranie sygnałów radiowych w paśmie od 0,01 do 1300MHz z krokiem co 1Hz. Po zainstalowaniu
dołączonego fabrycznego programu na monitorze jest wyświetlana jedna z trzech wersji interfejsu graficznego. Mamy do wyboru klasyczny odbiornik radiokomunikacyjny, tuner radiowy lub widok wieży. Operując myszką można wybierać: odbierana częstotliwość, szerokość pasma, ustawianie progu blokady szumów i siły głosu. Odbiornik umożliwia pokrycie bardzo szerokiego pasma częstotliwości z modulacjami: USB, LSB, CW, AM, FW, WFM. Takie wyposażenie odbiornika stwarza możliwość odbioru wszystkich stacji radiowych oraz stacji profesjonalnych (morskich, lotniczych, pogodowych itp.). Wszystkie odbierane stacje mogą być zapisywane w pamięci komputera. Odbiornik wyposażony jest w wiele przydatnych funkcji takich jak np.: VSC (tj. skanowanie z zatrzymaniem się na sygnale zmodulowanym), S-me-
ter (wskaźnik poziomu i dostrojenia), Band scope+200kHz oraz dekoder tonowej blokady szumów CTCSS. Dodatkowo może być zainstalowany blok DSP. Podstawowe dane techniczne odbiornika IC-PCR 1000: zakres odbieranych częstotliwości do 1300 MHz, czułość odbiornika -0,2jiV/SSB do 2,5|iV/AM zależnie od pasma i modulacji. Odbierane emisje: USB, LSB, AM, CW, FM, WFM, krok syntezy 1Hz. Moc wyjściowa toru m.cz. 200mW, zasilanie 13,8V, wymiary 127,5x30x199mm, waga 1kg. Wyposażenie standardowe: zasilacz 220VAC/13,8VDC, antena teleskopowa, kabel RS-232, dyskietki z oprogramowaniem. Do odbiornika dostępne są w Internecie różne programy umożliwiające między innymi odbieranie map synoptycznych i programy telewizji amatorskiej. Bliższe informacje: Escort Sp. zo.o., ul. Energetyków 9, 70-656 Szczecin, tel./fax: (0-91) 462-44-08.
Nowa, super cienka obudowa serwerowa do szafy 19"
Najnowsza propozycja Advantech a zapewne rozwiąże problemy spowodowane brakiem wolnego miejsca w szafie 19". Ultra cienki E-server IPC-601 zaprojektowany został zmyślą o usługodawcach intemetowych i użytkownikach, którzy dysponują małą przestrzenią wewnątrz szafy 19", a potrzebują wielu serwerów. Obudowa IPC-601 radykalnie upraszcza budowę złożonych, ciągle poszerzanych środowisk multj-seiwerowych. Obudowa IPC-601 standardowo wyposażona jest w pasywny plater umożliwiający instalację karły procesorowej pełnej długości i jednej karty rozszerzeń PCI. Opcjonalnie obudowa może posiadać interfejs SCSI SCA-2, który umożliwia stosowanie dysków twardych Hot Swap, co zwiększa bezpieczeństwo przechowywanych danych. IPC-601 umożliwia
zamontowanie trzech 3,5" dysków twardych (opcjonalnie, w wysuwanych kieszeniach typu SCA Hot Swap), cienkiej stacji CDROM i cienkiego dysku FDD 3,5". System chłodzący obudowy składa się z trzech łatwo wymienialnych wentylatorków o wydajności 7 CFM każdy, co w sumie daje 21CFM. Dodatkowo, dla podwyższenia bezpieczeństwa obudowa wyposażona jest w system monitoringu i detekcji błędów zasilacza, wentylatorów i przekroczenia maksymalnej temperatury wewnątrz obudowy.
Więcej informacji: Elmark Automatyka Sp. zo.o., tel. (0-22) 821-30-54, www.elmark.com.pl. Szczegółowe informacje techniczne: http://support.elmark.com.pl/Ad-vantech/IC/IPC-601.
ChipStation CS-84
ChipStation CS-84 to nowej generacji programator wyposażony jednocześnie w uniwersalną podstawkę DIL 48-pin i moduł adaptera PLCC84. Pozwala on na programowanie układów w obudowach DIL do 48 wyprowadzeń i niektórych PLCC do 84 wyprowadzeń bez żadnych dodatkowych adapterów. Współpracuje z układami: EPROM, EEPROM, FLSH EPROM 48 pin oraz PLD (także PAL, GAL EPLD, MACH, MAX, CPLD i inne). Programuje również mikrokontrolery i procesory DSP.Opcjonalnie ChipStation CS-48 można wyposażyć w uniwersalny adapter PLCC44, by programować wszystkie układy w obudowach PLCC 44 pin. Pozostałe opcjonalne adaptery to: SOP-44, TSOP-48, TSOP-56, SSOP, SDIP. Możliwe jest także udostępnienie funkcji JTAG/ISP do programowania układów w systemie docelowym. Zarówno wyprowadzenia w podstawce DIL, jak i każdy pin podstawki PLCC-84 wyposażone są w pełny sterownik tzw. pin-driver. Każdy pin umieszczonego w programatorze układu może zostać podłączony do napięcia zasilającego, masy lub napięcia programującego, zapewniając współpracę z dowolnym rozkładem wyprowadzeń zasilania
Komputer "ciasteczkowy"
Na początku roku Advantech wprowadził do sprzedaży komputer "ciasteczkowy" PCM-5823. Wyposażony jest w niskonapięciowy procesor NS Geode GX1-300 lub GXLV-200, który nie wymaga sto-
sowania wentylatora, co zapewnia cichą pracę komputera. Nowością jest wyposażenie PCM-5823 w podwójny interfejs Ethernet 10/ 100Mbps, dzięki czemu może spełniać wiele funkcji sieciowych takich jak serwer Firewall, bądź Router.
i danych. Programator wyposażony jest w solidny metalowy chassis stanowiący osłonę przed ładunkami elektrostatycznymi, oraz szybkie połączenie z PC przez port równoległy pracujący w trybie EPP. Oprogramowanie pod Windows 95/ 98/NT automatycznie wykrywa umieszczenie układu w programatorze, rozpoznaje niekontaktujące piny i przedstawia graficznie sytuację rozpoznanych wyprowadzeń. Automatycznie rozpoznaje format pliku zawierającego dane i dokonuje konwersji. Może również automatycznie programować numer seryjny. Pozwala na kontrolę i sterowanie przez sieć lokalną.
Bliższe informacje: RK-System, 05-825 Grodzisk Maz., ul. Chełmońs-kiego 30, tel. (0-22) 755-69-83, 724-30-39, fax: (0-22) 755-58-78, e-mail: robertk@univcomp.waw.pl, www.rk-system.pl.
Jeśli dodamy do tego następne zalety, takie jak: maty pobór mocy, niewielkie rozmiary
145mmx102mm, i zdolność do samodzielnej pracy otrzymamy bardzo funkcjonalne urządzenie, które można stosować w zależności od indywidualnych potrzeb odbiorcy zarówno w aplikacjach wolnostojących jak i wbudowanych. PCM-5823 przeznaczony jest do za jako zastosowania sere-wer: Web, FTP, SMTP iDNS. Z powodzeniem może być takie stosowany w systemach zabezpieczeń takich jak np. Firewall. PCM-5823 może być także wykorzystywany jako łączący lokalne sieci zlnternetem. Więcej informacji: Elmark Automatyka Sp. zo.o., tel. (0-22) 821-30-54, www.elmark.com.pl.
Elektronika Praktyczna 2/2001
101
I N F O KRAJ
Listwowe zasilacze sieciowe
W bogatej ofercie aparatury do automatyki przemysłowej firmy SSA znajdują się dwa rodzaje listwowych zasilaczy sieciowych. Ich wspólną cechą jest maksymalna moc wyjściowa 24W (przy szerokości standardowej obudowy tylko 25mm). Oferowane są zasilacze typu LZS-X1V-XX1 z pojedynczym wyjściem o napięciu 24V i z prądem wyjściowym do 1A lub z napięciem wyjściowym 12V i prądem 2A. Zasilacze typu LZS-X1V-XX2 z symetrycznym napięciem wyjściowym wykonuje się na napięcie wyjściowe 12V i prąd 1A. Oczywiście możliwe są wykonania na inne napięcia wyjściowe zgodnie z zamówieniem klienta. Od strony wejściowej zasilacze wyposażono w zabezpieczenie przepięciowe i ograniczenie prądu podczas wtaczania, natomiast od strony wyjściowej zasilacz zabezpieczono przeciw zwarciom (stabilizator prądu). Dzięki temu pracuje poprawnie również bez obcią-
żenią, co jest rzadko spotykane w tej klasie zasilaczy. Napięcie tętnień na wyjściu nie przekracza 50mVpp Obydwa zasilacze przeznaczone są do pracy temperaturach mieszczących się w przedziale O..7O�C.
Więcej informacji uzyskamy: SSA Sp. z o.o. - Wroctaw, tel. (0-71) 349-40-25, fax: (0-71) 349-23-39, e-mail: ssa@ssa.pl, http://www.ssa.pl.
BPS wśród 100 najlepiej zinformatyzowanych przedsiębiorstw w Polsce
Firma BPS zajęta 8 miejsce w rankingu najlepiej zinformatyzowanych firm przemysłu elektromaszynowego - tak wynika z raportu opracowanego przez zespół miesięcznika Teleinfo, od kilku lat regularnie prezentującego stopień komputeryzacji polskich przedsiębiorstw. Z dwóch tysięcy badanych firm komisja przygotowująca raport wybrała 100 firm, do których zakwalifikował się BPS, zajmując 50 miejsce. Taką pozycję BPS zawdzięcza doskonałemu poziomowi komputeryzacji firmy, wdrożeniu systemu IFS Applications z modułami finansowo-księgowymi, a także dystrybucji i serwisowi urządzeń podtrzymujących zasilanie. Twórcy Raportu oceniali stopień zinformatyzowania biorąc pod uwagę m.in. liczbę stanowisk komputerowych na 100 zatrudnionych, a także udział nakładów na informatykę winwesty-
UPS-y grają w Radiu Zet
Firma BPS podpisała umowę ze spółką Eurozet. Dostarczono dwa UPS-y (PW9315-80 o mocy 80kVA i PW9150 o mocy 8kVA) wraz z osprzętem do nowej siedziby Radia Zet mieszczącej się przy ul. Żurawiej. UPS-y zasilają cały system informatyczny w studio radiowym, a także urządzenia technologiczne:
cjach firmy, a w tym zakup serwerów oraz łączy do Internetu i przesyłania danych. Uwzględnione zostały również ekonomiczne wskaźniki informatyzacji przedsiębiorstw i instytucji. Zgodnie z nimi, wśród firm branży przemysłu elektromaszynowego, BPS ma zarówno najwyższy zysk netto jak i najwyższe przychody przypadające na jednego pracownika, a także największą liczbę stanowisk komputerowych na 100 zatrudnionych. W każdej edycji Raportu Teleinfo BPS zajmuje wysokie miejsce, co niewątpliwie świadczy o doskonałym zinfor-matyzowaniu firmy i jest jednym z czynników, dzięki którym BPS zajmuje pozycję lidera rynku zasilania. Bliższe informacje: BPS Sp. z o.o., 02-673 Warszawa, ul. Konstruktorska 3a, tel.: (0-22) 843-30-03, lax: (0-22) 848-60-00, e-mail: bps@bps.com.pl, www.bps.com.pl.
nadawcze stacje satelitarne, studia emisyjne i produkcyjne, systemy edycji dźwięku, stację kontroli jakości emisji itp. Sprzęt taki wymaga zasilania o stabilnych parametrach. Więcej informacji: BPS Sp. z o.o., 02-673 Warszawa, ul. Konstruktorska 3a, tel. (0-22) 843-30-03, fax: (0-22) 848-60-00, www.bps.com.pl.
Malutki SoundSpace 3
Urządzenie systemu muzycznego SoundSpace 3 firmy Nakamichi odznacza się dobrą jakością dźwięku i stylowym wyglądem. SoundSpace 3 można umieszczać tam, gdzie pełnowy-miarowe zestawy audio nie trudno zastosować tj. w biurze, sypialni, kuchni, itp. Cały system mieści się w trzech modułach o jednakowych rozmiarach. Moduł główny zawiera odtwarzacz płyt CD, tuner radiowy AM/FM, głośnik, wyświetlacz z budzikiem oraz wszystkie niezbędne przyciski sterujące. Najczęściej używane przyciski są łatwo dostępne i znajdują się na zewnętrznej powierzchni otwieranej za pomocą sil-niczka pokrywy odtwarzacza CD. W module towarzyszącym umieszczono drugi głośnik (niezbędny do stereofonicznego odsłuchu), wzmacniacz mocy, drugi wyświetlacz budzika oraz wyłącznik alarmu. W trzeciej obudowie znajduje się subwoofer. Moduł ten można zawiesić na ścianie System jest także wyposażony w kontrolki basu, tonów wysokich oraz kontur. Cyfrowy tuner radiowy AWFM zapewnia precyzyjny i stabilny odbiór sygnału radiowego. Można zaprogramować 20 stacji FM oraz 10 AM. Złącza wejściowe typu mini stereo oraz RCA umożliwiają podłączenie do systemu SoundSpace 3 zewnętrznych komponentów analogowych. Cyfrowe wyjście optyczne umożliwia m.in. kopiowanie muzyki na Mi-
ni Disc. Po podłączeniu słuchawek głośniki zostają automatycznie wyłączone. Pilot zdalnego sterowania umożliwia kontrolę wszystkich najważniejszych funkcji urządzenia. Duży, czytelny wyświetlacz fluorescencyjny ma automatycznie ustawioną jaskrawość w zależności od oświetlenia zewnętrznego. SoundSpace 3 ma dwa niezależnie programowalne alarmy wraz zpięciose-kundowym narastaniem głośności. Przyciski dla tych, co lubią "pospać jeszcze troszeczkę", zapewniają sześć dodatkowych minut snu, zanim alarm odezwie się ponownie. Można też (również z pilota) zaprogramować wyłączenie tego urządzenia 120/90/60/30/20/10 minut wcześniej.
Więcej informacji: oficjalny przedstawiciel firmy Nakamichi w Polsce - Audioholic Sp. z o.o., 30-433 Kraków, ul. Ciechocińska 2, tel. (0-12) 269-30-52, fax: (0-12) 267-36-54, e-mail: info@audioholic.pl.
Elektroniczny zamek szyfrowy SL1000
Mikroprocesorowy zamek szyfrowy SL1000 przeznaczony jest do pracy w antywłamaniowym systemie alarmowym. Równolegle do tego zastosowania może jednocześnie pełnić funkcję samodzielnego układu kontroli dostępu opartego na zastosowaniu elektro zaczepu. Zamek SL1000 posiada trzy wyjścia. Dwa z nich są wyjściami tranzystorowymi, trzecie zaś jest wyjściem przekaźnikowym z parą styków NO/NC. Zamek posiada cztery kody, które umożliwiają jego programowanie oraz sterowanie jego wyjściami. Kody zamka oraz parametry konfigu-rujące jego pracę są przechowywane w nieulotnej pamięci EEPROM. Różne warianty konfiguracji zamka umożliwiają efektywne dostosowanie sposobu jego pracy do potrzeb konkretnego zastosowania. Klawiatura zamka wykonana na bazie silikonu syntetycznego gwarantuje dużą niezawodność
i dzięki delikatnemu podświetleniu jest łatwa w obsłudze w warunkach słabego oświetlenia. Zamek SL1000 dostępny jest w kilku wariantach wykonania różniących się konstrukcją mechaniczną. Dostępne są następujące wersje zamka SL1000:
- SL1000A obudowa metalowa, klawiatura podświetlona, ogólnodostępna,
- SL1000B obudowa z tworzywa sztucznego (ABS), klawiatura podświetlana, ogólnodostępna,
- SL1000C obudowa metalowa z klapką chroniącą dostęp do klawiatury,
- SL1000H obudowa metalowa, szczelna, z klapką chroniącą dostęp do klawiatury. Klawiatura podświetlona. Zamek przystosowany jest do pracy w warunkach zewnętrznych.
Bliższe informacje: Roger s.c, 82-416 Gościszewo 59, tel./|ax.: (0-55) 272-01-32.
102
Elektronika Praktyczna 2/2001
I N F O KRAJ
USB Agent
w czasie rzeczywistym pod wpty-wem różnych elementów zdefiniowanych bezpośrednio przez projektanta.
Kolejnym rozwiązaniem firmy Hl-TEX jest analizator protokołu USB poprzez port równoległy wykonany w postaci wtyczki zakładanej na port drukarkowy. Analizator ten idealnie nadaje się do pracy zno-
Jedna z najnowszych propozycji firmy HITEX to analizator protokołu USB "USB AGENT". Jest to system do analizy magistrali USB oraz różego rodzaju pro- In tokołów przesyłanych po tej ""Ś' magistrali. "USB AGENT" jest podłączany do PC poprzez port równoległy i umożliwia nagrywanie i analizę danych za pomocą bufora o pojemności 8MB. "USB AGENT" posiada wysokoimpedancyjną sondę pomiarową, za pośrednictwem której jest podłączany do magistrali USB. Umożliwia zapisywanie danych bezpośrednio na dysku komputera i poddawanie ich analizie w późniejszym czasie. Analizator ten pozwala się wyzwalać
Mikrochwytaki MICRO-CLIP
Rrma Multjcontact - znany producent akcesoriów pomiarowych - oferuje mikrochwytaki MICRO-CLIP, które można dołączać do poszczególnych nóżek układu scalonego. Możliwe jest to tylko chwytakami o niewielkich rozmiarach; ich obudowy mają
wysokość 14,3mm, szerokość 2mm oraz długość 26mm. Produkuje się dwa typy chwytaków, różniących się długością końcówki pomiarowej. Chwytaki typu MCK-1 mają końcówkę o długości 3mm, a typu MCL-1 końcówkę o długości I3mm. Średni-
tebookiem. Dokumentacja do analizatora jest dostępna w języku angielskim.
Bliższe informacje: RK-System, 05-825 Grodzisk Maz., ul. Chełmońs-kiego 30, tel.: 0-22) 755-69-83, 724-30-39, fax: (0-22) 755-58-78, e-mail: robertk@univcomp.waw.pl, www.rk-system.pl.
ca chwytaka wykonanego ze złoconego hartowanego drutu ze stali nierdzewnej wynosi 0,15mm, a średnica rurki prowadzącej 0,8mm. Parametry pracy są następujące: napięcie pomiarowe nie przekraczające 15V, prąd pomiarowy nie większy niż 100mA oraz rezystancja złącza 17mW. Chwytak może pracować w temperaturze z przedziału -55..+125�C. Mikrochwytaki MICRO-CLIP można łączyć w zestawy zbierające sygnały z kolejnych nóżek układu scalonego. Oferowane są również akcesoria pozwalające na dołączenie przewodów zewnętrznych do mikrochwyta-ków.
Więcej informacji: Semicon Sp. zo.o., 04-761 Warszawa, ul. Zwoleńska 43, tel. (0-22) 615-64-31, 615-73-71, fas (0-22) 615-73-75, e-mail: info@se-micon.com.pl, www.semicon.com.pl.
e-informacja Poltronica
Światowa ekspansja Intemetu doprowadziła do powstania nowego pojęcia, jakim jest e-biznes. Dostęp do usług e-biznesowych nie jest już zarezerwowany dla biznesmenów, przedsiębiorstw czy właścicieli wielkich firm. Usługi świadczone są także dla obywateli nie zajmujących się biznesem. Mając komputer podłączony do sieci nie trzeba już spieszyć się, aby zrobić zakupy w firmie przed jej zamknięciem, ale możemy zrobić to spokojnie siedząc wygodnie w domu, niezależnie od pory dnia czy nocy. Przykładem popularnego wykorzystania systemów e-biznesu jest forma zakupów, jaką zaproponowała firma Poltronic. Pełny katalog firmy jest umieszczony na płycie CD-ROM. Z usługi mogą korzystać ci klienci, którzy mają komputer osobisty i połączenie z Internetem. Zakupy rozpoczynamy w domu od wprowadzenia listy potrzebnych artykułów i podzespołów elektronicznych w specjalnie przygotowanej do tego celu aplikacji. Jedno kliknięcie myszką prześle zamówienie do firmy. Oferta handlowa na płycie CD-ROM zawiera caty asortyment oferowany przez firmę Poltronic. Chcąc ułatwić
Nowa karta procesorowa
W ofercie firmy Elmark znalazła się karta procesorowa o dużej wydajności PCA-6179. Została zbudowana w oparciu o chipset VIA Apollo Pro 133A o częstotliwości FSB 100/ 133MHz. Może współpracować z procesorami Pentium III o częstotliwości taktowania 933MHz lub wyższej. Może być stosowana do bu-
zakupy klientom i jednocześnie zapewnić dostęp do aktualnej oferty zaproponowano uaktualnianie informacji o asortymencie towarowym i cenach artykułów przez Internet, dzięki czemu klient jest na bieżąco informowany o wszelkich zmianach. Ułatwiono również możliwość składania zamówień w firmie, dodając opcje bezpośredniego wysyłania zamówienia pocztą elektroniczną. Zamówienie można także wydrukować z poziomu programu i przesłać je faksem do siedziby firmy. Wraz z upowszechnieniem Intemetu i coraz szerszym jego wykorzystaniem do działalności gospodarczej okazuje się, że jest to doskonałe miejsce do robienia zakupów oraz nieocenione źródło informacji, często niedostępnych przy stosowaniu tradycyjnych metod ich poszukiwania. Więcej informacji: Poltronic s.c. Bezpośredni importer podzespołów i części elektronicznych, 50-252 Wrocław, ul. Św. Wincentego 9, tel.: (0-71) 329-84-40, fax: (0-71) 328-82-59, sklep internetowy: www.sklep.poltronic.com.pl, www.poltronic.com.pl, e-mail: biuro @.poltro nic.com.pl.
133MHz oraz 8MB SDRAM (opcjonalnie 32MB) doskonale nadaje się do budowy systemów wizualizacji i akwizycji danych. Dodatkowo karta została wyposażona w podstawkę pod Flash Disc DOC2000, programowalny watchdog, i magistrale HISA. Karta PCA-6179 oferowana jest w 5 wersjach, dzięki czemu
dowy komputerowych systemów telekomunikacji oraz serwerów inter-netowych. Dzięki wysoce wydajnej zintegrowanej karcie grafiki ATI Ra-ge Pro 128, pracującej na magistrali AGP 4X z częstotliwością
konstruktor ma możliwość optymalnego dobrana karty do budowanego systemu.
Więcej informacji: Elmark Automatyka Sp. zo.o., tel.: (0-22) 821-30-54, www.elmark.com.pl.
Elektronika Praktyczna 2/2001
103
- v \
V ^
5 Międzynarodowy magazyn elektroników konstruktorów
3/2001
marzec � 15 zł 50 gr
ttti
'Śś
ANALOGOWYM
2LEEPROM
PODZESPOŁY^
USB W 5| MINIATUROWE
PRZENO! PROGRAMATORY FIR
11ECTRONIC
EPon/offLIME ISSN lt4D-7tc15
D3>
I
r
r
PROJEKTY
Tester elementów elektronicznych
AVT-5003
PROJEKT Z OKtAUa
Elektronik hobbysta do
pielęgnowania swojej pasji
n ajbardziej potrzeb uje: nowych
pomysłów, elementów
elektronicznych oraz pieniędzy
na realizację pomysłów
i zakup elementów.
Pomysły można mieć
własne lub pożyczone. Nasze
pismo próbuje dostarczać je
Czytelnikom. Kwoty na części
mogą być spore, ale dzięki
dobremu pomysłowi pieniądze
można pomnożyć.
Z elementami elektronicznymi
bywa tak, że czasem trudno
je zdobyć, a te, które są do
dyspozycji mogą być
uszkodzone. Tester może więc
być pomocny do oceny
sprawności posiadanych
elementów.
Staram się wykorzystywać części z odzysku, trochę w tym oszczędności, a trochę troski o środowisko naturalne. Najczęściej problem polega na tym, źe wiele elementów z odzysku ma często zamazane oznaczenia lub nie wiadomo, czy są sprawne i czy nadają się do powtórnego użycia. Opracowałem zatem przyrząd, dzięki któremu można określić, czy dany element jest sprawny, a nawet z wystarczającą dokładnością zmierzyć jego parametry.
Za pomocą testera można sprawdzić:
- dławiki i cewki o indukcyjności w zakresie 10uH..10mH,
- kondensatory o pojemności 10pF..10nF oraz 10nF..5mF
- tranzystory PNP i NPN,
- stabilizatory szeregowe napięć dodatnich i ujemnych,
- diody Zenera,
- diody LED.
Przyrząd generuje także sygnał prostokątny w kilku podzakcesach częstotliwości od lHz do lOkHz, może także dostarczyć napięcia
dodatniego i ujemnego o prądzie kilkunastu, kilkudziesięciu mi-liamperów. Może się okazać przydatny także dla tych, którzy w swojej pracy używają jedynie nowych elementów (czasami i one mogą być wadliwe) oraz dla elektroników amatorów, którzy chcieliby sprawdzić przed powtórnym użyciem stare części. W czasie niektórych testów przyrząd współpracuje ze zwykłym miernikiem uniwersalnym.
Opis układu
Na rys. 1 przedstawiono schemat ideowy testera elementów. Może wygląda na nieco zagmatwany, ale zaraz okaże się, że sposób realizacji poszczególnych funkcji układu jest całkiem pros-
ty.
Omówienie jego działania zacznę od zasilaczy, które dostarczając napięć o różnych polaryzacjach umożliwiają realizację kilku prostych, ale pożytecznych funkcji. Cały układ można zasilić zarówno napięciem zmiennym, jak i stałym
10
Elektronika Praktyczna 3/2001
Tester elementów elektronicznych
Rys, 1. Schemat elektryczny testera.
niestabilizowanym. Napięcie po wyprostowaniu jest stabilizowane przez układ Ul2. Napięcie to,
0 wartości +5V, dostępne jest w gnieździe JP14 i dzięki temu tester może także pełnić rolę podręcznego zasilacza. Napięcie 5V oznaczone na schemacie symbolem VCC zasila także dwie przetwornice impulsowe UlO
1 Uli wytwarzające napięcia do-
datnie i ujemne o regulowanych wartościach. W obydwu przypadkach zastosowany został ten sam układ typu TL497, który w przypadku UlO wytwarza napięcie dodatnie o poziomie regulowanym potencjometrem PR2. Poziom napięcia ujemnego wytwarzanego przez układ Uli reguluje się potencjometrem PR3. Napięcia te używane są głównie do testowa-
nia stabilizatorów szeregowych typu 79xx i 79Lxx oraz 78xx i 78Lxx a także diod Zenera i LED.
Napięcie ujemne, poprzez styki przekaźnika PKl i stabilizator U4, używane jest także do zasilania szybkiego komparatora U6. Układ U6 pracuje w jednej gałęzi z układami U7, U8 i U5, które biorą udział w pomiarach małych wartości pojemności i indukcyjności.
Elektronika Praktyczna 3/2001
11
Tester elementów elektronicznych
Komparator U 6 służy do przekształcenia sygnału z generatora U 7 do postaci fali prostokątnej o poziomach TTL. Z wyjścia U7-9 sygnał fali podawany jest na licznik U8 i przełącznik U5, a z jego wyjścia na wejście zliczające procesora Ul-14. Procesor zliczając impulsy i odpowiednio przekształcając otrzymaną informację
0 częstotliwości sygnału, oblicza wartość mierzonej indukcyjności lub pojemności. Ponieważ przedział otrzymywanych w wyniku pomiaru wartości częstotliwości jest duży (zawiera się od 300kHz do 16MHz), to częstotliwość sygnału jest wstępnie dzielona w dzielniku U8 tak, aby wewnętrzne układy procesora były w stanie zliczyć impulsy.
Pomiar większych wartości pojemności dokonywany jest na zasadzie pomiaru nie częstotliwości, a długości impulsu generowanego przez układ U9, do którego dołączany jest mierzony kondensator. Do wyprowadzeń procesora Ul-17, 16, 10 dołączone są linie służące do testowania tranzystorów. Z kolei na wyprowadzeniu procesora Ul-23 pojawia się generowany sygnał prostokątny, który poprzez wtórnik emiterowy Tl podawany jest na wyjście JPl.
Oprócz tego, do zadań procesora należy obsługa wyświetlacza LCD 2x16 znaków, na którym wyświetlane są informacje o rodzaju pomiaru i jego wyniku. Do sterowania testerem służą jedynie dwa przyciski Sl i S2. Przyciskiem S2 wybiera się rodzaj testu, a Sl służy do ustawiania korekcji pomiaru (offsetu). Pamięć EEP-ROM U3 przechowuje parametry wcześniej zaprogramowanej korekcji.
Procesor w testerze, oprócz sterowania jego pracą, musi także wykonywać wyjątkowo dużo obliczeń. Jest nie tylko sterownikiem, ale także wyspecjalizowanym kalkulatorem i znacznie ułatwia pracę z przyrządem.
Pomiar małych wartości pojemności
1 indukcyjności
Zarówno kondensator, jak i cewka są elementami, które gromadzą energię w różnej postaci pola elektromagnetycznego. Zdolność do gromadzenia tej energii
w przypadku kondensatora określana jest w jednostce pojemności czyli faradzie (F), a jednostką miary dla indukcyjności jest henr (H). Zarówno pojemność, jak i induk-cyjność używanych na co dzień elementów elektronicznych są dużo mniejsze i są zaledwie ułamkami jednostek podstawowych. Dla określania tych wartości ułamkowych przyjęto używać przed jednostkami podstawowymi przedrostków. Dla pojemności lista używanych przedrostków jest trochę dłuższa niż dla indukcyjności, a obie przedstawiają się następująco:
1F (1 farad)
lmF = 103F
IjiF = 10"eF
lnF = 10sF
lpF = 10"12F
1H (1 henr)
lmH = 103H
IjiH = 10eH
lnH = 10sH
Pomiar paramerów kondensatorów i cewek w oparciu o definicję ich jednostek podstawowych byłby kłopotliwy (np. 1F jest pojemnością, która przy napięciu IV gromadzi na okładkach kondensatora ładunek 1 C - trochę to skomplikowane). Na szczęście parametry kondensatorów i cewek można zmierzyć pośrednio, poprzez wykorzystanie ich jako elementy rezonansowe w generatorach. Generator wytwarza impulsy elektryczne, a ich zliczanie przez procesor to już prosta sprawa. Zależność pomiędzy pojemnością i indukcyjnością a częstotliwością układu rezonansowego określa wzór:
f = 1/(2jWLC)
Znając wartość jednego z elementów układu rezonansowego generatora (kondensatora lub cewki) oraz mierząc częstotliwość wytworzonych przez generator impulsów, można obliczyć wartość drugiego elementu układu rezonansowego, czyli dokonać jego pomiaru. W testerze generatorem jest układ U7 (MC1648), a rolę elementu o znanej wartości pełni albo kondensator C7, albo dławik L3. Mierzony element dołączany jest do gniazda JP4, JP5. Zależnie od typu pomiaru, przekaźnik PK2 dołącza do mierzonego elementu jako drugi składnik układu rezonansowego dławik lub kondensa-
tor. Użycie układu scalonego jako generatora jest spowodowane jego bardzo dobrymi właściwościami. MC1648 działa z elementami o wartościach z bardzo dużego przedziału zarówno pojemności, jak i indukcyjności, a w przypadku przyrządu pomiarowego to niezwykle ważna cecha. Ponadto wykazuje się dobrą stabilnością termiczną. Impulsy z wyjścia generatora, tak jak to było wcześniej opisane, są kształtowane przez komparator U6 a ich częstotliwość dzielona w układzie U8. Pomiar elementów w tak szerokim zakresie powoduje, że generowane impulsy nie mogą być zliczane bezpośrednio przez procesor pomimo zastosowania kwarcu o możliwie maksymalnej częstotliwości (24MHz) w zegarze taktującym. Z tego powodu procesor poprzez multiplekser U5 wybiera do pomiaru częstotliwość generatora wstępnie podzieloną. Procesor, dokonujący obliczeń na podstawie odpowiednio przekształconego wzoru podanego wcześniej, podstawia do niego rzeczywistą wartość zmierzonej częstotliwości ponieważ zna zastosowany wcześniej stopień podziału.
Tester z niezłym przybliżeniem określa wartości elementów, jednak nie może być traktowany jako przyrząd pomiarowy. Na wynik pomiaru wpływa bowiem szereg czynników, na które ze względu na prostotę jego budowy nie ma wpływu np. temperatura zewnętrzna, napięcie zasilania generatora itp. Dokładność obliczeń zależy także od znajomości wartości drugiego elementu użytego w układzie rezonansowym. Do budowy testera można użyć ogólnie dostępnych elementów, jednak zastosowanie elementów lepszej jakości, np. kondensatorów niewrażliwych na temperaturę oraz wcześniejsze dobranie ich wartości zgodnie z podaną na schemacie, tylko polepszy parametry testera. Dodatkowo wprowadzony układ offsetu pozwala skompensować rozrzut wartości elementów użytych do budowy testera.
Pomiar dużych pojemności
Pomimo doskonałych parametrów układu MC 1648, przy jego pomocy nie można mierzyć po-
12
Elektronika Praktyczna 3/2001
Tester elementów elektronicznych
niontrast
zasilanie
OOOOOOOO OOOOOOOOOOO O O O O O O O O O B O O O
U. STfiB si i Ul UO UIUO-fcK' -EEl- T2
___ m m-ezh-(J Q
Ju+ 4-u- ii-R- iWi^nip-ki-p
EBK -mm-N-P-N
(O
Rys. 2. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej.
jemności kondensatorów o wartościach znacznie przekraczających lOnF. Do tego celu wykorzystany został dobrze znany większości Czytelników układ NE555 oznaczony na schemacie jako U9. Układ ten pracuje jak generator pojedynczego impulsu o czasie trwania zależnym od wartości pojemności mierzonego kondensatora dołączanego do gniazd JP6 i JP7 oraz od oporności rezystora RIO. Zależność pomiędzy czasem trwania impulsu a wartościami obydwu elementów określa z kolei następujący wzór: T =1,1(RC). Tym razem w czasie pomiaru procesor nie będzie zliczał impulsów, lecz za pomocą wejścia INTO będzie mierzył czas jego trwania i na tej podstawie wyliczał pojemność badanego kondensatora. Pomiar rozpoczyna podanie na wejście wyzwalające U9-2 krótkiego dodatniego impulsu. Od tego momentu na wyjściu układu U9-3 rozpoczyna się generacja pojedynczego dodatniego impulsu o czasie trwania określonym przez zależności podanego wcześniej wzoru. Impuls poprzez wejście INTO uruchamia wewnętrzne liczniki procesora zliczające impulsy jego własnego zegara taktującego. Po zakończeniu generacji impulsu procesor odczytując zawartość swoich liczników określa czas trwania impulsu. Następnie podstawiając do wzoru znane wartości: długości impulsu (T) oraz oporności (R) oblicza się pojemność (C) badanego kondensatora.
Testowanie tranzystorów
Wykorzystując tranzystory w najprostszych zastosowaniach jako przełączniki lub proste
wzmacniacze, nie musimy się zanadto przejmować ich parametrami. Ważniejsza od informacji
0 wzmocnieniu lub prądzie bazy jest pewność, że dany egzemplarz jest sprawny i ewentualnie jakiego jest typu. Przyrząd umożliwia przeprowadzenie takich prostych testów. Tranzystor, zależnie od polaryzacji umieszczony w odpowiednim złączu JP2 lub JP3, dołączany jest do portów procesora. Na wyjściu portu P3.6 (WR) pojawia się kolejno stan niski
1 wysoki i podawany jest na bazę badanego tranzystora. W przypadku sprawnego tranzystora n-p-n stan wysoki będzie go otwierał a stan niski zatykał, tranzystory p--n-p będą zachowywały się przeciwnie. Procesor testuje stan tranzystorów za pośrednictwem portów P3.7 (RD) i P3.0 (RxD). Elementy uszkodzone lub o pomylonej polaryzacji nie będą się otwierały i zatykały w takt sygnału na bazie. W tak prosty, ale skuteczny sposób można zbadać tranzystory, co do których nie ma pewności czy są sprawne.
Testowanie stabilizatorów
Szeregowe stabilizatory, zarówno dużej, jak i małej mocy, można sprawdzić korzystając z gniazd JP9 i JP1O (na schemacie oznaczonych właśnie symbolem stabilizatora). Tak jak w przypadku tranzystorów, także stabilizatory dodatnie i ujemne powinny w czasie testu znaleźć się we właściwych gniazdach pomiarowych. Do wyprowadzenia Vi sprawdzanego stabilizatora należy doprowadzić napięcie o wartości co najmniej 2, 3V większej od napięcia stabilizacji układu. Na-
pięcie to, zależnie od polaryzacji, ustawia się potencjometrami PR2 lub PR3. Następnie, zależnie od rodzaju badanego stabilizatora, należy podłączyć woltomierz do gniazda JP15 lub JP16 i sprawdzić, czy napięcie na jego wyjściu Vo odpowiada wartości znamionowej.
Testowanie diod Zenera i LED
Okazuje się, że najbardziej podatne na zatarcie są napisy na małych obudowach diod Zenera. Tester umożliwia szybką identyfikację ich napięcia znamionowego, należy tylko wcześniej, za pomocą omomierza, zidentyfikować, które z wyprowadzeń elementu jest katodą, a które anodą. Następnie badany element należy umieścić w gniazdach JPll i JP12 z anodą dołączoną do masy. Do gniazda JP17 należy dołączyć woltomierz, którym będzie można zmierzyć napięcie Zenera badanej diody. Napięcie +V, przykładane do testowanej diody poprzez opornik R15, powinno być o kilka woltów większe od napięcia Zenera badanej diody. Zwiększanie jego wartości za pomocą potencjometru PR2 nie powinno w znaczący sposób wpływać na wskazania dołączonego do testera woltomierza.
Te same gniazda pomiarowe można wykorzystać do sprawdzania diod LED, ale wówczas anoda diody LED powinna być umieszczona w gnieździe JPll.
Generator impulsów prostokątnych
Tester został wyposażony w podręczny generator przebiegów prostokątnych o wypełnieniu 50%. Generowane są przebiegi o następujących częstotliwościach: lHz, lOHz, lOOHz, lkHz i lOkHz. Impulsy prostokątne podawane są z portu P2.2 procesora na wtórnik emiterowy Tl, a stamtąd na wyjście JPl. Ponieważ wyjście nie jest zabezpieczone, należy unikać jego zwarcia do masy, gdyż grozi uszkodzeniem wtórnika.
Posługiwanie się testerem
Po dołączeniu do testera napięcia zasilającego na wyświetlaczu LCD pojawia się napis "Tester elementów", a poniżej
Elektronika Praktyczna 3/2001
13
Tester elementów elektronicznych
symbol przycisku S2 i napis "rodzaj", a obok symbol przycisku Sl i napis "offset". Naciskanie przycisku S2 powoduje wybór rodzaju testów. W przypadku testowania kondensatorów i dławików są one przeprowadzane cyklicznie. Pojawiający się na pierwszej pozycji, w dolnej linii wyświetlacza, symbol wykrzyknika (!) oznacza, że przyrząd jest w fazie pomiaru. Znak nawiasu trójkątnego (>) oznacza, że wyświetlany jest wynik pomiaru. Niekiedy pomiar dokonywany jest tak szybko, że znak (!) praktycznie się nie pojawia. Z kolei podczas testowania kondensatorów elektrolitycznych o dużej pojemności pomiar może trwać nawet ponad minutę. Pojawienie się jako wyniku pomiaru słowa "HIGH" lub "LOW" oznacza, że uzyskany wynik wykracza poza dostępny zakres pomiarowy. Może to także oznaczać, że badany element jest uszkodzony.
W czasie testowania tranzystorów, przyciskiem Sl (offset) wybiera się polaryzację tranzystora. Napis w dolnej linii "sprawny" oznacza, że tranzystor przeszedł pomyślnie test.
Po wybraniu funkcji generatora, częstotliwość generowanych impulsów wynosi lHz. Jej zmiana następuje po naciśnięciu przycisku Sl (offset). Wartość wybranej częstotliwości można odczytać na dolnej linii wyświetlacza.
Ustawianie offsetu
Możliwość ustawienia offsetu pozwala skorygować rozrzuty wartości parametrów elementów użytych do budowy testera i zwiększyć dokładność pomiaru. W przypadku pomiaru małych wartości pojemności i indukcyjności, wartość offsetu zapamiętana w pamięci EEPROM uwzględnia poprawkę wartości parametru drugiego elementu obwodu rezonansowego. Dla pomiaru dużych wartości pojemności w offsecie zawarta jest poprawka rzeczywistej wartości oporności opornika RIO. Funkcja pomiaru małych pojemności i indukcyjności pozwala ustawić i zapamiętać offset oddzielnie dla 5 podzakresów pomiarowych, które przyrząd automatycznie wybiera podczas testowania danego elementu. Wartości poszczególnych
podzakresów pomiarowych są następujące:
1 podzakres
10pF..170pF 10JJ.H..69JJ.H
2 podzakres
170pF..687pF 69JJ.H..2741J.H
3 podzakres
687pF..2,7nF 2 74|j.H..lmH
4 podzakres
2,7nF..llnF lmH..4,4mH
5 podzakres
HnF..43nF 4,4mH..17,6mH
Ustawienie offsetu przebiega następująco:
1. Należy przygotować po jednym kondensatorze i dławiku o wartości pojemności i indukcyjności z podanych przedziałów. Najlepiej jeżeli wartości tych elementów zostaną wcześniej zmierzone za pomocą mostka lub innego przyrządu pomiarowego.
2. Kondensator o znanej wartości pojemności, np. lOOpF, należy włożyć do gniazda pomiarowego i ustawić tester na pomiar małych pojemności.
3. Kiedy w dolnej linii wyświetlacza pojawi się znak (>), należy jednocześnie nacisnąć przyciski S2 i Sl. Powinien pojawić się napis "kor." Oznacza to włączenie trybu offsetu.
4. Naciskając przyciski S2 i Sl należy skorygować wyświetlaną wartość pojemności mierzonego kondensatora tak, aby była najbliższa wartości rzeczywistej.
5. Ponowne jednoczesne naciśnięcie przycisków S2 i Sl kończy tryb ustawiania offsetu dla tego zakresu pojemności. Wartość nowego offsetu zostanie zapamiętana w pamięci EEPROM.
W ten sam sposób należy wprowadzić poprawkę dla pozostałych podzakresów pojemności i indukcyjności.
Dla kondensatorów o dużych wartościach pojemności ustawia się jeden offset dla całego zakresu pomiarowego. Należy wówczas wykonać czynności analogiczne do opisanych powyżej, oczywiście wybierając wcześniej test pomiaru kondensatorów o dużych pojemnościach.
Istnieje także możliwość wy-zerowania wszystkich offsetów. Jeżeli w momencie włączenia zasilania będziemy naciskali przycisk Sl, na wyświetlaczu pojawi się napis "offset =0". Jeżeli teraz naciśnięty zostanie przycisk SW2,
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl, R3, R4, RIO, PRL PR2: 10kO
PR3: 47kQ
R2, R5, Ró, R8, R18: lkO
R9: 27kQ
Rl 1: 30kQ
R12: 2,7kQ
R13: 430O
R14: 15kQ
R15: 4,7kQ
R16: 5,lkQ
R17: 3kQ
Kondensatory
Cl: 2,2jiF/16F
C2, C3: 27pF
C4, C9, CIO, C13, Cló, C18,
Cl9, C20: lOOnF
C5: 10p.F/16V
C7: 15pF
C8: l|i/16V
Cli, C12: 220pF
C14, C15: 220^F/50V
Cl 7: 1000^F/25V
C21: 100|iF/16V
Półprzewodniki
Dl: mostek prostowniczy
Tl, T2: BC547
T3, T4: BC557
Ul: 89C51/24MHZ
U2: LCD 2x16
U3: 24C02 EEPROM
U4: 79L05
U5: 74LS151
Uó: NE521
U7: MC 1648
U8: 74LS163
U9: NE555
U10, Uli: TL497AC
U12: 7805
Różne
JP1, JP15..JP17: gniazda typu
ARK2 małe
JP2..JP7, JP9..JP12: listwa gniazd
"precyzyjnych"
JP8, JP14: gniazda typu ARK2
duże
JP13: gniazdo zasilania
LI, L2: 200^H
L3: lOn-H
PK2, PK1: przekaźnik typu OMRON
5V
Sl, S2: SW miniaturowe przyciski
astabilne
Xl: 24MHz
podstawka DIP40
podstawka DIP1Ó
podstawka DIP14
podstawka DIP8
14
Elektronika Praktyczna 3/2001
Tester elementów elektronicznych
wszystkie ustawione wcześniej "offsety" zostaną wyzerowane. Naciśnięcie przycisku SWl oznacza rezygnację z wykonania tej funkcji.
Montaż i uruchomienie
Tester zaprojektowano jako przyrząd podręczny, w postaci płytki drukowanej z zamontowanymi elementami lecz bez obudowy. W takiej postaci, jako gniazda pomiarowe elementów wykorzystane zostały listwy gniazd precyzyjnych, w których łatwo można umieścić badane elementy o różnej długości i grubości wyprowadzeń. Zastosowane listwy powinny mieć otwory o nieco większej średnicy niż te używane do mocowania np. układów scalonych. Dzięki temu można w nich umieścić zarówno elementy o cienkich wyprowadzeniach, jak i te z grubymi końcówkami, np. kondensatory elektrolityczne czy stabilizatory. Listwy o odpowiedniej liczbie styków należy wlutować do gniazd JP4, JP5, JP6, JP7, JP9, JP1O, JP11, JP12, JP2, JP3. W pozostałych przypadkach zastosowano małe i większe gniazda typu ARK wlutowywane do druku. Jeżeli przyrząd miałby posiadać obudowę, wszystkie gniazda trzeba oczywiście wyprowadzić na zewnątrz, a także zapewnić dostęp do przycisków, potencjometrów i wyświetlacza.
Układ można montować w dowolnej kolejności, chociaż oczywiście najwygodniej zacząć od najmniejszych elementów. W przypadku, gdy wyświetlacz montowany jest bezpośrednio na płytce, to
konieczne okaże się położenie kondensatora Cl (na płytce przewidziano w tym celu wystarczająco dużo wolnego miejsca). W prototypie wyświetlacz zamontowałem za pomocą 16-stykowego złącza. Dzięki temu może on być odłączany od testera i wymiennie używany w innych urządzeniach.
Dodatkowo, w górnej części płytki drukowanej znajdują się opisy funkcji poszczególnych gniazd i elementów regulacyjnych, aby ułatwić posługiwanie się testerem.
Uruchomienie należy rozpocząć od sprawdzenia, czy napięcie Vcc ma wartość +5V. Można to bezpośrednio sprawdzić na gnieździe JP14. Następnie należy przystąpić do kontroli przetwornic napięcia dodatniego i ujemnego. Wartości elementów zostały dobrane tak, aby przetwornice w skrajnych położeniach potencjometrów dostarczały napięć wyjściowych z przedziału 7-25 V (analogicznie dla napięcia ujemnego). Pomiaru obydwu napięć można dokonać na styku Vi gniazd JP9 i JP1O. Zakres otrzymywanych napięć można zmienić dobierając oporniki Rll, R13 oraz R12, R14. W przypadku napięcia ujemnego nie należy ustawiać jego minimalnej wartości poniżej -7V. Napięcie ujemne jest bowiem wykorzystywane w pracy układu przy pomiarze małych wartości pojemności i indukcyjności. Jeśli to napięcie, regulowane potencjometrem PR3, będzie miało mniejszą wartość, komparator U6 nie będzie działał poprawnie i pomiar wartości parametrów elementów nie będzie możliwy.
Po uruchomieniu zasilaczy można zamontować pozostałe układy scalone i wyświetlacz. Po ustawieniu kontrastu potencjometrem PRl, na wyświetlaczu powinny pojawiać się wszystkie opisane wcześniej informacje. Ostatnim krokiem uruchomienia będzie sprawdzenie poprawności wszystkich testów oraz ewentualnie ustawienie offsetu. Ponieważ w pamięci EEP-ROM mogą być zapisane przypadkowe wartości, należy uprzednio ją wyzerować w sposób wcześniej opisany.
Wskazówki eksploatacyjne
W przypadku wyświetlacza z podświetleniem przyrząd pobiera dosyć dużo prądu (ok. 400mA) i stabilizator U12 może się przegrzewać. Jeśli tester zasilany jest napięciem o wartości większej od 9V, należy zastosować radiator.
W czasie pracy z testerem stwierdziłem, że niektóre stabilizatory szeregowe, szczególnie napięcia ujemnego, sprawdzane w opisany sposób mogą sprawiać wrażenie uszkodzonych. Do prawidłowej pracy wymagają bowiem niewielkiego obciążenia. Dołączenie opornika 5,lkQ do wyjścia pomiarowego JP16 rozwiązało ten problem.
Ryszard Szymaniak, AVT ryszard.szymaniak@ep.com.pl
Wzory płytek drukowanych w formacie PDF są dostępne w Internecie pod adresem: http://www.ep.com.pl/ ?pdf/marzecOlJitm oraz na płycie CD-EP03/2001B w katalogu PCB.
Elektronika Praktyczna 3/2001
15
AUTOMATYK
. Sterowanie
monitorowanie
procesów za pośredniku
s'eci GSM
mami GSM zostały tomatów sprzedając
d^ zaopatrzenia Q
JJie zmienić nastaw* Uwieraniem Zasuw"
Sterownik M90
Sterownik M9o * ^stosowaniu ich 1#
iwane wcięci au-SMS, informuje
i'
"^ ldal" trujących
., przy^dku �k wykorzystuje korn.rkowej. zi wiaj rt
nych
teir'"1 kosz
b ze

ŚŚ�
ka/enkodera, wejśoia i'^ W6)ŚCie "
P�rty komunikat 7V aMloBWB
panelowi operatorski emu ^S
l"b proo.su może w^�" �Perator
paramwry oraz ofc *t '
o ewentualnych alaS^, unikaty
kWre model6 sterowrik Mariach. Nia-
-P��kOmunikaCyn7^ :TSai�ne ^
koniec -
d1Blaj, w faz uJ�j
określany^ ^, nUnikatu dc> �l odpowi^d^ Piciem w stan ak-
ż wybierani Ul MożHwe je-t
nego
r-ii , n rna mi=|ŚliwoJń nl-,.J, Ś , uŚVtkownil- J.' -=*>--d\
Hi modemowpi nd-.^ uLJsiugi korrmni- ... Ś IC- ^a rnożliwoćf
-ni GSM itpipi � Y WLP^Pracuje z niodp panela op'
lDOT^raK Ilami ko^6rkc,wvmi P" i" r�Wr"ka. Może n^r-i-L- ^ �* 5'^ko s^e
pra na zdalną DbslUgĘ ^ mo nk" edytować 1?}^^ dt Przyciski konali
PLC technoPloR*i rlZ dD st��wnikćw '' ?*"** �P�y}L?V??Z Uaktualnia-
powiadomienip J TiiciżliWe \pi,f ^ powodu dość wv= !-Ś u a>
tt^t-i.... lb operatora n^�-> .., , ' iL c^n w sieci r^r.^ y^Kich kci&ztów nnł^
Lto&owana głównie w "I^Iis?llsJa danych jest ce h Lerwi&owych
ż, też wydać ol k0
produkcji l*h I* ^'^ w""
' otrzymania urządze-
Komunikaty SMS
� tli V-.____ n.
Ś\
Elektronika Praktyczna 3/2001
modemu GSM
;^n� ��J' Przemysłowej srowniko M90 oro?
131
AUTOMATYKA

CZ3-
Rys. 1. Oprogramowanie Remote Access umożliwio zdolnq obsługę ponelo operatorskiego sterownika oroz podglqd działania programu.
stąpienia określonych zdarzeń lub nawet kalendarza. Komunikaty SMS mogą być wysyłane nie tylko do telefonów komórkowych, ale również do innych modemów GSM. Komunikaty SMS można zatem wykorzystać np. w telemetrii do transmisji danych pomiarowych lub do przesyłania danych pomiarowych w systemach rozproszonych.
Za pośrednictwem komunikatów SMS można zdalnie ingerować w przebieg procesu. Można zmieniać parametry technologiczne, wartości zadane i nastawy regulatorów. Ze względów bezpieczeństwa, komunikat SMS wysyłany do sterownika musi być jed-
nak wcześniej zdefiniowany w wewnętrznej bazie komunikatów. Dodatkowo, sterownik może potwierdzać odebranie wiadomości SMS komunikatem zwrotnym.
Oprogramowanie narzędziowe
Oprogramowanie narzędziowe sterownika U90Ladder posiada wbudowany edytor komunikacji GSM (rys. 2j. Nie ma zatem potrzeby tworzenia procedur komunikacji pomiędzy sterownikiem a modemem GSM. Edytor umożliwia zdefiniowanie wewnętrznej książki telefonicznej, w której użytkownik deklaruje numery telefonów, z których ma korzystać sterownik i do których ma wysyłać komunikaty. W tym oknie wpisuje się również kod PIN aktywujący kartę SIM modemu oraz definiuje prawa numeru telefonu wymieniającego dane ze sterownikiem.
Edytor komunikacji GSM pozwala na zapisanie 99 różnych wiadomości SMS. Wszystkie komunikaty wysyłane z i do sterownika muszą być wpisane do bazy danych sterownika.
Zastosowania
Ze względu na duże możliwości sterownika M90 oraz modemu OPLC-GSM trudno jest zdefiniować obszar zastosowań, Producent przewiduje zastosowanie zestawu M90-GSM do zdalnego monitorowania i obsługi maszyn produkcyjnych, urządzeń technologicznych oraz instalacji przemysłowych. Przesyłanie komunikatów SMS pozwala na zdalną diagnostykę maszyn, szczególnie tych, których przestój w pracy jest niedopuszczalny. Po wystąpieniu awarii urządzenia lub
i

,, Ś- ;;;r;,?v*

Rys. 2. Edytor wiadomości SMS pozwalający na zdefiniowanie i obsługę 99 różnych wiadomości tekstowych.
nieprawidłowości przebiegu procesu odpowiednie służby mogą być o tym szybko poinformowane. Za pomocą telefonu komórkowego operator może uruchomić procedurę awaryjną lub w skrajnym przypadku zatrzymać urządzenie. Sterownik M90 wyposażony w modem GSM może być stosowany w instalacjach alarmowych i systemach ochrony mienia. Komunikaty SMS to również jedna z możliwości wymiany danych procesowych między rozproszonymi instalacjami przemysłowymi, takimi jak przepompownie, oczyszczalnie ścieków lub rozdzielnie elektryczne. Wojciech Kub, Elmark Automatyka
Artykuł został przygotowany na podstawie dokumentacji technicznej sterowników M90 Unitronics, których dystrybutorem jest prma Elmark Automatyka, iel. (0-22) 828-29-11, www.elmark.com.pl.
132
Elektronika Praktyczna 3/2001
AUTOMATYKA
Systay ikwizycji feiych
Moduły pomiarowe
Pełnią one rolę przetwornika typowych sygnałów elektrycznych na sygnał cyfrowy, przesyłany w standardzie Modbus RTU z wykorzystaniem łącza szeregowego RS485. Poszczególne moduły różnią się między sobą obwodami wejściowych, dlatego są wykorzystywane do pomiarów odmiennych wielkości elektrycznych. Przetwornik SPT-100 przeznaczony jest do współpracy z rezystancyjnym czujnikiem temperatury typu PtlOO. Zazwyczaj czujniki podłącza się za pomocą 3- lub 4-przewodowego kabla. Bardzo szeroki zakres kompensacji zmian rezystancji przewodów podłączeniowych umożliwia zastosowanie przetwornika do pomiaru temperatury w przypadkach, gdy czujnik umieszczony w obszarze zagrożonym wybuchem musi być dołączony do przetwornika za pomocą barier Zenera. W takich aplikacjach zalecany jest system 4-przewodowy jako niewrażliwy na różnice rezystancji podłączeń w każdym przewodzie (rys. 1). Przetworniki STS-1, STK-1 i STJ-1 przystosowano do współpracy z czujnikami termoparowymi typu J, K lub S. Podłączenie czujników należy wykonać przewodem kompensacyjnym dopasowanym do danej termopary. Zmierzona wewnętrznie
Podłączania ^przewodowe
Oporności przewodów MOGĄ BYĆ DOWOLNE
(nie muszą byc równe) do 350 n w każdym przewodzie
Podłączanie 3-przawodOYta
Oporności przewodów do 350 Cl każdy,
mai Fłv 7APĘWMĆIDEWTYCZHOŚĆ przewodów
(rezystancji) w celu prawidłowej kompensacji
Rys. 1.
temperatura zacisków służy do automatycznej kompensacji "zimnych końców".
Kolejnym modułem należącym do omawianej grupy jest przetwornik STL-21 (rys. 2). Posiada dwa niezależne wejścia prądowe 4-20mA i jedno wyjście przekaźnikowe. Moduły w tej wersji nie posiadają izolacji galwanicznej między obwodami wejściowymi a liniami RS485. Konstrukcja STL-21 pozwala na załączenie za pomocą wbudowanego przekaźnika napięcia zasilania modułu na złącze wyjściowe. Nie dopuszcza się wykorzystania styków do załączania innych napięć. W każdym z opisywanych modułów sygnał wyjściowy, przetworzony na napięcie, podawany jest na wejście 12-bitowego przetwornika A/C i dalej na procesor. Wszystkim modułom, na etapie uruchomienia instalacji pomiarowej, zostaje przydzielony adres w systemie Modbus. Dowolny sterownik typu Master może pobierać dane z przetwornika oraz przeprowadzać zdalną kalibrację wskazań. Nastawy kalibra-cyjne, przechowywane w nieulotnej pamięci EEPROM, służą do skalowania odczytów danego przetwornika. W zależności od zastosowanych układów interfejsu, w jednej sieci można podłączyć do 128 przetworników bez zastosowania wzmacniaczy buforowych (repeaterów). Moduły w wersjach bez indeksu "i" w oznaczeniu (np. SPT-100) nie posiadają izolacji galwanicznej między układami wejściowymi a liniami zasilania i RS485. Izolację mają wszystkie moduły w wersji z dodanym indeksem, np. SPTi-100.
Ostatnim urządzeniem należącym do grupy przetworników pomiarowych jest moduł licznikowy SLIP-12. Różni się od wcześniej przedstawionych modułów zarówno budową, jak i dostępnymi funkcjami. Przeznaczony jest do zliczania impulsów podawanych z beznapięciowych
Systemy zdalnej akwizycji
danych opracowane przez firmę
Simex, które powstaiy
w oparciu o magistralę Modbus
RTU, umożliwiają wielopunktową
kontrolę różnorakich parametrów
procesu technologicznego. Układy
prezentowane w artykule, dzięki
znacznemu ograniczeniu
wymaganego okablowania
(zazwyczaj jeden kabel
czteroprzewodowy) są coraz
chętniej stosowane w nowo
budowanych i modernizowanych
systemach sterowania i nadzoru.
wyjść stykowych. Maksymalna częstotliwość zliczania w każdym kanale wynosi ok. 50Hz. Zastosowane metody eliminacji drgań styków wymagają 6ms stabilnej pozycji styku, aby prawidłowo określić zmianę poziomu wejścia. Stany wszystkich 12 wejść licznikowych zostają zapamiętane w nieulotnej pamięci EEPROM przy wykryciu awarii zasilania. Praca modułu licznikowego nie jest uzależniona od transmisji modbuso-wej, a do poprawnej pracy potrzebne jest jedynie zasilanie. Moduły SLIP-12, tak jak i pozostałe moduły pomiarowe, nie posiadają wskaźników. Odpowiedni rozkaz generowany z Mastera powoduje wyzerowanie wszystkich 12 liczników. Maksymalna pojemność zliczania wynosi 65535 impulsów na kanał. SLIP-12 ma pełną separację galwaniczną wszystkich 12 wejść licznikowych.
Urządzenia monitorujące
Monitorowanie danych w większości aplikacji odbywa się za pomocą programowalnych sterowników PLC, paneli operatorskich, koncentratorów pomiarów lub innych systemów pomiarowych. Wszędzie tam, gdzie należy dokonać miejscowego odczytu aktualnych lub zgromadzonych danych, Simex proponuje panel operatorski SPA-42. Jest to uniwersalne urządzenie typu HMI (Hu-man-Machine Interface) pełniące ro-
} RS 485
4-20mA 4-20mA
Rys. 2.
134
Elektronika Praktyczna 3/2001
AUTOMATYKA
PC (system nadrzędny)
Urządzeni! w podtleclacłi (MODBUS SLAVE)
Rys. 3.
lę wyświetlacza tekstowego. SPA-42 został zaprojektowany z myślą o wszechstronnym zastosowaniu. Może współpracować ze wszystkimi urządzeniami firmy Simex wykorzystującymi transmisję szeregową RS485 (po Modbusie), a także z urządzeniami innych producentów (w tym ze sterownikiem PLC, falownikami, regulatorami i oczywiście modułami akwizycji danych).
Obsługa, za pomocą 4 przycisków, jest łatwa i intuicyjna. Panel posiada wyświetlacz alfanumeryczny 4x20 znaków z podświetleniem oraz buzer piezo. Wbudowane łącze podczerwieni IR umożliwia bezprzewodową wymianę danych, np. z komputerem serwisowym. Zegar czasu rzeczywistego i dodatkowa pamięć pozwala na zastosowanie go również jako typowego rejestratora danych. Prędkość transmisji danych wynosi 9600b/s, identycznie jak dla pozostałych urządzeń systemu.
Konwertery, koncentratory
Niekiedy systemy budowane z wykorzystaniem magistral RS485 wymagają podłączenia do układu jednostki nadrzędnej typu Master posiadającej łącze RS232. W takich aplikacjach stosowany jest konwerter SRS-2/4. Moduł może pracować wyłącznie z urządzeniami, które sterują kierunkiem transmisji za pomocą sygnału RTS (np. odpowiednio oprogramowany komputer PC spełniający rolę Mastera). Urządzenie zapewnia
pełną izolację galwaniczną między interfejsem RS232 a liniami RS485. Nie dopuszcza się do jednoczesnej pracy więcej niż jednego modułu typu SRS-2/4 na liniach RS485. Moduł może pracować z dowolnymi urządzeniami firmy Simex wyposażonymi w łącze standardu RS485. Może również obsługiwać transmisję między dowolnymi urządzeniami wyposażonymi w interfejs RS485 a jednostką Master posiadającą łącze RS232.
Odmienną rolę od SRS-2/4 pełni moduł konwertera SRS-4/2. Przeznaczony został do podłączenia urządzeń typu Slave, wyposażonych w łącze RS232, do magistrali RS485 (oczywiście w standardzie Modbus). Moduł SRS-4/2 zabezpiecza, poprzez sygnał RTS, przed niepowołanym dostępem do linii RS485 łącza RS232. Urządzenie zewnętrzne, pracujące jako Slave, ma możliwość zwrotnego podania sygnału (odpowiedzi) dopiero po wysłaniu zapytania z urządzenia Master. Zasadniczym przeznaczeniem tego modułu jest umożliwienie podłączenia do niezależnego systemu typowego komputera klasy PC.
Ostatnim z urządzeń, należącym do opisywanej grupy, jest moduł konwertera/koncentratora SRS-4/4. Został on wyposażony w dwa odizolowane galwanicznie porty RS485 (jeden w trybie Master dla podsieci oraz drugi w trybie Slave dla urządzenia nadrzędnego). Moduł SRS-4/4 spełnia dwie podstawowe funkcje: zwiększa liczbę urządzeń dołączonych do sieci RS485 (rys. 3) oraz przyśpiesza akwizycję danych z urządzeń (do ok. 8 razy), zachowując stałą prędkość transmisji RS485. Wszystkie skonfigurowane przez użytkownika urządzenia i rejestry w podsieci są odpytywane z maksymalną możliwą częstotliwością i w kolejności niezależnej od zapytań z urządzenia nadrzędnego (np. komputera PC). Jeśli urządzenie zapyta o dane z bufora pomiarowego, odpowiedź zostanie zwrócona natychmiast i zawierać będzie wartości pomiarowe otrzymane z urządzenia podczas ostatniego poprawnego odczytu z podsieci. Moduł
-Uz
5 678
Rys. 4.
5 678
o o o 5678
o o o 5 678
10 + 15 modułów
10+ 15 modułów
SRS-4/4 obsługuje jednocześnie 512 niezależnych buforów. Konfiguracja buforów przechowywana jest w pamięci nieulotnej.
Zasilacze
Każdy z modułów pomiarowych, jak również panel operatorski SPA-42 i konwertery SRS, posiada wbudowane zasilacze impulsowe. Dzięki temu nie jest wymagana stabilizacja napięcia zasilającego - może się ono zmieniać w zakresie 16..30V. Przetwornice impulsowe posiadają dosyć dużą sprawność przetwarzania napięcia, więc podczas pracy pobór prądu jest tym mniejszy, im wyższe jest napięcie zasilania. Niestety, w momencie załączania zasilania chwilowy pobór prądu jest dosyć znaczny. Dlatego, aby nadmiernie nie rozbudowywać zasilaczy w systemie (zwiększając dopuszczalną obciążalność prądową), Simex proponuje zastosowanie modułów opóźnionego załączania zasilania SOZ. Podłączenie modułów pomiarowych przez SOZ (grupując po 10..15 urządzeń) pozwala na zróżnicowanie czasu załączania poszczególnych grup przetworników i umożliwia zastosowanie zasilaczy o mniejszym prądzie wyjściowym (rys. 4).
Obudowy
Wszystkie moduły pomiarowe (z wyjątkiem SLIP-12), moduł opóźnionego załączania SOZ i SRS-4/4 zostały umieszczone w typowych obudowach o wymiarach 101x80x22,5mm przystosowanych do montażu na szynie DIN 35mm. Podłączenia kablowe do modułów realizowane są za pomocą złączy śrubowych. Na ściance frontowej umieszczono dwie diody LED sygnalizujące stany pracy modułów. Konwertery SRS-2/4, SRS-4/2 oraz moduł licznikowy SLIP-12 są montowane w obudowach o wymiarach 133x95x26mm, mocowanych na listwie 35mm za pomocą dodatkowego adaptera. Połączenia kablowe w tych modułach realizowane są z wykorzystaniem złączy typu Can-non. Dariusz Kocerba, Simex
Artykuł powstał w oparciu o materiały firmy Simex (www.-simex.com.pł), teł. (0-58) 342-14-26.
Materiały katalogowe urządzeń prezentowanych w artykule znajdują się na płycie CD-EP3/2001B w katalogu \Simex.
Elektronika Praktyczna 3/2001
135
AUTOMATYKA
Tytułowy ułamek okreśła
wymiar obudowy
miniaturowego łicznika-timera
w odniesieniu do światowego
standardu przemysłowego DIN.
Tak więc, w niewiarygodnie
małej objętości konstruktorzy
Omrona zintegrował! bardzo
funkcjonałne urządzenie, które
należy do grupy najczęściej
stosowanych w praktyce.
Ponieważ nie wszyscy Czytelnicy EP znają wymiary standardowych formatów opisanych w normach DIN informujemy, że 1/32DIN określa wymiary płyty czołowej na 48x24mm. Trudno uznać te wymia-j ry - przynajmniej na I pierwszy rzut oka - za I szczyt miniaturyzacji, ale na tak niewielkiej powierzchni ulokowano podwójny 8 -cyfrowy wyświetlacz cyfrowy, 4-przyciskową klawiaturę oraz dwa: potrójne i poczwórne pola wskaźnikowe, na których jest sygnalizowany bieżący tryb pracy urządzenia. W module zastosowano negatywowy wyświetlacz
LCD z 3-kolorowym podświetleniem, dzięki czemu wyświetlane wskazania są bardzo czytelne. Przydatnym wyposażeniem, zwłaszcza w dużych systemach komunikacyjnych, jest wbudowany w H8GN interfejs komunikacyjny RS485, przystosowany do pracy w systemach sieciowych z poolingiem. Teraz robi wrażenie?
AUTOMATYKA
j|_
(*OUl Oulputtin*
(Fi> -J - - 1 - 4-- !? ŚKn]

imutdun In oontaidna

<> ohfal

tira*

Rys. 1.
Możliwości
Prezentowany przez nas moduł H8GN jest bardzo uniwersalny, ponieważ można go stosować - bez konieczności dokonywania jakichkolwiek przeróbek - w jednym z trzech trybów pracy:
/Licznika sumującego, o pojemności 8 miejsc dziesiętnych, maksymalnej częstotliwości zliczania 5kHz i wbudowanym filtrem impulsów wejściowych. Licznik wyposażono w dwa wejścia impulsów zliczanych, które można wykorzystać do bezpośredniej współpracy z enkoderem inkrementacyj-nym.
/4-cyfrowego timera (przekaźnika czasowego), zliczającego czas (do wyboru) w sekundach, minutach lub godzinach. Na wyświetlaczu wyświetlane są jednocześnie: bieżący zliczony czas i ustawiony przez operatora czas zadany. Sterowanie pracą timera umożliwiają wyprowadzone na tylną część obudowy wejścia: START, GATE i RESET. Timer może pracować w jednym z 6 trybów zliczania czasu, przewidziano także możliwość impulsowego sterowania wyjściem przekaźnikowym (PWM). Kasowanie stanu licznika może odbywać się za pomocą przycisku ulokowanego na płycie czołowej urządzenia, samoczynnie po dojściu licznika do zadanego czasu lub przez odłączenie zasilania. Bardzo praktycznym dodatkiem w tym trybie pracy modułu H8GN jest 4-pozycyjna pamięć nastaw, dzięki czemu istnieje możliwość szybkiego dostosowania nastaw pomiarowych do chwilowych wymagań aplikacji. W ten sposób
można np. zapamiętać 4 dowolnie ustalone progi porównania dla licznika czasu.
/4-cyfrowego licznika z programowanym progiem sygnalizacji, przy którym uruchamiany jest przekaźnik wbudowany w urządzenie. Licznik może zliczać impulsy w górę lub w dół, wskazując przy tym wartości ujemne. Niezwykle przydatną cechą licznikowego trybu pracy jest możliwość przeskalowania wyniku zliczania i jego wyświetlania w wielkościach fizycznych (np. długości). Impulsy wejściowe mają częstotliwość do 5 kHz i mogą być dodatkowo filtrowane przez programowalny filtr wejściowy. Także pozostałe funkcje i możliwości w tym trybie pracy są podobne do trybu licznika sumującego. Niespotykaną w konkurencyjnych rozwiązaniach możliwością H8GN jest przełączanie pomiędzy trybami licznika sumującego i licznika progowego, dzięki czemu opera-
133
Elektronika Praktyczna 3/2001
AUTOMATYKA
tor może mieć na bieżąco dostęp do podglądu obydwu stanów. Dostęp do systemu konfiguracji może być zabezpieczony hasłem.
Inne możliwości serii G
Omron przygotował także kilka innych interesujących urządzeń o ogromnych możliwościach ukrytych w niewielkich obudowach o wymiarach 1/32DIN. Oprócz prezentowanego w artykule H8GN obecnie są oferowane:
- moduł K3GN jest uniwersalnym w pełni programowanym modułem wskaźnikowym , wyposaż ony m w wejścia: impulsowe, napięciowe i prądowe.
- moduł E5GN, dostępny w kilku wariantach, który jest specjalizowanym sterownikiem temperaturowym z systemem samoczynnego dopasowywania się do parametrów nadzorowanego obiektu.
Zapowiadane są także inne warianty miniaturowych urządzeń, nazywanych przez producenta zaawansowana serią "G". najbardziej intere-
sujące opiszemy w kolejnych wydaniach EP. Tomasz Paszkiewicz
Artykuł powstał w oparciu o materiały firmy Oiruon, iel {0-22} 645-78-80, www.omron.com.pl.
Nota katalogowa dotycząca H8GN jest dostępna w Iniernecie: hiip://
www. e u. omron. com.
Elektronika Praktyczna 3/2001
139
AUTOMATYKA
Przemysłowe sieci komunikacyjne
] ^3ki
Niemiecka firma Hirschmann Electronics GmbH (dawniej Richard Hirs-chmann) znana jest m.in. z szerokiej oferty komponentów do zastosowań w komunikacyjnych sieciach przemysłowych, w tym również s rewelacyjnych przetworników światłowodowych. Przetworniki te zamieniają sygnał elektryczny na optyczny oraz odwrotnie, umożliwiając użytkownikowi wykorzystanie zalet optycznej techniki przesyłania danych. Do zalet tych należy przede wszystkim duża odporność na zakłócenia elektromagnetyczne, duży zasięg, zintegrowana ochrona odgromowa, separacja galwaniczna, łatwe projektowanie i obsługa, jak również duża elastyczność okablowania nie wymagająca zmian w przypadku dalszego rozwoju sieci.
Firma Hirschmann oferuje na rynku zarówno przetworniki analogowe do przesyłania sygnałów audio oraz video fFEAS, S-VHS, RGB), przetworniki cyfrowe dla transmisji RS-232/ 422/485, jak i specjalistyczne przetworniki dla sieci typu Fieldbus. Większość przetworników jest dostępna w kilku wariantach wykonania: moduły wtykowe, moduły wolnostojące, karty do systemu typu Rack oraz jako układy hybrydowe.
Uniwersalne moduły RS-485
Interfejs szeregowy RS-485 jest od dawna szeroko rozpowszechniony w technice automatyzacji. Jako medium transmisji najczęściej stosowany jest przewód elektryczny. W takim wykonaniu sieci maksymalna liczba uczestników wynosi 32, a długość kabla jest ściśle powiązana z szybkością transmisji (np. 300m przy 375kb/s, 1200m przy 62,5kb/s). Topografia sieci jest mocno ograniczona i dozwolona jest praktycznie tylko magistrala z krótkimi odgałęzieniami.
Przy zastosowaniu światłowodów zostają wyeliminowane niemal wszystkie wady przesyłania elektrycznego, tj. liczba uczestników ograniczona jest tylko liczbą logicznych adresów w wykorzystywanym protokole, prędkość transmisji jest niezależna od długości światłowodu, a topografia sieci nie stawia żadnych ograniczeń.
Do budowania sieci w standardzie RS-485 przeznaczony jest moduł OZD485. Moduł ten może być stosowany w niemal wszystkich systemach sieci miejscowych opartych na standardzie
Przedstawimy przetworniki światłowodowe z rodziny Industrial Linę, przeznaczone do zastosowania w sieciach przemysłowych. Wszystkie eiementy wykonane są w postaci kompaktowych modułów montowanych na standardowych szynach DIN. Masywna aiuminiowa obudowa, wykonana jako odiew ciśnieniowy chroni je przed zakłóceniami, zabrudzeniem i wahaniami temperatury w zakresie od O�C do 6O�C (wykonania specjałne od -2O�C do 6O�C)r jak również przed uszkodzeniami mechanicznymi. Wszystkie moduły mogą być zasiłane z wiełu źródeł, co gwarantuje większą niezawodność pracy sieci.
RS-485 (RS-422): PROFIEUS, MOD-EUS + , INTEREUS-C, SINEC L1/L2, EIT-EUS, MELSECNET, UNI-TELWAY, Sat-tEus, Local Talk, Party-Line itp.
Wszystkie ustawienia konieczne do wyboru protokołu może wykonać użytkownik za pomocą umieszczonych na przedniej ściance modułu mikroprze-łączników. Moduły OZD485 wyposażono w jeden port elektryczny (9-pinowe gniazdo Sub-D i listwę zaciskową), do którego można podłączyć urządzenie końcowe lub segment sieci z kolejnymi 31 uczestnikami. Port optyczny ze złączem ST/EFOC lub FSMA umożliwia podłączenie w zależności od wykonania: światłowodu z tworzywa, światłowodu szklanego wielomodowego lub jednomo-dowego. Moduły można zasilać napięciem 5V lub 18..32VDC. W przypadku zasilania modułu napięciem 18..32VDC, na gnieździe SUE-D mamy do dyspozycji napięcie +5V. Maksymalna długość odcinka optycznego pomiędzy dwoma modułami waha się od 80m do 22000 metrów, w zależności od zastosowanego modelu modułu oraz światłowodu.
Zarówno przy rozruchu sieci, jak i w trakcie pracy następuje samoczynna kontrola odcinka transmisyjnego. Moduł wyposażony jest w 2 diody diagnostyczne LED służące do sygnalizowania transmisji i odbioru danych oraz informowania o stanie odcinka optycznego. Sygnalizacja służy do szybkiego rozruchu i nadzorowania odcinka światłowodowego bez konieczności stosowania kosztownych urządzeń pomiarowych, dzięki czemu można obniżyć koszty serwisowania sieci. Moduły OZD485 pozwalają na kaskadowe łączenie wielu odcinków w celu zwiększenia zasięgu.
Przetworniki światłowodowe dla sieci Profibus
Profibus fang. PROcess Field EUS) jest znormalizowanym, otwartym interfejsem komunikacyjnym, który może być stosowany w różnych aplikacjach. Profibus opisuje norma DIN 19245 część 1 i 2 oraz norma europejska EN 50170. Od początku znaczący udział w opracowaniu normy Profibus mieli inżynierowie i technicy firmy Hirschmann. Elementy sieci Profibus firmy Hirschmann znalazły zastosowanie m.in.
140
Elektronika Praktyczna 3/2001
AUTOMATYKA
w urządzeniach sterujących znakami świetlnymi wzdłuż autostrad, sterowaniu odcinkami gazociągów i rurociągów ropy naftowej, sterowaniu w przemyśle samochodowym, spożywczym i wielu innych aplikacjach.
Oferowane od kilku lat przetworniki do sieci Profibus mogły pracować z maksymalną prędkością przesyłania danych l,5Mb/s. Coraz większe i ciągle rosnące wymagania użytkowników przyczyniły się do powstania nowej wersji przetworników mogących pracować z maksymalną prędkością 12Mb/s. Wszystkie pozostałe, korzystne cechy poprzednich modułów zostały zachowane. Użytkownik może nadal budować sieci oparte na dowolnie wybranej topografii: magistrali, gwiazdy, pierścienia lub podwójnego pierścienia optycznego.
Każdy moduł wyposażony jest wl port elektryczny i ~vv zależności od wykonania 1 lub 2 porty optyczne ze złączem ST/EFOC. Dostępne są wersje dla światłowodów z tworzywa (zasięg 400m), światłowodów szklanych "wielo-modowych (zasięg do 3km) i światłowodów szklanych jednomodowych (zasięg do I5km). Moduły dzięki funkcji reti-ming regenerują odbierane sygnały (kształt, położenie czasowe i amplitudę). Umożliwia to instalację 144 odcinków światłowodowych, a maksymalna rozpiętość sieci może wynosić nawet lOOkm, co ma ogromne znaczenie przy budowie np. gazociągów. Możliwość realizacji sieci o topografii podwójnego pierścienia optycznego w połączeniu z redundantnym zasilaniem 24VDC/ 48VDC gwarantuje wysokie bezpieczeństwo przekazu i niezawodność sieci. Na przedniej części modułu znajdują się cztery diody LED służące do diagnostyki poszczególnych portów oraz samego modułu. Oprócz sygnalizacji optycznej moduły posiadają styk informacyjny, który sygnalizuje pojawienie się ewentualnych błędów typu: błędny stan modułu, niewłaściwe połączenie odcinka elektrycznego lub optycznego, prze-
kroczenie maksymalnego czasu nadawania przez uczestnika, uszkodzenie odcinka elektrycznego lub optycznego.
Sieci FIP i GENIUS
OZD FIP i OZD Genius to stosunkowo nowe, specjalistyczne moduły opracowane głównie na potrzeby systemów sieciowych oferowanych przez firmy Schneider Electric i GE Fanuc. Moduł dla sieci FIP umożliwia transmisję danych z prędkością lMb/s, natomiast moduły dla sieci Genius z prędkością 153,6kb/s. Moduły można łączyć ze sobą kaskadowo, przy czym maksymalna odległość pomiędzy dwoma modułami wynosi ok. 2500 metrów. W przygotowaniu są również moduły w wersji do współpracy z światłowodem jednomodo-wym, gdzie maksymalna odległość pomiędzy dwoma modułami będzie mogła wynosić ok, I5km.
Przetworniki posiadają po jednym porcie elektrycznym, do którego można podłączyć do -5 urządzeń końcowych w sieci GENIUS lub 2 w sieci FIP oraz po 2 porty optyczne ST/EFOC. Ponadto, dwa porty optyczne pozwalają na budowę również sieci o topografii podwójnego pierścienia optycznego. Moduły można łączyć ze sobą kaskadowo z wykorzystaniem maks. 32 takich urządzeń w sieci GENIUS lub 20 w sieci FIP. Podobnie jak inne moduły, również te są wyposażone w diody LED oraz styk informacyjny służący do diagnostyki poszczególnych portów oraz samego modułu.
Ethernet w wykonaniu przemysłowym
Firma Hirschmann jako pierwssa wprowadziła do swojej oferty rodzinę elementów typu "Raił" do zastosowań w ciężkich warunkach przemysłowych. Nowa linia przemysłowa pozwala na wykorzystanie zalet Ethernetu przy automatyzacji produkcji, zarządzaniu ruchem i kontroli procesów technologicznych. Wykonanie modułów w technice
I-MI
"plug and play" umożliwia ich prostą i szybką instalację. Wystarczy zamocować moduł na szynie, dołączyć urządzenia i/lub segmenty sieci, załączyć zasilanie i sieć może pracować.
Komponenty wyposażone są w zaawansowane mechanizmy redundancyj-ne (zarówno danych, jak i zasilania), posiadają możliwość zarządzania siecią poprzez protokół SNMP, jak również przez Internet. Tę ostatnią możliwość posiadają switche serii RS2 przeznaczone do pracy w sieci Fast Ethernet. Przełącznikom tym można nadać numer IP, dzięki czemu można je kontrolować oraz sterować ich pracą z dowolnego oddalonego miejsca.
Rodzina komponentów dla sieci Ethernet obejmuje transceivery, koncentratory oraz switche. Dostępne są one w wielu wykonaniach różniących się liczbą portów, rodzajem przyłączy oraz rodzajem medium transmisyjnego. Urządzenia typu "Raił" były już szczegółowo opisywane w EP5/2000. Ich opis można również znaleźć na stronie autoryzowanego dystrybutora firmy Hirschmann pod adresem www.jbc.com.pl. AK
142
Elektronika Praktyczna 3/2001
SPRZĘT
W artykule przedstawiono problemy zagrożeń związanych
z wyładowaniami elektryczności statycznej (ESD), spotykane
w przemyśle elektronicznym. Podano przykład stanowiska pracy
spełniającego wymagania odnośnie ochrony przed wyładowaniami
elektro sta tycznymi.
EPROM 0,5 mj/s
CMOS 5,0 mj/s
Schottky TTL 50 mj/s Przytoczone wyżej przykłady pokazują, że dopuszczalne moce są o jeden do trzech rzędów wielkości mniejsze od mocy impulsu powstającego podczas rozładowania ładunku zgromadzonego w pojemności związanej z ciałem człowieka. Jeśli wziąć pod uwagę, że podczas pracy na zwykłym stanowisku na ciele powstaje potencjał rzędu 1..3 kV, zaś podczas chodzenia po zwykłych wykładzinach potencjał na poziomie 10 kV, a nawet (przy niskich wilgotnościach powietrza) do 35 kV [3], to
Zjawisko ESD sowej produkcji elementów poziomie 3..4 kV. Oznacza wszelki komentarz, dotyczą-
Hasło ,,elektrostatyka" nie- półprzewodnikowych do pro- to, że dopiero wtedy, kiedy cy poziomu zagrożenia od rozerwą lnie kojarzy się wadziło, jak się ocenia, jego pojemność elektryczna ESD w takich warunkach, z gTeckim matematykiem w jednym tylko 1982 r. naładuje się do takiego wydaje się zbędny, i filozofem z VI w p.n.e. Ta- w przemyśle USA do strat właśnie poziomu, receptory Należy tu również pod-lesem z Miletu, który na poziomie 1 miliarda USD. bólu w opuszkach palców kreślić drugi z wymienio-stwierdził występowanie zja- Stanowiło to ok. 22% ogól- odbiorą podczas wyładowa- nych czynników - szerokie wiska przyciągania drobin nych start w przemyśle elek- nia nieprzyjemny sygnał. Po- stosowanie tworzyw sztucz-różnych materiałów przez tronicznym [2]. jemność elektryczna człowie- nych. Zastosowanie nieprze-
kawałek potartego burszty- Zaobserwowany wzrost za- ka dorosłego, w zwykłym wodzących prądu wykładzin nu. Niestety, obecnie bardzo grożenia od ESD był natu- obuwiu na izolowanych po- podłogowych, wykładzin po-często jest to jedyne skoja- ralną konsekwencją rozwoju deszwach, jest na poziomie wierzchni roboczych, ubrań, rżenie dotyczące elektrosta- technologii elektronowej. 150-300 pF. Zatem energia pojemników, narzędzi oraz tyki jakie ma większość ab- Szczególnymi momentami zgromadzona w takiej pojem- innych elementów niezbęd-solwentów szkół średnich, było wprowadzenie technolo- ności, poniżej poziomu od- nych w technologii produkcji a nawet i wyższych. Można gii MOS oraz postępy w mi- czuwania bólu przy wyłado- i montażu powodowało z jed-tu zacytować zdanie jedne- niaturyzacji, polegające na waniu ESD, jest na pozio- nej strony łatwą generację go z uznanych w USA eks- zwiększeniu stopnia scalania, mie 1 mj. Warto tę wartość ładunku, podczas kontaktu pertów w dziedzinie ochro- Wymienione czynniki spowo- porównać z maksymalnymi czy pocierania przez inne ny ESD w elektronice dowały z jednej strony obni- dopuszczalnymi poziomami elementy lub pracownika, O. McKeevera: ,,Doświadczę- żenię maksymalnej wartości mocy impulsów ESD, jakie z drugiej zaś utrzymywanie nie wskazuje, że dobrze wy- napięcia elektrostatycznego można doprowadzić bez wysokich potencjałów przez kształceni inżynierowie elek- jakie mógł wytrzymać ele- zniszczenia do niechronio- dłuższy czas, podwyższając tronicy i elektrycy, pracują- ment oraz obniżenie pozio- nych elementów stosowa- w zasadniczy sposób możli-cy w przemyśle elektronicz- mu maksymalnej mocy nych we współczesnej elekt- wość wystąpienia wyładowa-
400
300
nym, mogą mieć zasadnicze wprowadzanej do elementu ronice [2]:
problemy ze zrozumieniem podczas impulsu ESD, jaką
występujących zjawisk elek- mógł on wytrzymać bez ob-
trostatycznych. Na początku serwowalnych zmian włas-
XXI wieku wielu inżynie- ności.
rów nie rozumie zasad Innym niebagatelnym
elektrostatyki podanych czynnikiem pogłębiającym
przez Gilberta, Franklina problem zagrożenia od ESD
czy Faradaya w XVI, XVIII było coraz szersze wprowa-
czy XIX wieku" [1]. Nie dzanie tworzyw sztucznych
należy się zatem dziwić, że o bardzo dobrych własnoś-
problem ochrony przed ciach elektro izolacyjnych.
szkodliwym działaniem elek- Ładunek wprowadzony na
tryczności statycznej, elementy z takich materiałów �
a zwłaszcza przed jej wyła- podczas procesu technolo- -^
dowaniami - tzw. ESD (od gicznego mógł utrzymywać c 200
ang. ElectroStatic Discharge) się przez dłuższy czas, po- a?
- był, a w Polsce jest nadal, wodując wzrost zagrożenia n1
niedoceniany. podczas nagłego niekontrolo-
O ile już w latach II woj- wanego rozładowania, ny światowej stosowano oło- Poziom występujących zawiane pojemniki dla diod grożeń ilustruje następujący mikrofalowych, umożliwiają- przykład. Minimalne napię-ce ich bezpieczny (w sensie cie, przy którym człowiek ESD) transport, to zlekcewa- odczuwa ,,ukłucie" podczas żenię tego problemu w ma- wyładowania ESD jest na Rys. 1.
nia elektrostatycznego.
PONAD 1.000 10 MILION
100 -
o
Podsystem (elementy)
System (płytki)
Użytkowanie
144
Elektronika Praktyczna 3/2001
SPRZĘT
Rys. 2.
Wpływ ESD na elementy i podzespoły
Uszkodzenia od ESD dzie-li się na bezpośrednie, pośrednie i opóźnione. Pierwsze s nich są uszkodzeniami nieodwracalnymi i w największym uproszczeniu mogą być dwojakiego rodzaju: zależne od napięcia oraz zależne od energii wprowadzanej do obiektu podczas ESD. O ile jednak w technologii MOS problemy związane z elektrycznym przebiciem warstwy tlenku izolującego bramkę na skutek impulsu ESD wydawały się być dość naturalną przyczyną uszkodzeń, to bardzo duży udział uszkodzonych elementów wykonywanych w technologii bipolarnej fo wysokiej skali integracji), obserwowany w pierwszej połowie lat 70. przez firmę Westinghouse Adv. Tech. Lab. i oszacowany na 75% mógł budzić zdziwienie [1]. W drugim przypadku wyładowania ESD prowadziły na ogół do uszkodzeń związanych z wystąpieniem różnych lokalnych efektów cieplnych, takich jak odparowania metalizacji, lokalne przetopienia złącz i inne.
Uszkodzenia pośrednie są to różnego typu zakłócenia od ESD mogące spowodować fałszywe wyzwalanie układów logicznych. Uszkodzenia te są możliwe do usunięcia przez wykasowanie i ustawienie właściwego stanu.
Uszkodzenia opóźnione są zależne od czasu i polegają na tym, że pojedyncze wy-
ładowanie ESD nie powoduje widocznych zmian we właściwościach elementu. Następne, kolejne wyładowania prowadzą jednak po pewnym czasie do uszkodzenia nieodwracalnego. Występuje tu efekt kumulacji narażeń.
Należy podkreślić fakt, że o ile uszkodzenia bezpośrednie i pośrednie są łatwe do zidentyfikowania, to uszkodzenia opóźnione, z racji subtelnych zmian, mogą być trudne do wykrycia podczas rutynowej kontroli. Jest to o tyle istotne, że tego rodzaju uszkodzenia rnogą prowadzić do istotnego skrócenia czasu życia elementu. Wpływa to na koszt ewentualnej wymiany elementu czy naprawy urządzenia oraz na image firmy produkującej takie elementy. Nabiera to szczególnego znaczenia w przypadku urządzeń o specjalnym przeznaczeniu (zdrowie, militaria, kosmos), gdzie koszt naprawy zainstalowanego urządzenia może być nieporównywalny z kosztami uszkodzonego elementu. Zilustrowano to na rys. 1.
Jak widać z rys. 1, szybka identyfikacja uszkodzenia od ESD oraz unikanie ESD w dalszych etapach procesu technologicznego obiektu finalnego ma fundamentalne znaczenie jeśli chodzi o koszty ewentualnej naprawy czy też niezawodność.
Jak widać z wyżej podanych wartości energii, podatność na uszkodzenia od ESD zależy od rodzaju ele-
Elektronika Praktyczna 3/2001
145
SPRZĘT
mentu. Między innymi dla celów porównawczych wprowadzono pojęcie czułości napięciowej elementu na uszkodzenia od ESD. Ponieważ ładunek elektryczny może się gromadzić na różnych obiektach, takich jak człowiek, narzędzia, maszyny, sposób jego rozładowania oraz skutek, w rozumieniu uszkodzenia, będą zależeć od elektrycznych właściwości układu rozładowania. Podstawowe układy rozładowania zostały zastąpione modelami [4][5]. W przypadku badań ESD z ciała człowieka stosuje się model HBM (od ang. Human Body Model), w którym pojemność ciała człowieka przyjmuje się równą 100 pF, zaś rezystancję rozładowania modeluje rezystor o wartości 1500 H. Czułość napięciowa jest zależna od modelu i jest to maksymalna wartość napięcia, przy której ESD (dla modelu HBM rozładowanie pojemności 100 pF naładowanej do tego napięcia przez rezystancję 15 00 O. w obwodzie zawierającym badany element) nie prowadzi do bezpośredniego uszkodzenia badanego elementu [6]. Typowe wartości czułości napięciowej dla modelu HBM przedstawiono poniżej. Układy specjalne
10 - 100 V MOS - VLSI (przed 1990 r.)
100 - 300 V VLSI (współczesne)
1000 - 3000 V Bipolarne (przed 1990 r.) 400 - 6000 V Bipolarne (współczesne)
2000 - 8000 V Bipolarne, mocy
7000 - 25000 V Rezystory warstwowe
1000 - 5000 V
Jak można wywnioskować z powyższych danych, większość współczesnych elementów posiada zintegrowane z układem podstawowym układy zabezpieczaj ące, a ściślej obniżające czułość napięciową na uszkodzenia od ESD. Tak jest w istocie, ponieważ czułość elementów niechronionych, wykonanych w technologiach MOS, CMOS jest na ogół na poziomie 30 - 200 V.
Z problemem czułości napięciowej związane są pewne mity. Jednym z nich by-
ła opinia, że układy MOS-VLSI czy też CMOS uodporniają się na ESD po zamontowaniu ich na płytce drukowanej. Mit ten wynika z faktu, że układy pracy zawierają zwykle inne elementy ,,blokujące" element najczulszy, obniżając czułość całego układu czy podzespołu. Należy podkreślić fakt, że ESD może mieć również destrukcyjny wpływ na elementy pasywne, takie jak rezystory czy kondensatory cienkowarstwowe.
Kontrola i ochrona przed ESD
Podejmuj ąc działania ochrony elementów i podzespołów od ESD, należy wziąć pod uwagę, że około 50-60% uszkodzeń wynika z kontaktu elementu z naładowanym obiektem, 30-40 % z kontaktu naładowanego elementu z uziemionym obiektem i około 10% z innych przyczyn, jak np. ESD od ładunku indukowanego silnymi polami elektrycznymi.
Aspekt ekonomiczny zagadnienia ochrony zależy od rodzaju stosowanej technologii oraz czułości elementów i może wyglądać jak w przypadku firmy Western Electric, w której nakłady na ochronę od ESD zwróciły się w 2300% [1].
Podjęcie działań ochrony od ESD uzależnione jest głównie od wiedzy decydentów, niekiedy opartej na następujących fałszywych przesłankach [1]:
- elementy przewodzące nie są zagrożone przez ESD;
- materiały oznaczone jako ,, antystatyczne" nie generują ładunku;
- problem uszkodzeń od ESD dotyczy jedynie elementów w technologii MOS;
- podwyższenie wilgotności powietrza powyżej 40 % likwiduje problem;
- jonizacja powietrza likwiduje problem;
- nie ma żadnych problemów z ESD.
Ochrona przed ESD obejmuj e obniżanie p otencj ałó w elektrostatycznych w środowisku zawierającym czułe elementy, jak również ograniczanie prądów rozładowania ESD. Kontrola i ochrona przed ESD musi łączyć w sobie:
146
Elektronika Praktyczna 3/2001
SPRZĘT
Rys. 3.
- edukację personelu;
- bezpieczne fw sensie ESD) opakowania;
- bezpieczne fw sensie ESD) miejsce pracy. Podstawą ochrony przed
ESD jest wprowadzanie elementów czułych na ESD tzw. ESDS fod ang. Elect-roStatic Discharge Sensitive
device) oraz ich wyprowadzanie ze strefy chronionej tzw. EPA fod ang. Electros-tatically Protected Area) wtedy i tylko wtedy, jeśli znajdują się w zabezpieczających je opakowaniach. Opakowania winny spełniać określone wymagania zarówno w zakresie własnoś-
ci elektrycznych, jak i oznakowania.
Manipulowanie elementami czułymi na ESD dopuszcza sie. jedynie w obszarze EPA, w warunkach, kiedy urządzenia, personel, płaszczyzna robocza, jak i wszelkie elementy na stanowisku pracy posiadają ten sam potencjał równy potencjałowi ziemi. W obszarze EPA zabronione jest stosowanie oraz wprowadzanie jakichkolwiek źródeł pól elektrycznych. Należy pamiętać, śe źródłem takim może być element, który łatwo przeoczyć np. zwykły długopis.
Uproszczony schemat obszaru EPA, ilustrujący podane wyżej zasady ochrony przed ESD, przedstawiono na rys. 2. Należy zwrócić uwagę, śe wszystkie elementy w obszarze EPA dołączone są do uziemienia przez rezystor ograniczający o wartości rzędu 1 MLl Strefa taka musi być odpowiednio oznakowana, a wstęp do niej posiada jedynie personel
w ubraniu spełniającym stosowne wymagania. Szczegółowe wymagania dotyczące strefy chronionej EPA podano w normach [6, 7].
Oprócz wymagań natury elektrycznej, wyposażenie współczesnego stanowiska pracy gwarantującego wyeliminowanie strat spowodowanych ESD musi spełniać wiele innych warunków. Wśród nich można wymienić warunki dotyczące ergonomii, modularności czy kompleksowości rozwiązania problemu ESD.
Takie właściwości ma linia firmy TRESTON Sp. z o.o. Ponieważ proces technologiczny musi się odbywać w warunkach eliminujących ESD, materiały stosowane na stanowisku pracy, takie jak: płaszczyzna robocza, półki, pojemniki, wózki itp. winny w kontrolowany sposób fprzez rezystancję ograniczającą) rozpraszać pojawiający się czy generowany ładunek elektryczny. Oprócz stanowiska również pra-
Elektronika Praktyczna 3/2001
147
cujący na nim operator winien być uziemiony. Łączy się to z koniecznością zastosowania opasek, nadgarstkowych (rys* 3), krzeseł esy też podpórek pod nogi (rys* 4) oraz opasek na obuwie
0 własnościach rozpraszających. Doświadczenie pokazuje, że jedynie zastosowanie zintegrowanego systemu kontroli rozpraszania ładunku pozwala bezpiecznie prowadzić operacje w obszarze EPA i uniknąć niszczącego wpływu ESD.
Efektywność pracy w zakresie montażu, testowania czy serwisu wymaga właściwego zaprojektowania stanowiska pracy również pod względem ergonomicznym. Liczba operacji możliwych do wykonania na stanowisku pracy podczas jednej zmiany jest zatem bardzo istotnie ograniczona, aby wymiary stanowiska były możliwie optymalnie dobrane do potrzeb operatora. Wysokość powierzchni pracy, półek, wózków, jak i innych elementów wyposażenia winna być dobrana tak, by współgrała z fizyczną budową operatora. Możliwość łatwego
1 szybkiego przystosowania stanowiska pracy do wymagań operatora jest bardzo istotna w przypadku pracy zmianowej, zwłaszcza gdy budowa fizyczna kolejnego operatora odbiega znacznie od pracującego na wcześniejszej zmianie. Między innymi pod tym kątem zostały opracowane stanowiska pracy firmy TRESTON, w których przewidziano ręczną
(za pomocą dźwigni) lub za pomocą napędu elektrycznego regulację wysokości. Podobnie pojemniki na najbardziej istotne komponenty i akcesoria winny mieć możliwość łatwej regulacji ustawienia.
Bezpieczne stanowiska pracy firmy TRESTON odpowiadają międzynarodowym przepisom ochrony od ESD, określonych w normie europejskiej EN 61340-5-1, tłumaczonej obecnie na język polski [ 7], Firma TRESTON znajduje się w rejestrze firm odpowiadających wymaganiom ISO 9001, zaś produkowane w niej wyposażenie produkcyjne posiada odpowiedni znak bezpieczeństwa (TUV) [8],
Literatura
[1]O.J. McAteer, Electrostatic Discharge Control, McGrow-Hill Publishing Comp. N.Y. (1989).
[2]G.S.P. Castle, Electrostatic problems in the electronics industry. Electrostatics Suminer School. Dept. Of Electrica Eng. Univ. Of Southampton. Sept. 1988.
[3]A.G. Bailey, ESD - The Problems it causes in Electronics. Industrial Electrostatics, Hazards,. Southampton, 1990.
[4]DOD Standard 1686
(1980) lub IEC 61340-3-1: Electrostatics - Part 3-1: Electrostatic discharge simulation - Human body model (HBM) -Component testing (w przygotowaniu)
[5]IEC 61340-3-1:
Electrostatics - Part 3-2: Electrostatic discharge simulation - Machinę model (MM) - Component testing (w przygotowaniu)
[6] PN-EN100015-1 Ochrona przyrządów czułych na wyładowania elektrostatyczne. Wymagania ogólne. (1998).
SPRZĘT
[7]IEC 61340-5-1 lub ekwiwalent PN-IEC/TR 61340-5-1, Ochrona przed elektrycznością statyczną przyrządów elektronicznych. Wymagania ogólne, (w przygotowaniu)
[8]TRESTON Sp. z o.o. Informacja handlowa: www.treston.com, e-mail: treston@pol.pl
Rys. 4.
Elektronika Praktyczna 3/2001
149
PROJEKTY
Mu It i programator mikrokontrolerów
ST62
AVT-993
Jeżeli miałeś dotychczas
problemy z programowaniem
mikrokontrolerów ST62, to
właśnie się skon czylyl
Specjalnie dla rosnącego
gron a fanów tych
interesujących
mikrokontrolerów
opracowaliśmy wyjątkowy
programator, za pomocą
którego można programować
wszystkie popularne układy
z tej serii.
Do skonstruowania tego układu skłonili mnie koledzy ST6 2-maniacy, którzy urzeczeni Reali-zerem zapragnęli posiadać programator, który by umożliwił zaprogramowanie wielu typów mikrokontrolerów ośmiobitowych rodziny ST62 bez potrzeby nabywania drogich programatorów. Mikrokon-trolery te są dostępne od wielu lat na naszym rynku i nic nie zapowiada, żeby bezpowrotnie zaginęły. Przyczynił się do tego m.in. program ST6-Realizer, który otworzył drogę ku technice mikroprocesorowej wszystkim tym, którzy nie mają czasu lub chęci zgłębiania tajemnic skomplikowanych języków programowania. Program ST6-Realizer dostępny jest na płycie CD-EP2.
Opis układu
Przedstawiony układ programatora jest dość tani. Koszty obniżono do minimum poprzez zastosowanie zwykłych podstawek zamiast drogich typu textool. Ma to oczywiście swoje wady, gdyż musimy bardziej uważać przy wkładaniu mikrokontrolera w podstawkę, lecz przy niewielkiej liczbie programowanych układów nie ma to większego znaczenia. Oczywiście nic nie stoi na przeszkodzie, aby zastosować podstawki profesjonalne.
Jakie możliwości ma programator? Umożliwia on zaprogramowanie następujących typów mikrokontrolerów: ST6 2T00/01/0 3,
ST62T08/09/10/18/20, ST62T15/ 25/30, ST62T55/65, ST62T53/60/ 63, ST6 2T52/62. Jak widzimy, duży wybór mikrokontrolerów daje nam olbrzymie możliwości przy projektowaniu urządzeń w oparciu o ST62xx. Konstrukcja programatora została pomyślana tak, aby mógł on współpracować ze standardowym programem Windows Epromer do obsługi programatorów produkowanych przez STM. Można go zdobyć m.in. na stronie internetowej producenta pod adresem http://eu.st.com/stonline/ products/'support/'mcu8/'common/ softools.htm.
Jest to dosyć ciekawe narzędzie sprowadzające proces programowania do kilku przyjemnych chwil przy komputerze. Program ten, wraz z opracowanym przez nas programatorem, eliminuje męczące przechodzenie do sesji DOS, co było niezbędne w starszych wersjach programów. Nasz programator również współpracuje właśnie z taką wersją, którą znajdziemy na płycie CD-EP2. Przy zastosowaniu tego programu liczba mikrokontrolerów jakie możemy zaprogramować jest dużo mniejsza, ale nie jest wymagana uciążliwa zmiana pliku DEV.
Na rys. 1 przedstawiono schemat blokowy programatora. Można go podzielić na następujące bloki:
- zasilacz programatora,
- układy separujące (bufory),
- pole programowania.
Elektronika Praktyczna 1/2001
17
Multiprogramator mikrokontrolerów ST62
Ztącze komputera
Zasi acz Poe

programowania

Rys. 1. Schemat blokowy programatora.
W programatorze najbardziej skomplikowane jest zasilanie mikrokontrolerów. Program komputerowy sterujący pracą programatora wysyła sygnały załączające odpowiednie napięcia dla programowanego mikrokontrolera. Układ separujący (bufor) stanowi barierę pomiędzy komputerem a programowanym procesorem. Zabezpiecza to komputer przed ewentualnym uszkodzeniem portu drukarkowego. Pole programujące jest to sześć odpowiednio połączonych podstawek, każda dla określonego typu mikrokontrolerów:
- podstawka 1 ST62T00/01/03,
- podstawka 2 ST62T08/09/10/18/ 20,
- podstawka 3 ST62T15/25/30,
- podstawka 4 ST62T55/65,
- podstawka 5 St62T53/60/63,
- podstawka 6 ST62T52/62.

Rys. 2. Schemat elektryczny programatora.
tft
Elektronika Praktyczna 1/2001
Multiprogramator mikrokontrolerów ST62
Do LPT
programatora
DB25
Rys. 3. Schemat połączeń w kablu przejściowym.
Na rys. 2 znajduje się schemat ideowy programatora. Sprawia on wrażenie dość skomplikowanego, co jest jednak tylko złudzeniem. Komunikacja z komputerem odbywa się poprzez drukarkowe złącze Centronics DB25. Natomiast na płycie drukowanej programatora znajduje się gniazdo żeńskie DB9. W związku z tym musimy dodatkowo do programatora wykonać kabel przejściowy DB9/DB2 5 według schematu zamieszczonego na rysunku rys. 3.
Układ scalony US2 jest ośmio-bitowym buforem z trójstanowymi wyjściami nieodwracającymi. Układ wewnętrznie podzielony jest na dwie części po cztery bufory. Każda czwórka ma jedno dodatkowe wejście sterujące. Podanie niskiego poziomu napięcia na to wejście powoduje wyprowadzenie buforu ze stanu blokady. Wyprowadzeniami sterującymi pracą buforów są piny 1 i 19 układu 74HC244. Do nich jest podłączona zworka ZWl oraz rezystor podciągający R17. W celu wprowadzenia w stan blokady należy zworkę ZWl wyjąć. W stanie blokady nie jest możliwe zaprogramowanie lub odczytanie za-waitości mikrokontrolera. Styk 9 gniazda połączony jest z wejściem bramki NOT UlF (74HC04) poprzez rezystor R2 ograniczający prąd wejściowy. Dodatkowo, miedzy wejściem a masę włączony jest rezystor R3 o wartości 300kQ. Z wyjścia bramki jest sterowany tranzystor npn T2 poprzez rezystor Rll. W przypadku, kiedy na
styku 9 występuje poziom L lub urządzenie nie jest podłączone do komputera, na wyjściu bramki UlF pojawia się poziom wysoki H, który wprowadza tranzystor T2 w stan przewodzenia, co z kolei powoduje spolaryzowanie bazy tranzystora pnp (Tl) i wprowadzenie go w stan przewodzenia. Włączony tranzystor Tl podaje napięcie na układy stabilizacyjne US4 i US5 (78L05).
Ze stabilizatora US5 pobierane jest napięcie + 5V VDD zasilające mik-rokontrolery. Napięcie VDD podawane jest w trakcie odczytu, jak i programowania procesora. Obecność napięcia sygnalizowana jest zapaleniem się diody D3 (kolor żółty). Układ ze stabilizatorem US4, oprócz dostarczenia napięcia TEST +5V potrzebnego do odczytu zawartości pamięci mikrokontrolera, dodatkowo generuje napięcie programujące VPP +12,5V.
Styk 5 złącza DB9 połączony jest z wejściem bramki UlE poprzez rezystor ograniczający R4. Wyjście tej bramki połączone jest z wejściem następnej bramki UlE. Wyjście tej bramki jest z kolei połączone z bazą tranzystora npn (T3) poprzez rezystor R4.
Pomiędzy kolektor a emiter włączona jest dioda Zenera D4 o wartości napięcia 7,5V. Tranzystor i dioda włączone są pomiędzy wyprowadzenie GND stabilizatora US4 a masę całego układu. W przypadku, kiedy na styku 5 DB9 jest poziom niski L, tranzystor T3 nie przewodzi i na wyjściu układu US4 pojawia się napięcie +5V plus napięcie diody Zenera 7,5V. Wtedy wartość napięcia programującego VPP wyniesie + 12,5V. W chwili pojawienia się poziomu wysokiego na styku 5 DB9, na bazie tranzystora T3 pojawia się napięcie wprowadzające tranzystor w stan przewodzenia. Dioda Zenera zostaje zbocznikowana i na wyjściu układu US4 pojawi się napięcie TEST + 5V.
Obydwa napięcia +5V lub + 12,5V podawane są na wypro-
wadzenia TEST/VPP mikrokontrolerów. Pojawienie się napięcia + 5V i +12,5V sygnalizowane jest świeceniem diody LED D2 (czerwona - w przypadku, kiedy napięcie jest wyższe, dioda świeci jaśniej, niż kiedy napięcie wynosi + 5V). Czwarty styk gniazda DB9 połączony jest z wejściem bramki UlA. Poprzez nią podawany jest sygnał RESET do programowanych mikrokontrolerów. Pozostałe sygnały SDOP, TORMIN, TM2, OSCl sterujące procesem progra-
DOOOOOOOOO
ooooooooooooor
o
-|S H TO
o
o
a o
+ o o +
o
o i
JL o
0 0
OOOOD
utBinduo* aa
Rys. 4. Schemat montażowy płytki drukowanej.
Elektronika Praktyczna 1/2001
19
Multiprogramator mikrokontrolerow ST62
Ł Płrt
r >m t* " �

IPFJ-
StCSM flTMTttl OT P�* ŁP11
ŚIC
Rys. 5. Okno programu Windows Epromer.
Rys. ó. Okno konfiguracyjne programu.
mowania mikrokontrolera podane są poprzez bufor US2 do programowanych układów.
Montaż i uruchomienie
Programator umieszczony jest na dwustronnej płytce drukowanej o wymiarach 18x6cm, Na rys. 4 przedstawiono jej schemat montażowy.
Ze względu na prostotę budowy montaż nie powinien zająć dużo czasu. Więcej uwagi powinniśmy jednak poświęcić przygotowaniu kabla przejściowego DB9/ DB25, tak aby nie popełnić jakiejś pomyłki, która może spowodować uszkodzenie portu naszego komputera.
Gdy zmontujemy naszą przej-ściówkę, musimy jeszcze przed podłączeniem koniecznie sprawdzić poprawność połączeń miernikiem.
Po zmontowaniu programatora możemy przystąpić do jego uruchamiania. Poprawnie wykonany układ możemy pobieżnie sprawdzić bez oprogramowania obsługującego, obserwując diody LED: Dl, D2 i D3:
- po włączeniu zasilania do układu wszystkie diody powinny się świecić (komputer nie podłączony),
- po podłączeniu komputera i jego uruchomieniu diody D2 i D3 na chwilę gasną, po czym przez czas uruchamiania systemu Windows świecą się i po uruchomieniu systemu ponownie gasną. Cały czas świeci tylko dioda Dl informująca o obecności napięcia zasilającego programator.
feżeli będziecie mieli takie objawy działania programatora, to z dużą dozą prawdopodobieństwa złożony przez Was układ jest
sprawny, fednak najpewniejsze jest praktyczne sprawdzenie z programem Windows Epromer obsługującym programator.
Oprogramowanie
i obsługa programatora
Po ściągnięciu oprogramowania
obsługującego ze strony interneto-wej możemy przystąpić do jego zainstalowania. Plik, który musimy ściągnąć ma około 1,4MB, więc jego ściąganie nie powinno trwać długo. Standardowy proces instalacji przebiega bez żadnych problemów i trwa krótko.
Na rys. 5 widzimy okno uruchomionego programu, fego obsługa nie jest skomplikowana i już po kilku minutach jesteśmy w stanie opanować go tak, aby móc bez większych problemów zaprogramować mikrokontroler.
Przed przystąpieniem do programowania musimy odpowiednio skonfigurować program, W menu wybieramy Configure a następnie Configure Epromer. Otworzy się okno jak na rys. 6, Z listy wybieramy mikrokontroler, który chcemy zaprogramować oraz port LPT, Zostało nam tylko załadować plik hex i umieścić w odpowiedniej podstawce mikrokontroler do zaprogramowania. Proces programowania możemy obserwować na pasku stanu. Wszelkie dodatkowe informacje o przebiegu programowania wyświetlane są w oknie dialogowym.
Po zakończeniu programowania mikrokontrolera możemy sobie pogratulować i przystąpić do realizacji nowych aplikacji z użyciem procesorów rodziny ST62xx, Powodzenia! Krzysztof Górski, AVT krzysztof.gorski@ep.com.pl
Wzory płytek drukowanych w formacie PDF są dostępne w Internecie pod adresem: http://www.ep.com.pl/ pcb.html oraz na płycie CD-EPGlf 2001 w katalogu PCB
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl, Rll, R12, R17:
R2, R4, RÓ..R9:
R3, R5, R15, R18:
RIO: 5,ókl}
R13: 1,1 kn
R14, Rló: 820ft
Kondensatory
Cl: 1000^F/25V
C2..C10: lOOnF
Półprzewodniki
D1..D3: LED prostokątne w trzech
kolorach
D4: 7V5
Ml: mostek 1A
Tl: BC307
T2, T3: BC237
US1: 74HCT04, 40Ó9
US2: 74HCT244
US3..US5: 78L05
Różne
DB9: gniazdo męskie do druku
Podstawki pod mikrokontrolery
Dipló: 2 szt.
Dip20: 2 szt.
Dip28: 2 szt.
ARK2/500
2 goldpiny +Ś jumper
20
Elektronika Praktyczna 1/2001
PROJEKTY
Dekoder CLIP
AYT-5004
Identyfikacja numeru
abonenta dzwoniącego CLIP
[ang. Calling Linę
Identification Presentation),
ogólnie dostępna w sieciach
komórkowych oraz w systemie
ISDN, może być stosowana
również przez abonentów
analogowych. Do tego celu
służy prezentowany
w ańykule dekoder. Program
sterujący pracą
mikrokon trolera n apisan o
w BASIC-u.
Dekoder działa podobnie jak w telefonach komórkowych: wyświetla numer abonenta dzwoniącego do nas, zanim odbierzemy połączenie. Wiemy więc kto do nas dzwoni i możemy w ten sposób uniknąć niechcianych rozmów. Możemy również zaskoczyć naszego rozmówcę, zwracając się do niego po imieniu zanim się przedstawi. Usługę CLIP możemy uzyskać, jeżeli nasz numer jest numerem z centrali cyfrowej. Aby to sprawdzić, należy skontaktować się z odpowiednim oddziałem BOK (Biuro Obsługi Klienta TP S.A.).
Rys. 1. Schemat blokowy układu CMX612.
Opis układu
Dane o numerze abonenta wywołującego są wysyłane tuż po pierwszym sygnale dzwonka. Są one przesyłane szeregowo w standardzie V.23 z modulacją FSK. Transmisja danych CLEP charakteryzuje się następującymi parametrami:
- prędkość transmisji: 1200 bodów,
- jednokierunkowa transmisja danych, przesyłanych szeregowo a sy nchroni c zni e,
- częstotliwości stosowane do kodowania:
- 1300Hz - poziom logicznej 1
- 2100Hz - poziom logicznego 0 Dane są wysyłane w postaci
meldunku, który składa się z następujących bloków:
- SMMR - sygnał ustawiania trybu odbiornika w stan odbioru danych, składa się z sekwencji 300 bitów, których wartość zmienia się naprzemiennie: 0, 1, 0..,
- Sygnał MARK - złożony jest z sekwencji 180 bitów, wszystkie mają wartość 1,
- Tl - bajt określający rodzaj danych, w naszym przypadku będzie miał wartość binarną "10000000" i oznacza identyfikację abonenta dzwoniącego,
- Li - bajt określający liczbę bajtów danego meldunku - ten bajt ma zmienną wartość w za-
Elektronika Praktyczna 3/2001
17
Dekoder CLIP
Wyjście
demodulatora
FSK
Wyjście RXD układu
Odebrany znak'n'-
1 START| 1
J STOP |_____|_____]__
1 START| 1
J STOP |_____|_____]__
Rys. 2. Współpraca interfejsu RS-232 z demodulatorem FSK.
leżności od liczby cyfr numeru abonenta dzwoniącego,
- T2 - określa rodzaj danych -czas i data, wartość "00000001",
- L2 - określa liczbę bajtów potrzebnych do zapisania czasu i daty, L2 ma zawsze wartość "00001000",
- V2 - osiem bajtów (czas i data) zapisanych w kodzie ASCII,
- T3 - określa rodzaj danych, czyli numer i ma wartość "00000010",
- L3 - określa liczbę bajtów numeru, ma zmienną wartość w zależności od liczby cyfr numeru abonenta dzwoniącego,
- V3 - numer abonenta zapisany w kodzie ASCII,
- CHECK - jest to bajt sumy kontrolnej (modulo2) wszystkich bajtów meldunku z wyłączeniem samej sumy.
Przykładowa postać meldunku
Typ wiadomościlOOOOOOO CLIP Liczba bajtów 00010101 21 bajtów
Rodzaj danych 00000001 Czas i Data Liczba bajtów 00001000 8 bajtów
dane 00110000 '0'
dane 00110011 '3'
dane 00110001 '1'
dane 00110101 '5'
dane 00110001 '1'
dane 00110000 '0'
dane 00110011 '3'
dane 00110000 '0'
Data 15 Marzec
Godzina 10:30
Rodzaj danych 00000010 Numer
Liczba bajtów 00001001 9 bajtów
dane 00110000 '0'
dane 00110011 '3'
dane 00110101 '5'
dane 00110001 '1'
dane 00101101 '-'
dane 00110011 '3'
dane 00110010 '2'
dane 00110001 '1'
dane 00110000 '0'
Suma kontrolna 00001110
Numer 0351-3210
Do odbioru i obróbki sygnału CLIP zastosowano układ firmy CML - CMX612. Jest to scalony odbiornik sygnałów CLIP z modu-
lacją FSK w standardzie V.23. Na rys. 1 przedstawiono jego schemat blokowy. Układ jest przystosowany do zasilania napięciem o wartości od 2,7V i pobiera zaledwie 0,5mA prądu. Za pomocą tego układu można: wykryć sygnał dzwonienia, odebrać dane FSK i przetworzyć je na dane binarne w standardzie RS232. Możliwa jest także prezentacja numeru abonenta oczekującego, tzn. próbującego się dodzwonić podczas prowadzonej przez nas rozmowy telefonicznej. Układ CMX612 może pracować w jednym z czterech trybów, w zależności od stanów na wejściach Ml i M2. Poszczególne tryby pracy zestawiono w tab. 1. W prezentowanym dekoderze wykorzystano dwa tryby pracy układu:
1. Tryb czuwania (Ml = l, M2=0) - w tym trybie układ pobiera minimalny prąd, gdyż pracuje tylko detektor dzwonienia, a pozostałe układy wewnętrzne nie są aktywne.
2. Tryb odbioru danych CLIP (Ml=0, M2=1) - w tym trybie dane wysyłane przez centralę są odbierane przez układ CMX612, dekodowane i wysyłane szeregowo przez wyjście RXD. Dane te można odebrać w dwojaki sposób: - Jeżeli na wejściu RXCL ustawimy stan logiczny jeden, to sygnał CLIP odbierany przez układ jest dekodowany i przesyłany bezpośrednio w postaci binarnej na wyjście RXD. Format danych
Tab. 1. Tryby pracy układu CMX612.
M1 M2 Tryb pracy układu CMX612
0 0 Detekcja dzwonienia
0 1 Odbiór danych FSK
1 0 Tryb czuwania "zero power"
1 1 Detekcja tonu oczekiwania
na wyjściu RXD jest zgodny ze standardem RS232, a prędkość przesyłanych danych wynosi 1200b. Przebiegi czasowe przedstawiono na rys. 2. Ten tryb odbioru danych został wykorzystany w dekoderze. - Jeżeli wejście RXCL jest w stanie logicznym zero, to po odebraniu 8 bitów układ CMX612 umieszcza je w specjalnym rejestrze "Data Retiming" i zeruje wyjście IRQN. Stan zera logicznego na wyjściu IRQN informuje procesor, że w rejestrze "Data Retiming" są nowe dane do odebrania. Następnie procesor na wejście RXCL wysyła osiem impulsów i w takt tych impulsów odbiera dane z wyjścia RXD. Ten tryb transmisji uwalnia nas od stosowania sterownika transmisji szeregowej w procesorze. Dane mogą być odbierane z dowolną prędkością, nie większą jednak niż lMHz. Przebiegi czasowe sygnałów dla tej transmisji przedstawiono na rys. 3. Natomiast na rys. 4 przedstawiono stany logiczne na wyprowadzeniach układu CMX612 podczas odbioru danych CLIP.
Schemat elektryczny odbiornika CLIP przedstawiono na rys. 5. Zawiera on cztery układy scalone, wyświetlacz LCD i kilkanaście elementów biernych. Układ USl to procesor typu 89C2051 z wewnętrzną pamięcią programu Flash o pojemności 2kB. Steruje on pra-
Wyjście demodulatora

hSK START 1 1 2 | 3 | 4 | 5 | 6 1 7 | 8 J STOP l j_ l
Wyjście IRQN: Wejście RXCK: -------\r
Wyjście RXD: 1 I I I I I |8|

\ Wysyłane przez układ \ bity danych odbieranego
IRQN
RXCK
RXD
Rys. 3. Przebiegi charakterystyczne dla pracy układu CMX612.
18
Elektronika Praktyczna 3/2001
Dekoder CLIP
Stan llnlf"
Pierwszy dzwonek
RD
RT
IRQN
ZP
MODĘ DET RXD
3400 do 4400ms-
;>=200ms]
SMMR
Meldunek
Następny dzwonek
Bezczynność
Rys. 4. Sposób przesyłania informacji CLIP.
Dane
cą całego dekodera. Współpracujący z mikrokontrolerem układ US2 odbiera sygnał z linii telefonicznej i przekształca go do postaci cyfrowej, a następnie przesyła poprzez interfejs RS232. Elementy: Rl, R2, R5, R6, R9, Cl, C2, C6, Gl spełniają rolę detektora sygnału dzwonienia, a elementy R3, R4, R8, RIO, Rll, C3, C4 współpracują z wbudowanym w US2 demodulatorem FSK.
Do poprawnej pracy US2 jest niezbędny sygnał zegarowy o częstotliwości 3,579MHz. Żeby nie stosować dwóch rezonatorów kwarcowych, ten sam oscylator wykorzystano do "napędzania" procesora. Kwarc został umieszczony przy wyprowadzeniach procesora, następnie wyjście oscyla-tora (nóżka 4 USl) zostało połączone z wejściem zegarowym US2 (nóżka 2).
Zastosowanie rezonatora kwarcowego przy procesorze było konieczne, gdyż US2 w stanie czuwania blokuje pracę wewnętrznego oscylatora, co powodowałoby również zatrzymanie pracy procesora. Prezentowany dekoder ma również funkcje zegara. Do odliczania czasu zastosowano układ PCF8583.
Zastosowanie zewnętrznego układu zegara uwalnia procesor od precyzyjnego odmierzania czasu, jego rola ogranicza się tylko do odczytywania danych z układu US3 za pomocą interfejsu PC. W dalszej części artykułu opisano jak ustawia się ten zegar, bo przecież nie ma żadnych klawiszy i nie można ustawić go ręcznie. Do stabilizacji napięcia zasilającego wszystkie układy zastosowano US4. Jest to miniaturowy stabilizator o napięciu wyjściowym 5V i prądzie lOOmA. Odbiornik CLIP
w stanie aktywnym pobiera około 2 Om A prądu, więc zastosowany stabilizator w zupełności wystarcza do jego zasilania.
Działanie dekodera
Po włączeniu zasilania na wyświetlaczu pojawia się napis "CZEKAM", po czym program przechodzi do pętli głównej.
Go: Do
If P3. 2 = 0 Then Gosub Caller_id End If
If Stan = 1 Then Stan = 0 Gosub Settime Gosub Read_ram L = 0
For T_out = 1 To 30000 Delay If P3.2 = 0 Then
T_out = 0 End If Next Do
If P3.2 = 0 Then Gosub Caller_id K = 254 End If
Waitms 100: Incr K If K = 255 Then Cis
Set Cl
Gosub Gettime Goto Go End If
Rys. 5. Schemat elektryczny dekodera CLIP.
Elektronika Praktyczna 3/2001
19
Dekoder CLIP
Loop
Cis
Set Cl
Gosub Gettime End If If Cl = 1 Then
Gosub Gettime End If Loop End
W pętli głównej jest sprawdzany stan portu P3.2, jeśli P3.2 ma wartość zero, to następuje skok do podprogramu "Callerid".
Caller_id:
Stan = 0 : T_out = 0 Bitwait P3.2, Set Waitms 1
Reset P3.3: Set P3.7 Reset Pl.l Waitms 1 Int_5:
F = Inkey
While F o &B01010101 F = Inkey Delay Iner T_out
If T_out = 1000 0 Then Enable Intl Goto Int_end End If Wend
T_out = 0 Int_4:
While F o &B10000000 F = Inkey Delay Incr T_out
If T_out = 100 00 Then Enable Intl Goto Int_end End If Wend Int_3:
Buf(l) = F F = Waitkey
Buf(2) = F 'liczba bajtów U = F + 3 For Z = 3 To U F = Waitkey Bu f(z) = F Next
Buf(z) = F Stan = 1 Gosub U2test
If U2 = 0 Then: Stan = 0 End If Int_end:
Set P3.3: Reset P3 . 7 Set Pl.l Return
Ten podprogram przełącza układ odbiornika CLIP (US2) ze stanu czuwania w tryb aktywny i oczekuje
przez prawie 3 sekundy na pojawienie się danych o wartości "01010101" na wyjściu RXD układu US2. Jeżeli taka sekwencja nie pojawi się w danym czasie, następuje przełączenie układu US2 w tryb czuwania i powrót do programu głównego. Jeżeli zaś sekwencja "01010101" się pojawi, to podprogram czeka na odbiór kolejnych bajtów, tzn.: daty, godziny, numeru. Odebrane dane są zapisywane w pamięci RAM w postaci tablicy o nazwie "Buf". Liczba bajtów tablicy wynosi 25. Ponieważ nie wszystkie bajty meldunku CLIP są przeznaczone do wyświetlenia na wyświetlaczu, zastosowanie tablicy pozwala na łatwe "wybieranie" tych bajtów, które są w danym momencie potrzebne. Po odebraniu wszystkich bajtów meldunku następuje skok do podprogramu "U2test". U2test:
U = 0
F = Buf(2) + 2
For Z = 1 To F W = Bu f ( z) U = U + W If U > 127 Then
U = U - 256 End If
Next
U = 256 - U
F = F + 1
If U = Buf(f) Then U2 = 1
Else
U2 = 0
End If Return
Ten podprogram oblicza sumę modulo 2 (uzupełnienie do 2) wszystkich bajtów meldunku i porównuje z ostatnim bajtem tego meldunku. Podczas wyliczania sumy modulo 2 liczby mniejsze od 127 są traktowane jako dodatnie, a większe jako ujemne. Taki sposób dodawania umożliwia dodawanie nieskończonej liczby bajtów, których suma zawsze będzie jednobaj-towa. Jeżeli suma wyliczona przez centralę i przez nasz procesor jest różna, świadczy to o błędach transmisji i numer abonenta dzwoniącego nie może być wyświetlony. Program przechodzi do oczekiwania na następną transmisję.
Jeżeli zaś obydwie sumy są takie same, to następuje ustawienie bitu "Stan" i powrót do programu głównego. Pojawienie się ustawionego bitu "Stan" jest dla
Rys. 6. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej.
programu głównego informacją o poprawnym odebraniu numeru abonenta dzwoniącego i wówczas przechodzi do procedury "Set-time". Jak wcześniej wspomniano prezentowany odbiornik posiada również zegar i właśnie podprogram "Settime" jest odpowiedzialny za ustawienie daty i godziny. Ustawienie wszystkich parametrów zegara następuje samoczynnie, wystarczy tylko wysłać sygnał dzwonienia na nasz numer telefonu, np. z telefonu komórkowego i nasz zegar jest już ustawiony. W ten sposób otrzymaliśmy rodzaj zegara DCF, z tą tylko różnicą, że nie jest zsynchronizowany z atomowym wzorcem czasu, lecz z centralą telefoniczną. Ponieważ dane o dacie i godzinie zapisane są w tablicy "Buf" w kodzie ASCII, a układ zegara US3 wymaga danych w kodzie BCD, należało dokonać konwersji tych kodów. Ta procedura została przygotowana w podprogramie "Settime" w assemblerze.
H = Buf(9)
Ml = Buf(10) $asm
mov a,{ml}
ani a,#&b00001111
mov {ml},a
mov a,{h}
ani a,#&b00001111
Swap A
add a,{ml}
mov {h},a $end Asm
Elektronika Praktyczna 3/2001
Dekoder CLIP
Zadaniem tej procedury jest pobranie dwóch bajtów z tablicy "Buf" oznaczających dziesiątki godzin i jedności godzin i umieścić je komórce pamięci "H" (czyli godzina) w postaci dwóch liczb BCD. Podprogram musi być wykonany dla wszystkich bajtów daty i godziny. Następnie dane o dacie i godzinie w kodzie BCD są umieszczone w komórkach o nazwach odpowiednio: H-godzi-ny, M-minuty, D-dni, Month-mie-siące. Tak przetworzone dane są wysyłane do układu US3 magistralą PC w następującej postaci: I2Cstart I2Cwbyte &HA0 I2Cwbyte 0 I2Cwbyte 8 I2Cstart I2Cwbyte &HA0 I2Cwbyte 2 I2Cwbyte S I2Cwbyte M I2Cwbyte H I2Cwbyte D I2Cwbyte Month I2Cstop
Po tych czynnościach układ zegara zaczyna odliczanie czasu z nowymi parametrami, a program główny wykonuje skok do podpro-gramu wyświetlenia numeru abonenta dzwoniącego "Read_ram". Read_ram: Deflcdchar 2,254,240,240,248,
240,240,254,226 Deflcdchar 0,228,255,226,228,
232,240,255,224 Cis
W = Bu f(14) 'liczba cyfr numeru Z = W : W = 17 - Z Locate 1 , W : Ram = 15 For U = 1 To Z W = Buf(ram) Iner Ram If W = 80 Then Cis
Lcd "ZASTRZE";Chr(0);"ONY" Return
Elseif W = 79 Then Cis
Lcd "NIEDOST";Chr(2);"PNY" Return Else
Lcd Chr(w) End If Next
W = Bu f (2) For U = 2 To W Next Return
Na początku tego podprogramu następuje zapisanie do pamięci wyświetlacza LCD polskich liter "ż" i "Ę" instrukcją "Deflcdchar". Będą one przydatne w dalszej części programu w wyświetlanych komunikatach. Następnie jest sprawdzany pierwszy bajt numeru abonenta dzwoniącego, który jest zapisany w tablicy ,,Buf(15)". Jeżeli ten bajt ma wartość 80, oznacza to, że dany numer jest zastrzeżony i nie można go wyświetlić i na wyświetlaczu pojawia się napis "ZASTRZEŻONY". Jeżeli zaś pierwszy bajt ma wartość 79, oznacza to, że abonent dzwoniący do nas jest abonentem centrali analogowej i prezentacja jego numeru jest niemożliwa, gdyż centrale analogowe nie posiadają funkcji CLIP. W tym przypadku na wyświetlaczu zostanie wyświetlony napis "NIEDOSTĘPNY". Jeśli pierwszy bajt numeru jest różny od 79 lub 80, to numer abonenta dzwoniącego zostaje wyświetlony i następuje powrót do programu głównego.
Numer telefonu jest wyświetlany przez około 30 sekund, następnie na wyświetlaczu pojawia się aktualny czas i data, który jest odczytywany z układu US3 za pomocą podprogramu "Gettime". Gettime:
Dim Dum As Byte
I2Cstart
I2Cwbyte &HA0
I2Cwbyte 2
I2Cstart
I2Cwbyte &HA1
I2Crbyte S , Ack
I2Crbyte M , Ack
I2Crbyte H , Ack
I2Crbyte Yd, Ack
I2Crbyte Wm, Nack
I2Cstop
Home
LcdBcd(h); ":"; Bcd(m);
":"; Bcd(s); "
Lcd Bcd(yd); "-"; Bcd(wm) Return
Od tego momentu procesor odczytuje czas oraz sprawdza stan linii P3.2. Jeśli pojawi się zero, to od początku zaczyna się procedura odbioru numeru abonenta dzwoniącego.
Montaż i uruchomienie
Układ został zmontowany na płytce jednostronnej o wymiarach płytki wyświetlacza LCD. Jej schemat montażowy przedstawiono na
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl, R3, R5: 470kQ SMD
R2: 68kQ SMD
R4: 680kQ SMD
R6, R8, R9: 470kQ SMD
R7, R12: 10kO SMD
RIO: 200kQ SMD
Rl 1: lóOkO SMD
Pl: 10kO
Kondensatory
Cl, C2: 100nF/100V
C3, C4: lnF/100V
C5, C7, C12, C15: lOOnF
Có: 330nF
C8, C9: 33pF
CIO: 27pF
Cli: 47^F/25V
C13, C14: 10|iF/25V
Półprzewodniki
Dl: 1N4004
Gl: mostek prostowniczy 1A/4OOV
US1: AT89c2051 zaprogramowany
US2: CMX612
US3: PCF8583
US4: 78L05
Różne
Xl: kwarc 3,579MHz
X2: kwarc 32,768KHz
CON1, CON2: ARK2(5mm)
LCD: wyświetlacz LCD lxlóa
rys. 6. Montaż zaczynamy od rezystorów. Ze względu na małe wymiary płytki konieczne było zastosowanie rezystorów wykonanych w technologii SMD. Montaż tych elementów wymaga dużej staranności, ale można go wykonać za pomocą lutownicy transformatorowej. Następnie montujemy podstawki pod układy scalone, kondensatory i na końcu złącza CON1 i CON2.
Do złącza CON2 podłączamy zasilacz o napięciu około 9V, a do złącza CONl linię telefoniczną. Następnie potencjometr Pl ustawiamy tak, aby uzyskać jak najlepszy kontrast wyświetlacza LCD. Układ zmontowany ze sprawnych elementów działa od razu bez żadnych dodatkowych regulacji. Krzysztof Pławsiuk krzysztof.plawsiuk@ep.com.pl
Wzory płytek drukowanych w formacie PDF są dostępne w Internecie pod adresem: http://www.ep.com.pl/ ?pdf/marzecOlJitm oraz na płycie CD-EP03/2001B w katalogu PCB.
Elektronika Praktyczna 3/2001
21
Generator sygnałów EKG
Opublikowany przez nas
w EP11/2000 opis
wzmacniacza sygnałów EKG
wzbudził spore
zain tereso wani e.
Postanowiliśmy ten temat
kontynuować, publikując opis
kolejnego prostego układu,
tym razem generatora
sygnałów EKG.
Ostrzeżenie!
Opisany w artykule symulator sygnałów EKG może służyć wyłącznie do testowania i napraw sprzętu. Nie można go nigdy połączyć z urządzeniem, do którego jest równocześnie przyłączony pacjent. Ani autor, ani Elektronika Praktyczna nie ponoszą żadnej odpowiedzialności za szkody mogące wyniknąć z niewłaściwego użycia generatora sygnałów EKG.
Artykuł publikujemy na pod-stawie umowy z wydawcą miesięcznika "Elektor Electronics".
Editorial items appearing on pages 23..25 are the copyright property of (C) Segment B.V., the Netherlands, 1998 which reserves all rights.
Do serwisu rejestratorów oraz prac nad rozwojem sprzętu EKG jest potrzebny sztuczny sygnał elektrokardiograficzny. Umożliwia on przeprowadzanie takich prac bez udziału żywego człowieka i eliminuje potencjalne dla niego ryzyko. Takiego sygnału dostarcza opisywany symulator. Jest on sterowany oscylatorem kwarcowym, może więc również służyć do kalibracji urządzeń pomiaru częstotliwości powtarzania impulsów.
Z serca
W celu przeprowadzania pomiarów elektrokardiograficznych, do ciała pacjenta w odpowiednich miejscach (przedramię, łydka i klatka piersiowa), przytwierdza się elektrody. Następnie mierzy się potencjały elektryczne występujące między elektrodami w czasie pracy serca. Źródło napięcia pobudzającego mięsień sercowy emituje impulsy o charakterze czasowo-przestizennym. Impuls i sygnały pobudzenia mogą być mierzone na powierzchni ciała. Kształty powstających przebiegów elektrycznych i ich zmiany w czasie dostarczają lekarzom istotnych informacji o chorobach serca i układu krążenia.
Sygnał EKG może być albo wyświetlany w sposób ciągły na monitorze (w przypadku intensywnej obserwacji), albo dla celów dokumentacyjnych zapisywany na taśmie papierowej. W tym ostatnim przypadku często rejestruje się jednocześnie kilka sygnałów zdejmowanych z różnych punktów ciała pacjenta. Przy takim elektrokardiografie, zwanym powierzchniowym aparatem EKG, mierzone potencjały mają wartość rzędu lmV. Częstotliwość pracy serca może mieścić się w granicach od 40 (w spoczynku) do 150 (w silnym podnieceniu) skurczów na minutę.
Kardiologowie oznaczają poszczególne krzywe i piki elektro-kardiogramu, pokazanego na rys. 1, literami od P do U. Nowoczesne rejestratory i monitory elektrokardiograficzne są zdolne do weryfikowania i oceny sygnałów wejściowych, odfiltiowywania sygnałów związanych z efektami wtórnymi i sygnałów zewnętrznych, na przykład sygnałów kar di o stymulatora. Dlatego zwykły generator fali prostokątnej nie nadaje się do roli symulatora sygnału EKG,
Elektronika Praktyczna 3/2001
23
Rys. 1. Oscylogram akcji serca z podziałem na poszczególne fazy, oznaczone literami od P do U.
ponieważ elektrokardiograf po prostu ignorowałby jego sygnały. Przydatność opisywanego symulatora do testowania została pomyślnie sprawdzona za pomocą szeregu różnych rejestratorów i monitorów EKG.
Osobny układ
W fabrycznych urządzeniach do testowana aparatów EKG do generacji sygnału testującego używa się zwykle systemów mikroprocesorowych, a więc są one dosyć drogie. Jednak w pokazanym na rys. 2 schemacie symulatora na próżno by szukać mikroprocesora. Można w nim znaleźć jedynie dwa standardowe układy scalone i garść elementów biernych. ICl jest 24-bitowym licznikiem dwójkowym z wbudowanym oscylato-
rem i dzielnikiem. Przy częstotliwości oscylatora kwarcowego 4194304Hz, na wyjściu Q18 (wyprowadzenie 10) otrzymuje się sygnał prostokątny o częstotliwości 16Hz. Częstotliwość drugiego sygnału (2Hz lub lHz) można zmieniać za pomocą przełącznika Slb. Sygnał o częstotliwości 16Hz taktuje IC2, licznik dziesiętny (pierścieniowy) z dziesięcioma wyjściami. Drugi sygnał, po zróżniczkowaniu w obwodzie C3, R3, jest kierowany do wejścia 15 licznika IC2 (dioda D2 służy do odcinania impulsów ujemnych). Impulsy te w odpowiednich momentach kasują licznik.
Licznik dziesiętny zlicza do 9 i pozostaje w tym stanie dopóki nie zostanie skasowany, ponieważ końcówka 11 jest połączona z wej-
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl: lMn
R2: 3,9kn
R3, R4, R12: lOOkO
R5: 18kQ
R6: 680kQ
R7: 330kQ
R8: 3,3kQ
R9: 2,2kQ
RIO: 47kQ
Rl 1: 560kQ
R13, R14: 10kO
R15: 150O
Kondensatory
Cl: 82pF
C2: 22pF
C3: 220nF, rozstaw 5mm
C4: 470nF, rozstaw 5mm
C5, Có: 330nF, rozstaw 5mm
C7: lOOnF, rozstaw 5mm
Półprzewodniki
DL D2, D4: 1N4148
D3: LED dużej jasności
D5: dioda Zenera 3V/400mW
ICl: 4251
IC2: 4017
Różne
Sl: 2-obwodowy przełącznik
suwakowy
BT1: bateria 9V z zatrzaskiem
Xl: rezonator kwarcowy 4, 194
304MHz
obudowa 60 x 95 x 23mm
3 gniazdka bananowe 2,0mm lub
2,5mm
H11 560k
R13
10k
<$
Rys. 2. Schemat generatora sygnału EKG.
Elektronika Praktyczna 3/2001
ściem zezwolenia (13). Licznik jest sprowadzany do zera tylko impulsem kasującym. Od pozycji przełącznika Sl zależy więc czas trwania fazy U, symulującej skurcze serca z częstotliwością 60Hz lub 12 0Hz. Można też użyć rezonatora kwarcowego 4MHz, wtedy częstotliwości te wyniosą 57,2Hz i 114,4Hz.
Sygnał EKG jest generowany w wyjątkowo prosty sposób. Na wyjściach Ql, Q4 i Q6 otrzymuje się przesunięte w czasie sygnały o kształcie prostokątnym. Pierwszy z nich (z wyprowadzenia 2) jest w obwodzie całkującym R6, C4 przekształcany w falę P. Kondensator C4 jest wykładniczo ładowany przez R6 do napięcia około IV. Fala T jest kształtowana przez drugi obwód całkujący (R7, C4). Rezystor R7 ma ponaddwu-krotnie mniejszą wartość od R6, więc impuls z Q6 ładuje C4 do napięcia ponaddwukrotnie większego (2,2V) od napięcia fali P.
Pomiędzy te dwie fale jest wprowadzany impuls R za pomocą obwodu różniczkującego C5, RIO. Prąd ładowania C5 jest ograniczany przez rezystor R8, a dioda D5 nie dopuszcza do wzrostu amplitudy impulsu powyżej około 3,8V. Ujemne impulsy (związane z opadającym zboczem impulsu wejściowego) są obcinane przez diodę D4 do poziomu 0,7V. W ten sposób powstaje składowa S. Dioda LED D3, zasilana przez rezystor R9, błyskaniem sygnalizuje impulsy R.
Sygnały z obu układów całkujących i z różniczkującego są su-
Rys. 3. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej i widok ścieżek płytki.
mowane (z różnymi wagami) za pośrednictwem rezystorów Rll i R12. Kondensator C7 wygładza nieco kształt impulsów. Wyjściowy dzielnik napięcia dostarcza do jednego z wyjść sygnał o amplitudzie lmV, stosowany w aparaturze EKG, a do drugiego z wyjść sygnału IV, przeznaczonego dla mniej czułych urządzeń, wymagających wzmocnionych sygnałów, np. dodatkowego monitora.
Do zasilania symulatora używa się baterii 9V. Pobiera on około 2,5mA, więc bateria nie wyczerpuje się szybko. Na pokazanej na
rys. 3 płytce drukowanej można zmontować układ w kilka minut. Układy scalone można umieścić w podstawkach. W razie braku przełącznika suwakowego można użyć dwóch oddzielnych przełączników, jednego do włączania zasilania, a drugiego do zmiany częstotliwości impulsów. Proponowana obudowa z tworzywa ABS mieści płytkę drukowaną wraz z baterią. Do wyprowadzania sygnału wyjściowego doskonale nadają się miniaturowe wtyczki bananowe (o średnicy 2,0 lub 2,5mm). Zaprojektował J. Holzhauer
Elektronika Praktyczna 3/2001
25
PROJEKTY
Zegar cyfrowy z wyświetlaczem analogowym
AVT-5002
Zegary! Małe, duże, z wyświetlaczami
LED lub ci ekiokrys taliczn ym i,
zbudowane
z wykorzystaniem
procesorów lub elementów
dyskretnych, zawsze cieszyły
się wielkim zainteresowaniem
Czytelników pism
przeznaczonych dla
elektroników. Nic dziwnego,
ponieważ budowanie zegara
nawet o znakomitych
parametrach nie jest
zadaniem trudnym i nie
przekracza możliwości choćby
niezbyt zaawansowanych
hobbystów. Ładnie wykonany
zegar dobrze świadczy
o swoim konstruktorze.
Jest coś fascynującego w budowie i działaniu urządzenia odmierzającego czas, czyli żywiołu, którego natury właściwie nie znamy. Chyba każdy z nas przyłapał się już niejednokrotnie na wpatrywaniu się w przesuwające się wskazówki zegara mechanicznego lub cyfry sekundnika wyświetlane przez zegar cyfrowy. Czy kiedykolwiek będziemy umieli wpływać na bieg czasu, spowalniać go lub dowolnie przyspieszać?
Co spowodowało, że postanowiłem zbudować kolejny zegar elektroniczny i zaprezentować go Czytelnikom Elektroniki Praktycz-
nej? Postanowiłem skonstruować efektowny zegar, który powieszony na ścianie mógłby wzbudzić podziw odwiedzających nasze mieszkanie gości. Sadzę, że udało mi się zrealizować postawione zadanie.
Większość zegarów elektronicznych konstruowanych przez amatorów wyposażona jest w różną liczbę wyświetlaczy siedmioseg-mentowych LED lub, znacznie rzadziej, w wyświetlacze LCD. Wynika to z powszechnej dostępności i niskiej ceny takich wyświetlaczy oraz z faktu, że do takich właśnie wyświetlaczy do-
Elektronika Praktyczna 3/2001
27
Zegar cyfrowy z wyświetlaczem analogowym
stosowane są prawie wszystkie "zegarowe" układy scalone. Proponowany przeze mnie zegar łączy w sobie, w pewnym stopniu, cechy klasycznego zegara wskazówkowego z wyglądem współczesnego zegara cyfrowego. Upływający czas obrazowany jest bowiem na wyświetlaczach cyfrowych, ale sekundy wyświetlane są analogowo na kołowym wyświetlaczu zbudowanym z 60 diod LED. Wszystko to razem wygląda całkiem efektownie.
Wyposażanie zegara, który w założeniu ma być efektowną ozdobą naszego mieszkania,
w skomplikowane funkcje nie wydawało mi się celowe. Dlatego też jedynym dodatkiem do podstawowej funkcji wyświetlania godzin, minut i sekund jest w naszym zegarze prosty budzik.
Proponowany układ jest stosunkowo prosty, a jego budowa będzie wymagać jedynie sporej
cierpliwości, niezbędnej do wllitowania w płytkę 60 diod LED i 60 rezystorów ograniczających płynący przez nie prąd. Elementy użyte do jego budowy są bardzo łatwo dostępne i relatywnie tanie.
Rys. 1. Schemat elektryczny zegara.
Elektronika Praktyczna 3/2001
Zegar cyfrowy z wyświetlaczem analogowym
List. 1.
Sub Ma in loop
Reset Ab u st aw s ta n n iski na Wejścia h danyc h pi erws zego r ejestru
Waitms 255 z ac zeka ] 255 ms
�Ssec ond s = Se conds z mJ enna P omo cnicza SSECCND f rzyjmu] e wa rtoś ć równ ą aktualnej wartości sekund
Cali Ge ttime P od próg m o dczytuj ący aktu 1 y cza s z reje strów RTC
Set Sl s pr óbu" u sta Wić sta wysoki n wejs ciu Sl p roceso ra
If Sl = 0 The n ] eż eli pr óba nieuda a (zwarty styk Sl) , to:
Ca 11 Settin g_hours 'P idprogra m ustawi an ia go dzin i i ni nuty
End If
Loop
End SU b
Procesor sterujący pracą zegara także należy do najpopularniejszych w swojej klasie. Program napisany został w języku MCS BASIC stosowanym w tak popularnym ostatnio pakiecie narzędziowym BASCOM8051 produkcji holenderskiej firmy MCS Electronics. Wykorzystując wersję BAS-COM-a Special Edition for Elektronika Praktyczna (dostępny na stronie www.ep.com.pl), każdy będzie mógł dowolnie zmodyfikować kod źródłowy programu i dostosować go do własnych potrzeb.
Opis działania układu
Schemat elektryczny zegara przedstawiono na rys. 1. Sercem układu jest zaprogramowany procesor typu AT89C2051. Ponieważ jednak liczba wyprowadzeń tego procesora jest za mała do wyste-rowania aż 60 diod LED i czterech wyświetlaczy siedmiosegmen-towych, zastosowałem w układzie dodatkowe elementy pomocnicze: rejestry szeregowe typu 74LS146, bezpośrednio sterujące diodami LED.
Ciężar odmierzania upływającego czasu, tj. zliczania sekund, minut i godzin został przerzucony na "dyżurny" układ RTC PCF8583. Układ ten posiada jedną, bardzo istotną dla konstruktorów zegarów cechę: może poprawnie pracować jeszcze przy napięciu nie mniejszym od 1,5V, pobierając wtedy znikomo mały prąd, rzędu mikroamperów. Rozwiązuje to wszelkie problemy związane z podtrzymaniem wskazań zegara przy zaniku napięcia zasilającego: układ RTC zasilany może być dodatkowo z baterii 1,5..3V dołączonej do złącza BTl. Wprawdzie podczas przerwy w zasilaniu wyświetlacze i diody LED zostaną wyłączone, a procesor przerwie swoją pracę, to po powtórnym włączeniu zasilania informacja o bieżącym czasie zostanie ponownie odczytana z układu PCF8583.
W zegarze sekundy wyświetlane są w sposób analogowy, a upływ minut i godzin pokazywany jest na wyświetlaczach siedmio segmentowych. Do obsługi rejestrów szeregowych musimy wykorzystać dwa wyprowadzenia procesora, tworzące magistralę PC, poprzez którą procesor będzie komunikował się z układem RTC. Wymaga to dwóch kolejnych wyprowadzeń. Pozostało nam zatem tylko 11 wolnych pinów procesora, czyli trochę za mało do zrealizowania multiplek-sowanego wyświetlania czterech cyfr, obsługi przycisków sterujących i głośniczka sygnalizacyjnego. Zatem postanowiłem dodać do układu jeszcze jeden element pomocniczy: dekoder kodu BCD na kod wyświetlacza siedmioseg-mentowego, popularny 74LS247. Katody segmentów wyświetlaczy zasilane będą z wyprowadzeń układu IC10, natomiast wspólne anody wyświetlaczy dołączane będą do plusa zasilania za pośrednictwem tranzystorów T1..T4, ste-
rowanych bezpośrednio z procesora. Pozostałe elementy układu to dwa przyciski służące do ustawiania czasu i budzika (Sl i S2) oraz przetwornik piezoelektryczny Q3.
Program sterujący pracą zegara ma do wykonywania dwie czynności, które muszą być realizowane symultanicznie: obsługę sekun-dnika, polegającą na "zapełnianiu rejestrów szeregowych zerami" i wyświetlaniu bieżącego czasu na wyświetlaczach siedmio segmentowych. Dodatkowym utrudnieniem jest to, że nie wszystkie wyjścia rejestrów zostały wykorzystane do sterowania diodami LED. Wyjścia Q7 pierwszych ośmiu rejestrów służą do przekazywania informacji do następnego rejestru i w związku z tym zachodzi potrzeba generowania dodatkowego impulsu zegarowego po upływie każdych siedmiu sekund. Program pracuje w pętli pokazanej na list. 1, a na list. 2 możemy zobaczyć, jak sobie radzi z tym i innymi problemami.
Dodatkowego komentarza wymaga tylko podprogram zerujący rejestry sekund, a właściwie opóźnienie 5ms wstawione wewnątrz pętli NEXT..FOR. Nie jest ono konieczne do poprawnej pracy programu, ale zapewnia uzyskanie dodatkowego efektu. Bez opóźnienia rejestry zerowane są nieza-
List. 2.
3ub Gettime
I2Cstart ' ini cjal zacja mac istrali I2C
12 CW by te SHAO 'poo anie adresu b= zoweg układu RTC
12 CW by te 2 'poo anie adresu re jestri. sekund
I2Cstart 'pon owna inicj ali; acja n agistrali I2C
12 CW by te SHA1 'Żąc anie podania c anych do odczytu
I2Crbyte Se con ds, Ack 'odczyt sekun d
I2Crbyte Mi nut es , Ack 'odczyt minut
I2Crbyte Ho urs , w ack 'odczyt godzi n
I2Cstop 'koniec trans misji na magistrali I2C
Displ = M ak ede c(h ours) 'konwer sja od czytanych minut na P ost ać d ziesiętną
Disp2 = M ak ede c (m inute s) 'konwer sja od czytanych godzin na pos tać dziesiętną
Ef Sseconds o Se con ds Th en ' jeżeli upłyń ęła kolejna sekunda
Temp2 = Ma ke dec (se conds ) 'przetw órz od czytaną wartość z k o du ECD na postać dziesiętną
Select Cas e Tem p2 'W żale Żności od wartości sekuni
Case 6: Ca 11 Clo ck im puls e 'jeżeli stan sekund = 6, to wygę n eruj do datkowy impuls zegarowy
Case 13 C all Cl ock i mpul
Case 20 C all Cl ock i mpul
Case 27 C all Cl ock i mpul
Case 34 C all Cl ock i mpul
Case 41 C all Cl ock i mpul
Case 48 C all Cl ock i mpul
Case 55 C all Cl ock i mpul
Case 0: Ca 11 Led s_off 'jeżeli stan sekund = zero, to z e row anie sekundnika
End Select
Cali Clock i mpulse 'wygene ruj im puls zegarowy
End If
3ub Clock im pulse 'podpro gram g enerujący impuls ze g aro wy
Set Clock
Reset Cloc k
End Sub
3ub Leds off 'podpro gram z erujący sekundnik
Set Ab 'ustaw stan wysoki na wejściach r eje stru sekund
For Temp = 1 To 60
Cali Clo ck _im pu] se 'wygene ruj im puls zegarowy
Waitms 5 'żaczek aj 5 m s (patrz dodatkowy 1OIII enta rz)
Wext Temp
Reset Ab 'ustaw ponown ie stan niski na we ] ści ach rejestru sekund
End Sub
Elektronika Praktyczna 3/2001
29
Zegar cyfrowy z wyświetlaczem analogowym
List . 3.
Sub Setting_h ours P odprogra m korekty wskazań godzin
Ch ange_time _fla g = 0 z mienna p omocnicza sygnalizująca p oczy nienie zm ian w ustawieniach
z egara przyjmuje wstępnie wartość 0
Di spl =88: Dis p2 = 88 wyświetl na wyświetlaczach "88", c o je st sygnał em przejścia w
tryb ustawian ia g odzi n
Wa itms 255: Waitms 255 z aczekaj ok. 0,5 sekundy
Ca 11 Gettim P owróć do wyświetlania aktualnego czas u
Do
Set S2 s p ró bu j u stawić stan wysoki na we ściu S2 proce sora
If S2 = 0 The n ; eżeli pr óba nieudana (przycisk S2 zwa rty), to:
Incr Di spl zwiększ z tiienną pomocniczą decydują ;ą o wyświetla lej wartości godzin
Change_ time _fla g = i z mień wartość zmiennej pomocnicze CHftNGE_TIME_ FLAG
If Displ = 2 4 Then i eżeli zmienna określająca ustawianą w<= rtośc godzin st ałą się równa 24, to
Displ = 0 z mienna t a przyjmuje wartość 0
End If
Waitms 255 z aczekaj 2 55 ms
End If
Set Sl s próbuj u stawić stan wysoki na we ściu Sl proce sora
If Sl = 0 The n - eżeli pr óba nieudana, to:
If Chan ge_time_ flag = 1 The i 'jeżeli wartość godzin z osta a zmieni ma, to:
Hours = M akeb cd(di spl) 'przekształć zmodyfikowa ną w srtość na postać kodu ECD
Cali Settime 'zapisz wartość godzin w rejestrze RTC
End If
Cali Se ttin g_mi nutes 'podprogram ustawiania m inut
End If
Lo op
End Sub
Sub Setting_m inut es
Se t Sl
If Sl = 0 Then
If Change _tim e_fl ag = 1 Then 'jeżeli bieżący czas zos tal zmieniony to:
Seconds = 0 'wyzeruj rejestr sekund RTC
Minutes = M akeb cd(di sp2) 'przekształć zmodyfikowa ną w srtość mi lUt na kod ECD
Cali Se ttim e 'zapisz wartość minut w reje strze RTC
Cali Le ds o ff 'wyzeruj sekundnik zegar ą
End If
Cali Setting alarm 'ustawianie czasu budzeń ia
En d If
Loop
End Sub

uważalnie: po prostu wszystkie diody nagle gasną. Po wstawieniu opóźnienia wygaszanie diod odbywa się stopniowo, w czasie ok. 0,3 sekundy. Wygląda to naprawdę bardzo ładnie!
Kolejnym zadaniem wykonywanym przez program sterujący pracą zegara jest wyświetlanie aktualnej godziny i minuty na wyświetlaczach siedmio segmentowych LED. Funkcja ta realizowana jest przez podprogram obsługi przerwania pochodzącego od Time ra 0, pracującego w trybie ti-mera z zegarem wewnętrznym i rejestrem szesnastobitowym.
Każdy zegar, a nasz nie jest tu wyjątkiem, wymaga wstępnego ustawiania aktualnego czasu, a także jego ewentualnej korekty. Przyjrzyjmy się więc fragmentowi listingu podprogramu ustawiania aktualnego czasu oraz godziny i minuty budzenia. Przeanalizujemy jedynie fragment podprogramu realizujący ustawianie godzin, ponieważ ustawianie pozostałych wartości zrealizowane jest prawie identycznie (list. 3).
Montaż i uruchomienie
Na rys. 2 przedstawiono rozmieszczenie elementów na płytce obwodu drukowanego wykonanego na laminacie dwustronnym z metalizacją. Jeżeli celem było
zbudowanie zegara o jak najbardziej efektownej i bajeranckiej konstrukcji, to nie widziałem powodu, aby w takim samym stylu nie wykonać płytki obwodu drukowanego. Może rozmieszczenie rejestrów na obwodzie koła wpisanego w obrys płytki niczemu nie służy, ale... chyba fajnie wygląda!
Montaż zegara wykonujemy typowo, z jednym wyjątkiem: następujące elementy muszą być przy-lutowane od strony ścieżek (umownej w przypadku płytki dwustronnej):
1. Wyświetlacze siedmioseg-mentowe LED.
2. Przyciski Sl i S2.
3. Diody sekundnika D1..D60. W pierwszym etapie pracy
montujemy wszystkie elementy, z wyjątkiem diod sekundnika. Ze względu na chęć ograniczenia rozmiarów płytki obwodu drukowanego odstąpiłem od sztywno dotychczas przestrzeganych przeze mnie zasad i rezystory ograniczające prąd płynący przez diody są wyjątkowo montowane w pozycji pionowej. Nie wygląda to najlepiej, ale pozwala na zaoszczędzenie sporej powierzchni. Tu pora na małą uwagę dotyczącą rezystorów R1..R60, których wartość została dobrana do tanich diod LED o nie najwyższej jakoś-
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
R1..R67: 220..330O R68..R71: lkn Kondensatory
CL C2: 27pF C3: 33pF C4: 100^F/10V C5: lOOnF Có: 4,7n.F/10V Półprzewodniki
DP1..DP4: wyświetlacz siedmioseg-mentowy LED wsp. anoda D1..D60: LED $3mm D61, D62: 1N4148 IC1..IC9: 74LS164 IC10: 74LS247 ICH: AT89C2051 IC12: PCF8583 T1..T4: BC557 Różne
CON1: ARK2 (3,5mm) Ql: rezonator kwarcowy ll,059MHz
Q2: rezonator kwarcowy 32768Hz Q3: przetwornik piezo z generatorem Sl, S2: mikroprzełączniki
ci. W przypadku zastosowania lepszych diod, wartość tych rezystorów należy niekiedy znacznie zwiększyć, czasami nawet do l,5kQ! W każdym przypadku, przed wlutowaniem rezystorów radziłbym przeprowadzić próbę i doświadczalnie ustalić ich optymalną wartość. Pamiętajmy, że multipleksowane wyświetlacze nie będą świecić zbyt jasno i światło emitowane przez diody nie powinno utrudniać odczytu cyfr na wyświetlaczach siedmio segmentowych.
Wlutowanie w płytkę wszystkich elementów, z wyjątkiem diod LED, nie powinno nikomu sprawić większego kłopotu. Inaczej może mieć się sprawa z równym zamontowaniem 60 diod, ale na szczęście została przygotowana jeszcze jedna płytka, pełniąca funkcję w miarę efektownej płyty czołowej zegara, a także mogąca posłużyć jako matryca ułatwiająca idealnie równe wlutowanie diod. Kolejność postępowania powinna być następująca:
1. Wkładamy wszystkie diody LED w przeznaczone dla nich otwory w punktach lutowniczych.
30
Elektronika Praktyczna 3/2001
Zegar cyfrowy z wyświetlaczem analogowym
a o o
lir v
e�83j
Rys. 2. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej.
2. Skręcamy ze sobą płytkę główną zegara i płytę czołową. Do skręcenia płyt możemy użyć śrubek i tulejek dystansowych odpowiedniej długości lub, w ostateczności trzech śrub o średnicy 3mm wyposażonych w trzy nakrętki.
3. Tak utworzony pakiet kładziemy na gładkiej powierzchni, płytą czołową w dół.
4. Wsuwamy wszystkie diody w otwory w płycie czołowej. Płyta czołowa odsunięta jest od płaszczyzny, na której leży na odległość ok. 2mm przez wystające łebki śrub, tak że diody będą trochę wystawać ponad jej powierzchnię.
5. Lutujemy wszystkie diody LED, mając absolutną pewność, że zostały one rozmieszczone idealnie równo.
Ostatnią czynnością będzie dołączenie do złącza BTl baterii o napięciu 3V. Mogą to być np. dwie baterie typu AA połączone szeregowo. Baterie te będą wykorzystywane jedynie sporadycznie, a być może nigdy, jeżeli nie na-
stąpi przerwa w zasilaniu zegara. Jeżeli zatem zastosujemy baterie alkaliczne dobrego producenta, to powinny one wystarczyć na kilka lat pracy zegara. Dlatego też nie przewidziałem żadnych elementów mocujących awaryjne źródło zasilania i baterie można po prostu przykleić do płytki zegara, tak jak zostało to uczynione w układzie prototypowym.
Układ zegara zmontowany ze sprawdzonych elementów nie wymaga po zmontowaniu jakichkolwiek czynności uruchomieniowych i działa natychmiast po włożeniu zaprogramowanego procesora w podstawkę.
Na zakończenie należy jeszcze omówić sposób ustawiania aktualnej godziny i minut oraz czasu budzenia. Przejście do trybu ustawiania inicjowane jest krótkim naciśnięciem przycisku Sl (z lewej strony płyty czołowej). Odebranie przez procesor tego sygnału kwitowane jest krótkotrwałym włączeniem wszystkich segmentów wyświetlaczy LED, po czym możemy
przestąpić do ustawiania bieżącej godziny za pomocą przycisku S2. Po wykonaniu tej czynności naciskamy ponownie Sl i po dwukrotnym włączeniu wszystkich segmentów wyświetlaczy możemy ustawić minuty aktualnego czasu. Kolejne naciśnięcie Sl spowoduje zapisanie podanego czasu w rejestrach układu RTC, wyzerowanie rejestru sekund i przejście do trybu ustawiania czasu budzenia, co zostanie zasygnalizowane krótki sygnałem dźwiękowym. Czas budzenia ustawimy identycznie jak czas bieżący. Podczas normalnej pracy zegara przycisk S2 służy do naprzemiennego włączania i wyłączania budzika. Włączenie alarmu sygnalizowane jest dwoma sygnałami akustycznymi, a wyłączenie jednym. Andrzej Gawryluk
Wzory płytek drukowanych w formacie PDF są dostępne w Internecie pod adresem: http://www.ep.com.pl/ ?pdf/marzecOlJitm oraz na płycie CD-EP03/2001B w katalogu PCB.
Elektronika Praktyczna 3/2001
31
PROJEKTY
Nadzorca linii telefonicznej
AVT-5001
Potrzeba jest matką
wynalazków i to właśnie ona
stała się przyczyną
opracowania urządzenia
prezentowanego w ańykule.
Kolega, który musiał pokryć
dość wysokie koszty pirackich
połączeń poprosił mnie ^
o skonstruowanie prostego
układu kontrolującego linię
telefoniczną. Zaprojektowałem
i wykonałem go, a efektami
pracy dzielę się także
z Wami.
Głównym zadaniem układu nadzorującego jest reagowanie na całkowity zanik lub na obniżenie się napięcia w linii telefonicznej. Urządzenie współpracuje zarówno z nowymi centralami elektronicznymi, jak i mechanicznymi starego typu. Aby nie zakłócać pracy centrali telefonicznej, układy dołączone do publicznej sieci telefonicznej powinny spełniać wiele rygorystycznych warunków. Jednym z nich jest ograniczenie maksymalnego poboru prądu z linii telefonicznej przy odłożonej słuchawce aparatu telefonicznego. Prezentowany układ dokonuje w sposób ciągły pomiaru napięcia linii. Wiąże się to ze stałym galwanicznym połączeniem układu pomiarowego z linią telefoniczną. Przy odłożonym mikrotelefonie pobór prądu z linii, według Polskiej
Normy PN-92 T-83000, nie powinien przekraczać wartości 0,4mA.
Opis układu
W urządzeniu zastosowałem miki okoń troi er typu ST62T20. Program sterujący został wykonany za pomocą ST6-Realizera znanego i dostępnego od wielu lat, m.in. na płycie CDEP2 i na płycie CD-EP02/ 2001B. Dostępna jest również nowsza, ale ograniczona funkcjonalnie wersja tego programu wydana przez Elektronikę Praktyczną na płycie CDll/2000. Pliki źródłowe do prezentowanego układu znajdują się na CD-EP03/2001B.
Układ można podzielić na następujące trzy bloki funkcjonalne (rys. 1):
- obwód pomiarowy (liniowy),
- mikiokontioler,
- zasilacz.
Elektronika Praktyczna 3/2001
33
Nadzorca linii telefonicznej
APARAT
OBWÓD LINIOWY
o-
LED
MIKROKONTROLER ST62T10
LINIA TELEFONICZNA
Rys. 1. Schemat blokowy "nadzorcy"
Obwód pomiarowy sprzęga linię telefoniczną z mikrokontrole-rem. Nad pracą układu czuwa mikrokontroler, uruchamiając generator alarmowy z przetwornikiem piezoceramicznym w przypadku zaniku lub obniżenia się napięcia linii telefonicznej. Zasilacz dostarcza niezbędnego stabilizowanego napięcia o wartości +5V. Mikrokontroler oraz obwód pomiarowy wraz z zasilaczem są zamknięte w jednej obudowie. W modelowym urządzeniu zastosowano obudowę od zasilacza wtyczkowego.
Schemat elektryczny urządzenia przedstawiono na rys. 2. Niewielka liczba elementów sprawia, że układ jest łatwy w wykonaniu,
ZASILANIE
GENPIEZO I I
KASOWANIE
a jego budowa przejrzysta. Dodatkową zaletą jest możliwość umieszczenia wszystkich elementów w jednej, niewielkiej obudowie. Układ może wykonać nawet początkujący elektronik hobbysta.
Wyprowadzenia wejścia/wyjścia mikrokontrolera ST62T10/20 zorganizowane są w dwa porty A i B. Port A ma dostępne cztery linie PA0..PA3, które możemy programowo skonfigurować jako:
- wejście z lub bez wewnętrznego rezystora podciągającego (pull-up),
- wejście przerwania z rezystorem podciągającym,
- wyjście push-pull lub z otwartym drenem - linie PA0..PA3 mogą być obciążane prądem
o natężeniu do 20mA umożliwiającym bezpośrednie sterowanie diod LED.
Port B ma dostępnych osiem linii PB0..PB7, które możemy programowo skonfigurować jako:
- wejście z lub bez wewnętrznego rezystora podciągającego (pull--up),
- wejście przerwania z rezystorem podciągającym,
- wyjście push-pull lub z otwartym drenem - linie mogą być obciążane prądem o natężeniu do 5mA,
- analogowe wejście przetwornika analogowo-cyfrowego.
Linia PAO steruje diodą Dl informującą świeceniem o stanie, w jakim znajduje się układ. Poprzez wyprowadzenie PAl odbywa się sterowanie pracą tranzystora Tl załączającego sygnalizator akustyczny piezo. Tylko te dwie linie zostały wykorzystane jako wyjścia, a pozostałe wyprowadzenia są skonfigurowane jako wejścia. Najbardziej nas interesujące, w tym zastosowaniu, wyprowadzenie PB5 skonfigurowano jako wejście ośmiobitowego przetwornika analogowo-cyfrowego.
Dlaczego najbardziej interesujące? PB5 jest wejściem, które służy do pomiaru stanu linii telefonicznej. Linia telefoniczna jest sprzężona z układem poprzez rezystory
O+5V
LINIA
US3
APARAT
Rys. 2. Schemat elektryczny "nadzorcy".
34
Elektronika Praktyczna 3/2001
Nadzorca linii telefonicznej
Rys. 3. Algorytm działania mikrokontrolera.
ograniczające R9 i RIO oraz mostek prostowniczy Ml. Wyjście mostka jest dołączone, poprzez potencjometr POTl, do wejścia analogowego PB5. Dodatkowo między masę a suwak potencjometru włączona jest dioda Zenera D2 zabezpieczająca wejście gdyby wystąpiło napięcie większe niż napięcie zasilania układu. Jedyny przycisk sterujący Pl włączony jest pomiędzy masę układu a końcówkę PB4, która jest wejściem. Napięcie z rezystora R8 zasila diodę transoptora TOl poprzez mostek prostowniczy M2 i rezystor ograniczający R7. Emiter tranzystora transoptora TOl połączony jest z wyprowadzeniem PB2 skonfigurowanym jako wejście. Zamiast standardowego układu zerowania, złożonego z kondensatora i rezystora, został zastosowany specjalistyczny układ DS1813. Końcówki o numerach 2 (OSCIN) i 4 (OSCOUT) są wewnętrznie połączone ze zintegrowanym układem oscylatora. Do tych wyprowadzeń dołączony został rezonator kwarcowy o częstotliwości 8MHz.
W związku z dużym zainteresowaniem naszych Czytelników narzędziem projektowym ST6-Reali-zer, na rys. 3 przedstawiamy schemat programu, który pozwoli nam zapoznać się z działaniem układu.
Graf programu jest niezwykle prosty. Po włączeniu zasilania mik-rokontroler jest zerowany, a następnie przechodzi do stanu PRACA. Przetwornik A/C mikrokontrolera mierzy ciągle napięcie w linii telefonicznej. W wyniku porównania przez komparator wartości mierzonej przez A/C z wartością zadaną, na wyjściu Bnieniu warunku: wartość mierzona jest mniejsza od wartości zadanej). Jeżeli czas obniżenia się napięcia na linii jest dłuższy niż pięć sekund, to zostaje spełniony warunek ALARMl i program przechodzi w stan ALARM. W tym stanie pracy zostaje uruchomiony zewnętrzny generator akustyczny piezo oraz dioda sygnalizacyjna LED. Aby można było wyłączyć alarm, przede wszystkim musi ustać przyczyna wywołania alarmu, czyli musi "powrócić" napięcie na linię telefoniczną. Wówczas należy przycisnąć przycisk Pl-Kasowanie. W chwili przyciśnięcia przycisku zostaje spełniony warunek KASOWANIE i program przechodzi w stan PRACA.
W chwili podniesienia słuchawki własnego aparatu zostaje włączona blokada, która uniemożliwia włączenie alarmu. Załączenie blokady następuje przez podanie wysokiego stanu z transoptora na linię PB2 mikrokontrolera.
Montaż i uruchomienie
Na rys. 4 pokazano rozmieszczenie elementów na powierzchni jednostronnej płytki drukowanej. Na środku płytki znajduje się miejsce na transformator sieciowy (zaznaczony obszar należy wyciąć). Po wykonaniu płytki drukowanej (lub zamówieniu w AVT) oraz zgromadzeniu elementów możemy przystąpić do montażu. Podczas kompletowania elementów należy zwrócić uwagę na gabaryty rezonatora kwarcowego 8MHz. Powinien być jak najmniejszy, ponieważ umieszczony jest na płytce pod mikrokontrolerem. Następnym istotnym elementem jest pod-
stawka pod mikrokontroler. Przed wlutowaniem musimy wykonać w niej odpowiedni frez tak, aby wpasować rezonator kwarcowy.
Płytka drukowana została tak zaprojektowana, aby zmieścić się w obudowie zasilacza wtyczkowego (Z-10). Diodę świecą LED i przycisk Pl umieszczamy na obudowie. W bocznych ściankach wycinamy otwory na umieszczenie gniazd telefonicznych LINIA i TELEFON. W ostateczności możemy z nich zrezygnować i wyprowadzić ze środka obudowy przewody. O tym, czy wszystkie elementy urządzenia zmieszczą się w proponowanej obudowie decydują ich rozmiary.
Podczas uruchamiania układu powinniśmy dysponować miernikiem uniwersalnym oraz dostępem do linii telefonicznej. Powinniśmy uruchamiać układ bez włożonego w podstawkę mikrokontrolera. Po włączeniu zasilania (procesor wyjęty) mierzymy napięcie pomiędzy masą a dwudziestym wyprowadzeniem podstawki mik-
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl, R2, R4, R5: 3,9kQ
R3: 820O
R6: 22kQ
R7: 2,2kQ
R8: 100O
R9, RIO: 300kQ..lMQ
POTl: 470kQ potencjometr
miniaturowy
Kondensatory
Cl: 220^F/25V
C2: 100^F/16V
C3, C4: 30pF
Półprzewodniki
Dl: LED czerwona
D2: C5V1
ML M2, M3: mostki prostownicze
1A/5OV
Tl: BC238 lub podobny
TOl: CNY17-4
US1: ST62T10/20 zaprogramowany
US2: 78L05
US3: DS1813
Różne
Xl: 8MHz
Pl: przycisk jednobiegunowy
generator piezo
obudowa Z-10
transformator sieciowy TS2/16
gniazda telefoniczne
obudowa Z-10
Elektronika Praktyczna 3/2001
35
Nadzorca linii telefonicznej
Rys. 4. Schemat montażowy płytki drukowanej.
rokontrolera. Jeśli wynosi ono około +5V, to znaczy, że zasilanie mamy najprawdopodobniej poprawne.
Następnie musimy sprawdzić diody LED oraz generator PIEZO. W tym celu należy posłużyć się rezystorem około lkQ i zewrzeć wyprowadzenia 20 i 19. Po zwarciu powinna się zaświecić dioda LED. Kolejnym krokiem jest zwar-
cie tym samym rezystorem wyprowadzeń 20 z 18. Spowoduje to działanie generatora PIEZO. Jak widać, są to dosyć proste sposoby, ale jakże praktyczne, zwłaszcza dla początkujących.
Po wykonaniu opisanych czynności możemy przystąpić do regulacji alarmu (w dalszym ciągu bez mikrokontrolera). Suwak potencjo-metru POTl zwieramy do masy układu. Miernik uniwersalny (na podzakresie do 200VDC) podłączamy do wyprowadzenia 10 podstawki mikrokontrolera. Do gniazda LINIA dołączamy linię telefoniczną, poruszając delikatnie suwakiem potencjometru ustawiamy napięcie około 3,5V. Możemy znajomego poprosić, aby zadzwonił do nas podczas regulacji. Przy wywołaniu z centrali napięcie na wyprowadzeniu 10 nie powinno przekroczyć 5V. Następnie suwak potencjometru zabezpieczamy kroplą lakieru.
W układzie modelowym zastosowałem rezystory R9 i RIO o wartości rezystancji 300kQ. Dobrze jest jednak zastosować rezystory o większej rezystancji, nawet do 1MQ.
Przy uruchamianiu układu należy pamiętać, aby masa układu była odizolowana od ziemi. Niedopuszczalne jest, aby układ uziemiać. Po zakończonej regulacji możemy zaprogramować i umieścić mikrokontroler w podstawce. Układ nie wymaga już dalszej regulacji. Krzysztof Górski, AVT krzysztof.gorski@ep.com.pl
Wzory płytek drukowanych w formacie PDF są dostępne w Internecie pod adresem: http://www.ep.com.pl/ ?pdf/marzec01.htm oraz na płycie CD-EP03/2001B w katalogu PCB.
36
Elektronika Praktyczna 3/2001
PROJEKTY
AKT - akustyczny teatr, część 3
Zestaw głośnikowy do kina domowego
AVT-994
W ostatnim odcinku
trzyczęściowego cyklu
poświęconego zespołom
głośnikowym przeznaczonym
do stosowania w tradycyjnych
systemach stereofonicznych
i wielokanałowych zestawach
kina domowego, przedstawimy
największą i najciekawszą
konstrukcję - trójdrożny
zestaw AKT3.
Na koniec dokonamy
podsumowania, przedstawiając
rekomendowane systemy-
AKT 3
Szczególną cechą tego zestawu jest zainstalowanie głośnika nisko tonowego na ściance bocznej (rys. 1). Układ taki pozwala na ograniczenie szerokości obudowy do wielkości głośnika średnioto-nowego, co daje korzyści wizualne i akustyczne - lepsze rozpraszanie średnich i wysokich tonów. Wymaga on jednak stosowania głośnika średnio tonów eg o o wysokiej wytrzymałości, gdyż ze względu na pozycję głośnika nis-kotonowego i jego odsunięcie od średni o tono w ego, konieczne jest ustalenie niskiej częstotliwości podziału między nimi. Zastosowanie w roli głoś-
nika średniotonowego głośnika nisko-średnio tonów ego TC14, przystosowanego do znacznie większych amplitud, niż klasyczne głośniki średnio tonowe, pozwala wybrać teoretycznie zupełnie dowolną częstotliwość podziału. Ścięte krawędzie kosza głośnika um o żli wi a j ą przy g o to w ani e bardzo wąskiego frontu (13 cm, podczas gdy pełna średnica kosza
Elektronika Praktyczna 3/2001
AKT - akustyczny teatr
Rys. 1. Projekt obudowy AKT3.
TC14 to 15 cm).
Natomiast w roli niskotonowe-go zastosowano TC18, głośnik z założenia również nisko-średnio-tonowy, który najczęściej jest stosowany w układach dwudrożnych. Zaletą układu tiójdrożnego jest fakt, że głośnik pracujący jako średniotonowy zostaje przez filtr dolnoprzepustowy odciążony od dużych amplitud, i nawet jeśli jest do nich zdolny, tak jak TC14, to przetwarzanie przy mniejszych wychyleniach zawsze jest premiowane niższymi zniekształceniami, co prowadzi do klarowniejszego odtwarzania średnich tonów. Między głośniki niskotonowy i średniotonowy (a dokładnie między ich cewki) podzielone zostaje również ciepło, zwłaszcza gdy częstotliwość podziału lokuje się w pobliżu 200Hz, gdzie spektrum mocy typowych sygnałów muzycznych osiąga maksimum. Wzrasta więc wytrzymałość termiczna całego zespołu, a przy niższej temperaturze każdej cewki zmniejsza się zjawisko kompresji, powstające na skutek wzrostu rezystancji uzwojenia cewek przy wzroście temperatury. Przy każdej takiej okazji wypada jednak powtarzać, że nie należy poddawać się wrażeniu, iż układy trójdrożne są bezwzględnie lepsze od dwu-
drożnych. Układy trójdrożne mają bardziej skomplikowane zwrotnice, zintegrowanie trzech głośników jest trudniejsze niż dwóch, dlatego często układy dwudroż-ne mają przewagę w zrównoważeniu i spójności brzmienia. Impedancja znamionowa kolumny AKT3 wynosi 8Li. Charakterystyka przetwarzania w zakresie niskich częstotliwości ma spadek -6dB przy 40Hz - gwarantuje to odtworzenie szerokiego pasma, choć częstotliwości niższych od 30Hz tylko przy ograniczonych mocach, gdyż nieco powyżej tej częstotliwości charakterystyka wytrzymałości zaczyna spadek.
Zaplanowane strojenie 25-htrowej obudowy do częstotliwości rezonansowej 40Hz uzyskujemy stosując rurę TR60 o pełnej długości 14,5cm. Otwór umieszczony jest na samym dole obudowy, co wskutek sąsiedztwa podłogi - powierzchni odbijającej, przyczynia się do zwiększenia efektywności basu.
Na rys. 2 przedstawiono charakterystykę przetwarzania AKT3, określoną metodą szumu tercjowego, uśrednioną dla kilkudziesięciu pozycji mikrofonu pomiarowego w pomieszczeniu odsłuchowym. Pomiary tego typu, mimo tych uśrednień, obciążone są rezonansami własnymi pomieszczeń, zniekształcającymi do pewnego stopnia charakterystykę, zwłaszcza w zakresie niskotonowym, poniżej lOOHz. Mimo to widać bardzo dobre zrównoważenie, od tercji 80Hz aż do 16kHz zamknąć je można w polu tolerancji ą2,5dB.
Gł o śnik śr e dnio -tonowy pracuje w wydzielonej, zamkniętej komorze o objętości 4 litrów, utworzonej za po-
mocą ukośnej przegrody - eliminuje ona większość fal stojących w komorze średnio tonowej (równoległe pozostają już tylko ścianki boczne) i najgroźniejsze rezonanse w komorze niskotonowej, które tworzyłyby się na największym dystansie między dolną a górną ścianką, i były łatwo transmitowane przez zlokalizowany na dole otwór. Ponadto zainstalowano dwie ażurowe przegrody - wieńce wzmacniające obudowę, a dolna część bocznej ścianki, na której zainstalowano głośnik niskotonowy, została pogrubiona do 30mm.
Głośnik wysokotonowy został tym razem umieszczony poniżej głośnika średniotonowego i znajduje się dzięki temu na optymalnej wysokości, takiej samej jak w AKTl i AKT2. Podobnie jak we wszystkich pozostałych konstrukcjach AKT, zespoły powinny być wykonywane jako lustrzane odbicia, tym razem jednak zasada ta dotyczy nie tylko przesunięcia głośnika wy-sokotonowego, ale również pozycji głośników niskotonowych -obydwa mają być skierowane albo do wewnątrz, albo na zewnątrz. Wybór pozycji jest kwestią eksperymentów w konkretnym pomieszczeniu. Głośniki niskoto-nowe powinny promieniować w stronę otwartej przestrzeni -jeśli kolumny ustawione będą dość blisko bocznych ścian (dystans mniejszy od Im), wówczas najprawdopodobniej lepsze rezultaty zostaną uzyskane przy skierowaniu ich do środka.
Rys. 2. Charakterystyka przetwarzania AKT, określona w pomieszczeniu odsłuchowym metodq szumu tercjowego.
38
Elektronika Praktyczna 3/2001
AKT - akustyczny teatr
Rys. 3. Schemat zwrotnicy AKT3.
Zwrotnicę (rys. 3) można podzielić między dwie płytki - na jednej, wąskiej, zamontować sekcję filtrów średnio-wy sokotono-wych i umieścić ją na ukośnej przegrodzie, w komorze głośnika średni o tonowego (jej wymiary i elementy należy rozplanować tak, aby przeszła przez otwór średniotonowego), drugą, mniejszą, z filtrem dolnoprzepustowym umieścić w głównej komorze, instalując poprzez otwór głośnika niskotonowego na ściance bocznej lub przedniej, ale nie bliżej niż 10 cm od jego układu magnetycznego.
Podczas gdy wszystkie inne konstrukcje wyposażono w pojedyncze gniazdo przyłączeniowe, AKT3 ma gniazdo podwójne, pozwalające na podwójne okablowanie. Wynika to z możliwości odseparowania w zespole trójdroż-nym prądów niskich częstotliwości od prądów częstotliwości średnich i wysokich, co daje najlepsze rezultaty (w układach dwudroż-nych prądy niskich i średnich częstotliwości muszą płynąć razem).
Głośniki średniotonowy i wysoko tono wy mogą występować w wersjach ekranowanych magnetycznie - co pozwoli kolumnie stanąć blisko telewizora. Nieekra-nowany głośnik niskotonowy nie powinien powodować zaburzeń, gdyż jest zainstalowany znacznie niżej, niż zwykle znajduje się ekran telewizora.
Rekomendowane systemy:
1
lewy/prawy
Monitor
centralny
Monitor E
tylne
Monitor
System podstawkowych monitorów to skromne, choć wyrównane minimum. Dla 1 odtworzenia mocnego basu z pewnością konieczny jest subwoofer. |
2 | AKT1 | Monitor E | Monitor
Głośniki lewy i prawy wyrosły z Monitorów do małych kolumieniek wolnostojących, dzięki czemu mają szersze pasmo. J
3 | AKT1 | Center | Monitor
Na środku pojawił się centralny z prawdziwego zdarzenia, który staje się najmocniejszym elementem systemu.
Center
Center
Monitor
Z przodu jest już wyrównana trójka, tylko z tyłu trochę słabiej, choć to jeszcze nie ideał, to najczęściej wystarczy.
Center
Center
Center
Dookoła dokładnie to samo - osiągamy wysoką moc we wszystkich kanałach, jednak subwoofer, tak jak poprzedni, bardzo się przyda. J
6
AKT2
Center
Monitor
Z przodu pojawiły się mocne i pełnozakresowe AKT2, z tyłu ponownie trochę słabiej, ale w sumie bardzo dobra drużyna.
AKT2
Center
AKT1
Tył nadal słabszy od przodu, ale już pełno za.kres o wy. Bardzo elegancki system, wymaga jednak więcej miejsca.
AKT2
Center
Center
Pierwszy zestaw referencyjny, spełniający wszystkie wymagania - we wszystkich kanałach podobna, wysoka moc, a z przodu kolumny pełnozakresowe.
9
AKT2
Center
AKT2
Drugi zestaw referencyjny - kto ma więcej miejsca, może również z tyłu postawić AKT2.
10
AKT3
Center
Monitor
Z przodu pojawiają się najsilniejsze na basie AKT3, ale z tyłu znowu chudo
11
AKT3
Center
AKT1
Z tyłu już trochę lepiej. 12 | AKT3 Wreszcie i z tyłu z pełną mocą. Trzeci zestaw referencyjny.
Center
Center
Przyjęto założenie, że głośniki występujące na pozycjach innych niż centralna będą pozostawać na tyle daleko od telewizora, że ekranowanie nie będzie im potrzebne. Każda konstrukcja możne jednak być wykonana jako ekranowana - nosi wówczas dodatkowe oznaczenie E; AKT Center, który jest ekranowany w wersji podstawowej, ma w wersji nieekranowanej oznaczenie dodatkowe M.
18-cm kosz głośnika niskotonowego stosowanego w AKT 3 może występować w wersji "pościnanej" (jak wszystkie 14-cm głośniki nisko-średni otonowe kolumn serii
Głośniki AKT Center...... .................(2xTC14SG69-04 plus TC20SD05)................... ....395 zł
Głośniki AKT Center...... .................(2xTC14SG69-04 plus TC20SD05)................... ....395 zł
Głośniki AKT Center M . .................(2xTC14WG69-04 plus TC20TD05).................. ....335 zł
Głośniki AKT Monitor.... ...................(TC14WG69-08 plus TC20TD05).................... ....195 zł
Głośniki AKT Monitor E ...................(TC14SG69-08 plus TC20SD05)..................... ....245 zł
Głośniki AKT 1............... ...................(TC14WG69-08 plus TC20TD05).................... ....195 zł
Głośniki AKT 1 E ........... ...................(TC14SG69-08 plus TC20SD05)..................... ....245 zł
Głośniki AKT 2 .............. .................(2xTC14WG69-04 plus TC20TD05).................. ....335 zł
Głośniki AKT 2 E ........... .................(2xTC14SG69-04 plus TC20SD05)................... ....395 zł
Głośniki AKT 3............... .. (TC18WG49-08 plus TC14WG69-08 plus TC20TD05).... ....345 zł
Głośniki AKT 3 E ........... .. (TC18WG49-08 plus TC14SG69-08 plus TC20SD05) .... ....385 zł
Cena osprzętu dla każdego z powyższych zestawów z wyjątkiem AKT3 (E)................ ......95 zi
Cena osprzętu dla zestaw uAKT3(E)............................................................................ .... 135 zi

AKT) albo w wersji okrągłej. Jest to tylko kwestia estetyczna. Andrzej Kisiel, Audio
W ramach projektów AKT AVT dostarcza komplety głośników i podstawowy osprzęt (części do zwrotnic, gniazda, tunele bass-reflex - bez obudów, wytłumień, okablowania i wkrętów mocujących). Cena jest sumą cen elementów wchodzących w skład zestawu. Zamówienie może dotyczyć kompletu głośników lub kompletu głośników i części. Nie dostarczamy samych części ani pojedynczych głośników.
Elektronika Praktyczna 3/2001
39
PROJEKTY
Cyfrowa centrala alarmowa, część 1
AVT-5005
Chciałbym zaproponować
Czytelnikom Elektroniki
Praktycznej samodzielne
zbudowanie bodajże
najważniejszego elementu
każdego systemu alarmowego
- centrali, której zadaniem
jest odbieranie informacji
z czujników alarmowych
i powodowanie odpowiedniej
reakcji układów
wykon a wczych.
W moich artykułach juź wielokrotnie wyrażałem swoją opinię na temat budowania amatorskich systemów alarmowych. Jestem wielkim entuzjastą takich przedsięwzięć. Zawsze twierdziłem, ze sprytnie pomyślana amatorska konstrukcja może stanowić znacznie skuteczniejsze zabezpieczenie naszego mienia, niż systemy alarmowe produkowane przez nawet najbardziej renomowane firmy. Przyczyna jest oczywista: przecież wiadomo, kto pierwszy zaopatruje się w nowo wyprodukowane centrale alarmowe, czujniki i inne elementy służące do ochrony mienia. Wizerunek złodzieja przedstawianego jako prymitywnego bandziora z łomem w ręce i workiem na plecach należy już do przeszłości. Nie jest też dla nikogo tajemnicą, że grupy złodziei zatrudniają fachowców - elektroników, których jedynym zadaniem jest rozpracowywanie pojawiających się na rynku nowych system ów al aim owy ch.
K ons trukc j a am ator ska z a w s z e będzie dla potencjalnych intruzów wielką zagadką. Zarówno sama "elektronika", jak i sposób
wykonani a instal a ej i, różny od typowych instalacji zakładanych przez firmy ochrony mienia, mogą zniechęcić niejednego amatora cudzej własności do prób wtargnięcia na zabezpieczony obszar.
Już na samym wstępie chciałbym z naciskiem podkreślić, że zaprojektowany i oprogramowany przeze mnie układ uważam w pewnym sensie za "tworzywo konstrukcyjne", z którego możecie wykonać własny, już całkowicie niepowtarzalny układ centrali alarmowej. Program, który zapisany został w pamięci ROM procesora jest taki, jaki jest. Napisałem go, kierując się własnym doświadczeniem i oczywiście subiektywnym zdaniem na temat roli, jaką powinna spełniać centrala alarmowa. Sądzę jednak, że wielu Czytelników może mieć własne, różne od mojego podejście do tego zagadnienia i napisany przeze mnie program może im po prostu nie odpowiadać. Pragnę ich zatem zachęcić do dokonywania zmian w tym programie. Jest to szczególnie łatwe, ponieważ kod źródłowy programu będzie dostępny na stronie internę to we j Elekt-
Elektronika Praktyczna 3/2001
41
Cyfrowa centrala alarmowa
Rys. 1. Schemat elektryczny głównego modułu centrali.
roniki Praktycznej oraz na płytach CD-EP. Program został napisany i skompilowany w środowisku pakietu BASCOM AVR. Nawet osobom, które nigdy nie zetknęły się z językiem BASIC, a znają jakikolwiek inny język programowania, opanowanie posługiwania się MCS BASIC nie powinno sprawić większego kłopotu.
Projektując układ centrali alarmowej, położyłem największy nacisk na rozwiązanie problemu zawiadamiania wybranych osób o włamaniu lub próbie sabotażu dokonywanej na strzeżonym obszarze. Oczywiście, centrala wyposażona została w typowe wyjścia przekaźnikowe, do których można podłączyć praktycznie do-
wolne układu wykonawcze. Jakie to mogą być układy? Najczęściej jako układy wykonawcze systemów alarmowych wykorzystywane są wszelkiego rodzaju syreny, najczęściej połączone z sygnalizatorami optycznymi. Moim zdaniem, jest to o wiele za mało! Do wyjących syren w niesprawnych systemach alarmowych wszyscy
42
Elektronika Praktyczna 3/2001
Cyfrowa centrala alarmowa
Charakterystyka techniczna centrali alarmowej:
1. Centrala posiada 5 wejść analogowych, do których mogą być dołączone parametryzowane linie dozorowe. Napięcie wzorcowe na poszczególnych liniach jest automatycznie mierzone przed każdym uzbrojeniem systemu alarmowego. Program nadzoruje stan każdej z linii i w przypadku wystąpienia na niej znaczących zmian napięcia podejmuje decyzję o uruchomieniu sygnalizacji alarmowej. Powolne zmiany napięcia, które mogą być spowodowane np. wzrostem wilgotności otoczenia, są ignorowane.
2. Do kon figurowa ni a centrali służą specjalne polecenia z menu, dostępne po podaniu ustawionego uprzednio hasła. Komunikacja pomiędzy centralą a operatorem realizowana jest za pośrednictwem szesnastoprzyciskowej klawiatury i wyświetlacza alfanumerycznego LCD. Daje to użytkownikom wielki, rzadko spotykany w tego typu urządzeniach komfort obsługi. Nie musimy już obserwować zapalających się diod LED i korzystać ze skomplikowanego, trudnego do opanowania algorytmu programowania centrali. Komunikacja z układem odbywa się w "ludzkim" języku, komunikaty zredagowane są po polsku (z polskimi znakami włącznie), a obsługa centrali polega głównie na odpowiadaniu na zadawane przez program pytania. No cóż, mając 8kB pamięci ROM można było trochę poszaleć.
3. Stan poszczególnych linii dozorowych może być w każdej chwili sprawdzony, a wartość występującego na nich napięcia podawana na wyświetlacz alfanumeryczny LCD
4. Każda linia dozorowa może pracować w trzech trybach:
- wywoływania alarmu po zaprogramowanym okresie,
- natychmiastowego włączania alarmu,
- pozostawać wyłączona.
Tryby pracy są przełączane z poziomu menu konfiguracyjnego.
5. Centrala jest uruchamiana za pomocą tabletek DALLAS DS1990. Liczba zainstalowanych czytników TOUCH MEMORY nie jest praktycznie niczym ograniczona, co umożliwia uzbrajanie i rozbrajanie systemu z różnych miejsc. Maksymalna liczba tabletek DS1990, jaką możemy zarejestrować wynosi 10. Oczywiście, po nieznacznej modyfikacji programu sterującego możemy tę liczbę zwiększyć lub zmniejszyć.
6. Niezależnie od funkcji uzbrajania i rozbrajania alarmu, dostęp do menu konfiguracyjnego centrali blokowany jest za pomocą maksymalnie dziesięciocyfrowego hasła dostępu. Po uzbrojeniu alarmu dostęp do klawiatury jest blokowany i jakiekolwiek ingerencje w ustawiania systemu stają się niemożliwe.
7. Jedną z podstawowych funkcji centrali jest nadzór nad akumulatorem i jego okresowe doładowywanie. W przypadku awarii akumulatora lub długotrwałego odłączenia centrali od sieci energetycznej podejmowane są stosowne, opisane w dalszej części artykułu kroki.
8. Centrala posiada wbudowany dialer umożliwiający przekazywanie informacji o wtargnięciu na strzeżony obiekt lub próbie sabotażu. Komunikaty alarmowe pamiętane są w układzie scalonym ISD142 0. Do dyspozycji mamy dwa rodzaje komunikatów, które można przesłać pod różne lub te same numery telefonów. W pamięci centrali można zapisać średnio (zależy to od liczby cyfr w rejestrowanych numerach) do 30 numerów telefonów, w tym także telefonów pracujących w sieci telefonii komórkowej.
9. Centrala posiada dwa wyjścia przekaźnikowe, każde po dwa styki przełączane. Każde wyjście może być indywidualnie skonfigurowane do pracy w różnych sytuacjach.
10. Układ centrali posiada dodatkowe wyjście magistrali PC. Pozwala to na praktycznie nieograniczoną rozbudowę systemu. Magistrala PC może służyć do komunikacji z dodatkowymi układami zlokalizowanymi w bezpośrednim sąsiedztwie płytki głównej centrali. Natomiast istniejąca w systemie magistrala 1WIRE pozwala na wysyłanie i odbieranie danych z urządzeń peryferyjnych zlokalizowanych nawet w dużej odległości od głównego układu. Oczywiście, taka rozbudowa systemu wiązałaby się ze zmianą sterującego nim oprogramowania. Jednak ze względu na ogromną łatwość pisania programów w języku MCS BASIC, taka modernizacja nie powinna nikomu przysporzyć większych trudności.
dawno się przyzwyczaili i najczęściej jedyną reakcją na włączenie się sygnalizacji alarmowej w domu sąsiada jest złorzeczenie i zamknięcie okna. Moim zdaniem, naprawdę skuteczny system alarmowy musi umożliwiać zawiadamianie wybranych osób
0 próbie włamania do naszego domu. Wysłanie wiadomości może odbyć się różnymi drogami. Ja wybrałem rozwiązanie najprostsze, acz nie pozbawione wad -łączność telefoniczną.
Jakie właściwie zdarzenia należy przewidzieć podczas projektowania systemu alarmowego? Z pozoru jest to oczywiste: próbę włamania, która powinna być wykryta przez odpowiednie czujniki. To prawda, ale nie cała prawda. Zastanówmy się, w jaki sposób moglibyśmy unieszkodliwić system alarmowy, zainstalowany np. w mieszkaniu. Rozwiązaniem najprostszym jest wyłączenie prądu, co najczęściej jest możliwe z zewnątrz strzeżonego pomieszczenia. Jednak konstruktorzy central alarmowych przewidzieli taką sytuację i standardowo wyposażają je w awaryjne źródła zasilania. Tak więc wyłączenia prądu nie będzie skuteczne, chyba że potrwa wystarczająco długo, aby spowodować rozładowanie akumulatora, najczęściej o niezbyt wielkiej pojemności. Z taką próbą sforsowania systemu alarmowego zawsze możemy się liczyć, szczególnie podczas dłuższych wyjazdów. Tak więc zadaniem centrali alarmowej powinno być (w naszym układzie jest) także wykrywanie próby sabotażu, a właściwie nieprawidłowości w działaniu układu zasilania.
Budowa centrali, która pomimo wielkiej różnorodności pełnionej przez nią funkcji składa się tylko z czterech układów scalonych nie powinna okazać się zbyt trudna nawet dla początkujących elektroników. Także koszt wykonania układu jest niezbyt wysoki. Zresztą, ocena celowości i kosztu wykonania systemu alarmowego jest dosyć trudna. Jeżeli złodzieje będą omijać z daleka nasz dom
1 zainstalowany układ alarmowy nigdy nie zostanie wykorzystany, to niezależnie, ile pieniędzy wydamy na jego budowę, zawsze będzie to tylko zbędny wydatek.
Elektronika Praktyczna 3/2001
43
Cyfrowa centrala alarmowa
VA01 234567
1 23456 789
A0 DO
A1 D1
A2 D2
D3
SDA D4
SCL DS
D6
INT D7
PCF8574A
Rys. 2. Schemat elektryczny modułu klawiatury i wyświetlacza.
Jeżeli jednak system alarmowy choć raz uchroni nasze mienie przed kradzieżą, to niezależnie od poniesionych nakładów na instalację odzyskamy te pieniądze i to najczęściej z dużym procentem.
Opis działania
Schemat elektryczny centrali alarmowej przedstawiono na rys. 1 i 2. Na rys. 1 przedstawiono główny blok układu centrali z zarządzającym systemem procesorem typ AVR AT90S8535, a na rys. 2 jest schemat bloku klawiatury i wyświetlacza alfanumerycznego (montowane na osobnej płytce obwodu drukowanego).
Omawianie schematu rozpoczniemy od serca układu, czyli od procesora AT90S8535, który o ile sobie przypominam, nie był jeszcze nigdy stosowany w konstrukcjach opisywanych na łamach Elektroniki Praktycznej. Procesor AT90S8535 jest nowoczesnym mikrokontrolerem zaprojektowanym w firmie ATMEL w oparciu o architekturę RISC. Jest to naprawdę wspaniała "maszynka", na której można zrealizować wiele ciekawych układów, a dzięki pakietowi BASCOM AVR jest niezwykle łatwa do oprogramowania. W układzie centrali zostały wykorzystane wszystkie 32 wej-ścia-wyjścia procesora. Omówmy teraz pokrótce pełnione przez nie funkcje.
Zacznijmy od wejść, do których dołączane są parametryzowa-ne linie dozorowe. Do badania napięcia panującego na tych li-
niach wykorzystałem pięć spośród ośmiu dostępnych kanałów przetwornika analogowo-cyfrowego wbudowanego w strukturę procesora 90S8535. Są to wejścia portu A: PAO, PA1, PA2, PA3 i PA4. Wejścia te zostały podciągnięte do plusa zasilania za pomocą rezystorów RPl i zabezpieczone przed przedostaniem się na nie zbyt wysokiego lub zbyt niskiego napięcia za pomocą diod D1..D10. Do wejść dołączone są także rezystory szeregowe R12..R16, stanowiące wraz z rezystorami zawartymi w strukturze R-packa RPl dwie spośród trzech części dzielnika napięciowego ustalającego napięcie na każdej z linii dozorowych.
Wyjaśnijmy teraz pojęcie linii parametryzowanych. Większość central alarmowych posiada wejścia kontrolujące stany "zwarte" lub "rozwarte", czyli reagujące najczęściej na odłączenie przewodu sygnalizacyjnego od masy. Taki układ stosunkowo łatwo unieszkodliwić, zwierając linię sygnałową z masą gdzieś w pobliżu centrali. Natomiast na linii para-metryzowanej istnieje stały, ustalony przez użytkownika i zapamiętany przez centralę, poziom napięcia. Znaczna i odbywająca się w krótkim czasie zmiana wartości tego napięcia traktowana jest jako kryterium alarmu. Zasadę działania linii parametryzowanych wyjaśnia rys. 3, na którym podano przykładową wartość rezystora dołączanego do masy na końcu każdej linii dozorowej. Wartość
napięcia występującego na linii można odczytać za pomocą prostego plecenia MCS BASIC: W = Getadc(channel) gdzie zmienna W musi być zadeklarowana jako WORD (słowo 16-bitowe).
Jak już wspominałem, jednym z najważniejszych układów wykonawczych naszej centrali jest dia-ler umożliwiający wybranie do 30 uprzednio zaprogramowanych numerów telefonów i przekazanie jednego z dwóch zarejestrowanych w ISD1420 komunikatów. Niestety, wszelkie próby generacji kodu DTMF metodami programowymi okazały się bezowocne. Dałem zatem za wygraną i do wytwarzania tonów potrzebnych do wybrania numerów telefonów wykorzystałem p opularny układ scal ony, opisywany już wielokrotnie w EP: UM91531. Do obsługi tego układu zostały wykorzystane następujące wyjścia procesora:
- PC.0..PC.3 - wybieranie jednego z 16 tonów ( w przypadku, kiedy kod DTMF wykorzystywany jest wyłącznie do wybierania numeru telefonu korzystamy jedynie z 10 tonów),
- PC.5 zerowanie dialera,
- PC.4 inicjalizacja generacji tonów.
Aby wygenerować jeden z tonów DTMF, procesor musi wykonać następujące czynności:
1. Ustawić poziom niski na wejściu zezwolenia układu UM91531.
2. Na wejściach D0..D3 ustawić kombinację wartości binarnych odpowiadającą kodowi cyfry numeru, która ma zostać wyemitowana.
3. Wygenerować krótki impuls dodatni na wejściu LATCH.
Przed wybieraniem numeru telefonu, linia telefoniczna powinna być dołączona do wejścia CON8, skąd za pośrednictwem transformatora separującego TRI jest dołączana do układu centrali. Rolę łącznika spełnia tu miniaturowy przekaźnik RLl, sterowany z wyjścia PD.3 procesora. Mały pobór prądu przez przekaźnik pozwolił na uniknięcie stosowania bufora mocy i zasilanie cewki przekaźnika bezpośrednio z wyjścia procesora.
Podczas wybieranie numeru telefonu przebiegi napięciowe zawierające sygnały tonu DTMF kie-
44
Elektronika Praktyczna 3/2001
Cyfrowa centrala alarmowa
rowane są na bazę tranzystora Tl, którego kolektor dołączony jest do wtórnego uzwojenia transformatora separującego za pośrednictwem drugiego miniaturowego przekaźnika - RL2. Po wybraniu numeru uzwojenie to łączone jest z wyjściem układu ISD1420. Przekaźnik RL jest sterowany poziomem niskim bezpośrednio z wyjścia PD.2 procesora.
Nasza centrala alarmowa, podobnie jak każda inna, musi posiadać układy umożliwiające jej sterowanie urządzeniami wykonawczymi , którymi zazwyczaj są syreny i świetlne urządzenia sygnalizacyjne. Do włączania takich układów służą dwa przekaźniki
0 dużej obciążalności styków, RL3
1 RL4. Każdy z przekaźników posiada dwie pary odizolowanych galwanicznie styków przełączanych, co daje w sumie możliwość sterowania aż czterema układami wykonawczymi. Przekaźniki zasilane są napięciem 12VDC, co spowodowało konieczność zastosowania do ich włączania kluczy tranzystorowych, którymi są tranzystory T2 i T3.
Newralgicznym punktem każdego systemu alarmowego jest jego układ zasilania. Z powodów, o których już wspominaliśmy, każda centrala alarmowa musi posiadać alternatywne źródło zasilania, zapewniające stały dopływ prądu nie tylko do samej centralki, ale do współpracujących z nią czujników i przynajmniej części układów wykonawczych. Awaryjne źródło zasilania, którym może być akumulator kwasowy o napięciu 12V, musi być stale doładowywa-ne i stale gotowe do podjęcia pracy w zastępstwie wyłączonego zasilania sieciowego. W naszym układzie akumulator BTl ładowany jest za pośrednictwem tranzystora T4, włączanego i wyłączanego przez procesor. Napięcie z zacisków akumulatora, zredukowane za pomocą dzielnika napięciowego R21 i R22, jest doprowadzane do wejścia szóstego kanału analogowego procesora - PA5 (ADC5). Przez cały czas pracy centrali, niezależnie czy znajduje się ona w stanie aktywnym czy czuwania, procesor nieustannie monitoruje napięcie występujące na akumulatorze. Jeżeli jest ono mniejsze od ustalonej wartości, to na wyj-
ściu PA.6 procesora ustawiany jest poziom wysoki, powodujący włączenie układu ładowania akumulatora zbudowanego z wykorzystaniem tranzystorów T5 i T4. Po naładowaniu akumulatora do wymaganego napięcia, układ do-ładowywania zostaje wyłączony. Może się jednak zdarzyć, że pomimo włączenia ładowania napięcie na akumulatorze nie wzrasta. Mogą być dwa powody wystąpienia takiego zjawiska: wyłączenie zasilania 220V lub uszkodzenie akumulatora. Jeżeli taka sytuacja potrwa dłużej niż godzinę, program podejmuje akcję mającą na celu zawiadomienie wyznaczonych osób o awarii systemu lub próbie sabotażu. Pod zarejestrowane uprzednio numery telefonów zostaje wysłany komunikat o awarii, uprzednio nagrany w układzie ISD1420.
No właśnie, komunikat nagrany w układzie ISD1420! Najwyższa pora wspomnieć, w jaki sposób obsługiwana jest ta funkcja naszej centralki. Do nagrywania komunikatów słownych wykorzystany został popularny magnetofo-nik cyfrowy typu ISD1420, wielokrotnie już opisywany na łamach Elektroniki Praktycznej. Pamięć analogowa tego układu została podzielona na dwa sektory, w których możemy zmieścić dwa komunikaty o czasie trwania po 10 sekund. Wiadomości będą wysyłane do osób, które zostały uprzednio proszone o ewentualną interwencję, tak więc czas ich trwania powinien być całkowicie wystarczający.
Wybór jednego z dwóch komunikatów dokonywany jest za pomocą zmiany stanu logicznego na wyjściu PD.l procesora. Układ I SD 142 0 wyposażony został we wszystkie elementy umożliwiające nie tylko odtwarzanie, ale także nagrywanie komunikatów bezpośrednio w systemie, w tym także w mikrofon pojemnościowy Ml. Nagrywanie komunikatu odbywa się w czasie, kiedy na wyjściu PD.O procesora pojawia się poziom niski, a odtwarzanie inicjowane jest ujemnym impulsem na wyjściu PD.7. Wszystkie funkcje związane z nagrywaniem i odtwarzaniem realizowane są bezpośrednio z programu, co zostanie opisane w dalszej części artykułu.
Nasza centralka pełni dość skomplikowane funkcje i zarówno jej konfigurowanie, jak i codzienne użytkowanie wymaga czytelnego, łatwego w obsłudze interfejsu. Do dyspozycji mamy wyświetlacz alfanumeryczny 16*2 i klawiaturę wyposażoną w 16 przycisków. Wyświetlacz sterowany jest w trybie czterobitowym i połączony z układem za pomocą złącz CON1-CON2. Ponieważ do obsługi klawiatury szesnastkowej potrzebne by było aż 8 wyprowadzeń procesora, a także znaczna liczba połączeń pomiędzy dwoma płytkami, w układzie centralki zainstalowana został magistrala PC. Klawiatura obsługiwana jest za pomocą ekspandera PC - 8-bitowy port wejściowo - wyjściowy typu PCF85 74A. Wszystkie operacje związane z transmisją danych za pośrednictwem magistrali PC są w języku MCS BASIC wręcz banalnie proste do obliczenia. Dla przykładu podam fragment listingu podprogramu obsługującego klawiaturę:
Sub Keyscan 1podprogram skanowania 1 klawiatury
I2Csend 112, &B11111110 'ustaw stan niski na wyjściu DO 'układu PCF8574A, czyli 'w dolnym rzędzie klawiatury I2Creceive 112, Keyvalue 'zbadaj stan wejść tego układu Select Case Keyvalue Case 126: Keyvalue = 0 Case 190: Keyvalue = 10 Case 222: Keyvalue = 11 Case 238: Keyvalue = 12 End Select
If Keyvalue > 15 Then ' jeżeli nie został naciśnięty 'klawisz w rzędzie, to: I2Csend 112, &B11111101 'ustaw stan niski na drugim 'od dołu rzędzie klawiatury I2Creceive 112, Keyvalue 'zbadaj stan wyjść układu 'PCF8574A Select Case Keyvalue
Case 12 5: Keyvalue = 1 Case 189: Keyvalue = 2 Case 221: Keyvalue = 3 Case 23 7: Keyvalue = 13 End Select End If
If Keyvalue > 15 Then
Elektronika Praktyczna 3/2001
45
Cyfrowa centrala alarmowa
>VCC+5V
Czujnik 2 Czujnik x
Rys. 3. Zasada działania
parametryzowanych.
'jeżeli nie został naciśnięty 'klawisz w rzędzie, to:
'dalej badanie następnych 'dwóch wierszy
End Sub
'podprogram zwraca wartość 'KEYWALUE z zakresu 0..15, 'o ile któryś z klawiszy 'został naciśnięty
Jednym z ważniejszych elementów centrali jest układ pozwalający na uzbrajanie i rozbrajanie systemu alarmowego. W roli kluczy sterujących pracą centrali zastosowałem tabletki DALLAS typu DS1990. Moim zdaniem jest to jeden z najskuteczniejszych sposobów zabezpieczenia układów elektronicznych przed manipulacjami niepowołanych osób. Na świecie nie istnieją dwie identyczne tabletki DS1990, a każda próba ich podrobienia skazana jest z góry na niepowodzenie. Do odczytywanie numerów seryjnych kluczy DS1990 służą specjalne czytniki, tzw. TOUCH MEMORY, których praktycznie dowolną liczbę możemy dołączyć do złącza CON6.
Program centrali pozwala na zarejestrowanie maksymalnie 10 tabletek DS1990. Jeżeli będziemy potrzebować mniejszej liczby kluczy, to musimy rejestrować je wielokrotnie, tak aby łączna liczba zapisanych w pamięci numerów seryjnych zawsze wynosiła 10.
Należy zauważyć, że zainstalowana w systemie magistrala 1WIRE może służyć także do obsługi dowolnej liczby innych urządzeń sterowanych protokółem 1WIRE. Mogą to być różnego rodzaju przełączniki, termometry i inne urządzenia, których dołączenie do centrali będzie jednak wymagać przeróbki sterującego nią oprogramowania. Do złącza CON7 dołączane są
diody LED wbudowane w czytniki TOUCH MEMORY. Zadaniem tych diod jest sygnalizowanie aktualnego stanu systemu.
Ponieważ wiem, że obsługa magistrali 1WIRE przysparza sporo kłopotów początkującym programistom, przytaczam krótki fragment listingu podprogramu odczytującego numery seryjne tabletek DS1990 i zapisującego je w pamięci danych EEPROM procesora '8535.
Sub Read_button
Waitms 5 0
lwreset 'inicjalizacja
'magistrali 1WIRE If Err = 1 Then 'jeżeli brak odpowiedzi, to
Return End If
lwwrite &H33
'wyślij na magistralę 1WIRE 'żądanie podania numeru klucza For I = 1 To 8
Ar(i) = lwread(): 'odczytaj kolej ne bajty 'numeru klucza Next I
For I = 1 To 8
Writeeeprom Ar(i),Eepromadres
'zapisz w pamięci kolejne
'bajty numeru klucza
Iner Eepromadres
'zwiększ wartość adresu, pod
'który zapisuj emy dane Next I
Incr Buttonnumber
'zwiększ numer aktualnie
'rejestrowanej tabletki DS1990
Set Ledgreen
'jako potwierdzenie odczytania 'danych włącz zieloną diodę 'w czytniku
Wait 3
Reset Ledgreen
End Sub
Zbigniew Raabe, AVT zbigniew.raabe@ep.com.pl
Wzory płytek drukowanych w formacie PDF są dostępne w Internecie pod adresem: http://www.ep.com.pl/ ?pdf/marzecOl.htm oraz na płycie CD-EP03/2001B w katalogu PCB.
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
PR1: potencjometr montażowy miniaturowy lkO PR2: potencjometr montażowy miniaturowy 50kO RP1: R-PACK SIL 10kO Rl, R3, R6, RIO, Rll: 3,3kQ R2: 10O R4: 470kO R5: lOk a
R7, R8, R17, R18: 560O R9, R20: 4,7kQ R12..R16: lka
R19: według opisu w tekście R21: lOOka Kondensatory CL C2: 27pF C3, C4, C5: 470nF Có, C17: 100^F/16 C7: 4,7^F/1Ó
C8..C12, C14, Cló, C18: lOOnF Cl 3: 1000^F/25 C15: 470|iF/ló Półprzewodniki D1..D10, D13, D14: 1N4148 D15: 1N4007 DPI: wyświetlacz LCD alfanumeryczny 16*2 IC1: PCF8574A
IC2: zaprogramowany procesor AT90S8535 IC3: DS1813 IC4: UM91531 IC5: ISD1420 IC6: 7812 IC7: 7805 T1..T3, T5: BC548 T4: BD140 Różne
CON1, CON2: 5x2 goldpin CON3, CON4, CON10..CON13: ARK3 (3,5mm)
CON5..CON8: ARK2 (3,5mm) CON9: ARK2
CON14, CON15: 3x goldpin Fl: oprawka do bezpiecznika + bezpiecznik 200mA Ml: mikrofon elektretowy Ql: rezonator kwarcowy 8MHz Q2: rezonator kwarcowy 3,579MHz Q3: przetwornik piezo z generatorem
RLL RL2: OMRON 5V RL4, RL3: RM-82 12V TRI: transformator separujący TR2: transformator sieciowy S1..S16: przycisk microswitch 12mm
46
Elektronika Praktyczna 3/2001
PODZESPOŁY
9
Szanowny Czytelniku! Jeżeli interesują Cię mi kro kontrolery,
z 95% pewnością mogę to stwierdzić, źe stosowałeś lub stosujesz oryginalne lub klony
m ikrokontroleró w rodziny '51, Panują one niepodzielnie na rynku (nie tylko w Polsce!) od 1987 roku,
co zachęca słabiej
rozumiejących "co w trawie
piszczy" do stwierdzenia, źe są
one już przestarzałe. O tym, źe siewcy takich opinii nie znają faktów postaram się przekonać Was w artykule.
Liiniux m
Uniyersal Serial
Bus System Architecttjre
Zacznę od tego, że nie jestem fanem '51 w żadne] postaci, ale znam je na tyle dobrze, podobnie jak kilka innych rodzin mi kro kont role rów, żeby świadomie dobierać mikro kontrolery do aplikacji. Wieloletnia obecność rodziny '51 na rynku zaowocowała szeregiem istotnych modyfikacji w ich budowie, ale architektura wciąż pozostaje taka sama. Co więcej, piętno starszego brata noszą także 16-bitowe wersje rnikro-kont role rów '51, produkowane przez Philipsa w serii XA.
Mi kro kont roi ery '5 1 są znacznie udoskonalonym rozwinięciem mi kro kont role rów rodziny MCS-4S. Obydwie rodziny wymyślili i zaprojektowali inżynierowie Intela, inicjując ewolucyjny proces dostępu coraz bardziej wyrafinowanej (bo mikroprocesorowej) techniki "pod strzechy". Narastająca wojna pomiędzy producentami "dużych" procesorów spowodowała, że Intel zarzucił intensywne prace rozwojowe nad mikrokontrolera-ini, jednocześnie udostępniając wszystkim specyfikację jednostki centralnej.
Linux a mikro kont roi ery
Stworzoną przez Intela okazję wykorzystało kilku producentów, wśród których prym wiodą (w kolejności alfabetycznej):
- Atmel, który skupił swoje prace na standardowo wyposażonych mikro kontrolerach z pamięcią programu typu Flash (bezkonkurencyjny do dziś!},
- Cypress, wypełniający intratne luki pozostawione przez pozostałych producentów,
- Dallas z wieloma modelami znacznie przyspieszonych wersji '51 (S9C420 pracuje ok. 50 razy szybciej od standardowego mikrokontroleraj,
- Philips, który z czasem stał się "kochającym ojczymem" rodziny '5 1, rozwijając ją w wielu kierunkach, także w stronę wydajnych rozszerzeń 16- i 32-bitowych.
Dzięki zaangażowaniu się w rozwój mikro kontrolerów '51 wielu firm, konstruktorzy mogą korzystać z szeregu pomysłowych rozwiązań, które - patrząc na zagadnienie statystycznie - nie mogłyby się udać jednej, nawet bardzo dużej i bogatej firmie. W podobny sposób rynek zdobywał Li-nux, powszechnie uznawany za najpoważniejszego konkurenta Windows. Linuxa tworzą wszyscy chętni, dokładając swoją wiedzę i - często niezwykłe - pomysły, które razem tworzą nową, komfortową dla użytkownika jakość.
EZ-USB, czyli dostajesz wszystko
W mi kro kont role rowy m światku za awangardowych uznawani są obecnie konstruktorzy, którzy zrobili "coś" z CANBusem lub USB. Stosowanie zewnętrznych, uniwersalnych interfejsów wymaga sporego nakładu pracy podczas pisania programu, a pierwsze dostępne w handlu rnikro-kontrolery z CANBusem pojawiły się niedawno (np. S0C390 firmy Dallas). A jak mają sobie poradzić zwolennicy USB?
Odpowiedź jest prosta: sięgnąć po EZ-USB! Jest to bowiem rodzina mikro kont role rów '51
Elektronika Praktyczna 3/2001
47
PODZESPOŁY
+5 D+ !
!
N Seria
!
! / A Interface Engine
GND X (SIE)

-bajty
USB Connsctor
CYPRESS
SEMICONDUCTOR CORPORATION
Intarfajs USB
Pamięć programu I danych SRAU
Mikrokontroler zgodny z '51
Porty 10
EZ-USB
Rys, 1.
zintegrowanych z inteligentnym interfejsem USB (rys. l). Architektura rdzenia tych układów jest znacznie udoskonalona w stosunku do pierwowzoru, dzięki czemu ich średnia wydajność jest 5 razy większa niż standardowych układów '51. Nie bez znaczenia jest także fakt, że maksymalną częstotliwość taktowania (uzyskiwaną za pomocą wbudowanej w układ PLL) może wynosić nawet 48MHz. Zrezygnowano z multi-pleksowania szyny danych z adresową, dodano drugi wskaźnik danych. Instrukcje M0VX są wykonywane z różną szybkością, w zależności od modułu, z którym następuje komunikacja. Wszystkie wymienione modyfikacje mają istotny wpływ na wypadkową "wydajność mikiokontroleia.
Twórcy układów EZ-USB wyposażyli je w dodatkowe peryferie, które ułatwią życie programistom. Są to: trzeci timei, będący kopią timeia 2, dodatkowych 8 przerwań, interfejs PC, a także drugi UART zapewniający komunikację układu z otoczeniem.
Integracja interfejsu USB z mikiokontro-leiem ma wiele zalet, a jedną z najpoważniejszych jest zminimalizowanie czasu niezbędnego do przesłania danych do pamięci buforującej FIFO. W jednym z trybów komunikacyjnych przesłanie (za pomocą instrukcją M0VX!) bloku 1024 bajtów zabiera mik-r okoń troi er owi zaledwie 338fis. Wbudowana w układy EZ-USB pamięć programu jest typu SRAM. Wymaga więc każdorazowo załadowania w chwilę po uruchomieniu urządzenia. Dostęp do pamięci programu jest możliwy zarówno poprzez porty szeregowe UART (RS232), jak i poprzez interfejs USB. Rozwiązanie proponowane przez Cypiessa może wydawać się nieco kłopotliwe w stosowaniu, ponieważ każdorazowo po dołączeniu urządzenia wykonanego na układzie EZ-USB do inteifesju USB trzeba przesłać do pamięci układu program. Ponieważ interfejs nadrzędny USB po wykryciu dołączonego nowego urządzenia inicjalizuje je (jednorazowo!), w procesie enumeracji (nadawania adresów), konieczne jest "oszukanie" go i zmuszenie do ponownej enumeracji po przesłaniu do procesora kodu programu. Proces ten, nazwany przez producenta Re-Numeracją, jest wywoływany automatycznie przez interfejs USB układów EZ-USB (rys. 2), w związku z tym dla użytkownika i programisty jest on całkowicie przeźroczysty.
EZ-USB w wariantach
Układy EZ-USB noszą nietypowe jak na produkty Cypressa oznaczenia: AN2 lxx (gdzie xx oznacza wersję układu). Oznaczenie to jest spadkiem po twórcy układów, amerykańskiej firmie Anchor Chips (stąd czasami używana nazwa tych układów: Anchor), którą Cypress wykupił w 1999 roku. W ramach serii EZ-USB dostępne są dwie wersje układów, różniące się rodzajem wewnętrznej pamięci programu. Najbardziej uniwersalne są układy z 4 i 8kB pamięci SRAM (AN21xx). Dostępne są także ich odpowiedniki z mas-
kowaną pamięcią ROM (AN23xx). Producent oferuje dwie wersje obudów dla układów, różniące się liczba wyprowadzeń: PQFP44/48 i PQFP80. Układy montowane w obudowach PQFP80 mają wyprowadzoną na zewnątrz 8-bitową szynę danych, 16-bitową szynę adresową i 24-bitowy programowany port I/O.
Od kilku miesięcy oferowana jest także nowsza, znacznie bardziej wydajna rodzina układów EZ-USB FX z wbudowanym DMA, także wykorzystujących rdzeń '51.
Narzędzia
Cypress oferuje dla prezentowanych w artykule mikrokontroler ów doskonałe narzędzie uruchomieniowe w postaci zestawu Xcelerator (A2131-DK001) - fot. 1. W jego skład wchodzą:
- płytka bazowa z układem EZ-USB AN2131QC, interfejsem szeregowym, 512kB dodatkowej pamięci SRAM, szeregowa pamięć EEPROM, dwa porty
PCF8574, szereg złącz, przycisków i wyświetlacz LED,
- kompletna dokumentacja standardu USB,
- uniwersalna płytka prototypowa,
- szczegółowa instrukcja do zestawu z opisem układów EZ-USB,
- kabel R232,
- płyta CD-ROM z dokumentacją, narzędziami (w tym Keil C51 w wersji do 4kB), przykładowymi programami i driverami,
- dokumentacja do kompilatora Keil C51.
Oprogramowanie dostarczone na płycie jest doskonale dobranym zestawem narzędzi, pozwalającym na natychmiastowe rozpoczęcie prac prototypowych. Producent dostarcza w zestawie driver oraz procedury pozwalające załadować pamięć programu układu EZ-USB z poziomu dowolnej aplikacji Windows.
Podsumowanie
Propozycję Cypressa, przede wszystkim z powodu jej kompletności i - mimo wszystko - awangardowości, uznałem za wartą przedstawienia, ponieważ era USB nadchodzi coraz szybszym krokiem. Konstruktorzy, którzy już teraz podejmą pierwsze próby z samodzielnym tworzeniem tych, dość wymagających, aplikacji staną się liderami tego interfejsu. Warto! Piotr Zbysiński, AVT piotr.zbysinski@ep.com.pl
Zestaw narzędziowy Xcelerator udostępniła redakcji firma Future, tel. (0-22) 618-92-02, www.future.com.pl.
Dodatkowe informacje o układach EZ-USB są dostępne na płycie CD-EP3/2001A w katalogu \EZ-USB.
Proces ReNumeracji
Interfejs komputera wykrywa dołączenie
urządzenia USB
I rozpoczyna proces
nadawania adresów
(enumeracji)
Komputer uruchamia
loader, który
umożliwia
załadowanie
do pamięci
SRAM EZ-USB
programu sterującego
Komputer'zauważa' dołączenie nowego
urządzenia USB
do magistrali, inicjowana jest kolegia enumeracja, ładowany
jest nowy drłver
Procesor EZ-USB
wysyła des krypto ry
pozwalające
zidentyfikować
komputerowi odpowiedni driver
Rys, 2,
Komputer PC
Urządzenie peryferyjne wykonane na EZ-USB
Ostateczna wersja
urządzenia USB:
do pamięci EZ-USB
załadowano program,
komputer wykorzystuje
odpowiedni drwer
Tab. 1. Dostępne warianty układów EZ-USB z pamięcią programu SRAM.
Oznaczenie Pojemność SRAM [kB] Szybkość transferu l/O Liczba l/O Zewnętrzna szyna danych Izochroniczny transfer USB Obudowa
AN2121SC 4 eookbd 16 - + POFP44
AN2122SC 4 eookbd 16 - - POFP44
AN2122TC 4 eookbd 19 - - POFP48
AN2125SC 4 2Mbd 8 + + POFP44
AN2126SC 4 2Mbd 8 + - POFP44
AN2126TC 4 2Mbd 11 + - POFP48
AN2131SC 8 600kbd 16 - + POFP44
AN2135SC 8 2Mbd 8 + + POFP44
AN2136SC 8 2Mbd 8 + - POFP44
AN2131QC 8 2Mbd 24 + (dane + adres) + POFP80
48
Elektronika Praktyczna 3/2001
SPRZĘT
Programator Leap Pstart (fot. 1] jest przeznaczony do programowania mi kro kontrolerów rodziny PIC. Zamknięto go w plastikowej obudowie, która charakteryzuje się niewielkimi rozmiarami, Programowane układy są instalowane w standardowej, czterdziestonóżkowej podstawce umieszczonej na płycie czołowej wraz z dworna diodami LED informuj ącymi o stanie pracy i zasilaniu. W skład zestawu, oprócz programatora, wchodzi kabel do połączenia go z portem COM komputera, zasilacz oraz oprogramowanie. Wszystkie złącza oraz włącznik zasilania umieszczono na tylnej ściance programatora. Leap Pstart może byc zasilany z wewnętrznych baterii 9V (2 szt.] umieszczonych w spodniej części programatora. Dzięki takiemu rozwiązaniu programator może byc przydatny użytkownikom pracującym w terenie, gdy nie ma możliwości podłączenia go do sieci 2 20V.
Przyjrzyjmy się nieco oprogramowaniu dostarczanemu w zestawie programatora. Dołączony do zestawu CD-ROM zawiera m.in. oprogramowanie firmy Microchip z wieloma bardzo użytecznymi dodatkami, m.in. informacjami katalogowymi dotyczącymi mikro-kontrolerów, pamięci itp. elementów z oferty firmy. Obsługa programowa Leap Pstart odbywa się w standardowym środowisku MPLAB firmy
Microchip
(rys. 1 i 2). Wymagania sprzętowe, konieczne do zainstalowania tej aplikacji, nie są wysokie. Niezbędne minimum, jakie powinien spełniać komputer to: procesor 386, zainstalowany Windows, 4MB pamięci RAM, 8MB wolnego miejsca na dysku oraz wolny port COM. Instalacja oprogramowania polega na odnalezieniu i uruchomieniu aplikacji MPLAB, która znajduje się w postaci skompresowanej na CD-ROM-ie.
Programator Leaper-3
W odróżnieniu od Leap Pstart, programator Leaper-3 (fot. 3] służy do programowania układów pamięci typu: EPROM, EEPROM, FLASH różnych producentów. Wyposażony w dwie trzydziesto-dwunóżkowe podstawki, oznaczone jako Master i Slave, Leaper-3 stanowi rodzaj przenośnej "kopiarki" pamięci. Na płycie czołowej urządzenia, obok podstawek, znajduje się pięć przycisków funkcyjnych służących do obsługi programatora, a także wyświetlacz ciekłokrystaliczny służący do komunikacji z użytkownikiem. Udogodnienia te sprawiają, że urządzeniem możemy doskonale posługiwać się w terenie, bez podłączania go do komputera i zewnętrznego za&ila-nia (pracuje z baterii]. Oczywiście praca bez użycia komputera jest opcjonalna i pro-
Na naszym rynku pojawia się coraz więcej programatorów różnego rodzaju układów. Producenci tych urządzeń prześcigają się w wymyślaniu coraz to nowszych konstrukcji. W artykule prezentujemy dwa programatory, które powstały w laboratoriach firmy Leap Electronic: Leap Pstart i Leaper-3.
powoduje zmianę na kolejny typ układu. Informacja o aktualnie wybranym typie wyświetlana jest na LCD. Należy dodać, że oba układy, tj. oryginalny oraz ten, na który kopiujemy, powinny byc tego samego typu i umieszczone odpowiednio w podstawkach Master i Slave. Po wybraniu interesującego nas elementu i umieszczeniu układów w podstawkach możemy przystąpić do kopiowania. Docelowy układ musi byc "czysty". Łatwo to sprawdzić za pomocą przycisku BLANK. Próba zapisu na układ z niewykasowa-ną zawartością kończy się komunikatem FAIL (widocznym na wyświetlaczu] oraz wygenerowaniem przez programator sygnału dźwiękowego. W przypadku stwierdzenia przez urządzenie, że układ docelowy jest skasowany (co jest sygnalizowane na wyświetlaczu], wystarczy wcisnąć przycisk COPY. Po wykonaniu kopiowania automatycznie przeprowadzana jest weryfikacja, a jej wyniki odzwierciedlane (podobnie jak postęp kopiowania] na LCD. Należy dodać, że proces weryfikacji można wykonać ręcznie, wykorzystując do tego celu przycisk VER/SUM.
a m a t o r
wyposażony jest w odpowiednie złącze służące do komunikacji z PC. Podobnie jak w LEAP PSTART znajduje się ono wraz z włącznikiem zasi-lania na tylnej ściance. W komplecie otrzymujemy odpowiedni kabel, zasilacz oraz oprogramowanie.
Praca z programatorem Leaper-3, jako jednostką samodzielną, sprowadza się do wykorzystywania go jako "kopiarki" kodu programu z układu do układu. Do obsługi urządzenia służą w tym wypadku znajdujące się po prawej stronie przyciski oraz wyświetlacz LCD. Przystępując do kopiowania, należy wybrać typ elementu, z którym pracujemy. Wyboru dokonujemy przyciskiem opisanym jako TYPE, przy czym kolejne naciśnięcie
Rys. 1.
50
Elektronika Praktyczna 3/2001
SPRZĘT
Rys. 2.
Wykorzystanie Leaper-3 do programowania układów pamięci bez używania komputera sprowadza rolę tego urządzenia jedynie do kopiarki. Wprowadzenie nowego programu, a dokładnie mówiąc stworzenie oryginału zaprogramowanej pamięci, z której powielany będzie kod, nie jest bez PC możliwe.
Współpraca Leaper-3 z komputerem odbywa się przez port szeregowy. Obsługę programową producent przewidział zarówno dla środowiska DOS, jak i Windows. Ponieważ wydaje się nam, że większość przyszłych użytkowników skłoni się raczej ku wersji pracującej pod Windows, zajmiemy się szerzej tą właśnie wersją. Proces instalacji aplikacji LP3 odbywa się w standardowy dla systemu sposób. Twórcy zapewniają poprawną pracę oprogramowania w WIN95/98/NT. Po zakończeniu instalacji i wyzero-waniu komputera możemy przystąpić do pracy. Widok głównego okna programu przedstawiamy na rys. 3.
Podczas programowania układów za pomocą LEAPER-3 współpracującego z komputerem ważne jest właściwe wybranie podstawki (MASTER
lub SLAVE], w zależności od procesu jaki przeprowadzamy. I tak:
- zapisując zawartość bufora do układu, sprawdzając stan pamięci układu, kasując zawartość pamięci układu lub wykonując RAM test, obsadzamy układ w podstawce SLAVE,
- chcąc odczytać zawartość układu do bufora pamięci wykorzystujemy podstawkę MASTER.
Jeśli chodzi o przeprowadzenie weryfikacji, to twórcy aplikacji przewidzieli programowy wybór podstawki, w której obsadzony jest weryfikowany układ. Wyboru tego dokonujemy z poziomu MENU>DEVICE poleceniem PROCES S. Dodatkowo ustalamy tutaj pewne właściwości procesu programowania dotyczące uaktywnienia dodatkowych operacji, jak AUTOBLANK i AUTOVERIEY podczas wykonywania tego procesu.
Dla każdego coś dobrego
Zaprezentowane urządzenia są zapewne interesującym uzupełnieniem bogatej listy dostępnych na rynku programatorów. Zarówno Leap Pstart obsługujący szeroką gamę coraz bardziej popularnych u nas mikrokontrolerów PIC,
jak i Leaper-3, programator-ko-p i arka pamięci, są alternatywne dla tych programistów, którzy potrzebują stosunkowo niedrogiego i wyspecjalizowanego urządzenia. Zalety, takie jak prostota obsługi oraz możliwość pracy z baterii, powinny zachęcie użytkowników często pracujących w terenie.
Szczególnie ciekawą ofertę stanowi Leaper-3, który może pracować bez komputera. Niebagatelną zaletą obu programatorów jest dodatkowo możliwość bezpłatnej aktualizacji współpracującego z nimi oprogramowania. RK
Programatory do testów w redakcji udostępniła firma RK-Sysiem, iel (0-22) 755-69-33.
Elektronika Praktyczna 3/2001
51
SPRZĘT
firma ETC jest
producentem wielu interesujących przystawek i kart do PC, za pomocą których można zmienić komputer w laboratoryjne przyrządy pomiarowe. Szczególnie in ter es uj ą cym wydaje się nam cyfrowy, dwukanałowy oscyloskop współpracujący z PC poprzez równoległe łącze drukarkowe.
Widoczne na zdjęciu niepozorne pudełko ukrywa w swoim wnętrzu nowoczesny oscyloskop dwu-kanałowy o częstotliwości próbkowania 50MHz i rozdzielczości (w każdym z kanałów) 8 bitów. Podczas akwizycji sygnałów okresowych można zastosować próbkowanie z przesunięciem, dzięki czemu ekwiwalentna częstotliwość próbkowania może wzrosnąć nawet do 5GHz, co jest oczywiście obarczone spełnieniem szeregu
warunków. Tak duże częstotliwości próbkowania można było osiągnąć dzięki zastosowaniu w każdym kanale pamięci buforującej o pojemności 32kB, co zapewnia poprawną współpracę z komputerami o stosunkowo niewielkiej wydajności.
Na płycie czołowej przyrządu znajduje się dwuko-lorowa dioda LED (sygnalizująca stan pracy oscyloskopu i włączenie zasilania) i trzy gniazda BNC służące do dołączenia
Rys.
sond pomiarowych oraz kabla doprowadzającego sygnał synchronizacji. Czułość obydwu kanałów można zmieniać w zakresie od 10mV/dz do 5V/dz, a pasmo przenoszenia wzmacniaczy wejściowych wynosi od 0 do 150MHz (przy sprzężeniu stałoprą-dowym) lub od l,2Hz do 150MHz przy sprzężeniu z separacją składowej stałej. Wzmacniacze wejściowe są przystosowane do współpracy z sondami napięciowymi o stopniu podziału: 1:1, 1:10 i 1:100. Dokładność pomiaru amplitudy wynosi typowo ok. ą2,5%. W przypadku pomiaru sygnałów o dużym poziomie zakłóceń jest możliwe włączenie programowanego, cyfrowego filtru DSH (ang. Digital SHielding), którego działaniem ubocznym jest wydłużenie czasu akwizycji. Inną użyteczną funkcją jest cyfrowa predykcja kształtu przebiegu SHP (ang. SHape Prediction), która pozwala na przyspieszenie wyświetlania sygnałów okresowych.
Oscyloskop M621 wyposażono w rozwinięty system wyzwalania. Źródłem sygnału wyzwalającego może być sygnał z wejścia któregoś z kanałów lub sygnał podany na wejście wyzwalania. Poziomy oraz tryb wyzwalania są oczywiście programowane. Wejście wyzwalania można także wykorzystać jako źródło sygnału prostokątnego do kompensacji zniekształceń sygnałów impulsowych wprowadzanych przez sondę pomiarową.
Oscyloskop współpracuje z PC poprzez łącze drukarkowe, które musi być zgodne ze standardem EPPl.9. Program sterujący pracą przyrządu automatycznie wykrywa dołączony przyrząd oraz jego adres, co jest o tyle ważne, że ETC korzysta z łącza EPP ze znacznie zmodyfikowanym protokołem, pozwalającym na równoległe połączenie do 16 urządzeń (np. oscyloskopów) do jednego portu.
Niezwykle ważne dla oscyloskopu jest oprogramowanie. Jego niezaprze-
52
Elektronika Praktyczna 3/2001
SPRZĘT
czalną zaletą jest profesjonalny wygląd interfejsu graficznego (rys. 1 i 2), ale już po kilku minutach pracy można stwierdzić, że dostarcza ono użytkownikowi "potężne" narzędzie. Twórcy programu nie zapomnieli o przydatnych gadżetach, jak np. programie umożliwiającym chatowanie w lokalnej sieci (z komputerem, na którym zainstalowano podobne oprogramowanie) oraz kalkulatorze ułatwiającym prowadzenie podręcznych obliczeń. Program zapewnia pełne sterowanie pracą oscyloskopu, a także dostęp do szeregu funkcji DSP, w tym transformaty Fouriera mierzonego sygnału. Przewidziano oczywiście możliwość definiowania okien pomiarowych oraz własnych funkcji przeliczających sygnał we-
dług podanych wzorów. Należy zwrócić uwagę na możliwość zdalnej obsługi przez program oscyloskopu dołączonego do innego komputera włączonego w sieć lokalną. Wysokiej jakości oprogramowaniu dorównuje przejrzysta instrukcja obsługi (w wersji angielskiej i słowackiej), nowoczesna technologia montażu powierzchniowego oraz zastosowane w urządzeniu podzespoły (m.in. układy programowalne firmy Xi-
Oscyloskopy serii M621 są oferowane w trzech wersjach, różniących się między sobą wykonaniem mechanicznym. Wersja M621/E prezentowana w artykule jest przeznaczona do pracy na zewnątrz komputera, dlatego w skład zestawu wchodzi zasilacz sieciowy i kabel
Jf*0[ttfl
1^------diilJiil mnąii .Muoufl

Rys. 2.
połączeniowy Centronics. Dostępne są także dwie wersje wewnętrzne: M621/ I i M621/A przeznaczone do montażu w miejscu stacji dyskietek 5,25", różniące się między sobą tylko sposobem dołączenia do portu drukarkowego. Andrzej Gawryluk, AVT
Dodatkowe informacje o urządzeniach produkowanych przez firmę ETC można znaleźć w Inierne-cie pod adresem; hiip;// www.ei.cz/eic. Koniaki w języku polskim; inż. Jan Gałuszka, iel. 00420-603-531605, jan@galuszka.cz.
54
Elektronika Praktyczna 3/2001
PODZESPOŁY
Przetwornice izolowane?
Na wstępie powinniśmy ustalić, czy w projektowanej aplikacji należy zastosować przetwornicę izolowaną, czy też nie jest to wymagane.
Projektując urządzenia, w których ważne jest spełnienie wymogów bezpieczeństwa, np. w telekomunikacji czy medycynie, izolacja galwaniczna będzie konieczna z powodów oczywistych. W tych przypadkach bardzo często zastosowane przetwornice będą musiały mieć certyfikat, np. bardzo rygorystycznej normy UL195 0. Jedynie elementy przebadane (pod kątem wytrzymałości izolacji oraz fizycznej separacji uzwojeń) przez niezależne instytucje certyfikujące mogą być bezpiecznie zastosowane w tego typu aplikacjach.
Także w wielu nowoczesnych, wrażliwych na szumy układach koniecznym staje się izolowanie obciążenia i szumów obecnych w lokalnych obwodach zasilania od pozostałych obwodów. Aby to osiągnąć, wystarczy zastosować przetwornicę DC/DC z wysokiej jakości barierą galwaniczną. Separację wejścia od wyjścia możemy wykorzystać, aby otrzymać izolowane źródło zasilania lub w celu łatwego stworzenia różnych poziomów zasilania, napięć symetrycznych i/lub niestandardowych napięć zasilających.
Przy stosowaniu tych elementów ważnym jest prawidłowe rozróżnienie parametru określanego w dokumentacji jako napięcie przebicia izolacji, i różnicy potencjałów na barierze galwanicznej występującej podczas stałej pracy w układzie. Parametrem określającym izolacyjność przetwornicy i jednocześnie miarą wytrzymałości elekt-Tycznej użytego materiału izolacyjnego
a) przetwornice z pojedynczym wyjściem {NME, LME, NML itp.)
GND<
+V0
c) przetwornice z podwójnym, separowanym wyjściem (NMD)
DC GND< b) przetwornice z podwójnym wyjściem (NMA, NMH, NMV, itp.)
DC
jest napięcie przyłożone pomiędzy wejście a wyjście na pewien określony czas (zazwyczaj 1 sekunda). Napięcie przebicia izolacji jest zazwyczaj wyższe od napięcia pracy, które jest rozumiane jako maksymalne napięcie przyłożone w sposób ciągły do bariery izolacyjnej. Przykładowe wartości tych parametrów zestawiono w tab. 1.
Upływność bariery izolacyjnej
Bariera izolacyjna przetwornicy ma swoją określoną pojemność, która jest najważniejszą drogą przepływu prądu bezpośrednio z obwodów pierwotnych do wtórnych. Znając tę pojemność możemy obliczyć impedancję dla określonej częstotliwości oraz prąd przy założonym napięciu. W celu otrzymania jak najmniejszych prądów upływu należy wybierać te przetwornice, które małą pojemność izolacji.
Specyficzne wymagania aplikacji
Kreatywne zastosowanie standardowych przetwornic pozwala na spełnienie specyficznych, na pozór trudnych do zrealizowania, wymagań aplikacji. Po pierwsze, dzięki izolacji galwanicznej wytworzyć można różne napięcia, zarówno pojedyncze, symetryczne, jak i dwa niezależne izolowane od siebie. Dołączając wyjście napięcia dodatniego do masy układu otrzymujemy na wyjściu o niższym potencjale napięcie ujemne względem masy. Kiedy potrzebujemy napięcia wyższego niż określone napięcie zasilające, dołączamy niższy potencjał wyjścia przetwornicy do napięcia, względem którego otrzymamy podwyższone napięcie wyjściowe. Możemy również, dołączając ,,środkowe" wyprowadzenie (o potencjale zero) symetrycznego wyjścia do masy po stronie pierwotnej, otrzymać konwerter pojedynczego napięcia na napięcie symetryczne względem masy układu. Pamiętajmy jednak, że łącząc w jakikolwiek sposób obwody pierwotne i wtórne tracimy izolację galwaniczną. Przykładowe rozwiązania pokazano na rys. 1.
Należy zwrócić uwagę, że podczas eksperymentów ze zmianami poziomów napięć odniesienia, przetwornice stabilizowane wymagają ostro żniejsz ego obchodzenia się z nimi niż przetwornice niestabilizowane. Pierwsze z nich
Ostatnio niemal we wszystkich
dziedzinach elektroniki
obserwujemy gwałtowny pęd
do miniaturyzacji. Jednymi
z wielu elementów, których
gabaryty udało się znacznie
zmniejszyć są przetwornice
DCI DC. Najmniejsza,
w masowej produkcji,
modułowa przetwornica 1W
zajmuje na płytce drukowanej
obszar o wymiarach
ll,5mm*6,0mm, a wysokość jej
obudowy wynosi zaledwie
7,5mm. Taki postęp,
w powiązaniu z coraz
bardziej konkurencyjnymi
cenami, pozwolił na
spopularyzowanie tych
podzespołów i zastąpienie
nimi układów z elementów
dyskretnych. W artykule zwrócimy uwagę
na kilka podstawowych problemów, istotnych przy
projektowaniu układów
z zastosowaniem przetwornic
modułowych.
mają zazwyczaj wbudowany szeregowy stabilizator jedynie na wyjściu dodatnim, więc odwracanie napięć będzie działać poprawnie jedynie w przypadku, kiedy przepływ prądu będzie
Tab. 1.
Napięcie testowe przebicia izolacji [Vrms] Maksymalne napięcie pracy [Vrms]
1000 130
1500 230
3000 1100
6000 3050
Elektronika Praktyczna 3/2001
57
PODZESPOŁY
Typ przetwornicy Uwy Lout
LME.NMA, NMD.NME, NMH.NML, NMV 3,3V 33uH
5V 47uH
9V 100uH
12V 220uH
15V 330uH
ov
w
GND
Rys, Z,
w całości zamykał się prses przetwornicę, a nie prses elementy sewnętrsne takie jak np. diody esy transystory. Mogłoby to powodować nieprawidłową pracę stabilisatora.
Isolacja galwanicsna poswala również na łącsenie prsetwornic sserego-wo w celu usyskania napięć niestandardowych (równych sumie napięć wyjściowych sastosowanych prsetwor-nic). Należy jedynie pamiętać, aby nie prsekraesać prądu maksymalnego wyjścia o najwyżssyrn napięciu. Ponieważ takie łącsenie prsetwornic odbywa się bes ich synchronisacji, salecane jest sastosowanie dodatkowych filtrów. Roswiąsanie to pokąsano na rys. 2.
Możliwe facskolwiek nie polecane) jest również łącsenie isolowanych prsetwornic równolegle w celu swięk-ssenia mocy wyjściowej. W sasadsie łącsenie prsetwornic równolegle powinno mieć miejsce wyłącsnie wtedy, kiedy jest to konieesne. Jeśli jest możliwe sastosowanie jednej prsetwornicy o odpowiedniej mocy, sawsse wybiers-
my to roswiąsanie. Należy swrócić uwagę, aby sawsse łącsyć prsetworni-ce tego samego typu. Dla prsykładu, jeśli potrsebujemy prsetwornicy o mocy 2,5W, należy połącsyć dwie prsetwornice 2W lub trsy prsetwornice lW. Jest to powodowane tym, że napięcia wyjściowe prsetwornic różnych typów nie są na tyle dokładnie ustawiane, aby gwarantowało to dostaresa-nie np. prses prsetwornice 2W dokładnie 2 rasy więkssej mocy niż lW, Może się okasać, że s prsetwornicy 2W będsie pobierane tylko lW, a s jednowatowej 1,5W. Nawet w prsy-padku tych samych prsetwornic stosunek pobieranych mocy nie będsie 1:1, ale wiadomo, że różnica będsie nie więkssa niż 10%. Należy pamiętać, że csęstotliwości charakterystyesne połą-esonych prsetwornic nie będą ssynch-ronisowane. Nie można więc bespo-średnio połącsyć ich wyjść. Jednym se sposobów jest prsyłącsenie po prses diody (rys* 3). Takie roswiąsanie jest możliwe jedynie dla napięć wyjściowych 12 i 15V. Prsy niżssych spadek napięcia na diodach mógłby być sbyt duży. Lepssym roswiąsaniem jest po-łącsenie s sastosowaniem dławików sseregowych. Na rys. 4 prsedstawiono to roswiąsanie, a w tab. 2 podano wartości indukcyjności dla prsykłado-wych prsetwornic produkcji C&D Technologies (Newport Components).
Pojemność Cout powinna być dobierana jako: lfiF*liczba połączonych przetwornic. Dla bespieeseństwa należy sa-kładać, że moc połącsonych równolegle prsetwornic jest o 10% niżssa niż suma mocy wyjściowych prsetwornic składowych. Nie należy łącsyć równolegle prsetwornic stabilisowanych. Będsie to sawsse prowadsić do prsecią-żenia jednej s nich. Lepiej połącsyć prsetwornice niestabilisowane i na wyjściu dodać sewnętrsny stabilisator.
Filtrowanie i zabezpieczenia
IClucsowym sagadnieniem podesas projektowania obwodów s sastosowaniem gotowych prsetwornic DC/DC jest odpowiednie filtrowanie. Po pierwsse, konstruktor musi sdecydować, esy wybrać prsetwornice o stałej csęstotliwości kluczowania, esy też nie. Ta druga dostosowuje długość impulsu do warunków obciążenia wyjścia, co może prowadsić do bardso skomplikowanych obwodów filtrowania. Stałe, określone charakterystyki csęstotliwościowe prsetwornic o stałej csęstotliwości snaesnie uprassesają oblicsenia filtrów. Poniżssy opis doty-esy jedynie tych ostatnich.
W celu ograniesenia tętnień, sarówno na wejściu, jak i na Vin wyjściu prsetwornicy o stałej csęstotliwości pracy wystaresa typowy filtr IX. Zastosowanie filt- GND
ru typu RC byłoby również moż-
i^ys
GUI
Rys. 3.
GND
Rys. 4.
liwe, jednak straty mocy na resystorse są sbyt duże. Kiedy budujemy filtr IX, należy swrócić uwagę, by csęstotliwość resonansu własnego dławika była o wiele wyżssa niż csęstotliwość charaktery s ty csn a prsetwornicy. Zwróćmy uwagę na resystancję cewki, aby mieć świadomość wielkości strat mocy. Dobrą sasadą jest prsyjmowanie, że maksymalny prąd pracy dławika powinien być około dwa rasy więkssy niż prąd, który prses niego popłynie w stabilnych warunkach pracy. Na rys. 5 pokąsano prsetwornice s pełnym filtrowaniem, a w tab. 3 prsedstawiono wartości elementów filtrujących dla popularnych prsetwornic Newport Components.
Ograniczanie prądu startowego przetwornicy
Jednym s podstawowych sadań projektanta jest ogranicsenie udaru prądowego powstającego w momencie sa-łącsania obwodu. Na sscsęście sastosowanie sseregowego dławika na wejściu prsetwornicy nie tylko pomaga filtrować ssumy powstające podesas jej pracy, ale również ograniesa uderse-nie prądu podesas sałącsania układu. Zasadność ograniesenia prądowego wyjaśnimy wspierając się prostym wzorem (sakładając pewną idealisację). Ees sastosowania dławika wyrażenie na prąd wejściowy prsyjmuje postać: I=Uexp(-t/RC)/R, a dla t=0 (moment włą es ani a) i= U/R.
Jeśli rosważamy prsy kład sałącsa-nia prsetwornicy małej mocy
0 Uwe=5V oras resystancji ścieżek
1 prsewodów, sałóżmy 50mQ, prąd startowy mógłby sięgać 100A. Wybór właściwego dławika na wejściu uchro-
LJN
o.
Elektronika Praktyczna 3/2001
PODZESPOŁY
Tab. 3.
Typ przetwornicy Uwe Lin Ciii Uwy. Lout/Co
LME, NMA, NMD, NME, NMH, NMV 3,3V 33uH/1,5uF 3,3V 33uH/1,5uF
5V 47uH/1,0uF 5V 47uH/1,0uF
12V 220uH/1,0uF 9V 100uH/1,0uF
24V 470uH/470nF 12V 220uH/1,0uF
48V 680uH/180nF 15V 330uH/1,0uF
ni nas przed tego typu problemami i jednocześnie przyczyni się do odfilt-rowania szumów wytwarzanych przez wewnętrzny układ przełączający.
Zabezpieczanie przetwornicy przed nagłymi zanikami napięcia
Stosując gotowe przetwornice DC/ DC należy brać pod uwagę reakcję układu na nagłe spadki napięcia zasilającego. Jest to spowodowane tym, że gwałtowny spadek napięcia zasilającego powoduje podobną zmianę po stronie wtórnej przetwornicy. Aby zapobiec tego typu sytuacjom, należy zastosować na wejściu prosty czwórnik dioda - kondensator (rys. 6). Kondensator stale utrzymuje zapas energii potrzebny do podtrzymania pracy przetwornicy, a dioda zapobiega pobieraniu prądu z kondensatora przez inne elementy układu. Spadek napięcia na diodzie oczywiście ma tutaj znaczenie dla sprawności układu, więc należałoby zastosować diodę Schotky'ego.
Zabezpieczenia przeciwprzeciązeniowe
Chociaż dławik na wejściu przetwornicy zabezpiecza przed skokami prądu w stanach nieustalonych, to wciąż przetwornica nie jest zabezpieczona przed przeciążeniem czy zwarciem wyjścia. W momencie przeciążenia przetwornica będzie starać się dostarczyć wystarczającą ilość prądu pobierając go z wejścia. Jeśli sytuacja nie zostanie przerwana, przetwornica prze-grzeje się, co może prowadzić do jej uszkodzenia. Najprostszym sposobem zabezpieczenia jest zastosowanie bezpiecznika o odpowiedniej tolerancji na skoki prądu w momencie włączania układu. Jednakże i w tym przypadku można zastosować bardziej inteligentne rozwiązania, w których mierzony jest prąd wejściowy lub napięcie wyjściowe. Jeśli w układzie występuje inteligentny system zarządzania energią, możemy zastąpić szeregową indukcyjność na wejściu rezystorem i analizować spadek napięcia na rezystorze. Przekroczenie pewnej wartości będzie sygna-
ZDX60
Obciążenie
łem dla systemu o stanie awaryjnym. Podobne rozwiązanie można zastosować do pomiaru napięcia wyjściowego, jednakże jeśli system zarządzania energią znaj duj e się po stronie pierwotnej, to aby utrzymać izolację galwaniczną, należy odseparować sygnał od kontrolera. W innym sposobie wykorzystuje się zjawisko nagrzewania się rezystora, przez który płynie prąd wyjściowy. Należy wtedy zbudować prosty mostek pomiarowy, w którego jednej z gałęzi zastosujemy termistor NTC (rys. 7).
Powyżej opisane problemy zostały tylko zasygnalizowane w celu uświadomienia ich użytkownikom - konstruktorom stosującym jedynie rozwiązania dyskretne. Nie wszystkie będą istotne przy poszczególnych projektach. Potrzebę bardziej lub mniej złożonych analiz obwodu filtrowania, zabezpieczeń itp. w konkretnym praktycznym układzie będzie musiał oszacować konstruktor.
Tak jak już prawie nikt nie buduje pamięci czy procesorów z pojedynczych tranzystorów, tak w przypadku przetwornic DC/DC świat zmierza w kierunku stosowania gotowych modułów.
Właściwie zastosowane ,, gotowe" przetwornice izolowane pozwalają oszczędzić miejsce, zmniejszyć liczbę podzespołów i uprościć projektowanie przetwarzania napięć w stosunku do rozwiązań dyskretnych. Sławomir Pieszczek
Artykuł opracowano na podstawie materiałów udostępnionych przez firmę JM-Elektronik (tel. (0-32) 339-69-00, www.jm.pl), dystrybutora firmy C&D Technologies (Newport Components w Połsce).
Szczegółowe materiały katalogowe o przetwornicach DC/DC firmy C&D Technologies (Newport Components w Polsce) dostępne są na płycie CD-EP01/2001A oraz w Internecie pod adresami: http://www.dc-dc.com.
Rys. 6.
Elektronika Praktyczna 3/2001
59
Szybkościomierz modelarski
Niezawodny szybkościomierz
jest niewątpliwie bardzo
przydatny w wyścigowym
modelu samochodu, zwłaszcza
że niewiele kosztuje.
W artykule opisano, jak
zwykły komputerek rowerowy
można zastosować jako
dokładny i tani
szybkościomierz modelarski.
Artykuł publikujemy na podstawie umowy z wydawcą miesięcznika "Elektor Electronics".
Editorial items appeańng on pages 23..25 are the copyńght property of (Cj Segment E.V., the Netherlands, 1998 which reserves all rights.
Zapaleni fani modeli samochodowych są oczywiście zawsze zainteresowani sprawnością i osiągami swoich mi-nipojazdów, W celu dobrania optymalnej przekładni chcieliby tak dokładnie, jak to tylko możliwe, wiedzieć, z jaką szybkością ich modele się poruszają. Użyteczna jest także znajomość innych parametrów jazdy, na przykład czasu przejazdu czy przejechanej przez model drogi, po całkowitym naładowaniu baterii lub napełnieniu zbiornika paliwem, W sklepach modelarskich można nabyć instrumenty do wykonywania takich pomiarów, a nawet do kompletnej telemetrii, ale ich ceny rozciągają się od wysokich po przerażające. Dlatego dla modelarzy o ograniczonym budżecie są interesujące alternatywne rozwiązania.
Projektant szybkościomierza prezentowanego w artykule opracował taką alternatywną konstrukcję, która jest nie tylko prosta w wykonaniu, ale i tania, fest to układ dostosowujący zwyczajny komputerek rowerowy do użycia w roli modelarskiego szybkościomierza, Komputerek kosztuje mniej więcej od 50 do 100 zł, a może wyświetlać nie tylko szybkość chwilową, ale także szybkość średnią, przebytą drogę przejazdu.
i czas
Inny czujnik
Każdy prawdopodobnie wie, w jaki sposób komputerek rowerowy otrzymuje impulsy sterujące. Są one generowane przez czujnik rejestrujący obroty przedniego koła roweru. Czujnik ten składa się z dwóch elementów, fednym z nich jest magnes przytwierdzony do szprychy koła, a drugim kontaktron, umocowany do przedniego widelca roweru, Kontaktron
jest połączony cienkimi przewodami z komputer-kiem, umieszczonym na kierownicy roweru. Przy każdym przejściu magnesu w pobliżu kontak-tronu, zwiera on na krótko swoje styki, a komputer zlicza impuls. Taki czujnik nie może być użyty w modelu. Nawet gdyby udało się umocować magnes do jego koła, całkowicie utraciłoby ono wyważenie i ruch pojazdu nie byłby możliwy. Potrzebny jest więc inny rodzaj czujnika. Nasuwającym się rozwiązaniem jest zastosowanie czujnika optycznego, fest on czujnikiem bezkontakto-wym i beztarciowym, tak jak magnes z kontaktronem, ale bez jakiejkolwiek ruchomej masy. Magnes jest zastąpiony dobrze odbijającym światło paskiem na oponie koła, a kontaktron czujnikiem odbitego promieniowania. Do odbijania światła podczerwieni najlepiej posłuży pasek białej lub srebrnej farby, Z doświadczeń wynika, że powinien być on szeroki na około lcm, ale nie powinien być szerszy od 1/10 obwodu koła. Detektor odbitego promienia powinien być oczywiście umieszczony w modelu tak, aby mógł niezawodnie rozróżniać pomalowaną powierzchnię opony od niepoma-lowanej,
Uktad dopasowujący
fedynym uzupełnieniem nowego czujnika jest układ dostosowujący jego sygnały do wymagań
Elektronika Praktyczna 1/2001
23
4 uib
a
\3 5

Rys. 1. Czujnik 0PT01 zamienia zmiany natężenia odbitego światła na impulsy elektryczne. Są one następnie wzmacniane i zliczane, a ich częstotliwość jest dzielona przez 10.
komputerka. Ma on dwa zadania: musi zamieniać impulsy świetlne w dostatecznie silne impulsy elektryczne oraz musi odpowiednio modyfikować ich częstotliwość.
Pierwsze zadanie nie wymaga dalszych objaśnień. Drugie jest związane z różnicą średnicy koła rowerowego i koła modelu samochodu. Mniejsze koła przy tej samej szybkości pojazdu obracają się szybciej, generują więc wyższą częstotliwość impulsów. Średnicę koła daje się co prawda wprowadzić do komputerka, ale tylko w zakresie istniejących rozmiarów kół rowerowych. Częstotliwość impulsów czujnika trzeba więc odpowiednio obniżyć.
Opis układu
Jak widać ze schematu na rys. 1, powyższe wymagania daje się spełnić stosunkowo prostymi środkami. Sercem układu jest trans-optor odbiciowy OPTOl, produkowany przez firmę Siemens. W pierwszej wersji układu dioda LED, będąca źródłem podczerwieni, była zasilana napięciem stałym. Rozwiązanie to okazało się wadliwe z powodu czułości detektora również na światło dzienne. Generował on znaczną liczbę dodatkowych impulsów, bardzo zakłócających pomiar szybkości. Do zasilania LED zastosowano więc prąd zmienny o częstotliwości lOkHz, co pozwoliło na użycie w obwodzie detektora
wzmacniacza napięć zmiennych, eliminującego w znacznym stopniu wpływ zmian natężenia światła zewnętrznego.
Sygnał o częstotliwości lOkHz dla LED jest wytwarzany przez oscylator Ula. Bramka Ulb jest buforem sterującym tranzystor Tl. Gdy biały pasek przejdzie przed czujnikiem, jego fototranzystor przez krótki czas przewodzi z częstotliwością lOkHz, a na rezystorze R4 pojawi się krótki ciąg impulsów o tej częstotliwości. Sygnał ten zostaje skierowany przez kondensator C6 do wzmacniacza tranzystorowego (T3 i T4), a po wzmocnieniu na rezystor R15. Stąd, przez bufor Ule, podawany jest na detektor, składający się z diody D2 i rezystorów R6 i R7. Zadaniem detektora jest przetworzenie krótkiej serii impulsów w stan logiczny "1". Wartości elementów są krytyczne, ponieważ kondensator C7 powinien zostać naładowany zanim biały pasek odsunie się sprzed czujnika, ale też musi całkowicie rozładować się przez rezystor R7, zanim pasek ponownie znajdzie się przed czujnikiem, i nadejdzie nowy ciąg impulsów.
Sygnał wyjściowy detektora, za pośrednictwem bufora Uld, przechodzi do ostatniej części układu, licznika U2, dzielącego częstotliwość impulsów przez 10. Tylko więc co dziesiąty impuls dociera do wyjściowego tranzystora T2,
którego obwód kolektorowy wchodzi w skład obwodu wejściowego komputerka rowerowego.
Do zasilania układu potrzebne jest napięcie stabilizowane o wartości 5V. Napięcie to można zwykle otrzymać z modułu odbiornika
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl: 220kQ
R2: 120kQ
R3, R9: 10kO
R4, R14..R16: lkO
R5: 33kQ
R6: 3,9kQ
R7: 270kQ
R8: 100O
RIO: 470O
Rl 1: 8,2kQ
R12: 180O
R13: l,8kn
Kondensatory
Cl: 100|iF/16V
C2: 100|iF/10V
C3, C4: lOOnF
C5: lnF
Có: lOnF
C7: 22nF
C8: ln_F/10V
Półprzewodniki
Dl: dioda Zenera 5,6V, 1,3W
D2: 1N4148
T1..T3: BC547B
T4: BC557B
Ul: 74HC132SO
U2: 4017SO
OPTOl: SFH9201 (Siemens)
24
Elektronika Praktyczna 1/2001
w modelu. Prototyp był zasilany napięciem 6V, którego dodatkowe filtrowanie zapewnia kondensator Cl. Napięcie to posłużyło do zasilania diody LED transoptora OPTOl. Pozostałe obwody są zasilane napięciem 5,6V poprzez rezystor Rl i diodę Zenera Dl. Kondensator C2 służy do magazynowania ładunku, a kondensatory C3 i C4 odsprzęgają Ul i U2.
Montaż
Układ jest stosunkowo prosty i ze względu na niewielką liczbę elementów łatwy w budowie. Sposób jego montażu zależy od modelu. Musi zostać tak umieszczony, aby układ OPTOl mógł bezpośrednio widzieć biały pasek na oponie. Podzespoły modelu muszą oczywiście zajmować możliwie mało miejsca, dlatego użyto elementów do montażu powierzchniowego (SMD). Na rys. 2 pokazano obraz ścieżek płytki drukowanej i rozmieszczenia elementów. Zmontowana płytka została
sprawdzona w prototypie szybkościomierza w modelu samochodu, trzeba ją jednak traktować jako propozycję jednego z możliwych rozwiązań.
W montażu szybkościomierza w modelu istotną rolę, oprócz układu dopasowującego, odgrywa umieszczenie samego komputerka rowerowego. Zależy ono w dużym stopniu od samego modelu. Pozostawiamy to pomysłowości konstruktora.
Przyłączenie szybkościomierza jest bardzo proste. Napięcie zasilające 6V należy dołączyć do kondensatora Cl (nie zapominając o polaryzacji!), a przewody wejściowe komputerka do rezystora RIO. Jak można zobaczyć na rys. 2, są do tego przeznaczone końcówki odpowiednio TPl i TP2 oraz TP3 i TP4.
Wreszcie ostatnia uwaga dotyczy ustalania w komputerku średnicy koła. Nie można zapomnieć o współczynniku podziału przez 10. Jeśli na przykład średnica
Rys. 2. Proponowana płytka drukowana układu przystosowującego. Dzięki zastosowaniu elementów SMD jej rozmiary nie przekraczają rozmiarów pudełka zapałek.
koła modelu wynosi 2 cale, to w komputerku należy wybrać średnicę 20 cali.
EE
Elektronika Praktyczna 1/2001
25
Linux a mikrokontrolery
Co łqczy mikrokontrolery '51 z Linuxem dowiecie się na słr. 47. w
Cyfrowa centrala A alarmowa
Konstrukcję wysokiej klasy mikroprocesorowej centrali alarmowej prezentujemy na słr. 41
Timer kuchenny
Łatwy w wykonaniu, przyjazny w obsłudze, precyzyjnie odmierza czas... Po prostu timer kuchennny! Słr. 71. w
Zegar cyfrowy z wyświetlaczem analogowym
Z myślq o miłośnikach zegarów "telexpressowych" przygotowaliśmy tq efektownq, a przy tym uzytecznq konstrukcję. Słr. 27.
Przemysłowe sieci komunikacyjne
Na słr. 140 prezentujemy konwertery światłowodowe do przemysłowych sieci informatycznych.
Cyfrowy oscyloskop M621
Na słr. 52 przedstawiamy opis kolejnego produktu zza naszej południowej granicy: cyfrowq przystawkę oscyloskopowq do PC produkowanq przez słowackq firmę ETC. ^
Projekty Czytelników
Na słr. 91 przedstawiamy pierwszq część projektu przetwornicy 12/220Y, który opracował jeden z naszych Czytelników.
AKT - akustyczny teatr >
Na słr. 37 przedstawiamy ostatni odcinek z cyklu Akustyczny Teatr, w którym omawiamy budowę ostatniego elementu zestawu: trójdrożnq kolumnę głośnikowq AKT3.
Zdalne sterowanie
i monitorowanie procesów
lnteresujqcq aplikację modułu GSM firmy Siemens przedstawiamy na słr. 131.
Dekoder CLIP...
...czyli dla Czytelników lubiqcych wiedzieć kto do nich dzwoni. Słr. 17.
Elektronika Praktyczna 3/2001
Przenośne testery ISDN A
Miniaturyzacja sprzętu elektronicznego wywiera coraz większy wpływ także na przyrzqdy pomiarowe i testery. Na słr. 65 prezentujemy dwa nowoczesne, bardzo poręczne testery ISDN, których walory użytkowe przewyższajq możliwości wielu starszych testerów stacjonarnych.
Programatory firmy ^ Leap Electronics
Na krajowym rynku powstaje "raj' dla konstruktorów: pojawia się bowiem coraz więcej coraz lepszych narzędzi, które sq do tego coraz tańsze. Słr. 50.
1/32 A
Na słr. 137 znajdziecie opis miniaturowego licznika-timera firmy Omron.
IKA
Nr 3 (99)
marzec 2001
Projekty
Tester elementów elektronicznych....................
Dekoder CLIP........................................................
Generator sygnałów EKG....................................
Zegar cyfrowy z wyświetlaczem analogowym .
Nadzorca linii telefonicznej.................................
AKT - akustyczny teatr, część 3..........................
Cyfrowa centrala alarmowa, część 1 ...............
Miniprojekty ^^^^^^^^^^^^^^H
Timer kuchenny.....................................................
10 17 23 27 33 37 41
Ś
71
Programator szeregowych pamięci EEPROM PC sterowany
z pakietu BASCOM
Automatyka
Sterowanie i monitorowanie procesów za pośrednictwem sieci GSM
Systemy zdalnej akwizycji danych
1/32 - miniaturowy licznik-timer firmy Omron
Przemysłowe sieci komunikacyjne
Sprzęt]
Programatory firmy Leap Electronic Cyfrowy oscyloskop M621 Technicsa przestrój sobie Przenośne testery ISDN
72
131 134 13.7* 140
50 52 61 65
Elektryczność statyczna w przemyśle elektronicznym...... 144
odzespoł^"^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^J
USBw '51 - mikrokontrolery EZ-USB firmy Cypress...............47
Miniaturowe, niskonapięciowe przetwornice DC/DC........57
Nowe Podzespoły..................................................................... 81
Scalone interfejsy czujników pomiarowych, część 3..........89
^ctive-HDL - nowoczesne projektowanie układów FPGA/CPLD....................,............................................ 69
Turs^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^H
STó-Realizer -narysuj swój program! .....................................-85
Projekty CzyteffEiK^W ^^^^^^^^^^^^^^M
Przetwornica napięcia 12/220Y o mocy 150W, część 1 .... 91
Info Świat.........................................................................93
InfoKraj.....................................................................,.....,?5
Kramik+Rynek..............................................................105
Listy.................................................................................115
Ekspresowy Informator Elektroniczny.....................119
Wykaz reklamodawców..........................................
Elektronika Praktyczna 3/2001
7
SPRZĘT
Od tego czasu upłynęło już trochę czasu, ale dotychczas nikt nie rozwiązał problemu inteligentnego przestrojenia tunerów z cyfrową syntezą częstotliwości. Popularne prymitywne metody polegające na włączaniu w tor odbiorczy konwerterów częstotliwości wywoływały szereg trudności, w tym m.in. konieczność dzielenia odbieranego pasma na przełączane podzakresy, a także błędne wskazania częstotliwości na wyświetlaczach.
Napisałem, że "nikt nie rozwiązał problemu inteligentnego przestrojenia", ale od kilku tygodni nie jest to prawdą. Po raz kolejny warszawska firma MJM stanęła na wysokości zadania, proponując estetyczne i doskonałe technicznie rozwiązanie, które zapewnia wysoki komfort korzystania z przestrojonych tunerów i nie pozbawia użytkowników możliwości korzystania z pasm AM, co - być może - dla niektórych posiadaczy przerobionych odbiorników będzie ważnym atutem.
Oddajemy więc głos specjalistom z firmy MJM, którzy pokażą nam jak przestroić jedną z "legend" rynku - tuner ST500L. Do tego celu niezbędne będą produkowane przez MJM moduł syntezy TS10 i programator TP42.
Jak to robi MJM
Polecana przez nas modernizacja zapewnia poprawną pracę odbiornika na zakresie AM, kiedy to informacja o odbieranej częstotliwości jest wyświetlana na oryginalnym wyświetlaczu tunera, oraz na "nowym" zakresie częstotliwości, kiedy to odbierana częstotliwość jest wyświetlana (po wyłączeniu oryginalnego wyświetlacza) na miniaturowym wyświetlaczu syntezy.
Pr zestrojenie wymaga wykonania następujących czynności:
- przeróbki panelu czołowego (wstawienie nowego wyświetlacza i montaż dodatkowych przycisków sterujących syntezą),
- wylutowania starej głowicy UKF, montaż syntezy i programatora,
- zwiększeniu wydajności prądowej zasilacza wbudowanego w tuner.
Zaczynamy więc od...
...przeróbki panelu czołowego
Zaczynamy od obowiązkowego odłączenia urządzenia od sieci. Następnie rozkręcamy i zdejmujemy górną i dolną część obudowy, oraz panel frontowy, z którego odkręcamy płytkę sterowania. W panelu frontowym, po prawej stronie napisu ST500L, pod wskaźnikiem wystero-wania wycinamy prostokątny otwór
W zamierzchłych czasach
naszym rynkiem audio
niepodzielnie rządził Technics,
którego monopolistycznym
dostawcą był niezapomniany
Pewex. Według informacji
uzyskanych w Panasonicu,
firmie której jednym ze
znaków handlowych jest
właśnie Technics, do Połski
sprowadzono - tyiko oficjalną
drogą - blisko 200000
tunerów ST500L, ST600L oraz
ST610L. Były to tunery
specjalnie przystosowane do
pracy w krajach "wschodu"',
tzn. bez konieczności
przestrajania działały
w starym
zakresie UKF.
Problem z tymi tunerami
pojawił się wraz
z przystosowywaniem się
naszej radiofonii do nowych
realiów, co wymusiło zmianę
pasma nadawania na szersze
(fot. 1) na wyświetlacz o wymiarach ok. 11x3 2 mm.
Położenie tego otworu, jak i jego wymiary wynikają z ożebrowania widocznego od tyłu panelu. Otwór musi być wycięty starannie, gdyż od tego zależy estetyka wykonania całej pracy. W tak wycięty otwór możemy wkleić (np. na klej "Poxi-pol") płytkę z szarej pleksy która poprawia estetykę oraz podwyższa kontrast wyświetlacza. Wymiary płytki należy dokładnie dopasować do wyciętego otworu.
Lokalizacja dodatkowego
Rys. 2.
Elektronika Praktyczna 3/2001
61
SPRZĘT
Rys. 3.
Następnie do płytki wyświetlacza TP42 lutujemy wstążkę 2x6 przewodów o długości ok. 8cm, po czym przystawiamy ją od wewnątrz do uprzednio wklejonej pleksy i przyklejamy jej boki do panelu frontowego odbiornika (fot. 2).
Z płytki sterowania wylutowujemy mikrowłączniki "down" (S2), "up" (S3) i "memory"(S4). W ich miejsce wlutowuje my po dwa mikrowłączniki (o wymiarach 3,5 x 6 mm z dwoma wyprowadzeniami), tak aby jeden z nich pełnił funkcję dotychczasowego, a drugi po, odcięciu od reszty układu odbiornika mógł służyć do sterowania syntezą (fot. 3). Mikrowy-łączniki te łączymy odpowiednio ze sobą i z programatorem TP40.
Pozostaje jeszcze jedna praca mechaniczna do wykonania. Ponieważ teraz każdy z przycisków "up", "down i "memory" ma podwójną funkcję i musi jednocześnie naciskać na dwa mikrowyłączniki, należy je poszerzyć, przez doklejenie płytek wykonanych według rys. 4. Płytki te można wykonać z dowolnego materiału o grubości ok. lmm, np. tekstolitu, laminatu, itp. Tak przygotowaną płytkę sterowania (rys. 5) przykręcamy do panelu frontowego.
Teraz przechodzimy do....
...wylutowania starej głowicy i montażu płytki syntezy
Z płyty głównej wylutowujemy starą głowicę FM, a rezystor R101 zastępujemy zworą. Nową głowicę, wraz z płytką syntezy, mocujemy na metalowym chassis odbiornika w pobliżu gniazda antenowego, podobnie płytkę programatora tak jak pokazano na fot. 6. Ekran i wejście nowej głowicy łączymy odpowiednio z masą i pierwszym, licząc od stro-
ny gniazda antenowego odbiornika, wyprowadzeniem głowicy na płycie głównej. Do wyprowadzeń numer 4, 6 i 7 podłączamy odpowiednio: masę, zasilanie płytki syntezy oraz wyjście głowicy (ekran na masę). Programator łączymy z płytką wyświetlaczy lutując uprzednio przygotowane przewody (2x6).
Teraz zajmiemy się...
...zwiększeniem wydajności prądowej zasilacza
Po wstawieniu syntezy oryginalny zasilacz odbiornika pracuje na skraju swojej wydajności prądowej. Czasami powoduje to obniżenie napięć zasilających i nieprawidłową pracę odbiornika. Żeby wyeliminować ten problem należy stabilizator 5V (U3) znajdujący się na płytce syntezy zastąpić przetwornicą napięcia DC5 (oferowaną przez MJM). Sugerujemy też wymianę tranzystora Q 701 (2SC1334) na dowolny tranzystor mocy NPN (np. BD137, BD139), najlepiej z niewielkim ra-diatorem. Użytkownicy tunerów ceniących sobie komfort ich obsługi mogą pokusić się o...
...wygaszenie oryginalnego wyświetlacza w czasie odbioru FM...
co ma na celu zmniejszenie poboru prądu z zasilacza, jak również poprawia czytelność obsługi, gdyż
Rys. 5.
jednoczesna praca obu wyświetlaczy powodowała by dezorientację.
W celu wygaszenia oryginalnego wyświetlacza należy żarówkę podświetlającą go zasilić przez dodatkowy przekaźnik (o małym poborze prądu przez cewkę), sterowany napięciem zasilania głowicy FM. Dzięki takiemu podłączeniu, stary wyświetlacz będzie wskazywał odbieraną częstotliwość tylko na zakresach AM. Przekaźnik przyklejamy na środku płyty głównej, od strony elementów.
Ostatnią czynnością jest zapewnienie poprawnej...
...sygnalizacji stereo na zakresie FM
Ponieważ sygnalizacja odbioru stereo jest oryginalnie realizowana na wyświetlaczu LCD (a wyświetlacz jest on wygaszany), przez zastosowanie dodatkowej diody LED możemy sygnalizować odbiór stereo. W panelu frontowym, między klawiszem sieciowym a wyświetlaczem jest fabrycznie przewidziane miejsce na dodatkową diodę, Wystarczy
Rys. 4.
Sut&wa płytki
Rys. ó.
62
Elektronika Praktyczna 3/2001
SPRZĘT
w tym miejscu wydrapać prześwit w zaczernieniu płytki pleksy i sygnalizacja prawie gotowa. Brakuje tylko połączenia elektrycznego diody LED, które wykonujemy zgodnie z oznaczeniami na dołączonym schemacie odbiornika.
Uwagi na koniec
Instrukcja ta jest propozycją firmy MJM na modernizację odbiornika ST500L. Oczywiście, przeróbka ta jest możliwa w niepełnym zakresie (np. bez wygaszania starego wyświetlacza), bądź według innej niż nasza koncepcji (np. wykorzystania istniejących klawiszy do sterowania syntezą, innego miejsca wstawienia nowego wyświetlacza, czy zachowania, bądź nie, możliwości odbioru AM). AG
Artykuł powstał w oparciu o doświadczenia zespołu firmy MJM (www.mjm.pl te!. (0-22) 834-00-24) na bazie materiałów dostarczonych przez tą firmę.
Podzespoły i części potrzebne do wykonania modernizacji:
Ś Moduł syntezy TS10
Ś Programator TP42 (w skład którego wchodzą: płytka wyświetlaczy TP42 oraz płytka programatora TP40)
Ś Impulsowa przetwornica napięcia 12V/5V np. DC5 produkcji "MJM"
Ś Przekaźnik miniaturowy 12V o małym poborze prądu (maks. 12mA)
Ś Tranzystor BD137 (lub podobny) z niewielkim radiatorem
Ś Mikrowyłączniki 6szt. (3,5x6mm)
Ś Dioda LED
Ś Rezystor 470Ll/0,25W
Ś Płytka szarej (lub czerwonej) pleksy 11x32mm o grubości 2mm
Ś 6-żyłowa wstążka przewodów o długości ok. 20cm
Ś Przewód w ekranie np. WL50 ok. 25cm
Szczegółowe instrukcje m on tażu syntez produkowanych przez MJM w tunerach firmy Technics można znaleźć na naszych stronach WWW, w dziale Download/Na życzenie.
Elektronika Praktyczna 3/2001
63
PODZESPOŁY
Do redakcyjnego laboratorium trafiły dwa niezwykle
nowoczesne testery analogowych i cyfrowych linii telekomunikacyjnych, których dokładne sprawdzenie sprawiło
nam spory kłopot. Podstawowym problemem, na jaki
natknęliśmy się podczas testów, był niezwykłe utrudniony
dostęp do cyfrowej linii ISDN, co natychmiast przywołało
wspomnienie jednego z zabawniejszych rozwinięć tego
akronimu: It Stiłł Do es Nothing.
Ale nie jest prawdą, że linii ISDN nie można sobie założyć u Naszego Szanownego Monopolisty Imam tu na myśli oczywiście TP SA). Zarówno w reklamach tej firmy, a także w cennikach udostępnianych m.in. w Biurach Obsługi Klienta oraz wlnternecie, można bez trudu napotkać na usługę. Octo-pus ISDN, która jednak - jak się okazało - nie była dostępna nawet w centrum Warszawy.
Tyle narzekań na trudności, ponieważ po pewnym czasie okazało się, że udało nam się pożyczyć emulator linii ISDN, za pomocą którego sprawdziliśmy prezentowane w artykule testery.
ISDN czyli...
...z ang. Integrated Services Digital Network, jest cyfrowym łączem telekomunikacyjnym, wykorzystującym jako medium transmisyjne standardową skrętkę telefoniczną. Podstawowy dostęp do sieci, oferowany użytkownikom to dwa kanały typu B o przepływności 64kbd każdy oraz jeden kanał typu D o przepływności 16kbd (w skrócie: 2B + D). Kanały typu B są przeznaczone do przesyłania informacji od i do użytkownika, kanał D jest wykorzystywany do sygnalizacji pomiędzy terminalem użytkownika i centralą ISDN. W przypadkach wymagających szybkiej transmisji danych jest możliwe wirtualne połączenie ze sobą obydwu kanałów B, dzięki czemu maksymalna przepływność danych pomiędzy terminalem użytkownika i centralą zwiększa się do 128kbd.
Sygnały analogowe (przede wszystkim mowa) są przetwarzane do postaci cyfrowej metodą PCM, z maksymalną częstotliwością próbkowania 64kHz. Po przetworzeniu do postaci cyfrowej przesyłany sygnał jest kodowany zgodnie z algorytmem AMI (ang. Alternate Mark Inversion), który charakteryzuje się zerową składową stałą przesyłanego ciągu impulsów. Amplituda sygnałów w linii przesyłowej wynosi typowo 1,5V, a dopuszczalny zakres wahań amplitudy
mieści się w przedziale l..l,8V. Dość duże marginesy przewidzieli twórcy standardu dla zmian szerokości impulsów - dla standardowej szerokości znacznika wynoszącej 5,21|_is dopusz-czalny zakres zmian wynosi
Z konieczności wymieniliśmy tutaj tylko podstawowe parametry sygnałów przenoszących dane w ISDN. Bardzo interesujące są także charakterystyki protokołów przesyłowych i sygnalizacyjnych stosowanych w ISDN, ale ich skrótowy opis opublikujemy w jednym z najbliższych numerów EP.
Zaprezentujmy więc możliwości dwóch testerów z rodziny Argus, produkowanych przez niemiecką firmę Intec.
ARGUS 3u
Jest to uniwersalny, mikroprocesorowy tester linii analogowej i ISDN. Wewnętrzna, reprogramowalna pamięć programu (Flash) testera ma pojemność 1MB, a pamięć danych SRAM 128kB. Nastawy użytkownika i współczynniki korekcyjne przyrządu są przechowywane w dodatkowej pamięci nieulotnej EEPROM o pojemności 2048B.
Obudowa testera (foŁ 1) przypomina kształtem niezbyt zgrabny telefon, z wbudowaną słuchawką i mikrofonem. Panel operatora składa się z 21-przycis-kowej klawiatury, podświetlanego wyświetlacza LCD (4 linie po 16 znaków) oraz 5-ciu diod LED. Tester wyposażono w cztery złącza: RJ45 umożliwiające dołączenie linii telefonicznej (Uk, BRI-ISDN lub analogowej), gniazdo dla dodatkowego mikrotelefonu oraz dwufunkcyjne złącze umożliwiające dołączenie adaptera do testowania linii lub komputera PC (RS232). Czwarte gniazdo służy do przyłączenia zasilacza sieciowego 9V. Pomimo potężnych wewnętrznych możliwości funkcjonalnych, tester może być zasilany z 3 ogniw 1,5V typu AA.
Elektronika Praktyczna 3/2001
65
PODZESPOŁY
Za pomocą prezentowanego testera można sprawdzać linie na dwa sposoby: testami pojedynczymi (wybranymi z listy) lub testami automatycznymi, konfigurowanymi przez użytkownika, Niebagatelną zaletą przyrządu jest możliwość automatyczne] detekcji rodzaju testowanej linii i dobranie do jej sprawdzenia zestawu dostępnych testów. Przygotowane przez producenta testy obejmują standardowe połączenia analogowe i ISDN, testy usług dodatkowych i serwisowych, test zniekształceń wprowadzanych przez linię transmisyjną i sygnały zakłócające (BERT), kilka testów protokołów transmisyjnych (1TR6, DSS1, CorNetN/T).
Dość bogaty jest zestaw testów linii analogowej. Oprócz standardowych pomiarów parametrów sygnałów DTMF, tester mierzy czas trwania flash-a, obsługuje także identyfikację abonenta dzwoniącego (CLIP),
Tester Argus 3u może ponadto współpracować z komputerem PC oraz drukarką wyposażoną w interfejs szeregowy lub - za pośrednictwem konwertera - ze standardową drukarką z interfejsem Centronics.
Producent zadbał o ergonomię korzystania z testera wyposażając go w przejrzyste menu, z poziomu którego można konfigurować wszelkie jego nastawy.
W skład zestawu dostarczanego przez producenta wchodzą - oprócz samego testera - także niezbędne kable połączeniowe, zasilacz, instrukcja i bardzo poręczna i estetyczna torba nara-mienna.
ARGUS 10
Jest to tester podobny konstrukcyjnie i wymiarami (foŁ 2) do opisanego wyżej. Charakteryzuje się nieco większymi możliwościami funkcjonalnymi.
Przede wszystkim może symulować i monitorować (a nie tylko symulować jak Argus 3u) moduły TE (ang. Terminal Eąuipment) dołączone do linii ISDN. Może także emulować elementy NT (ang. Network Termination). Z nowych możliwości wynikają nieco bardziej zawansowane procedury testowe, wśród których warte szczególnej uwagi są symulacje protokołów PPP (ang. Point-to-Point Protocol) oraz PMP (ang. Point-to-Multi point Protocol), monitorowanie informacji przesyłanych kanałem D (przekazanie ich do współpracującego komputera poprzez interfejs szeregowy). Tester umożliwia także określenie szeregu innych parametrów transmisji cyfrowej, których nie będziemy tu omawiać,
ze względu na ich niewielką popular-. ność wśród normal-jf nych uśy tkowni-J ków. Prezentowane!^ urządzenie ma wbudowany zegar czasu rzeczywistego, który można wykorzystać do dokumentowania raportów z prowadzonych testów. Interesującym rozszerzeniem możliwości części analogowej testera Argus 10 jest wbudowany detektor impulsów zaliczenia jednostek (12 lub 16kHz). Pozostałe możliwości są identyczne z oferowanymi przez model Argus 3u.
Oprogramowanie
Producent testerów przygotował oprogramowanie narzędziowe WinAnalyse, za pomocą którego można przeprowadzić szczegółową analizę wykonanych testów, w tym monitorowanie informacji przesyłanych kanałem D, graficzną interpretację funkcji realizowanych przez warstwy sieci L1..L3, a także szereg innych czynności ułatwiających obróbkę i prezentację zgromadzonych danych.
Drugi program narzędziowy - WinP-lus - można wykorzystać do tworzenia raportów z prowadzonych testów, detekcji dodatkowych usług dostępnych w badanej sieci oraz wymiany oprogramowania firmowego testerów. Jest to bardzo ważna funkcja, ponieważ producent regularnie udoskonala oprogramowanie sterujące ich pracą i bezpłatnie udostępnia (podobnie jak i programy WinAnalyse i WinPlus) na swojej stronie internetowej. Andrzej Gawryluk, AVT
Prezentowane przyrządy udostępniła redakcji firma NDN, te!. (0-22) 641-15-47, www.ndn.com.pl.
Instrukcje przyrządów, dodatkowe informacje o nich, najnowsze wersje oprogramowania firmowego oraz oprogramowanie narzędziowe jest dostępne w Iniernecie pod adresami:
- http://www.isdniesier.com/download/ pdfZAlO_PDF_U.pdf,
- http://www.isdntestei.com/download/ pdfZA3u_PDF_U.pdf,
- http://www.isdniesier.com/Download/ Sof twa tg/ Sofiwaie.3 2. zip,
- http://www.isdniesier.com/Download/ ManualsZAlO_MAN_U.zip,
- http://www.isdniesier.com/Download/ Firm waie/A 10_BIN_U. zip,
- http://www.isdniesier.com/Download/ ManualsZA3u_MAN_U.zip,
- http://www.isdniesier.com/Download/ Firm waie/A3 u_BIN_ U. zip,
oraz na płycie CD-FP03/2000B w katalogu MSDN.
66
Elektronika Praktyczna 3/2001
PROGRAMY
HDL
TM
Compłete FPGA Veńfication Emironment
Rys. 1.
Producenci układów programowalnych w większości przypadków nie zajmują się bezpośrednio przygotowywaniem narzędzi CAD/EDA, służących do realizacji projektów wykorzystujących PLD. Wynika to najczęściej z konieczności zbudowania potężnego zespołu w skład którego wchodzą twórcy algorytmów optymalizujących logiczną budowę projektów i ich rozkładu w fizycznych strukturach układów, twórcy algorytmów stosowanych podczas symulacji, programiści zamieniający algorytmy w działające programy, testerzy zajmujący się ich weryfikacją, oraz szereg innych osób doskonale znających problematykę. Duża konkurencja na rynku spowodowała, że producenci układów PLD zajmują się swoim segmentem rynku, dając możliwość rozwoju firmom takim jak Aldec.
Active-HDL jest wykorzystywany m.in. w systemie Warp 6.0 firmy Cypress oraz w szeregu zestawów oferowanych przez firmę Xllinx.
Active-HDL z punktu widzenia projektanta
Active-HDL jest uniwersalnym, zintegrowanym środowiskiem projektowym, za pomocą którego można:
- zrealizować dowolny projekt hierarchiczny, w którym można wykorzystać języki: VHDL i Verilog, listę połączeń w formacie EDIF oraz moduły graficzne w postaci schematów lub grafu przejść,
- przeprowadzić pełną symulację funkcjonalną i czasową projektu (zapisanego w jednym z formatów: VHDL, Verilog lub EDIFJ, także z uwzględnieniem parametrów układów docelowych,
- zbudować i przetestować dowolny moduł biblioteczny (LPM - ang. Library Paramet-rized ModuleJ, który może być następnie wykorzystywany w innych systemach projektowych.
Schemat przedstawiający przebieg procesu projektowego z wykorzystaniem Acti-ve-HDL pokazano na rys. 1. Niezależnie od struktury projektu (tzn. rodzajów modułów w nim zastosowanych) wynikowa jego postać może być zapisana w językach: VHDL lub Verilog, jest także możliwe zapisanie listy połączeń w formacie
-i * ' ą*L d "i iii
Rys. 2.
Niestety rzadko się zdarza,
abyśmy (my Polacy} mieli wyraźny
powód do chwalenia się
opracowaniami zaawansowanymi
technologicznie. Słyniemy z wytopu
siali, wydobycia węgla i siarki, także
ziemniaki są poważną pozycją
eksportową naszego kraju... Przykład
firmy Aldec dowodzi jednak, że
mamy szansę siać się zagłębiem
intelektualnym także w tak
nowoczesnych dziedzinach elektroniki,
jaką są układy programowalne.
Aldec jest firmą amerykańską,
lecz jej założycielem jest nasz rodak
Stanley Hyduke, a znaczną część
oferowanego przez firmę
oprogramowania tworzą inżynierowie
ze Śląska.
EDIF. Kompilacja postaci wynikowej do postaci binarnej, umożliwiającej zaprogramowanie układu docelowego wymaga zastosowania dodatkowych, zewnętrznych modułów do syntezy i implementacji projektów.
Jak zdobyć Active-HDL?
Za miesiąc opiszemy możliwości funkcjonalne pakietu Active-HDL, postaramy się także zamieścić jego wersję ewaluacyjną na naszym CD. Być może wśród naszych Czytelników znajdą się chętni do samodzielnego ściągnięcia tego programu z Internetu, ale uprzedzamy, że w sumie trzeba pobrać pliki o łącznej długości ponad 50MB. Dla tego grona Czytelników zamieszczamy krótką ściągawkę.

Rys. 3.
1/
Elektronika Praktyczna 3/2001
69
PROGRAMY
Na główne] stronie firmy Aldec (www.aldec.comj należy kliknąć w Download s (rys. 2j.
Krok 2
Po załadowaniu się nowe] strony (iys. 3) można wybrać dowolny z oferowanych przez Aldeca program w wersji ewaluacyj-nej. Do naszych celów niezbędny będzie pierwszy z listy - Aldec-HDL 4.2. Wszystkie udostępnione wersje ewaluacyjne będą pracowały przez 2 0 dni od chwili instalacji. Ich możliwości funkcjonalne są nieco ograniczone w stosunku do wersji komercyjnej, przy czym istnieje możliwość usunięcia ograniczeń na 10 dni, co wymaga jednak zdobycia osobnego pliku licencyjnego. Informacja o ograniczeniach i pozostałych warunkach licencji znajduje się na początku stro-
Rys, 5.
ny z formularzem zgłoszeniowym (iys. 4j, która jest wyświetlana po wybraniu programu do ściągnięcia.
Krok 3
Po wypełnieniu i wysłaniu formularza, na podany w nim adres e-mail przesyłany jest list (iys. 5} z informacją o położeniu plików do ściągnięcia. Dostępne są ich dwie wersje: jeden plik o długości ok. 44MB lub 19 plików o długości ok. 2,5MB każdy. Należy wybrać wariant odpowiedni do możliwości wykorzystywanego łącza.
Bardzo miłym gestem ze strony firmy Aldec jest przesyłanie tego listu w języku polskim (siclj.
Oprócz samego programu warto ściągnąć biblioteki z opisem układów wybranych producentów, które są także dostępne na stronie, której adres podaj Aldec w liście e-mail.
Rys. 6.
Krok 4
Po ściągnięciu niezbędnych plików należy zainstalować program, która to procedura jest zautomatyzowana, a jej przebieg zbliżony do większości innych instalacji. Piotr Zbysireki, AVT piotr.zbysiriBki@ep.com.pl
Informacje o programie Active-HDL i innych produktach prmy Aldec są dostępne w Intern ecie pod adresem: www. aldec. com.
Ewaluacyjne wersje programów do ściągnięcia są dostępne pod adresem: http:// www.aldec.com/pages/Downloads.htm. Rejestrację umożliwiającą czasowe zniesienie ogja-niczeń w pakiecie Active-HDL można przeprowadzić pod adresem: http://www.aldec . co m/R. egi stru tio n/42REQ. htm.
70
Elektronika Praktyczna 3/2001
MINIPROJEKTY
Wspólną cechą układów opisywanych w dziale "Miniprojekfy" jest łatwość ich praktyczne] realizacji, Zmontowanie układu nie zabiera zwykle więcej niż dwa, trzy kwadranse, a z jego uruchomieniem można poradzić sobie w ciągu kilkunastu minut, "Miniprojekfy" mogą być układami stosunkowo skomplikowanymi funkcjonainie, iecz prostymi w montażu i uruchamianiu, gdyż ich złożoność i inteiigencja jest zawarta w układach scaionych, Wszystkie projekty opisywane w tej rubryce są wykonywane i badane w iaboratorium AVT, Większość z nich wchodzi dq^ oferty kitów AVT jako wyodrębniona seria '"Miniprojekty" o numeracji zaczynającej się od 1000,
Timer kuchenny
Proponujemy
wykonanie prostego
układu, będącego czymś
pośrednim pomiędzy
zabawką a przedmiotem
użytkowym. Będzie to
kolejny "ńmer do jajek".
W pismach
przeznaczonych dla
elektroników opisano
bardzo wiele takich
przyrządów, ale ten
wyróżnia się kilkoma
cechami, niespotykanymi
w innych
rozwiązaniach.
Najważniejszą cechą ti-mera jest wygoda jego obsługi i programowania. Drugą cechą, którą nie zawsze łatwo jest pogodzić z pierwszą, miała być maksymalna prostota i niskie koszty wykonania. Mam nadzieję, że udało się to osiągnąć.
Wszystkie potrawy, jakie zwykle przyrządza się w domowej kuchni, można pod względem czasu gotowania lub pieczenia sklasyfikować w grupach. Takich grup jest mniej więcej dwanaście: jajka, makaron, ryż, pieczeń, ciasto, frytki, zapiekanka, pizza, kurczak, warzywa i dwie grupy dodatkowe.
Każdej z wymienionych grup można przyporządkować czas gotowania potrawy, mieszczący się w przedziale od 1 minuty do 255 minut, czyli do ponad 4 godzin. Czasy mogą być dowolne zmieniane, a następnie automatycznie zapisywane w pamięci EEPROM procesora.
Opis działania układu
Schemat elektryczny ti-mera przedstawiono na rys. 1. Sercem układu jest procesor typu AT90S2313 - "pino-wy" odpowiednik popularnego '2051. Wybór tego właśnie typu procesora został podyk-
towany chęcią zminimalizowania liczby elementów w układzie. W procesor'2313 wbudowano pamięć danych EEPROM, co pozwala zrezygnować ze stosowania pamięci zewnętrznej, w której moglibyśmy przechowywać informacje o zadanych czasach.
Wewnętrzny oscylator procesora stabilizowany jest rezonatorem kwarcowym Ql o częstotliwości 8MHz. Kondensator C3 zapewnia pewny start procesora po włączeniu zasilania. Do portu PB dołączony został typowy wyświetlacz alfanumeryczny LCD 16*1 znaków. Kontrast wyświetlacza możemy regulować za pomocą potencjometru montażowego PRl. Pie-zoceramiczny przetwornik akustyczny został dołączony do pinów 4 i 5 portu D procesora. Podczas generacji sygnału wyjścia te są sterowane w przeciwfazie.
GONI
Rys. 1.
Montaż i uruchomienie
Na rys. 2 pokazano rozmieszczenie elementów na płytce obwodu drukowanego wykonanego na laminacie jednostronnym. Montaż płytki z elementami elektronicznymi nie wymaga komentarza, z wyjątkiem jednej sprawy: szereg goldpinów, do których będzie przymocowany wyświetlacz LCD oraz przyciski Sl"S4 należy przy-lutować do pól lutowniczych OD STRONY ŚCIEŻEK! Po zmontowaniu płytki musimy bardzo dokładnie sprawdzić wszystkie połączenia, ponieważ po przylutowaniu wyświetlacza nie będziemy mie-
WYKAZ ELEMENTÓW
Kondensatory
CL C2: 27pF
C3:
C4:
CS: lOOnF
Rezystory
PRl: lkG
Półprzewodniki
IC1: zaprogramowany
procesor AT90S2313
Różne
DPI: golclpin 1 xl6 + złgcze
szufladkowe
Gl: 8MHz
Q2; przetwornik piezo
S1..S4: microswitch
Płytka drukowana wraz z kompletem elementów jest dostępna wAVT- oznaczenie AYT-1300.
Wzory płytek drukowanych w formacie PDF są dostępne w Iniernecie pod adresem; http:I Iwww. ep. conj.pll?pdflnja-rzecQl.htm oraz na płycie CD-EP03/2001 w katalogu PCB.
Elektronika Praktyczna 3/2001
71
MINIPROJEKTY
li dostępu do punktów lutowniczych i dokonanie jakichkolwiek poprawek będzie bardzo utrudnione.
Do dyspozycji mamy także drugą płytkę wykonaną z laminatu epoksydowo--szklanego, która jednak nie jest płytką obwodu drukowanego. Jest to po prostu płyta czołowa timera umożliwiająca szybkie i w miarę estetyczne obudowanie układu. Obydwie płytki łączymy za pomocą czterech śrubek o średnicy 3mm z nakrętkami. Łebki śrub lutujemy do dużych pól lutowniczych umieszczonych na spodniej stronie płyty czołowej.
Po włączeniu zasilania na ekranie wyświetlacza ukaże się komunikat powitalny, a następnie nazwa pierwszej grupy potraw i domyślny, przeznaczony dla niej czas przyrządzania. Wyboru gru-
py potraw dokonujemy za pomocą klawiszy oznaczonych na płytce strzałkami. Po naciśnięciu przycisku SET mamy możliwość zmiany wartości ustawionego czasu, którą możemy przeprowadzić za pomocą przycisków oznaczonych strzałkami. Wejście w tryb ustawiania czasu jest dodatkowo sygnalizowane wyświetleniem na ekranie litery "S", umieszczonej na ostatnim polu wyświetlacza. Ponowne naciśnięcie przycisku SET powoduje zapisanie ustawionego czasu w pamięci EEPROM i powrót do menu głównego.
Timer uruchamiamy za pomocą przycisku START/ STOP i tym samym przyciskiem możemy w dowolnym momencie przerwać jego działanie. Zliczanie upływającego czasu jest obrazowane na wyświetlaczu, na któ-

3 i
02 Cl ftT90S2313 IOOuF
3 k_ C

*> o lOOnF
Ś O 27pF27pF g

� 0
0 0

Rys. 2.
rym dodatkowo wyświetla- przerywanym sygnałem
ny jest migający prostokąt. akustycznym, trwającym ok.
Zakończenie odmierzania 10 sekund,
czasu sygnalizowane jest Andrzej Gawryluk, AVT
Elektronika Praktyczna 3/2001
MINIPROJEKTY
Programator szeregowych pamięci EEPROM I2C sterowany z pakietu BASCOM
Małe gabarytowo,
tanie i łatwe do
nabycia pamięci
szeregowe EEPROM już
dawno zdobyły sobie
uznanie projektantów
systemów
mikroprocesorowych.
Stanowią one niezbędne
uzupełnienie
mikroko n troi eró w
nie wyp o saż o nych
w wewnętrzną pamięć
nieulotną, takich jak na
przykład popularny
AT89C2051.
O pakietach BASCOM
Najczęściej pamięci te wać opis kolejnego, uspra- procesora, ale umówmy się, służą do przechowywania da- wiedliwione jest jedynie jego że będzie nim wspomniany nych i są programowane bardzo nietypowym rozwią- już '2051. i p rze progra mo wywane zaniem konstrukcyjnym. Pro-w systemie. Jednak niekiedy gramator korzysta bowiem z 8051 i AVR zdobywających może zaistnieć potrzeba za- procesora, z tym że proceso- sobie ogromną popularność programowania takiej pamię- ra wirtualnego, istniejącego wśród elektroników, napisa-ci poza systemem i traktowa- jedynie w pamięci operacyj- no już w EP wiele pochleb-nia jej jako dodatkowej pa- nej komputera. Nie musimy nych słów. Sądzę więc, że mięci ROM procesora. W pa- nawet definiować typu tego większość Czytelników wie, mięci takiej, łatwej do przeprogramowania i wymiany, można przechowywać dane dotyczące sposobu pracy układu, które mogą być zmieniane w zależności od jego aktualnego zastosowania.
Programatory pamięci EEPROM PC były już wielokrotnie opisywane na łamach Elektroniki Praktycznej, i to, że pozwalam sobie zaprezento-
P3.7
Rys. 1.
Rys. 2.
72
Elektronika Praktyczna 3/2001
MINIPROJEKTY
List. 1.
'####### KONFIGURACJA SPRZĘTOWA #############
$sim 'praca w symulacji
Config Sda = P3 .5 'konfiguracja magistrali I2C
Config Scl = P3 .7 'konfiguracja magistrali I2C
'######### DEKLARACJE ZMIENNYCH #############
Declare Sub Read_eeprom(adres As Byte, Test As Byte)
'deklaracja podprogramu odczytu pojedynczej
'komórki pamięci EEPROM Declare Sub Write_eeprom(adres As Byte, Value As Byte)
'deklaracja podprogramu zapisu do pojedynczej
'komórki pamięci EEPROM Dim Adres As Byte, Value As Byte
'deklaracja zmiennej określającej adres w pamięci
'i zapisywaną wartość Dim Test As Byte
'deklaracja zmiennej pomocniczej
'######## GłÓWNA PĘTLA PROGRAMOWA ###########
Do
Input "Podaj adres pod którym mają być zapisane dane: ", Adres
'zapytanie o adres, pod który ma być zapisana
' informacja Input "Podaj wartość, która ma być zapisana: ", Value
'zapytanie o wartość, jaka ma być umieszczona
'w podanej komórce pamięci Cali Write_eeprom Adres, Value
'wezwanie podprogramu zapisania wskazanej komórki
'pamięci podaną wartością Cali Read_eeprom Adres, Test
'kontrolny odczyt zapisanej uprzednio wartości
If Value = Test Then
'jeżeli wynik porównania wartości podanej
'z odczytaną jest pomyślny, to: Print "Zapis poprawny!"
'wyświetl na ekranie terminala komunikat
'o poprawności zapisu End If
Loop '###### PODPROGRAMY ODCZYTU I ZAPISU DANYCH #########
Sub Read_eeprom(adres As Byte, Value As Byte)
I2Cstart
I2Cwbyte 160
I2Cwbyte Adres
I2Cstart
I2Cwbyte 161
I2Crbyte Test, 9
I2Cstop End Sub
Sub Write_eeprom(adres As Byte, Value As Byte)
I2Cstart
I2Cwbyte 160
I2Cwbyte Adres
I2Cwbyte Value
I2Cstop
Waitms 10 End Sub
że jednym z najsilniejszych narzędzi zawartych w tym oprogramowaniu są emulato-ry sprzętowe umożliwiające przetestowanie opracowane-
go programu w środowisku, dla którego został przeznaczony. Jedną z zalet języka MCS-BASIC jest wyjątkowo łatwa obsługa magistrali PC,
czyli także wykonywania wszystkich operacji związanych z programowaniem pamięci EEPROM z taką magistralą. Jakie stąd płyną wnioski? Ano takie, ze minimalnym nakładem środków możemy zbudować programator takich pamięci, składający się zaledwie z dwóch ośmio-pinowych podstawek i jednej podstawki 20-pinowej, przeznaczonej do włożenia w nią wtyku emulacyjnego. Oprogramowanie sterujące pracą programatora mamy w zasadzie gotowe: jest nim program BASCOM 8051 i napisane samodzielnie banalnie proste programiki przeznaczone dla wirtualnego procesora, których zadaniem będzie zapisywanie danych w pamięciach, odczytywanie ich, kopiowanie całych pamięci i wszystko to, co tylko przyjdzie Warn do głowy (rys. 1).
Prezentowany programator ma, poza prostotą budowy, jeszcze jedną zaletę: pozwala na skupienie kilku narzędzi niezbędnych konstruktorowi wokół jednego środowiska programowego.
Opis działania
Na rys. 2 pokazano schemat elektryczny programatora, a właściwie przystawki do emu lat ora sprzętowego współpracującego z pakietem BASCOM. Schemat ten pozostawimy bez komentarza, skupiając się na omówieniu metod programowania układu. Zakładam, że Czytelnik zapoznał się już z pakietem BASCOM i zna podstawowe zasady jego obsługi i pisania programów w języku MCS-BASIC.
Aby wykonać dowolne operacje związane z programowaniem lub odczytywaniem pamięci EEPROM, należy po prostu napisać program, który po skompilowaniu zostanie uruchomiony w emulacji sprzętowej. Sądzę, że przykład programu przedstawiony na list. 1 może być pomocny przy pisaniu własnych, bardziej rozbudowanych programów. Dysponujemy dwoma
WYKAZ ELEMENTÓW
Kondensatory
Cl, C4: 100uF/16V C2, C3: lOOnF Półprzewodniki
IC3: 7805 Różne
CON1: ARK2 (3,5mm) CON2: podstawka precyzyjna DIL2O ICl, IC2: podstawka precyzyjna DIL8
Płytka drukowana wraz z kompletem elementów jest dostępna w AVT - oznaczenie AVT-1299.
Wzory płytek drukowanych w formacie PDF są dostępne w Internecie pod adresem: http:/ I www.ep.com.pil ?pdf Ima-rzec01.htm oraz na płycie CD-EP03/2001 w katalogu PCB.
podstawkami przeznaczonymi dla pamięci EEPROM i w związku z tym napisanie programu kopiującego zawartość jednej pamięci do drugiej nie powinno nikomu zająć więcej czasu, niż kilka minut. Przypominam tylko, że pamięć w podstawce ICl posiada adres 160 dla zapisu i 161 dla odczytu, a pamięć umieszczona w podstawce IC2 analogicznie 162 i 163 (adresy podane dziesiętnie).
Montaż i uruchomienie
Na rys. 3 zostało pokazane rozmieszczenie elementów na płytce obwodu drukowanego wykonanego na laminacie jednostronnym. Zbigniew Raabe, AVT zbigniew.raabe@ep.com.pl
Rys. 3.
Elektronika Praktyczna 3/2001
73
NOWE PODZESPOŁY
Cyfrowy potencjometr
Układ DS1809 to cyfrowy potencjometr o rozdzielczości 6 bitów, zintegrowany z dekoderem przycisków góra/dól oraz nieulotną pamięcią nastaw, w której na życzenie jest zachowywane położenie suwaka potencjometru. Ponieważ trwaloSć pamięci EEPROM
O
o
Rh
STR
Pamięć EEPROM
Logika sterująca
-o
Rys. 1.
Jest
DALLAS
SEMICONDUCTOR
jest ograniczona, uaktualnienie jej zawartoS-ci jest możliwe po podaniu sygnału strobu-jącego na specjalne wejScie układu. Dzięki tym funkcjom układy DS1809 doskonale nadają się do zastąpienia standardowych potencjometrów regulacyjnych.
Układy DS1809 są oferowane w trzech wersjach różniących się całkowitą rezystancją potencjometru: 10, 50 i lOOkH. Dostępne obudowy to: DIP/SOIC/nSOP8. Zakres temperatur pracy: O.. + 7O�C.
http://www.dalsemi.com/datasheets/pdfs/ 1809.pdf
Przedstawicielami Dallasa w Polsce są firmy: Soyter (tel. (0-22) 685-30-04) oraz WG-Electronics (tel. (0-22) 621-77-04).
Sterownik klawiatury USB
Atmel wprowadził do sprzedaży specjalizowany kontroler klawiatury USB zintegrowany z dwuwyjSciowym hubem. Układ AT43USB324 może obsługiwać klawiaturę połączoną w matrycę o wymiarach 18x8 oraz pole sygnalizacyjne składające się z czterech diod LED. W strukturze układu zintegrowano wszystkie elementy huba USB, za wyjątkiem kluczy prądowych dostarczających napięcie zasilania do wyjSciowych gniazd USB.
Budowa prezentowanego sterownika jest oparta na mikrokontrolerze AVR z pamięcią programu ROM (programowana maską) o po-jemnoSci 16kB i pamięcią SRAM o pojem-noSci 512B. Standardowe wersje układów są dostarczane z programem umożliwiającym obsługę multimedialnej klawiatury do PC, z szeregiem dodatkowych klawiszy funkcyjnych.
Układy AT43USB324 są oferowane w dwóch wersjach obudów: SSOP48 i LQFP48, obydwie przystosowane do pracy w rozszerzonym zakresie temperatur: O..+85�C.
http://www.atmel.com/atmel/acrobat/ docl941.pdf
Przedstawicielami Atmela w Polsce są firmy: Codico (tel. (0-51) 642-88-00) i Gamma (tel. (0-22) 663-83-76) i JM Elektronik (tel. (0-32) 339-69-00).
ŚDATA ŚADDRESS
ŚCOWTROL
osc &
PLL
INT UNIT
512 BYTES SRAM
PORTA PORTB PORTC POFTTD PORTE
5fTAL1 PA[0:7] COL(0:7]

PB[D:7] COL[8:iei

XTAL2 UT PE[0.1] COŁ[16,17] KEYBOARD

Fwr ^ROWIftT]
TEST PC[0:7]
PWR3/PD3 PWH2/PD4 PD[6:7] LEDS

OVC2/PD1
PDO Ś<------->
DPO
DM0
DP2 cext
DM2
DP3 vcc <.----------
DM3
vss <
Rys. 2.
Elektronika Praktyczna 3/2001
81
NOWE PODZESPOŁY
Szybki przetwornik A/C z wewnętrznym generatorem sygnału zegarowego Jest
i źródłem napięcia odniesienia CD
ANALOG DEYICES
VIN<
CLOCK OSCILLATOR
OUTPUT DRIVERS
DB11
DDBO
CONTROL LOGIC
AD7492
Jednym z najnowszych opracowań firmy Analog Devices jest układ AD7492 - szybki, 12-bitowy przetwornik A/C z wyjSciem równoległym. Jest on dostępny w dwóch wersjach różniących się częstotli-woScią próbkowania: 1 lub l,25MHz. Napięcie zasilania układu powinno się mieScić w przedziale 2,7..5,5V, przy czym pobór mocy nie przekracza 4mW (3V) lub llmW ij) PS/F5 (5V). Na wejSciu przetwornika zastosowano wzmacniacz próbkująco-pamiętający o paśmie przenoszenia lOMHz, który min pozwala osiągnąć użyteczne pasmo sygnału wejScio-wego 0..100kHz.
BUSY
W strukturę układu wbudowano ponadto generator taktujący, precyzyjne źródło napięcia odniesienia, trójstanowe wzmacniacze wyjSciowe oraz moduł logiki sterującej.
Układy AD7492 są dostępne w dwóch wariantach obudów: SOIC i TSSOP24 - obydwie przeznaczone do montażu powierzchniowego Ś
http://products.analog.com/products/ !inks/datasheets.asp?product=AD7492
Przedstawicielami Analog Devices w Polsce są firmy: Alfine (tel. (0-61) 820-58-11) i Atest (tel. (0-32) 238-03-60).
Rys. 3.
AGND
DGND
Scalony selektor źródła zasilania
Układ MAX1773 jest scalonym selektorem źródeł zasilania, który może nadzorować i przełączać trzy niezależne źródła do jednego obciążenia. Dwa źródła powinny być typu akumulatorowego, trzecie (niestabilizowane) może być zasilaczem sieciowym o napięciu wyjSciowym 4,75..28V. Układ samoczynnie wykrywa dołączenie zasilacza zewnętrznego, wymianę jednego z akumulatorów, ostrzega także użytkownika po wykryciu zbyt gwałtownego obniżenia się napięcia akumulatorów. Po dołączeniu zewnętrznego zasilacza MAX1773 nadzoruje ładowanie akumulatorów.
Układ płynnie przełącza źródła zasilające za pomocą szeSciu zewnętrznych kluczy tranzystorowych. O tym, które z kluczy są w danej chwili włączone decyduje aktualny stan zasilania, rozpoznany przez wewnętrzny moduł logiczny układu. Przełączanie źródeł zasilania odbywa się w taki sposób, że praktycznie nie wpływa na pracę zasilanego urządzenia.
Układ MAX1773 jest oferowany w obudowach typu TSSOP20 i może pracować w rozszerzonym zakresie temperatur -4O..+85�C.
http://pdfserv.maxim-ic.com/arpdf/ 2374.pdf
Przedstawicielem Maxima w Polsce jest firma SE Spezial Electronic (tel. (0-95) 758-05-72).
TOHOSTuP
AC ADAPTER
INPUT T, J_
Jest
CD
/i/i/j xi/i/i
Rys. 4.
Kolejne CoolRunnery w ofercie firmy
Jest CD
Po doSć długiej przerwie, Xilinx powiększył rodzinę układów CoołRunner o architekturze XPLA trzeciej generacji o układy z 256 i 384 makrokomórkami logicznymi. Pamięć konfiguracji w tych układach jest typu EEP-ROM, a budowa struktury (łącznie z matrycą połączeniową ZIA i alokatorami zasobów logicznych) odpowiada technologii CMOS. Dzię-
ki temu statyczny pobór prądu przez układ XCR3256XL nie przekracza 110[iA.
Podobnie do swoich starszych "braci" układy XCR3256XL i XCR3384XL są wyposażone w interfejs JTAG, za pomocą którego można programować w systemie pamięć konfiguracji oraz testować funkcjonalnie układy, także po zamontowaniu w docelowym systemie.
LXILINX'
http://www.xilinx.com/paninfo/ds024.pdf http://www.xilinx.com/paninfo/ds013.pdf Przedstawicielem firmy Xilinx w Polsce jest firma Atest (tel. (0-32) 238-03-60).
82
Elektronika Praktyczna 3/2001
NOWE PODZESPOŁY
Odporny na promieniowanie
TOR
International Rectifier wprowadził do sprzedaży kolejne, tym razem wysokonapięciowe, tranzystory polowe z serii RADHard odporne na promieniowanie radioaktywne. Tranzystory IRHY7G30SE/31SE mogą pracować w środowisku, w którym natężenie promieniowania osiąga wartość 37MeV. Zachowują wszystkie swoje szczytowe parametr, do których należy wysoka wartość napięcia
UD& wynosząca 1OOOV. Jest to znaczący postęp w stosunku do starszych generacji tranzystorów RADHard, których napięcie przebicia nie przekraczało 600V.
Przedstawicielami IRF w Polsce są firmy; Dacpol (iel. {0-22} 757-07-13}, Fuiure (iel. (0-22} 618-92-02}, SE Spezial Electronic (iel. (0-95} 753-05-72} i Spoerle {iel. {0-71} 848-52-27}.
Zegar czasu rzeczywistego
Układ DS1305 jest scalonym zegarem czasu rzeczywistego z kalendarzem, z modułem automatycznej korekcji roku przestępnego, który ma działać poprawnie do roku 2100. Zegar zlicza sekundy, minuty, godziny i dni tygodnia oraz roku. Zegar wyposażono w programowany moduł generacji dwóch alarmów, które można definiować jako kombinację dokładnej godziny i dnia tygodnia. Wbudowany w strukturę układu generator współpracuje z typowym kwarcem 3 2,768kHz. Dodatkowym wyposażeniem układu jest 96B nieulotnej pamięci RAM, w której użytkownik może przechowywać swoje dane. Dostęp do rejestrów i pamięci układu zapewnia szeregowy interfejs SPI.
JP DALLAS
MW SEMICONDUCTOR 'CD
Pracę zegara oraz podtrzymanie zawartości pamięci RAM po odłączeniu napięcia zasilającego umożliwia zasilanie bateryjne lub akumulatorowe. W układ DS1305 wbudowano programowane źródło prądu, za pomocą którego można doładować akumulator.
Układy DS1305 są dostępne w obudowach DIP16 iTSSOP20.
hiip; //www .dalsemi .com/daiasheeis/pdfs/ 1305.pdf
Przedstawicielami Daliasa w Polsce są firmy; Soyier {iel. {0-22} 835-30-04} oraz WG-Elecironics {iel. {0-22} 821-77-04}.
VCC1 ^ Sterownik, 32768 Khz X1 ["^^ X2
\CCIF > PT Ś*-GND +. detektor zasilania, rn od ut Ładowania akumulatorów Generator zeqarowy --
r Rejestry/liczniki zegara z alarmami
H Rejestr
3CLK > konfiguracji
3DI ^ 3DO ^- Interfejs Wejściowy rejestr | _. B fc
CE ^ 3ERMODE > Rys. 5. szeregowy przesuwający I^^Hi^iH Pamięć RAM

ł-INTO
Elektronika Praktyczna 3/2001
83
NOWE PODZESPOŁY
Scalony driver białych LED-ów
Układ MIC2142 jest scaloną przetwornicą DC/DC o bardzo wysokiej sprawności, której parametry zoptymalizowano do zasilania świecących na biało diod LED, stosowanych np. w panelach podświetlających wyświetlacze LCD. Układ jest dostępny w ultra miniaturowych obudowach z pięcioma wyprowadzeniami IttyBitty SOT23-5 i może być zasilany dowolnym napięciem z przedziału 2,2..16V. Maksymalne napięcie wyjściowe
Jest
przetwornicy wynosi 22V, co pozwala zasilać do 4 "białych" diod LED. Układ MIC2142 pobiera w stanie spoczynkowym zaledwie 85|jA.
http://www.micrel.com/_P DFZmic2142.pdf Przedstawicielem Micrsla w Polsce jest firma Fuiure (iel {0-22} 813-92-02}.
Stabilny temperaturowo potencjometr cyfrowy
Jest
Jedną z najpoważniejszych wad większości potencjometrów cyfrowych jest ich niewielka stabilność temperaturowa. Maxim, w ramach serii potencjometrów cyfrowych produkowanych w miniaturowych obudowach SOT-PoT, oferuje układ o współczynniku temperaturowym wynoszącym 5ppm/�C, czyli 10-krotnie mniejszym od współczynnika średniej klasy potencjometrów polimerowych, jego rozdzielczość wynosi 8 bitów, czyli jest dostępne 256 pozycji suwaka potencjometru. Programowanie nastaw umożliwia 3-liniowy, szeregowy interfejs SPI. Układ wyposażono w moduł likwidujący trzaski powstające podczas przełączania oraz moduł autozerowania, który po włączeniu zasilania ustawia suwak potencjometru w pozycję środkową.
Maxim oferuje dwie wersje tego układu, różniące się rezystancją potencjometru. Może ona wynosić 50kQ \tyż. 6.
(MAX5400] lub l00kQ (MAX540l], Niezależnie od wersji układy mogą pracować w szerokim zakresie temperatur -4O..+85�C i są montowane w 8-wyprowad żeni owych obudowach SOT-25.
h ttp; / fp d fs e rv. ma xi m -i c .comfarpdff 2402.pdf
Przedstawicielem Maidma w Polsce jest firma SE Spezial Electronic (tel. {0-95} 753-05-72}.
r

s-arr FKIITER LUTCM DBHDER i M

m- , L
1
5CU- CUKK
POR
L0QC / MAX54QQ/MAX54Ł

84
Elektronika Praktyczna 3/2001
Narysuj swój program!
Aby przygotować projekt sa pomocą Realisera należy:
- narysować schemat logiczny struktury projektowanego układu,
- zdefiniować algorytm działania programu sa pomocą grafu.
Z doświadczenia wiem, że wielu początkujących elektroników stykając się po ras pierwszy s programem Realisera podcsas tworsenia oprogramowania jakiegoś sterownika robi podstawowy błąd nie rysując grafu będącego odpowiednikiem algorytmu.
Co to jest ten algorytm?
Jest to po prostu opis dsiałania programu, podsielony na stany pracy, do których prsechodsi mikrokon-troler pod wpływem sdarseń (warunków), które mogą występować na se-wnątrs lub wewnątrs mikrokontrole-
PRACA
Rys.
STOP
ra. W programie Realiser sapisuje się algorytm graficsnie, w postaci grafu prsejść. Graf jest budowany s prede-finiowanych elementów sn a j dujących się w bibliotekach Realisera, takich
jak STATE (stan), CONDITION (warunek), INITIALSTATE (stan pocsąt-kowy). Schemat logicsny programu jest ściśle powiąsany s grafem, a do określania powiąsań służą elementy: STATE INPUT (sygnały wejściowe dla stanu), STATE OUTPUT (sygnały wyjściowe w określonym stanie). Prsykład najprostssego algorytmu sa-pisanego sgodnie s regułami Realisera prsedstawiono na rys. 1.
Aby ułatwić Csytelnikom posna-wanie Realisera, oprsemy się na gotowym projekcie, prostego regulatora temperatury, prsy gotowanym prses autora.
Projekt przykładowy
Na pocsątku opracowywania projektu musimy sadać sobie pytanie: co nass układ powinien robić? Na pewno powinien miersyć temperaturę, a wynik pomiaru powinien sostać porównany s wartością sadaną. W sależ-ności od wyniku porównania układ powinien ,,sadecydować" esy włącsyć grsałkę esy nie. Na rys. 2 prsedstawiono schemat logicsny układu wras s grafem prsejść dla Realisera.
Schemat logiczny
Wssystkie elementy biblio teesne użyte w schemacie wchodsą w skład standardowej biblioteki MAIN LIB Realisera (rys. 3), do której dostęp jest
W drugiej częś ci kurs u
przedstawiamy kompletny cykl
projektowania, na przykładzie
mikroprocesorowego regulatora
temperatury, za pomocą
Realizera. W programie
sterującym pracą mikrokontrolera rezygnowaliśmy z wprowadzenia programowanej
histerezy zapobiegającej
naprzemiennemu włączaniu
i wyłączaniu reguiatora przy
zadanej wartości stabiłizowanej
temperatury.
możliwy po wciśnięciu prsycisku pokąsanego na rys. 4.
Tak więc, aby narysować presen-towany schemat wystaresy pobrać
MAIN.LIB --------1
acfc........_____ __Ul Place 1
and2
ancf3 Info |
Rys. 3.
s biblioteki odpowiednie elementy, ułożyć je na planssy (arkussu robo-esym) i połącsyć se sobą. Możemy to srobić następująco: podświetlamy mysską element o naswie Siaieinii i naciskając prsycisk Place prsemiess-esarny element w wybranym miejscu strony. Następnie naciskamy prawy prsycisk rnyssy, co powoduje otwarcie się okna Edii ihe value, w którym wpisujemy naswę elementu np. START. Wybierając naswę tego elementów nie należy używać polskich snaków, ponieważ nie będą one poprawnie wyświetlane prses program. W ten sposób mamy umiessesony na planssy pierwssy element. Z biblioteki wybieramy kolejny element
Rys. 2.
Rys. 4.
Elektronika Praktyczna 3/2001
KURS
WLACZl
Rys. 5.
Rys. ó.
Rys. 7.
Rys. S.
Rys. 9.
Rys. 10.
Rys.
Rys. 12.
Rys. 13.
ZAUWYL
|grzalka
GRZANIE
TihPERATURA
HBWF
A B>A B B=A=C C BZAUWYL
Rys. 14.
o nazwie Condiiion, który umieszczamy obok poprzedniego i również nadajemy mu nazwę, powiedzmy PRACA. Po naciśnięciu przycisku możemy przystąpić do połączenia tych elementów. Po najechaniu kursorem na końcówkę elementu pojawi się mały krzyżyk, który wskazuje końcówkę możliwą do dołączenia. W tym momencie naciskamy lewy przycisk myszy, co spowoduje, że rysowana linia zostaje ,,zaczepiona" na końcówce. Następnie prowadzimy linię do kolejnego elementu, aż ukaże się krzyżyk na jego końcówce. W tym momencie naciskamy ponownie lewy przycisk myszy co spowoduje, że pomiędzy dwoma elementami będzie zestawione połączenie. Podczas rysowania schematu zauważycie, że program automatycznie wybiera trasę przebiegu linii połączeniowej.
Następnie wybieramy z biblioteki element o nazwie State i rysujemy schemat grafu korzystając z poznanych
elementów State, Condiiion. Jak widać na schemacie z rys. 2, zastosowaliśmy dwa wejścia analogowe z przetwornikiem A/L1, jedno wejście cyfrowe DI GIN oraz trzy wyjścia DIGOUT.
Wejście analogowe TEMPERATURA, jest wykorzystywane do pomiaru zmian napięcia na termistorze. Natomiast wejście analogowe POTENCJOMETR jest wykorzystywane przy pomiarze napięcia na potencjometrze zadającym próg załączenia grzałki.
Wejście cyfrowe DIGIN ZAŁ/W7Ł (rys* 5) wykorzystano jako włącznik inicjujący działanie programu. Wyjścia cyfrowe DIGOUT (rys* 6) sterują zewnętrznymi elementami takimi jak diody LED oraz przekaźnik załączający obwód grzałki.
Sygnały z przetworników analogo-wo-cyfrowych A/D (rys* 7), w postaci binarnych słów ośmiobitowych, są podawane szeregowo na wejście A, P, C komparatora (rys* 8). Następuje w nim porównanie wartości sygnału TEMPERATURA, przetworzonego przez przetwornik A/D do postaci cyfrowej, zwartością cyfrową na wyjściu przetwornika A/D POTENCJOMETR. Stan na wejściu A określa górny próg, a na wejściu C dolny próg zadziałania. W naszym przypadku wartość cyfrowa na obydwu wejściach jest jednakowa. Komparator posiada trzy wyjścia. W układzie wykorzystaliśmy dwa: wartość P jest mniejsza od C (PA).
Graf przejść
Stworzenie kompletnego programu za pomocą REALIZERA wymaga jesz-
cze opisanie sposobu działania mik-rokontrolera. Służy do tego graficznie zdefiniowany algorytm działania procesora, tzw. grafu, określający zależności logicznych pomiędzy zdarzeniami. Do tworzenia algorytmu w projekcie REGULATOR TEMPERATURY użyto następujących funkcji:
- INITIAL STATE - rys* 9 (stan początkowy, czyli początek działania programu procesora),
- CONDITION - rys* 10 (warunek),
- STATE - rys* 11 (stan).
Z elementem CONDITION powiązany jest ściśle element STATE INPUT, którego symbol graficzny pokazano na rys* 12. Podczas rysowania programu każdy element CONDITION powinien mieć nazwę np. ,,GRZANIE" i taką samą nazwę powinien mieć element STATE INPUT. Tak samo jest z funkcją STATE. Ta funkcja jest związana z elementem STATE OUTPUT i obie powinny mieć takie same nazwy. Jak widać na schemacie (rys. 2) programu zasada ta została zachowana.
Działanie programu przebiega następująco: pojawienie się na wejściu ZAŁ/WYŁ stanu wysokiego powoduje wyzwolenie krótkiego impulsu na wyjściu modułu EDGE (rys* 13), a w konsekwencji na wejściu STA-TEIN GO. Powoduje to pojawienie się stanu wysokiego na STATEOUT (UKLADWLACZONY), który podany na wejście S przerzutnika RS powoduje podanie logicznej jedynki na połączone wejścia A bramek AND.
Program oczekuje na następne zdarzenie. Spójrzmy na nasz algorytm: może to być zdarzenie KONIEC, GRZANIE lub TEMPOK. Zaistnienie zdarzenia KONIEC nastąpi
86
Elektronika Praktyczna 3/2001
Rys. 15.
w wyniku ponownego podania na wejście ZAŁ/WYŁ stanu wysokiego. Na STATEIN KONIEC pojawi się krótki impuls. Obydwa sygnały STATEIN KONIEC i STATEIN GO są generowane na jednym wyjściu, jak to pokąsano na rys. 13.
Mogłoby się wydawać, śe układ po ponownym podaniu stanu wysokiego na wejście ZAŁ/WYŁ przejdzie wstań GO. Jednak to nie nastąpi, ponieważ program reaguje tylko na takie zdarzenia, jakie występują po stanie w jakim się aktualnie znajduje. Daje to nam możliwość generowania z jednego wejścia różnych sygnałów przez przechodzenie z jednego stanu do następnego.
Kolejnym interesującym nas stanem jest GRZANIE, którego wykonanie powoduje przejście programu w stan GRZANIE. Warunek GRZANIE zostanie spełniony w przypadku, gdy w wyniku porównania przez komparator wartości zadanej potencjometrem z wartością zmierzoną na termistorze, na wyjściu komparatora Bpomiarów z przetworników A/D porównane przez komparator muszą dać wynik B>A, czyli zmierzona temperatura będzie wyśsza od ustawionej.
Gdy na wyjściu B>A komparatora wystąpi poziom wysoki, to wystąpi on jednocześnie (poprzez STATEIN TEMPOK oraz STATEOUT TEMPOK} na wejściu R (zerującym) przerzutnika. Powoduje to pojawienie się poziomu niskiego na wyjściu mikrokontrolera DIGOUT GRZANIE i LED GRZANIE. Na wyjściu DIGOUT TEMPOK LED pojawi się poziom wysoki, w wyniku którego zapali się dioda TEMPOK. Następnie program mikrokontrolera oczekuje na ponowne spełnienie któregoś z warunków GRZANIE, KONIEC i tak w "kółko".
Ciąg dalszy
Teraz, gdy wiemy jak działa program, mośemy przystąpić do dalszych czynności przy jego tworzeniu. Gdy mamy juś wszystko narysowane, na-leśy wszystkie wejścia analogowe oraz wejścia i wyjścia cyfrowe przypisać do fizycznych wyprowadzeń mikrokontrolera.
Kursorem najeśdśamy na wybrane wejście i dwa razy klikamy, w wyniku czego otwiera się okno Hardware conneciions (jak na rys. 15). Po jego lewej stronie znajduje się spis wolnych wyprowadzeń mikrokontrolera, a po prawej spis wykorzystanych.
Po zaznaczeniu w lewym oknie interesującego nas wejścia klikamy na przycisk Conned i wybrane wejście jest przenoszone do okna prawego. Po przeniesieniu naleśy koniecznie nacisnąć Close. W tym momencie zostanie przypisany sygnał ze schematu do fizycznego wyprowadzenia mikrokontrolera. Tak postępujemy kolejno
Ct Gfc
OK
OK
OK W
ze wszystkimi we]ściami i wyjściami. Mośe się zdarzyć, śe chcemy juś przypisane wyprowadzenie skonfigurować inaczej lub usunąć. W tym celu zaznaczamy wybrane wejście po prawej stronie okna i klikamy Discon.
W mikrokontrolerze ST62T01 jako wejścia cyfrowe mogą być wykorzystane wszystkie porty mikrokontrolera PAl. .PB7. Jako wejście analogowe z przetwornikiem analogowo cyfrowym mogą być skonfigurowane tylko cztery wyprowadzenia: PB 3, PB5, PB6, PB7. Po przypisaniu sygnałów
wejściowych i wyjściowych wyprowadzeniom, następnym krokiem jest przeprowadzenie analizy projektu. W tym celu naleśy na pasku menu wybrać Analyse i polecenie Go lub nacisnąć odpowiednią ikonę. Otwiera się okno, w którym obserwujemy cały proces analizy (rys. 16).
Podczas analizy tworzone są miedzy innymi wynikowy plik HEX do programowania mikrokontrolera oraz plik raportu, w którym opisano skonfigurowane wyprowadzenia oraz ilość wykorzystanej pamięci mikrokontrolera.
Kolejnym krokiem po skończonej kompilacji jest sprawdzenie programu na symulatorze, którym zajmiemy się za miesiąc. Krzysztof Górski, AVT krzysztof.gorski@ep.com.pl
Na płycie CD-EP2/2001B opublikowaliśmy STG-Realizeia w pełnej wersji funkcjonalnej. Jest on także dostępny (wraz z katalogiem procesorów ST62) na płycie CD-EP2.
Rys. 16.
Elektronika Praktyczna 3/2001
PODZESPOŁY
Scalone interfejsy czujników pomiarowych, część 3
Interfejsy z cyfrową kalibracją
Maxirn oferuje stosunkowo najwięcej, przy tym bardzo
rekcyjne są przechowywane w zewnętrznej pamięci nie-ulotnej EEPROM, skąd są automatycznie odczytywane za różnorodnych układów inter- pomocą wbudowanego
Fejso wych, wśród których w układ interfejsu SPI. Na szczególnie nowoczesne są rys. 11 pokazano przykładowy układy z cyfrową kalibracją system zautomatyzowanego ka-
Rys. 10.
parametrów. Przykładem takiego układu jest MAX1457, którego parametry zoptymalizowano pod katem współpracy z czujnikami piezorezystywny-mi. Schemat blokowy tego układu pokazano na rys. 10. Jak widać, oprócz tradycyjnego wzmacniacza pomiarowego z wejściem różnicowym, w jego wnętrzu ulokowano pięć 16-bitowych rejestrów przechowujących współczynniki korekcyjne sterujące pracą kompensacyjnych przetworników C/A (w tym liniowość przetwarzania], cyfrowo programowane źródło prądowe zasilające czujnik pomiarowy, a także 12-bitowy przetwornik A/C służący do konwersji napięcia zasilającego mostek pomiarowy. Współczynniki ko-
Zgodnie z zapowiedzią sprzed miesiąca
w ostatniej części artykułu omówimy
najciekawsze rozwiązania oferowane przez firmę
Maximr w tym "cyfrowe" interfejsy pomiarowe.
librowania systemów pomiarowych, zbudowanych na układach MAX1457.
Interesującą możliwością oferowaną przez Maxima jest dostosowanie parametrów wzmacniacza wejściowego oraz źródła zasilającego mostek pomiarowy do czujników różnego typu. Także budowę toru pomiarowego można dostosować do indywidualnych wymagań, co ułatwia fakt, że Maxim przygotował aż 90 różnych bloków funkcjonalnych. Zamówienie indywidualnej wersji tego układu jest obwarowane kilkoma warunkami, spośród których najtrudniejszy do pokonania to spora minimalna liczba zamówionych egzemplarzy.
Nieco mniej dokładną, ale bardziej zintegrowaną od MAX1457 wersją scalonego interfejsu pomiarowego jest układ MAX1458 (rys. 12). Nieulotną pamięć EEPROM o pojemności 128 bitów wbudowano w strukturę tego układu, a dostęp do niej umożli-
UCSN
Rys. 11.
Elektronika Praktyczna 3/2001
89
PODZESPOŁY
+5V
Rys. 12.
wia synchroniczny interfejs szeregowy, funkcjonalnie zbliżony do SPI. Interfejs ten można wykorzystać do jednoczesnej konfiguracji wielu modułów pomiarowych. Układ MAXl458 wyposażono w cztery korekcyjne przetworniki C/A o rozdzielczości 12 bitów oraz wbudowany w strukturę tennistor z wyprowadzoną na zewnątrz jedną końcówką. Podobny konstrukcyjnie do MAX1458 jest układ MAX14 78. Najpoważniejszą różnicą pomiędzy przedstawionymi układami jest zastosowanie w MAXl478 wzmacniacza wyjściowego z wyjściem rail-to-rail, dzięki któremu całkowita strata amplitudy sygnału wyjściowego na obciążeniu o impedancji 100kQ nie przekracza 100mV.
Budowę podobną do MAXl458/78 ma także układ MAXl459. Najważniejsze różnice polegają na:
- Wbudowaniu do wnętrza układu półprzewodnikowego termistora, odizolowanego od pozostałych elementów układu. Można go wykorzystać do pomiaru i ewentualnej stabilizacji temperatury struktury.
- Zastosowaniu na wyjściu MAX1459 multipleksera sygnałów wyjściowych.
- Zapewnieniu łatwej współpracy interfejsu z konwerterem napięcie-prąd z wyjściem 4..20mA.
Interfejs DSP
Maxim rozwijając możliwości oferowanych układów, wprowadził do produkcji niezwykle zaawansowany przetwornik A/C zintegrowany z procesorem DSP. Układ ten oznaczono MAXl460, schemat blokowy przedstawiamy na rys. 13.
W odróżnieniu od wcześniej opisanych układów MAXl460 samoczynnie analizuje zmiany parametrów otoczenia (przede wszystkim temperatury) i dynamicznie dostosowuje wartości współczynni-
ków korekcyjnych do warunków tak, aby uzyskać najlepsze z możliwych parametry przetwarzania. Rozbudowane procedury diagnostyczne ulokowane w pamięci ROM procesora DSP ułatwiają prowadzenie autodiagnostyki, dzięki której ryzyko nieprawidłowego skalibrowania układu jest minimalizowane.
Konwersja sygnału z mostka pomiarowego jest dwuetapowa. Najpierw następuje przetworzenie na postać cyfrową przez przetwornik o rozdzielczości 16 bitów. Ten
CS2 START TEST HESET SDIO
sam przetwornik jest wykorzystywany do konwersji sygnału z wewnętrznego (mostkowego) przetwornika temperatury. Na wejściu przetwornika znajduje się multiplekser analogowy z wejściami i wyjściem różnicowymi. Wyniki konwersji są obrabiane przez 16-bitowy procesor DSP. Słowo wyjściowe po wszystkich korekcjach ma rozdzielczość 12 bitów i jest dostępne w postaci równoległej. Dostęp do wstępnej konfiguracji DSP i pamięci EEPROM zapewnia 5-liniowy interfejs szeregowy z dwoma niezależnymi wejściami. Jest on aktywny tylko podczas programowania lub konfiguracji.
Podsumowanie
Jak widać z tego krótkiego przeglądu, funkcjonalna integracja dotknęła dotychczas ,,nienaruszalne" układy, jakimi były interfejsy pomiarowe. Dzięki temu projektanci systemów pomiarowych mają bardzo ułatwioną pracę, ponieważ wymagane niegdyś precyzyjne projektowanie analogowej części systemów pomiarowych częściowo można zastąpić przez odpowiednio oprogramowane mikrokontrolery.
Tak więc nawet układy bardzo analogowe, stają się coraz bardziej cyfrowe... Andrzej Gawryluk, AVT
Noty katalogowe układów prezentowanych w artykule dostępne są na stronach WWW producentów i na płycie CD-EP2/2001B w katalogu \Interfejsy.
EOC AMP- AMP+
16-bitowy interfejs szeregowy
AMPOUT
Logika sterująca
EEPROM

^______N Rejestr konfiguracji
v-----------/ Rejestr wspótcz. korekcyjnych
Vss
Rys. 13.
90
Elektronika Praktyczna 3/2001
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
Dział "Projekty Czytelników" zawiera opisy projektów nadesłanych do redakcji EP przez Czytelników. Redakcja nie bierze odpowiedzialności za prawidłowe działanie opisywanych układów, gdyż nie testujemy ich laboratoryjnie, chociaż sprawdzamy poprawność konstrukcji.
Prosimy o nadsyłanie własnych projektów z modelami (do zwrotu). Do artykułu należy dołączyć podpisane oświadczenie, że artykuł jest własnym opracowaniem autora i nie byt dotychczas nigdzie publikowany. Honorarium za publikację w tym dziale wynosi 250,- zł (brutto) za 1 stronę w EP. Przysyłanych tekstów nie zwracamy. Redakcja zastrzega sobie prawo do dokonywania skrótów.
Przetwornica napięcia 12/220V o mocy 150W, część 1
Przedstawiony układ przetwornicy DC/AC przetwarza napięcie stałe 12V na zmienne 220V. Układ może znaleźć zastosowanie w sytuacjach, gdy do dyspozycji mamy tylko napięcie 12V (akumulator}, a chcemy zasilać urządzenia przystosowane do zasilania tylko z sieci energetycznej. Przetwornicę z powodzeniem możemy wykorzystać także do zasilania odbiornika telewizyjnego lub wieży stereo w przypadku awarii zasilania sieciowego.
Projekt
083
Budowa przetwornicy
Schemat blokowy przetwornicy napięcia przedstawiono na rys. 1. Składa się ona s następujących bloków:
- generatora sygnału o częstotliwości 50Hz oraz układów różniczkujących,
- stabilizatora napięcia 220V,
- stopnia końcowego sterującego transformatorem,
- bloku zabezpieczającego akumulator przed rozładowaniem,
- bloku zabezpieczenia przetwornicy przed przeciążeniem lub zwarciem,
- transformatora toroidalnego.
Przetwornica jest zasilana z 12-woltowego akumulatora o pojemności 55Ah.
Schemat elektryczny przetwornicy przedstawiono na rys. 2. Wyposażono ją w kilka sygnalizatorów optycznych:
Rys. 1.
Słopliń mewy Tmufonratar
bwufiji u mUm (tom Halny)
t r
Bkrit znbazptoaanta Śkumulntam paad pnflbMTiby pmd
roztodamnlBni
- dioda LED Dli fśółta) sygnalizuje pracę układu,
- dioda LED Dl2 (czerwona) sygnalizuje zwarcie lub przeciążenie,
- dioda LED Dl3 (czerwona) sygnalizuje odwrotne dołączenie zacisków akumulatora,
- dioda LED Dl4 (czerwona) wskazuje iś akumulator zasilający przetwornicę jest rozładowany.
Działanie przetwornicy
Układ scalony USl (555) pracuje jako generator astabil-ny, wytwarzając przebieg prostokątny o częstotliwości 50Hz i współczynniku wypełnienia 50%. O częstotliwości generowanego przebiegu decydują elementy Rl, C2 oraz PRl, który służy do precyzyjnego ustawienia częstotliwości sygnału wyjściowego 50Hz. Kondensatory Cl oraz C3 filtrują napięcie zasilania, aby zapewnić stabilną pracę generatora. Z wyjścia 3 USl przebieg prostokątny trafia poprzez R2 na bazę Tl i zostaje odwrócony o 180�. Tranzystor Tl pełni tutaj rolę układu separującego między generatorem a układami różniczkującymi . Na wejścia
układów różniczkujących trafia sygnał prostokątny za pośrednictwem Tl. Na wejściu US2 napięcie jest odwrócone o 180� w stosunku do wejścia US3. Dzieje się tak za sprawą tranzystora T2. Układy różniczkujące, poprzez T3 i T4, wyznaczają czas przewodzenia tranzystorów mocy T9 i TlO. Obciążeniem każdego z tranzystorów mocy jest połowa uzwojenia wtórnego transformatora to-riodalnego, zaś środek uzwojenia (poprzez przekaźnik) połączony jest z biegunem dodatnim akumulatora. Sterowane naprzemiennie T9 i TlO wytwarzają w dwóch połówkach uzwojenia transformatora napięcie zmienne, którego wartość zależna jest od czasu przewodzenia T9 i TlO oraz napięcia zasilającego. W ten sposób w uzwojeniu pierwotnym transformatora uzyskujemy napięcie
0 większej wartości. Co prawda napięcie na wyjściu transformatora nie jest sinusoidalne, lecz prostokątne, jednak nie stanowi to problemu dla zasilanych urządzeń. T9
1 TlO to tranzystory MOS z kanałem N. Ich wybór nie jest przypadkowy, gdyż elementy te doskonale nadają się do pracy jako przełączniki. Elementy C6, D5 oraz odpowiednio C7, D6 zabezpieczają tranzystory mocy przed przepięciami, jakie powstają w momencie wyłączania tranzystorów obciążonych induk-cyjnością. Tranzystory końcowe pozbawione tego zabezpieczenia bardzo łatwo ulegają uszkodzeniu.
Układ US4 pracuje jako wzmacniacz różnicowy, którego sygnałami wejściowymi są spadki napięcia na PR5 oraz R21. Napięcie na PR5
Elektronika Praktyczna 3/2001
91
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
+9V
Rys. 2.
to napięcie odniesienia, którego wartość się nie zmienia. Natomiast napięcie na R21 może się zmieniać w zależności od obciążenia przetwornicy. Dlatego US4 wzmacnia różnicę spadków napięcia na PR5 i R21. Z wyjścia 6 US4 sygnał trafia na bramkę Tli, który włączony w obwód sprzężenia zwrotnego układów różniczkujących, pracuj e jako zmienna rezystancja.
Zmiana rezystancji w układzie różniczkującym powoduje zmianę szerokości impulsów wychodzących z układów US2 i US3. Zmieniając szerokość impulsów wyznaczamy czas przewodzenia T9 i TlO, a tym samym zmieniamy napięcie na uzwojeniach transformatora. Oczywiście impuls o maksymalnej szerokości lOms dla każdej połówki napięcia będzie wtedy, gdy przetwornica będzie obciążona maksymalnie tj. 150W. Jeśli obciążenie będzie mniej sze, mniejsza będzie także szerokość impulsów na emiterach T3 i T4. W ten sposób prze-
twornica realizuje stabilizację napięcia na poziomie 220V, niezależnie od obciążenia. Zastosowana metoda stabilizacji powoduje, że zmiana napięcia zasilającego przetwornicę w przedziale 11,IV do 12,5V nie wpływa na jej napięcie wyjściowe 220V. W celu ochrony akumulatora przed nadmiernym rozładowaniem, w przetwornicy znalazł się układ, który chroni akumulator. Gdy napięcie zasilające spadnie poniżej wartości 11,IV, zacznie przewodzić tranzystor T6, który podając dodatni potencjał na bazę T7 zablokuje jego pracę. W konsekwencji przekaźnik odłączy dodatni biegun akumulatora od odczepu transformatora, uniemożliwiając dalszą pracę przetwornicy. Jednocześnie przewodzący T6 powoduje, iż zaświeci się dioda LED D14 sygnalizując rozładowanie akumulatora. Dioda DlO ma za zadanie zabezpieczyć T7 przed przepięciami wynikającymi z indukcyjnoś-ci cewki przekaźnika. Michał Cembrzyński
WYKAZ ELEMENTÓW Rezystory
Rl, R3, R5, R28: 3kQ
R2, R4, R9, R13, R24: 47kQ
R6: 430Q
R7, Rl 1: 22kQ
R8, R12, R36, R41: 1MQ
RIO, R14, R22, R23, R25,
R33, R39: 10kQ
R15..R17: l,5kQ
R16, R18, R21: 4,7kQ
R19: 47kQ/lW
R20: 100ka/lW
R26: 1,2MQ
R27: 150kQ
R29: 120Q
R30, R32, R34, R43: lkLl
R32: 33kQ
R35, R37: 200Q
R38: 12kQ
R40, R42: 100kQ
Rb - bocznik wykonany wg
opisu
PR1: 470kQ
PR2, PR3, PR4, PR5, PR6:
22ka
Kondensatory
Cl: 47^F/16V
C2: lOOnF
C3: lOnF
C4, C5: 220nF
Có, C7: 47nF
C8: 47nF/400V
C9: 470^F/25V
CIO, C14: 100^F/16V
Cli, Cl2: 470^F/16V
C13: 22nF
C15: 47^F/16V
Półprzewodniki
US1: TLC555
US2, US3, US4, US5: LM741
US6: 4013
US7: 7809
T1..T5: BC237
T6..T8: BC3O8
T9, TlO: IRF540
Tli: BS107
D1..D4: 1N4148
D5..D10: 1N4007
Dli: żółta dioda LED
D12..D14: czerwona dioda
LED
DZ: dioda Zenera 10V
Różne
Bl: bezpiecznik 25AT
B2: bezpiecznik 1.5AT
PK: przekaźnik RM83P/12V
VI: warystor 250V
W: wyłgcznik 20A
Tr: transformator toroidalny
150W/2xl2V
Elektronika Praktyczna 3/2001
PROJEKTY
Transformator
elektroniczny
z regulacją mocy
AVT-898
W artykule przedstawiamy
konstrukcję nowoczesnego
transformatora elektronicznego
z regulacją oddawanej mocy,
którego parametry
zoptymalizowano pod kątem
regulacji jasności świecenia
żarówek halogenowych.
Niskonapięciowe żarówki halogenowe są coraz powszechniej wykorzystywanym źródłem światła. Do ich zasilania początkowo wykorzystywano klasy c zne ti ansf orm a tory sie ci o w e, a obecnie przede wszystkim zasilacze impulsowe. Klasyczny impulsowy zasilacz do żarówki halogenowej , zwany popularnie "transformatorem elektronicznym" , jest układem genialnie prostym, choć nie wolnym od ograniczeń. Jednym z nich jest brak możliwości regulacji jasności świecenia żarówki.
Dlaczego nie da się regulować jasności?
Uproszczony schemat elektryczny typowego zasilacza żarówek halogenowych (bez układów zabezpieczeń i filtru przeciwzakłóceniowego) przedstawiony jest na rys. 1. Niezwykła prostota struktury układu sprawia, iż jest
on wykorzystywany praktycznie w identycznej postaci prawie we wszystkich zasilaczach o tym przeznaczeniu. Napięcie sieci po odfiltio-waniu przez klasyczny układ filtru przeciwzakłóceniowego jest prostowane w mostku Ml. Zasila ono (bez odfiltiowania) układ samowzbudnego falownika pół-mostkowego, który tworzą bipolarne tranzystory Tl i T2 sterowane za pomocą transformatora TRl po stronie aktywnej oraz kondensatory C4 i C5 po stronie pasywnej. Na wyjściu układu mostkowego włączony został transformator impulsowy obniżający wyjściowe napięcie mostka do wartości nominalnej dla żarówki. Dodatnie sprzężenie zwrotne zapewniające oscylacje jest realizowane za pomocą włączonego szeregowo z wyjściem mostka uzwojenia pierwotnego sterującego transformatora Trl. Układ jest zasilany wyprostowanym i nieod-filtiowanym napięciem sieci,
Elektronika Praktyczna 1/2001
27
Transformator elektroniczny z regulacja mocy
C5
Diak
Rys. 1. Klasyczny transformator elektroniczny.
przede wszystkim dla zachowania dużej wartości współczynnika mocy. Częstotliwość pracy jest rzędu 30..40kHz.
Po włączeniu zasilania układ niestety nie wzbudza się automatycznie i drgania oscylatora muszą zostać zainicjowane w sposób wymuszony. Układ startowy składa się z dwójnika Rl, Cl oraz diaka. W miarę jak rośnie napięcie zasilające falownik, rośnie też napięcie na pojemności Cl. W chwili, gdy osiągnie ono próg przełączania diaka, kondensator Cl rozładowuje się poprzez złącze B-E tranzystora T2 zakłócając na chwilę symetrię mostka i rozpoczynając generację drgań. Po starcie falownika dioda D2 nie pozwala na naładowanie pojemności Cl, co skutecznie blokuje układ startowy.
Należy zauważyć, iż proces uruchamiania powtarza się w każdym półokresie napięcia sieci, a więc 100 razy na sekundę. Ponieważ falownik jest zasilany napięciem nieodfiltrowanym, co lOms jego chwilowe napięcie zasilania osiąga wartość zero, co powoduje zerwanie drgań i konieczność ponownego startowania. Napięcie progowe diaka (w 95% konstrukcji jest to DB3 STMicroelectronics) wynosi 32V. Uwzględniając opóźnienie wnoszone przez obwód Rl i Cl, próg napięcia zasilania, przy którym układ uruchamia się wynosi około 40V.
Teraz jest oczywiste, że to właśnie prostota tej konstrukcji
nie pozwala na poprawną i wygodną regulację jasności świecenia żarówki, gdyż próby manipulacji stałą czasu obwodu startowego Rl, Cl pogarszają współczynnik mocy zasilacza i nigdy nie doprowadzą do regulacji w wystarczająco szerokim zakresie, a rozwiązanie polegające np. na wykonaniu odczepów na uzwojeniu pierwotnym Tr2 trudno obecnie uznać za eleganckie i wygodne.
Jak zatem wykonać regulację?
Regulację jasności świecenia żarówki można przeprowadzić za pomocą układu o schemacie przedstawionym na rys. 2. Nietrudno zauważyć, iż jest to nieco zmodyfikowany układ stabilizatora obniżającego napięcie (ang. buck regulator), sterowany za pomocą popularnego układu modulatora szerokości impulsów. Modyfikacja układu polega na znacz-
nym obniżeniu wartości pojemności C7, dla zachowania dużej wartości współczynnika mocy układu, regulator w działaniu powinien bowiem przypominać autotransformator.
Opis działania regulatora
W zamyśle autora regulator powinien być urządzeniem autonomicznym, to znaczy takim, do którego można dołączyć jeden lub kilka fabrycznych zasilaczy impulsowych o stałym napięciu wyjściowym. Zadaniem tego układu byłaby płynna regulacja napięcia wyjściowego zasilacza, w szerokich granicach i bez pogarszania współczynnika mocy. Można oczywiście wbudować regulator do wnętrza zasilacza impulsowego. Czytelnik, który zdecyduje się na takie rozwiązanie będzie musiał jedynie uporać się z problemem zasilania układu regulatora.
Praca autonomiczna regulatora wymaga zdublowania na wejściu układu filtru przeciwzakłóceniowego oraz prostownika. Na szczęście fakt, iż elementy te istnieją już w gotowych transformatorach nie ma wpływu na pracę regulatora.
Jak wspomniałem, układ jest zasilany wyprostowanym i nieodfiltrowanym napięciem sieci, a na jego wyjściu występuje napięcie o takim samym kształcie, ale o mniejszej i regulowanej amplitudzie.
Regulator jest układem pośrednim między zasilaczem obniżającym napięcie a układem źródła prądowego zasilającego falownik półmostkowy. Układ źródła prądowego w tym zastosowaniu, a więc przy układzie samowzbud-
Rys. 2. Regulator mocy w transformatorze elektronicznym.
Elektronika Praktyczna 1/2001
Transformator elektroniczny z regulacja mocy
regulacja jasności świecenia
obwiednia dla dużego współczynnika wyp.
/ obwiednia dla
' A d. srednie9� współczynnika wyp. 4 r / Pofalowane napięcie
j'k Napięcie wyjściowe sieci jest następnie
- r\. dla małe] mocy świecenia "delikatnie" filtrowane,
Pofalowane napięcie sieci w powiększeniu
Wyjściowe napięcie regulatora
ma kształt zbliżony do wyprostowanej einusoidy. Jej amplituda Jest jednak
Rys. 3. Zasada działania układu regulatora mocy.
nym falownika półmostkowego, stosowanym w zasilaczu żarówkowym, byłby kłopotliwy w wykonaniu, dlatego taka koncepcja regulatora wydaje się autorowi optymalna.
Napięcie wyjściowe z mostka D1..D4 jest "siekane" z częstotliwością około 40kHz na szereg impulsów o amplitudzie równej chwilowej wartości napięcia sieci i współczynniku wypełnienia regulowanym płynnie za pomocą potencjometru w zakresie od około 25% do blisko 97% (rys. 3). Tak ukształtowane impulsy podawane są na wyjściowy filtr dol-noprzepustowy LC (DL2, C7 - rys. 4), który usuwa składowe wyso-koczęstotliwościowe z sygnału wyjściowego. Charakterystyczną cechą układu, odróżniającą go od typowego regulatora obniżającego, jest mała wartość pojemności C7. Nie może ona być duża, gdyż wtedy napięcie wyjściowe zostałoby od-filtrowane i wypadkowy współczynnik mocy układu uległby znacznemu pogorszeniu. Z kolei za mała wartość tej pojemności powodowałaby " złe odfiltrowanie wysokoczęstotli-wościowych składowych sygnału wyjściowego.
Sterowanie jasnością odbywa się poprzez zmianę współczynnika wypełnienia impulsu sterującego tranzystorem kluczującym Tl. Do sterowania tranzystora można wykorzystać jeden z wielu dostępnych na rynków scalonych sterowników PWM. Ważne jest jedynie, aby charakteryzował się on dużą wartością maksymalnego współczynnika wypełnienia impulsu, co jest
istotne z uwagi na możliwość uzyskania maksymalnej jasności świecenia żarówki. W układzie modelowym zastosowany został tani i popularny sterownik UC3842, w którym dokonano przełączenia trybu pracy na napięciowy za pomocą dzielnika R7, R6 (chip ten nie jest "typowym" układem PWM). Zaletą wybranego sterownika jest wysoka wydajność prądowa zawartego w strukturze drivera (rzędu 1A), co pozwala na użycie w charakterze klucza praktycznie większości popularnych MOS FET-ów mocy na napięcie 500V. Elementy R5 i C5 ustalają częstotliwość pracy układu, a R4 ogranicza dolny zakres regulacji współczynnika wypełnienia.
Do pracy kontrolera PWM potrzebne jest zasilanie. W opisywanym układzie dodany został
popularny dwuwatowy transformator sieciowy, co jest z pewnością rozwiązaniem prostym, ale może nie najelegantszym. Z zasilaniem, szczególnie w przypadku urządzenia autonomicznego, jest pewien kłopot, gdyż niestety nie można zrealizować go dokładając do dławika DL2 dodatkowe uzwojenie. Przy współczynniku wypełnienia impulsu bardzo bliskim jedności (jasność maksymalna) nie będzie ono w stanie dostarczyć dostatecznej energii kontrolerowi.
Montaż i uruchomienie
Układ regulatora jest prosty, montaż typowy i z pewnością nie sprawi kłopotów. Schemat montażowy płytki drukowanej jest widoczny na rys. 5. Jedynym problemem jest, jak zwykle, dławik. Jeśli uda się go kupić (nawet
0 zbliżonej wartości indukcyjnoś-ci) można użyć go w układzie regulatora. Jeśli nie - dławik trzeba wykonać samodzielnie. Do wykonania dławika potrzebny będzie rdzeń typu ETD34 z materiału 3C8 lub 3F3 ze szczeliną powietrzną 0,5mm (Al=260), drut nawojowy o średnicy lmm i nieco folii poliestrowej do izolowania nawiniętych warstw. Ponieważ dławik ma jedno uzwojenie (40 zwojów), nie ma problemu z początkami
1 końcami, a końce drutu wystarczy przylutować do karkasu zgodnie z rys. 6. Istotne jest, aby
Rys. 4. Schemat elektryczny regulatora.
Elektronika Praktyczna 1/2001
29
Transformator elektroniczny z regulacja mocy
c
"a
Rl
F1-2A
ISt
-S
O
e
o o
a +
Rys. 5. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej.
uzwojenie nawijać starannie, zwój przy zwoju, izolując starannie każdą warstwę folią. Dobre rezultaty daje też lakierowanie każdej z warstw lakierem uretanowym w aerozolu (oczywiście plus do tego folia!). Niestaranność pracy może objawić się przebiciami mię-dzywarstwowymi, co z pewnością nie wniesie nic dobrego do pracy układu.
Po nawinięciu należy prowizorycznie włożyć do karkasu połówki rdzenia i skontrolować induk-cyjność. Gdy zmierzona wartość będzie się zawierała pomiędzy 350 a 500 mikrohenrów, nawijanie można uznać za zakończone i rdzeń trzeba skleić (żywica epoksydowa itp. klej).
Ponieważ handlowcy zajmujący się magnetykami wyjątkowo rzadko wpadają na pomysł, aby mieć w ofercie magnetyki ze
Uzwojenie dławika Początek na końcówkach 3-7, koniec
na 10-12.40 zwojów drutem DNE 0.9mm w czterech warstwach.
Rys. 6. Podłączenie wyprowadzeń dławika
szczeliną powietrzną, istnieje prawdopodobieństwo, że poza pewną znaną firmą wysyłkową (znaną m.in. z opasłego katalogu), trudno będzie nabyć kształtkę ETD34 ze szczeliną. W takiej sytuacji dławik DL2 należy wykonać na rdzeniu kubkowym.
Potrzebny będzie rdzeń M30/ 19 z materiału F2001 (lub 3C8 w przypadku zagranicznego) i stałej Al=630. Na karkasie nawijamy wtedy 25 zwojów drutu o średnicy lmm. Po założeniu koszulek izolujących na końce uzwojenia dławik będzie można uznać za gotowy do sprawdzenia.
Zmontowany układ obciążamy transformatorem do żarówek halogenowych (z żarówką - maksymalne dopuszczalne obciążenie regulatora wynosi 2 00 W) lub w przypadku braku tego elementu zwykłą żarówką 220V/100W i włączamy do sieci. Świecenie żarówki powinno być bez drżenia i migotania, a próby manipulacji potencjometrem powinny skutkować zmianami jasności.
Przy braku świecenia trzeba sprawdzić wartość napięcia zasilania kontrolera (16..24V), obecność impulsów sterujących na bramce Tl, aż wreszcie sam klucz i napięcie na C6. Na zakończenie można dobrać wartość rezystancji R4 tak, aby uzyskać pożądaną minimalną jasność świecenia (przy finalnym obciążeniu).
Na koniec drobna uwaga. Z powodu specyficznej konstrukcji "transformatora elektronicznego" można go tylko obciążać
WYKAZ ELEMENTÓW
wersja 200W Rezystory
Rl: lMn
R2, R6: 10kO
R3: 33Q/0,5W
R4: 3,9kQ
R5: 15kQ
R7: 27kQ
Kondensatory
Cl, C2: 100nF/250VAC (400VDC)
C3: 47nF/63V
C4: 4,7nF/63V
C5: 2/2nF/63V poliestrowy
Có: 220^F/25V
C7: 220nF/400V
Półprzewodniki
Ul: UC3842
Tl: STP8N50
D1..D4: 1N5406
D5: BYT 13-600
D6..D9: 1N4148
Różne
DLI: DpsU21L21/3 (ZEI Polfer) lub
podobny
DL2: rdzeń ETD34 3C8, szczelina
0,5mm plus karkas, uzwojenia wg
opisu w tekście lub M30/19 F2001/
AI=630
Tr: TS2/56
radiator dla Tl
złączki ARK
oprawka bezpiecznika
bezpiecznik zwłoczny 2A
potencjometr liniowy 4,7kQ
czystą rezystancją. Prostowanie napięcia wyjściowego, a w szczególności próba jego odfiltrowania jest w zasadzie równoznaczna ze spaleniem zasilacza. Ta sama uwaga dotyczy duetu regulator-trans-formator. Uprzedzając pytania czytelników odpowiadam, że nie da się zrobić w ten sposób zasilacza napięcia stałego.
Ponieważ regulator jest połączony galwanicznie z siecią energetyczną, przy wszelkich próbach i uruchamianiu należy zachować wyjątkową ostrożność. Oś potencjometru regulującego również musi zostać wyposażona w pokrętło z tworzywa sztucznego. Robert Magdziak. AVT
Wzory płytek drukowanych w formacie PDF są dostępne w Internecie pod adresem: http://www.ep.com.pl/ pcb.html oraz na płycie CD-EP01/ 2001 w katalogu PCB.
30
Elektronika Praktyczna 1/2001
5 Międzynarodowy magazyn elektroników konstruktorów
4/2001
kwiecień � 15 zł 50 gr (7% VAT)
UKŁAD DO WZYWANIA POGOTOWIA RATUNKOWEGO
RAŹ
AUTOMATYCZNY WŁĄCZNIK OSWIElp WSKAŹNIK POBORU MOCY ODBIORISJJ DWUKIERUNKOWY INTERFEJS R "* CYFROWA CENTRALA ALARMÓW PROGRAMATOR UKŁADÓW ISP KARTA PRZEKAŹNIKOWA I2C
SPRZĘT:
ZESTAW URUCHOMJENIO\
ADuC824
OSCYLOSKOP HS-801
PROGRAMY: MAKEAPP Fl"n
[ol
EPon/offLIME ISSN lt4D-7tc15
D4>
Germany 12DM, France:
AUTOMATYKA
Uniwersalny wskaźnik K3GN
Miesiąc temu
prezentowaliśmy w EP pierwszy
z serii miniaturowych modułów
wskaźnikowych opracowanych
przez firmę Omron, zamykanych
w obudowach o wymiarach
odpowiadających 1/32
standardowej obudowy DIN.
Teraz sięgamy po niezwykle
uniwersalny moduł wskaźnikowo-
licznikowy, za pomocą którego
można mierzyć parametry
sygnałów analogowych
i cyfrowych, można go także
wykorzystać jako prosty
regulator. To wszystko
w pudełku z płytą czołową
o wymiarach 48x24 mm.
Już na pierwszy rzut oka moduł K3GN robi wrażenie: efektowny, dwukolorowy wyświetlacz cyfrowy LCD ze znakami
0 wysokości 7 mm w połączeniu z 4-przyciskową, estetyczną klawiaturą foliową sprawiają, że K3GN jest po prostu... ładny!
Ale to dopiero początek jego zalet. W tym niewielkim pudełku zintegrowano wielofunkcyjny przyrząd pomiarowy, za pomocą którego można mierzyć napięcie, prąd
1 częstotliwość. Wejściowe zakresy pomiarowe są dostosowane do standardów przemysłowych (O..5V, 1..5V, -5.. + 5V, -1O.. + 1OV, 0..20/ 4..20mA), dzięki czemu przyrząd
Cz9rwore pcdśweitene
-------------------------------------------------Zebn9 pcdświ9ll9ni9-------*--------------------------^------
E 3.E 5
pcdśweitne
może bezpośrednio współpracować z większością standardowych czujników zbliżeniowych, czujników obrotów, ciśnienia, wilgotności itp. Maksymalna częstotliwość zliczanych impulsów prostokątnych wynosi 5kHz, co w zupełności wystarcza w większości typowych aplikacji przemysłowych. Sygnały podawane na wejście, niezależnie od ich charakteru, można w niemal dowolny sposób skalować, dodając lub odejmując składową stałą, można także w pewnym stopniu modyfikować kąt nachylenia prostej skalowania (tgct).
Wyniki pomiarów są prezentowane na 5-cyfrowym wyświetlaczu z regulowanym przez użytkownika położeniem przecinka. Kolor podświetlenia można wybrać (czerwony lub zielony), może on także zmieniać się automatycznie, sygnalizując w jakim przedziale mieści się aktualna wartość mierzonego sygnału. Zasadę działania dwu-
Wartośi usiało re
Wartość zmierzona
Wy|śoie
ON
H slersza
OFF
Rys. 2.
UIIIKUII
Elektronika Praktyczna 4/2001
137
AUTOMATYKA
OLT2
OKT1
OFF
Rys. 3.
kolorowego podświetlenia pokazano na rys. 1. Jeżeli zmierzona wartość mieści się w przedziale określonym przez operatora (w "oknie" pomiędzy wartościami progowymi OUT1 i OUT2), pod-świetlacz świeci na zielono. Stany alarmowe po przekroczeniu jednej z wartości progowych są sygnalizowane zmianą koloru podświetlenia na czerwony i - opcjonalnie - włączeniem odpowiedniego przekaźnika.
OUT2
OUT1
OFF1
OFF-
Stany na wyjściach przekaźnikowych można zabezpieczyć przed oscylacjami mogącymi powstać na progach przełączania za pomocą opcjonalnej histerezy. Jak widać na rys. 2 włączenie przekaźnika wyjściowego następuje przy sygnale o wartości większej, niż jest wymagana do jego wyłączenia.
Moduł K3GN wyposażono w dwa wyjścia przekaźnikowe (lub - opcjonalnie - tranzystorowe), których funkcje można dostosować do
wymagań aplikacji. Oprócz sygnalizacji przekroczenia progów (z his-terezą lub bez), wyjścia modułu można skonfigurować w taki sposób, aby sygnalizować przekroczenie dwóch progów powyżej lub poniżej średniej wartości sygnału (rys. 3a), dwustopniowo sygnalizować wartość mierzonego sygnału w odniesieniu do progów dolnych i górnych obydwu nastaw progowych (rys. 3b) lub dwustopniowo sygnalizować przekroczenie górnego lub
133
Elektronika Praktyczna 4/2001
AUTOMATYKA
????
Rys. 4.
dolnego progu odniesienia, drugi skrajny sygnalizując jednostopnio-wo (rys. 3c).
Pomimo ogromnych możliwości, konfiguracja modułu K3GN jest mało skomplikowana, a to dzięki wielowarstwowemu menu, do którego dostęp jest możliwy za pomocą klawiatury. Komunikację z użytkownikiem ułatwiają proste komunikaty tekstowe, wyświetlane na wyświetlaczu LCD. Stosowanie przyrządu ułatwiają dodatkowe funkcje, wśród których szczególnie
przydatne są: możliwość uczenia przyrządu, uśrednianie zmierzonej wartości, a także przesuwanie "0" skali przetwarzania do aktualnie zmierzonej wartości.
W dużych systemach sterowania i kontroli bardzo przydatnym wyposażeniem modułu K3GN może okazać się wbudowany interfejs RS485 z możliwością pracy także w systemach multimaster. Do jednej pary przewodów można dołączyć do 32 urządzeń (w tym sterownik PLC lub inny moduł master), które mogą być adresowane niezależnie (jak na przykładzie pokazanym na rys. 4), adresy modułów slave mogą się także powtarzać. Podczas transmisji danych jest stosowany protokół Compo-WayfF, którego mechanizmy zapewniają podstawowy arbitraż pomiędzy modułami master, możliwość zdalnej konfiguracji K3GN, a także możliwość bezpośredniej transmisji do modułu danych pobieranych z pamięci DM sterownika.
Konstrukcja obudowy modułu K3GN umożliwia prosty montaż na tablicy (rozdzielczej, prognostycznej itp.), a sama obudowa spełnia wymagania odpornościowe na wilgoć i kurz zapisane w normach NE-MA4X oraz IP66.
Moim zdaniem Omron odniósł niewielki (wymiarami), lecz ogromny (inżyniersko i marketingowo) sukces. Moduł K3GN jest bowiem jednym z pierwszych na rynku modułów o naprawdę uniwersalnej budowie i ogromnych, konfigurowal-nych możliwościach. Jedno niewielkie pudełko potrafi zastąpić co najmniej 3 standardowe moduły po-miarowo-wskaźnikowe. A to dopiero początek! Tomasz Paszkiewicz
Artykuł powstał w oparciu o materiały firmy Omron, tel. (0-22) 645-78-60, www.omron.com.pl.
Nota katalogowa dotycząca K3GN jest dostępna w Internecie: http://www.eu.om ron .c om.
Elektronika Praktyczna 4/2001
139
PROJEKTY
Joystick komputerowy dla osób
niepełnosprawnych, część 1
AVT-5007
Kontynuując podjęty
w zeszłym roku temat
urządzeń służących osobom
niepełnosprawnym, proponuję
budowę joysticka do
komp u tera PC. Wpra wdzie
projekt powstał z myślą
o osobach pokrzywdzonych
przez los, ale i dla osób
sprawnych fizycznie układ
jnoże być interesujący, bo
obsługiwany jest przez
dmuchanie, a nie przez
naciskanie przycisków.
Tab.1. Podstawowe właściwości joysticka:
/ dwuosiowy, sterowany przechylaniem, /wyposażony w przełącznik pneumatyczny
zastępujący
x dmuchnięcie - pierwszy przycisk,
x zassanie -drugi przycisk, / dwa dodatkowe wejścia dla standardowych
włączników,
/ zasilanie z gamę portu komputera, /pobór prądu około 10mA
W porównaniu z "Myszką komputerową dla osób niepełnosprawnych" przedstawioną w EP4/2000, joystick jest bardziej rozbudowany. Oprócz nowoczesnego dwuosiowego akcelerometru i czujnika ciśnienia z precyzyjnym przetwornikiem analogowo-cyfrowym zawiera dwa potencjometry cyfrowe. Wszystkim steruje szybki procesor o architekturze RISC. Przesada? Może i tak, ale wystarczy zobaczyć rozradowanie gracza, który pierwszy raz od wielu lat nie musi tylko patrzeć jak grają inni. Może zagrać samodzielnie!
Josystick jest widziany przez komputer jako standardowy, dwuosiowy joystick z dwoma przyciskami. Dzięki temu poprawnie współpracuje z każdym komputerem PC wyposażonym w gamę port i może być wykorzystywany w większości gier na komputery PC. Cała "elektronika" joysticka mieści się w obudowie wielkości paczki papierosów. Do poprawnej pracy wystarczą niewielkie przechyły urządzenia umieszczonego na głowie lub w ręce osoby obsługującej. Przechylanie głowy (lub ręki) do przodu lub do tyłu oraz w lewo i w prawo powoduje taką samą reakcję, jak wychylanie w tych kierunkach drążka w standardowym joysticku.
Przyjąłem założenie, że joystick powinien umożliwiać zabawę osobie całkowicie sparaliżowanej, która może poruszać jedynie głową. Dlatego joystick jest zaopatrzony w czujnik pneumatyczny z ustnikiem. Dmuchnięcie w rurkę jest "widziane" przez komputer
14
Elektronika Praktyczna 4/2001
Joystick komputerowy dla osób niepełnosprawnych
+sy
MPX10DP
Rys. 1. Schemat elektryczny joysticka.
jak naciśnięcie pierwszego klawisza. Zassanie powietrza odpowiada naciśnięciu drugiego klawisza. Niezależnie od tego, do joysticka można podłączyć dwa dodatkowe wyłączniki. Joystick z takimi przyciskami może z powodzeniem służyć osobie sprawniejszej fizycznie. Modelowy egzemplarz wyposażyłem w uchwyt z wyłącznikami i to wystarczyło, aby joystick uzyskał pochlebną opinię wytrawnego gracza, jakim jest niewątpliwie mój siedmioletni syn Michał. Na stykach gamę portu jest dostępne napięcie +5V, zatem naturalne było wykorzystanie go do zasilania joysticka.
Opis układu
Schemat elektryczny joysticka przedstawiono na rys. 1. Można na nim wyróżnić cztery bloki:
- czujnik przechyłu (U2),
- czujnik ciśnienia (Sl) z przetwornikiem (U3),
- procesor sterujący (Ul),
- interfejs wyjściowy (U4, Tl, T2).
Czujnik przechyłu zrealizowałem na układzie ADXL202 firmy Analog Devices. W ceramicznej 14-nóżkowej obudowie do montażu powierzchniowego znajdują się dwa ustawione prostopadle czujniki przyspieszenia (akceleromet-ry). Do pracy układu potrzebne jest niewiele elementów zewnętrznych, a dzięki wyjściom PWM doskonale nadaje się on do współ-
pracy z mikrokontrolerem. Ponadto, przy standardowym zasilaniu (4,75...5,25V) pobiera niewiele prądu (Akcelerometry zawarte w układzie ADXL202 mogą mierzyć przyspieszenia w zakresie ą2g. Czułość przetwarzania jest stała i wynosi 12,5%/g z tolerancją ą2,5%. Oznacza to, że współczynnik wypełnienia prostokątnego przebiegu wyjściowego zmienia się o około 12,5% przy zmianie przyspieszenia o 9,81m/s2.
Przy idealnie poziomym ustawieniu akcelerometru, przyspieszenie ziemskie mierzone przez niego wynosi zero. Wówczas wypełnienie przebiegu na wyjściu akcelerometru może wynosić 25..75%. Tak duży rozrzut wartości spoczynkowej powoduje konieczność przeprowadzenia wstępnej kalibracji. Dzięki procesorowi jest to czynność bardzo prosta. Wystarczy nacisnąć wyłącznik Wl-USTAW. Wejście PB2(14-Ul) jest wówczas zwierane do masy, co program w mik-rokontrolerze odczytuje jako żądanie przeprowadzenia pomiarów wzorcowych. Kiedy i w jakim celu należy nacisnąć ten przycisk, dowiemy się dokładniej w części poświęconej uruchamianiu joysticka.
Przy odchyleniu akcelerometru od poziomu o określony kąt wartość sygnału odpowiadającemu przyspieszeniu rośnie zgod-
D 615(4,5)
nie z wartością sinusa kąta odchylenia. Dla 90 stopni sinus osiąga wartość jeden i w tym przypadku mierzone przyspieszenie wyniesie ąlg. Zakładając, że czujnik może odchylać się od poziomu maksymalnie o 3 0� w jedną lub drugą stronę, zmiana mierzonego przyspieszenia wyniesie od -0,5g do +0,5g.
Rezystor R4 ustala okres sygnału wyjściowego w obu kanałach. Przy wartości 1,3MQ okres sygnału wyjściowego wynosi około 10,4ms. Wyjścia akceleromet-rów (9, 10-U2) są dołączone bezpośrednio do wejść procesora INTO (6-U1) i INT1 [7-Ul).
Poza rezystorem ustalającym R4, układ ADXL202 potrzebuje do poprawnej pracy tylko dwóch elementów - kondensatorów filtrujących C6 i C7. Kondensatory te określają czas odpowiedzi czujników przyspieszenia. Kondensator C6 filtruje sygnał akcelerometru w jednej osi, podczas gdy C7 robi to samo w drugiej osi. Pojemność tych kondensatorów wynosi lOOnF. Przy takiej wartości pojemności szumy na wyjściu akce-lerometrów są znaczne i mogą wynosić kilkanaście tysięcznych g (g - przyspieszenie ziemskie), ale za to sygnał na wyjściu ustali się najpóźniej po 20ms. Jak z tego wynika, w projekcie joysticka największy nacisk położono na szybkość działania, a dokładność jest na drugim miejscu.
Elektronika Praktyczna 4/2001
15
Joystick komputerowy dla osób niepełnosprawnych
l/O port
Rys. 2. Schemat jednego kanału gamę portu.
Kolejny blok to czujnik ciśnienia Sl z przetwornikiem analogo-wo-cyfrowym U3. Ze względu na trudności ze zdobyciem przełączników ciśnieniowych o czułości rzędu 15mmHg (2kPa), reagujących na pod- i nadciśnienie, zastosowałem sprawdzone w myszce rozwiązanie z czujnikiem ciśnienia MPX1ODP firmy Motorola i przetwornikiem analogowo-cyfro-wym typu UTI firmy Smartec.
Konstrukcja sensora opiera się na klasycznym mostku rezystan-cyjnym o stopniu niezrównoważe-nia zależnym od przyłożonego ciśnienia. Czujnik jest wyposażony w dwa króćce doprowadzające powietrze do komór z dwóch stron membrany czujnikowej. Pod wpływem występującego ciśnienia membrana się odkształca, co powoduje zmiany rezystancji ścieżek napylonych na jej powierzchni.
Czujnik Sl jest zasilany z układu UTI(U3) przebiegiem prostokątnym dostępnym na wyjściach E-F. Rzeczywista wartość napięcia zasilającego mostek jest mierzona na wejściach A-B. Napięcie nie-zrównoważenia występuje na wejściach C-D.
Wyjście przetwornika jest podłączone do pinu PD6(11-U1). Układ UTI pracuje w trybie pomiaru mostka rezystancyjnego o niezrównoważeniu mniejszym niż ą4%. Czas pomiaru wynosi około 12ms. W takim przypadku na wyjściu pojawia się trójfazowy przebieg, w którym czas pierwszej fazy T" umożliwia pomiar offsetu toru pomiarowego, czas drugiej fazy Tab określa wartość napięcia zasilającego mostek pomiarowy, a czas trzeciej fazy T, odpowiada
napięciu wyjściowemu mostka. Znając te trzy czasy, można precyzyjnie obliczyć stopień niezrównoważenia mostka.
W stanie spoczynkowym wyjścia PBO (12-Ul) i PD5 (9-Ul) są na poziomie niskim, co powoduje, że tranzystory Tl i T2 są zatkane. Procesor, ustawiając poziom wysoki na wyjściu PD5, wymusza przewodzenie tranzystora Tl i zwarcie do masy wyjścia Z2. Stan taki jest odczytywany przez komputer jako naciśnięcie pierwszego przycisku joys-ticka. Analogicznie, wysłanie jedynki na wyjście PBO powoduje przewodzenie tranzystora T2 i zwarcie z masą wyjścia Z7 związanego z drugim przyciskiem.
Wyjście Z2 może być zwierane z masą - niezależnie od procesora - wyłącznikiem podłączonym do złącza DUS_1. Symulowanie drugiego przycisku jest możliwe po podłączeniu wyłącznika do złącza DUS_2.
Gdy nie jest mierzone ciśnienie, procesor ustawia na wyjściu PB3 (15-Ul) poziom niski napięcia. Taki stan na wejściu /PD (11-U3) powoduje uśpienie przetwornika i wyłączenie zasilania sensora. Dzięki temu znacznie zmniejsza się prąd pobierany przez cały układ. Rezystor R3 wymusza niski poziom na tej linii natychmiast po pojawieniu się napięcia zasilającego.
Teraz przyjrzyjmy się dokładniej układowi wyjściowemu. W zrozumieniu działania pomoże nam znajomość budowy gamę portu w komputerach PC. Schemat jednego z czterech kanałów portu pokazano na rys. 2. Podstawowym elementem jest timer 555. W praktyce stosuje się układ 558 zawierający cztery timery w jednej obudowie.
Rzeczywiste wartości elementów mogą nieco odbiegać od pokazanych na schemacie. Prawda, że zastosowane rozwiązanie poraża swoją prostotą? Prześledźmy pokrótce działanie tego układu. Procesor komputera, chcąc odczytać położenie joysticka, wysyła impuls zerujący. Impuls ten powoduje rozładowanie kondensatora Ct, po czym zaczyna się on
ładować przez połączone szeregowo elementy Rt i Pt. Czas trwania impulsu wyjściowego może być obliczony ze wzoru:
T= l,l*(Pt+Rt)*Ct
Rezystor Rt ogranicza prąd tranzystora rozładowującego w przypadku, gdy Pt jest zwarty. Jedynie zmienną wartość ma rezystancja potencjometru Pt, która może przybierać wartości od bliskich zeru przy wychyleniu drążka w lewo (lub w przód), do 100..150kQ, gdy drążek jest wychylony w prawo (lub wstecz). Mierząc czas impulsu na wyjściu timera 555 można określić w przybliżeniu rezystancję potencjometru, a co za tym idzie położenie drążka. Zwykle drążek można odchylić o około 30�..45� od pionu w każdą stronę, co powoduje obrót osi stowarzyszonego potencjometru o 60�..90�. Aby uzyskać wymagany zakres zmian rezystancji, stosuje się potencjometry o charakterystyce liniowej i wartości 470kQ przy całkowitym kącie obrotu 270..300�.
Na rys. 3 przedstawiono schemat kompletnego złącza gamę portu. Warto zwrócić uwagę na niejednoznaczność w opisie wyprowadzenia nr 8. Niektóre źródła wskazują na ten pin jako nie podłączony (N.C.), inne przypisują mu napięcie zasilania (+5V). Sytuacja jest podobna dla wyprowadzeń numer 12 i 15, jeśli port umieszczony na karcie I/O (pin 12) jest połączony z masą, a 15 pozostaje wolny. W portach gier na kartach muzycznych styki te są wykorzystywane do komunikacji z urządzeniami MIDI. Na wyprowadzeniu 12 jest sygnał wyjściowy MIDI TXD, a na 15 MIDI RXD.
Przykładowy schemat dwuosiowego joysticka z dwoma przycis-
JOYSTICKA
+5V
PRZYCISK 1A
POTENCJOMETR XA
MASA
MASA
POTENCJOMETR YA
PRZYCISK 2A
+5V/N C
JOYSTICK B
Ś5V
PRZYCISK 1B
POTENCJOMETR XB
MASA(MIDITXD)
POTENCJOMETR YB
PRZYCISK 2B
NC (MIDI RXD)
GNIAZDO DB15
Rys. 3. Złącze gamę portu.
16
Elektronika Praktyczna 4/2001
Joystick komputerowy dla osób niepełnosprawnych
WTYK DB15
Rys. 4. Schemat elektryczny standardowego joysticka.
karni pokazano na rys. 4. Ze względu na tolerancję elementów Rt i Ct oraz różne zakresy zmienności Pt, nie można jednoznacznie stwierdzić, jaki czas impulsu odpowiada określonemu położeniu drążka. Dlatego po podłączeniu nowego joysticka do komputera konieczne jest przeprowadzenie kalibracji. Jak dokonać takiej kalibracji w systemie Windows 95/ 98, opiszemy w części poświęconej uruchamianiu joysticka.
Teraz wróćmy do naszego układu. Zamiast tradycyjnych poten-
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl, R2: 10kn/0,25W R3: 100kn/0,25W R4: l,3Mn/0,25W Kondensatory Cl, C2: 22pF C3..C7: 100nF/63V C8: 100^F/16V Półprzewodniki
Ul: AT90S2313-10PC (zaprogramowany)
U2: ADXL202JQC U3: UTI
U4: AD8402-AN100 Sl: MPX10DP Tl, T2: BC547 Różne
Ql: rezonator kwarcowy 3,579545MHz
Bl: bezpiecznik MF-R-010 Z1..Z3, Z45, Z6, 11: kołki lutownicze Z8, Z9: ARK2 do druku Ul: podstawka DIL20 U3: podstawka DIL16 U4: podstawka DIL14 Wl: mikroprzełącznik do druku Wtyk D-SUB 15pin z obudową Kabel 6-żyłowy o długości 3m
cjometrów zastosowano ich elektroniczne odpowiedniki firmy Analog Devices o symbolu AD8402-AN100. W 14-nóżkowej obudowie znajdują się dwa 2 56-pozycyjne potencjometry RDAC sterowane szeregową, trójprzewo-dową magistralą SPI. Dwa dodatkowe wejścia umożliwiają asyn-chroniczne ustawienie potencjometrów w połowie zakresu (/RS) i rozłączenie wyprowadzenia Ax z równoczesnym połączeniem "suwaka" Wx z końcówką Bx (\SHDN). Potencjometry są produkowane w wersji jedno- (AD8400), dwu- (AD8402) i czterokanałowej (AD8403). Dostępne wartości rezystancji ścieżki to lkQ (-AN1), 10kQ (-AN10), 5 0kQ (-AN5 0) i 100kQ (-AN100).
Być może niektórzy z Was zauważą, że do zmiany czasu impulsu wyjściowego w timerze 555 wystarczy proste źródło prądowe i wcale nie jest konieczne stosowanie takich - bądź co bądź -złożonych elementów. Jeśli w dodatku będzie to źródło sterowane napięciowo z wyjścia akcelero-metru, to okaże się, że zbędny jest mikrokontroler! W zasadzie zgadzam się z tym. Jest jednak pewne "ale". Nie możemy mieć pewności, czy w jakiejś płycie głównej lub karcie dźwiękowej (zwykle tam znajduje się gamę port), nie zastosowano innej metody pomiaru. W dodatku, procesor i tak już mamy, bo jest konieczny do odczytywania czujnika ciśnienia.
Sterowaniem zajmuje się mikrokontroler AT90S2313 taktowany z częstotliwością 3,5 8MHz. Przebiegu zegarowego dostarcza rezonator kwarcowy Ql z towarzyszącymi kondensatorami Cl i C2. Ta odmiana AVR-ka posiada 2kB pamięci programu, 12 8 bajtów pamięci RAM i tyle samo pamięci EEPROM.
Jak wcześniej wspomniałem, napięcie zasilające jest pobierane z komputera. Napięcie to występuje na styku 1 złącza DB15 gamę portu. Takie wyjścia są zazwyczaj zabezpieczane wewnątrz komputera miniaturowymi bezpiecznikami topikowymi. Bezpieczniki te są wlutowane w obwód drukowany i w przypadku przepalenia, możemy mieć poważne problemy z ich lokalizacją i wymianą. Dlatego za-
stosowano dodatkowy bezpiecznik kasowalny Bl typu MultiFuse firmy Bourns. Jest to element, który już przy niewielkim przekroczeniu prądu znamionowego (lOOmA dla MF-R-010) rozłącza zabezpieczany obwód. Po usunięciu przyczyny zwarcia bezpiecznik sam powraca do stanu początkowego.
Zasilanie układów scalonych jest blokowane kondensatorami C3, C4, C5 o pojemności lOOnF i jednym kondensatorem elektrolitycznym C8 o pojemności IOOjiF. Tomasz Gumny, AVT tomasz.gumny@ep.com.pl
Dziękuję firmie ALFINE z Poznania za udostępnienie elementów firm Analog Devices i Bourns.
Wzory płytek drukowanych w formacie PDF są dostępne w Internecie pod adresem: http://www.ep.com.pl/ ?pdflkwiecienOlJitm oraz na płycie CD-EP04/2001B w katalogu PCB.
Elektronika Praktyczna 4/2001
17
PROJEKTY
Wskaźnik poboru mocy odbiorników 220VAC
AVT-5008
Propon ujemy Czytelnikom
budowę prostego urządzenia,
które może spełniać
przynajmniej dwie praktyczne
funkcje. Po pierwsze, układ
umożłiwia w miarę precyzyjne
określenie mocy pobieranej
przez dowolne urządzenie
elektryczne zasilane z sieci
energetycznej 230VAC. Po
drugie, instalacje elektryczne
w naszych mieszkaniach,
szczególnie budowanych przed
wieloma laty, najczęściej nie
są przystosowane do
wymogów współczesnego
gospodarstwa domowego,
a nawet uniemożliwiają
podłączenie do nich wielu
nowoczesnych, a co
n ajważniejsze bezpiecznych
w użytkowaniu urządzeń. Za
pomocą naszego miernika
m o żerny określić sum aryczny
prąd pobierany przez
wszystkie urządzenia aktualnie
pracujące w naszym
mieszkaniu.
Jak jest to ważne, mógł się przekonać każdy, komu podczas jednoczesnego korzystania z piekarnika elektrycznego, piecyka, pralki i jeszcze kilku innych "prą-dożernych" urządzeń AGD nagle "wysiadły" bezpieczniki w mieszkaniu. Stałe monitorowanie poboru prądu w mieszkaniu z pewnością umożliwi znaczne oszczędności coraz droższej energii elektrycznej.
Proponowany układ jest dość prosty do wykonania i, co bardzo ważne, jest odizolowany galwanicznie od napięcia sieci za pomocą dwóch transformatorów. Właśnie wykonanie transformatora pomiarowego może okazać się jedyną, nieco trudniejszą czynnością, jaką będzie trzeba wykonać. Ponieważ jednak uzwojenie, które będziemy musieli nawinąć liczy zaledwie jeden zwój grubego drutu, sądzę, że nawet ta czynność nie okaże się zbyt kłopotliwa dla "zaprawionych w bojach" czytelników Elektroniki Praktycznej.
Koszt wykonania układu jest także umiarkowany i sprowadza się głównie do zakupienia 32 diod LED i dziewięciu układów scalonych z wzmacniaczami operacyjnymi.
Opis działania
Na rys. 1 pokazano schemat układu pomiarowego wskaźnika, a na rys. 2 schemat modułu wyświetlacza słupkowego wykonanego z 32 diod LED. Omówienie schematu rozpocznijmy od części pomiarowej.
Czujnikiem pomiarowym układu jest transformator TR2, przez którego pierwotne uzwojenie, wykonane z jednego zwoju grubego drutu, płynie prąd pobierany przez monitorowane urządzenia. Transformator TR2 jest przerobionym transformatorem sieciowym, którego uzwojenie wysokonapięciowe pełni obecnie rolę uzwojenia wtórnego. W uzwojeniu tym indukuje się słabe napięcie, proporcjonalne do prądu płynącego w uzwojeniu pierwotnym, wzmacniane następnie przez wzmacniać z-komparator zbudowany z wykorzystaniem popularnego układu LM358 - IC2A. Jego wzmocnienie możemy regulować za pomocą potencjometru montażowego PRl.
Wzmocniony sygnał kierowany jest do wejścia drugiego wzmacniacza operacyjnego IC2B, pełniącego rolę wtórnika napięciowego. Następnie napięcie występujące na wyjściu IC2B jest
Elektronika Praktyczna 4/2001
19
Wskaźnik poboru mocy odbiorników 220VAC
+12V
OUT
GND
Rys. 1. Schemat elektryczny układu pomiarowego.
GND
uśredniane w obwodzie całkującym R4, C2. Dioda Dl zapobiega rozładowaniu kondensatora C2 przez obwód wyjściowy wtórnika IC2B. Dzięki temu na kondensatorze C2 występuje napięcie proporcjonalne do prądu płynącego w uzwojeniu pierwotnym transformatora T2.
Fragment układu z diodą Zene-ra D2 i kondensatorem C4 służy wytwarzaniu napięcia odniesienia, niezbędnego do poprawnego działania bloku wyświetlacza.
Podczas projektowania modułu wyświetlacza przekornie nie użyłem powszechnie stosowanych w wyświetlaczach "linijkowych" układów typu LM3 914, ale zrealizowałem go tradycyjnie, budując przetwornik analogowo-cyfrowy z wykorzystaniem 3 2 wzmacniaczy operacyjnych pracujących jako komparatory napięcia. Takie rozwiązanie jest nie tylko pewnym urozmaiceniem w naszych konstrukcjach, przy tym w najmniejszym nawet stopniu nie podnosi kosztów wykonania urządzenia, ani nie zwiększa wymiarów płytki obwodu drukowanego, określonych i tak liczbą zastosowanych diod LED.
Na schemacie, ze względu na oszczędność miejsca, nie zostały pokazane wszystkie komparatory i diody LED, a jedynie trzy "górne" i dwa "dolne" wzmacniacze operacyjne. Pozostałe wzmacniacze połączone są identycznie. Wszystkie wejścia nieodwracające
s s
wzmacniaczy zostały połączone i do nich jest doprowadzane mierzone napięcie. Wejścia odwracające dołączone są do kolejnych segmentów dzielnika napięciowego, utworzonego z 32 rezystorów RA, o identycznej wartości. A zatem, nasz wskaźnik będzie posiadał 31 progów przełączania i jego charakterystyka będzie liniowa. W miarę wzrostu napięcia dostarczanego na wejście IN, będą zapalać się kolejne diody LED: przy napięciu 0,28V (zakładając napięcie odniesienia równe 9,IV) pierwsza, przy ok. 0,56V druga i tak dalej. Przekroczenie napięcia ok. 8,8V spowoduje włączenie "najwyższej" diody i pełne wysterowa-nie wskaźnika.
Montaż
i uruchomienie
Na rys. 3 i 4 pokazano rozmieszczenie elementów na płytkach obwodów drukowanych wykonanych na laminacie jednostronnym. Część pomiarowa wskaźnika została umieszczona na jednej, mniejszej płytce, a wyświetlacz na drugiej,
Rys. 2. Schemat elektryczny modułu wyświetlacza słupkowego.
o znacznie większych wymiarach. Montaż możemy rozpocząć od mniejszej płytki, wykonując go zgodnie z ogólnie znanymi
zasadami. Po wlutowaniu w płytkę rezystorów i podstawki pod układ scalony montujemy elementy o coraz większych gabary-
Elektronika Praktyczna 4/2001
Wskaźnik poboru mocy odbiorników 220VAC
tach, kończąc na wlutowaniu w płytkę transformatora sieciowego TRI.
Płytkę wyświetlacza montujemy podobnie, zwracając jedynie uwagę na nietypowe oznaczenie elementów na schemacie i na płytce. Aby uniknąć niepotrzebnego przeładowania płytki napisami, wszystkie rezystory wchodzące w skład dzielnika napięcia i posiadające jednakową wartość, oznaczone zostały identycznymi symbolami: RA. Podobnie wszystkie rezystory ograniczające prąd diod LED oznaczone zostały jako RB, a diody LED po prostu jako D. Z wlutowaniem diod LED musimy jednak trochę poczekać,
WYKAZ ELEMENTÓW
Część pomiarowa Rezystory
PR1: miniaturowy potencjometr
montażowy lOOkO
Rl, R5: 10kO
R2, R3, R6: lka
R4: 100O
Kondensatory
Cl: 470^F/25V
C2: 100^F/10V
C3, Có, C7: lOOnF
C4:
C5:
Półprzewodniki
BR1: mostek prostowniczy 1A
Dl: 1N4148
D2: dioda Zenera 9,1V
IC1: 7812
IC2: LM358
Różne
LI: dławik IOOjiH
CON1, CON2: ARK2
TRI, TR2: transformator typu TSó/
46
2 złącza ARK2 (3,5mm)
Wyświetlacz Rezystory
RA: 32 rezystory lkn RB: 32 rezystory 560O Kondensatory
CL C2: 220jiF/16V
C3: lOOnF
Półprzewodniki
D: 32 diody LED $ 5mm
IC1...IC8: LM324
Różne
2 złącza ARK2 (3,5mm)
TRI
TS 6/46
Rys. 3. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej układu pomiarowego.
najpierw musimy wyjaśnić sobie rolę, jaką pełni dodatkowa płytka, której wzór zamieściliśmy na wkładce.
Płytka ta jest płytą czołową układu wyświetlacza, wykonaną z laminatu epoksydowo-szklane-go, z "fabrycznie" wywierconymi otworami na diody LED i z białymi polami, na których możemy umieścić skalę przyrządu. Zanim jednak wykorzystamy tę płytkę zgodnie z jej podstawowym przeznaczeniem, może posłużyć nam jako matryca umożliwiająca idealnie równe wlutowanie 32 diod w płytkę wyświetlacza. Wyprowadzenia wszystkich diod wkładamy w przeznaczone na nie otwory w punktach lutowniczych, zwracając uwagę na polaryzację. Następnie, zanim jeszcze włożymy układy scalone w podstawki i wlutujemy kondensatory, składamy obie płytki i stosując tulejki dystansowe o długości ok. 20 mm lekko skręcamy śrubkami. Układamy tak wykonaną "kanapkę" na stole diodami w dół i wyrównujemy je. Dopiero teraz, kiedy mamy pewność, że diody zostaną przylutowane równo, lutujemy ich wyprowadzenia. Ostatnią czynnością będzie skrócenie tulejek dystansowych tak, aby końce diod LED wystawały parę milimetrów ponad powierzchnię płyty czołowej.
Rys. 4. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej modułu wyświetlacza.
Elektronika Praktyczna 4/2001
21
Wskaźnik poboru mocy odbiorników 220VAC
Pozostała nam jeszcze jedna, chyba najtrudniejsza czynność do wykonania: przeróbka transformatora sieciowego TR2. Usuwamy z niego uzwojenie wtórne, którą to czynność możemy wykonać bez rozbierania transformatora, wycinając po prostu przewód uzwojenia wtórnego końcem ostrego noża i wyciągając pocięte kawałki drutu za pomocą kombinerek. Następnie nawijamy nowe uzwojenie składające się z jednego zwoju izolowanego drutu o przekroju minimum 2,5mm2.
Po zmontowaniu płytek łączymy je za pomocą przewodów i przystępujemy do regulacji układu. Dołączamy go do sieci i do wyjścia podłączamy maksymalne
obciążenie, jakie może wystąpić w nadzorowanym obwodzie. Pokręcając potencjometrem montażowym PRl powodujemy włączenie ostatniej lub przedostatniej diody LED i na białym polu obok tej diody zapisujemy wartość aktualnie pobieranej mocy. Następnie dołączamy do obwodu obciążenia o mniejszej mocy i zapisujemy ich wartości w polach sąsiadujących z "najwyższą" aktualnie włączoną diodą. Andrzej Gawryluk, AVT
Wzory płytek drukowanych w formacie PDF są dostępne w In-ternecie pod adresem: http:ll www.ep.com.pll?pdflkwiecien01.htm oraz na płycie CD-EP04/2001B w katalogu PCB.
Elektronika Praktyczna 4/2001
PROJEKTY
Dwukierunkowy interfejs RS232/RS485
AVT-5006
Przedstawiamy opis
prostego interfejsu, za pomocą
którego można m,in, połączyć
ze sobą dwa odległe
komputery lub dołączyć
dowolne urządzenie
wyposażone w interfejs
szeregowy RS485.
Szeregowy interfejs RS232 służy do przesyłania danych pomiędzy dwoma urządzeniami. W taki układ wejścia/wyjścia - port komunikacyjny - wyposażone są chyba wszystkie komputery (najczęściej w dwa porty), komputerowe myszy, modemy, niektóre drukarki i pamięci masowe, a także wiele urządzeń przemysłowych. Zaletą interfejsu, szczególnie w uproszczonej wersji, jest jego powszechność. Jeżeli jednak trzeba połączyć urządzenia znajdujące się w odległości większej niż kilka metrów, konieczne staje się zastosowanie innego standardu przesyłania sygnałów, np. RS48 5.
Różnice pomiędzy obydwoma interfejsami polegają m.in. na przyjętym sposobie przesyłania sygnału. W RS232 bity danych są przesyłane przez zmianę poziomów napięcia. Określone są dwa poziomy logiczne linii Tx (linia transmisji danych z nadajnika) i linii Rx (linia odbioru danych). Stanowi logicznemu "0" odpowiada napięcie +6..+12Y natomiast logicznej "1" napięcie -12V..-6V.
W interfejsie RS485 do określenia wartości logicznej transmitowanego bitu użyto, zamiast poziomu napięcia linii, wartości napięcia różnicowego między liniami, czyli napięcie na ich obciążeniu o określonej impedancji.
O ile w interfejsie RS232, w jego minimalnej konfiguracji, do transmisji sygnałów wystarczą trzy przewody (Tx, Rx i masa), to w RS485 niezbędne są 4 przewody. Jedną dwuprzewodową pętlą przesyłane są sygnały nadawane (Tx), a drugą sygnały odbierane (Rx).
Ponieważ przesyłanie sygnału za pomocą pętli różnicowo-prądo-wej jest bardziej odporne na zakłócenia, długość linii RS485 może sięgać setek, a nawet tysięcy metrów. Dodatkowo, stosując odpowiedni protokół transmisji, czyli zbiór reguł, któremu podporządkuje się zarówno urządzenie nadawcze, jak i odbiorcze, można za pośrednictwem jednej linii transmitować zarówno sygnały Tx, jak i Rx. Co więcej, do jednej linii może być podłączonych nawet kilkadziesiąt urządzeń wyposażonych w interfejs RS485, co pozwala stworzyć sieć wymiany danych pomiędzy wieloma urządzeniami.
Dosyć łatwo można skonstruować najprostszy interfejs zamieniający sygnał standardu RS232 na RS485. Na rys. 1 pokazano układ, dzięki któremu można np. połączyć dwa odległe komputery wyposażone w RS232 tak, aby syg-
Elektronika Praktyczna 4/2001
25
Dwukierunkowy interfejs RS232/RS485
nały były przesyłane za pomocą pętli prądowej. Układy scalone U3 i U4 pełnią rolę pośrednika zamieniającego sygnał o poziomach RS232 z wyjścia COM komputera na sygnał o poziomie TTL. Z kolei sygnał ten jest podawany na układy będące interfejsami linii RS485. Droga sygnałów jest następująca.
1. Sygnał Tx z gniazda komputera podawany jest na wejście U4-8.
2. Po konwersji na poziom TTL sygnał z wyjścia U4-9 podawany jest na wejście Ul-4 interfejsu RS485 skonfigurowanego jako nadajnik.
3. Z kolei sygnał Rx podawany jest na gniazdo COM komputera z wyprowadzenia U4-7 i U5-1 skonfigurowanego jako odbiornik RS485.
Linia transmisyjna łączy wyprowadzenia sygnału Tx jednego komputera z wejściem Rx drugiego. Tak samo jest w przypadku drugiej pary sygnałów. Jak to widać na rysunku, obie linie danych krzyżują się.
Jeżeli chcielibyśmy do portu RS232 dołączyć linią dwuprzewodową urządzenie z portem RS485, to taki interfejs musi być zbudowany inaczej i zawierać nieco "inteligencji".
Opis układu
Schemat takiego interfejsu pokazano na rys. 2. Służy on do dwustronnej transmisji pomiędzy portem RS232 a dwuprzewodową linią RS485. Jest on wyposażony w bufory danych Rx i Tx, sygnalizuje bieżący kierunek transmisji, potrafi także jednocześnie pracować z różnymi szybkościami transmisji po stronie RS232 i RS485.
Układ oparto na dwóch procesorach U2 i U3 typu AT89C2051, które sterują przepływem danych w obydwie strony. Jeśli któryś z procesorów odbierze ze swojej linii danych kompletny bajt, przesyła go sąsiadowi, korzystając z pośrednictwa portu Pl. Do zapewnienia bezkolizyjnej wymiany danych pomiędzy procesorami służą dwie linie sygnałowe P3.5 ACKF i P3.7 TRF.
Wymiana danych przebiega następująco:
1. Procesor chcący przesłać sąsiadowi bajt danych sprawdza najpierw stan linii TRF. Jeżeli jest na niej poziom wysoki, to oznacza, że sąsiedni procesor jest gotów przyjąć przesyłany bajt da-
nych (w przeciwnym wypadku procesor ponowi próbę transmisji po okresie wyczekiwania).
2. Wymiana następuje po ustawieniu linii TRF w stan niski przez procesor przesyłający, a transmitowany bajt pojawia się na porcie Pl.
3. Procesor odbierający bajt potwierdza ten fakt ustawieniem linii ACKF na poziomie niskim.
4. Nadawca, mając pewność, że bajt został odebrany, zwalnia Pl i ustawia na linii TRF z powrotem poziom wysoki.
5. Z kolei procesor odbierający przywraca, po odebraniu bajtu, poziom wysoki na linii ACKF.
Taki sposób wymiany danych nazywa się przesłaniem z potwierdzeniem i zapewnia ich bezbłędną wymianę.
Uważny Czytelnik może zapytać, po co dwa procesory i komplikacje z wymianą danych, skoro pokazany na rys. 1 układ dobrze pracował bez żadnego procesora? Bierze to się z konieczności rozwiązania problemów, które powstają, gdy chce się przesyłać dane pomiędzy dwiema jednokierunkowymi liniami Rx i Tx portu RS232 i jedną dwukierunkową linią portu RS485. Dobrym przykładem podobnej sytuacji jest sytuacja w ruchu drogowym, gdy na skutek remontu pojazdy jadące dwupasmową drogą muszą przez pewien odcinek jechać tylko jednym pasem. Żeby całkowicie nie zablokować takiego przejazdu, jedynym rozwiązaniem pozostaje ruch wahadłowy i światła pełniące z obu stron przewężenia rolę semafora. Rolę takiego semafora pełni w tym przypadku kombinacja sygnałów na liniach TRF i ACKF.
O z z 3 z ż
S P F E E F
H
5 z z 5 ? o p p o =
~ cc �
K + R
El
ŚH
o o o o
Rys. 1. Schemat elektryczny prostego interfejsu.
26
Elektronika Praktyczna 4/2001
Dwukierunkowy interfejs RS232/RS485
Zastosowanie dwóch procesorów wynika także z pewnych ograniczeń układów AT89C2051. Otóż posiadają one wsparcie tylko dla jednego portu transmisji szeregowej, z którym współpracują wyprowadzenia P3.0 i P3.1. oznaczone dodatkowo symbolami RXD i TXD. Ponieważ trzeba obsłużyć dwa porty (RS232 i RS485), potrzebne są dwa procesory. Oprócz niewątpliwego podniesienia kosztów, daje to także pewne korzyści. Po pierwsze, obie linie RS232, jak i RS485 mogą pracować z różnymi szybkościami transmisji, a układ pełni wtedy rolę inteligentnego konwertera. Szybkość transmisji każdego z procesorów ustalana jest bezpośrednio po włączeniu napięcia zasilającego. Oba procesory badają wtedy stan swojego portu Pl, do którego dołączonych jest sześć przełączników kon-figuracyjnych Sl. Przełączniki te, poprzez diody D10...D15, połączone są z wyjściem portu P3.4 procesora U3, które bezpośrednio po zerowaniu ma stan niski. Zwarcie któregokolwiek z przełączników powoduje, że odpowiadająca mu linia portów Pl obydwu procesorów znajdzie się także na niskim poziomie. Każdemu przełącznikowi przypisana jest szybkość transmisji, z jaką będzie współpracował z portem szeregowym procesor. I tak: 19200 bd żaden przełącznik nie jest zwarty
1 przełącznik zwarty
2 przełącznik zwarty
3 przełącznik zwarty
4 przełącznik zwarty
5 przełącznik zwarty Przełącznik 6 zastosowano do
ustawiania różnych prędkości transmisji dla RS232 i RS485. Jeżeli bezpośrednio po włączeniu zasilania przełącznik ten pozostanie rozwarty, oba procesory ustawią jednakowe szybkości transmisji wyznaczone ustawieniem przełączników 1...5. W takim przypadku diody LED Dl i D2 migną dwukrotnie, informując o gotowości układu do normalnej pracy. Jeżeli jednak przełącznik 6 będzie zwarty, po zerowaniu zaświeci się dioda Dl, sygnalizując zaprogramowania prędkości transmisji procesora U2 obsługującego linię RS485. Prędkość ta będzie zależna od ustawień przełączników 1...5. Następnie należy ustawić tymi przełącznikami prędkość transmi-
9600 bd
4800 bd
2400 bd
1200 bd
600 bd
Rys. 2. Schemat elektryczny interfejsu "inteligentnego".
Elektronika Praktyczna 4/2001
27
Dwukierunkowy interfejs RS232/RS485
sji procesora U3 obsługującego linie RS2 32. Po rozwarciu przełącznika 6 procesor U3 zostanie zaprogramowany wybraną szybkością i na chwilę zaświeci się dioda LED D2. Potem obie diody dwukrotnie migną, co oznacza gotowość układu do pracy.
Drugą korzyścią z zastosowania dwóch procesorów jest możliwość buforowania pewnej liczby danych w przypadku, gdyby były one w tej samej chwili transmitowane zarówno linią RS232, jak i RS485. Dzięki temu pomimo kolizji (linią RS485 można w danym momencie przesłać dane tylko w jedną stronę) transmitowane dane nie zostaną stracone, ponieważ po zwolnieniu linii procesor je wyśle, korzystając z zapisu w buforze. Bufor ma rozmiar jedynie 16 bajtów, jednak z pewnymi ograniczeniami możliwa jest dzięki temu symulacja transmisji dupleksowej.
Układ U 4 jest standardowym interfejsem sygnałów RS232. Kilka słów opisu poświęcimy układowi U5, umożliwiającemu dwukierunkową transmisję linią RS485. Układ zawiera kompletne bloki nadawcze i odbiorcze dołączone do wspólnych wyprowadzeń różnicowych A i B. O tym, który z tych bloków dołączony jest do wyprowadzeń decyduje poziom sygnałów sterujących na wejściach /RE i DE. Niski poziom na wyprowadzeniu /RE oznacza przyłączenie do wyprowadzeń A i B odbiornika, a dane odebrane z linii RS485 będą dostępne na wyprowadzeniu RO. Wysoki poziom wyłącza odbiornik. Z kolei wysoki poziom na
wyprowadzeniu DE spowoduje włączenie nadajnika i transmisję danych, które są p odawane na wejście DI. Poziom niski wyłącza nadajnik. Należy dodać, że wyprowadzenia A i B powinny się łączyć z analogicznymi wyprowadzeniami po drugiej stronie linii, czyli A z A i B z B (połączenia nie mogą się krzyżować). Dodatkowo, wejścia A i B można zabezpieczyć przed przepięciem szybką dwustronną diodą D3 oraz dopasować oporność wejściową do oporności falowej linii przesyłowej opornikiem R5 o dobranej oporności.
Oba procesory pracują z takim samym programem i są taktowane takim samym sygnałem zegarowym stabilizowanym kwarcem Xl. Zapewnia to odpowiednią synchronizację konieczną przy wymianie danych między procesorami. Jednak synchronizacja ta w pewnym przypadku mogłaby być kłopotliwa. Może zaistnieć sytuacja, gdy oba procesory będą chciały w tym samym momencie przesłać sobie dane. Gdyby działały idealnie synchronicznie, mogłyby wpaść w niekończącą się pętlę oczekiwania i układ po prostu przestałby działać. Z tego powodu każdy z procesorów ma inny czas oczekiwania na zwolnienie się linii TRF. Jak jednak jest to możliwe, skoro oba pracują z takim samym programem? Jest to możliwe dzięki zwarciu do masy wyprowadzenia P3.4 procesora U2. To samo wyprowadzenie w drugim procesorze po procedurze programowania szybkości transmisji pozostanie na poziomie wysokim, dzięki czemu ten sam program jest w stanie rozpoznać, w którym procesorze pracuje i dostosowuje do tego swój czas oczekiwania na zwolnienie linii TRF.
RS232
Rys. 3. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej.
Montaż i uruchomienie
Montaż układu i uruchomienie są bardzo proste. Elementy na płytce drukowanej (schemat montażowy pokazano na rys. 3) można lutować w dowolnej kolejności, chociaż najlepiej na początku zamontować te najmniejsze. Gniazdo Pl to gniazdo RS232 typu DB9 żeńskie do druku. Pozostałe gniazda są typu ARK2 i umożliwiają przykręcenie przewodów zasilania
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl, R2, R6: 10kO R3, R4: lkO R5: 120O Kondensatory CL C2: 27pF C3, C9, Cli, C12: lOOnF C4..C8: 47^F/1ÓV CIO: 220^F/40V C13: 100^F/25V Półprzewodniki
Dl, D2, D5: LED np. czerwona, zielona, żółta
D3: 1.5KE6 dwustronna szybka dioda zabezpieczająca D4: mostek prostowniczy D10..D15: dowolne diody Ul: MCP101 lub DS1812 U2, U3: AT89C2051 zaprogramowane
U4: MAX232 lub odpowiednik U5: MAX485, SN75176 lub odpowiednik Uó: 7805 Różne
JP2, JP1: ARK2
Pl: złącze DB9 żeńskie do druku Sl: SW DIP-6 Xl: ll,059MHz
i linii RS485. Przed zamontowaniem układów scalonych warto sprawdzić, czy stabilizator dostarcza napięcia +5V. Układ można zasilać napięciem stałym lub zmiennym w szerokim przedziale wartości, od 8 do 24V. Jest to możliwe dzięki temu, że pobór prądu nie przekracza 5 0mA i stabilizator zbytnio się nie nagrzewa nawet przy wyższym napięciu zasilającym. Po włączeniu zasilania diody powinny mignąć dwukrotnie. Oznaczać to będzie gotowość układu do pracy.
W układzie bez zmiany ścieżek płytki drukowanej można zastosować procesory AT90S2313. Można wtedy osiągnąć większe szybkości transmisji z przedziału 2400...115200 bd. Oczywiście, należy wtedy napisać odpowiedni dla tego procesora program. Ryszard Szymaniak, AVT ryszard.szymaniak@ep.com.pl
Wzory płytek drukowanych w formacie PDF są dostępne w Internecie pod adresem: http://www.ep.com.pl/ ?pdflkwiecien01.htm oraz na płycie CD-EP04/2001B w katalogu PCB.
Elektronika Praktyczna 4/2001
Tester refleksu
PROJEKTY
AVT-5009
Urządzenia podobne do
prezentowanego w artykule
dość często są nazywane
refleksomierzami, ponieważ
służą do przybliżon ego
określenia sprawności
psychomotorycznej osoby
poddawanej testowi. Ocena
sprawności jest oparta na
pomiarze czasu reakcji na
sygnał świetlny, nie można
jej więc potraktować bez
dodatkowych badań jako
w 100% pewnej, lecz
w większości sprawdzonych
przez nas przypadków jej
wiarygodność jest wysoka.
Konstrukcję prezentowanego przez nas testera refleksu opracował T. Hopkins z firmy Harris Semiconductors w roku 1989. Nie jest to więc nowe opracowanie, ale w najmniejszym stopniu nie wpływa to na jakość pracy i dokładność testera.
Schemat elektryczny urządzenia pokazano na rys. 1. Wykonano je w oparciu o układy CMOS z serii 4000, które charakteryzują się m.in. bardzo małym poborem prądu podczas pracy statycznej lub z sygnałami o niezbyt wysokich częstotliwościach. Między innymi z tego powodu jako wzorzec częstotliwości zastosowano w testerze oscylator kwarcowy Xl o częstotliwości rezonansowej 25,6kHz. Dołączono go do zlinearyzowanego za pomocą R2 wzmacniacza, który znajduje się w układzie Ul. Zastosowanie jako wzorca częstotliwości oscylatora kwarcowego zapewnia dużą do-
kładność i stabilność pomiarów, ale ze względu na jego nietypową częstotliwość może okazać się, że trzeba będzie zastąpić go elementami RC. Na rys. 2 pokazano sposób zastąpienia oscylatora kwarcowego trzema rezystorami i kondensatorem. Jeżeli zostanie wybrany taki właśnie wzorzec częstotliwości, nie należy montować elementów: Xl, Cl, C5 i Rl, a także zmienić wartość rezystancji R2 z 20MQ na 10kQ. Regulację częstotliwości pracy oscylatora umożliwia potencjometr RNl.
W układzie Ul oprócz generatora sygnału wzorcowego znajduje się 14-stopniowy dzielnik dwójkowy, który wykorzystano do generacji przebiegów referencyjnych. Sygnał o częstotliwości 64 razy mniejszej (wartość współczynnika podziału 2e z wyjścia Q7) od referencyjnej jest podawany na wejście CLK dzielnika :10 U2A. Na wyjściu Q3 tego układu otrzy-
Elektronika Praktyczna 4/2001
31
Tester refleksu
ui
4060
12
RST
Q4
Q5
06
07
OB
09
010
012
013
Q14
PO PO
10
20M
U5C
10
4011
USA
Sw1
U2A 4518
+9V
+9V
i ca
47uF
4011
U6A
4011
CB 10nF
D12
Sw2
Stert
Rys. 1. Schemat elektryczny testera refleksu.
mujemy sygnał o okresie 0,025 sekundy, który z kolei zasila wejście CLK licznika zintegrowanego z dekoderem 1 z 10 U4. Do jego wyjść dołączono diody świecące Dl..9, które sygnalizują czas jaki upłynął od początku testu. Każda z diod odpowiada 50ms, a całkowity zakres pomiaru wynosi 450ms. Jeżeli czas reakcji jest dłuższy niż 500ms jest to sygnalizowane zaświeceniem się diody D12, sterowanej z wyjścia Q0 licznika U3A. Katody wszystkich diod LED są połączone ze sobą i dołączone do kolektora tranzystora Ql. Tranzystor ten spełnia rolę klucza włączającego zasilanie diod podczas pracy testera. Bazę tranzystora steruje inwerter U6C na wejście którego podawany jest
stan logiczny z wyjścia Q3 U3B. Włączony w szereg rezystor R3 o dość dużej wartości rezystancji jest niezbędny do wytworzenia krótkich impulsów zerujących liczniki Ul, U2A i U4 przed rozpoczęciem kolejnego testu (inicjowany za pomocą Sw2).
Zastosowanie w testerze układów CMOS umożliwia zasilanie go z baterii. Aby uprościć konstrukcję elektryczną tester wyposażono w automatyczny wyłącznik zasilania, który po ok. 5s samoczynnie odcina zasilanie diod świecących i zatrzymuje licznik Ul, które to elementy pobierają stosunkowo największy prąd. Licznik U2B odpowiada z kolei za odliczanie czasu do momentu inicjacji testu, co jest jednoznaczne
z rozpoczęciem odmierzania czasu. Najważniejszym elementem automatycznego włącznika jest licznik U3B, który zlicza impulsy z wyjścia Q14 Ul. Impulsy zegarowe są podawane na wejście EN, które może spełniać rolę alternatywnego do CLK wejścia zegaro-
68k
RN1 lOk C2 1,2nF
11 V 10
Wyprowadzenia U1
Rys. 2. Sposób zastąpienia oscylatora kwarcowego elementami RC.
32
Elektronika Praktyczna 4/2001
Tester refleksu
D12 w D3 D8 D7 DG DS D-ł D3 D2 Dl
łc.CLCg-icS-CF
Ś n I in IS ' I _T
W S
O

Ul

O 1
Rys. 3. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej.
wego. Sygnał z wyjścia Q3 jest z kolei podawany na wejście CLK, które zamiennie do wejścia EN wykorzystano jako wejście zezwalające na zliczanie.
Montaż i uruchomienie
Tester zmontowano na jednostronnej płytce drukowanej, której schemat montażowy pokazano na rys. 3. Widok mozaiki ścieżek jest dostępny na wkładce wewnątrz numeru, na płycie CD-EP4/2001B (w postaci źródłowej i PDF), a także na stronie internetowej EP.
Przed rozpoczęciem montażu należy wybrać wariant generowania wzorcowego sygnału zegarowego i w zależności od wersji należy dobrać odpowiedni zestaw elementów. W wykazie elementów zaznaczono gwiazdką te elementy, które są niezbędne dla wersji z oscylatorem RC.
Montaż rozpoczynamy od poziomych elementów (przede wszystkim rezystory), następnie montujemy podstawki pod układy scalone, tranzystory, kondensatory i diody LED. Podczas ich montażu należy zwrócić szczególną uwagę na ich precyzyjne ustawienie na odpowiedniej wysokości, ponieważ od tego zależy estetyka urządzenia. Do punktów na płytce drukowanej oznaczonych START
i STOP należy dołączyć dwa przełączniki ze stykami zwiemy mi. Mogą to być dowolne przełączniki chwilowe, ich jedynym - ale bardzo istotnym - parametrem jest odporność na udary mechaniczne, którym z pewnością będą one podlegały podczas testów.
Obsługa testera
Dzięki zastosowaniu automatycznego wyłącznika zasilania kompletną obsługę testera zapewniają dwa przyciski: START i STOP. Rozpoczęcie testu wymaga naciśnięcia przycisku START i obserwacji diody Start testu (Dli). Jeżeli przed wciśnięciem tego przycisku nie świeci się dioda Tester włączony (D10), to od razu po wciśnięciu przycisku zaświeca się, sygnalizując uruchomienie testera. Po ok. 5s tester samoczynnie rozpoczyna odmierzanie czasu, którego wynik będzie widoczny po wciśnięciu przycisku STOP. Jak wcześniej wspomniano, przekroczenie czasu reakcji o wartości 450ms powoduje zapalenie diody D12 (najlepiej czerwonej), która sygnalizuje osobie poddawanej testom konieczność zrelaksowania się.
Zastosowany w testerze zakres pomiaru czasu odpowiada standardom medycznym, zgodnie
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl: 470kQ
R2: 20MQ/10kQ*
R3, R7: lOOkO
R4, R5, R9, RIO: 10kO
R6: 68kQ*
R8: 6,8kQ
RN1: 10kQ*
Kondensatory
Cl: 33pF
C2: l,2nF*
C3: 47^F/1ÓV
C4, C6..C9: lOnF
C5: lOpF*
Półprzewodniki
D1..D10: diody LED zielone
Dli: dioda LED żółta
D12: dioda LED czerwona
Ul: 4060
U2, U3: 4518
U4: 4017
U5, Uó: 4011
Różne
Ql, G2: BC548
Xl: 25,ókHz
Swl, Sw2: włączniki ze
stykami NO
z którymi typowy czas reakcji osoby zdrowej na sygnał świetlny nie powinien przekraczać w typowych warunkach 150ms. Podczas testów średni czas reakcji wynosił ok. 200ms, a redakcyjny rekordzista osiągnął 50ms. Błyskawica... Andrzej Gawryluk, AVT
Uwaga! Elem en ty oznaczon e " *" należy montować tylko w przypadku rezygnacji z oscy-latora kwarcowego. Szczegóły w tekście.
Wzory płytek drukowanych w formacie PDF są dostępne w Internecie pod adresem: http://www.ep.com.pl/ ?pdflkwiecienOlJitm oraz na płycie CD-EP04/2001B w katalogu PCB.
Elektronika Praktyczna 4/2001
33
PROJEKTY
Układ do automatycznego wzywania Pogotowia Ratunkowego
AVT-999
Życzę wszystkim Czytelnikom, oby zbudowany przez nich układ nigdy nie został wykorzystany i aby okazało się, że pieniądze wydane na jego budowę zostały wyrzucone w błoto.
Jakiekolwiek zajmowanie czy blokowanie linii telefonicznej Pogotowia Ratunkowego jest absolutnie niedopuszczalne! Wszystkie testy należy wykonywać "na sucho", bez rzeczywistego łączenia się z Pogotowiem. Dopiero ostatnią próbę przeprowadzamy z uzyskaniem połączenia z numerem 999, ale tylko w jednym celu: po usłyszeniu zgłoszenia Pogotowia powiemy tylko dwa słowa: "Przepraszam, pomyłka" i natychmiast odłożymy słuchawkę. Test taki możemy przeprowadzić tylko jeden raz!
Być może po raz pierwszy w mojej działalności konstruktora prezentuję urządzenie, które ma naprawdę bardzo, bardzo poważne zastosowanie. Proponowany układ służy ratowaniu życia ludziom chorym, cierpiącym na przewlekłe choroby grożące nagłym pogorszeniem się stanu zdrowia. Takimi chorobami są min. cukrzyca, nadciśnienie, padaczka, niektóre choroby układu nerwowego, a przede wszystkim schorzenia serca. Cóż bowiem może się zdarzyć, jeżeli w krytycznym momencie, w chwili, która decyduje o naszym życiu, zabraknie opiekuna?
Chory człowiek jest sam w domu, nikt nie może mu udzielić pomocy, nikt nie wezwie Pogotowia Ratunkowego. Nie ma już czasu na przypominanie sobie numeru pogotowia, podawania danych personalnych i adresu, ale być może znajdą się jeszcze czas
i siły na naciśnięcie jednego przycisku. Wystarczy tylko go nacisnąć, uderzyć w niego, a automat dalej zrobi swoje. Wybierze numer Pogotowia Ratunkowego i przekaże słowny meldunek o zaistniałej sytuacji. Nie trzeba będzie podawać nazwiska i adresu ani opisywać symptomów choroby. Wystarczy nacisnąć jeden przycisk.
Opis działania
Zbudowanie urządzenia, którego zadaniem byłoby wybranie określonego numeru telefonu początkowo wydawało mi się zadaniem dość prostym, także ze względu na fakt, że numer Pogotowia Ratunkowego składa się zawsze z trzech identycznych cyfr: trzech dziewiątek. I rzeczywiście, realizacja układu wybierającego
Elektronika Praktyczna 4/2001
35
Układ do automatycznego wzywania Pogotowia Ratunkowego
VCC9
Rys. 1. Schemat elektryczny modułu automatycznego wybierania numeru.
zadany numer okazała się banalnie prosta. Miałem w zasadzie tylko jeden problem do rozstrzygnięcia: czy wybrać wybieranie impulsowe, czy tonowe w systemie DTMF? Po namyśle, uwzględniając fakt, że obecnie praktycznie wszystkie centrale telefoniczne przystosowane są do wybierania tonowego, wybrałem tę właśnie metodę, jako prostszą, szybszą i bardziej niezawodną. Kłopoty zaczęły się na etapie projektowania części układu odpowiedzialnej za odtworzenie zarejestrowanego komunikatu. Od początku było dla
mnie oczywiste, że odtwarzanie musi rozpocząć się w momencie odebrania przez rozmówcę (czyli Pogotowie Ratunkowe) telefonu. Jak jednak ustalić ten moment? W przypadku "normalnych" telefonów sprawa kiedyś była banalnie prosta: podniesienie przez rozmówcę słuchawki sygnalizowane było zmianą biegunowości napięcia w linii telefonicznej. Dla automatów telefonicznych starszej generacji było to sygnałem, że należy już "połknąć" monetę. Jednak właśnie z tego względu zmiana biegunowości w przypadku po-
łączenia się z którymś z telefonów alarmowych (pogotowie, policja czy straż pożarna) nie występuje, co umożliwia przekazanie informacji alarmowej bez posiadania odpowiedniej monety czy też ważnej karty telefonicznej. Rozważyłem zatem kolejną możliwość: zbudowanie prostego układu, który wykrywałby głos rozmówcy i po jego detekcji włączał układ odtwarzania. Jednak i to rozwiązanie okazało się nie do przyjęcia: w przypadku dużego obciążenia linii telefonicznych Pogotowia włącza się automat wygłaszający
36
Elektronika Praktyczna 4/2001
Układ do automatycznego wzywania Pogotowia Ratunkowego
_ BT1 ------12V
C1
100nF
IC1
AO A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 GND
UCC DOUT OSC1 OSC2
Te
D4 D3 D2 D1
HT12E
GND VCC
INPUT NC
Q1 RT1
R2
I 560
D1 LED
Rys. 2. Schemat elektryczny układu pilota.
komunikat w rodzaju: "Pogotowie Ratunkowe, proszę czekać...". Ponieważ budowa układu analizującego usłyszany komunikat i włączającego odtwarzanie dopiero w momencie usłyszenia właściwej frazy była ze względu na ogromny stopień komplikacji i koszty niemożliwa, zdecydowałem się na rozwiązanie najprostsze, ale i nie pozbawione wad. W proponowanym układzie komunikat odtwarzany jest w pętli, natychmiast po wybraniu numeru pogotowia. Takie rozwiązanie, banalnie proste, powoduje jednak, że rozmówca może rozpocząć słuchanie nagranego komunikatu od jego środka, a nawet od zakończenia. Jednak odpowiednie zredagowanie komunikatu i fakt, że odtwarzany jest w pętli pozwalają mieć nadzieję, że zostanie on zrozumiany i wywoła właściwą reakcje.
Urządzenie spełnia następujące funkcje:
1. Umożliwia nagranie komunikatu o czasie trwania do 16 sekund.
2. Odtworzenie nagranego komunikatu przez dodatkowy głośnik w celu sprawdzenia poprawności nagrania.
3. Po naciśnięciu właściwego przycisku układ wybiera numer Pogotowia Ratunkowego i pięciokrotnie odtwarza nagrany komunikat. Ponieważ zawsze istnieje możliwość pomyłki w wybieraniu numeru, cykl łączenia się z Pogotowiem i odtwarzania komunikatu jest powtarzany trzykrotnie.
4. Jeżeli już decydujemy się na budowę wyspecjalizowanego urządzenia "opiekującego się" chorym człowiekiem, to powinniśmy prze-
widzieć wszystkie możliwe sytuacje, w tym niemożność dotarcia do układu i naciśnięcia przycisku. W tym celu urządzenie zostało wyposażone w zdalne włączanie drogą radiową za pomocą niewielkiego pilota, który zawsze można nosić przy sobie.
5. Układ został także wyposażony w dodatkowe wyjście: tranzystor z otwartym kolektorem, które może posłużyć do uruchamiania dodatkowych urządzeń. Mam tu na myśli przede wszystkim automatyczne otwieranie drzwi wejściowych do mieszkania. Tranzystor zaczyna przewodzić w 10 minut po zakończeniu wysyłania meldunku do pogotowia.
Schemat elektryczny podstawowego bloku układu - modułu automatycznego wybierania numeru telefonu przedstawiono na rys. 1. "Sercem" układu jest procesor typu AT90S2313. Co zadecydowało, że do realizacji stosunkowo prostych funkcji nagrywania komunikatu, wybierania numeru telefonu i odtwarzania nagranego meldunku wykorzystałem ten bardzo nowoczesny układ, którego ogromne możliwości będą wykorzystane zaledwie w nikłej części? Powód był prosty: jest to najprostszy procesor (nie licząc '2343, który jednak został zdyskwalifikowany ze względu na zbyt małą liczbę wyprowadzeń) wyposażony w wewnętrzny układ sprzętowego watchdoga. Zgodnie ze swoim przeznaczeniem, układ automatycznego przyzywania Pogotowia Ratunkowego ma działać w stanie czuwania całe miesiące i lata. W ciągu tak długiego czasu zawieszenie procesora na skutek cho-
ciażby zakłóceń zewnętrznych jest więcej niż prawdopodobne. Przed takim właśnie przypadkiem, w którym układ mógłby nie zadziałać w momencie kiedy byłby najbardziej potrzebny, strzeże nas sprzętowy watchdog.
Drugim układem istotnym dla pracy urządzenia jest scalony układ wybiorczy typu UM91531, przeznaczony do pracy w systemach mikroprocesorowych. Z układem tym mieliśmy już okazję się zapoznać: obszerny artykuł na jego temat został zamieszczony w EP10/94, a teraz przypomnimy sobie jedynie jego najważniejsze właściwości.
Układ scalony UM91531 jest scalonym koderem przeznaczonym do pracy zarówno w telefonicznych systemach impulsowych, jak i tonowych. Cechuje go niska cena i bardzo mała liczba elementów zewnętrznych potrzebnych do jego pracy.
Trzecim "ważnym" układem jest procesor dźwięku z pamięcią analogową ISD1420. Czytelnicy darują, ale nie będę opisywał tego układu, ponieważ był już opisywany w EP i innych pismach dla elektroników wiele razy. W układzie tym możemy zapisać słowny komunikat o czasie trwania 16 sekund, co w zupełności powinno wystarczyć do naszych celów. I SD 142 0 został wyposażony w kompletny układ wejściowy, umożliwiający nagrywanie komunikatów za pośrednictwem mikrofonu pojemnościowego Ml. Zarówno nagrywanie, jak i odtwarzanie komunikatu jest sterowane z procesora, co zwalnia nas od konieczności korzystania ze stopera podczas redagowania wiadomości.
I wreszcie fragment układu odpowiedzialny za odebranie i zde-kodowanie sygnałów radiowych nadawanych z pilota, którego schemat pokazano na rys. 2. Tu także spotykamy samych "starych znajomych", parę: koder - dekoder HT12E i HT12D oraz miniaturowe moduły nadajnika i odbiornika produkcji firmy Telecontrolla. Sygnał radiowy, odpowiednio zmodulowany przez koder HT12E, emitowany jest przez nadajnik Ql w pilocie i odbierany przez odbiornik Q3 w układzie głównym. Po stwierdzeniu zgodności kodu
Elektronika Praktyczna 4/2001
37
Układ do automatycznego wzywania Pogotowia Ratunkowego
z wzorcem, na wyjściu dekodera IC4 wystąpi wysoki poziom napięcia. Po jego odwróceniu przez tranzystor T2 jest podawany na wejście przerwania INTO procesora.
Układ obsługiwany jest za pomocą trzech przycisków:
1. Naciśnięcie i przytrzymanie przycisku Sl przez 2 50 ms powoduje rozpoczęcie nagrywania komunikatu. Początkowo przez 3 sekundy zostaje włączona dioda Dl, co daje nam jeszcze chwilę na przygotowane się do nagrywania. Po zgaśnięciu diody rozpoczyna się nagrywanie, które trwa dokładnie 16 sekund. Upływ czasu sygnalizowany jest co jedną sekundę krótkimi błyskami diody Dl.
2. Naciśnięcie przycisku S2 spowoduje odtworzenie nagranego komunikatu, jednak bez wykonywania procedury łączenia się z numerem Pogotowia Ratunkowego. Funkcja ta służy jedynie kontroli poprawności nagrania i do jej wykorzystania niezbędne jest dołączenie dodatkowego głośniczka do złącza CONl.
3. Przycisk S3 służy do uaktywniania układu w sytuacji alarmowej, ale może zostać wykorzystany także do testowania urządzenia, co zostanie opisane w części artykułu poświęconej montażowi i uruchamianiu układu. Uwaga: przycisk S3 należy nacisnąć i przytrzymać przez dwie sekundy! Jest to spowodowane zastoso-
Rys. 3. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej modułu automatycznego wybierania numeru.
waniem zabezpieczenia przed niekontrolowanym włączeniem się układu, np. na skutek zakłóceń radioelektrycznych.
Moim zamiarem było, aby zaprojektowany przeze mnie układ był dostępny dla każdego i aby każdy mógł przeprowadzić w sterującym nim programie dowolne zmiany. Dlatego też na płycie CD-EP4/2001B znajduje się kompletny listing programu sterującego układem do automatycznego wzywania Pogotowia.
Montaż i uruchomienie
Na rys. 3 pokazano rozmieszczenie elementów układu głównego na płytce obwodu drukowanego, wykonanego na laminacie dwustronnym z metalizacją. Natomiast na rys. 4 przedstawiono płytkę układu nadajnika radiowego - pilota, wykonaną na laminacie jednostronnym.
Montaż układu wykonujemy w typowy, wielokrotnie opisywany sposób, rozpoczynając od wlu-towania w płytkę rezystorów i podstawek pod układy scalone, a kończąc na elementach o największych gabarytach. Z płytką pilota, pomimo jej małych wymiarów także nie powinno być problemu, może z jednym wyjątkiem: ustalenia właściwego położenia modułu nadajnika radiowego. Producent nie zaznaczył w żaden sposób pierwszej nóżki tego elementu, i musimy to uczynić sami, najlepiej uważnie oglądając moduł pod lupą. Najłatwiej będzie zlokalizować najpierw nóżkę nie dołączoną do żadnego elementu wewnątrz modułu (punkt oznaczony "NC" na płytce) i kierując się tą informacją wlutować moduł w płytkę. Nie muszę chyba zaznaczać, że stosowanie podstawki pod układ scalony w pilocie jest absolutnie niedopuszczalne!
Układ zmontowany ze sprawdzonych elementów nie wymaga jakiegokolwiek uruchamiania i po włożeniu w podstawki układów scalonych i zaprogramowanego procesora możemy od razu przystąpić do prób. Układ powinien być zasilany napięciem stałym stabilizowanym o wartości 5VDC, najlepiej
WYKAZ ELEMENTÓW
Moduł wybierający numer Rezystory
Rl, R5, R7, Rll: 10kO
R2: 10Q
R3, R6: 3kQ
R4: lOOkO
R8: 51 OkO
RIO, R9: 5Ó0O
Kondensatory
CL C2: 33pF
C3: lOOnF
C4, Có, C7: 470nF
C5:
C8:
C9:
Półprzewodniki
DL D2: LED
IC1: UM91531
IC2: AT90S2313 zaprogramowany
IC3: ISD1420
IC4: HT12D
IC5: DS1813
Tl, T2, T3: BC548
Różne
CON1..CON3: ARK2 (3,5mm)
Ml: mikrofon elektretowy
Ql: rezonator kwarcowy
3,5795MHz
Q2: rezonator kwarcowy 4MHz
Q3: odbiornik radiowy 430MHz
RL2, RL1: przekaźnik OMRON 5V
Sl, S2, S3: przycisk RESET
TRI: transformator separujący
Nadajnik radiowy Rezystory
Rl: 1,5MQ R2: 5Ó0O Kondensatory
Cl: lOOnF Półprzewodniki
IC1: HT12E
Dl: dowolna dioda LED
Różne
Sl: przycisk typu microswitch
Ql: nadajnik radiowy 430MHz
Obudowa typu KM-13
z tzw. zasilacza wtyczkowego.
Testowanie wykonanego układu rozpoczniemy od nagrania stosownego komunikatu. Do dyspozycji mamy jedynie 16 sekund, tak więc komunikat musi być zredagowany zwięźle i zawierać tylko niezbędne informacje bez jakichkolwiek dodatków. Należy szybko podać nazwisku chorego, numer telefonu, adres i symptomy
Elektronika Praktyczna 4/2001
Układ do automatycznego wzywania Pogotowia Ratunkowego
Rys. 4. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej pilota.
choroby, a także informację o tym, że wiadomość przekazywana jest z urządzenia automatycznego. Najlepiej przygotować sobie tekst na papierze, aby uniknąć straty czasu lub pomyłek podczas jego rejestrowania.
Po zarejestrowaniu komunikatu sprawdzamy poprawność nagrania. W tym celu dołączamy do wyjścia CONl jakikolwiek głośniczek o oporności cewki większej lub równej 8Q i naciskamy przycisk S2. Dźwięk w głośniku powinien być wyraźny, bez zniekształceń, ale o jakości "telefonicznej".
Możemy teraz sprawdzić działanie wszystkich funkcji zbudowanego urządzenia. Głośniczek dołączamy tym razem do złącza CON3 i naciskamy S2. W głośniku powinniśmy usłyszeć nagrany uprzednio komunikat, z tym, że siła dźwięku będzie nieco mniejsza niż przy poprzedniej próbie. Następnie naciskamy przycisk alarmowy S3. Po krótkiej chwili powinniśmy usłyszeć trzy krótkie tony DTMF (trzy "dziewiątki"), a następnie pięciokrotnie odtworzony tekst komunikatu. Nastąpi potem krótka przerwa, podczas której układ rozłączy się z wybranym numerem, a następnie ponownie zostanie dołączony do linii telefonicznej. Ponownie wybrany zostanie numer Pogotowia, pięciokrotnie odtworzony zostanie komunikat alarmowy, po czym układ przystąpi do trzeciego wybierania numeru i nadawania wiadomości.
Należy jeszcze sprawdzić współpracę układu z nadajnikiem radiowym - pilotem. Reakcja urządzenia na naciśnięcie przycisku
pilota i przytrzymanie go przez ok. dwie sekundy powinna być identyczna, jak na wyzwolenie go za pomocą przycisku S3.
Jeżeli wszystkie opisane próby wypadły pomyślnie, to możemy przystąpić do ostaniego testu, polegającego na rzeczywistym połączeniu się z Pogotowiem Ratunkowym. Linię telefoniczną dołączamy do złącza CON3 i naciskamy przycisk S3 lub wyzwalamy układ za pomocą pilota.
Najprawdopodobniej nawet niepokojenie pracowników Pogotowia nie będzie potrzebne, ponieważ w wielu przypadkach po uzyskaniu połączenia odezwie się nie telefonistka, ale automat polecający nam czekanie na zgłoszenie centrali Pogotowia. Zbigniew Raabe, AVT zbigniew.raabe@ep.com.pl
Wzory płytek drukowanych w formacie PDF są dostępne w Internecie pod adresem: http://www.ep.com.pl/ ?pdflkwiecienOlJitm oraz na płycie CD-EP04/2001B w katalogu PCB.
Elektronika Praktyczna 4/2001
39
PROJEKTY
Cyfrowa centrala alarmowa, część 2
AVT-5005
W drugiej części ańykulu
prezentujemy możliwość
rozbudowania centrali o nowe
funkcje, omawiamy sposób
montażu i uruchomienia,
a także najważniejsze
zagadnienia związane
z konfiguracją centrali.
Na płytce centrali alarmowej zainstalowano dwa złącza, z których przynajmniej jedno ma kapitalne znaczenie dla pragnących rozbudować układ. Mam tu na myśli złącze oznaczone jako CON14, do którego doprowadzone są linie magistrali PC. Złącze to pozwala na rozbudowywanie systemu przez wyposażanie go w dodatkowe układy wykonawcze i czujniki. W Elektronice Praktycznej opisano wiele modułów wyposażonych w magistralę PC i z pewnością każdy znajdzie wśród nich odpowiadający jego potrzebom.
Drugie złącze - CON15 - jest opcjonalne, dodane ot tak, na wszelki wypadek. Należy sądzić, że każdy użytkownik centrali umieści ją w stosownej, solidnej obudowie, zaopatrzonej w równie solidny zamek. Jednak zamki mechaniczne bywają nie tylko zawodne, ale także bardzo łatwe do otwarcia, nawet dla niezbyt dobrze "wyszkolonych" włamywaczy. Złącze CON15 umożliwia nam zaopatrzenie obudowy centrali w zamek praktycznie nie do otwarcia, w dodatku pracujący cał-
kowicie automatycznie, zgodnie z aktualnym stanem systemu alarmowego. Do złącza tego możemy dołączyć typowy serwomechanizm modelarski, którego wał napędowy będzie odsuwał rygiel zamka obudowy po każdym rozbrojeniu systemu, a zasuwał po każdym uzbrojeniu. Na wyprowadzeniu 3 złącza CON15 pojawia się bowiem, po każdej zmianie stanu aktywności systemu, ciąg impulsów prostokątnych trwający ok. 1 sekundy. Po uzbrojeniu alarmu szerokość impulsów wynosi 2ms, a po rozbrojeniu lms. Powoduje to obracanie wału napędowego serwa o 180� i przesuwanie rygla zamka.
Należy jeszcze wspomnieć o dodatkowym sygnalizatorze Q3 - generatorze (niezbyt donośnego) sygnału akustycznego. Jego zadaniem będzie dyskretne powiadamianie użytkowników systemu o pewnych, opisanych w dalszej części artykułu, sytuacjach. Jego równoległe włączenia z wejściem LATCH IC4 nie może powodować żadnych nieprawidłowości w działaniu centrali. Podczas nadawania sygnałów
Elektronika Praktyczna 4/2001
41
Cyfrowa centrala alarmowa
Rl ar t-MENU - ENTER
Fot. 1. Widok wyświetlacza centrali w stanie czuwania.
akustycznych generator DTMF jest bowiem wyłączony, a podczas wybierania numerów telefonów krótkie impulsy na wejściu LATCH nie będą powodowały wytwarzania słysżabiego sygnału.
Działanie centrali alarmowej omówimy tak, jakbyśmy dysponowali gotowym juź i skonfigurowanym układem. Samo sterowanie centralą jest wyjątkowo proste: zarówno jej uzbrajanie, jak i rozbrajanie odbywa się przez przyłożenie do czytnika TOUCH MEMORY jednej z zarejestrowanych uprzednio tabletek DS1990. Pierwsze przyłożenie tabletki do czytnika powoduje uzbrojenie systemu, następne rozbrojenie. Aktualny stan systemu sygnalizowany jest za pomocą diod LED umieszczonych w czytniku. Jeżeli system alarmowy jest rozbrojony, to włączona jest dioda zielona, jeżeli uzbrojony - dioda czerwona migocze z częstotliwością ok. lHz.
Podczas normalnej pracy centrali dostęp do menu konfigura-cyjnego jest blokowany hasłem wprowadzonym podczas konfigu-rowania systemu. Jeżeli system jest aktywny (uzbrojony), to klawiatura jest zablokowana i dokonywanie jakichkolwiek zmian w systemie nie jest możliwe, nawet dla osób znających hasło. W stanie nieaktywnym bez podania hasła możemy jedynie sprawdzić stan linii dozorowych, co powinniśmy czynić przed każdym uzbrojeniem systemu. Sprawdzania linii sygnalizacyjnych dokonujemy za pomocą przycisku TEST. Po jego naciśnięciu na ekranie wyświetlacza alfanumerycznego pojawiają się informacje o napięciu występującym na każdej z linii lub informacja o wyłączeniu linii, jeżeli została podczas konfiguracji systemu wyłączona. Jeżeli stwierdzamy, że napięcia na każdej linii są prawid-
łowe, to potwierdzamy to za pomocą przycisku SET. W tym momencie wartości napięć zostają zapamiętane w pamięci EEPROM i po uzbrojeniu systemu zostaną użyte do kontrolowania bieżącego stanu linii dozorowych. Co godzinę program dokonuje korekty zapisanych w pamięci wartości. Jeżeli zmieniły się one nieznacznie, to program zastępuje stare wartości nowymi. Pozwala to na uniknięcie fałszywych alarmów związany z powolną zmianą napięcia na liniach dozorowych, spowodowaną np. wzrostem wilgotności w otoczeniu lub niestabilną pracą zastosowanych czujników.
Jeżeli system został już uprzednio skonfigurowany, to po włączeniu zasilania program automatycznie przechodzi w stan czuwania, co sygnalizowane jest odpowiednim komunikatem na wyświetlaczu (fot. 1). W tym momencie mamy dostęp do menu konfigu-racyjnego, a także możemy wprowadzić system w stan aktywny. Koiingurowaniem systemu zajmiemy się w dalszej części artykułu, a teraz przeanalizujmy zachowanie się programu w przypadku, gdy kryterium alarmu wystąpi na jednej z dozorowych linii oraz w razie stwierdzenia nieprawidłowości w funkcjonowaniu układu zasilania.
Uaktywniony system alarmowy nie może natychmiast reagować na sygnały z linii dozorowanych. Do jego pełnego uzbrojenia musi bowiem upłynąć pewien czas, ustawiany podczas konfigurowa-nia systemu. Jest to czas identyczny z czasem opóźnienia włączania alarmu po wystąpieniu kryterium alarmu na liniach dozorowych pracujących z opóźnieniem. Uzbrajanie się systemu, trwające od 1 do 255 sekund, sygnalizowane jest szybkim migotaniem czerwonej diody LED.
System alarmowy może pozostawać uzbrojony przez długi okres, niekiedy nawet przez całe tygodnie lub miesiące. Program sterujący pracą centrali, jak każdy inny program mikroprocesorowy czy komputerowy, nie zawsze jest stuprocentowo niezawodny i jego zawieszenie się, np. na skutek silnych zakłóceń radioelektrycznych, jest wprawdzie mało prawdopodobne, ale możliwe. Przed takim przypadkiem chroni nas watchdog sprzętowy, włączany natychmiast po uzbrojeniu systemu. Watchdog skonfigurowany został tak, że po upływie 2048ms od chwili jego uruchomienia wyzeru-je system, chyba że wcześniej sam zostanie programowo wyzerowa-ny. Podprogram realizowany po uzbrojeniu systemu został napisany tak, że mniej więcej co sekundę następuje zerowanie watch-doga i system może pracować bez zakłóceń. Jednak w przypadku zawieszenia się programu, po upływie maksimum 2048ms nastąpi zerowanie sprzętowe procesora i program rozpocznie pracę od początku. Pozostaje jednak jeden problem do rozwiązania: przecież układ centrali po włączeniu zasilania "budzi się" w stanie rozbrojenia i wykonanie przez watch-doga zerowania sprzętowego automatycznie rozbrajałoby system! Na szczęście przewidzieliśmy taką ewentualność: po uzbrojeniu systemu program zapisuje w jednej z komórek pamięci EEPROM informację o tym fakcie. Po rozbrojeniu systemu informacja ta jest automatycznie kasowana, ale pozostaje nienaruszona w przypadku zawieszenia się programu i zerowania wykonanego przez watchdog. W momencie startu program sprawdza zawartość pamięci EEPROM i jeżeli znajdzie tam informację świadczącą o tym, że przed zerowaniem system był uzbrojony, automatycznie powraca do tego stanu, a dane o konfiguracji systemu odczytywane są z pamięci EEPROM.
Po uzbrojeniu systemu można liczyć się z trzema wydarzeniami, które powinny wywołać właściwą reakcję centrali.
Wystąpienie stanu alarmu, czyli zmiana napięcia o więcej niż 10% poza przyjętą i zarejestrowaną podczas uzbrajania sys-
42
Elektronika Praktyczna 4/2001
Cyfrowa centrala alarmowa
linii telefonicznej wysyłany jest komunikat numer 1, informujący o wtargnięciu intruzów na strzeżony obszar.
Włączenie sygnalizacji alarmowej zostaje przez program zapamiętane i informacja o takim zdarzeniu zostanie wyświetlona po rozbrojeniu systemu. Do tego komunikatu zostanie dołączona informacja, na której linii dozorowej wystąpił stan alarmu i ile razy sygnalizacja była włączana. Tyle o działaniu systemu w roli stróża naszego mienia. Nie zapominajmy, że nasza centrala posiada jeszcze jedną, ważną funkcję: strzeże samą siebie przed awarią powstałą na skutek braku zasilania.
Przez cały czas działania centrali, obojętne, czy system jest uzbrojony, czy nie, stan napięcia na akumulatorze zasilania awaryjnego jest ustawicznie monitorowany. Pomiary napięcia dokonywane są co 10 sekund, i jeżeli program stwierdza, że obniżyło się ono poniżej przyjętej wartości, to włączany zostaje układ ładowania, a właściwie doładowywa-nia akumulatora. Prąd doładowa-nia zależy od wartości rezystora R19, która powinna zostać dobrana odpowiednio do pojemności stosowanego akumulatora. Po naładowaniu akumulatora do wyznaczonego napięcia, doładowy-wanie zostaje przerwane i może
temu wartość powoduje prawie natychmiastowe włączenie sygnalizacji alarmowej. Prawie natychmiastowe, ponieważ program przed jej uruchomieniem sprawdza jeszcze trzykrotnie, czy aby nie mamy do czynienia z impulsem zakłócającym i czy zmiana napięcia na linii dozorowej ma charakter stały. Po wykonaniu testu weryfikującego wiarygodność otrzymanej z linii dozorowej informacji, włączana jest sygnalizacja alarmowa oraz rozpoczyna się wybieranie zaprogramowanych numerów telefonicznych. Do dyspozycji mamy dwa przekaźniki dużej mocy, do których możemy dołączyć dowolne układy wykonawcze. Podczas uaktywnienia sygnalizacji alarmowej przekaźnik RL3 włączany jest na stałe, natomiast przekaźnik RL4 pracuje impulsowo, z częstotliwością 0,5Hz i wypełnieniem 50%.
Po upływie zaprogramowanego czasu trwania alarmu, sygnalizacja zostaje wyłączona i układ powraca do stanu oczekiwania na ewentualne ponowne wystąpienie stanu alarmu na którejś z linii dozorowych.
Stwierdzenie nieprawidłowego napięcia na liniach dozorowych, skonfigurowanych do pracy z opóźnieniem powoduje krótkotrwałe włączenie prealarmu, czyli chwilowe zadziałanie przekaźnika RL4. Następnie program odlicza ustawiony podczas konfigurowania centrali czas. Je żeli wówczas system nie zostanie rozbrojony, to centralka włącza pełną sygnalizację alarmową i przystępuje do wysyłania wiadomości pod zaprogramowane numery telefonów. Po upływie wyznaczonego okresu sygnalizacja zostaje wyłączona. Należy tu jednak zaznaczyć, że zarówno w przypadku alarmu z opóźnieniem, jak i bez, wybieranie numerów telefonicznych zostanie doprowadzone do końca, nawet po wyznaczonym czasie włączenia sygnalizacji alarmowej. Do RyS 4 Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej centrali.
zostać ponownie włączone po obniżeniu się napięcia na akumulatorze poniżej wyznaczonej wartości. Jednak w pewnych przypadkach ładowanie akumulatora może okazać się nieskuteczne i zadaniem programu jest rozważenie, jakie kroki należy podjąć w zaistniałej sytuacji. Początkowo jakakolwiek gwałtowna reakcja programu nie jest potrzebna. Przecież wyłączenia prądu zdarzają się w niektórych regionach kraju dość często i chwilowa przerwa w dostawie energii elektrycznej nie musi jeszcze powodować alarmowania naszych przyjaciół. Jednak fakt zaniku napięcia w sieci lub uszkodzenia akumulatora zostaje przez program zapamiętany. Wówczas monitorowanie napięcia odbywa się częściej, a czas, jaki minął od momentu wystąpienia problemów z akumulatorem, jest skrupulatnie zliczany. Ponadto, jeżeli system nie jest uzbrojony, na wyświetlaczu LCD ukazuje się odpowiedni komunikat, informujący o nieprawidłowościach w systemie zasilania i okresowo jest włączany generator piezo Q3. Ma to na celu natychmiastowe zawiadomienie mieszkańców o możliwości awarii systemu zasilania. Jeżeli problemy z akumulatorem nie znikną w ciągu pół godziny od momentu spadku napięcia poniżej ustalonej wartości, to dalsze działanie programu zależne
ru
TO
o
> n
1WIRE GREEN
RL3
Elektronika Praktyczna 4/2001
43
Cyfrowa centrala alarmowa
7 8 9 ESC
O DELAY O DiSTANT O
4 O 5 O 6 o
Ó REEDRD 2 O 3 O
0 TEST SET ENTER
O O O O
O 'i. A r s Et'
3 s C
iS Ś" m
O ' o* CD to
OO
IND3
Rys. 5. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej klawiatury.
jest od aktualnego stanu systemu alarmowego. Jeżeli system nie jest uzbrojony, co sugeruje obecność domowników w domu, to włączony zostanie ciągły sygnał akustyczny generowany przez przetwornik Q3. No cóż, w takiej sytuacji program sterujący pracą centrali niewiele więcej może zdziałać! Jeżeli natomiast system alarmowy jest uzbrojony, to zadaniem programu będzie natychmiastowe zawiadomienie wyznaczonych osób o awarii zasilania i możliwej próbie sabotażu. Włączone zostanie wybieranie numerów telefonicznych, lecz tym razem nadawany będzie komunikat numer 2 nie zgłaszający włamania, ale jedynie nietypową sytuację w systemie zasilania i zawierający prośbę o interwencję.
Montaż i uruchomienie
Na rys. 4 i 5 pokazano rozmieszczenie elementów na dwóch płytkach drukowanych wchodzących w skład układu centrali alarmowej. Płytka główna zaprojektowana została na laminacie dwustronnym z metalizacją, a płytka, na której umieszczony został wyświetlacz alfanumeryczny i klawiatura na laminacie jednostronnym. Zanim jednak przejdziemy do opisu montażu i programowania centrali, musimy wyjaśnić
sprawę dodatkowego złącza, umieszczonego na głównej płytce, a nie narysowanego na schemacie. Złącze to, zlokalizowane wewnątrz obrysu podstawki pod procesor, było stosowane podczas testowanie prototypu, a na płytce finalnej miało być usunięte. Jednak po namyśle postanowiłem je pozostawić, ponieważ jego usunięcie mogłoby być poczytane jako zwykła złośliwość. Złącze to umożliwia bowiem bezpośrednie dołączenie do procesora programatora ISP AVT-871, opisanego w EP6/2000 i programowanie procesora bez konieczności wyjmowania go z układu. W przypadku posługiwania się pakietem BASCOM AVR, po napisaniu programu lub wprowadzeniu jakichkolwiek zmian w jego treści, naciskamy po prostu klawisz Y7 i po kilku sekundach nasz program znajduje się już w pamięci EEPROM procesora. Jeżeli będziemy chcieli korzystać z tego złącza, to musimy pamiętać że musi ono zostać wlutowane w płytkę od strony ścieżek!
Montaż obydwóch płytek obwodów drukowanych układów centrali nie różni się od montażu innych urządzeń elektronicznych. Rozpoczniemy go od wlutowania w płytkę elementów o najmniejszych gabarytach, czyli rezystorów i diod. Następnie wlutujemy
w płytki podstawki pod układy scalone i kolejno coraz większe elementy. Szczególną uwagę musimy zwrócić na montaż płytki z wyświetlaczem i klawiaturą: wszystkie przyciski oraz szereg goldpinów do zamocowania wyświetlacza lutujemy w płytkę od strony ścieżek!
Po zmontowaniu obydwóch płytek łączymy je ze sobą za pomocą odcinka przewodu taśmowego zaopatrzonego w dwa zaciskane wtyki.
Do dyspozycji mamy jeszcze trzecią płytkę, na której jednak nie będziemy montować żadnych elementów elektronicznych. Płytka ta pełni rolę płyty czołowej bloku wyświetlaczy i klawiatury, a jej użycie zależy wyłącznie od rodzaju obudowy, w której umieścimy centralę. Na płytce tej umieszczony jest otwór na wyświetlacz alfanumeryczny, otwory na przyciski klawiatury i napisy informacyjne. Płyta czołowa jest łączona z płytką wyświetlacza nieco nietypowo za pomocą czterech śrubek o średnicy 3mm, których łebki powinny być przylutowane do dużych pól lutowniczych umieszczonych na spodniej stronie płyty czołowej. Taki sposób montażu zapewnia estetyczny wygląd płyty czołowej centrali.
Konfigurowanie centrali
Po zmontowaniu i dołączeniu zasilania centrala alarmowa nie ma jeszcze żadnej wartości użytkowej. Nie można jeszcze ani uzbroić, ani rozbroić systemu, stan linii dozorowych pozostaje dla układu wielką niewiadomą, a swobodny dostęp do menu kon-figuracyjnego nie jest jeszcze możliwy. Po pierwszym włączeniu zasilania program sprawdza, czy w pamięci EEPROM zostały już zapisane jakieś dane. Jeżeli nie, to automatycznie wywoływana jest procedura konfigurowania systemu.
Dzięki zastosowaniu wygodnej w obsłudze klawiatury i wyświetlacza alfanumerycznego, procedura konfigurowania centrali jest wyjątkowo łatwa i sprowadza się
44
Elektronika Praktyczna 4/2001
Cyfrowa centrala alarmowa
Fot. 2. Widok wyświetlacza podczas rejestrowania kluczy.
do odpowiadania na zadawane przez program pytania. Z każdej pozycji menu konfiguracyjnego możemy wyjść bez podawania nowych danych, naciskając klawisz ESC. W takim przypadku program przyjmuje wartości poprzednio ustawione (np. numery seryjne kluczy DS1990) lub wartości domyślne. Uwaga: wyjście z podprogramów rejestracji kluczy i hasła dostępu do menu konfiguracyjnego nie jest możliwe przy pierwszym uruchomieniu centrali. Przyczyna takiego zachowania programu jest oczywista: do prawidłowego działania centrali niezbędne jest zarejestrowanie choćby jednego klucza i podanie jakiegokolwiek kodu dostępu.
Konfigurowanie centrali przeprowadzamy w następującej kolej-
ności:
1. Rejestracja kluczy DS1990 Program prosi o kolejne przykładanie do czytnika tabletek DALLAS, które chcemy zarejest-iow a ć. P opr a wne z ar e j e s tio w anie Jducza kwitowane jest odpowiednim komunikatem (fot. 2) ukazującym się na wyświetlaczu alfanumerycznym LCD i włączeniem zielonej diody czytnika na 3 sekundy. Zawsze musimy zarejestrować 10 tabletek. Jeżeli potrzebujemy mniejszą liczbę kluczy, to rejestrujemy niektóre tabletki kilkakrotnie, tak aby program "myślał", że zarejestrował 10 różnych numerów seryjnych układów DS1990. Po zarejestrowaniu ostatniej tabletki program automatycznie przechodzi do rejestracji kodu dostępu.
2. Rejestracja kodu dostępu do menu konfiguracyjnego
Kod dostępu do menu konfiguracyjnego podajemy z klawiatury numerycznej (fot. 3). Może on być liczbą maksymalnie 16-cyfro-
wą. Podanie kodu potwierdzamy klawiszem ENTER, z tym, że przy wykorzystywaniu całkowitej długości kodu program zakończy jego rejestrację automatycznie.
3. Programowanie czasu trwania włączenia sygnalizacji alarmowej
Kolejną pozycją menu konfiguracyjnego jest opcja ustawiania czasu trwania włączenia sygnalizacji alarmowej (fot. 4). Dane podajemy z klawiatury numerycznej, przy czym najdłuższy wprowadzony czas nie może przekraczać 255 minut. Możemy także nacisnąć klawisz ESC i zrezygnować z ustawiania tego czasu, a program przyjmie wtedy wartość domyślną: 5 minut.
4. Programowanie czasu opóźnienia uzbrajania systemu i zwłoki we włączaniu sygnalizacji alarmowej
Tę opcję ustawiamy tak, jak poprzednią, przy czym czas jest tym razem podawany w sekundach. Rezygnacja z wprowadzenia czasu opóźnienia powoduje przyjęcie przez program wartości domyślnej, czyli 30 sekund.
5. Ustawianie funkcji pełnionych przez poszczególne linie dozorowe
Każda linia dozorowa centrali może znajdować się w trzech trybach pracy: powodować włą-
czenie sygnalizacji alarmowej bez opóźnienia, z opóźnieniem lub pozostawać nieaktywna. Kolejna pozycja menu konfiguracyjnego pozwala na przypisanie każdej z linii określonej funkcji (fot. 5). Wyboru dokonujemy za pomocą trzech klawiszy klawiatury numerycznej, które tymczasowo zmieniły swoją funkcję: klawisz "7" wyłącza daną linię, klawisz "8" ustawia ją w tryb pracy z opóźnieniem, a klawisz "9" bez opóźnienia. Na płycie czołowej centrali klawisze te wyposażono w odpowiednie napisy. Wybór trybu pracy każdej z linii dozorowych potwierdzamy klawiszem ENTER.
6. Programowanie numerów telefonu
W pamięci centrali możemy zapisać do 30 numerów telefonów, pod które będą wysyłane komunikaty o próbie włamania lub niesprawności systemu zasilania. Oczywiście, powiadamianie telefoniczne jest opcjonalne i nie zawsze musi być wykorzystywane. Jeżeli jednak chcemy skorzystać z tego, moim zdaniem najskuteczniejszego systemu sygnalizacyjnego, to musimy w pamięci danych EEPROM zapisać numery telefonów osób, które zgodziły się na ewentualne interweniowanie w obronie naszego mienia.
Za pomocą klawiszy oznaczonych strzałkami wybieramy, który z numerów mamy zamiar zaprogramować. Informacja o kolejnym numerze wyświetlana jest w gói-nym rzędzie wyświetlacza alfanumerycznego, a jednocześnie w dolnym rzędzie wyświetlany jest numer telefonu, jeżeli taki został już zapisany na bieżącej pozycji. Jeżeli mamy zamiar zmienić ten numer, to naciskamy klawisz ESC i z klawiatury numerycznej wprowadzamy nowe dane potwierdza-
Fot. 3. Widok wyświetlacza podczas rejestrowania kodu dostepowego.
Elektronika Praktyczna 4/2001
45
Cyfrowa centrala alarmowa
Czai alarnu: C53
Fot. 4. Widok wyświetlacza podczas ustawiania czasu trwania alarmu.
jąc wprowadzenia całego numeru klawiszem SET. Po zapisaniu wszystkich numerów wychodzimy z podprogramu za pomocą klawisza ENTER.
7. Nagrywanie komunikatów
Jest to chyba najprostsza czynność, jaką będziemy musieli wykonać podczas konfigurowania centrali. Klawiszami "1" i "2" wybieramy numer komunikatu, który chcemy nagrać, pamiętając, źe komunikat numer 1 zawsze będzie wykorzystywany do informowania o próbie włamania, a komunikat numer 2 o niesprawności systemu zasilania.
Czas trwania obydwóch komunikatów jest jednakowy i wynosi niecałe 10 sekund. Sądzę, źe jest to czas całkowicie wystarczający do przekazania wiadomości osobie, która została uprzednio uprzedzona o możliwości otrzymania takiej informacji. Wystarczy tylko kilka słów, w rodzaju: "Wpadnij do mnie Krzysiu, bo chyba ktoś usiłuje dostać się do mojego mieszkania". Krzysio dobrze wie, od kogo może pochodzić taka wiadomość i gdzie ma się udać. Ponieważ minęły już czasy, kiedy okradaniem mieszkań zajmowali
się złodzieje, a nie bandyci, radziłbym Krzysiowi udać się do "podejrzanego" mieszkania w asyście policji lub dobrze wyszkolonych ochroniarzy. Oczywiście, w przypadku otrzymania komunikatu o awarii systemu zasilania ochrona nie będzie potrzebna, ale wtedy polecałbym Krzysiowi zabranie miernika uniwersalnego i prostych narzędzi.
Kolejność postępowania przy nagrywaniu komunikatów jest następująca: najpierw wybieramy z klawiatury numer komunikatu, który chcemy nagrać. Następnie naciskamy klawisz RECORD i przez 10 sekund mówimy do mikrofonu, nagrywając krótką i zwięzłą informację o zaistniałej sytuacji. Proces nagrywania jest sygnalizowany odpowiednim na-
pisem na wyświetlaczu. Po zakończeniu nagrywania możemy, naciskając przycisk TEST, odtworzyć zarejestrowany komunikat i jeżeli zajdzie taka potrzeba, powtarzać nagrywanie wielokrotnie.
Na zakończenie tego opisu chciałbym poruszyć jeszcze jedną sprawę. Czy wiecie, co jest najtrudniejsze dla programisty? Moim zdaniem... zakończenie pisania programu i zaprzestanie jego ulepszania! Napisałem program obsługujący centralę alarmową, napisałem też ten artykuł, ale do momentu jego publikacji upłynie jeszcze trochę czasu. Nie mogę więc zaręczyć, że w międzyczasie nie przyjdą mi do głowy pomysły na jakieś ulepszenia czy modyfikacje programu centrali. Jeżeli jednak takie zmiany zostaną wprowadzone, to informacja o nich zostanie dołączona do kitu i do kodu źródłowego programu. Zbigniew Raabe, AVT zbigniew.raabe@ep.com.pl
Wzory płytek drukowanych w formacie PDF są dostępne w Jnternecie pod adresem: http://www.ep.cont.pl/ TpdpkwiecienOlJttm oraz na płycie CD-EP04/2001B w katalogu PCB.
Fot. 5. Widok wyświetlacza podczas konfigurowania linii alarmowych.
46
Elektronika Praktyczna 4/2001
SPRZĘT
Więcej niż starłer-kit
Przedstawiamy kolejne narzędzie przygotowane przez Microchipa dla konstruktorów chcących niewielkim kosztem "wkroczyć" w świat 8-bitowych
mikrokontrolerów PIC. PICStart potrafi naprawdę wiele, znacznie więcej od standardowych zestawów oferowanych
przez innych producentów.
\ estaw narzędzi rybuowany pod nazwą s Start Plus składa się z kompletnego programatora wraz z zasilaczem, zestawu doskonale opracowanej dokumentacji, zestawu narzędzi programowych na CD-ROM (w tym: kompilator C dla PIC16F84, środowisko projektowe MPLab IDE, kompilator asemblera] oraz kompletnego katalogu produktów firmy Microchip na dwóch płytach CD-ROM. Tak więc, użytkownik zestawu otrzymuje w nim wszystkie elementy niezbędne do natychmiastowego rozpoczęcia pracy, co większość znanych mi elektroników naprawdę docenia.
Dostarczany w zestawie pakiet MPLab IDE jest uniwersalnym środowiskiem projektowym, obsługującym praktycznie wszystkie programatory i emulatory oferowane przez Microchipa (rys. 1]. Z tego powodu podczas instalacji tego programu warto zwrocie uwagę, aby nie instalować zbędnych plików dla pozostałych urządzeń, ponieważ zajmują one sporo miejsca na dysku twardym, do współpracy z programatorem PICStart nie są potrzebne. Instalację programów i. dostęp do materiałów zamieszczonych na płycie z MPLab IDE ułatwia interaktywna przeglądarka (rys. 2], zapewniająca także dostęp do
Sełect Contponents
Iftocse whth campor*riii to rtfa* ty cłwcł-ng fił tum bek*
3589
7555
[7 M<\ALSIM GłrtialorS^ipoil Fłei 5911
[7 MPL/.E-ICI EmJaia ^lłx"+ F*ei 3111
P PlCM*5TER Ermtóa SucfdFte* I!W
f7 FftO MATĘ Siccort F4w �3
PnCSTAPTF^iSuppoiiFtai tK
P IfUBICD Dfbuooe- 5*Art Fi� 245
Ehik Lpac& Ronainng 3010

Rys. 1.
Elektronika Praktyczna 4/2001
47
SPRZĘT
demonstracyjnych wersji kompilatorów C dla mikrokontrole-rów PICrnicro oraz kilku programów przykładowych. Atrakcyjnym uzupełnieniem możliwości zestawu programów dostarczanych w zestawie jest symulator MPLab SIM umożliwiający analizę funkcjonalną działania programu. Symulator oczywiście nie pracuje w czasie rzeczywistym, a jego faktyczna wydajność silnie zależy od konfiguracji komputera na którym jest uruchamiany. W wielu przypadkach to ograniczenie nie jest szczególnie
W skład zestawu PICStart Plus DK wchodzą:
x programator PICStart Plus, x kabel RS232, x zasilacz sieciowy z kablem, x dokumentacia książkowa do
pakietu MPLab, x drukowany przewodnik po
zestawie, x płyta CD-ROM z programem
MPLab 5 20, x katalog firmy Microchip na
dwóch płytach CD-ROM, x próbka układu PIC16F84
dotkliwe, w związku z czym proponowane przez Microchipa rozwiązanie można uznać za atrakcyjną propozycję dla większości użytkowników.
Programator sterowany przez MPLab IDE umożliwia programowanie, odczyt, weryfikację i modyfikację bitów konfigura-cyjnych, pamięci programu i danych we wszystkich 8-bitowych mikrokontrolerach oferowanych przez Microchipa. Jedynym ograniczeniem jest maksymalna liczba wyprowadzeń (40] i konieczność stosowania adapterów-przelotek dla mikrokontrolerów w obudowach innych niż DIP.
Prezentowany w artykule zestaw jest - moim zdaniem -obecnie bezkonkurencyjny wśród cenowych odpowiedników, przede wszystkim ze względu na poważne potraktowanie przez Microchipa niezbyt zasobnego odbiorcy. O ile materiały informacyjne dostarczone w zestawie są ogólnie dostępne, to estetycznie wykonany i wyposażony w trwałą podstawkę ZIF jest atrakcyjnym ich uzupełnieniem. Polityka
MlCROCHIP
MPLAB11 1DF.v5.20
im*** MPUtB �L -5.2O
lh*t*
Rys. 2.
Microchipa polegająca na integracji obsługi wszystkich narzędzi w środowisku MPLab IDE jest także warta pochwalenia. Jak wiadomo: czego się Jaś n au czy, J an będ zi e po traf ił...
Andrzej Gawryluk, AVT
Prezentowany w artykule zestaw udostępniła redakcji firma Gamma, iel.(0-22) 663-33-76, www.garnrna.pl. ~ ~ -
Dodatkowe informacje o zestawie PICStart Plus można znaleźć na płycie CD-EP4/ 2001B w katalogu \Mchip, są także dostępne w Intemecie pod adresami:
- http://www.microchip.com/lO/ tools/picmi cro/progra m /pics-iari/i ndex.htm,
- hiip://www.microchip.com/ Download/tools/picmicro/pro-gram/picsiari/ds51028d.pdf.
48
Elektronika Praktyczna 4/2001
SPRZĘT
Atmel, chcąc nadążyć za dynamicznym rozwojem rodziny mikro-kontrolerów AVR, opracował doskonały zestaw narzędziowy umożliwiający uruchamianie prostych systemów z dowolnymi mikrokon-trolerami tej rodziny. Tak więc, oprócz standardowych układów AT90S w STK500, można stosować także mikrokontrolery ATtiny oraz ATmega.
Sprzętowa ekstraklasa
Skład zestawu pozwala na stosowanie go jako uniwersalnego narzędzia projektowego, które umożliwia testowanie stosunkowo prostych projektów. Do tego celu na płytce drukowanej zestawu przeznaczono: - dwa interfejsy RS232, z których jeden można zawsze wykorzystać na potrzeby własnej aplikacji,
W skład zestawu STK500 wchodzą:
x płytka zestawu uruchomieniowego,
x rmkrokontroler AT90S8515,
x drukowana dokumentacia zestawu,
x katalog lirmy Atmel na płycie CD-ROM,
x zestaw kabli połączeniowych niezbędnych do
konfiguracji zestawu,
x kabel RS232,
x niskonapięciowy kabel zasilający
- 8 przycisków i diod LED sterowanych z wyjść wzmacniaczy prądowych, które można wykorzystać w testowanych aplikacjach,
- zestaw złącz, na które wyprowadzono wszystkie sygnały systemowe oraz wejście i wyjście generatora wzorcowego,
- 2Mb pamięć Flash z szeregowym interfejsem SPI, którą można wykorzystać do przechowywania danych aplikacji,
- 3 podstawek (S-, 20-, 23- i 40-wy-prowadzeniowych), które można wykorzystać jako złącza dla mik-rokontrolera stosowanego w aplikacji, a także do programowania mikrokontrolerów. Dostosowanie konfiguracji zestawu
do potrzeb testowanej aplikacji umożliwia szereg złącz szpilkowych oraz kilka kabli połączeniowych dostarczanych w zestawie, za pomocą których można dołączyć peryferie do mi kr o kontrolera. Konstruktorzy zestawu, aby zaoszczędzić kłopotów jego użytkownikom, wydzielili za pomocą wyraźnego opisu na płytce pole podstawek oraz złącz do programowania ISP (ang. In System Program-
BlSC-owe mikrokontrolery AVR firmy Atmel przebojowo podbiły rynek. Zadanie to wydawało się trudne, wręcz niemożliwe do wykonania, ponieważ wdrożenie układów o zupełnie nowej architekturze na ustabilizowanym od lat rynku wymagało ogromnego zaangażowania ze strony producenta. Zalety układów AVR szybko docenili projektanci, ciągle wspierani przez Atmela nowymi narzędziami. Jedno z nich - starter kit STK500 - przedstawiamy w artykule.
Studio 3.2
50
Elektronika Praktyczna 4/2001
SPRZĘT
ming). Kolorowymi prostokątami przyporządkowano podstawki do odpowiednich złącz, natomiast wspólne dla wszystkich podstawek fragmenty zestawu opisano tekstem odnoszącym się do spełnianych przez nie funkcji.
Na płytce drukowanej zestawu producent umieścił także zasilacz stabilizowany z mostkiem prostowniczym na wejściu oraz stabilizatory podwyższonego do 12V napięcia, które jest niezbędne dla jednego z obsługiwanych przez zestaw trybów programowania pamięci programu mikrokontrolerów. Ze względu na stosunkowo niewielką pojemność kondensatora filtrującego na wyjściu mostka (wejściu stabilizatora) (zaledwie lOOfiF), nie jest zalecane zasilanie zestawu bezpośrednio z wyjścia transformatora sieciowego, ponieważ tętnienia napięcia zasilającego mogą uniemożliwić poprawną pracę mik-rokontrolera. Niestety, odpowiedni zasilacz sieciowy nie wchodzi w skład zestawu.
Producent przygotował dla zestawu doskonałą dokumentację (drukowaną!), w której krok po kroku opisano wszystkie możliwe warianty konfiguracji zestawu. Opisy uzupełniono zdjęciami, na których w powiększeniu pokazano podłączenia wybranych modułów peryferyjnych. W dokumentacji dokładnie omówiono także dwa możliwe sposoby programowania mikrokontrolerów: ISP i równoległe (wysokonapięciowe).
Środowisko programowe
Uzupełnieniem drukowanej dokumentacji zestawu jest katalog podzespołów firmy Atmel dostarczany na płycie CD-ROM. Znajduje się na niej m.in. pakiet narzędziowy IDE (ang. Integrated Development Envi-ronment) z AVR-Studio w wersji 3.21 (rys. 1). Za pomocą tego programu można programować i odczytywać zawartość pamięci wybranych

Rys. 7.
mikrokontrolerów poprzez złącze szeregowe (STK500 pracuje jak standardowy programator), można także edytować i modyfikować rejestr sygnatury, a także zdalnie modyfikować parametry pracy: napięcie zasilania i częstotliwość taktowania. W AVR-Studio zintegrowano także kompilator asemblera oraz prosty system usuwania błędów z programu. AVR-Studio jest bezpłatnie udostępniane przez firmę Atmel i dość regularnie pojawiają się w Internecie jego nowe wersje.
Podsumowanie
Po raz pierwszy na łamach EP opisujemy zestaw narzędziowy produkowany przez firmę Atmel i muszę przyznać, że testy potwierdziły pierwsze wrażenia. Doskonale przygotowana część "elektroniczna" zestawu i jej walory dydaktyczne mogą być wzorem dla innych producentów. Także przejrzysta i logicznie ułożona dokumentacja (niestety tylko w języku angielskim) zachęca do zagłębienia się w tajniki AVR-ów.
Jedynym - za to moim zdaniem dokuczliwym - niedociągnięciem jest brak w zestawie zasilacza sieciowego, przecież niezbyt kosztownego. Tomasz Paszkiewicz, AVT
Prezentowany w artykule zestaw u dosiępn Ha ie dakcji firma JM-Elekiionik, iel (0-32) 339-69-00, www.jin ,pl.
Doda ikowe inforin a cje o zestawie można znaleźć na płycie CD-EP04/ 2001B w katalogu \STK500 oraz w Iniernecie:
- informacje o procesorach AVR: hiip;ffwww.aiinel.coinfaiinelfprod-u c i s/pr o d2 3. ii f m,
- wybór noi katalogowych mikrokon-irolerów: hiip;ffwww.aiineLcoinfaf-inelfproducisfpro d200.hiin,
- informacje o zestawach narzędziowych: hiip;ffwww.aiinel.coinfaiinelf pro ductsfpio d202.hiin.
- program AVR Studio 3: ftp:ff www.aimel. com fpub faimelf a studio 3.exe.
Elektronika Praktyczna 4/2001
51
PROJEKTY
Monitor magistrali szeregowych, część 1
AVT-991
Przedstawiamy projekt
urządzenia o tzw. "wąskiej
specjalizacji". Możliwość
"podglądania" przesyłanych
danych m oże się przydać
osobom zajm ującym się
konstruowaniem, naprawą
i konserwacją urządzeń
współpracujących
z szeregowymi magistralami
transmisyjnym i.
Artykuł m oże też
zainteresuje tych dociekliwych
Czytelników, którzy patrząc
na plączące się zwoje kabli,
chcą wiedzieć "jak to działa
i do czego służy".
Do czego przyda się ten przyrząd
Pomysł monitora powstał w czasie pracy nad pewnym układem, w którym nieustannie pojawiały się kłopoty z transmisją magistrali PC. Marzyłem, by mieć możliwość podejrzenia danych, które są poprzez tę magistralę w rzeczywistości przesyłane, gdyż w ten sposób łatwo mógłbym znaleźć dokuczliwy błąd. A kiedy przypominałem sobie wcześniejsze podobne sytuacje, doszedłem do wniosku, że tego typu monitor bardzo by mi się przydał. Gdyby jeszcze mieć do dyspozycji układ, który nie tylko śledzi przesyłane informacje, ale może także udawać nadawcę i podłączony do linii będzie wysyłał ustalone wcześniej sekwencje danych. I oczywiście dobrze by było wyposażyć monitor w interfejsy innych linii, nie tylko PC. Proste z pozoru zadanie okazało się nieco trudniejsze niż na początku sądziłem, jednak w końcu powstał działający prototyp monitora magistrali szeregowych (i rzeczywiście pomógł rozwiązać moje problemy). Jego możliwości są następujące:
- współpracuje z interfejsami RS232, RS485, PC, 1-Wire,
- ma możliwość odczytu danych (praca w trybie monitora), zapisu (praca jako nadajnik) oraz edycji danych odczytanych lub przeznaczonych do wysłania,
- ma możliwość zapamiętania do 250 plików w pamięci nieulot-nej RAM,
- ma opcję transmisji wybranego pliku jeden raz lub wielokrotnie oraz możliwość określenia liczby danych, które mają być odczytane z monitorowanej linii,
- ma opcję tropu, tzn. określenie sekwencji danych, po identyfikacji której układ rozpocznie rejestrację strumienia danych,
- ma możliwość pracy autonomicznej dzięki wykorzystaniu do wyświetlania danych 2-linio-wego wyświetlacza LCD oraz zasilania zarówno napięciem stałym, jak i zmiennym.
Schemat elektryczny układu
Schemat elektryczny monitora przedstawiono na rys. 1. Pracą urządzenia steruje oczywiście procesor jednoukładowy z nieśmiertelnej rodziny '51. W monitorze zastosowany został procesor AT89C55 z wewnętrzną pamięcią programu o pojemności 20kB. Jednak równie dobrze można zastosować AT89C51 lub AT89C5 2. Zależy to od liczby funkcji, w ja-
Elektronika Praktyczna 1/2001
33
Monitor magistrali szeregowych
kie zostanie wyposażony monitor, a więc i od objętości kodu sterującego. W przedstawianej wersji układu objętość kodu sterującego znacznie przekroczyła 8kB, co spowodowało konieczność użycia właśnie procesora AT89C55.
Do procesora podłączona jest pamięć RAM (U3) o pojemności
Rys. 1. Schemat elektryczny monitora linii szeregowych.
32kB, którą procesor adresuje za pomocą rejestru równoległego U5. Zastosowanie pamięci podyktowane zostało względami praktycznymi. Otóż często najwięcej pożytecznych informacji można uzyskać analizując dane z kilku kolejnych transmisji. Po odczycie powinny więc zostać one zachowane I jako oddzielne pliki,
sl aby później móc je ze
sobą porównać w trybie edycji danych. Pamięć RAM przechowuje nie tylko odczytane dane, ale i pewne informacje konfiguracyj-ne systemu, a jej zawartość nie ulega wymazaniu nawet po odłączeniu zasilania dzięki podtrzymaniu bate-ryjnemu. Litowa bateria (o napięciu 3V) za pośrednictwem układu Uli zasila jedynie pamięć RAM, gdy odłączone zostanie napięcie zasilające. Ponieważ w tym stanie pamięć nie jest ani zapisywana, ani odczytywana, pobierany przez nią prąd jest minimalny i pojemność baterii wystarczy na bardzo długi okres pracy. Żeby jeszcze dodatkowo przedłużyć jej czas "życia", można w czasie gdy przyrząd jest nie używany rozłączyć zworę JP8, odcinając tym samym awaryjne zasilanie pamięci RAM. Ponieważ urządzenie pomyślane zostało jako przenośne, do komunikacji z użytkownikiem wykorzystany został wyświetlacz LCD. Okazało się, że wystarczający komfort obsługi zapewnia wyświetlacz z dwiema 16-znakowy-mi liniami. Dzięki temu górna linia może pełnić rolę pola edycji, a dolna pola statusu, w którym wyświetlane są podstawowe informacje o aktualnym stanie urządzenia. Zarówno pamięć RAM, wyświet-
34
Elektronika Praktyczna 1/2001
Monitor magistrali szeregowych
lacz, jak i układ U16 traktowane są przez procesor jako część zewnętrznej przestrzeni adresowej, z której można zarówno odczytywać, jak i zapisywać dane poprzez port PO. Ponieważ przestrzeń ta jest wspólna, to może zainteresować dociekliwych gdzie w przedstawionym na rys. 1 układzie znajduje się dekoder adresów, za pomocą którego procesor wybiera układ, do którego chce się odwołać. Rolę takiego dekodera pełnią bramki U14C i D, linia / WR procesora oraz port Pl.4. Przyjęto, że procesor chcąc wypisać do wyświetlacza nowe dane odwołuje się do adresu FFFFh. Ponieważ pamięć RAM używa tylko 15 linii adresowych (od AO do A14), wpisując jakiekolwiek dane do wyświetlacza pod adres FFFFh, jednocześnie wpisujemy je do pamięci RAM pod adres 7FFFh. Oznacza to, że komórka pamięci o tym adresie nie powinna być używana do przechowywania informacji, gdyż adres ten jako jedyny jest współdzielony przez oba układy. Natomiast adresy od OOOOh do 7FFEh służą wyłącznie do zapisu i odczytu danych do/z pamięci RAM. W ten sposób układ dekodera adresów został znacznie uproszczony.
Należy jeszcze wyjaśnić, co będzie się działo z układem U16, gdy połączony jedynie z linią adresową AO będzie reagował na zapis i odczyt danych spod dowolnego adresu, co mogłoby zakłócić pracę układu monitora. Problem ten rozwiązano przez użycie portu Pl.4. Wysoki poziom na tej linii powoduje ustawienie wyprowadzeń DB0..7 układu U16 w stan wysokiej impedancji. Jednocześnie sygnał ten, po zanegowaniu przez bramkę U14B, poprzez układ Uli podawany jest na wejście /CS pamięci, powodując jej uaktywnienie. Zmiana poziomu portu Pl.4 powoduje z kolei zablokowanie pamięci i odblokowanie układu U16. W efekcie kilka układów może korzystać ze wspólnej magistrali portu PO procesora i być bezkolizyjnie obsługiwanych.
Oprócz układów niezbędnych do gromadzenia i wyświetlania danych, w skład monitora wchodzą układy scalone interfejsów, przekształcające sygnały z podglądanych linii na sygnały o poziomie
akceptowanym przez procesor. W przypadku linii RS232 służy do tego układ U6, którego połączenia z gniazdem Pl konfigurują zwory ustawiane w gnieździe JP1O. Sposób użycia tych zwór zostanie opisany dalej, w części poświęconej obsłudze linii łącza RS232. Z kolei, jako interfejs 2-przewodowej linii RS485 zastosowano układ Ul. Zarówno Ul, jak i U16 dołączone są do tych samych linii Tx i Rx procesora. O tym, który z nich aktualnie łączy się z linią Rx decyduje poziom sygnału na wyprowadzeniu Pl.5 procesora. Do komunikacji z magistralą PC służy wspomniany już wcześniej układ U16. Jedynie 1-przewodową magistralę 1-Wire układów DALLAS-a obsługuje bezpośrednio procesor za pomocą portu Pl.2.
Do sterowania pracą monitora służą 4 mikroprzyciski oraz obrotowy impulsator, który w skrócie będzie nazywany "klikerem". Funkcja poszczególnych przycisków zależy oczywiście od programu sterującego. W opracowanej wersji urządzenia przyciski START i STOP służą zazwyczaj do inicjacji i zakończenia procesu (np. monitorowania linii), przycisk SHT wybiera poszczególne opcje pracy, a naciśnięcie YES powoduje akceptację wyboru. Za pomocą klikera dokonuje się ustawienia wartości parametru. Ponieważ w układzie monitora brak jest klawiatury cyfrowej, użycie pokręcanego klikera ułatwia wybranie wartości z obszernego przedziału liczb od 0 do 255.
W celu zapewnienia prawidłowego startu układu po włączeniu zasilania układ U10 generuje kil-kumilisekundowy impuls RESET, podawany do niektórych z pozostałych układów scalonych. Dioda LED D2 służy do sygnalizacji faktu odczytu danych z wybranej linii, natomiast stabilizator U12 dostarcza napięcia zasilającego +5V.
Oprogramowanie procesora sterującego
Przedstawiony układ elektryczny można traktować jako ramę, w której można umieścić niemal dowolny program sterujący. W programie tym można zrezygnować z części możliwości monitora, np. z obsługi niektórych linii, albo dodać nowe,
specyficzne funkcje, w zależności od potrzeb konstruktora. Ja chciałbym teraz przedstawić swoją wersję oprogramowania układu, którą dostosowałem do własnych potrzeb, związanych z pracą.
Oprogramowanie monitora w tej wersji umożliwia pracę układu w trzech trybach: Edycji, Odczytu i Zapisu. Informacje prezentowane przez wyświetlacz zmieniają się w zależności od wybranego trybu. Przykładowy wygląd wyświetlacza (i znaczenie wyświetlanych informacji) może być następujący:
* Monitor linii * -1 *RS232 0000 E &00 * -2
-3 -4 -5 -6 -7
- 1 pole edycji,
- 2 pole statusu,
- 3 wskaźnik aktywnej linii (RS232, RS485, PC, 1-Wire),
- 4 licznik odczytanych bajtów lub pozycja kursora w edytowanym pliku,
- 5 wskaźnik aktywnego trybu,
- 6 symbol wyboru opcji,
- 7 numer aktywnego pliku.
Tryh Edycji
Tryb ten stanie się aktywny po wyświetleniu na pozycji 5 litery "E". Korzystając z klikera należy przesunąć migocący kursor na pozycję 5, nacisnąć klawisz SHT, następnie klikerem wybrać nazwę trybu pojawiającą się w polu edycji i potwierdzić wybór klawiszem YES. Po naciśnięciu klawisza START w polu edycji wyświetlona zostanie zawartość pliku, którego numer widoczny jest na pozycji 7. Jeżeli plik jest pusty, wyświetlona zostanie wartość OOh i można przystąpić do samodzielnego wpisywania pliku. Zmiany wartości wpisywanych bajtów w zakresie O..FFh dokonuje się za pomocą klikera. Po naciśnięciu SHT pojawia się migoczący kursor i znowu korzystając z pomocy klikera można go przesunąć nad dowolnie wybrany bajt, którego zawartość można zmieniać w opisany przed chwilą sposób. Oprócz zmiany wartości bajtu możliwe są jeszcze dwie operacje w trybie edycji. Kręcąc klikerem w lewo doprowadzimy do pojawienia się symbolu "in", co oznacza, że w miejscu wskazywanym przez kursor plik zostanie
Elektronika Praktyczna 1/2001
35
Monitor magistrali szeregowych
rozsunięty i zostanie wstawiony dodatkowy bajt. Z kolei symbol "cl" oznacza, że bajt wskazywany przez kursoT zostanie skasowany, a rozmiar pliku zmniejszony o 1. Oprócz tego, w zależności od rodzaju interfejsu, w edytowanym pliku mogą pojawić się dodatkowe symbole oznaczające operacje związane z danym typem linii. Przy każdym, opisanym trochę dalej typie linii zamieszczony zostanie wykaz dodatkowych symboli i funkcji. Zamykanie trybu edycji, tak jak i zamykanie pozostałych trybów następuje po naciśnięciu klawisza STOP.
Tryh Odczytu
Tryb ten stanie się aktywny po wyświetleniu na pozycji 5 litery "R. W tym trybie, w zależności od wybranego typu linii (co wyświetlane jest na pozycji 3) aktywny jest jeden z interfejsów. Układ pracuje wtedy jako monitor -odczytuje dane pojawiające się na linii i zapisuje je do pamięci
RAM. Działanie układu w tym trybie może być modyfikowane poprzez zmianę jego parametrów. Do opcji zmiany parametrów wchodzi się po ustawieniu kurso-ra w pozycji 6 i naciśnięciu SHT. Wtedy mamy możliwość zaprogramowania:
- Szybkości transmisji, co jest niezbędne w przypadku współpracy z liniami RS232 i RS485. Ustawiane szybkości transmisji to: 600, 1200, 2400, 4800, 9600 i 19200 bodów.
- Liczby bajtów, które w trybie odczytu zostaną zapisane w pamięci RAM. Istnieje możliwość zaprogramowania zapisu od 1 do 255 bajtów lub ilości ograniczanej jedynie dostępną pamięcią RAM, co oznacza symbol "xx".
- Wyświetlania znaków w formacie heksadecymalnym lub alfanumerycznym. To ustawienie dotyczy wszystkich trybów pracy.
- Wybrania opcji tropu. Ta możliwość wymaga trochę dokładniejszego opisu. Często się zda-
rza, że podczas podglądania danych interesująca jest tylko pewna ich część, która powinna zostać zapamiętana do późniejszej, dokładnej analizy. Jeżeli taki istotny fragment poprzedzony bywa zawsze taką samą znaną sekwencją znaków, np. "abcd", to włączenie opcji tropu spowoduje, że monitor rozpocznie rejestrację danych dopiero po zidentyfikowaniu wspomnianej wcześniej sekwencji. Tropem będzie właśnie przykładowa sekwencja "abcd". Oprogramowanie monitora pozwala ręcznie zapisać sekwencję znaków tropu (do 60 znaków) oraz włączyć lub wyłączyć opcję tropu. Każdorazowy zapis danych do pamięci RAM powoduje świecenie diody LED.
Tryh Zapisu
Tryb ten stanie się aktywny po wyświetleniu na pozycji 5 litery "W". W trybie zapisu układ symuluje nadajnik, wysyłając wybranym wcześniej typem linii zawartość pliku, który ustawiony jest jako aktywny. Jako parametry tego trybu można ustawić szybkość transmisji i liczbę powtórzeń: transmisję jednokrotną lub ciągłe wysyłanie zawartości pliku do momentu naciśnięcia klawisza STOP.
W trybie zapisu istnieje możliwość natychmiastowego przejścia do trybu odczytu. Przydaje się to w sytuacjach, gdy nadajnik i odbiornik pracują w trybie przesyłania z potwierdzeniem i zależy nam na zarejestrowaniu odpowiedzi odbiornika. Jeżeli na końcu wysyłanej sekwencji w trybie zapisu umieszczony zostanie symbol "/i", monitor natychmiast przejdzie do trybu odbioru i zgodnie z ustawionymi wcześniej warunkami (liczbą znaków do odczytu i poszukiwaniem tropu, o ile taka opcja jest włączona) utworzy i zapisze nowy plik o numerze starszym od dotychczas istniejących.
Ryszard Szymaniak, AVT ryszard.szymaniak@ep.com.pl
Wzory płytek drukowanych w formacie PDF są dostępne w Internecie pod adresem: http:llwww.ep.com.pll pcbJitml oraz na płycie CD-EP01/ 2001 w katałogu PCB.
36
Elektronika Praktyczna 1/2001
SPRZĘT
Oni naprawdę potrafią...
W artykule przedstawiamy . ^gL* Ś-^Km^-~ wfli
artykule przedstawiamy kolejny programator produkowany przez słowacką firmę Elnec: PREPROM-02aLV. Testy przeprowadzonej w redakcyjnymf a laboratorium dowiodły/ źe konstruktorzy te) firmy doskonałe znają się na rzeczy i oferują urządzenia charakteryzujące się ogromnymi walorami użytkowymi, przy umiarkowanej cenie.
PREPROM-02aLV
Ze względu na swoje wymiary programator PREPROM-02aLV doskonale nadaje się zarówno do stosowania w laboratorium, jak i w "terenie", np. podczas prac serwisowych.
Urządzenie umożliwia:
- programowanie 8 -bitowych pamięci EPROM (nawet 2703!), NVRAM, EEPROM i Flash, także z interfejsem szeregowym,
- testowanie pamięci SRAM,
- po zastosowaniu dodatkowych adapterów programowanie mikrokon-trolerów (m.in. MCS43, MCS51
i pochodnych, AVR, PIC12/14/16, kilku mikrokontrolerów Hitachi, NEC-a i Toshiby), pamięci EEPROM typu MDA2061/2062, 16-bi-towych pamięci EPROM, a także programowanie układów GALI 6/ 20/22V, GAL6001 i GAL6002. Za pomocą prezentowanego programatora można także programować niestandardowe pamięci szeregowe firmy Xicor (X84xxx), Pioneer oraz Rohm, programowany termostat DS1620 firmy Dallas, szeregowe kon-figuratory dla układów FPGA firmy
Atmel, a także generatory ciągów liczbowych do cyfrowych kluczy HCS firmy Microchip. Tak więc, wybór układów jest bardzo duży i wyraźnie zoptymalizowany pod kątem zast os owa ń s er wi s owy ch.
Wadą programatora jest konieczność zakupienia wielu dodatkowych adapterów, które są niezbędne do wykorzystania wszystkich jego możliwości. Biorąc jednak pod uwagę, że w większości typowych przypadków w pracach laboratoryjnych wykorzystuje się tylko kilka typów
0 U B 3 V3*D
Ś*Ś u*r ip ha V-l "HH ar KHIW to Nut V-i *łi
I4:44:i4 K43I, l.-ł-.^t. III HlfUlt [JU1 �i. D t U IfcTlł . mi ;* Ś
I-. | (|t|�e* i*l fkfep la P P &L
I h� I ,:bj:m i Mi ftlU . !Ś Pub
| Civ AM
łt <*LŚŚŚŚ� Ił Vii.
Ś1 1 ąr -
Max ** m U^ 'Ś.łł 9W tWM4d AMiM I] t Epb kw ftoł
Cmi *Ś Mw 'Ś Ś U V I ŚKM Bdf* Ś! OB rb bi Ś rtf SiBl *aj
- - Ś Ś*
tm*m
.V
Rys. i.
Rys. 2.
54
Elektronika Praktyczna 4/2001
SPRZĘT
OK
t O Myte*
Curtrt ilHł
Rys. 3.
układów może się okazać, że można się obyć bez dodatkowych adapterów lub w zupełności wystarczy jeden.
O ile podobną do PREPROMa-02aLV listę obsługiwanych układów można znaleźć w wielu innych programatorach, to rzadko spotykaną możliwością, zwłaszcza w tej klasie urządzeń, jest obsługa układów niskonapięciowych. W odróżnieniu od większości dostępnych na rynku programatorów, także napięcie zasilające porty I/O jest programowane, a jego najmniejsza wartość wynosi 1,8V. Dzięki temu można programować i testować układy zasilane napięciem ok. 2V.
Programator PREPROG-02aLV jest standardowo wyposażony w podstawkę ZIF32, ale producent oferuje szereg dodatkowych adapterów umożliwiających programowanie układów montowanych w praktycznie dowolnych obudowach (także SMD). W klasyczny (dla Elneca) sposób podstawka ZIF jest chroniona przed zakurzeniem: w skład zestawu dostarczanego użytkownikowi wchodzi niewielka metalowa przykrywka służąca do zasłonięcia podstawki podczas przerw w eksploatacji programatora.
W skład zestawu wchodzi także specjalna podstawka służąca do diagnostyki programatora. Procedurę autokalibracji uruchamia się za pomocą programu sterującego pracą programatora (rys. 1). W razie wykrycia istotnych odchyłek parametrów sygnałów podawanych na wej-
W skład zestawu wchodzą:
k programator PREPROM-02aLV
y. Kabel połączeniowy,
y zasilacz sieciowy,
y. podstawka do autokalibracji.
y. instrukcja obsługi.
y. dyskietki 3,5" z oprogramowaniem,
x karty zgłoszeniowe do usługi AlgOR i reklamacyjna
Adchm
Q 1 2 3 *
G 7
9 A G C
Modę w*
E F EM2345G7B9AGCDEF
rx< 00 60 000090
LJUUUftU
000100 000110
D0D130 DDDlłG D0D150
DDOlfiO 000170
Flhefc
FFFF OPPB
1*? 0Q
Ś:o 03
Ś-i Bl
�:9 ii
31 11
^r są
or nr -a 6i
14 19
FF FF FF
00 01* '74 DCCI 00 Ot' ES 01 ŁO ŁŁ Tif SSC1 � 2E8l::E Cl 4B Cl
0f3l 40
FF FF FFOl-DC'Cii DC'EA 9F00 C1B1 DD '-a tl IJ. Ft' 1F
1 DO 14
FF FF FF FF FF FFOPCOOOOD ODCE00ODC2 93 EJl FX> tF 00
FF FF FF C5 OT OP
OOOC-CE
: SI^E OI> CD 03 5B>:i -4B Cl 11
dc ir s*
Bl 5O Łl
= 5 lT9h
ts ar es
ao ei
19
ee ir
81 36 tł 1 2B
ic
ŁC- OD 31ZF 51 Ł3 0DC9OF0D ^2QL>67 16 ii ?B 3"? al L4 1$ ?D 3? aD op ss 1F9B 3F 5JL 1F &0 kl 1C Ft IF 1F9A JJ9BK
OfitlOt SB Cl 4B 1JL DD CO fil 5S 17 CB IDOP JF51 2F 61 ĄDkl
IF DD S7
9B 3T 02
op es� oa
1F9&9F
i. .1. ,a. .1. .i. , t-
] . ? . . A . [ 1X1 , - , k XX Jl ... | *ł ..*!�,
1 / .
- .OF , , I . , - . E *
. .1. .Dfl .7- - t - ,

1
FGpnrf
Rys. 4.
ścia programowanych układów programator samoczynnie je koryguje, dzięki czemu okres niezawodnej eksploatacji urządzenia znacznie się wydłuża (producent udziela 3-letniej gwarancji na programator).
Pracą programatora steruje komputer PC poprzez standardowe złącze Centronics. Do tego celu jest oczywiście niezbędne oprogramowanie, które Elnec przygotował w dwóch wersjach: dla DOS i wszystkich wersji 32-bitowych Windows (NT4/Me/ 95/93/2000). Program PG4UW jest uniwersalnym środowiskiem dla wszystkich programatorów Elneca, dzięki czemu użytkownik zaznajomiony z jednym z urządzeń tej firmy nie musi się oswajać z nowym oprogramowaniem. Program po uruchomieniu automatycznie wykrywa numer portu i typ dołączonego do niego urządzenia (rys. 2), dostosowując do niego opcje w menu.
Możliwości programu PG4UW są dość duże: oprócz automatycznej se-rializacji programowanych układów (rys. 3), detekcji typu programowanej pamięci, konfigurowalnej statystyki programowania program wyposażono w edytor zawartości bufora (rys. 4). Przydatnymi funkcjami są także: wypełnianie bufora liczbami losowymi oraz wyświetlanie jego zawartości w postaci 3 lub 16-bitowej.
Niebagatelnym atutem oprogramowania dostarczanego przez firmę Elnec jest jego regularne "odświeżanie", dzięki czemu lista obsługiwanych przez programator układów ciągle się rozwija. Elnec jest jednym z niewielu na świecie producentów programatorów, który przewiduje możliwość opracowania "łaty" z al-
gorytmem dla nietypowych lub rzadko stosowanych układów. Procedura ta nosi nazwę AlgOR, co oznacza Algoriihms On Requesi. Usługa AlgOR jest bezpłatna, ale objęta drobnymi zastrzeżeniami ze strony producenta. Dotyczą one przede wszystkim fizycznej możliwości implementacji algorytmu w programatorze.
Wyposażenie zestawu jest bogate, ponieważ oprócz programatora, oprogramowania i podstawowej dokumentacji producent dostarcza także zasilacz sieciowy, podstawkę kalib-racyjną oraz kabel połączeniowy ze złączami DB25. Dokumentacja jest przejrzysta i zawiera wszystkie informacje ułatwiające posługiwanie się programatorem. Jej jedyną wadą (?) jest brak polskiej wersji językowej, co dotyczy również programu sterującego. Andrzej Gawryluk, AVT
Prezentowany w artykule programator u dosiępniia redakcji firma Eurodis, iel. {0-71} 3 57-57-41, www.euiodis.com.pl.
Najnowsze wersje programów sterujących do urządzeń firmy Elnec opublikowaliśmy na płycie CD-EP3/ 2001B.
Dodatkowe informacje o wyrobach firmy Elnec są dostępne w Inierne-cie, pod adresem:
- http://www.elnec.com/prO2lvuk.him (opis programatora},
- http:/Zwww.elnec.com/algoi_uk.htm (informacje o procedurze AlgOR.},
- http://www.elnec.com/sw/ sw____uk.htm (informacje o nowych wersja ch oprogra mowania).
Elektronika Praktyczna 4/2001
55
SPRZĘT ^^^^^H
Przyzwyczailiśmy się już do
bogatego asortymentu
multimetrów wśród których
można znaleźć zarówno mierniki
za 20 złotych, jak i precyzyjne
przyrządy laboratoryjne za kilkanaści e tysięcy zło tych. Mimo tego producenci ciągle wprowadzają na rynek coraz to nowsze urządzenia, które zazwyczaj są tańsze i do tego bardziej funkcjonalne od
p oprze dnikó w. Kolejną nowość przedstawiamy w artykule.
Multimetr nie byle jaki
BM859CF jest multimetrem o klasycznym (dla współczesnej klasy Średniej) zestawie funkcji pomiarowych. Oprócz pomiaru napięcia i prądu stałego i zmiennego (oczy-wiScie, także TrueRMS do lOOkHz), po-jemnoSci, rezystancji i napięcia progowego złącz półprzewodnikowych (z akustycznym testerem zwarć) za pomocą BM859CF można mierzyć także częstotliwość i wypełnienie impulsów prostokątnych TTL, częstot-liwoSć sygnałów sinusoidalnych, a także temperaturę za pomocą zewnętrznych czujników termo złączowych (w dwóch niezależnych miejscach).
W tym miejscu można zapytać, cóż interesującego jest w mierniku BM859CF, który umożliwia pomiary tych samych parametrów, co większoSć innych przyrządów dostępnych na rynku? Najważniejszą przewagą tego multimetru nad konkurencją jest bazowa dokładnoSć na zakresie DCV wynosząca 0,02% oraz duża roz-dzielczoSć odczytu: maksymalnie aż 54/5
Standardowe wyposażenie BM859CF:
/ termoparowa sonda temperaturowa z wtykiem
pomiarowym, / antyudarowa obudowa (holster) z tworzywa
sztucznego, / kable pomiarowe, / bateria, / Instrukcja.
Podstawowe zakresy pomiarowe BM859CF (zakresy: minimalny..maksymalny):
x pomiar napięcia DC: 500mV..1000V,
x pomiar napięcia AC/AC+DC: 500mV..1000V,
x pomiar prądu DC: 500uA..10A,
x pomiar prądu AC/AC+DC: 500uA.10A,
x pomiar rezystancji: 50(K1.50MĄ
x pomiar pojemności: 50nF..9999fiF,
x pomiar częstotliwości sygnału sinusoidalnego:
5Hz..200kHz,
x pomiar częstotliwości sygnału prostokątnego:
5Hz..2MHz,
x pomiar współczynnika wypełnienia: 0,1..99,99%,
x pomiar temperatury: -50..+1000�C/-58..+1832�F,
x napięcie testowe dla złącz półprzewodnikowych: 3,5V.
cyfry, co pozwala podczas pomiaru napięcia lub prądu wySwietlić liczbę 500000, a podczas pomiaru częstotliwości nawet 999999! Pomimo tak wysokiej roz-dzielczoSci czas konwersji A/C jest stosunkowo krótki i nie przekracza 0,8 sekundy. W przypadku, kiedy procedura pomiarowa wymaga zwiększenia liczby odczytów w jednostce czasu, multimetr można przełączyć w tryb obniżonej rozdziel-czoSci (do 44/5 cyfry). W tym trybie pracy stan wySwietlacza jest uaktualniany 5 razy w ciągu sekundy. Wskazania wySwietlacza cyfrowego uzupełnia szybki 42-segmentowy bargraf, którego wskazania są uaktualniane 60 razy na sekundę, niezależnie od trybu pracy wySwietlacza cyfrowego.
Kolejną, niebanalną właSciwoScią prezentowanego miernika jest możliwoSć monitorowania pętli prądowej 4..20mA, podczas mierzenia której wySwietlana jest wartoSć prądu w procentach całego zakresu (czyli 16mA). Funkcja ta jest szczególnie przydatna w serwisie aparatury przemysłowej. Warto też podkreSlić stopień zabezpieczenia wejSć pomiarowych przed przepięciami i stanami nieustalonymi do 8kV (l,2/50ns) SURGE. Ponadto zakresy prądowe są chronione bezpiecznikami 1A/6OOV i 15A/1000V. Pozostałe zakresy, łącznie z pomiarem pojemnoSci i temperatury, są zabezpieczone do 1050Vsk/1450Vp.p.
Miernik wyposażono także w kilka funkcji pomocniczych, które znacznie zwiększają walory użytkowe multimetru. W przypadku prowadzenia pomiarów względnych (z okreSloną przez użytkownika wartoScią referencyjną) można wykorzystać przyrostowy tryb wySwietlania. Wyniki prowadzonych pomiarów można w trybie Record monitorować, dzięki czemu przekroczenie przez zmierzoną war-toSć poprzednich progów: minimalnego lub maksymalnego jest sygnalizowane sygnałem akustycznym. Interesująco prezen-
tują się możliwoSci "zatrzymania" wyników na wySwietlaczu, dostępne są dwa podstawowe tryby działania funkcji Hołd:
- standardowy, polegający na ręcznym zamrożeniu odczytu do czasu ponownego wciSnięcia przycisku Hołd,
- inteligentny, polegający na zamrożeniu odczytu tylko próbek o największych lub najmniejszych wartoSciach (Crest-Hold).
WySwietlacz jest podświetlany za pomocą diod LED. Dzięki rozbudowanym opisom umieszczonym na wySwietlaczu wskazania przyrządu są zawsze bardzo czytelne i nie zmuszają użytkownika do ich interpretowania.
Multimetr BM859CF wyposażono w asynchroniczny interfejs szeregowy z optoizolacją. Specjalny kabel z konwerterem oraz oprogramowanie umożliwiają przesyłanie wyników pomiarów do PC i ich rejestrację lub wySwietlanie w postaci cyfrowej lub analogowej. Niestety, podczas testów multimetru oprogramowanie nie było jeszcze dostępne w sprzedaży.
Pomimo bogatego wyposażenia obsługa przyrządu jest mało skomplikowana, a to dzięki dobrze przemyślanej 8-przyciskowej klawiaturze i przełącznikowi obrotowemu, który służy do wybrania funkcji.
Podsumowując wrażenia z 3-tygodnio-wych testów w redakcyjnym laboratorium, mogę stwierdzić, że BM859CF doskonale spełnił stawiane przed nim wymagania. Nie wystąpiły żadne problemy związane z jakoScią wykonania przyrządu, a weryfikacja wyników pomiarów w odniesieniu do multimetru Agilent 974A wykazała, że różnice nie są zbyt wielkie. Miernik posiada zatwierdzenie typu wydane przez Główny Urząd Miar. Piotr Zbysiński, AVT piotr.zbysinski@ep.com.pl
Prezentowany w artykule multimetr udostępniła redakcji firma Biali, tel. (0-58) 322-11-91, www.biall.com.pl.
56
Elektronika Praktyczna 4/2001
Karta przekaźnikowa I2C
Jest to jeden z trzech Miniprojektów, których opisy publikujemy w tym miesiqcu. Słr. 81. w
Cyfrowa centrala alarmowa
Na słr. 41 przedstawiamy drugq część opisu nowoczesnej, cyfrowej centrali alarmowej.
Dwukierunkowy interfejs RS232/RS485
Projekt, którego opis zaczyna się na słr. 25 zainteresuje przede wszystkim fanów systemów przesyłania cyfrowych danych na większe odległości
PIC Start Plus
Na słr. 47 przedstawiamy kolejne narzędzie dla miłośników mikrokontro-lerów PIC firmy Microchip.
Projekty Czytelników A
W tym miesiqcu prezentujemy dwa opracowania naszych Czytelników, wtym dokończenie opisu przetwornicy 12/220YAC. Słr. 95.
Wskaźnik poboru mocy
Prezentowana na słr. 19 konstrukcja wskaźnika poboru mocy wydawać się może nieco archaiczna, ale jest za to bardzo kształcqca.
Automatyczny włqcznik oświetlenia garażu
Opracowanie godne miana prawdziwego Miniprojektu: niewielkie wymiary, łatwość wyk nania i uruchomienia, niska cena i ogromne walory użytkowe. Słr.
o-
79
Układ do automatycznego wzywania Pogotowia Ratunkowego
Projekt opisany na słr. 35 nie Ą
zagwarantuje nikomu ratunku w sytuacjach krytycznych, ale może go znacznie przyspieszyć.
Przenośny programator uniwersalny
Kolejnq nowość z oferty V firmy Elnec przedstawiamy na słr. 54.
Tester refleksu
Urzqdzenie opisane w artykule na słr. 31 miało służyć głównie rozrywce, ale łatwo sobie wyobrazić szereg jego zastosowań profesjonalnych.
Elektronika Praktyczna 4/2001
ADuC824 OuickStart A
Najnowsze narzędzia dla mikro-konwerferów firmy Analog Devices przedstawiamy w artykule na słr. 70.
Jeśli lubisz AVR-y... ^
...to z pewnościq zainteresuje Cię opis starter-kitu STK500 firmy Atmel. Słr. 50.
Uniwersalny wskaźnik A K3GN...
...czyli kolejny moduł z serii 732DIN. Kwintesencja miniatury-zacji w elektronice. Słr. 137.
IKA
Nr 4 (100)
kwiecień 2001
Projekty
Joystick komputerowy dla osób niepełnosprawnych........ 14
Wskaźnik poboru mocy odbiorników 220YAC..................... 19
Dwukierunkowy interfejs RS232/RS485................................... 25
Tester refleksu............................................................................ 31
Układ do automatycznego wzywania
Pogotowia Ratunkowego....................................................... 35
Cyfrowa centrala alarmowa, część 2 ..................................41
Miniprojekty
Automatyczny włqcznik oświetlenia garażu........................79
Programator układów ISP........................................................ 80
Karta przekaźnikowa PC.........................................................-81
Automatyka 1/32-uniwersalny wskaźnik K3GN....................................... 137
PICStart Plus......................................................v.......................47
Jeśli lubisz AVR-y.....................................:_...........................50
PREPROM-02aLV-przenośny programator uniwersalny .... 54
BM859CF-multimetr nie byle jaki..........................................56
HS-801 - oscyloskop z dodatkami ..........................................66
ADuC824 OuickStart -zestawuruchomieniowy
dla mikrokonwerterów.............................................................70
IAR MakeApp............................................................................ 73
Active-HDL - nowoczesne projektowanie
układów FPGA/CPLD.................................................................. 76
STó-Realizer -narysuj swój program!......................................87
Projekty Czytelników^^^^^^^^^^^^^^^^^M
Programator uniwersalny, część 1 ......................................... 91
^Przetwornica napięcia 12/220Y o mocy 150W, część 2 .... 95
Info Świat.........................................................................97
Info Kraj............................................................................99
Kramik+Rynek..............................................................109
Listy.................................................................................1"
Ekspresowy Informator Elektroniczny.....................123
Wykaz reklamodawców............................................1341
Elektronika Praktyczna 4/2001
7
SPRZĘT
Oscyloskop HS-801
holenderskiej firmy
TiePie jes t doskon afyia
przykładem szybkiego
postępu w dziedzinie
wirtualnych przyrządów
pomiarowych. Ponieważ
nowoczesne przyrządy
pomiarowe cieszą się
na naszym rynku coraz
większym
zainteresowaniem, to
chcemy go Czytelnikom
EP nieco przybliżyć.
HS-801 firmy TiePie jest dwukanałowyrn przyrządem pomiarowym, który wraz z towarzyszącym, świetnie dopracowanym oprogramowaniem mośe być używany jako oscyloskop, analizator widma, woltomierz czy teś rejestrator sygnałów. Urządzenie oparte jest o 8-bitowy przetwornik ADC umożliwiający próbkowanie badanych sygnałów z maksymalną częstotliwością lOOMHz dla jednego kanału lub 50MHz dla dwóch kanałów pracujących jednocześnie. Pozostałe parametry przyrządu powinny chyba zadowolić również bardziej wymagających użytkowników.
Pierwsze wrażenia
Wygląd zewnętrzny HS-801 od razu sugeruje, śe przyrząd zaprojektowali profesjonaliści. Jego funkcjonalność zapewniają nie tylko niewielkie wymiary (65x2 75x170mm), ale takśe takie szczegóły jak odpowiednia długość kabla łączącego przyrząd z komputerem czy porządnie wykonane sondy pomiarowe z wbudowanymi dzielnika-
Oscyloskop z dodatkami
Rys. 1.
mi 1:1 i 1:10. Wbudowany zasilacz zapewnia prawidłową pracę w zakresie napięć 9O..26OVAC, a takśe 12..24VDC. Odpowiednie gniazda przyłączeniowe wraz z włącznikiem zasilania znajdują się na tylnej ściance przyrządu. Z tyłu znajduje się takśe wejście wyzwalania zewnętrznego (BNC) oraz gniazdo kabla łączącego przyrząd z portem drukarkowym komputera. Na ściance przedniej znajdują się jedynie trzy złącza ENC stanowiące wejścia kanałów CHl, CH2 i wyjście generatora arbitralnego oraz sygnalizująca włączenie zasilania dioda LED.
Oprogramowanie
Program sterujący pracą przyrządu wyposaśono w dobrze przemyślany i funkcjonalnie dopracowany interfejs uśytkownika. Wymagania jakie powinien spełniać komputer, aby poradzić sobie z aplikacją są naprawdę niewielkie. Producent zapewnia, śe wystarcza komputer wyposaśony w procesor 486 i 8ME pamięci RAM. Środowisko jest właściwie obojętne, to znaczy mośe to być jeden z systemów Windows 3.xx/95/98/ NT, a nawet DOS w wersji
3.3 lub wyśszej, Po zainsta-1 owan i u oprogramowania i uruchomieniu aplikacji o nazwie TiePieSCOPE HS-801 jest wyświetlane okno sterujące (rys. 1), które zawiera menu, za pomocą którego mośemy uaktywnić kaśdy z czterech dostępnych przyrządów pomiarowych, "dobrać się" do ogólnych ustawień programu czy uruchomić pomoc.
Oscyloskop
Oscyloskop, ze względu na szerokie zastosowanie do analizy róśnego rodzaju sygnałów, jest chyba najbardziej uniwersalnym przyrządem pomiarowym. Jego podstawo-
we parametry w systemie HS-801 są następujące:
- maksymalna częstotliwość próbkowania lOOMHz,
- minimalna częstotliwość próbkowania 0,002Hz,
- podstawa czasu lms/ dz...600s/dz.,
- zakres napięć wejściowych 0,lV...80V,
- tryb wyzwalania: CHl, CH2, zewnętrzny, klawiatura,
- tryby pracy: CHl, CH2, CH1 + CH2, CH1-CH2, CH2-CHl, tryb X-Y. Urządzenie uruchamiamy
z poziomu głównego okna programu za pomocą ikony oznaczonej napisem SCOPE. Uaktywnione w ten sposób
Rys. 2.
66
Elektronika Praktyczna 4/2001
SPRZĘT
okno oscyloskopu zbudowane jest w typowy dla Windows sposób (rys. 2). Dostęp do poszczególnych opcji przyrządu odbywa się więc poprzez pasek MENU oraz znajdujące się w górnej częś-ci okna ikony. Większość parametrów ustawiać rnoże-my również za pomocą myszy. Ułatwia to oczywiście pracę z aplikacją, tym bardziej, że w dolnej części okna znajduje się automatycznie aktualizowany pasek pomocy. Odpowiednie wskazówki dotyczące wykorzystania prawego i lewego przycisku myszy podawane są tam na bieżąco, w zależności od obiektu wskazywanego przez kursor. Dzięki temu i podobnym ułatwieniom, obsługa oscyloskopu nie powinna sprawić kłopotu nawet początkującym użytkownikom.
Oprogramowanie HS-801 pozwala na wyświetlenie w oknie programu wybranej kombinacji sygnałów. Opcja ta jest dostępna jedynie w przypadku korzystania z dwóch kanałów jednocześnie. Dostępne kombinacje wyświetlanych sygnałów są następujące: Chl + Ch2, Chl-Ch2 i Ch2-Chl. Odpowiednie parametry pracy oscyloskopu rnośemy oczywiście zadać ręcznie lub wykorzystać automatyczne tryby konfiguracji torów wejściowych.
Oscyloskop można wyzwalać osobno z kanałów Chl, Ch2, źródła zewnętrznego oraz sygnałem otrzymanym na podstawie sygnałów z kanałów za pomocą funkcji logicznych: Chl&Ch2, Chl#Ch2 lub Chl@Ch2.
Można także ustalić, czy wyzwalanie ma następować zboczem narastającym, opadającym, TV Linę, itd. Poziom sygnału, przy którym ma następować wyzwolenie oscyloskopu, jest ustalany za pomocą dwóch parametrów.
Rys. 3.
Są to: poziom sygnału, przy którym ma następować wyzwalanie, oraz poziom zmian tego sygnału (histere-za). Określenie odpowiedniej wartości histerezy dla sygnału wejściowego jest szczególnie istotne przy badaniu sygnałów z zakłóceniami.
Jednym z parametrów dotyczących wyzwalania, które możemy modyfikować jest tzw. preirigger. Parametr ten pozwala na dowolne ustalenie punktu 0 na osi czasu, w którym widoczny będzie efekt wyzwalania. Ma to znaczenie, jeżeli chcemy np. zaobserwować fragment przebiegu przed momentem wyzwolenia. Dopuszczalne wartości parametru preirigger mogą być wyrażone w procentach, liczbie próbek lub czasie opóźnienia (rys* 3).
Jedną z mocnych stron oscyloskopu HS-801 są różnorodne możliwości wizualizacji badanych przebiegów, Obserwowany sygnał możemy bowiem łatwo powiększyć (ikona z symbolem lupy) lub dowolnie przeskalo-wać. Pozwala to oczywiście na dokładniejszą analizę przebiegu. Dostęp do płynnej zmiany (przeskalowania osi czasu) realizowany jest za pomocą poziomego paska przewijania, zlokalizowanego w dolnej części ekranu, bezpośrednio pod siatką oscyloskopu. Przeskalowania dokonujemy poprzez rozciąganie lub ściskanie znajdującego się na pasku suwaka.
W przypadku jednoczesnego wykorzystywania dwóch kanałów, użytkownik ma możliwość wyboru trybu, w jakim zostaną wyświetlone na monitorze sygnały z tych kanałów. Możliwe jest mianowicie nałożenie na siebie przebiegów z obu kanałów, np. celem porównania lub wyświetlenie ich jeden nad drugim w dowolnej kolejności.
Jedną z bardzo użytecznych funkcji dostępnych w oscyloskopie HS-801 jest możliwość dodania pionowych i poziomych linii pomiarowych (znaczników) w obszarze siatki oscyloskopu. Program automatycznie podaje położenia linii (które możemy oczywiście dowol-
nie zmieniać) oraz występującą pomiędzy nimi różnicę czasu lub napięcia w zależności od tego, do której osi (poziomej czy pionowej) te linie się odnoszą.
Kolejnym atutem oscyloskopu HS-8 01 jest możliwość rejestracji sygnału na dysku komputera. Bieżący przebieg możemy ponadto szybko skopiować, zachowując jego widok bezpośrednio w obszarze siatki oscyloskopu. Operacja ta, wykonywana w trakcie pomiarów nie powoduje ich przerwania, a jedynie zatrzymuje widok przebiegu jaki był w momencie kopiowania. Funkcja ta znakomicie ułatwia np. porównywanie zmian sygnału podczas testowania różnego rodzaju układów elektronicznych.
Inną istotną z punktu widzenia użytkownika funkcją oscyloskopu HS-801 jest możliwość obserwowani a wartości średniej mierzonego przebiegu. Aby obserwować wartość średnią, wystarczy wcisnąć ikonkę sygnalizowaną jako AVERAGJNG. Dodatkowo mamy tu wpływ na sposób uśredniania, a właściwie liczbę pomiarów, na podstawie których obliczana będzie wartość średnia.
malnej wartości każdej próbki sygnału dla określonej przez użytkownika liczby pomiarów. Taki sposób prezentacji przebiegu zapewnia wychwycenie często trudnych do zaobserwowania zakłóceń pojawiających się losowo. Twórcy oprogramowania przewidzieli również możliwość wydruku obserwowanych przebiegów. Dodatkową ciekawostką jest tutaj możliwość dodania komentarzy charakteryzujących szczególnie interesujące użytkownika fragmenty przebiegu.
Analizator widma
Analizator widma stanowi kolejny element systemu pomiarowego HS-801. Nie wszystkie bowiem wyniki badania układu elektronicznego możemy rozpatrywać -tak jak to robi oscyloskop -tylko w dziedzinie czasu. Układy wszelkiego rodzaju filtrów, wzmacniaczy, modulatorów, oscylatorów, itp. wymagają nieco więcej "zachodu" i najlepiej charakteryzować je w dziedzinie częstotliwości. Analizator widma dostarczony z systemem HS-801 do obróbki sygnału stosuje szybką transformatę Fouriera (FFT). Okno analizatora pokazano na
Rys. 4.
Użytkownicy, którzy chcieliby zaobserwować różnego rodzaju zakłócenia pojawiające się w badanym przebiegu powinni zwrócić uwagę na wyświetlanie w trybie enve-lope. Polega on na zapamiętaniu i wyświetlaniu na monitorze maksymalnej i rnini-
rys. 4. Jak widać, przedstawia ono widmo sygnału w postaci wykresu amplitudy w funkcji częstotliwości. Urządzenie daje jednak wiele innych możliwości, jeśli chodzi o prezentację wyników na monitorze. Oś napięcia możemy wyświetlić
Elektronika Praktyczna 4/2001
67
SPRZĘT
Rys. 5.
w skali logarytmicznej lub liniowej. To samo dotyczy poziomej osi częstotliwości, która mośe być interpretowana jako liniowa, logarytmiczna lub oktawowa (zwykła lub tercjowa). Podobnie jak w przypadku oscyloskopu, mamy tu do dyspozycji dwa niezależne kanały, które mogą być prezentowane jednocześnie bądź pojedynczo. Takśe wszystkie opcje związane z powiększaniem i skalowaniem okna analizatora są takie same jak dla oscyloskopu.
Rejestrator danych
Rejestrator danych jest kolejnym modułem, jaki obok oscyloskopu i analizatora widma mamy do dyspozycji w systemie HS-801. Ten fragment oprogramowania pozwala na rejestrację zmian napięcia wejściowego w funkcji czasu w celu późniejszej analizy wyników.
Oczywiście, tak jak w poprzednich modułach mamy tu do dyspozycji dwa kanały, które mogą być rejestrowane i prezentowane jednocześnie lub pojedynczo. Okno rejestratora pokazano na rys. 5.
Podstawowymi parametrami, które bezpośrednio wpływają na sposób pracy rejestratora są: częstotliwość próbkowania, liczba próbek, która zostanie zarejestrowana w trakcie pomiarów oraz całkowity czas rejestracji. System zapewnia wykonanie do 32760 próbek z odstępem czasowym w granicach od 0,01s do 500s. Całkowity
czas rejestracji, jak łatwo policzyć, mośe dojść do kilkuset dni. Przyrząd nadaje się więc idealnie do akwizycji sygnałów nie tylko krótkotrwałych, ale takśe wolnozmiennych, takich jak odpowiadających temperaturze czy cięśarowi. W systemie dostępnych jest bowiem
cie otrzymane przebiegi mo-śemy dowolnie powiększać, skalować i przesuwać juś po zakończeniu pomiarów.
Multimetr
Multimetr jest kolejną funkcją udostępnioną przez oprogramowanie HS-801 (rys. 6). Mośe on być uruchamiany w dowolnym momencie pracy z aplikacją i obsługiwać jednocześnie dwa kanały. W zaleśności od ustawień, o których decyduje uśytkownik, pozwala na wyświetlenie jednego lub większej liczby parametrów charakteryzujących mierzony sygnał. Do wyboru mamy np.: True RMS, Peak-Peak, Mean, Max, Min, Moment value, dE, Power - razem około 12 róśnych parametrów. Dodatkowo mośliwe jest wykonywanie pomiarów konfigurowanych, na przykład róśnicy pomiędzy wartościami średnimi napięć w obu kanałach itp.
j i>*nnil 1 Mnitttt t
nnnn uuuih
nnn t
LJULJ 1 'Ś'
nnnn u u u u
Rys. ó.
wiele jednostek, nie tylko elektrycznych, takich jak siły, cięśaru, kąta itp., w których wy skalować mośemy pionową oś napięcia. Szczególnie uśyteczna, jeśli chodzi o rejestrację przebiegów wolnozmiennych, jest możliwość wyskalowania osi poziomej w jednostkach czasu rzeczywistego. Wykorzystanie tej opcji pozwala natychmiast określić moment wystąpienia (dokładną datę i czas) określonych zmian sygnału w przebiegu rejestrowanym na przykład przez dwa tygodnie.
Pewną wadą rejestratora jest to, śe podczas pracy nie da się modyfikować jego ustawień, poniewaś większość elementów sterujących jest nieaktywna. Na szczęś-
Dokładność pomiarów mul-timetru zapewniają funkcje automatycznej zmiany zakresu pomiarowego oraz automatycznego dostosowania częstotliwości próbkowania przyrządu w zaleśności od częstotliwości mierzonego sygnału. Wyświetlanie realizowane jest w sposób cyfrowy, a czytelność otrzymywanych wyników poprawiają bargrafy.
Generator
Generator funkcyjny (rys. 7), w który wyposaśony jest HS-801 zdecydowanie podnosi walory uśytkowe systemu, rozszerzając jednocześnie zakres jego zastosowań. Generator mośe bowiem być wykorzystywany jako zupełnie odrębne urządzenie, nie-
zaleśnie od oscyloskopu, analizatora czy multimetru. Za pomocą odpowiednich przycisków i suwaków programowych mośna ustalić wszystkie parametry generowanego sygnału, a więc: kształt, częstotliwość, amplitudę, symetrię i offset. Do wyboru mamy następujące kształty sygnałów: sinus, piłę, prostokąt, DC i "biały szum". Częstotliwość sygnału generowanego mośemy natomiast płynnie regulować w kaśdym z pięciu podzakre-sów w granicach od 0,2Hz do 2MHz.
Okno generatora wyposaśo-ne jest dodatkowo w rodzaj podglądu, na którym graficznie odzwierciedlany jest kształt sygnału wyjściowego. Tutaj podawane są równieś wszystkie parametry dotyczące tego sygnału, a więc częstotliwość, amplituda, symetria i offset.
Podsumowanie
System HS-801 jest doskonałym przykładem współczesnego, wirtualnego narzędzia, które mośe rozwiązać prawie kaśdy problem pomiarowy. Szereg ułatwiających pracę funkcji, takich jak auioseiup sprawia, śe uśytkownik nie musi właściwie martwić się o wybieranie zakresów pomiarowych i mośe śledzić sygnał w sposób ciągły. Szybki dostęp do waśniejszych funkcji poszczególnych modułów poprzez klawisze funkcyjne zdecydowanie poprawia komunikację z aplikacją. Zintegrowany w systemie generator dodatkowo podnosi walory funkcjonalne systemu. RK
Prezentowane w artykule urządzenie udostępniła redakcji firma RK-Sysiem, iel. (0-22) 72 4-30-39, www.ik-sysiem.com.pl.
68
Elektronika Praktyczna 4/2001
SPRZĘT
Analog Devices rozwija rodzinę mikrokontrołerów zin te gro wanych z precyzyjnymi peryferiami analogowymi. Jako pierwszy pojawił się na rynku układ ADuC812r od niedawna dostępne są dwa kolejne: ADuC816 i ADuC824. W ADuC824 projektanci Analog Devices wbudowali m.in. 24-bitowy przetwornik A/C - rzecz niespotykana w układach mogących stanowić konkurencję.
Do faktu, że Analog Devices ,,od zawsze" lideruje na rynku układów analogowych zdążyliśmy się przyzwyczaić. Nieco zaskakujące są postępy, jakie czyni ta firma na rynku mikrokontrołerów zintegrowanych z precyzyjnymi peryferiami analogowymi {mikiokonwsitsiy). Szczególnie duży nacisk położono na zintegrowanie z rdzeniem klasycznego mikro kontrolera (bo mikiokonwsiisiy to '52 z pamięcią Flash!] przetworników A/ C i C/A o wysokiej jakości i możliwie dużej rozdzielczości. Ze względu na specyfikę otoczenia w jakim przetworniki mają pracować Analog Devices nie położył zbytniego nacisku na zwiększanie szybkości ich pracy, skupiając się na maksymalizacji dokładności przetwarzania.
Wprowadzając na rynek miki-okońwsr-tsry Analog Devices stworzył nowy rodzaj mikrokontrołerów doskonale dopasowanych do wymagań aplikacji pomiarowych, szczególnie nowej klasy inteligentnych czujników pomiarowych (opisanych w zaleceniach IEEE1451.2). Wyposażenie mi kro kontrolera w re programowalną pamięć programu i danych typu Flash z możliwością programowania jej w systemie powoduje, że dostosowanie parametrów, czy też sposobu obróbki

____*L i

... ^- a

Zestaw uruchomieniowy dla niikrokonwerterów
Rys. 1.
wyników prowadzonych pomiarów do wymagań aplikacji można przeprowadzać wielokrotnie i do tego zdalnie.
Zestaw uruchomieniowy
Kilka tygodni temu Analog Devices wprowadził do produkcji dwa nowe mikrokonwertery - ADuC816 i ADuC824
- jednocześnie udostępniając narzędzia uruchomieniowe w postaci starter kitów. W skład zestawów, oprócz płytki z mikro kontrolerem i jego otoczenia (najważniejsze jego elementy to konwerter napięciowy RS2 3 2<->TTL, zasilacz ze stabilizatorem, zewnętrzna pamięć programu i czujnik temperatury wykorzystywany do demonstracji działania zestawu], wchodzi zestaw programów narzędziowych, kabel RS232, zasilacz sieciowy i dokumentacja. Budowa płytki drukowanej prezentowanego zestawu jest niemal identyczna z płytką ze starter kitu przygotowanego dla układu ADuC812.
W skład zestawu programów tworzących zestaw wchodzą:
- kompilator asemblera (pracuje w oknie DOS-owym),
- debugger, za pomocą którego można analizować przebieg działania tworzonego programu (rys. 1),
- programowy symulator mikrokontrolera 8052 (rys. 2) z obsługą wszystkich pe-ryferiów charakterystycznych dla znik-r okoń w sit sró w,
- programowy analizator WASP, służący do zmierzenia poziomu szumów wpływających na jakość konwersji A/C (rys. 3). Po uruchomieniu program ten samoczynnie ładuje odpowiedni program do pamięci mikrokonweriera, który definiuje sposób realizacji pomiarów testowych,
- program WSD, umożliwiający ładowanie programów w postaci plików binarnych do pamięci programu mikrokontrolera poprzez interfejs szeregowy (rys. 4). Tak więc projektant zainteresowany
poznaniem i przetestowaniem możliwości Hiikrokonwerierów dostaje w zestawie
wszystko, co jest niezbędne do szybkiego rozpoczęcia pracy. Przydatnym uzupełnieniem zestawu byłby kompilator i debugger C, ale stosunkowo niska cena całości usprawiedliwia brak tych narzędzi.
M i kr o ko n wertery
Analog Devices rozpoczął " mi kro konwerterów ą" ekspansję od układów ADuC812, w które wbudowano jeden 12-bitowy przetwornik A/C i dwa 12-bitowe przetworniki C/A. Następnie do produkcji wdrożono ADuC824, który jest wyposażony w 24-bi-towy i 16-bitowy przetworniki A/C, a także 12-bitowy przetwornik C/A. Najnowszy członek rodziny mikiokon wsrisrów -ADuC816 - ma dwa 16-bitowe przetworniki A/C i 12-bitowy przetwornik C/A. Ze-
Rys. 3.
70
Elektronika Praktyczna 4/2001
SPRZĘT
Tab. 1. Zestawienie podstawowych informacji o układach ADuC8xx.
Parametr ADUC812 ADUC81G ADUC824
Liczba przetworników A/C 1 2 2
Rozdzielczość przetworników A/C [b] 12 16/16 24/16
Częstotliwość próbkowania [Hz] 200k 100 100
Liczba przetworników C/A 2 1 1
Rozdzielczość przetworników C/A [b] 12 12 12
Liczba kanałów A/C 8 5 5
Pojemność pamięci programu Flash [kB] 8 8 8
Pojemność pamięcią danych Flash [B] 640 640 8
Pojemność pamięcią danych RAM [B] 256 256 640
Liczba programowanych linii l/O 32 26 26
Tirnery 3 3 3
Watchdog + + +
Monitor napięcia zasilania + + +
Wewnętrzny czujnik temperatury - + +
UART/SPI/PC +/+/+
I ANALOG
I
f" Produdi
Windowi 5*ita| Oownłudw
stawienie najważniejszych parametrów i właściwości wszystkich mikro konwerterów znajduje się w tab. 1.
Na rys. 5 pokazano schemat blokowy ADuC824, który jest wewnętrznie niezwykle podobny do ADuC816. Nieco inną budowę ma ADuC8l2, lecz obszar jego potencjalnych zastosowań jest inny, przede Śwszystkim ze względu na większą liczbę wejść analogowych (8] i dużą szybkość pracy przetwornika A/C (częstotliwość próbkowania osiąga 2 00kHz]. Układy ADuC816/824 wyposażono w programowany generator sygnału zegarowego z synte-zerein z pętlą PLL, dzięki któremu wykorzystując oscylator o częstotliwości rezonansowej 32kHz można uzyskać wewnętrzną częstotliwość taktowania do 12,58MHz (w ADuC812 taktowanie procesora jest standardowe]. Dzięki takiemu rozwiązaniu poziom zakłóceń elektromagnetycznych generowanych przez układ do otoczenia jest niewielki, co korzystnie wpływa m.in. na jakość przetwarzania A/C.
Wszystkie układy serii ADuC8xx są przystosowane do zasilania napięciem mieszczącym się w przedziale 2,7..5,5V. Dzięki wbudowanej w układ przetwornicy DC/DC zwiększającej napięcie niezbędne do programowania matrycy pamięciowej Flash dla zapewnienia prawidłowej pracy układu nie są niezbędne żadne dodatkowe bloki zasilające. Biorąc do tego wszystkiego pod uwagę, że "mózgiem" miki-okońwerierów jest bogato wyposażony w peryferia mi kro kontroler 8052 z dużą pamięcią Flash, można wróżyć im świetlaną przyszłość na współczesnym rynku, który wymusza stosowanie rozwiązań o coraz bardziej eksponowanej "inteligencji".
Tomasz Paszki ewlcz, AVT
Prezentowany w artykule zestaw udostępniła redakcji firma Alfine, iel. (0-61) 320-53-11, www.alfine.coin.pl.
Szczegółowe informacje o układach ADuC3xx i oprogramowaniu, narzędziowym dla nich można znaleźć na płycie CD-EP4/2001B oraz w Iniernecie, pod adresami:
Rys. 4.
- http://www.analog.com/industry/micro-converter/,
- http://www.analog.com/industry/micro-c on vert er/software. h tml.
Informacje o inteligentnych czujnikach można znaleźć w Intern ecie pod adresami:
- http://www.sscs.org/test/test/DATA/ S17_3.PDF,
- http://grouper.ieee.Org/groups/302/3/af/ p ubli c /m ayO 0 /sit te_l_O5OO .p df
- http://ewh .ieee.org/soc/im/repori99/ tsldO13.htm.
Ififffff
Rys. 5.
Elektronika Praktyczna 4/2001
71
PROGRAMY
IAR Make App
TM
Większość elektroników zaakceptowała fakt wykorzystywania języków wysokiego poziomu w fazie tworzenia oprogramowania dla rnikro-kontrolerów stosowanych w projektowanych urządzeniach. Oczywiście, nie da się dobrze oprogramować mi kro kont roi era bez znajomości asemblera i architektury stosowanego procesora, ale języki wysokiego poziomu umożliwiają przełamanie barier psychicznych, często występujących na początkowym etapie przygody z programowaniem układów mikroprocesorowych. Poznanie asemblera i dalsze poznawanie tajników działania procesorów przychodzi z czasem, gdy wzrasta liczba projektów zrealizowanych z wykorzystaniem mikroprocesorów. Zwykle po zrealizowaniu kilku, kilkunastu projektów z poznanym procesorem projektant dochodzi do wniosku, że w niektórych sytuacjach zastosowanie innego typu procesora byłoby, delikatnie mówiąc, zręczniejsze. Dzięki wykorzystaniu języka wysokiego poziomu możliwe jest niemal bezbolesne przeniesienie programu do innego typu procesora. Niemal bezbolesne, gdyż każdy program realizuje pewien algorytm w oparciu o dane lub sygnały wejściowe. Najczęściej zastosowany algorytm nie jest w sposób krytyczny powiązany z typem procesora (w projekcie zegara można wykorzystać ten sam algorytm obliczania roku przestępnego niezależnie od tego czy zastosujemy prosty procesor S-bitowy, czy szybki, 32-bito-wy procesor RISCJ. Natomiast zwykle okazuje się, że pewne kłopoty są związane z funkcjami wejścia/wyjścia oraz wykorzystaniem takich samych układów peryferyjnych wbudowanych w różne typy mi kro kont role rów. Wyobraźmy sobie następującą sytuację: na zlecenie piszemy program do czytnika kart magnetycznych, który połączony z komputerem pracuje w ramach systemu kontroli czasu pracy. Zadanie można podzielić na dwa etapy: odczytanie karty magnetycznej oraz przesłanie odczytanych i zaszyfrowanych (dla bezpieczeństwa) danych do komputera. Realizacja zlecenia przebiega bez zakłóceń do momentu, gdy oba moduły testujemy oddzielnie. Niestety w trakcie testów niemal gotowego urządzenia okazuje się, że czas potrzebny na zaszyfrowanie danych jest tak długi, że odczytanie następnej karty jest możliwe dopiero po 20 sekundach. Jest to sytuacja nie do przyjęcia w dużym zakładzie pracy, a algorytm szyfrowania został dostarczony przez zleceniodawcę, więc nie można go zmienić. W grę nie wchodzi rozbudowa urządzenia o dodatkową pamięć (do kolejkowania odczytanych danychj ani dołożenie drugiego procesora, gdyż w obudowie nie ma na to miejsca. Po rozpaczliwym poszukiwaniu wyjścia z tej sytuacji okazuje się, że najlepszym rozwiązaniem jest zastosowanie innego, silniejszego procesora, ale zbliża się termin oddania pracy, a zastosowany w projekcie procesor nie ma silniejszego (kompatybilnego) "brata. Wówczas, przy konieczności zmiany
Coraz większa skala integracji, coraz więcej tranzystorów, coraz
większa moc obliczeniowa, coraz więcej wbudowanych
w mi kro kontrolery układów - tak przez ostatnie lata wygląda
rozwój mikrokomputerów jednou kład owych. Z jednej strony
umożliwia to znaczne zmniejszenie wymiarów urządzeń, gdyż
pojedynczy układ scalony może realizować bardzo różnorodne
funkcje, z drugiej jednak projektant musi poświęcić bardzo
dużo czasu na poznanie możliwości tak rozbudowanego układu.
Często dochodzi do dziwnych sytuacji, gdy obniżenie kosztów
produkcji związane z zastosowaniem nowoczesnego układu nie
powoduje obniżenia ceny końcowej urządzenia, gdyż producent musi
uwzględnić w kalkulacji produktu koszt opracowania urządzenia
(a czas pracy konstruktora nie jest tani).
W niektórych sytuacjach z pomocą może przyjść aplikacja MakeApp firmY L4.RT znanej chyba każdemu elektronikowi z produkcji wysokiej jakości kompilatorów języka C dla wielu rodzin mikroprocesorów.
procesora (z innej rodziny), programista realizujący to zlecenie w asemblerze popełni samobójstwo, w lepszej sytuacji będzie ten, kto program pisał w języku wysokiego poziomu, a we względnie komfortowej sytuacji będzie użytkownik MakeApp.
JiUL
;;t i!
Rys. 2.
MakeApp jest narzędziem programistycznym zdejmującym z programisty konieczność samodzielnego tworzenia funkcji obsługi układów peryferyjnych wbudowanych w mikrokomputery jednoukładowe. Dodatkowo aplikacja kontroluje poprawność wybranych ustawień dla tych układów, dzięki ^^ju czemu programista uniknie sytuacji wykorzystania tych samych zasobów do obsługi różnych zadań. MakeApp generuje kod źródłowy w języku C, przygotowany dla kompilatora IAR lub kompilatora GNU C. Aplikacja może wygenerować kod z funkcjami *-ŚŚ - bibliotecznymi dla najpopularniejszych procesorów firm: Atmel, Hitachi, Mitsubishi oraz n - Toshiba. Niestety, MakeApp m - jest przygotowywany oddzielnie dla każdej z wymienionych rodzin procesorów. Oznacza to, że chcąc zapewnić przenośność programów między różnymi rodzinami mikroprocesorów należy kupić
--------- kilka licencji programu. Wersja
demonstracyjna generuje kod
Rys. 1.
Rys. 3.
Rys. 4.
Rys. 5.
Rys. 6.
Elektronika Praktyczna 4/2001
73
PROGRAMY

w*c~:-^ .. g .,
ii p i vi d;
mN-i-ł" *Ś"�*!
^ -I
Rys. 7.
źródłowy dla wirtualnego (nieistniejącego) procesora o nazwie ,,Viking", którego układy peryferyjne są na tyle rozbudowane, że z łatwością można ocenić przydatność aplikacji.
Po uruchomieniu MaksApp należy wybrać typ układu docelowego (iys. lj. Okno aplikacji jest podzielone na dwie części (iys. 2j. Z lewej strony znajdują się cztery zakładki:
- w zakładce Msm (rys. 3) jest wyświetlany aktualny stan pamięci mikroprocesora;
- w zakładce Func (iys. 4} są wyświetlane nazwy funkcji, które zostaną wygenerowane dla aktualnie wybranych ustawień układów peryferyjnych mikroprocesora;
- w zakładce Pins (rys. 5} są wyświetlane zadania przypisane pinom mikroprocesora dla wybranych ustawień układów peryferyjnych;
- w zakładce Intr (rys. 6} są pokazane uaktywnione źródła przerwań.
Prawa strona okna aplikacji zawiera graficzną reprezentację mikroprocesora z symbolami układów peryferyjnych (rys. 2 J. Oczywiście liczba i rodzaje dostępnych układów peryferyjnych zależą od typu wy-
branego mikroprocesora. W wersji demonstracyjnej "procesor" ,,Viking 1" udostępnia między innymi układ watchdoga, przetworniki A/C i C/A, interfejs do komunikacji szeregowej, układ PWM. Niewykorzystywane przez funkcje biblioteczne piny mikroprocesora są wyświetlane w kolorze jasnoszarym, natomiast piny wykorzystywane przez jakąkolwiek z funkcji są wyświetlane w kolorze ciemnoszarym. Przy każdym wykorzystywanym pinie znajduje się strzałka pokazująca kierunek przepływu danych, Dodatkowo, po najechaniu myszą na symbol układu peryferyjnego, piny związane z tym układem zmieniają kolor na czarny. Klik-nięcie na symbolu układu peryferyjnego powoduje wyświetlenie okna konfiguracyjnego danego układu (rys. 7). Zmiana parametrów w oknie konfiguracyjnym może powodować uaktywnianie poszczególnych układów oraz zmieniać ich sposób pracy. Dla każdego układu peryferyjnego można sprawdzić wykorzystywane zasoby, czyli pamięć, rejestry, przerwania itp. Próba wykorzystania zasobów (np. timera lub portu mikroproceso-
Rys. 8.
raj zajętych już przez inny układ peryferyjny będzie uniemożliwiona i zasygnalizowana odpowiednim komunikatem (rys. 3j. Po ustawieniu konfiguracji można wygenerować kod z funkcjami bibliotecznymi dla wybranych układów peryferyjnych (rys. 9}. Kod źródłowy wygenerowany dla procesora ,,Vi-king 1" zawierał około 3000 linii programu. Korzystanie z MaksApp nie jest konieczne. Każdą z funkcji generowanych przez aplikację średnio doświadczony programista może napisać samodzielnie. Przy większym doświadczeniu programista może również utworzyć odpowiednie biblioteki dla wielu rodzin procesorów. Niewątpliwą zaletą takiego rozwiązania jest doświadczenie zdobyte w trakcie eksperymentów (bo przecież większość nowych funkcji bibliotecznych należy sprawdzić w działaniu), ale każdy powinien odpowiedzieć sobie na pytanie czy nie lepiej w tym czasie realizować kolejny projekt, korzystając z funkcji opracowanych i przetestowanych przez profesjonalistów. Wbudowana w MaksApp kontrola poprawności zadanych ustawień dla układów peryferyjnych z pewnością zostanie doceniona w trakcie realizacji bardziej skomplikowanych projektów. PawełZbysiński
Wsrsja dsmonstracyjna IAR. MaksApp jssi dostępna w Inismscis pod adrsssm http:ff www.i ar. co m/FTP/p ub/MaksApp/m a viki ng.zip.
Więcsj informacji o pr ogra mis można uzyskać w firmie RK-Systsm, tsl. (0-22) 755-69-33
Rys. 9.
74
Elektronika Praktyczna 4/2001
PROGRAMY
HDL"
Complete FPGA Verification Environment
Ć
Tworzenie nowego projektu ułatwia w Ac-tive-HDL kreator, za pomocą którego można wybrać narzędzia do syntezy i implementacji, domyślny język HDL i rodzinę, układów docelowych (rys. lj. W zależności od umiejętnoś-
ci projektanta i przyjętej metodyki tworzenia projektu, do jego opisania można wykorzystać jeden z dwóch najpopularniejszych języków HDL [VHDL i VerilogJ, schemat logiczny lub efektywny w przypadku automatów zapis graf owy. Doświadczeni projektanci układów programowalnych mogą skorzystać ze wzorcowych dokumentów udostępnianych przez Ac-tive-HDL (rys. 2j, mniej doświadczonym pracę ułatwią kreatory plików (rys. 3). Na rys.
Rys. 1,
Rys. 2.
W drugiej części artykułu
poświęconego pakietowi
Active-HDL przedstawimy
możliwe sposoby opisu
projektu realizowanego
w układzie programowalnym.
Tematyka artykułu obejmie
więc edytory: diagramów,
tekstowy i grafów, których
położenie w strukturze
pakietu pokazano
na rys. 1 w EP3/2001.
76
Elektronika Praktyczna 4/2001
PROGRAMY

> Ś

Rys. 3.
4 pokazano przykładowy graf ilustrujący pracę prostego automatu, który można skonfigurować do realizacji synchronicznej lub asyn-chronicznej. Edytor pozwala na definiowanie warunków przejść, określanie zachowania automatu podczas zmiany stanów (przejść} i w czasie trwania określonego stanu, a także języka do którego kompilowany jest opis graficzny. Dokumentowanie opisu za pomocą tego edytora ułatwiają jego bogate możliwości graficzne (można m.in. kreślić za pomocą krzywych BezieraJ.
Nieco trudniejszym sposobem opisu realizowanego projektu jest wykorzystanie języka VHDL lub Verilog, przy czym kreowanie "szkieletu" pliku źródłowego ułatwia "czarodziej", pytając o przewidywane w definiowanym bloku wejścia i wyjścia (iys. 5j. Nie obędzie się tutaj bez znajomości jednego z języków HDL, co początkującym fanom układów PLD może sprawić trudność. Bez trudu natomiast można przekształcić trudny w analizowaniu zapis tekstowy do postaci graficznej, co umożliwia wbudowany w pakiet Active-HDL konwerter CODE2GRAPHICS.
Z pewnością opis schematowy będzie się cieszył wśród większości użytkowników większym powodzeniem, niż dość zawiły
Rys. 6
wyżej (także lokalnie) w hierarchii. Bloki niższych poziomów mają w większości przypadków na tyle prostą strukturę, że można je opisać za pomocą języka HDL. Pliki graficzne (także wielopoziomowej można konwertować do postaci jednego z języków HDL lub formatu uniwersalnej listy połączeń EDIF, co oczywiście nieco zmniejsza uniwersalność opisu, optymalizując go wybranej na początku rodziny układów docelowych.
Zarządzanie projektem i jego składowymi ułatwia w Active-HDL doskonały manager programowy (rys. 7j, za pomocą którego można wykonywać wszelkie operacje za-
Rys. 7.
równo na strukturze projektu jak i bezpośrednio na plikach. Jest to co prawda mało spektakularna funkcja, ale niewiele jest na rynku programów CAD/CAE, których twórcy zwrócili uwagę na zapewnieni łatwości utrzymania porządku w projekcie, którego rozmiary mogą być nieraz bardzo duże. Piotr Zbysiński, AVT piotr.zbysiriBki@ep.com.pl
Ewaluacyjna wersja programu Adive-HDL oraz skrócony kurs posługiwania się programem zamieściliśmy na płycie CD-EP4/ 2001B w katalogu \Aldec.
Rys. 4.
i bardzo sformalizowany opis tekstowy. Twórcy Active-HDL przewidzieli to i wbudowali w oprogramowanie edytor schematów (rys. 6j, za pomocą którego jest najłatwiej połączyć ze sobą wcześniej przygotowane bloki. Zazwyczaj edytor schematów jest wykorzystywany do tworzenia plików położonych naj-
Rys. 5.
Elektronika Praktyczna 4/2001
77
MINIPROJEKTY
Wspólną cechą układów opisywanych w dziale "Miniprojekty" jest łatwość ich praktycznej realizacji. Zmontowanie układu nie zabiera zwykle więcej niż dwa, trzy kwadranse, a z jego uruchomieniem można poradzić sobie w ciągu kilkunastu minut. "Miniprojekty" mogą być układami stosunkowo skomplikowanymi funkcjonalnie, lecz prostymi w montażu i uruchamianiu, gdyż ich złożoność i inteligencja jest zawarta w układach scalonych. Wszystkie projekty opisywane w tej rubryce są wykonywane i badane w laboratorium AVT. Większość z nich wchodzi do oferty kitów AVT jako wyodrębniona seria "Miniprojekty" o numeracji zaczynającej się od 1000.
Automatyczny włącznik oświetlenia garażu
Urządzenie,
z którego budową
chciałbym zapoznać
Czytelników Elektroniki
Praktycznej jest banalnie
proste, ale mimo tego
może w znaczący
sposób zwiększyć
komfort korzystania
z garażu.
Szczęśliwi posiadacze "mieszkanka" dla swoich samochodów dobrze wiedzą, jak kłopotliwe bywa poruszanie się w nocy po tym pomieszczeniu. Wjeżdżamy do garażu z zapalonymi światłami, wyłączamy stacyjkę, światłą samochodu gasną, a my albo szukamy po omacku włącznika oświetlenia, albo wychodzimy z garażu, potykając się
0 jego wyposażenie. Proponowany układ rozwiązuje ten problem, włączając oświetlenie garażu natychmiast po zgaszeniu świateł samochodu
1 pozostawiając je włączone przez kilka minut. Po upływie tego czasu lampa oświetlająca garaż zostaje samoczynnie wyłączona.
Układ włącznika składa się zaledwie z dwóch tanich układów scalonych z rodziny CMOS4000 i może być wyko-
nany nawet przez zupełnie początkującego elektronika.
Schemat elektryczny automatycznego włącznika oświetlenia garażu pokazano na rys. 1. Prześledzimy dzia-
Rys. 1.
100nF
1
s (t 2
"\ 3

RL1
łanie układu, rozpoczynając od jego stanu spoczynkowego, w którym przerzutnik R-S zbudowany z bramek IClB i IClC jest wyzerowany.
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
PR1: lOOka
Rl: fotorezystor
R2..R5: lOOka
R6: lkLl
Kondensatory
Cl: 47nFO
C2: lOnF
C3: 220^F/16V
C4: lOOnF
Półprzewodniki
Dl: 1N4001
D2: 1N4148
IC1: 4093
IC2: 4060
Tl: BC548
Różne
CON1: ARK2 (3,5mm)
CON2: ARK3
RL1: RM96/12V
Płytka drukowana wraz z kompletem elementów jest dostępna w AVT - oznaczenie AVT-1302.
Wzory płytek drukowanych w formacie PDF są dostępne w Internecie pod adresem: http:/ /www.ep.com.pl/?pdf/kwie-cien01.htm oraz na płycie CD-EP04/2001 w katalogu PCB.
Elektronika Praktyczna 4/2001
79
MINIPROJEKTY
Oświetlenie fotorezystora Rl przez światła samochodu spowoduje wzrost napięcia na wejściach bramki Schmitta (z histerezą) IClA i wystąpienie poziomu niskiego na jej wyjściu. Krótki impuls ujemny, przekazany za pośrednictwem kondensatora C2 na wejście ustawiające przerzut-nika R-S, spowoduje jego ustawienie, a w konsekwencji: - Rozpoczęcie zliczania impulsów przez licznik z generatorem RC (IC2). Do momentu zmiany stanu przerzutnika R-S licznik ten był permanentnie zerowany poziomem wysokim na jego wejściu RST. Częstotliwość zliczanych im-
pulsów określona jest pojemnością Cl i rezystancjami R2 i R3.
- Poziom wysoki z wyjścia bramki IClB (wyjścia Q przerzutnika) spowoduje spolaryzowanie bazy tranzystora Tl i włączenie przekaźnika RLl, zwierającego obwód zasilania oświetlenia garażu.
Od tego momentu licznik IC2 rozpoczyna zliczanie impulsów, które kończy się w momencie wystąpienia stanu wysokiego na wyjściu Ql4 licznika. Stan ten, po zanegowaniu przez bramkę IClD, zostaje doprowadzony do wejścia zerującego przerzutnika R-S, powodując jego wy-
zerowanie i przejście układu w stan oczekiwania.
Regulację czułości układu na padające na fotorezystor światło możemy dokonać za pomocą potencjometru montażowego PRl.
Z wartościami elementów R2, R3, Cl, podanymi na schemacie, czas włączenia przekaźnika wynosi ok. 2 minut. Możemy go łatwo zmienić, dobierając wartość kondensatora Cl.
Na rys. 2 zostało pokazane rozmieszczenie elementów na powierzchni płytki obwodu drukowanego wykonanego na laminacie jednostronnym. Montaż włącznika wykonujemy typowo, rozpoczy-
nając od wlutowania w płytkę rezystorów, a kończąc na zamontowaniu kondensatorów elektrolitycznych i przekaźnika RLl. Układ zmontowany ze sprawdzonych elementów nie wymaga jakiejkolwiek regulacji i działa natychmiast poprawnie. Włącznik powinien być zasilany napięciem stałym stabilizowanym o wartości +12VDC, najlepiej z tzw. zasilacza "wtyczkowego".
Montując układ w garażu, należy umieścić go tak, aby światło reflektorów wjeżdżającego do pomieszczenia samochodu padało na fotorezystor. AG
80
Elektronika Praktyczna 4/2001
MINIPROJEKTY
Programator układów ISP
Układy PLD
programowane
i konfigurowane
w systemie cieszą się
ogromną popularnością
wśród projektantów
urządzeń
elektronicznych.
Prezentujemy opis
budowy jednego
z najprostszych
programatorów ISP,
którego pierwowzorem
jest programator DLC III
firmy Xilinx.
D2 BAT84
Schemat elektryczny programatora pokazano na rys. 1. Jest to, jak widać, niezbyt skomplikowany, dwukierunkowy bufor napięciowy wykonany na nieco archaicznych już układach 74HC125. Zasilanie dla programatora jest dostarczane z urządzenia, w którym znajduje się programowany układ. Wyprowadzenia z lewej strony schematu należy dołączyć do wtyku DB25 o numerach takich, jak narysowano na schemacie. W celu zminimalizowania zakłóceń generowanych przez programator
Rys. 1.
o
B9DDDDDDD
n n � n n n t g.y
Rys. 2.
1 ograniczenia wpływu zakłóceń zewnętrznych na pracę programatora, można go zaekranować, co ułatwia wydzielona ścieżka na obwodzie płytki drukowanej. Ze względu na prostotę budowy, nie będziemy szczegółowo omawiać sposobu wykonania programatora. Na rys.
2 znajduje się jego schemat montażowy.
Za pomocą przedstawionego programatora można programować i konfiguro-wać układy z interfejsem JTAG oraz standardowym interfejsem wykorzystywanym do konfiguracji układów FPGA. Ponieważ styki tych interfejsów różnią się
od siebie, na płytce przewidziano dwa złącza: jedno dla układów CPLD, drugie dla FPGA. Dzięki programowaniu (konfigurowaniu) układów po zamontowaniu w systemie (lewa część rys. 3), cykl programowania można przeprowadzić wielokrotnie bez konieczności demontażu układu (prawa część rys. 3).
Prezentowany w artykule programator współpracuje z dowolnym komputerem PC poprzez złącze równoległe Centronics i jest obsługiwany przez specjalny program sterujący (rys. 4), który można bezpłatnie ściągnąć ze strony WWW firmy Xilinx (szczegółowe informacje pod adresem http:// www.xilinx.com/products/ software/we_detail.htm). Projekty dla układów CPLD firmy Xilinx można przygotowywać także zdalnie, korzystając z internetowego kompilatora znajdującego się pod adresem: http:// www.xilinx.com/sxpresso/ webfitter.htm. PZ
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl, R9..R12: 100Q R2: 47Q R3..R7: 300Q R8: 5,lkQ R13: lkQ Kondensatory C1..C4: lOOpF C5: lOnF Półprzewodniki Dl, D2: BAT84 Ul, U2: 74HC125 Różne
gold-piny 2x9 złgcze D25M
Płytka drukowana wraz z kompletem elementów jest dostępna wAVT- oznaczenie AVT-1303.
Wzory płytek drukowanych w formacie PDF są dostępne w Internecie pod adresem: http:/ /www.ep.com.pl/?pdf/kwie-cienOl.htm oraz na płycie CD-EP04/2001 w katalogu PCB.
Rys. 3.
-DH0-H3
Rys. 4.
80
Elektronika Praktyczna 4/2001
MINIPROJEKTY
Karta przekaźnikowa I2C
Czy wysterowanie
z dwóch wyjść
procesora 128
odbiorników energii
elektrycznej może
zainteresować
konstruktora?
Czytelników, którzy
odpowiedzą twierdząco
na to pytanie, proszę
o zapoznanie się
z układem opisanym
w tym artykule.
Dla wielu projektantów systemów mikroprocesorowych problemy stwarza zbyt mała liczba wyprowadzeń jednostki centralnej, szcze-
gólnie jeżeli w układzie użyte zostały tanie i popularne procesory 20-pinowe. Idealnym rozwiązaniem tego problemu jest zainstalowanie
H12
+ 12V
CON2
D1 560 |D9 [LED A
1N4148
CON1
Rys. 1. MSB
RL8 RL7 RL6 HL5 RL4 RL3 RL2 RL1
1/0 1/0 1/0 1/0 1/0 1/0 1/0 1/0
LSB
wykorzystującej tylko dwa wyprowadzenia procesora, do której możemy dołączyć praktycznie dowolną liczbę układów peryferyjnych. W Elektronice Praktycznej opisano już wiele takich układów, rozszerzających możliwości systemów mikroprocesorowych. Mamy do dyspozycji klawiatury, wyświetlacze, sterowniki silników krokowych i DC oraz wiele innych układów, do których chciałbym dzisiaj dołączyć kolejny.
Proponowany układ umożliwia sterowanie ośmioma odbiornikami prądu elektrycznego dużej mocy. W urządzeniu zastosowano przekaźniki o obciążalności styków do 8A, co przy napięciu 2 20VAC daje nam niebagatelną moc 1760 watów. Zastosowanie przekaźników ma w porównaniu z układem wykorzystującym triaki dodatkową zaletę: umożliwia sterowanie także obwodami prądu stałego.
Karta przekaźnikowa jest urządzeniem banalnie prostym i łatwym do wykonania. Zawiera tylko jeden układ scalony i garstkę elementów dyskretnych, których koszt jest niewielki.
Elektronika Praktyczna 4/2001
81
MINIPROJEKTY
MMI48
-C RELAYS CflRD
Tab. 1. Możliwe konfiguracje adresów układu US1.
Rys. 2.
Opis działania
Na rys. 1 pokazano schemat elektryczny proponowanego układu, którego sercem jest dobrze wszystkim znany scalony konwerter dwukierunkowy PC - ośmiobitowa szyna danych, tj. układ PCF8574. Z wyjść tego układu są sterowane bazy tranzystorów T1...T8, zasilających cewki przekaźników. Diody LED wraz z rezystorami ograniczającymi płynący przez nie prąd włączone równolegle do cewek przekaźników umożliwiają wizualną kontrolę aktualnego stanu przekaźników.
Ważną rolę w układzie odgrywają trzy jumpery oznaczone jako JPl. Umożliwiają one ustalenie jednego z ośmiu adresów układu PCF8574, zgodnie z tab. 1. Ponieważ układ PCF8574 występuje w dwóch odmianach, różniących się adresem bazowym (PCF85 74 i PCF8574A), łatwo obliczyć, że do systemu mikroprocesorowego możemy dołączyć 16 opisywanych kart przekaźnikowych. A zatem z dwóch wyjść procesora możemy sterować aż 128 różnych urządzeń o znacznym poborze prądu.
W układzie zastosowano osiem przekaźników typu RM-
A2 A1 AU Adres PCF8574A
0 0 0 112
0 0 1 114
0 1 0 116
0 1 1 118
1 0 0 120
1 0 1 122
1 1 0 124
1 1 1 126
96, sterowanych z wyjść układu ICl za pośrednictwem tranzystorów T1...T8. Układ powinien być zasilany napięciem stałym 12VDC, niekoniecznie stabilizowanym. Napięcie zasilania układu PCF8574 pobierane jest ze stabilizatora napięcia typu 78L05 - IC2. Istnieje także możliwość alternatywnego zasilania tego układu z nadrzędnego systemu mikroprocesorowego, za pośrednictwem złącza
CON10. W takim przypadku montowanie stabilizatora napięcia jest zbędne.
Na rys. 2 pokazano rozmieszczenie elementów na płytce obwodu drukowanego wykonanego na laminacie jednowarstwowym. Montaż wykonujemy typowo, rozpoczynając od wlutowania w płytkę rezystorów, a kończąc na zamontowaniu przekaźników. Oczywiście, jeżeli mamy zamiar sterować mniejszą liczbą urządzeń niż osiem, to montowanie wszystkich przekaźników jest zbędne.
Układ zmontowany ze sprawdzonych elementów działa natychmiast poprawnie. Warto jednak dodać parę słów na temat programowego sterowania kartą. Jak zwykle posłużę się przykładami napisanymi w języku MCS BASIC.
Aby włączyć lub wyłączyć określone przekaźniki umieszczone na karcie, wystarczy po określeniu konfiguracji sprzętowej magistrali PC: CONFIG SDA = [pin portu] CONFIG SCL = [pin portu]
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
R1..R11: 3kQ R12..R19: 560Q Kondensatory
Cl: 220^F/16V
C2, C3: lOOnF
C4: 100^F/16V
Półprzewodniki
D1..D8: diody LED
D9..D16: 1N4148
ICl: PCF8574
IC2: 78L05
T1..T8: BC548 lub podobne
Różne
CON1: ARK2 (3,5mm)
CON2..CON9: ARK3
CON10: 4xgoldpin
JPl: 3x2 goldpin +
3 jumpery
RL1..RL8: RM96
Płytka drukowana wraz z kompletem elementów jest dostępna w AVT - oznaczenie AVT-1301.
Wzory płytek drukowanych w formacie PDF są dostępne w Internecie pod adresem: httpj Iwww.ep.com-pl/?pdf/kwie-cien01.htm oraz na płycie CD-EP04/2001 w katalogu PCB.
wydać tylko jedno polecenie:
I2CSEND [adres układu
PCF8574, bajt
sterujący] np.:
I2CSEND 112, &B10000001
(włączenie przekaźnika
RL1 i RL8)
Podczas pracy z kartą przekaźnikową, a szczególnie z wieloma kartami działającymi na jednej magistrali, możemy niejednokrotnie zapomnieć, które właściwie przekaźniki zostały włączone, a które nie. Sprawdzenia stanu przekaźników karty można dokonać za pomocą kolejnego polecenia w języku MCS BASIC:
I2CRECEIVE [adres
układu, odczytany bajt
sterujący] np.:
I2CRECEIVE 112, value
AG
82
Elektronika Praktyczna 4/2001

Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
elektronika praktyczna 2001
elektronika praktyczna 2002
elektronika praktyczna 2000
elektronika praktyczna 1998
elektronika praktyczna 2002 2
elektronika praktyczna 2000 2
Elektronika Praktyczna W głośnikowym żywiole Cz 04
elektronika praktyczna 09 1997
elektronika praktyczna 08 1997
Elektronika Praktyczna 1997 02
elektronika praktyczna 1998 2
elektronika praktyczna 10 1997

więcej podobnych podstron