Międzynarodowy magazyn elaktranikAw hobbistów i pittfotjanalifttów
6/97 � czerwiec � 5 zł 30 gr
Ś*^.v>.
lEDbKTO-R *CINJI JBLEWIZYJNYCII
ot
?O-POMJWRU AMPLITUDY A-SJR[ZELNICA APORTOWA RLJ-^MAl^ĆH REZYSTANCJI
1"
.['JILONITCTRUOTCY ZASILANIE AKUMULATOROWE
PODZESPOŁY. v-./
V- tJUbh.1 !AU CJWY hlllMY ""'
Gran-Jańsen AS
LJKLAUY ALJIOMAI YKI
0Ó>
PROJEKTY ZAGRANICZNE
Miernik rezystywności gruntu, część 2
W drugiej części artykułu
przedstawiamy sposób
regulacji miernika
rezystywności gruntu oraz
zasady korzystania z niego.
Interesującym uzupełnieniem
są informacje o zasadach
obowiązujących podczas
prowadzenia samodzielnych
wykop alisk w n aszym kraju.
Konfiguracja Wennera
Konfiguracja dwuczu>ilkowa
Widok z góry
ABCDEFGHI
Ruchoma sondy
C2P2
13
10
10
13
10
10
13
10
10
13
10
10
13
10
10
13
10
10
13
10
10
Miernik oporności
Rozciągnięte kable
Rys. 8. Układ sond: (a) konfiguracja Wennera; (b) konfiguracja dwusondowa. (c) kwadrat 20m x 20m przedstawiający sposób użycia dwóch sond w terenie.
Regulacja
Jeżeli posiada się oscyloskop i częstościomierz, należy postępować w następujący sposób: 1.Włączyć układ, zmierzyć dodatnie napięcie zasilające na kondensatorze C15 i sprawdzić czy wynosi ono + 10,5V, a następnie ujemne napięcie zasilające na kondensatorze C17 i sprawdzić czy wynosi ono - 10,5V. 2. Przyłączyć częstościomierz do wyjścia 6 ICl i za pomocą VR2 ustawić częstotliwość oscylatora na 137Hz.
W razie braku częstościomierza można w to miejsce przyłączyć słuchawki o średniej impedancji i postarać się, szacując częstotliwość "na ucho", ustawić ją nieco p owy żej lOOHz (częstotliwość przydźwięku sieci dwupołówkowego prostownika).
3. Przyłączyć oscyloskop do wyjścia 6 ICl i za pomocą VRl dokładnie wyrównać obie połówki fali prostokątnej. Jej amplituda powinna wynieść około 10V i powinna być symetryczna względem 0V. Gdy nie ma oscyloskopu, to należy ustawić VRl w środkowej pozycji.
4. Do wyprowadzeń Cl i C2 przyłączyć tymczasowo rezystor wzorcowy, którego oporność jest dobierana w zależności od zakresu prądowego zgodnie z tabelą 2. Do rezystora należy przyłączyć oscyloskop (wejściem sondy do Cl). Przy wszystkich trzech położeniach prze-
10
10
10
10
10
10
łącznika Sl oscyloskop powinien pokazać przebieg o częstotliwości 137Hz, symetryczny względem linii 0V. Gdy tak nie będzie, to trzeba sprawdzić odpowiednie rezystory (R8..R13) na przełączniku Sl. Ich oporności można uzupełnić rezystorami szeregowymi lub równoległymi w celu uzyskania większej dokładności.
5.Włączyć rezystor kontrolny 10Q, przełącznik wzmocnienia wzmacniacza przełączyć na 100, a potencjometrem VR4 ustawić napięcie IV pomiędzy gniazdkami SK5 i SK6.
6.Połączyć Pl z Cl, a P2 z C2. Pomiędzy Pl i P2 włączyć rezystor dekadowy albo szereg rezystorów wzorcowych. Przełączać wzmocnienie wzmacniacza (S2) i rezystor dekadowy zgodnie z pozycjami w tabeli 3, sprawdzając czy napięcie wyjściowe jest poprawne.
7. Włączyć rezystor kontrolny 10kQ, a przełącznik Sl ustawić w położeniu Im A. Potencjometr VR3 ustawić w położeniu, w którym LED D10 zaledwie zaczyna świecić.
Konfiguracje sond
Przed omówieniem konstrukcji samych sond omówimy zasady posługiwania się nimi.
Istnieje szereg konfiguracji sond - obecnie powszechnie używa się dwóch: konfiguracji Wennera i konfiguracji dwusondowej.
W pokazanej na rys. 8a konfiguracji Wennera, wszystkie sondy są ustawione w jednakowych od siebie odległościach wzdłuż linii prostej. Zwykle stosuje się odległości Im. Zewnętrznymi są sondy Ci i C2, wewnętrznymi Pl i P2. Konfiguracja Wennera nadaje się do poszukiwania anomalii
Tabela 2.
zakres prądu [mA]
0,1
1
10
rezystor wzorcowy [kn]
10
1
0,1
Elektronika Praktyczna 6/97
15
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
Rys. 9. Szczegóły konstrukcyjne sond: (a) długiej sondy; (b) krótkiej sondy; (c) sondy uproszczonej; (d) ogranicznika głębokości.
(spowodowanych przez ukryte obiekty) wzdłuż prostych linii w terenie przed bardziej szczegółowymi badaniami.
Odczyty miernika przy tej konfiguracji przelicza się na rezys-tywność za pomocą następującego wzoru:
pA = 2dU/I, gdzie
pA- rezystywność pozorna;
d - odległość pomiędzy sondami;
U - odczytane napięcie podzielone przez wzmocnienie;
I - natężenie prądu.
W pokazanej na rys. 8b konfiguracji dwusondowej, nazywane parą stacjonarną sondy Cl i Pl umieszcza się tuż przed badanym obszarem. Natomiast sondy C2 i P2, zestawione w parę o ustalonej od siebie odległości, przemieszcza się przez badany obszar. Parę tę umieszcza się w kwadratach przedstawionej na rys. 8c sieci, wyznaczonej uprzednio za pomocą sznurka lub taśmy mierniczej.
Odległość pomiędzy sondami Cl i Pl powinna być taka sama, jak pomiędzy sondami C2 i P2 i wynosić około 500mm. Odległość pomiędzy parą stacjonarną i parą ruchomą może zawierać się w granicach od 15m do 50m.
Wygodnym rozwiązaniem jest umocowanie sond C2 i P2 do ramy (jak zostanie przykładowo pokazane w następnym odcinku) wraz z układem elektronicznym, tworzących bardzo wygodny
w użyciu zespół.
Odczyty miernika w konfiguracji z rys. 8b przelicza się na rezystywność według następującego wzoru:
pA = (2U/I)*l/(2/dl-2/d3)
Konstrukcja samych sond jest bardzo prosta. Użyte materiały i wymiary nie są krytyczne i można się posłużyć tym, co jest pod ręką.
Rys. 9a przedstawia solidną sondę, wykonaną z rurki ze stali nierdzewnej z przylutowaną mosiądzem rękojeścią w kształcie T i ostrzem ułatwiającym wciskanie jej w ziemię. Sonda ta jest przeznaczona do użytku przez operatora w pozycji stojącej. Zespół czterech takich sond nadaje się doskonale do użytku w metodzie Wennera. Wymaga ona bowiem nieustannego ich przemieszczania, unika się wtedy ciągłego pochylania.
Mniejsze sondy, w wersji pokazanej na rys. 9b, są wyposażone w przykręcane gniazdo do wtyczek 4-mm, do przyłączania przewodów. Sondy można również wykonać z innych materiałów niż stal nierdzewna, która jest droga i niezbyt łatwa do nabycia.
Bardzo uproszczona sonda jest pokazana na rys. 9c, którą można wykonać z pręta o średnicy 6mm, np. elektrody spawalniczej bez pokrycia, zwykłej stali itp. Przewód łączy się z nią za pomocą krokodylka, a głębokość wbijania oznacza się paskiem farby lub taśmy samoprzylepnej.
Na rys. 9d pokazano ogranicznik głębokości wbijania, mocowany do sondy przy pomocy wkrętów przykręcanych za pomocą śrub z gniazdem sześciokątnych do klucza Allena. Materiał nie musi być izolacyjny i może to być metal.
Rys. 10 przedstawia ramowy wspornik, przeznaczony do użytku z sondami w konfiguracji dwusondowej. Górna jego część jest wykonana z drewnianej listewki, o wymiarach 30x50xl050mm, której końce owinięte taśmą samoprzylepną tworzą rękojeści. Na jej środku jest przymocowany aluminiowy wspornik, podtrzymujący umocowany do niego gumkami miernik. Dolna część ramki jest
również wykonana z takiej samej drewnianej listewki, która musi mieć dobre własności izolacyjne. Albo trzeba ją dobrze wysuszyć i pokryć lakierem, albo sondy przymocować do niej za pośrednictwem tulejek izolacyjnych z teflonu, lub podobnego materiału. Górną i dolną część ramki łączą rurki metalowe, nagwintowane i zaopatrzone z obu stron w nakrętki. W tej ramce będą umocowane sondy C2 i P2. Sondy Cl i Pl będą takie, jak pokazano w poprzednim odcinku na rys. 9b.
Układ testujący
Rys. 11 przedstawia schemat prostego układu testującego, przeznaczonego do sprawdzenia w terenie poprawności działania miernika rezystywności. Jego główną częścią jest przełącznik obrotowy, służący do wybierania rezystorów
0 oporności od zera do 1000Q. Cztery przewody zakończone wtyczkami 4-mm należy połączyć z gniazdkami Cl, C2, Pl i P2 w mierniku. Po połączeniu gniazdko Cl zostaje zwarte z Pl, a C2 z P2. Wybrany przełącznikiem rezystor obciąża generator prądu. Przy pomocy układu testującego
1 tabeli 4 sprawdza się działanie miernika rezystywności gruntu. Dla wygody układ testujący powinien zostać wmontowany w małą obudowę np. plastykową.
Praca w terenie
Metodę poszukiwawczą wybiera się w zależności od spodziewanego na danym terenie obiektu. Jeżeli jest to duża pojedyncza struktura, lepiej będzie wybrać konfigurację Wennera.
Trzeba postarać się o mapę danego obszaru w możliwie jak najdokładniejszej skali, albo w miarę własnych umiejętności wykonać ją samemu. Trzeba następnie starannie wyznaczyć w od-
Tabela 3.
wzmocnienie obciążenie ) napięcie
wyjściowe [V]
10 10 0,1
10 100 1
10 1000 10
100 1 0,1
100 10 1
100 100 10
1000 0,1 0,1
1000 1 1
1000 10 10
16
Elektronika Praktyczna 6/97
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
Wspornik aluminiowy w kształci* "L"
Wtyczki do podłączenia
miernika rezystancji
___ Rura z metalu ___
nagwintowana na obydwu końcach
^**\ Końcówki S~^ \ lutownicze /
SOmmf
SOOmm
T
Rys. 10. Wspornik ramowy do konfiguracji dwusondowej.
ległości od budynków lub między polami w terenie i na mapie oba końce odcinka, wzdłuż którego zamierza się dokonać pomiarów. Każdy z tych punktów powinien zostać odmierzony w stosunku do co najmniej dwóch różnych elementów terenowych.
Innym sposobem zorientowania pomiarów jest przeprowadzenie ich wzdłuż przekątnej wyznaczonego pola. Pamiętać przy tym należy, że maksymalną czułość detekcji uzyskuje się wtedy, gdy linia pomiarów przecina ukryty obiekt pod kątem prostym.
Należy teraz wbić sondę Cl w ziemię na początku linii, od-
mierzyć wzdłuż niej Im, wbić sondę Pl, odmierzyć następną odległość Im, wbić sondę P2 i wreszcie w odległości Im wbić sondę C2 (jak na rys. 8a).
Po połączeniu miernika z sondami dokonuje się odczytu, który trzeba podzielić przez wybrane przełącznikiem wzmocnienie. Następnie wyciąga się sondę Cl i wbija się ją w odległości Im od poprzedniej pozycji sondy C2 wzdłuż tej samej linii. Wystarczy teraz przełożyć n połączenia miernika o jedną sondę i wykonać następny pomiar. W ten sam sposób postępuje się przy kolejnych pomiarach aż do końca zaplanowanej linii.
Pomiary dwusondowe
Jeżeli o mierzonym obszarze wiadomo niewiele, to lepiej wybrać konfigurację dwusondową, za pomocą której wykonuje się pomiary całego obszaru, a nie tylko wzdłuż jednej linii.
Należy zacząć od wyznaczenia w terenia kwadratu 20x2Om, takiego jak na rys. 8c. Kąty proste można uformować dowolną z konwencjonalnych metod, a więc przy pomocy kompasu, ekierki optycznej, teodolitu, albo trójkąta "3, 4, 5". Jeżeli czytelnik posiada jeden z trzech pierwszych przyrządów, z pewnością umie się nim posługiwać, dlatego opiszemy jedynie ostatni sposób. Należy tak ułożyć na ziemi trójkąt ze sznura lub taśmy, aby jeden z jego boków
Tabela 4.
rezystor prąd napięcie napięcie wyjściowe przy wzmocnieniu
[a] [mA] x10 x100 x1000
0 0,1 0 0 0 0
1 0,1 0,1 mV 1mV 10mV 100mV
10 0,1 1mV 10mV 100mV 1V
100 0,1 10mV 100mV 1V 10V
1000 0,1 100mV 1V 10V xxx
0 1 0 0 0 0
1 r 1mV 10mV 100mV 1V
10 i 10mV 100mV 1V 10V
100 1 100mV 1V 10V xxx
1000 1 1V 10V xxx xxx
0 10 0 0 0 0
1 ftf 10mV 100mV 1V 10V
10 10 100mV 1V 10V xxx
100 10 1V 10V xxx xxx
1000 i& 10V xxx xxx xxx
0 50 0 0 0 0
1 50 50mV 500 mV 5V xxx
10 50. 500mV 5V xxx xxx
100 5V xxx xxx xxx
1000 w 50V xxx xxx xxx
Uwaga: xxxoznacza nasycenie wzmacniacza na skutekza dużego napięcia wejściowego. Pozycję tę należy
pominąć.
Rys. 11. Schemat układu testującego.
miał trzy metry, drugi cztery metry, a trzeci pięć metrów. Kąt pomiędzy trzymetrowym a cztero-metrowym bokiem wynosi dokładnie 90�. Z przedłużenia tych boków do 20m powstaną dwa boki kwadratu.
Po wyznaczeniu kwadratu na dwóch przeciwległych jego bokach wbij np. dwa patyki w odległości Im od narożników i rozciągnij między nimi taśmę mierniczą, tworząc z jednego skraju kwadratu pas jednometrowej szerokości. Wbija się teraz w ziemię ruchomą parę sond, C2 i P2, w pobliżu podziałki 500mm taśmy, w jednakowej odległości od taśmy i od skraju kwadratu. Ustaloną parę sond, Cl i Pl, odległych o 5 00mm od siebie, wbija się w ziemię w odległości około 15m od sprawdzanego kwadratu (długość przewodów, łączących sondy Cl i Pl z miernikiem re-zystywności, powinna wynosić 50m).
Jeżeli przewiduje się pomiary także w sąsiednim kwadracie 20m x 20m, to należy umieścić ruchomą parę sond w miejscu o podobnej odległości od tego kwadratu. Po wykonaniu pomiaru przenosi się ruchomą parę sond w pobliże podziałki l,5m na taśmie. W ten sam sposób wykonuje się następne pomiary, aż do podziałki 19,5m na taśmie. Przesuwa się taśmę
0 Im i wykonuje dalszych 20 pomiarów, a potem następne, aż do 400 pomiarów.
Zapisywanie pomiarów
Wynik każdego pomiaru powinien zostać zapisany wraz ze wzmocnieniem, natężeniem prądu
1 odległością sond. Odczyty można zapisywać na papierze w kolumnach dla każdej z konfiguracji. Należy zanotować, który koniec kolumny odnosi się do której linii na planie, najlepiej używając liter
Elektronika Praktyczna 6/97
17
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
i liczb. Np. A dla pierwszej linii, B dla drugiej itd., numerując poszczególne pomiary od 1 do 20 (jak na rys. 8c). Każdy odczyt powinien być zapisywany jako napięcie podzielone przez wzmocnienie i może być pozostawiony w postaci oporności, albo przeliczany na względną rezystywność. Odczyty można także rejestrować na przenośnym magnetofonie mik-rokasetowym i przepisywać później. Jest to znacznie wygodniejsze od pisania w terenie na wilgotnym, szarpanym przez wiatr, papierze.
Pomierzone linie można przedstawiać w postaci wykresów re-zystywności (na osi pionowej) w funkcji odległości (na osi poziomej). Wyniki opisujące całą powierzchnię można przedstawić w postaci siatki 20x20, podzielonej na 400 pól, w których są zapisane poszczególne odczyty. Są one trudne do interpretacji, a więc liczby można zastąpić kolorami, przedstawiającymi wartości odczytanych oporności. Kolory te można wprowadzić za pomocą kredek, albo generować przez komputer, na przykład przy pomocy programu autora. Służy on do tworzenia wykresów liniowych lub kolorowych czy cieniowanych plansz.
Program w QBASIC
Program opracowany przez autora, napisany w QBASIC-u (dla komputerów PC), jest dostępny w Internecie pod adresem ftp:// ftp.epemag.wimborne.co.uk w pod-katalogu pub/PICS/Earth.Meter.
Program wymaga wprowadzenia wyników pomiarów i w razie potrzeby umożliwia ich wydrukowanie. Wyświetla następnie zespół 20 wykresów liniowych, lub obraz 20 x 20 kwadratów o różnej szarości lub w różnych kolorach. Zapisanie na dysk nie zostało przewidziane, ale Czytelnicy znający QBASIC mogą z łatwością dołączyć to uzupełnienie.
Przy wyświetlaniu kwadratów program sortuje wyniki pomiarów rezystywności pomiędzy sześć zakresów, reprezentowanych kolorami lub stopniami szarości. Otrzymane plansze mogą być następnie drukowane przez użycie klawisza Print Screen (przy niektórych PC może to nie być bezpośrednio osiągalne, gdyż przed załadowaniem QBASIC-a musi zostać załadowany podprogram graficzny -sprawdź to w swoim podręczniku).
W trakcie działania programu trzeba odpowiednio odpowiadać na sugestie programu, naciskając tylko ENTER, gdy sugestia nie jest akceptowana. Potrzebne dane można także wydrukować. Do kolorowego wydruku kwadratów jest oczywiście potrzebna drukarka kolorowa. Można jednak drukować także w różnych stopniach szarości.
Etyka i prawo
Trzeba tu dodać parę słów na temat etyki pomiarów rezystywności gruntu. W pewnym momencie możesz odczuć chęć sprawdzenia rezultatów swoich pomiarów przez rozkopanie zmierzonego obszaru. Zaniechaj tego! Jeżeli okaże się on obiektem mającym wartość archeologiczną, twoje wykopy z pewnością zniszczą większość informacji niezbędnych do pełnej jego interpretacji.
Same pomiary rezystywności gruntu są nieniszczące (jeśli nie liczyć wbijania sond), trzeba jednak przede wszystkim pamiętać, że w Wielkiej Brytanii wszystkie tereny są czyjąś własnością. Przed rozpoczęciem pomiarów trzeba więc odszukać właściciela i uzyskać jego zgodę na ich przeprowadzenie. Jeżeli zaś badany teren jest wpisany na listę pomników przeszłości (prowadzoną przez powiatowego archeologa), dokonywanie jakichkolwiek badań jest dopuszczalne jedynie za zgodą Departamentu Dziedzictwa Naro-
dowego, a takiej zgody na ogół amatorzy nie uzyskują. W Wielkiej Brytanii istnieje wiele lokalnych amatorskich stowarzyszeń archeologicznych, działających pod przewodnictwem wykwalifikowanych archeologów, którzy zapewniają im ścisłe kontakty z placówkami naukowymi. Robert Beck, EwPE
Artykuł publikujemy na podstawie umowy z redakcją miesięcznika "Everyday with Practical Electronics".
Od tłumacza
W Polsce dziedzina ta objęta jest Ustawą o Ochronie Dóbr Kultury i o Muzeach z roku 1962 z późniejszymi zmianami, zgodnie z którą wszystkie wykopaliska i znaleziska archeologiczne są własnością Państwa Polskiego. Według tej ustawy znalazcy przedmiotów archeologicznych lub odkrywcy wykopalisk są obowiązani je zabezpieczyć i niezwłocznie zawiadomić o nich właściwego terytorialnie konserwatora zabytków, zarząd gminy, lub muzeum. Osobom, które dopełniły tego obowiązku przysługuje nagroda od Państwa. Właścicielom gruntów, na których dokonuje się prac wykopaliskowych przysługuje odszkodowanie za zniszczenie plonów.
W Polsce wszelkie prace przy zabytkach oraz prace archeologiczne i wykopaliskowe wolno prowadzić tylko za zezwoleniem właściwego konserwatora zabytków.
Kwartalnik Archeologia Żywa nr 1, 1997, opisuje nie tak dawny wypadek zdewastowania cmentarzyska z okresu wpływów rzymskich przez rabusiów - pseudoar-cheologów. Posługują c się detektorem metali odszukali oni cmentarzysko z licznymi okazami starożytnej broni, barbarzyńsko je rozkopali, a znaleziska usiłowali sprzedać. Wyrokiem sądowym za swój wyczyn zostali ukarani karami więzienia i grzywny.
18
Elektronika Praktyczna 6/97
PODZESPOŁY
Korekcja współczynnika mocy, część 2
Stary problem, nowe rozwiązanie
W drugiej części artykułu
omówiono szczegółowo zasadę
działania układów MC34262
i MC33368. Przedstawiona
przy kła do wa apl ika cja ułat wi
konstruktorom samodzielne
wykonanie korektora fazowego,
a bezpłatne próbki układów -
prezent firmy Motorola - znacznie
przyspieszą prace konstrukcyjne.
Opis pracy układów
Układy aktywnych kompensatorów zawierają bloki funkcjonalne i zabezpieczenia spotykane w nowoczesnych sterownikach zasilaczy impulsowych. Są też różnice w stosunku do takich sterowników. Na schemacie blokowym pokazanym na rys. 5 (EP5/97] można zauważyć, że w pętli sprzężenia prądowego dodano układ mnożący, sterownik nie zawiera własnego generatora taktującego. Przyczyny pojawienia się tych różnic zostaną wyjaśnione przy omawianiu pracy poszczególnych bloków.
Wzmacniacz błędu
Wzmacniacz błędu ma wejście odwracające i wyjście wyprowadzone na zewnątrz. Zastosowany wzmacniacz transkonduktan-
dzielnik napięcia. Maksymalna wartość prądu pobierana z dzielnika przez wejście wzmacniacza wynosi typowo ok. 0,5|xA. Wynikający stąd błąd pomiaru napięcia jest bardzo mały.
Wyjście wzmacniacza jest wewnętrznie połączone z układem mnożącym i dodatkowo wyprowadzone na zewnątrz (pin 2], aby umożliwić dołączenie zewnętrznych elementów kompensacyjnych. Górna częstotliwość pasma wzmacniacza jest dobrana zwykle poniżej 20Hz, tak więc napięcie na wyjściu pozostaje w przybliżeniu stałe podczas całego okresu napięcia sieciowego. W rezultacie wzmacniacz błędu śledzi średnią wartość napięcia (z kilku kolejnych okresów] na wyjściu korektora. Wzmacniacz jest skompensowany temperaturowo. Stopień wyjściowy jest w stanie dostarczyć lub odprowadzić prądy do 10 |xA, przy napięciu wyjściowym od 1,7 V do 6,4 V, co w pełni wystarcza do wysterowania układu mnożącego.
Główną zaletą użycia wzmacniacza trans-konduktancyjnego jest podwójne wykorzystanie wejścia śledzącego napięcie wyjściowe (ang. Voltage Feedback Input] przez wzmacniacz błędu i przez komparator nadnapięcio-wy.
Elektronika Praktyczna 6/97
PODZESPOŁY
Wtartoić szczytowa
Pr^d dławika
Wtftttć iradnia
dostarczany sygnał z pętli napięciowego sprzężenia zwrotnego.
Układ mnożący steruje progiem zadziałania komparatora Siedzącego przebieg prądu, zgodnie z sinusoidalnym przebiegiem napięcia przemiennego, od zera do wartoSci szczytowej (rys.7). W rezultacie uzyskuje się kluczowanie MOSFET-a "podążające" za przebiegiem sinusoidy napięcia sieciowego, a całoSć zachowuje się jak obciążenie rezystancyjne.
Znaczącą poprawę zniekształceń prądu pobieranego z sieci można uzyskać wymuszając przewodzenie przetwornicy w okolicy przejScia napięcia sieciowego przez wartoSć zerową. Wymuszenie jest uzyskiwane
Tabela 1. Wyniki pomiarów korektora o mocy 175W.
Wejście AC Wyjście DC
vrms Pin cos<|> Ls Zawartość harmonicznych prądu Vo Vo lo Po Tl(%)
V W - A THD 2h 3h 5h 7h \, V A W -
90 193.3 0.991 2.15 2.8 0.18 2.6 0.55 1.0 3.3 402.1 0.44 176.9 91.0
120 190.1 0.998 1.59 1.6 0.10 1.4 0.23 0.72 3.3 402.1 0.44 176.9 93.1
138 188.2 0.999 1.36 1.2 0.12 1.3 0.65 0.80 3.3 402.1 0.44 176.9 94.0
180 184.9 0.998 1.03 2.0 0.10 0.49 1.2 0.82 3.4 402.1 0.44 176.9 95.7
240 182.0 0.993 0.76 4.4 0.09 1.6 2.3 0.51 3.4 402.1 0.44 176.9 97.2
268 180.9 0.989 0.69 5.9 0.10 2.3 2.9 0.46 3.4 402.1 0.44 176.9 97.8
o-
RFI Filter
Komparator nadnapięciowy
Komparator ma zapobiegać możliwoSci pojawienia się na wyjSciu napięć wyższych od założonego. Taki stan może wystąpić podczas rozruchu przetwornicy, podczas nagłego spadku obciążenia lub podczas iskrowych zwarć w obwodzie zasilanym. MożliwoSć pojawienia się przepięcia wynika z niskiej częs-totliwoSci granicznej w pętli wzmacniacza błędu i wynikającego stąd opóźnienia reakcji. Zadanie komparatora nadnapięciowe-go polega na Siedzeniu szczytowej wartoSci napięcia wyjSciowego i w przypadku jej wzrostu na wstrzymaniu kluczowania MOSFET-a.
Próg zadziałania kompara- q_
tora jest wewnętrznie usta- 90to266 wiony na 1,08 Vre(. Aby uniknąć fałszywych zadziałań komparatora podczas normalnej pracy, należy przewidzieć wystarczającą pojemnoSć kondensatora na wyjSciu, tak aby utrzymać międzyszczytową wartoSć pulsacji poniżej 16% składowej stałej napięcia wyjSciowego. Czas reakcji komparatora wynosi typowo 400ns. Na rys. 6 porównano przepięcia w czasie rozruchu przetwornicy z komparatorem nadnapię-ciowym i bez.
Układ mnożący
Układ mnożący jest tym elementem układu, który odróżnia omawiany sterownik od typowych sterowników zasilaczy impulsowych. Spełnia on rolę modulatora prądu pobieranego z sieci i przez to umożliwia korygowanie współczynnika mocy.
Dwupołówkowo wyprostowane napięcie przemienne (za mostkiem prostowniczym) jest Śledzone na pierwszym wejSciu układu mnożącego (pin 3), podczas gdy do drugiego wejScia wzmacniacza błędu jest
przez dodanie regulowanej polaryzacji do obwodów układu mnożącego i komparatora Siedzącego prąd.
W układzie MC33368 wymuszenie przewodzenia może być dodatkowo sterowane z zewnątrz poprzez końcówkę 13 (ang. Fre-ąuency Clamp). Daje to możliwoSć wpływania na spektrum zakłóceń emitowanych wokół przejScia przez zero.
Detektor zera prądu
Omawiane układy MC34262/MC33262/ MC33368 pracują jako sterowniki ze sprzężeniem prądowym, gdzie przewodzenie tranzystora jest inicjowane przez detektor zerowej wartoSci prądu, a przerywane wtedy, kiedy szczytowy prąd płynący przez induk-cyjnoSć osiągnie poziom wyznaczony przez wyjScie układu mnożącego. Detektor zera prądu przygotowuje następne włączenie tranzystora przez ustawienie przerzutnika RS dokładnie w chwili, kiedy prąd cewki spada do zera.
Taki sposób pracy ma dwie znaczące zalety:
- MOSFET nie może rozpocząć przewodzenia dopóki prąd w cewce nie osiągnie wartoSci zerowej - stąd szybkoSć pracy diody staje się mniej krytyczna i można zastosować tańszą diodę;
- taki sposób pracy nie wymaga czasu martwego pomiędzy cyklami pracy, prąd jest pobierany z sieci bez przerw; dzięki temu szczytowa wartoSć prądu jest tylko dwukrotnie wyższa od wartoSci Średniej prądu wejSciowego.
Detektor zera prądu Siedzi prąd cewki poprzez pomiar napięcia na uzwojeniu pomocniczym: reaguje kiedy wartoSć napięcia spadnie poniżej 1,4V. Dla zwiększenia jed-noznacznoSci pracy detektora, przewidziana jest histereza 200mV.
WejScie detektora zera prądu jest wewnętrznie poziomowane do dwóch napięć: obcinane są napięcia wejSciowe powyżej 6,7V, w celu zabezpieczenia przed przebiciem napięciowym, i napięcia poniżej 0,7V, dla zabezpieczenia przed przewodzeniem do podłoża. Czas reakcji detektora zera prądu (od pobudzenia do wyłączenia) wynosi ok. 320ms.
^
RB
UVR160 D5
VO
O
100V/0.4A
C3 33OuF
Rys. 8.
Elektronika Praktyczna 6/97
PODZESPOŁY
Komparator prądu przewodzenia i przerzutnik RS
Użycie komparatora prądu przewodzenia, w kombinacji z przerzutnikiem RS, daje pew-noSć, że w czasie jednego cyklu pracy przetwornicy na wyjSciu sterującym pojawi się tylko jeden impuls wyzwalający.
Prąd płynący przez cewkę wytwarza spadek napięcia na rezystorze włączonym szeregowo pomiędzy źródło tranzystora przerywającego prąd cewki a masę. Spadek napięcia jest podany na wejScie monitorujące, gdzie jego war-toSć jest porównywana komparatorem z war-toScią przychodzącą z układu mnożącego.
W warunkach normalnej pracy, szczytowa wartoSć prądu cewki jest sterowana napięciem progowym na wyprowadzeniu 4 zgodnie z zależnoScią:
Najgorsze warunki pracy występują podczas włączenia przetwornicy do sieci w momencie, kiedy sinusoida napięcia sieciowego osiąga swoje maksimum, a napięcie wyjScio-we jest równe zero (kondensator wyjSciowy C5 jest "pusty").
W tej sytuacji wyjScie układu mnożącego i wejScie komparatora prądu przewodzenia są wewnętrznie spolaryzowane napięciem 1,5V. Dzięki temu maksymalna wartoSć prądu szczytowego jest ograniczona do wartoSci I = 1,5V/R7. Do tłumienia zakłóceń o wysokiej częstotliwości, które mogą wystąpić w Śledzonym sygnale, przewidziano wewnętrzny filtr RC. Filtr ten pomaga zredukować
Tabela 2. Porównanie układów do korekcji cos<|>.
Typ MC33368 MC33262 L6560 UC3852 LX1563 TDA4862 Uwagi
Producent Motorola Motorola SGS Unltrode Linfinity Siemens
Zasilanie Vcc 1O...16V 9...30V 11...18V 14...30V 11...25V 9...15V *1
Zabezpieczenie nadnapleclowe Tak Tak Tak Nie Tak Tak
Rozrzut zabezpieczenia nadnapleclowego 4,8% 6,8% 20% (@25C) - brak danych 83% *2
Wewnętrzny układ redukcji napięcia zasilającego tak nie nie nie nie nie *3
Błąd U^ ą1% ą1,4% ą2,6% ą7% ą2,8% ą2,8% *4
Regulacja zakłóceń częstotliwościowych Tak Nie Nie Nie Nie Nie *5
Odporność na zakłócenia * 1: Korzystniejsza jest * 2: Korzystny mały roz *3:UkładMC33368za\ zużywaną w stanie stan * 4: Wąskie tolerancje z * 5: Regulacja częstotll * 6: Zwiększona odporn prądowego. Tak większa rozs. zutproguz viera wysok ŚJ-byo OJW upewniają w vości pracy ośćnazakło Nie lętość Vcc działania zab onapięciowy i yższą dokładr oozwala na of cema uzyskai Nie opieczenia r max. 500V) ość regulaci tymalizację a poprzez ig Nie adnapięciow ikiad rozruch widma zakłóć norowame zn Nie ego. owy pozwala, eń w.cz. lekształceń p Nie ący zmniejszyć zedmego zboc *6 moc za impulsu
zniekształcenia prądu pobieranego z sieci, szczególnie w okolicach przejScia sinusoidy przez zero. Z wartoSciami elementów pokazanymi na rys.8, próg zadziałania komparatora prądu zmienia się (w szczycie wyprostowanej sinusoidy) od 1,1 V dla 90VAC do 100mV dla 268VAC Czas reakcji na sygnał wejSciowy komparatora prądu jest krótszy niż 200ns.
Timer zapewnia automatyczny start lub restart przetwornicy, jeżeli na wyjSciu ukła-
Rys. 10.
du sterującego utrzymuje się stan wyłączenia przez czas dłuższy niż 620[is po osiągnięciu przez prąd cewki wartoSci zerowej.
Blokada podnapięciowa i układ szybkiego startu
Aby zagwarantować niezawodność pracy sterownika, zastosowano blokadę podnapięciowa, która uniemożliwia pracę przy obniżonym napięciu zasilającym Vcc
W tym celu dodatnie napięcie zasilające (Vcc) jest monitorowane przez komparator UVLO, którego górny próg zadziałania jest ustawiony na 13V a dolny na 8,0V. W stanie gotowoSci (standby), przy napięciu Vcc = 7,0V, prąd pobierany przez sterownik ma wartoSć mniejszą niż 0,4 mA. Duża histereza i niska wartoSć prądu pozwalają na zbudowanie różnych wersji przetwornic-korektorów.
W celu ochrony układu scalonego i równolegle włączonego kondensatora C4 przed przepięciami, napięcie Vcc jest dodatkowo ograniczane do 36V. Taka ochrona jest szczególnie
Elektronika Praktyczna 6/97
21
PODZESPOŁY
pożądana, jeśli rozruch przetwornicy jest opóźniany dodatkowym obwodem sterującym.
Wewnątrz sterownika umieszczono również układ optymalizujący rozruch przetwornicy. Obwód wspomagający start ładuje wstępnie kondensator Ca do napięcia 1,7V (rys.8). Ta wartoSć napięcia jest niewiele niższa od progu zadziałania układu mnożącego (pin 2), dzięki czemu MOSFET może być natychmiast wysterowany i kondensator C4 doładuje się przez diodę D6 powyżej górnego progu komparatora UVLO (Under Vol-tage Lock-Out).
Stopień wyjściowy
Układy MC34262/MC33262/MC33368 zawierają stopień wyjSciowy złożony z dwóch szeregowych tranzystorów (tzw. totem-pole) specjalnie zaprojektowany do sterowania MOSFET-ów mocy. Stopień wyjSciowy jest w stanie wysterować tranzystor impulsem prądu do 500mA, o czasie narastania zboczy 50ns przy obciążeniu pojemnościowym l.OnF. Dodatkowy układ wewnętrzny zapewnia niską impedancję stopnia wyjSciowego nawet w czasie działania blokady podnapię-ciowej. Pozwala to na rezygnację z rezystora włączonego równolegle między bramkę i źródło MOSFET-a. Stopień wyjSciowy został zoptymalizowany przez ograniczenie prądów obu tranzystorów szeregowo włączonymi rezystorami 10H. Zmniejszają one prąd podczas przełączania i redukują emisję zakłóceń poprzez ograniczenie stromoSci impulsów. Dla ochrony bramki MOSFET-a, napięcie wyjSciowe jest ograniczane do 16V.
Informacje praktyczne
Przykładowy układ (rys.8) zawiera tylko kilka elementów zewnętrznych, potrzebnych do zbudowania przetwornicy korygującej cos<|>. Schemat przedstawia przetwornicę podwyższającą, pracującą ze sprzężeniem prądowym w cyklu ze stałym czasem przewodzenia i regulowanym czasem wyłączenia. Główną zaletą przyjętego sposobu sterowania jest wewnętrzna stabilnoSć prądowej pętli sprzężenia zwrotnego, a więc zbędna jest dodatkowa kompensacja. Układ jest przeznaczony do zasilania uniwersalnego, tzn. od
9O..268VAC. Przetwornica zapewnia moc wy-jSciową 175W (440mA przy 400V) i w najgorszym przypadku wykazuje cos<|> = 0,989. Przebieg prądów i napięć zasilających pokazano na rys.9 dla napięć znamionowych sieci 115 i 230 V.
Pomiary wykonane zostały w układzie wg rys.10, a ich wyniki zestawiono w tabeli 1. W przypadku zasilania przetwornicy bezpo-Srednio z sieci jest wymagany prosty filtr przeciwzakłóceniowy na wejSciu. Filtr tłumi poziom składowej prądu o częstotliwości pracy przetwornicy (20..40 kHz). Filtr użyty w układzie pomiarowym składa się z czterech kondensatorów (napięcie robocze dobrane do napięcia sieci) oraz dławika dwu-uzwojeniowego na rdzeniu ferrytowym. Filtr użyty w układzie z rys.8 wymaga dławika o minimalnej indukcyjnoSci 28mH i obcią-żalnoSci prądowej 2A.
Podsumowanie
Na przykładzie układu MC33262/MC34262 omówiono zasadę pracy sterowników do elektronicznych korektorów współczynnika mocy. Obecne na Światowym rynku podobne układy scalone korzystają z tej samej idei, różnice między nimi są niewielkie i dotyczą głównie obwodów zasilania, dokładnoSci napięć wzorcowych, zakresu temperatur pracy lub typu obudowy. W tabeli 2 zestawiono najważniejsze różnice dla różnych układów przeznaczonych do korekcji cos<|>.
Z powyższego zestawienia wynika, że z technicznego punktu widzenia najlepsze cechy wykazują układy MC33368 i MC33262 oraz L6560. Wszystkie wymienione układy są podobne w konstrukcji i proste w użyciu. Układ L6560 gwarantuje parametry elektryczne tylko dla 25�C.
MC33368 i MC33262 mają doskonałą po-wtarzalnoSć źródła odniesienia Ureforaz progu zadziałania zabezpieczenia nadnapięcio-wego. MC33368 oferuje dodatkowo możli-woSć wpływania na widmo zakłóceń w.cz. oraz podwyższoną odpornoSć na zakłócenia komutacyjne na przednim zboczu impulsu prądowego. Jest to ważne przy pracy w szczególnych warunkach. Włodzimierz Dubasiewicz
Elektronika Praktyczna 6/97
UKŁADY AUTOMATYKI
Uniwersalny sterownik logiczny LOGO!, część 1
LOGO! z punktu widzenia elektronika
LOGO
Prezentowany przez nas
uniwersalny sterownik logiczny
LOGO! jest konstrukcją
wyznaczającą zupełnie nowe
kierunki w "małej" automatyzacji.
Dzięki zastosowaniu w sterowniku
specjalizowanego mikroprocesora
jego obsługa stała się tak prosta,
że poradzi sobie z nią także
elektromonter bez
sp ecjalis tyczn ego przy go to won i a.
Wbudowany wyświetlacz LCD
i prosta klawiatura umożliwiają
programowanie sterownika bez
znajomości żadnego języka
program o won i a!
LOGO! ma oczywiście znacznie
więcej zalet, które dość
szczegółowo omawiamy
w artykule. Jedną
z istotniejszych, nie wymagającą
przy tym omówienia, jest
niezwykle atrakcyjna cena...
W pierwszej części artykułu
przybliżymy Czytelnikom
niezwykle nowoczesną konstrukcję
LOGO! W kolejnym numerze EP
szczegółowo przedstawimy
możliwości i przykłady
zastosowań sterownika.
Co to jest LOGO!?
Na to pytanie można odpowiedzieć najkrócej, że jest to miniaturowy (ale tylko rozmiarami!] sterownik programowalny, przeznaczony do automatycznego sterowania niewielkimi procesami. Z zewnątrz przypomina... duży bezpiecznik automatyczny nowej generacji! Dzięki zastosowaniu obudowy z zatrzaskami dostosowanymi do zaleceń standardu DIN43880 ste-równik można bez trudu zamontować w szafce rozdzielczej energii elektrycznej, która znajduje się w każdym domu.
Ogromna elastyczność konfiguracji sterownika pozwala stosować go np. jako inteligentny sterownik oświetlenia na klatce schodowej, sterownik bram lub drzwi automatycznych, pomp obiegowych
w systemach grzewczych, układów nawiewu powietrza i klimatyzacji, czy też jako sterownik popularnych w naszym kraju, a przy tym wymagających troskliwej obsługi, pieców miarowych CO. LOGO! zainteresuje także osoby pragnące zabezpieczyć mieszkanie na czas wyjazdu - przez odpowiednie oprogramowanie tego sterownika można samodzielnie zaprojektować centralkę
alarmową zintegrowaną z symulatorem obecności. Coś, co w standardowym wykonaniu wymaga zastosowania kilku niezależnych urządzeń! Interesującym przykładem zastosowania LOGO! jest także programowany sterownik dzwonków w szkole. _ _ Zadanie to realizowano
dotychczas przy pomocy specjalnie opracowywanych sterowników, dostosowanych do specyficznych wymagań szkoły lub tradycyjnie przez woźnych.
Obszarów zas to so wań jest oczywiście znacznie więcej. Są one ograniczone w praktyce tylko wyobraźnią twórcy systemu automatyki.
LOGO! jest sterownikiem w pełni programowalnym. Można go programować zarówno z 6-przyciskowej klawiatury, jak i poprzez złącze szeregowe z komputera PC. Oprogramowanie przygotowane dla sterownika przez firmę Siemens pracuje w środowisku Windows 3.1/95. Przy jego pomocy jest możliwe zarówno tworzenie programu, jak i symulacja jego pracy. Czytelnicy zainteresowani głębszym poznaniem możliwości programu LOGO! Soft fa przez to możliwości sterownika LOGO!] mogą sięgnąć po płytę CD-ROM wydaną przez EP, która nosi oznaczenie CD-EPl - znajduje się na niej pełna
Fot. 2.
Aktialiie dostępie wersje sterowi k ów LOGO!
Fot. 1.
Typ Napięcie Rodzaj Maksymalny Wbudowany
sterownika zasilania wyjść prąd wyjściowy zegar
LOGOI 24 24VDC 4 tranzystory 200mA -
LOGOI24R 24VDC 4 przekaźniki 8A -
LOGOI 230R 85 265VAC 4 przekaźniki 8A -
LOGOI 230RC 85 265VAC 4 przekaźniki 8A +
Elektronika Praktyczna 6/97
23
UKŁADY AUTOMATYKI
Fot. 3.
wersja LOGO! Soft udostępniona przez firmę Siemens.
Sterownik LOGO! przedstawimy Czytelnikom z dwóch, naszym zdaniem bardzo ważnych, stron: po pierwsze jako niezwykle nowoczesnej konstrukcji elektronicznej, po drugie jako przyldadu zręcznie wprowadzonego w życie pomysłu inżynierskiego.
Rozpoczynamy od zajrzenia do jego wnęt-
LOGO! - fascynacja elektronika
Pomimo niewielkich rozmiarów obudowy we wnętrzu LOGO! zintegrowano bardzo wydajny system mikroprocesorowy, którego sercem jest specjalizowany procesor z wewnętrzną pamięcią programu.
Na fot.l przedstawiono widok wnętrza LOGO! (jest to wersja oznaczona LOGO! 230RC] po zdjęciu obudowy. Moduł mikro-kontrolera zainstalowany został na pionowej płytce drukowanej, na której znajduje się także stabilizator liniowy 5V, blok transili zabezpieczających wejścia mi kro kontrolera przed uszkodzeniem przez wyładowania elektryczne, układ nadzoru napięcia zasilającego oraz złącza wyświetlacza LCD i portu szeregowego. Na płytce bazowej są zamontowane zaciski śrubowe dla wejść i wyjść sterownika, przekaźniki z driverami tranzystorowymi, elementy dopasowujące poziomy napięć wejściowych do standardu TTL, multiplekser umożliwiający procesorowi analizę stanów
Fot. 4.
wszystkich wejść oraz przetwornica impulsowa napięcia 220VAC na 24VDC.
Na fot.2 przedstawiono widok elementów tworzących przetwornicę - jest to doskonały przykład na niezwykłe wprost możliwości oferowane przez układy zasilające tego typu. Tak miniaturowych wymiarów, niewielkiej wagi, dużej niezawodności i wysokiej ^._ sprawności nie udałoby się uzyskać w standardowym zasilaczu z transformatorem. Pracą przetwornicy steruje popularny układ UC2844 firmy SGS-Thomson. Ze względu na zastosowanie standardowej konfiguracji przetwornicy z dławikiem włączonym w szereg z obciążeniem sterownik nie jest odizolowany galwanicznie od sieci zasilającej, co nie stwarza jednak żadnego zagrożenia dla użytkownika, pod warunkiem zachowania zasad poprawnej eksploatacji.
Komunikację sterownika z użytkownikiem zapewnia alfanumeryczny wyświetlacz LCD oraz 6-przyciskowa klawiatura. Na wyświetlaczu (10 znaków x 4 linie] wskazywany jest aktualny stan wejść i wyjść, czas (w przypadku sterowników z wbudowanym zegarem], możliwy jest także podgląd stałych czasu. Podczas programowania na wyświetlaczu są pokazywane przy pomocy znaków semigraficznych moduły logiczne z których budowany jest system sterowania. Modyfikacji programu można dokonać przy pomocy klawiatury lub poprzez złącze szeregowe z komputera PC.
Na fot.3 przedstawiony został widok LOGO! z zamontowaną płytką wyświetlacza. Styki klawiatury wykonano jako złocone pola z prawej strony wyświetlacza, zwierane po naciśnięciu gumowych przycisków pokrytych warstwą przewodzącą. Takie wykonanie klawiatury zapewnia dość dużą odporność na zużycie.
LOGO! ma wbudowaną pamięć programu EEPROM, w której automatycznie jest zapisywany program sterujący jego pracą. Konstruktorzy sterownika przewidzieli ponadto możliwość stosowanie dodatkowego, zewnętrznego modułu pamięci. Pozwala to np. na szybkie powielanie jednej wersji programu pomiędzy wieloma użytkownikami, bez konieczności ręcznego wprowadzenia programu do pamięci sterownika. Zastosowanie dodatkowej pamięci pozwala także archiwizować w postaci cyfrowej aktualne wersje programów. Moduły pamięci EEPROM dołączane są do sterownika przy pomocy 6-stykowego złącza szpilkowego (fot.4], które można wykorzystać alternatywnie do podłączenia kabla łączącego LOGO! z komputerem. Piotr Zbysiński, AVT
W lipcowym numerze EP opiszemy możliwości programowe sterownika LOGO!, oprogramowanie LOGO! Soft (przypominamy -jest ono dostępne na płycie GD-EPlj, przedstawimy także jego przykładową aplikację.
Sterownik LOGO! 230RC wraz z wyposażeniem dodatkowym i oprogramowani em wypożyczyła redakcji firma Siemens.
Sterownik LOGO! 24R wypożyczyła redakcji firma ImpoI-AUT.
Podstawowe parametry sterowników LOGO! serii "230":
/ napięcie zasilania
/ pobór prądu
85 265VAC, 26rnA(przy230VAC) 40rnA(przy120VAC), rnax3W,
/ moc strat
/ zakres częstotliwości
napięciazasilającego 47 63Hz,
/ poziom logicznego "O"nawejściach 0 40VAC, / poziom logicznej "1" na wejściach 79 265VAC, / prąd wejściowy 240u.A/230VAC
Podstawowe parametry sterowników LOGO! serii "24":
/ napieciezasilama 20,4 28,8VDC,
/ pobór prądu 62mA,
/ mocstrat max3W,
/ poziom logicznego "O" na wejściach 0 5VDC,
/ poziom logicznej "1" na wejściach >15VDC,
/ prąd wejściowy 3mA
Parametry charakterystyczne dla sterownikówzwyjściami przekaźnikowymi (z literą "R" w oznaczeniu):
/ ciągła obciążalność prądowa
styków przekaźnika 8A,
/ przewidywana liczba załączeń (1000W/230VAC,
obciążenie rezystancyjne) >25 000 razy, / maksymalna częstotliwość przełączania
(wynikającaz konstrukcji przekaźnika) 10Hz
Parametry charakterystyczne dla sterownika zwyjściami tranzystorowymi:
/ maksymalny prąd wyjściowy 300mA,
/ maksymalna częstotliwość kluczowania
tranzystora wyjściowego 100Hz,
/ wbudowany ogranicznik prądowy, / maksymalne napięcie wyjściowe
równe napięciu zasilania
Cechy charakterystyczne wspólne dla wszystkich sterowników LOGO!:
/ wymiary obudowy 72x90x59rnrn,
/ zaciski śrubowe umożliwiają dołączanie
przewodów o przekroju 2,5mm2,
/ zgodność konstrukcji mechanicznej ze
standardem DIN43880 (szyna 35mm,
szerokość odpowiadająca czterem
standardowym modułom DIN), / liczba wejść dwustanowych 6,
/ liczba wyjść 4,
/ czas propagacji sygnału wejściowego 50ms, / maksymalna długość linii
wejściowej 100m (kabel bez ekranu),
/ wbudowanywyświetlacz
alfanumeryczny 10 znaków x 4 linie, / wbudowana 6-przyciskowa klawiatura, / mozliwośćwspółpracyz komputerem PC
poprzez złącze RS232 (niezbędny jest
specjalny kabel), / możliwość dołączenia dodatkowego modułu
pamięci EEPROM, / zakrestemperaturpracy 0+50�C
Uwagi
/. Wejścia sterownika nie są izolowane galwanicznie od obwodów wewnętrznych sterownika.
2. Wyjścia przekaźnikowe są izolowane galwanicznie od obwodów wewnętrznych sterownika.
3. Wyjścia tranzystorowe (w LOGO124) mają wyprowadzoną wspólną masę. Wyjścia me są izolowane od obwodów wewnętrznych sterownika.
4. Sterowniki niezależnie od wersji montowane są w identycznych rozmiarami obudowach.
24
Elektronika Praktyczna 6/97
SPRZĘT
Oscyloskop cyfrowy HP54603B
Niewątpliwie oscyloskop jest przyrządem, którym najczęściej posługuje się elektronik i do którego prawdopodobnie ma największe zaufanie. Oscyloskopy analogowe są coraz wyraźniej wypierane przez oscyloskopy cyfrowe, które poczyniły w ostatnich latach duże postępy jeśli chodzi o "przyjazność" dla użytkownika. Owa przyjazność rozumiana jest jako zbliżenie wyglądu i obsługi - przynajmniej w pewnym zakresie - do wyglądu i obsługi oscyloskopów analogowych, co wydaje się mieć duże znaczenie przynajmniej dla części użytkowników. Skomplikowana nawet w zakresie najbardziej elementarnych czynności obsługa niektórych wczesnych oscyloskopów cyfrowych stanowiła czynnik zniechęcający potencjalnych użytkowników.
Oczywiście oscyloskop cyfrowy oferuje znacznie więcej niż oscyloskop analogowy, jak np. prezentacja pojedynczych, niepowtarzalnych przebiegów, brak efektu przygasania przebiegu przy szybkich podstawach czasu oraz gaśnięcia przebiegu przy podstawach wolnych, czy wreszcie najpotężniejszą chy-ba "broń" oscyloskopu cyfrowego - opóźnienie przed wyzwalaniem (,,pre-trigger delay"), umożliwiające spojrzenie wstecz, przed momentem wyzwolenia, czasami bardzo cenne przy uruchamianiu układów. Oscyloskop cyfrowy umożliwia oczywiście zapamiętywanie przebiegów, a także różnego rodzaju pomiary napięć i parametrów czasowych, choć trudno traktować go jako np. dobry woltomierz.
Przejdźmy teraz do zaprezentowania konkretnego przedstawiciela gatunku - będzie nim oscyloskop cyfrowy HP54603B produkcji firmy Hewlett-Packard. Jest to oscyloskop dwukanalowy, wyposażony w wejście zewnętrznego wyzwalania,
0 paśmie 60MHz, określany przez producenta jako ekonomiczny przyrząd do laboratoriów uczelnianych.
Oscyloskop może pracować w trybach XT
1 XY, ze zwykłą i opóźnioną podstawą czasu. Może także pracować z tzw. pojedynczą lub powtarzalną podstawą czasu. W przypadku pojedynczej podstawy czasu prezentowany sygnał próbkowany jest w jednym cyklu akwizycji. Wynika z tego, że sygnał ten nie musi być powtarzalny, a także że pasmo prezentowanego sygnału jest ograniczone przez szybkość próbkowania. Powta-
rzalna podstawa czasu oznacza, że po każdym wyzwoleniu sygnał jest próbkowany w kilku wybranych chwilach czasowych,
0 określonym względem momentu wyzwalania położeniu. Po pewnej liczbie wyzwoleń sygnał zostaje odtworzony. W tym przypadku sygnał musi być powtarzalny - ale jego pasmo może być wyższe niż w przypadku pojedynczej podstawy czasu, ponieważ w pojedynczym cyklu wyzwalania nie musi być spełnione kryterium Nyąuista.
A teraz nieco więcej szczegółów o obsłudze i możliwościach oscyloskopu HP54603B. Oscyloskop obsługuje się przy pomocy sześciu pokręteł i nieco większej liczby klawiszy. Funkcje pokręteł są analogiczne jak w przypadku oscyloskopu analogowego.
Klawisze umieszczone na płycie czołowej w prawo od ekranu oscyloskopu są opisane
1 ich naciśnięcie powoduje wybranie pewnej opcji działania oscyloskopu, np. wybór wejścia i jego parametrów (klawisze 1 i 2), pomiar (klawisze grupy MEASURE), ciągłe zapamiętywanie (klawisz AUTOSTORE),
uaktywnienie opóźnionej podstawy czasu (klawisz MAIN/DELAYED). 6 klawiszy umieszczonych poniżej ekranu umożliwia dokonanie wyboru opcji wy-świetlanych w dolnej
Dane techniczne
/ maksymalna szybkość
próbkowania 20Mpróbek/sek,
/ pamięć: 4000 próbek,
/ czułość wejścia Y: 2mV/dz.do5V/dz,
/ błąd wzmocnienia: ą2%,
/ czas narastania: <5,83ns,
/ Impedancjawejściowa: 1Mn/13pF,
/ źródła wyzwalania: kanał 1,2
lub wejście zewnętrzne,
/ rodzajewyzwalanla: auto, normalny,
pojedynczy, TV,
/ podstawa czasu: zwykła I opóźniona,
/ zakres podstaw czasu: 5ns/dz. do5sek./dz.
/ dokładność podstawy czasu: ą0.01 %,
/ rozdzielczość podstawy czasu: 10Ops,
/ rozdzielczość przetwornika A/C: 8 bitów,
/ rozdzielczość ekranu: 255*500 (X*Y),
/ szybkość odświeżania
ekranu: maks. 1500000 pkt/sek.
części ekranu lub dostęp do głębiej zagnieżdżonych menu, np. selekcji i ustalenia parametrów wejścia (kanał, sprzężenie AC lub DC, ograniczenie pasma, współczynnik podziału sondy), wartości mierzonej (międzyszczytowa, średnia, średniokwadratowa, okres, częstotliwość), uaktywnienia kursora, wyboru źródła i sposobu synchronizacji itp.
Najprostszym sposobem użycia oscyloskopu jest naciśnięcie - oczywiście po uprzed-
nim włączeniu zasilania - klawisza AUTO-SCALE, co prowadzi do uzyskania optymalnej prezentacji sygnału. Dobrane przez oscyloskop nastawy można oczywiście zmieniać, używając pokręteł jednostki osi Y, podstawy czasu oraz ewentualnie położenia. Na ekranie wyświetlane są - oprócz sygnału - komunikaty o jednostkach obu osi, położeniu momentu wyzwalania, rodzaju pracy oraz inne (np. wyniki pomiarów). Jeśli aktywny jest tryb zwykły (RUN), na ekran wyprowadzany jest tylko ostatnio spróbkowany fragment sygnału, natomiast uaktywnienie opcji AUTOSTORE umożliwia zapamiętywanie kolejnych przebiegów, przy czym ostatni z nich wyświetlany jest z pełną jasnością, natomiast wcześniejsze z obniżoną jasnością.
Oscyloskop umożliwia także dokonywanie pomiarów przy pomocy czterech kurso-rów, z których dwa dotyczą osi Y i p ozostałe dwa osi czasu. Pozwala to na przeprowadzenie pomiarów niestandardowych, wykraczających poza dostępne przez opcję MEASURE, np. szerokości impulsu na poziomie innym niż 50% jego amplitudy lub częstotliwości gasnących oscylacji występujących po zboczach odpowiedzi skokowej.
Prezentację H54603B należy uzupełnić informacją o dodatkowych modułach, rozszerzających możliwości tego oscyloskopu. Jest ich kilka - poczynając od zawierających interfejs HP-IB, przez moduł z interfejsami RS232 i równoległym, po moduły łączące te interfejsy z opcją analizy widmowej metodą FFT. Firma Hewlett-Packard oferuje także sprzętowo-software'owe kity ułatwiające współpracę oscyloskopów rodziny HP54600 z komputerem PC, które umożliwiają automatyzację pomiarów, uzyskiwanie wydruków sygnałów etc. Krzysztof Kałużyński, AVT
Elektronika Praktyczna 6/97
27
SPRZĘT
Przenośny oscyloskop cyfrowy Tektronix THS720
Z wyglądu THS720 przypomina duży multimetr. Taka miniaturyzacja stała się możliwa dzięki rezygnacji z lampy oscyloskopowej i zastąpieniu jej podświetlanym ekranem LCD. Obudowa jest bardzo ergonomiczna, przyrząd można postawić, powiesić lub trzymać w ręku jak notatnik. Zasilanie z wbudowanego pakietu akumulatorów NiCd pozwala uniezależnić się od sieci energetycznej. W zestawie znajduje się także zewnętrzny zasilacz 12V, ładowarka do akumulatorów, komplet sond pomiarowych i kabli (w tym także do transmisji danych przez łącze RS232). Całość opakowano w estetyczny neseser, wyściełany warstwą gąbki.
THS720 jest systemem wielozadaniowym. W jego skład wchodzi oscyloskop, uniwersalny przyrząd pomiarowy (DMM] i blok komunikacji RS. Ponieważ przyrząd od samego początku zosta! pomyślany jako urządzenie "terenowe", jego wejścia są od siebie elektrycznie izolowane, co pozwala analizować sygnały o różnych potencjałach odniesienia. Rozwiązanie takie zwiększa nie tylko bezpieczeństwo pomiarów, minimalizuje także zakłócenia pochodzące z różnych źródeł sygnałów.
Zmiana funkcji i wybór aktualnych nastaw przyrządu odbywa się przy pomocy przycisków na płycie czołowej. Zrezygnowano na niej ze wszystkiego, co można złamać lub ukręcić, co w czasie pracy w terenie może się zdarzyć.
System wyboru opcji podobny jest do standardów znanych z komputerów. Na dole ekranu otwierają się okienka z opcjami a naciśnięcie jednego z klawiszy funkcyjnych położonych w pobliżu krawędzi ekranu dokonuje wyboru. Wygaszenie menu oznacza akceptację wybranej opcji.
W trybie oscyloskopowym THS720 może mierzyć sygnały o częstotliwości do lOOMHz. Czułość kanałów wynosi 5mV..50V/dz. Podstawa czasu może być ustawiana w zakresie od 10ns..50s/dz. Pomiar sygnałów dokonywany jest metodą cyfrową, co oznacza konieczność próbkowania badanego sygnału. Częstotliwość próbkowa-
Hajważiiejsze parametry oscyloskopu THS720
rozdziel czo ść wyś w i et 1 acza 320x240pkt
konfigurowalny port szeregowy RS232
nieprzerwany czas pracy z wewnętrznym zasilaniem 2h
wymiary 217 x 177 X51 mm
wag a 1, 5kg (3,4 kg z pełnym wyposażeniem w futerale)
Tryb pracy - oscyloskop
liczba kanałów r-o
oporność" we|ść" kanałów 1MQ/25pF
pasmo 100MHz
częstotliwość próbkowania 500Ms/s
rozdzielczość 8 bitów
zakres napięć we|ściowych 5mV 50V/dz
podstawa czasu 5ns 50s/dz
Tryb pracy - przyrząd DMM
zakres pomiarowy napięć stałych 400mV 350V
zakres pomiarowy napięćzmiennyc 400mV 600V
zakres pomiarowy oporności 400Q 40MQ
nia może dochodzić do 500Ms/s.
Procesor sterujący pracą oscyloskopu THS720 pozwala w dowolnym momencie zamrozić obserwowany przebieg i spokojnie go analizować. Przydaje się to szczególnie w przypadkach, gdy zawodzi synchronizacja lub oglądane są przebiegi nieokresowe pojawiające się w trudnych do przewidzenia momentach. Oscyloskop posiada szczególnie rozbudowany układ wyzwalania podstawy czasu, który można zaprogramować w rozmaitych konfiguracjach. Podstawowym wyborem jest możliwość wyzwalania podstawy czasu zboczem, impulsem i przy pomocy impulsów synchronizacji sygnału telewizyjnego typowych standardów. Można ustawić zarówno źródło synchronizacji (kanałl, ka-nał2, sygnał z wejścia pomiarowego DMM], zbocze wyzwalające (opadające lub narastające], włączyć filtrację sygnału wyzwalającego, ustawić opóźnione wyzwolenie podstawy czasu w zakresie 495ns..l0s. Ciekawą opcją jest możliwość synchronizacji podstawy czasu impulsem o określonych parametrach. Można nie tylko określić czas trwania impulsu wyzwalającego w granicach identycznych jak dla opóźnienia, ustala się także tolerancję jego czasu (od ą5 do ą25%] oraz warunek logiczny: wyzwalanie impulsami krótszymi od ustalonego czasu trwania lub dłuższymi. Jest to nieoceniona możliwość, gdy obserwujemy ciągi impulsów różniące się między sobą czasem trwania np. podczas transmisji szeregowej.
Zapamiętane po procesie digitalizacji badanego sygnału dane mogą być poddane obróbce matematycznej. Dzięki temu można szybko ustalić zarówno częstotliwość, okres jak i czas trwania impulsów zarówno dodatnich jak i ujemnych. Tą samą metodą określane są amplitudy minimalna i maksymalna sygnału, a także czas narastania i opadania zbocza impulsu, nie trzeba więc przeliczać zakresu przez ilość działek.
W sumie do wyboru jest 21 możliwości pomiaru i interpretacji sygnału. Jednocześnie można korzystać z sześciu takich możliwości, wartości obliczeń wyświetlane są po prawej stronie ekranu. Można np. zażądać ciągłego odczytu częstotliwości i wartości średniej sygnału podawanego na wejście 1 oraz częstotliwości, amplitudy i czasu narastania zbocza impulsów dołączonych do wejścia kanału 2. Badane przebiegi można zapamiętać w wewnętrznej pamięci w celu ich porównania czy późniejszej ich analizy. Oscyloskop potrafi zapamiętać do 10 różnych sygnałów.
Naciśnięcie przycisku METER przekształca oscyloskop w dobrej klasy przyrząd uniwersalny. Z ekrany znika podziałka oscyloskopu. U góry wyświetlacza pojawiają się duże cyfry odczytu (16mm), a u dołu menu
dostępnych funkcji. Przyrząd może mierzyć napięcie stałe, zmienne, rezystancję, złącza półprzewodnikowe i zwarcia sygnalizowane zarówno wizualnie jak i sygnałem akustycznym. Brakuje tylko pomiarów prądu. Ciekawym pomysłem jest zobrazowanie graficzne zmian badanego parametru w funkcji czasu. Wykres pojawia się pod cyframi wskazania jako linia wykreślana na tle siatki znaczników. Szybkość kreślenia można zdefiniować własnoręcznie w zakresie 4 min..8 dni. Daje to możliwość oceny zjawisk elektrycznych, które zmieniają się powoli w dłuższym czasie. Dodatkowo na wyświetlaczu w formie słupka pokazywany jest poziom ostatniego pomiaru oraz wartości maksymalne i minimalne odczytane w czasie cyklu pomiarowego.
Przyrząd DMM może zapamiętać do 10 badanych przebiegów. Można to zrobić na dwa sposoby. Po pierwsze bieżący ekran lub ekran wcześniej zapamiętany, zarówno oscyloskopu jak i przyrządu, można bezpośrednio wydrukować na drukarce wyposażonej w wejście RS232. Format danych wyjściowych można skonfigurować poprzez wybór odpowiedniej opcji dla kilku popularnych typów drukarek. Można także wybrać jeden z formatów plików, m.in. TIFF, BMP, PCX, EPS i przesłać dane wprost do pliku do podłączonego za pośrednictwem RS232 komputera osobistego. Parametry portu RS 23 2 oscyloskopu są konfigurowane w bardzo szerokim zakresie.
Drugim sposobem korzystania z danych zapamiętanych przez oscyloskop jest połączenie go za pomocą portu RS232 z PC i sterowanie pracą przyrządu z poziomu programu pracującego w okienku Windows. Program przejmuje całkowitą kontrolę nad THS720 łącznie z odczytem zapamiętanych przebiegów. Przesłane do komputera dane można albo wydrukować albo dołączyć do innych dokumentów np. pomiarów serwisowych badanego układu. Ryszard Szymaniak, AVT
28
Elektronika Praktyczna 6/97
Miniaturowy analizator stanów logicznych Pod-A-Lyzer 8020
Prezentowany w artykule przyrząd jest przykładem zdumiewających możliwości nowoczesnej techniki cyfrowej[.
W niewielkim, plastykowym pudełeczku znajduje się 18-kanałowy analizator stanów logicznych, o możliwościach oferowanych dotychczas przez duże systemy stacjonarne.
Analizator stanów logicznych jest jednym z najbardziej przydatnych przyrządów w pracowni techniki cyfrowej. Unikalna możliwość jednoczesnego obserwowania wielu przebiegów pozwala wychwycie błędy w działaniu projektowanego lub testowanego urządzenia znacznie szybciej niż przy pomocy dowolnej innej techniki badawczej.
Urządzenie prezentowane w artykule spełnia wymagania stawiane zaawansowanym konstrukcjom profesjonalnym, zaskakując jednocześnie miniaturowymi rozmiarami (ok. 85x35x20mm] i niezwykłą prostotą obsługi.
Bardzo proste jest także podłączenie analizatora do komputera - wymiana informacji odbywa się poprzez złącze RS-2 32 - tak więc nie ma konieczności ingerowania do wnętrza komputera podczas korzystania z Pod-A-Lyzera. Dzięki tym zaletom możliwe jest korzystanie z przyrządu zarówno w laboratorium, jak i w pracach serwisowych w terenie.
Jedną z ważniejszych zalet Pod-A-Lyzera jest duża pojemność pamięci próbek i wysoka częstotliwość gromadzenia danych. W zależności od wymagań możliwa jest praca synchroniczna (taktowanie jednym z sygnałów wejściowych], jak i asynchroniczna, przy czym częstotliwość próbkowania można dobrać z poziomu programu sterującego pracą analizatora (rys.l].
Zarówno w trybie synchronicznym, jak i asynchronicznym możliwe jest elastyczne ustalenie warunku wyzwolenia. Na rys.2 przedstawiono menu umożliwiające wybra-
Rys. l.
nie, które ze zboczy lub poziomów logicznych powoduje wygenerowanie warunku startu. Modyfikacja tych parametrów jest prosta, polega bowiem na wskazaniu kur-sorem myszy wybranego pola i wybraniu jednej z dopuszczalnych opcji.
Program obsługujący analizator umożliwia obserwację aż 18 niezależnych kanałów cyfrowych. W przypadku obserwacji np. kil-kubitowych szyn danych (adresowych] przewidziano możliwość łączenia kilku kanałów w jedną szynę, której wartość wyświetlana jest w dowolnym formacie cyfrowych (np. Hex, Dec+Sign, Bin] lub znakowym (ASCII]. Na rys.3 żółtym paskiem zaznaczono 7-bi-tową szynę danych, której wartość jest wskazywana przy pomocy kodu ASCII. Wartości pozostałych linii wejściowych określone są w postaci liczb dwójkowych. Program sterujący umożliwia zmianę kolejności bitów w szynie danych, co ułatwia konfigurowa-nie pomiaru.
Na rys.4 przedstawiono fragment okna działającego programu: po lewej stronie widać okno zawierające symboliczne nazwy linii wejściowych (można je dowolnie edy-towac], a po prawej stronie znajdują się przebiegi, będące odpowiednikami stanów logicznych na wejściach poszczególnych kanałów. Możliwe jest swobodne wybieranie, które z 18 kanałów będą widoczne na ekranie monitora.
Dwie linijki umożliwiają kontrolę stanów logicznych wszystkich przebiegów jednocześnie w wybranym punkcie czasowym. W dolnej części ekranu wyświetlana jest odległość (w liczbie próbek] pomiędzy linijkami.
Oprogramowanie obsługujące Pod-A-Lyzer jest proste w obsłudze ima stosu nkowo niewielkie wymagania
-]<Ś'
Rys. 3.
w stosunku do komputera, na którym jest uruchamiane. Jego twórcy przewidzieli, że będzie ono instalowane także na komputerach przenośnych, z monochromatycznymi wyświetlaczami LCD - jedna z opcji w menu konfiguracji pozwala dostosować sposób wyświetlania niektórych wyróżnień w taki sposób, aby były widoczne na najprostszych wyświetlaczach i monitorach. Piotr Zbysiński, AVT
Analizator wraz z oprogramowaniem udostępniła redakcji firma WG-EIectronics.
Oprogramowanie analizatora jest dostępne na płycie CD-EPl.
Podstawowe parametry i właściwości analizatora
/ liczba śledzonych kanałów 18
/ maksymalna częstotliwość próbkowania w trybie
asynchronicznym 1 OOMHz / maksymalna częstotliwość próbkowania w trybie
synchronicznym 66MHz / po|emnośćbutorapróbek 64kpróbek/kanał / impedanc|awe|ściowakanalu 200kQ'10pF / standard poziomów logicznych przełączane TTL (5
i 3,3V)/CMOS
/ rnaksyrnalnyzakresnapięćwejściowych -0,3 +7V / napięcie zasilania (zbadanego układu) 5W650mA / możliwość wyzwalania zadaną wartością słowa wejściowego, wybranym zboczem (zboczami) lub po-ziomem|ednegoz przebiegów / współpraca z komputerem PC po przez złącze RS-232 (maksymalna szybkość transmisji danych H5,2kb/s)
/ oprogramowanie sterujące pracą analizatora jest przeznaczone dlaWmdows (także 3 1)
Rys. 2.
Rys. 4.
Elektronika Praktyczna 6/97
PROJEKTY
Mikroprocesorowy odbiornik DTMF,
kit AVT-329
Konstrukcja prezentowanego
w ańykule odbiornika jest
opańa na dwóch
nowoczesnych układach
scalonych, których
zastosowanie umożliwiło
uzyskanie doskonałych
parametrów użytkowych, przy
zachowaniu prostoty
konstrukcji.
Fanów techniki
mikroprocesorowej zainteresuje
z pewnością fakt
zastosowania w urządzeniu
mikrokontrolera z rodziny
68HC05 firmy Motorola.
Podstawowe parametry i właściwości odbiornika
/ napięcie zasilania 8 12VAC lub 8 15VDC / maksymalny pobór prądu ok 120mA / współpracuje ze standardowymi liniami
telefonicznymi / odbiornik dekoduje wszystkie 16 kodów
standardu DTMF / możliwość zdalnego sterowania i kontroli
stanu dwóch wyjść / zabezpieczenie przed niepowołanym
dostępem 2-cylrowym kodem (dwie liczby
zzakresuO 15) oraz procedurami
ograniczającymi ilość możliwych pomyłek / pełna separacja galwaniczna układu
sterującego od linii telefonicznej
Odbiorniki kodu DTMF są pewną nowością na naszym rynku, co wynika z faktu, źe dopiero stosunkowo niedawno wprowadzono do powszechnego użytku c enti al e tel ef oni c zne s ter o w ane kodem wieloczęstotliwościowym. Nie oznacza to, źe z odbiornika mogą korzystać osoby, których telefony są podłączone do nowoczesnych central telefonicznych. O tym co jest niezbędne, aby móc wykorzystać w praktyce prezentowane urządzenie opowiemy w dalszej części artykułu.
W EP3/97 publikowaliśmy opis odbiornika umożliwiającego zdalne sterowanie kilku urządzeń przez telefon, który zaprojektowano w oparciu o standardowe układy CMOS (z wyjątkiem dekodera DTMF). Konstrukcja prezentowana obecnie jest rozwinię-
Syrmł DTWF ocbapcrarcny
ciem tamtego opracowania, przy czym większy nacisk położono na wyposażenie odbiornika w "inteligencję", co było stosunkowo proste do uzyskania dzięki zastosowaniu szybkiego mikiokontio-lera.
Zanim przejdziemy do opisu kons trukc j i, p oki ó te e pr zy bli ży -my Czytelnikom najważniejsze podzespoły zastosowane w odbiorniku. Zarówno scalony dekoder sygnałów DTMF (Mitel -MT8870), jak i procesor 68HC05J1A (firmy Motorola) są mało popularne na naszym rynku, co jest efektem (jak uważa autor) braku dostępu do pełniejszej informacji o tych doskonałych podzespołach.
Pomocą w ustaleniu "położenia" funkcjonalnego poszczególnych elementów ułatwi schemat
Zdłkodowfny lygnoł DTMF
Interfejs mil telefonicznej
Dekoder kodu DTMF
MTBB7O
drwąnkcJ
Sygnał 'podnleJsnfci HuchcwH1

Mlkrokontroler 6BHCOSJIA Układ zasiania
T r 1 r _l

Wyjfcbwe układy wykonawcze
Rys. 1. Schemat blokowy odbiornika.
30
Elektronika Praktyczna 6/97
Mikroprocesorowy odbiornik DTMF
VDD VSS
INH
POWDN
OSC1
OSC2
St/Gt
STD
TOE
Rys. 2. Budowa wewnętrzna układu MT8870.
blokowy odbiornika z rys.l. Scalony dekoder DTMF
Zastosowany w modelu układ deko dujący analogowy sygnał DTMF - MT8870 - opracowała i produkuje kanadyjska firma Mi-tel. Układ ten integruje w swoim wnętrzu wszystkie elementy niezbędne do prawidłowego przetworzenia zakodowanego sygnału przesyłanego przez linię telefoniczną. Schemat blokowy obrazujący budowę wewnętrzną układu przedstawiono na rys.2.
Na wejściu układu zastosowano wzmacniacz operacyjny, przy pomocy którego sygnał przychodzący z toru transmisyjnego jest dopasowywany (pod względem amplitudy i wartości składowej stałej) do wymagań filtrów pasmowych. Są one wykorzystywane do odfiltrowania sygnałów leżących poza pasmem DTMF. Na rys.3 przedstawiono charakterystyki wzmocnienia filtrów grupy górnej i dolnej, a strzałkami zaznaczono położenie poszczególnych częstotliwości składowych, które są wykorzystywane do tworzenia złożonego sygnału DTMF.
Sygnały wyjściowe filtrów grupowych są podawane poprzez komparatory, pracujące jako detektory przejścia przez zero, do wejścia cyfrowego detektora sygnału. Zadaniem tej części układu jest ustalenie, na podstawie kombinacji sygnałów z filtrów, jaka para częstotliwości wchodzi w skład sygnału podawanego na wejście dekodera. Wewnętrzny układ czasowy określa warunki czasowe poprawnego zdekodowa-
nia sygnału wejściowego, co zapobiega dekodowaniu przypadkowych sygnałów zakłócających.
Na rys.4 przedstawiono przykładowe przebiegi na wejściu i wyjściach układu MT-8870 podczas jego normalnej pracy. Na rysunku, przy pomocy dużych liter, oznaczono zdarzenia, które są typowe podczas transmisji sygnałów poprzez linię telefoniczną. Pokrótce je omówimy: zdarzenie A: w linii występują sygnały DTMF, lecz czas ich trwania jest zbyt krótki; zdarzenie B: w linii wystąpił prawidłowy sygnał DTMF (znak oznaczony #n), tzn. zarówno czas trwania, amplituda oraz składowe widmowe są poprawne - zdekodowana liczba określająca odebrany kod została wprowadzona na wyjście rejestru zatrzaskowego; zdarzenie C: niezbędny odstęp czasowy po odebraniu kodu #n; zdarzenie D: w linii wystąpił pra-
widłowy sygnał o kodzie #(n+l); wyjście rejestru jest przełączane w trakcie dekodo-wania w stan wysokiej impe-dancji;
zdarzenie E: wystąpiła "dziura" w odbieranym sygnale, lecz jej czas trwania jest mniejszy od wartości dopuszczalnej, zadanej przez stałe czasowe; stan wyjść nie ulega zmianie - bufory trójstanowe są uaktywniane po przejściu sygnału TOE do poziomu logicznego "1".
Układ MT-8870 jest wyposażony w sterowane z zewnątrz (poprzez stan logiczny na wejściu POWDN) układy polaryzacji, dzięki czemu jest możliwe przełączanie go w stan nieaktywny. Pozwala to dość wydatnie ograniczyć pobór prądu, z ok. 5..9mA do 10..15)iA.
W niektórych systemach transmisyjnych DTMF są wykorzystywane tylko kody liczb 0..9 oraz dwa znaki specjalne * i #. Standard DTMF umożliwia jednak zakodowanie aż 16 znaków. Nie wszystkie z dostępnych na rynku dekoderów DTMF potrafią zdekodować pary częstotliwości leżące poza zakresem podstawowym. Układ MT-8870 jest wyposażony w wejście oznaczone INH, które umożliwia wybranie żądanego trybu pracy. W tab.l podano tablicę prawdy dekodera wyjściowego układu MT-8870. Dla sygnałów wejściowych i wyjściowych przyjęto konwencję logiki dodatniej, tzn. niskim poziomom napięcia L i wysokim H przyporządkowano odpowiednio stany logiczne "0" i "1". W odbiorniku AVT-329 dekoder skonfigurowano tak, że de-
CzęstotllwoŚcI składowe
DTMF A = 697 Hz B = 770 Hz C = 852 Hz D = 941 Hz E = 1209 Hz F=1336Hz G = 1477 Hz H = 1633 Hz
Częstotliwość (Hz)
tt t tL 11 t t
AB C D E F G H
Rys. 3. Charakterystyka widmowa czułości układu MT8870.
Elektronika Praktyczna 6/97
31
Mikroprocesorowy odbiornik DTMF
Zdarzenia
ESt
SttGT
Q1-Q4
StD
TOE

Sygnał Sygnał Sygnał
#n
Rys. 4. Przebiegi charakteryzujące pracę układu MT8870.
koduje wszystkie 16 znaków
DTMF.
Mikrokontroler
MC68HC05J1A
Drugim bardzo interesującym, a przy tym mało znanym, elementem jaki zastosowano w odbiorniku jest mikrokontroler MC68HC05J1A firmy Motorola. Jest to jeden z najprostszych układów rodziny HC05. Schemat blokowy przedstawiający jego strukturę wewnętrzną przedstawiono na rys.5.
Jak widać, budowa wewnętrzna mikrokontrolera jest niezwykle prosta - "rdzeń" jest typowy dla układów serii HC05. Elementy rozszerzające jego możliwości funkcjonalne, to dwa uni-
Tabela 1.
Sygnał TOEINH ESt Q4 Q3 Q2 Q1
wejściowy
Dowolny L X H Z Z Z Z
1 H X H 0 0 0 1
2 H X H 0 0 1 0
3 H X H 0 0 1 1
4 H X H 0 1 0 0
5 H X H 0 1 0 1
6 H X H 0 1 1 0
7 H X H 0 1 1 1
8 H X H 1 0 0 0
9 H X H 1 0 0 1
0 H X H 1 0 1 0
* H X H 1 0 1 1
# H X H 1 1 0 0
A H L H 1 1 0 1
B H L H 1 1 1 0
C H L H 1 1 1 1
D H L H 0 0 0 0
A H H L Wartość nie jest
B H H L określona
C H H L (podtrzymanie
D H H L poprzedniej danej)
H - wysoki poziom napięcia
L - niski poziom napięcia
X -poziom dowolny
Z - stan wysokiej impedancji
wersalne porty I/O (w sumie 14 bitów), 15-bitowy licznik-timer, pamięć RAM o pojemności 64B i niemal 1.2kB pamięci programu (jest to pamięć typu EPROM). Mikrokontroler jest wyposażony także w timer-watchdog oraz detektor nielegalnych adresów. Obydwa te elementy pozwalają zabezpieczyć system przed zakłóceniami, które mogą spowodować błędne działanie procesora.
Procesor 68HC05J1A jest wyposażony w prosty układ przerwań: jedno przerwanie przyjmowane przez dedykowane wyprowadzenie oznaczone IRQ oraz cztery przerwania zewnętrzne, które mogą być generowane przez wybrane wejścia portu A. Dostępne jest także przerwanie wewnętrzne, generowane przez licznik-timer.
W prezentowanym układzie jest wykorzystywane tylko przerwanie wewnętrzne, a wszystkie zdarzenia zewnętrzne są wykrywane przez pętlę programową.
Procesor HC05J1A może pracować z maksymalną częstotliwością zegarową 4MHz, pobierając stosunkowo niewiele prądu -w egzemplarzu modelowym procesor pobierał zaledwie 4mA (przy zasilaniu 5V i częstotliwości taktowania 3,58MHz).
Jak więc widać, budowa procesora jest niezwykle prosta, co z jednej strony jest jego ogromną zaletą (przejrzysta architektura, proste w stosowaniu peryferia), a z drugiej wadą (konieczność programowego "nadrabiania" braków sprzętowych). Prostota architektury jest w znacznym stop-
niu zrekompensowana doskonałą listą rozkazów, dużą szybkością pracy jednostki centralnej i wieloma trybami adresowania. Opis układu
Schemat elektryczny odbiornika przedstawiono na rys.6. Podczas opracowywania tej konstrukcji wykorzystano typowe aplikacje interfejsu współpracującego z linią telefoniczną, które zostały opracowane przez firmy Mitel oraz Teltone.
"Sercem" odbiornika jest mikrokontroler USl. Jego zadaniem jest odbieranie wszelkich sygnałów z otoczenia, kontrola kodu dostępu i sterowanie przekaźnikami załączającymi obciążenie. Kondensator Cli spełnia rolę układu zerującego mikrokontroler po włączeniu zasilania. Wejście zerujące procesor (oznaczone RES) jest wewnętrznie "podwieszone" do plusa zasilania, nie ma więc konieczności stosowania dodatkowego rezystora polaryzującego na zewnątrz. Procesor jest taktowany sygnałem zegarowym wytwarzanym w oscylatorze układu US2. Sygnał prostokątny o częstotliwości 3,579MHz jest podawany z wyjścia OSC US2 na wejście oscylatora OSCl USl. Możliwe by było niezależne taktowanie obydwu układów, lecz wymagałoby to zastosowania dwóch rezonatorów kwarcowych, co niepotrzebnie podnosi koszt wykonania odbiornika.
Do wejścia PA7 procesora dołączone jest wyjście bramki US3C, która spełnia rolę układu formującego sygnał z detektora dzwonka. Zastosowano tutaj klasyczny układ z optoizolacją (transoptor Tol). Elementy R4, R5 oraz C9 spełniają rolę układu całkującego z tak dobraną stałą czasową, aby na wyjściu bramki pojawiały się impulsy o poziomie logicznej "1" przez cały czas trwania sygnału dzwonka. Prąd diody nadawczej trans optora został ograniczony przy pomocy elementów C2, R3 oraz diod Zenera D6, D7, które spełniają rolę ograniczników napięciowych. Dzięki zastosowaniu tych diod detekcja sygnału dzwonka jest bardzo niezawodna, gdyż wszelkie sygnały zakłócające mają z reguły zbyt małą amplitudę, aby przekroczyć próg napięciowy ok. 26V. Elementy
32
Elektronika Praktyczna 6/97
Mikroprocesorowy odbiornik DTMF
osc
OS'
!C1Ą
Oscylator konfigurowalny
RESET-IRQ/Vpp-
15-bitowy
timer uniwersalny
Watchdog
+
detektor biednych adresów
Jednostka steru|ąca ALU
�HCO5
Rejestry CPU
Akumulator
Rejestr indeksowy
000000001
Licznik
stosu
Licznik pamięci programu
Rejestr Hag 1 1 1 H I NZ
64BSRAM
Pamięć programu EPROM - 124OB
Rejestr opcji (w pamięci EPROM)
ŚPB5 -PB4 �PB3 -PB2 -PB1 -PBO
ŚPA7*
ŚPA6*
ŚPA5*
ŚPA4*
ŚPA3"
ŚPA2**
ŚPA1**
ŚPA0**
* max. obciążenie 10mA
** możliwość generowania przerwań
Rys. 5. Schemat wewnętrzny procesora 68HC05J1A.
detektora dzwonka dołączone są na stałe do zacisków linii telefonicznej (LINE1, LINE2).
Po zliczeniu przez program sterujący pracą procesora zadanej, przy pomocy jumpera JPl, liczby impulsów dzwonka, zwierane są styki przekaźnika Przl. W konsekwencji, centrala telefoniczna zostaje obciążona źródłem prądowym (Dl..4, Rl, R2, Cl, D12 oraz Tl), co jest dla niej sygnałem równoważnym podniesieniu słuchawki przez abonenta. Jednocześnie do zacisków linii zostaje dołączony transformator Trl, przy czym występująca w linii składowa stała zostaje od niego odseparowana przez dwa połączone szeregowo kondensatory elektrolityczne C3, C4. Tak więc po wykryciu przez odbiornik odpowiedniej liczby dzwonków, połączenie telefoniczne zostaje zestawione i układ dekodera US2 może odbierać sygnały DTMF odseparowane galwanicznie od linii poprzez transformator Trl.
Cewka przekaźnika Przl jest sterowana przez tranzystor T3, którego baza jest sterowana syg-
nałem HOOK. Cewka tego przekaźnika nie jest bocznikowana zewnętrzną diodą, ponieważ dioda zabezpieczająca została zintegrowana we wnętrzu przekaźnika. Dioda świecąca D13 sygnalizuje dołączenie odbiornika do linii telefonicznej (ON_LINE). Rezystor R15 ogranicza prąd płynący przez diodę D13.
Dostęp do wszystkich funkcji oferowanych przez odbiornik jest możliwy dopiero po podaniu dwucyfrowego kodu dostępu, który jest ustalany przy pomocy DIP-switchy Swl i Sw2. Ponieważ układ US2 pracuje w trybie dekodowania wszystkich 16 znaków DTMF jest możliwe zastosowanie jako kodu dostępu dowolnej liczby z zakresu 0..15. Stosowanie kodów dodatkowych (patrz tab.l) zmniejsza ryzyko złamania kodu przez osoby niepowołane, gdyż w większości telefonów nie są one dostępne na klawiaturze. Należy jednak pamiętać o sprawdzeniu, czy nadajnik DTMF wykorzystywany do sterowania pracą odbiornika ma możliwość generowania tych kodów.
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl: 6,2kQ
R2: 100O
R3, R9, R12, R13, R14: 4,7kQ
R4: 470kQ
R5, Ró, R7: lOOkO
R8: 330kQ
RIO: 2,2kQ
Rl 1: 560O
R15, R16, R17, R18: 680O
RP1: 4,7..10kQ w obudowie SIP5..9
Kondensatory
Cl: 680nF
C2: l|iF/100V stały
C3, C4: 10|iF/63V
C5: 22nF
Có: 33nF
C7, C8, C12, C15, Cló: lOOnF
C9: 47nF
CIO: 4,7nF
Cli: 2,2|iF/16V
C13: 47^F/25V
Cl 4: 1000|iF/25V
C17, C18: 22|iF/25V
Półprzewodniki
DL D2, D3, D4: 1N4005
D5, D10, Dli, D17..D24: 1N4148
D6, D7: 24V/1,3W
D8, D9: 4/7V/0/4W
D12: 5,1V/O,4W
D13, D14, D15, D16: LED
(zalecane prostokątne 2x5mm w
trzech kolorach)
Ml: B80C1000 lub podobny
Tl: BD681
T2, T3, T4, T5: BC547 lub podobne
Tol: 4N35
US1: MC68HC05J1A
zaprogramowany (AVT-329)
US2: MT8870D lub podobny
US3: 4093
US4: 7805 (78MO5)
Różne
JPl: Jumper+Goldpiny 3x1
Przl: Omron G6H-2-U
Prz2, Prz3: RM96P-12
Swl, Sw2: SW DIP-4
Trl: Transformator separujący
óooo/óooo
Xl: 3,579MHz
Ze względu na ograniczoną liczbę portów I/O procesora USl, niezbędne okazało się połączenie obydwu DIP-switchy i trójstano-wych buforów układu US2 w jedną 4-bitową magistralę danych. Jest ona "podwieszana" do plusa zasilania poprzez rezystory zin-
Elektronika Praktyczna 6/97
33
Mikroprocesorowy odbiornik DTMF
Rys. 6. Schemat elektryczny odbiornika DTMF.
34
Elektronika Praktyczna 6/97
Mikroprocesorowy odbiornik DTMF
tegrowane w jednym R-Packu RP1.
Selekcji aktywnego w danej chwili źródła informacji dokonuje się poprzez zmianę stanów logicznych na wyprowadzeniach PB4 (logiczna "1" uaktywnia bufor wyjściowy US2), PA5 (logiczne "0" umożliwia odczyt liczby "zapamiętanej" w DIP-switchu Swl), PA6 (logiczne "0" umożliwia odczyt DIP-switcha Sw2). Jednoczesne uaktywnienie kilku źródeł danych może spowodować błędne działanie układu, jednak program sterujący pracą procesora USl zapobiega takim sytuacjom.
Chcąc ułatwić korzystanie użytkownikom z odbiornika, przewidziana została możliwość generowania przez procesor sygnałów akustycznych (potwierdzenia i negacji), wprowadzanych następnie w linię telefoniczną. Na wyjściu PAO są generowane sygnały prostokątne o amplitudzie ok. 4,7V, przetwarzane następnie przez prosty układ filtrujący R9, RIO, CIO. Tranzystor T2 spełnia rolę wtórnika-separatora, który poprzez rezystor Rll zasila wtórne uzwojenie transformatora Trl. Tak więc sygnały akustyczne generowane przez procesor przechodzą taką samą drogę (lecz w drugą stronę), jak sygnały DTMF odbierane przez odbiornik.
Kondensatory C5 oraz C6, wraz z indukcyjnościami uzwojeń Trl, zapewniają rezonans układu separującego mniej więcej na ok. lkHz, co z jednej strony zapewnia dodatkową filtrację pasmową sygnału wejściowego, a z drugiej
strony kompensuje straty sygnału wynikające z charakterystyki przenoszenia transformatora.
Sygnał indukowany we wtórnym uzwojeniu transformatora Trl jest podawany na wejście wzmacniacza napięciowego w układzie US2. Wzmacniacz ten pracuje w klasycznej konfiguracji wzmacniacza asymetrycznego o wzmocnieniu ustalanym przy pomocy rezystorów R6, R7. Kondensator C7 separuje składową stałą sygnału wejściowego. Elementy R8 i C8 ustalają stałą czasu, która określa minimalny, dopuszczalny czas trwania sygnału DTMF na linii. Kwarc Xl stanowi źródło częstotliwości odniesienia zarówno dla dekodera USl, jak i dla procesora USl.
Po poprawnym zdekodowaniu przez układ US2 sygnału wejściowego na wyjściu STD pojawia się logiczna "1", która jest negowana przez bramkę US3D. Wyjście tej bramki dołączone jest do wejścia PA4 procesora, dzięki czemu procesor może na bieżąco śledzić stan układu US2.
Diody Zenera D8 i D9, które połączono szeregowo-przeciwsob-nie spełniają rolę symetrycznego ogranicznika napięciowego, o progu zadziałania ok. 5,5V. Ogranicznik ten zapobiega możliwości uszkodzenia tranzystora T2 oraz obwodów wejściowych US2.
Jak wspomniano wcześniej, tranzystor Tl, wraz elementami otaczającymi, spełnia rolę źródła prądowego. Tranzystor pracuje jako standardowy wtórnik napięciowy ze stabilizowanym przy
pomocy diody Zenera D12 napięciem bazy. Rolę obciążenia tego wtórnika spełnia rezystor R2. Rezystor Rl polaryzuje bazę Tl, a kondensator Cl ogranicza tętnienia prądu pobieranego z linii telefonicznej. Ponieważ polaryzacja napięcia w linii może się zmieniać, niezbędne okazało się zastosowanie mostka Graetza (diody D1..4), który zasila źródło prądowe.
Wartość prądu pobieranego przez źródło wynosi ok. 50mA, co gwarantuje poprawną detekcję "podniesienia słuchawki" przez centralę telefoniczną i nie grozi przeciążeniem linii.
Dwa wyjścia procesora USl wykorzystano do sterowania przekaźnikami załączającymi obciążenia zewnętrzne. Są to wyprowadzenia oznaczone PA2 i PA3. Rezystory R13, R14 ograniczają prądy baz tranzystorów T4 i T5, które spełniają rolę wzmacniaczy. Przekaźniki Prz2 i Prz3 nie mają wbudowanych diod zabezpieczających przed przepięciami, dlatego niezbędne było zastosowanie D10 i Dli. Fakt załączenia przekaźników sygnalizują diody LED D14 i D15. Rezystory R16, R17 ograniczają prądy płynące przez te diody LED.
Stabilizator US4 pracuje w klasycznym dla siebie układzie połączeń. Dzięki zastosowaniu mostka prostowniczego Ml oraz kondensatora filtrującego C14 o dużej pojemności, odbiornik można zasilać napięciem stałym lub zmiennym. Piotr Zbysiński, AVT
Elektronika Praktyczna 6/97
35
PROJEKTY
Selektor linii telewizyjnych
kit AVT-323
Przedstawiamy, od dawna
zapowiadane, urządzenie
niezbędne w serwisie
telewizyjnym, przydatne także
w szkolnych laboratoriach. Ze
względu na prostą budowę
i obsługę może stać się
użytecznym narzędziem także
dla Czytelników nie
wtajemniczonych w technikę
telewizyjną. Dzięki niemu
każdy amator będzie mógł
poznać tajniki sygnału
wizyjnego, natomiast serwisant
sprzętu TV i wideo
z pewnością ułatwi sobie
codzienną pracę.
Dane techniczne selektora
/ praca muItisystemowa
/ rozpoznawanie sygnałów z przeplotem i bez
przeplotu / możliwość selekcji linii w niestandardowych
sygnałach CVBS
/ 3-pozycy|ny wyświetlacz LED / wykrywanie braku sygnału nawe|ściu / funkcje pojedynczego oraz przyspieszonego
wybierania linii / funkcja szybkiego przechodzenia z jednego
pola obrazu do drugiego / wejście sygnału CVBS/1Vpp / wyjście wyzwalania TTL, polaryzacja
dodatnia, L> 50ms
/ zasilanie 9VDC lub 8 10VAC/130mA / wymiary 68 x 85 x 20 mm_______________
Przedstawione w artykule urządzenie pozwala na obserwację na ekranie oscyloskopu jednej lub kilku wybranych linii całkowitego sygnału wizyjnego. Dzięki temu strojenie niektórych obwodów odbiornika TV lub magnetowidu staje się łatwiejsze, szczególnie jeżeli nie mamy możliwości korzystania ze specjalizowanego generatora sygnału kontrolnego TV, a korzystamy jedynie z sygnału nadawanego np. przez programy telewizji.
Do pracy z selektorem potrzebny będzie dowolny oscyloskop (min. 5MHz, z zewnętrznym wyzwalaniem), mały zasilacz 9V lub tiansformatorek (np. dzwonkowy) oraz źródło sygnału CVBS (całkowity sygnał wizyjny m.cz.) np. z odbiornika TV lub magnetowidu wyposażonych w wyjście takiego sygnału - najczęściej typowe gniazdo CINCH (RCA).
Nie wszyscy wiedzą, że całkowity sygnał wizyjny w większości obecnie nadawanych programów TV, oprócz sygnału linii obrazu, sygnałów synchronizacji i wygaszania, zawiera także dodatkowe linie testowe. W dalszej części artykułu opiszemy je dokładniej oraz przedstawimy sposób ich wykorzystania przy strojeniu sprzętu RTV.
Czytelnikom, którzy nie znają zagadnień związanych z sygnałem wizyjnym postaramy się je nieco przybliżyć.
Trochę teorii
Informacje o obrazie są zawarte w całkowitym sygnale wizyjnym (w skrócie CVBS). Na rys.l przedstawiono fragmenty przykładowego sygnału nadawanego przez TVP. Całkowity sygnał wizyjny składa się z sygnału obrazu, całkowitego sygnału wygaszania (ciągu impulsów wygaszani linii i pola) oraz całkowitego sygnału synchronizacji. Poszczególne wartości i proporcje czasowe tych składowych są określone w odpowiednich normach, tzw. standardach telewizyjnych, często różniących się w różnych krajach między sobą. Zgodnie z dominującym w Europie standardem, obraz telewizyjny składa się z 625 linii, a w krajach Ameryki Północnej, Japonii oraz kilku innych z 525. Wszystkie standardy określają wyświetlanie obrazu z tzw. wybieraniem mię-dzyliniowym. Jeden obraz (klatka) kompletowany jest w odbiorniku w dwóch fazach (dwa pola obrazu - ramki), najpierw kreślone są linie półobrazu nieparzystego 1..312, a potem parzys-
Elektronika Praktyczna 6/97
37
Selektor linii telewizyjnych
numer linii obrazu
i nie obrazu (I pola)
~622 ~623 ~624 ~625 T 1T2T3T4T5T6T7T8 ~
20
tat
24
I pole
linio testująca " , .
4________zz:__h, linie obrazu
(II pola)
linie informacyjno tolegazaty IVPS
T310T3H ~312 T313T314T315T3I6T317T3I8T319T320T32I
333
T 336 ~337
numer I In II obrazu
-M-
I pole : II pole
Rys. 1. Całkowity sygnał wizyjny (przykład).
inie testujące _ lipii__u---- Qwa pierwsze impul-
sy testowe w linii 332 są i denty czne jak w przypadku linii 19, po nich występuje sygnał schodkowy z podnośną chrominancji (6), z którego w układzie separacji kolorów w odbiorniku TV uzyskuje się czysty impuls 3 0|is. Dzięki dwóm sygnałom (7) i (8) w linii 333, możliwe jest wykrycie interferencji pomiędzy sygnałami chrominancji i luminancji.
Czytelnicy, którzy zechcą pogłębić wiadomości na temat testowych sygnałów TV odsyłam
tego 313..625. Oczywiście dla nałów są ściśle określone w mię- do lektury norm związanych z na-obrazu z 52 5 liniami zakresy te dzynarodowych normach do ty- dawaniem obrazu telewizyjnego, będą inne. Faktyczna liczba linii czących sygnału TV. Na rys.2 Oprócz sygnałów testowych
czynnych, przenosząca informa- pokazano strukturę takich sygna- w obrębie pola gaszącego znajdu-cje o obrazie jest mniejsza od 625 łów. ją się dodatkowe linie, których
i wynosi 575, bowiem 50 linii W linii 19 prostokątny słupek przeznaczenie jest różnorakie,
(po 25 dla każdego pola obrazu) (1) jest sygnałem odniesienia do I tak, w programach nadawanych jest zajęte przez dwa sygnały ustalenia maksymalnych pozio- w stosowanym coraz rzadziej sys-nazywane impulsami gaszącymi mów bieli i czerni. Impuls (2) temie SEC AM linie 7.. 15 (w pola (ramki). W skład każdego wykorzystuje się do określenia I półobrazie) oraz 320..328 (w II impulsu gaszącego pole wchodzą: rozdzielczości obrazu. Jego czas półobrazie) transmitują sygnały przednie impulsy wyrównawcze, trwania wynosi 200 ns, a kształt identyfikacji kolorów. Użytkow-impulsy synchronizacji pola, tyl- powinien być sinusoidalny. Syg- nicy telewizji kablowej mogą je ne impulsy wyrównawcze oraz nał (3) jest używany do testowa- obejrzeć przełączając program na kilkanaście pustych linii (6..22 nia reakcji odbiornika TV na francuski kanał "M6". dla I pola i 315..338 dla II pola) sygnały luminancji i chrominan- W programach nadawanych
- patrz rys.l. Każda linia jest cji. W schodkowym sygnale (4) w systemie PAL (TVPl, 2, angiel-poprzedzona impulsem wygasza- poszczególne stopnie różnią się skojęzyczne, niemieckie: RTL, nia linii oraz impulsem synchro- między sobą o 140mV. W linii 20 SATl, 3 itd.) nie wykorzystane nizacji poziomej - synchronizacji występuje sygnał (5) tzw. multi- linie służą do transmisji cyfro-linii. Miejsca te na rysunku ozna- burst. Może on służyć do testo- wych sygnałów informacyjnych, czono strzałkami. W trakcie trwa- wania właściwości wzmacniaczy wśród których m.in. znajdują się nia impulsów wyrównawczych sygnału wideo. linie informacyjne telegazety oraz
oraz synchronizacji pola, do sygnału wizyjnego wprowadzane są dodatkowe impulsy synchronizacji.
Wspomniane wolne linie (niewidoczne na ekranie odbiornika TV) wykorzystano do przesyłania dodatkowych informacji w sygnale wizyjnym. I tak np. w celu kontroli urządzeń telewizyjnych podczas normalnej pracy, przy nadawaniu sygnału wprowadzono cztery linie (po 2 na każde pole) z sygnałami testowymi. Większość polskich programów TV nadaje je w liniach 19, 20 (a także 21) oraz 332 i 333, zachodnie stacje transmitują sygnały kontrolne w liniach 17, 18 oraz 330 i 331.
inia 20
64
126
Struktura i znaczenie tych syg- RySi 2. Linie testowe w całkowitym sygnale wizyjnym.
Elektronika Praktyczna 6/97
Selektor linii telewizyjnych
wejście
sygnału
video
wyjście
sygnału do
oscyloskopu
CVBSŁ filii wejściowy

separator
synchronizacji
(LM1881)
łnpulsy
omaL
tnpulty
lynch pionowe)
układ formowania Imp, synchr, poziomej
dttuolnego pola
klawiatura
wyświetlacz
uldad wyzwalania
do wejścia wyzwalania oscyloskopu
mikroprocesor
Rys. 3. Schemat blokowy selektora.
linie transmitujące VPS, z których korzystają użytkownicy magnetowidów i odbiorników wyposażonych w odpowiednie dekodery. W programach kodowanych oraz nadawanych w systemie "pay-per-view" (czyli płacisz tylko za oglądanych program), nie-
które z tych linii służą do przekazywania cyfrowych informacji dla dekoderów umieszczonych w domach użytkowników płacących abonament.
Dzięki opisywanemu urządzeniu, każdy będzie mógł obserwować wszystkie linie testowe, in-
Tabela 1. Charakterystyka układu LM1881.
x wejście zmiennoprądowe CVBS
x rezystancja wejściowa: >10kn
x zasilanie: 5..12V
x pobór prądu: <10mA
x oddzielne wyjścia sygn. synchronizacji
poziomej i pionowej x wyjście aktualnego pola obrazu (parzyste/
nieparzyste)
x wyjście identyfikacji sygnału burst x maksymalna częstotliwość odchylania
poziomego: <150kHz x wyjście VSYNC wyzwalane zboczem x możliwość pracy w różnych standardach
(PAL, SECAM, NTSC) oraz przy sygnałach
niestandardowych (np. konsoli gier
komputerowych)
formacyjne telegazety, VPS oraz linie obrazu, np. przy obserwacji kontrolnego sygnału z generatora TV. Ciekawe jest obserwowanie sygnału stacji nadających programy zakodowane, np. Canal-i- czy brytyjskiej sieci Sky. Obserwując na oscyloskopie kilka następują-
(WYZWALANIE OSCYLOSKOPU)
IC5 7805
3 VO VI G N D 1
S C13 C15 S ^ i== L _ C16
100n 2 1O0n 220u
POWER SUPPLY
Rys. 4. Schemat elektryczny układu.
Elektronika Praktyczna 6/97
39
Selektor linii telewizyjnych
wyjście impulsów
synch poziomej
wejścia całkowitego
sygnału wizyjnego
wyjście impulsów
synch. pionowej
masa zasilania
CSYN VCC
CVBS O/E
VSYN RSET
GND BURST
zasilania 5 12V
wyjście informacyjne aktualnego pola obwód zewnetizny układu RC wyjścia Impulsu Identyfikacji Śburat"
/\ kowany przez firmę Na- impulsów, a jego częstotliwość
f\/ National Semiconductor tional Semiconductor. jest zgodna z częstotliwością linii
Umieszczony w typowej obrazu telewizyjnego (patrz rys.6).
8-nóżkowej obudowie Sygnał ten dostaje się na wejście
dwurzędowej, układ do- drugiego generatora monostabil-
starcza czystych sygna- nego zbudowanego przy użyciu
łów synchronizacji: po- popularnego układu timera 555 -
ziomej (CSYNC - pin 1), IC3.
pionowej (VSYNC - pin W przypadku, kiedy na we-
3), sygnału aktualnego jściu 4-IC3 (Reset) panuje stan
pola - półobrazu (O/E - niski - wymuszony przez mikro-
pin 7) oraz sygnału procesor IC4 - generator ten nie
cych po sobie linii obrazu, moż- identyfikacji burst. Na rys.5 ob- pracuje. Sytuacja taka ma miejsce
na zauważyć charakterystyczne jaśniono znaczenie poszczegól- wtedy, gdy nachodząca w sygnale
cięcia linii obrazowych w obrębie nych sygnałów układu ICl. Pod- CVBS linia obrazu ma inny
kilku, czego efektem jest nieczy- stawowe parametry separatora numer niż wybrany na wyświet-
LM1881
Rys. 5. Znaczenie sygnałów układu LM1881.
telny, chaotyczny obraz na ekra- LM1881 pokazano w tabeli 1.
nie telewizora.
Te oraz wiele innych cieka-
laczu.
Układ IC3 dzięki zanegowane-
Dalszą analizę układu przeprowadzimy posługując się rys.6. mu sygnałowi z uniwibratora -wostek związanych z transmisją Przedstawiono na nim charakte- wyjście bramki IC2c - może zli-sygnału TV z pewnością zainte- rystyczne przebiegi w najważniej- czać linie obrazu, tak że przy resuje niejednego Czytelnika. Se- szych punktach układu. Impulsy zgodności zawartości wewnętr-lektor pozwala bowiem na synchronizacji poziomej z wyjścia znego licznika z numerem wybra-"dotykanie palcem" tego, co do 1 separatora ICl docierają do de- nej przez użytkownika linii, od-tej pory było nie do zaobserwo- tektora zboczy opadających, zbu- blokowuje uniwibrator IC3, podawania, dowanego z wykorzystaniem ele- jąc na jego wejście kasujące stan
mentów R16, R17 i C5 oraz bram- wysoki. Warto zwrócić uwagę, że
Opis układu ki Schmitta IC2a. Zróżniczkowa- procesor IC3 dowiaduje się o nad-
Schemat blokowy selektora po- ne ujemne zbocza zostają następ- chodzących kolejnych liniach pokazano na rys.3. Cały układ w za- nie zanegowane przez bramkę przez wymuszenie przerwania sadzie składa się z filtru wejścio- IC2b. Wyzwalają one uniwibrator (INT), które generowane jest tuż wego, separatora synchronizacji, zbudowany na bramkach IC2c przed nadejściem opadającego układu detekcji i formowania im- i IC2d oraz elementach C6 i R19. zbocza impulsu synchronizacji pulsów synchronizacji poziomej Zadaniem uniwibratora jest po- poziomej. Czas od przerwania do oraz mikroprocesora. Zadaniem krywanie dodatkowych impulsów nadejścia tego zbocza służy mik-tego ostatniego jest zliczanie linii synchronizacji wprowadzanych roprocesorowi na podjęcie decyz-obrazu TV, wyzwalanie oscylo- do sygnału wizyjnego w czasie ji o zezwoleniu układu IC3, na skopu, oraz dodatkowo komuni- trwania obydwu sygnałów wy- którego wyjściu pojawi się wtedy kacja z użytkownikiem za porno- równawczych (przednich i tyl- właściwy impuls wyzwalający os-cą 2-przyciskowej klawiatury oraz nych) oraz sygnału synchroniza- cyloskop. W naszym układzie 3-pozycyjnego wyświetlacza LED. cji pola. Na wyjściu bramki IC2d czas ten zależy od stałej czasowej
Schemat elektryczny całego generowany przebieg nie zawiera określonej elementami C6, R19
układu przedstawia rys.4. Całko- już wspomnianych dodatkowych wity sygnał wizyjny (CVBS) doprowadzany jest do gniazda Jl (Video In). Gniazdo J2 (Video Out) służy do wyprowadzenia tego sygnału do wejścia oscyloskopu. Elementy R15 i C9 stanowią
i wynosi ok. 22|is, co w zupeł-
nr unii obrazu
pin 7 - iCl pin 3-ICl pin 1 - ICl
pin 3 =C2
pin 6 =C2 pin 11 - ;C2
pln8-IC2 przerwanie w !C4
pin 9 - iC4 zezw. dla IC3
pin 3 =C3
prosty filtr eliminujący zakłócenia w sygnale wizyjnym. Czysty sygnał, poprzez kondensator separujący C8, dociera do wejścia separatora synchronizacji, którego funkcję spełnia układ ICl. Zastosowano scalony układ rozdzielający LM1881 produ- pyS trigger - linia 622
łrfgger - linia 3
40
Elektronika Praktyczna 6/97
Selektor linii telewizyjnych
Rys. 7. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej.
ności wystarcza. Dzięki ścisłemu zsynchronizowaniu wyzwalania oscyloskopu z impulsem wygaszania linii, uzyskiwany na ekranie obraz linii nie drga, co byłoby poważną wadą selektora. Na rys.6 pokazano dwa przypadki zezwolenia na wyzwolenie oscyloskopu: przy wyborze linii 622 oraz 3 w czasie trwania jednego obrazu. Sytuacja taka w praktyce nie występuje, służy ona jedynie do zilustrowania pracy układu w przypadku wyzwalania linii obrazu (622) oraz w trakcie trwania sygnałów wygaszania pola (linia 3). W każdym przypadku oscyloskop jest wyzwalany poprawnie, a dodatkowe międzyliniowe impulsy synchronizacji poziomej są ignorowane.
Sygnałem odniesienia (zerującym licznik linii TV) dla procesora IC3 jest impuls synchronizacji pionowej generowany na wyjściu układu separatora ICl (VSYNC).
Dodatkowy sygnał O/E (aktualnego pola obrazu) informuje procesor o tym czy aktualne linie obrazu należą do parzystego (II) lub nieparzystego (I) pola obrazu.
Wykorzystanie tego sygnału pozwala na poprawną pracę z sygnałami spełniającymi warunki przeplotu określone w światowych standardach telewizyjnych B/G, D/K, A oraz M jak i z sygnałami bez przeplotu. W tym
ostatnim przypadku nie jest aktywna funkcja przechodzenia z jednego do drugiego pół obrazu. Może być wyłączana przez naciśnięcie obu klawiszy na raz. Przykład takiego niestandardowego sygnału autor napotkał podczas testowania konsoli do gier "Super Nintendo" w wersji amerykańskiej (NTSC-3,58).
Sygnał wizyjny testowanego urządzenia zawierał 262 linie wliczając impulsy wygaszania pola. Dzięki zastosowaniu odbiornika wielo systemowego uzyskiwano (komputerowy) obraz gry, który składał się niejako fizycznie z 1 półobrazu, lecz w przypadku grafiki komputerowej o ograniczonej rozdzielczości, dla oka nie miało to żadnego znaczenia.
Mikroprocesor IC4 i zawarty w nim lkB program obsługi selektora, oprócz zliczania linii wyzwalania oscyloskopu, zajmuje się wyświetlaniem informacji na 3-pozycyjnym wyświetlaczu LED złożonym z DL1..DL3. Wystarczająca wydajność prądowa (20mA) portu Pl procesora pozwoliła na bezpośrednie sterowanie katodami wyświetlacza, bez potrzeby stosowania dodatkowych wzmacniaczy. Rezystory R2..R8 ograniczają prąd segmentów. Wyświetlacze sterowane są multiplekso-wo, czyli w każdej chwili aktywna jest tylko jedna cyfra. Anody poszczególnych pozycji załączane są sygnałami W1..W3 za pośrednictwem tranzystorów T1..T3. Sygnały te są także wykorzystywane do detekcji stanu klawiszy Kl i K2. Pojawienie się stanu niskiego na wejściu KEY procesora IC4 świadczy o naciśnięciu jednego lub obu klawiszy. Decyzja o tym podejmowana jest na podstawie stanu wyjść W1..W3, ponieważ w jednej chwili tylko na jednym z nich panuje stan niski. Diody Dl i D2 eliminują błędne wyświetlanie informacji w sytuacji kiedy naciśnięte są dwa klawisze na raz.
Elementy Cl, C2 i C3 stanowią zewnętrzny obwód oscylatora mikrokontrolera IC4. Kondensator
Cl, wraz z rezystorem Rl, zapewnia poprawny start układu po włączeniu zasilania.
Dodatkowe kondensatory C4, C12 oraz Cl3 blokują linie zasilające w pobliżu układów scalonych oraz stabilizatora IC5. Dzięki zastosowaniu tego ostatniego oraz mostka prostowniczego Bl możliwe jest zasilanie układu ze źródła napięcia stałego (polaryzacja w tym przypadku jest bez znaczenia) lub z niewielkiego transformatorka bez dodatkowych układów prostowniczych. Należy jednak pamiętać, aby napięcie na
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl: 8,2kQ
R2..R8: 68..75O
R9..R11: 2..4,7kQ
R12: 120O
R13: 680kQ
R14: 390kQ
R15: 680O
Rló, R17: 3,9kQ
R18: 10kO
R19: 300O
Kondensatory
Cl: 10|iF/16V
C2, C3: 3O..33pF
C4, CÓ..C8, CIO, C12, C13, C15:
lOOnF ceram.
C5: lnF
C9: 470pF
Cli: lOnF
Cl4: lOOjiF/ó^y
Cl6: 220|iF/16V
Półprzewodniki
Bl: mostek Graetza 1A/5OV
Dl, D2: dowolna krzemowa
m.mocy (1N4148, BAT43,85)
D3: BAT85 lub podobna
Schottky'ego
DL1..DL3: SA39-11 Kingbright
ICl: LM1881
IC2: 74HCT132
IC3: GLC555, NE555
IC4: 89C1051 zaprogramowany
AVT-323
IC5: 7805
T1..T3: BC557..9
Różne
Xl: rezonator kwarcowy 12MHz
Kl, K2: włącznik monostabilny
DIGITAST
J1..J3: gniazda CINCH do druku
J4: gniazdo zasilające do druku
(z bolcem)
podstawki pod układy scalone
Elektronika Praktyczna 6/97
41
Selektor linii telewizyjnych
Rys. S. Zrzuty ekranu oscyloskopu niektórych linii sygnału wizyjnego.
kondensatorze Cl6 nie przekraczało wartości 16V, wtedy bowiem moc tracona na IC5 będzie zbyt duża, co może objawić się przegrzaniem tego elementu.
Montaż i uruchomienie
Cały układ elektryczny zmontowano na jednostronnej płytce drukowanej. Rozmieszczenie elementów przedstawia rys.7. Rysunek ścieżek przedstawiony jest na wkładce wewnątrz numeru. Przed przystąpieniem do zamontowania elementów, należy wlutować dziesięć zwór, które na płytce oznaczono kreskami.
Następnie montujemy podstawki pod układy scalone, elementy bierne: rezystory, kondensatory oraz aktywne: diody, tranzystory, mostek prostowniczy. Na końcu należy wlutować stabilizator IC5, klawisze Kl i K2, gniazda CINCH J1..J3 oraz gniazdo zasilające J4. W urządzeniu modelowym wyświetlacze DL1..DL3 umieszczono w podstawkach, wykonanych ze zwykłych podstawek DIL14 lub typowych listew pre-
cyzyjnych. Dzięki temu czoło wyświetlaczy znajduje się w dogodnej pozycji, szczególnie jeżeli chcemy całe urządzenie umieścić w obudowie.
Do uruchomienia potrzebny będzie transformator o napięciu wtórnym 8..10Y lub zasilacz 9VDC o wydajności prądowej 150mA, zaopatrzony we wtyk zasilający odpowiedni dla gniazda J4. Polaryzacja w przypadku zasilania napięciem stałym nie ma znaczenia. Najlepiej do tego celu nadaje się typowy zasilacz kalkulatorowy - popularna "wtyczka". Drugim niezbędnym przyrządem będzie oczywiście dowolny oscyloskop o paśmie co najmniej 5MHz, wyposażonym w gniazdo zewnętrznego wyzwalania.
Przed włożeniem układów scalonych IC1..IC4 warto próbnie zasilić układ selektora, a następnie sprawdzić napięcie na wyjściu stabilizatora IC5, powinno wynosić 5V ą0,25V. Po odłączeniu zasilania i rozładowaniu kondensatorów blokujących można
włożyć układy scalone w podstawki.
Ponowne zasilenie układu selektora spowoduje zapalenie na wyświetlaczu liczby "010", a po chwili poziomych kresek "- - -", jeżeli do gniazda VIN nie jest dołączony sygnał wideo.
Teraz do poszczególnych gniazd J1..J3 należy doprowadzić odpowiednie sygnały. I tak gniazdo Jl łączymy ze źródłem sygnału wideo m.cz. (ang. com-posite video) - w tej roli można użyć odbiornika TV, magnetowidu, generatora serwisowego TV lub konsoli do gier ("Pegasus", "Nintendo", "Sega"), wyposażonych w gniazdo wyjściowe takiego sygnału (zwykle typu CINCH). Gniazdo J2 łączymy z wejściem oscyloskopu, natomiast J3 dołączamy do wejścia wyzwalania oscyloskopu.
Doprowadzenie prawidłowego sygnału composite video do wejścia selektora (VIN) powoduje pojawienie się licznika linii. Początkowo wybraną linia jest dziesiąta. Klawiszami Kl oraz K2
42
Elektronika Praktyczna 6/97
Selektor linii telewizyjnych
można wybrać dowolną inną linię. Krótkie naciśnięcie klawisza Kl powoduje zmniejszenie numeru linii, a K2 zwiększenie numeru linii o 1. Dłuższe przytrzymanie Kl lub K2 powoduje automatyczna dekrementację lub inkremen-tację numeru wybranej linii z prędkością około 15 linii/sek. Trzymanie klawisza dłużej niż 5 sek. powoduje przyspieszenie wyboru do 60 linii/sek. Dzięki temu użytkownik może szybko zmieniać numer aktualnie obserwowanej na ekranie oscyloskopu linii sygnału wideo. Jednoczesne naciśnięcie obu klawiszy Kl i K2 powoduje przejście do innego półobrazu, czemu towarzyszy odpowiednia zmiana wskazania linii na wyświetlaczu, np. przy 625 liniach z linii 5 na 318 i odwrotnie. Funkcja ta jest dostępna, jeżeli testowany obraz spełnia warunki przeplotu.
Jeżeli wyświetlacz wskazuje linię pierwszą "001", naciśnięcie
Kl powoduje przejście do linii ostatniej, np. 625 w systemach B/ G lub D/K lub 525 w przypadku systemu M (USA). Układ automatycznie rozpoznaje całkowita liczbę linii w sygnale wideo. Dlatego możliwa jest obserwacja sygnału o niestandardowej liczbie linii.
Podczas obserwacji wybranej linii na ekranie oscyloskop powinien być ustawiony na wyzwalanie zewnętrzne sygnałem o dodatniej polaryzacji z podstawą czasu: lOjis/działkę i wejście sygnału w sprzężeniu bezpośrednim DC. W zależności od podstawy, można obserwować cześć, jedną lub kilka linii na raz. Posiadacze oscyloskopów z opóźnioną podstawą czasu będą mogli obserwować poszczególne odcinki wybranej linii, np. sygnał burs tu koloru (PAL, NTSC).
Ze względu na fakt zewnętrznego wyzwalania z częstotliwością odchylania pionowego podzieloną przez dwa, oscyloskop
powinien posiadać jasną plamkę, dzięki czemu obraz linii na ekranie będzie bardziej wyraźny.
Na rys.8 przedstawiono "zrzuty" linii testowych w obrazie sygnału nadawanego przez TVPl. Dokonano tego przy wykorzystaniu oscyloskopu cyfrowego o paśmie 100 MHz i częstotliwości próbkowania 2 GHz (tj. 2 Gs/sek, tzn. 2*10s próbek/sek).
Zmontowaną i uruchomioną płytkę selektora TV można zamknąć w obudowie z tworzywa, a następnie nakleić naklejkę z opisem płyty czołowej wykonaną według wzoru zamieszczonego na wkładce. Sławomir Surowiński, AVT
Opracowanie oprogramowania sterujące przedstawionym urządzeniem wspomagane było "Emu-latorem mikroprocesora 87C51", który jest dostępny jako kit AVT-288 oraz "Programatorem procesorów MCS-51" - kit AYT-320.
Elektronika Praktyczna 6/97
43
PROJEKTY
Komputerowa strzelnica sportowa
kit AVT-342
Sport strzelecki zawsze
cieszył się wielką
popularnością wśród
młodzieży i osób dorosłych.
Ostatnie sukcesy naszej
uroczej Złotej Medalistki na
Olimpiadzie w Atlancie
z pewnością przyczynią się
do wzrostu popularności tej
dyscypliny spońu. Jednak
strzelę etwo, traktowane nie
jako spoń wyczynowy, ale
jako rozrywka i znakomita
forma rekreacji, napotyka
w naszym kraju na dwie
poważne przeszkody. Pierwszą
jest wysoka cena broni
spońowej, a drugą mało
życiowe przepisy.
Lekarstwo na te problemy
przedstawiamy w ańykule.
Zrozumiałe jest, źe posiadanie broni palnej, której użycie może zagrozić życiu człowieka musi być ściśle kontrolowane i tak jest w większości krajów świata. Natomiast traktowanie sportowych wiatrówek jako śmiercionośnej broni, na której posiadanie musimy uzyskać zgodę policji jest, oględnie mówiąc, nieporozumieniem.
Dopóki jednak przepisy nie zostaną zmienione, musimy jakoś sobie radzić. Nawet szczęśliwi posiadacze broni sportowej narzekają przecież na wysokie koszty amunicji. A może wszechobecna elektronika coś na to poradzi?
Wykonanie elektronicznej strzelnicy nie okazało się żadnym problemem, a jej walory użytkowe będą zależeć wyłącznie od wykonania części mechanicznej - układu optycznego. Jakie właściwie zadanie ma spełniać nasz układ? To proste: musi jedynie sprawdzić, czy lufa broni została dokładnie skierowana we właściwe miejsce i to w odpowiednim momencie. Idealne rozwiązanie nasuwa się samo: ależy zastosować diodę laserową przymo-
Elektronip' Praktyczna 6/97
cowaną do lufy broni lub jej imitacji, a skonstruowanie układów odbiorczych umieszczonych w tarczach będzie już drobiazgiem. Tak, takie rozwiązanie z pewnością jest idealne pod względem technicznym i użytkowym, ale... nie ekonomicznym. Diody laserowe z odpowiednim układem optycznym są horrendalnie drogie. Koszt takiej diody znacznie przekracza obecnie lOOzł (nowych). Doliczywszy do tego pozostałe elementy, koszt części do całego zestawu przekroczyłby być może 200zł!
Opis układu
Na początek dwie wiadomości: jedna taka sobie, a druga dobra. Zacznijmy od pierwszej - proponowany układ nie może istnieć i działać bez komputera! Druga wiadomość pocieszy z pewnością wielu Czytelników: może to być zupełnie dowolny komputer wyposażony w złącze standardu CENTRONICS, nawet muzealny AT czy w geście rozpaczy wyciągnięty ze składnicy złomu XT.
Co spowodowało, że zdecydowano się przenieść całą "inteligencję" strzelnicy do wnętrza komputera PC? Ano, między innymi, względy ekonomiczne! W EdW, młodszej siostrze EP, mamy
45
Komputerowa strzelnica sportowa
Z8
DO MODUŁÓW WYKONAWCZYCH
Rys. 1. Schemat elektryczny strzelnicy.
już w naszym dorobku całą serię układów z serii automatyki, trochę górnolotnie nazwanej "robotyką". Przy konstruowaniu tych urządzeń doszliśmy juź do punktu, w którym musieliśmy postawić sobie i Czytelnikom EdW następujące pytanie: "Czy mamy konstruować coraz bardziej skomplikowane samodzielne urządzenia elektroniczne (z inteligentnymi sterownikami), czy teź ograniczyć się do projektowania układów wykonawczych, a całą inteligencję sterującą nimi przenieść do dużego komputera?". Jest to zresztą całkowicie zgodne z ogólnymi trendami w technice. Juź w najbliższej przyszłości komputer zajmie zapewne centralną pozycję w naszych domach, obsługując wiele różnych urządzeń.
Nasza strzelnica została zbudowana, a właściwie zaprogramowana, podobnie do strzelnic używanych przy szkoleniu policjantów. Celem szkolenia nie jest jedynie uzyskanie jak największej precyzji strzału, ale wyćwiczenie refleksu i zdolności szybkiej identyfikacji
celu. Zabawa będzie wyglądała następująco: po wybraniu właściwego dla naszych umiejętności poziomu trudności ćwiczenia uruchamiamy program. W pomieszczeniu, w którym jest umieszczonych osiem tarcz sylwetkowych gaśnie światło. Nagle światło zapala się powtórnie i teraz mamy ściśle określony czas na zorientowanie się, która tarcza jest aktualnie aktywna (sygnalizacja diodą LED i/lub akustyczna) i na trafienie w jej centrum. A biada nam, jeżeli przez nieuwagę strzelimy w tarczę, na której umieszczona jest sylwetka policj anta, czy niewinnego przechodnia! Za morderstwo zostaniemy natychmiast zdyskwalifikowani i nie
będziemy mieli nawet możliwości zapisania na dysku naszych osiągnięć. Następnie światło znowu gaśnie i ponownie zapala się na moment, umożliwiając strzał do kolejnej, wybranej losowo tarczy. Po zakończeniu dowolnie długo trwającego szkolenia możemy zapisać jego wyniki na dysku.
Powyższy opis dotyczy jedynie jednego z wielu możliwych sposobów działania naszej strzelnicy. Jest to po prostu opis działania prostego, napisanego przez autora,
46
Elektronika Praktyczna 6/97
Komputerowa strzelnica sportowa
WTYK
DIN
Rys. 2. Schemat elektryczny odbiornika.
programu. Autor uważa się za dów wykonawczych.
bardzo marnego programistę i jest absolutnie pewien, że wielu Czytelników napisze o wiele ciekawsze programy obsługujące naszą strzelnicę. Widzicie teraz, ile miejsca dla wyobraźni pozostawia połączenie komputera ze stosunkowo prostym układem wykonawczym.
Z pewnością wielu Czytelników jest zaniepokojonych propozycją podłączania tak nietypowych układów peryferyjnych do ich kosztownego sprzętu. Nie obawiajcie się, przy starannym wykonaniu układu nic złego nie może się stać. Dla szczególnie ostrożnych użytkowników PC podamy w dalszej części artykułu informację, jak zabezpieczyć się przed niesłychanie mało prawdopodobnym uszkodzeniem komputera.
W wersji najprostszej, z nieskomplikowanym układem optycznym (pistolet do gier telewizyjnych), strzelnica służy w zasadzie dobrej zabawie. Jeżeli jednak wykonamy lub zastosujemy gotowy układ optyczny dobrej jakości, to nasze urządzenie może prawdopodobnie posłużyć do bardziej ambitnych zadań: szkolenia sportowców czy pracowników ochrony.
Jak to działa?
Schemat elektryczny głównego bloku układu został pokazany na rys. 1. Już na pierwszy rzut oka widać, jak wiele osiągnęliśmy, wykorzystując komputer do sterowania naszym układem. Składa się on jedynie z kilku, bardzo tanich i ogólnie dostępnych, układów scalonych i kilku elementów dyskretnych. Często opisując jakikolwiek układ elektroniczny używaliśmy sformułowania "sercem układu jest..". Tu niczego takiego nie ma, sercem układu jest komputer, a nasz układ ma za zadanie jedynie przesłanie mu potrzeb-
Zacznijmy od trzech bramek 4093 widocznych w górnej części schematu. Ich zadaniem jest przekazanie do wejść interfejsu komputerowego CENTRONICS informacji o tym, czy nacisnęliśmy spust broni (bramka U4C) i czy lufa była dokładnie wycelowana w tarczę (U4B). Informacje te są przekazywane z odbiornika podczerwieni umieszczonego wewnątrz makiety broni, którego konstrukcję opiszemy za chwilę. Bramka U4D pracuje jako generator przebiegu prostokątnego
0 częstotliwości dość dowolnej: może ona mieścić się w zakresie od 6 do 10 kHz, nie może jednak być wyższa niż częstotliwości akustyczne. Przebieg prostokątny jest podawany z wyjścia U4D na osiem wejść bramek Ul i U2. Pozostałe wejścia tych bramek są połączone z szyną danych portu CENTRONICS. Są to bramki typu AND, tak więc poziom wysoki może wystąpić na ich wyjściach wtedy i tylko wtedy, kiedy na obydwóch wejściach mamy stany logiczne 1. Podczas oczekiwania
na uaktywnienie tarczy, na wszystkich wyjściach danych panuje s tan niski
1 wszystkie bramki są zamknięte (niski poziom napięcia na wyjściach). Podczas strzelania na jednym, losowo wybranym wyjściu szyny danych pojawia się na pewien czas stan wysoki. Powoduje to otwar-c i e (wy soki poziom napięcia
czonej z tym wyjściem bramki i przewodzenie jednego z zawartych w strukturze układu U3 -ULN2803 tranzystorów Darlingto-na. Tranzystor ten, o dopuszczalnym prądzie kolektora 50 Om A, impulsowo zasila układy wykonawcze umieszczone w tarczach.
Przekaźnik PKl służy włączaniu oświetlenia w pomieszczeniu w momentach uaktywniania się tarcz. Zasilający go tranzystor Tl jest sterowany z wyjścia STROBE portu dwukierunkowego interfejsu CENTRONICS. W tej wersji układu czwarta branka U4A nie wykonuje żadnej funkcji, ale może być również wykorzystana. Po prostu pozostała nam jedna wolna bramka i na wszelki wypadek połączyliśmy ją z wejściem ER-ROR\ interfejsu. Połączenie to może zostać wykorzystane przy tworzeniu bardziej rozbudowanych programów (np. z sygnalizacją gotowości do rozpoczęcia ćwiczeń za pomocą osobnego przycisku umieszczonego w makiecie broni).
Reszta układu to tylko typowy zasilacz stabilizowany 5VDC. Cały układ może być zasilany napięciem przemiennym z przedziału 1O..12VAC (wejście Z5), lub też napięciem stałym 12...15V dołączonym do wejścia Z7.
Przejdźmy teraz do opisu drugiego układu wchodzącego w skład naszej strzelnicy - odbiornika podczerwieni. Schemat tego prostego układu jest widoczny na rys. 2.
Tarcza-cel
12VDC QND
nych informacji i zasilanie ukła- na wyjściu) połą- Rys. 3. Schemat elektryczny modułu nadawczego.
Elektronika Praktyczna 6/97
47
Komputerowa strzelnica sportowa
Soczewka
/
Kierunek oświetlania lufy pistoletu
Fototranzystor,
Odległość mniejsza lub równa ogniskowej soczewki ^ (najlepiej regulowana)_______________________
Rys. 4. Sposób wykonania lufy pistoletu.
Wykorzystano tu znany już nam od dawna popularny i tani układ scalony UL1321. Zawiera on dwa przedwzmacniacze i jeden tranzystor NPN. Do naszych celów, pomimo że jeden przed-wzmacniacz pozostanie niewykorzystany, nadaje się idealnie. W momencie wycelowania układu optycznego w tarczę tranzystor T2 zostaje oświetlony wiązką modulowanej podczerwieni i na jego kolektorze powstanie przebieg zmienny o niewielkiej amplitudzie. Zostaje on następnie wzmocniony przez Ul A i poddany detekcji w układzie z diodami Dl i D2 i kondensatorem C5. W momencie, kiedy kondensator C5 naładuje się do wymaganego poziomu, tranzystor Tl zacznie przewodzić zwierając wejście połączonej z jego kolektorem bramki U4B do masy, a tym samym przekazując na wejście interfejsu CENTRONICS informację o prawidłowym wycelowaniu broni.
Przycisk Sl jest połączony ze spustem (błagam: nie cynglem) broni. Zwarcie go do masy spowoduje powstanie stanu wysokiego na wyjściu bramki U4C, co poinformuje komputer, że zdecydowaliśmy się na strzał.
Ostatnimi elementami układu strzelnicy są moduły wykonawcze, które umieścimy w centrum tarcz, Jest ich osiem, a schemat pojedynczego modułu pokazuje rys. 3. Elementem podstawowym modułu jest oczywiście dioda podczerwona (IRED) Dl zasilana przez rezystor szeregowy R2. Dioda D2 jest elementem sygnalizującym uaktywnienie danej tarczy i może być zastąpiona przez żarówkę o niewielkiej mocy. Jeżeli zastosujemy żarówkę, to rezystor Rl musimy zastąpić zworą. Trzecim elementem modułu wykonawczego tarczy jest memb-ranka piezo, także sygnalizująca uaktywnienie konkretnej tar-
czy. I tu również mamy możliwość modyfikacji układu: jeżeli sygnał generowany przez memb-rankę piezo okaże się za słaby, to możemy zastąpić ją małym głośniczkiem. W takim wypadku musimy jednak zastosować rezystor Rx zabezpieczający głośnik przed przeciążeniem. Montaż, uruchomienie i sposoby programowania
Mozaika ścieżek płytek drukowanych i rozmieszczenie elementów pokazane są na rys. 4, 5 i 6. Montaż wszystkich bloków układu nikomu nie przysporzy kłopotu. Wykonujemy go klasyczną metodą, rozpoczynając od elementów najmniejszych. Nieco uwagi musimy poświęcić prawidłowemu włożeniu w płytkę złącza CENTRONICS. Posiada ono aż 36 dość delikatnych wyprowadzeń i należy uważać, aby nie zgiąć żadnego z nich. Jeżeli będziemy nasz układ zasilać napięciem stałym z przedziału 12..15VDC, to nie musimy montować prostownika Ml. Tu na
marginesie drobna uwaga dotycząca zasilania układu. Nasza strzelnica musi współpracować z komputerem i w zasadzie nie ma przeszkód, aby była także z niego zasilana. Wymaga to jednak ingerencji we wnętrze komputera, dorobienia dodatkowego złącza i przewodów z bezpiecznikami. W przypadku nieumiejętnego przeprowadzenia tych prac istnieje możliwość awarii zasilacza komputera, a w najlepszym wypadku przepalenia bezpiecznika umieszczonego wewnątrz zasilacza, którego wymiana jest niezwykle kłopotliwa. Dlatego nie podajemy żadnych wskazówek, jak należy podłączyć się do zasilacza komputera. Ci Koledzy, których wiedza i umiejętności pozwolą na wykonanie takiej operacji, świetnie poradzą sobie bez tych wskazówek. Pozostali niech lepiej zastosują gotowy lub wykonany samodzielnie zasilacz sieciowy lub bateryjny.
Po tej małej dygresji wracajmy do naszego układu. Z obudowaniem głównego modułu strzelnicy nie będzie żadnego kłopotu. Mamy gotową obudowę, pod którą została zwymiarowana płytka (KM-35B). Tarcze możemy wykonać całkowicie dowolnie, np. z kawałków tektury formatu A4. Na pięciu tarczach umieszczamy wizerunki wyjątkowo antypatycznych postaci w rodzaju Al Capone czy
Rys. 5. Rozmieszczenie elementów na płytce interfejsu.
48
Elektronika Praktyczna 6/97
Komputerowa strzelnica sportowa
Rys. ó. Rozmieszczenie elementów na płytce nadajnika.
teź Lucky Luciano (EP nie zajmuje się polityką, nie podajemy więc innych możliwości). Na
pozostałych Lch |ar_
czaCh . na" malujmy
z kolei wizerunki policjantów, niewinnych panienek (skąd tu wziąć modelki?) czy teź innych osób, których zastrzelenie dyskwalifikuje każdego policjanta. W tarczach wykonujemy małe otwory na diody IRED i LED, a moduły wykonawcze jakoś mocujemy do tarcz. Problemy zaczną się dopiero z obudowaniem układu odbiorczego. W układzie modelowym autor poszedł po linii najmniejszego oporu i zastosował gotowy pistolet od gry telewizyjnej. Jest to rozwiązanie najprostsze, ale jakość układu optycznego pozwala jedynie na za-stosowanie strzelnicy do zabawy i ćwiczenia refleksu. Rozwiązaniem najlepszym byłoby samodzielne, staranne wykonanie optyki, najlepiej z zastosowaniem niepotrzebnego obiektywu (np. od kamery 16mm). Z takim układem optycznym uzyskalibyśmy duży zasięg i wielką precyzję "strzałów". Możliwe jest także zastosowanie pojedynczej soczewki, ponieważ jedną z głównych wad takiego "obiektywu", jaką jest aberracja chromatyczna, nie musimy się martwić. Rozsądnym kompromisem pomiędzy precyzją układu, a jego wymiarami byłoby zastosowanie soczewki lub obiektywu o ogniskowej ok. 10..15cm. Układ
optyczny może zostać wbudowany w lufę makiety broni lub też zamocowany nad nią (tak, jak celowniki optyczne i laserowe). W tym drugim przypadku do treningu możemy zastosować autentyczną broń.
A teraz najważniejsze: jak to wszystko uruchomić? Najpierw podłączamy tarcze do modułu głównego strzelnicy. Użyjemy dwużyłowych przewodów o długości właściwej dla pomieszczenia, w którym będziemy prowadzić trening. Przy zastosowaniu pistoletu od gry telewizyjnej maksymalna odległość strzelania wynosiła ok. 6m, ale w przypadku użycia doskonalszego układu optycznego może być ona znacznie większa. Do wyjść układu F, G i H dołączamy tarcze, do których nie wolno strzelać. Przewód (4-żyłowy) pro-
Rys. 7. Rozmieszczenie elementów na płytce odbiornika.
wadzący do układu odbiorczego dołączamy do modułu głównego za pomocą wtyku typu DIN. Na koniec, za pomocą kabla drukarkowego łączymy moduł główny z komputerem i dopiero teraz włączamy zasilanie, zarówno strzelnicy, jak i komputera.
Nowoczesne płyty główne posiadają z zasady wbudowany interfejs CENTRONICS. Uszkodzenie tego interfejsu wiąże się z koniecznością wymiany całej, niekiedy bardzo kosztownej płyty. Dlatego też, pomimo że uszkodzenie portu wejściowego przez nasz układ jest niesłychanie mało prawdopodobne, wyjątkowo przezornym Kolegom polecamy zastosowanie jako swojego rodzaju "bufora" kart MULTI I/O lub kontrolera dysku twardego z wbu-
dowanym interfejsem CENTRONICS. W przypadku awarii uszkodzeniu ulegnie kosztująca obecnie kilka złotych karta, a nie płyta komputera.
Aby sprawdzić czy wszystko w układzie gra, potrzebny będzie jakikolwiek interpreter języka BASIC, np. QBASIC dostarczany razem z systemem operacyjnym DOS. Następnie napiszemy krótki programik służący testowaniu układu naszej strzelnicy:
100 OUT &H378, 1 IREM Ustawienie stanu 00000001 na szynie danych interfej su 1000 PRIWT INP(ŁH379) REM Cykliczne odczytywanie stanu portu wejściowego 1100 GOTO 1000
Uruchamiamy pro gr am i na ekia-nie powinno rozpocząć się cykliczne wyświetlanie cyfry 7. Dlaczego tak się dzieje? Trzy najmłodsze bity portu wejściowego nie są dla nas dostępne i występuje na nich permanentny stan wysoki. Na wszystkich wyjściach bramek układu Ul dołączonych do portu wejściowego mamy na razie stan niski. Na dwóch nie wykorzystywanych wejściach portu został wymuszony stan niski przez zwarcie wejścia ACK\ do masy, a wejścia odwracającego BUSY do plusa zasilania. A więc wszystko się zgadza: 00000111^|N| = 7^^. Jeżeli naciśniemy teraz na spust broni, to na ekranie powinno rozpocząć się wyświetlanie liczby 39. Z kolei wycelowanie układu optycznego w stronę aktywnej tarczy (jest nią w tej chwili tarcza dołączona do wyjścia A układu) spowoduje wyświetlenie liczby 23, a naciśnięcie w tym momencie spustu liczby 55. Uważni Czytelnicy proszeni są o samodzielne przeanalizowanie, dlaczego tak się dzieje.
Jeżeli wszystko przebiegało zgodnie z powyższym opisem, to możemy nasz układ uważać za
Elektronika Praktyczna 6/97
Komputerowa strzelnica sportowa
sprawdzony. Ale jeszcze chwilę, zapomnieliśmy o przekaźniku PKl umieszczonym w module głównym układu! Przekaźnik ten może służyć do wyłączania i włączania światła w pomieszczeniu, co znakomicie utrudnia strzelanie.
To wszystko, co do tej pory napisano, wystarcza do wykonanie układu i posługiwania się gotowym programem, który zapisany będzie na dyskietce dołączonej do kitu. Z pewnością jednak wielu Kolegów będzie chciało spróbować swoich sił w samodzielnym napisaniu programu obsługującego strzelnicę. Dla nich przeznaczone są poniższe wskazówki.
Do porozumiewania się komputera z układem strzelnicy służy interfejs równoległy CENTRONICS. Interfejs ten posiada trzy rejestry: szynę danych, port wejściowy i port uniwersalny służący do transmisji danych w obie strony. W naszym układzie wykorzystujemy wszystkie trzy rejestry. A oto ich adresy:
Szyna Port Port
danych wejściowy uniwersalny
LPT1 378H 379H 37AH
LPT2 278H 279H 27AH
LPT3 3BCH 3BDH 3BEH
Adres szyny danych jest adresem bazowym i w przypadku każdego portu adres rejestru wejściowego jest w stosunku do niego powiększony o 1, a adres rejestru uniwersalnego o 2. Mniej doświadczonym Czytelnikom należy się jeszcze wyjaśnienie, w jaki sposób podawane są te adresy i co oznaczają litery połączone z cyframi. Otóż w informatyce szeroko stosowany jest szczególny sposób zapisu liczb: szesnastkowy (heksadecymalny), stąd litera H na końcu każdej liczby. W tym systemie zapisu mamy aż szesnaście cyfr: od 0 do F.
W celu uaktywnienia jednej z tarcz należy podać na szynę danych wybraną losowo jedną z następujących liczb: 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64 i 128. Poniżej zamieszczamy przykład prostego podpro-gramu realizującego tę funkcję: 1000 RANDOMIZE TIMER: XX = INT(RND(1) * 8) : AI= 0 1 1020 IF XX = 0ITHEN XX = 1: GOTO 1100
1030 IF XX = 1ITHEN XX = 2 : GOTO 1100
WYKAZ ELEMENTÓW
Układ główny Rezystory
Rl: 100kQ
R2, R3, R4: lkO
R5: 5,ókQ
Kondensatory
Cl: lnF
C2: 220n.F/16V
C3: 470n.F/16V
C5, C4: lOOnF
Półprzewodniki
Tl: BC548
U2, Ul: 4081
U3: ULN2803
U4: 4093
U5: 7805
Ml: mostek prostowniczy 1A
Dl: 1N4148
Różne
Zl: złącze CENTRONICS lutowane
w płytkę
Z2, Z3, Z4, Z8 : ARK3
Z7, Z5 : ARK2
Zó: złącze DIN5 lutowane
w płytkę
PKl: przekanik RM82P/12Y DC
1040 IF XX = 2ITHEN XX = 4:
GOTO 1100
1050 IF XX = 3ITHEN XX = 8 :
GOTO 1100
1060 IF XX = 4ITHEN XX = 16:
GOTO 1100
1070 IF XX = 5ITHEN XX = 32:
GOTO 1100
1080 IF XX = 6ITHEN XX = 64:
GOTO 1100
1090 IF XX = 7 I THEN XX = 128:
GOTO 1100
1100 OUT Ol, XX: IF XX > 16
THEN AI= 1: XX = 0
1110 RETURN
Zmienna A jest w tym programie wskaźnikiem przybierającym wartość 1 w przypadku wylosowania jednej z tarcz, do których strzelanie jest zakazane.
Rejestr wejściowy służy w przypadku naszej strzelnicy do przyjmowania informacji o naciśnięciu spustu i o prawidłowym wycelowaniu broni. Odczytu z tego rejestru dokonujemy za pomocą polecenia:
Układ odbiornika podczerwieni Rezystory
Rl: 100kQ
R2: 5óOQ
R3: 100Q
R4: 10kQ
R5: 5,ókQ
Kondensatory
Cl, Có: 100n.F
C2, C7: lOOnF
C3: lOnF
C4: 470nF
C5: 1jJ=/1óV
C8: 560p
Półprzewodniki
Dl, D2: 1N4148
T2: fototranzystor NPN
Ul: UL1321
Moduły wykonawcze tarcz (podanq ilość elementów należy
pomnożyć przez 8) Rezystory
Rl: 560Q R2: 100Q Półprzewodniki
Dl: IRED
D2: LED
Różne
Ql: membranka piezo
INP (&H379), lub w przypadku innych portów
INP(&H279), INP(&H3BD).
Do sterowania przekaźnikiem należy wykorzystać rejestr dwukierunkowy portu CENTRONICS. Polecenie włączające przekaźnik wygląda następująco:
OUT &H37A,1, lub w przypadku innych portów
OUT &H27A, 1, OUT &H3BE,1.
Autor ma nadzieję, że powyższe wskazówki pomogą mniej doświadczonym Czytelnikom w pisaniu własnych programów i jednocześnie prosi o podzielenie się z redakcją EP i innymi Czytelnikami wynikami swoich prac. Zbigniew Raabe, AVT
50
Elektronika Praktyczna 6/97
Komputerowa > strzelnica sportowa
Nieustannie rosnqca
przestępczość stawia
nowe wyzwania także
przed elektronikq.
Proponowane przez
nas urzqdzenie
umożliwia
ćwiczenie
refleksu oraz
celności bez
konieczności
kupowania
drogiej broni,
amunicji
i wyszukiwania
ruchomego celu
Str. 45.
Przystawka do pomiaru amplitudy
Bardzo prosty,
lecz przydatny
w pracowni
pomiarowej
układ. Przy
jego pomocy
można bez
trudności
zmierzyć
amplitudę
sygnału zmień-1
nego, wykorzystujqc standardowy cyfrowy
moduł pomiarowy, str. 73.
Przystawka do pomiaru małych rezystancji
Dzięki temu urzqdzeniu pomiar małych rezystancji przestanie być kłopotliwy. Jego zaletq jest możliwość współpracy ze standardowymi multimetrami cyfrowymi, str. 71.
Modem radiowy firmy Gran-Jansen
W artykule przedstawiamy niezwykły układ scalony opracowany przez norweskq firmę Gran-Jansen. Umożliwia on wykonanie dobrej jakości transceivera radiowego do przekazywania sygnałów cyfrowych. Szczegóły na str. 77.
Amperomierz z separacjq galwanicznq
Opis konstrukcji prostego, lecz pomysłowego układu do pomiaru prqdu, str. 79.
Oscyloskopy cyfrowe
W ramach działu "Sprzęt" prezentujemy dwa nowoczesne oscyloskopy cyfrowe -THS720 firmy Tektronix oraz HP54Ó03B firmy Hewlett Packard. Zestawienie tych dwóch przyrzqdów jest przykładem obrazujqcym, jak ogromne możliwości oferuje współczesna profesjonalna technika cyfrowa, str. 27, 28.
Inteligentny wyświetlacz alfanumeryczny A
Jest to druga część artykułu poświęconego tej zaawansowanej konstrukcji. Obok szczegółów technicznych urzqdzenia autor opisuje także sposób programowania modułów, tworzqc kompendium wiedzy na temat zastosowanego w nich interfejsu - str. 51.
TSelektor linii telewizyjnych
Na ten projekt czekało wielu naszych Czytelników. Jak się będzie można przekonać (str. 37) czekanie opłaciło się. Konstrukcja urzqdzenia jest zdumie-wajqco prosta, co jest wynikiem zastosowania mikrokontrolera i doskonałego separatora impulsów synchronizacji firmy National Semiconductors.
Elektronika Praktyczna 6/97
Korekcja współczynnika mocy, część 2
Drugq część artykułu wieńczy atrakcyjna propozycja firmy Motorola -udostępniła ona bowiem zestawy elementów, dzięki którym możliwe będzie szybkie wykonanie korektora współczynnika mocy, str. 19.
Miniaturowy analizator stanów logicznych Pod-A-Lyzer ^
Przykład na to, że "dobre" wcale nie oznacza "duże". Miniaturowe rozmiary, doskonałe oprogramowanie, duża szybkość próbkowania.... Wymienienie wszystkich zalet analizatora zajęłoby dużo miejsca - dlatego proponujemy przenieść się od razu na str. 29.
Uniwersalny
sterownik logiczny LOGO! A
Kontynuujemy prezentację rozwiqzań stosowanych w automatyce. Sterownik LOGO! jest przykładem ogromnych możliwości nowoczesnych sterowników, które dzięki cenie i prostocie obsługi mogq być stosowane także przez osoby nie znajqce dogłębnie układów automatyki, str. 23.
Elektronika Praktyczna 6/97
i
IKA
Nr 54
czerwiec '97
Swiat hobby, Projekty zagraniczne*
Układ monitorujqcy zasilanie akumulatorowe................
Miernik rezystywności gruntu, część 2..............................
Oscyloskop cyfrowy HP54603B..........................................
Przenośny oscyloskop cyfrowy THS720.............................
Miniaturowy analizator stanów logicznych
Pod-A-Lyzer 8020.................................................................
Sterowniki impulsowe, część
Układy automatyki]
Uniwersalny sterownik logiczny LOGO!, część
Projekty
Mikroprocesorowy odbiornik DTMF, część
Selektor linii telewizyjnych..................................................
Komputerowa strzelnica sportowa...................................
Inteligentny wyświetlacz alfanumeryczny, część 2........
Bramka szumu, część 2.......................................................
Elektroniczny klucz do PC, część 3...................................
15
27
23
30 37 45 51 59 61
Przystawka do pomiaru małych rezystancji .........................71
Przystawka do pomiaru amplitudy........................................73
odZQspoły~~^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
Korekcja współczynnika mocy, część 2................................ 19
Nowe podzespoły....................................................................69
Modem radiowy firmy Oran-Jansen AS................................ 77
Realizacja projektów na 8051
przy pomocy oprogramowania firmy IAR ............................ 75
L Raport EP^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^H
Amperomierz zseparacjq galwanicznq............................... 79
ELEKTRONIKA 89
Info Świat..................................................................91
Bibliotoka EP............................................................87 j
\ Kramik+Rynok.........................................................93
I CD-EP1 - opis zawartości.....................................97łj
Listy............................................................................981
Wykaz roklamodawców.....................................lOófl
ppresowyli
Op's, .
zawartości
CD-EP1
znajduje się na stronie 97.
PROJEKTY
Inteligentny wyświetlacz alfanumeryczny, część 2
kit AVT-324
jtbri czynny opis modułu
in teligen tn ego wyświetlacza
alfan um erycznego.
Opiszemy montaż
i uruchomienie układu.
Szczegółowo omawiamy
programowanie sterownika
oraz możliwość jego
za im plem en to wani a
w typowym systemie
mikroproc esoro wym -
Montaż i uruchomienie
Moduł wyświetlacza składa się z trzech dwustronnych płytek drukowanych. Rozmieszczenie elementów przedstawiono na rys.9. Przed rozpoczęciem montażu płytki drukowane należy rozłam ać, a następnie wyrównać ich krawędzie przy pomocy pilnika lub papieru ściernego, uważając przy tym, by nie uszkodzić ich powierzchni.
Montaż najlepiej rozpocząć od płytki z matrycami LED. Rezystory R11..R66 (z wyjątkiem rezystorów o wartości 68Li) montujemy w pozycji pionowej, zgodnie z obrysem na płytce drukowanej. Po
U
oo oo oo oo
oo
O 0 O O O O OnO
C4CB
noc , -
JlJoH R4
C3U) ri ^ ?
D2-D5 R5-R9 f-----)
-QJ- -i i- r------\
R18O R25O R3EO- R39Q" R46L> R53C> R60O hl
-r CH-no -Ocu ?Ścis
o �a ij- u-
0 ^s 1 o o ^ 4 & ^s
o o ŁO ił1
0 1 fl- o fl- Śł 1 Ś^1- o o o o
i ' m cu i\ � -o IV IX * IV� IV c _
o _ _ i 3^ _ ? 5 o _ u Bo _
dhiw*
, DM1
O O
O o O
Q O
> DM2
> DM3
DM4
DM5
DMG
> W?
O O
O O
DM8
Rys. 9. Rozmieszczenie elementów na płytkach drukowanych.
włożeniu (uwaga na kierunek!) matryc LED, można zabrać się do montażu płytki z rejestrami 74LS164. Pod układy scalone nie należy stosować podstawek. Kondensatory ClO"Cl7 powinny być wlutowane jak najniżej w płytkę, tak aby nie wystawały ponad górną powierzchnię obudów układów scalonych. Najlepiej do tego celu nadają się małe kondensatory monolityczne. Często stosowane kondensatory MKT mogą okazać się zbyt wysokie. Pozostałe rezystory 68Lł (z grupy R11..R66) należy wlutować od strony wyprowadzeń płytki, poziomo do jej powierzchni.
Pozostała jeszcze do montażu płytka z mikroprocesorem Ul. Montaż należy rozpocząć od wlutowania elementów nis-koprofii owych: rezystorów, diod i podstawek pod układy scalone. Na końcu należy zamontować przełącznik SWl, tranzystory T1..T5 oraz pozostałe elementy. Przy lutowaniu kondensatorów elektrolitycznych należy zwrócić uwagę na ich poprawną polaryzację.
W zależności od potrzeb, należy wlutować rezystor R4. Rezonator kwarcowy Xl montujemy w pozycji leżącej, mocując jego obudowę do płytki przy pomocy dodatkowej klamry, wykonanej z kawałka srebrzanki. Klamrę należy przylutować kroplą cyny do obudowy rezonatora.
Teraz można przystąpić do połączenia wszystkich trzech płytek modułu. Przedtem jednak należy jeszcze raz bardzo
Elektronika Praktyczna 6/97
51
Inteligentny wyświetlacz alfanumeryczny
+C1 > 1� i 1 12 ^ -R1
-R3 > 2* 1 I 11 < -R2
+C2 > 3* i 1 10 � +C3
-R5 > 4� i 1 9 -4-R4
-R6 > 1 8 � +C5
-R7 > 6* � 1 7 Ś4 +C4
C1...C5: anody kolumn R1...R7: katody wierszy
matryca TA07-11 rozkład wyprowadzeń
(widok z góry)
Rys. 10. Rozmieszczenie wyprowadzeń matrycy TA07-11.
uważnie sprawdzić jakość montażu, eliminując wszelkie możliwe zwarcia oraz przerwy na płytkach drukowanych. Po połączeniu płytek bardzo trudno będzie usunąć pozostawioną niechcący kroplę cyny lub poprawić przerwaną ścieżkę na druku.
Do połączenia płytek potrzebne będą typowe, jednorzędowe listwy goldpin. Wszystkie płytki drukowane montujemy w "kanapkę". Najpierw łączymy płytkę z matrycami LED z płytką rejestrów 74LS164. Tę ostatnią umieszczamy za płytką wyświetlaczy, w pozycji odpowiadającej pokrywaniu się punktów połączeniowych na obrzeżach obu płytek. Jeżeli wszystko przebiegło pomyślnie, można przystąpić do dołączenia płytki sterownika z procesorem Ul.
Płytkę tę montujemy "plecami" do płytki rejestrów, tzn. tak, aby elementy znajdowały się po stronie zewnętrznej (od tyłu) modułu, co ułatwia dostęp do elementów sterownika i umożliwia włożenie układów scalonych U1..U5 w podstawki, po zakończeniu montażu całego modułu.
Do połączenia płytki drukowanej sterownika z pozostałymi płytkami służą punkty lutownicze na brzegach płytki (po lewej i prawej stronie modułu). Niektóre z nich przechodzą poza płytką rejestrów LS164 w specjalnie wyfrezowanej szczelinie. Dotyczy to połączeń kolektorów T1..T5 (patrz schemat z rys.2) z anodami wierszy matryc DM1..DM8. Do tego połączenia należy użyć kawałków srebrzanki, uważając przy tym, aby nie stykały się ze sobą.
Na końcu należy wlutować złącze Zl zgodnie z obrysem na płytce drukowanej sterownika.
Po zmontowaniu całego modułu można przystąpić do jego uruchomienia. Potrzebny będzie zasilacz stabilizowany o napięciu 5V i wydajności prądowej min. 300mA (najlepiej 500mA, np. laboratoryjny). Przed załączeniem zasilania należy umieścić układy scalone w podstawkach na płytce sterownika, a następnie dołączyć punkt testowy oznaczony jako J2 do masy zasilania. Po doprowadzeniu zasilania, np. do złącza Zl (piny 1 i 2, patrz tabela 1), na wyświetlaczu powinien pojawić się napi s: **TEST**. Po krótkiej chwili wykonany zostanie automatyczny test całego wyświetlacza, podczas którego, bez ingerowania w sterowanie, użytkownik ma możliwość skontrolowania działania większości funkcji oferowanych przez moduł. Procedura testująca jest dość złożona, lecz całkowicie bezobsługo-wa. Nie będziemy jej więc opisywać w artykule.
Jeżeli po włączeniu zasilania wyświetlacz nie zaświeci się, należy skontrolować jeszcze raz jakość wszystkich połączeń. Poprawnie zmontowany układ ze sprawnych elementów działa od razu i nie wymaga dodatkowych czynności uruchomieniowych.
Jeżeli zaś podczas programu testowania zauważymy niepoprawność w wyświetlani u niektórych znaków lub np. w przypadku zapalenia wszystkich 35 diod matrycy LED nie-
które diody nie będą świeciły, świadczy to o uszkodzonych lub niewłaściwych matrycach DM1..DM8. W tym miejscu przestroga dla osób, które zdecydują się na zakup tych elementów z niepewnego źródła. Autor zaleca stosowanie matryc firmy King-bright, typ TA07-11. Dalej w oznaczeniu występują trzy litery określające kolor świecenia: "EWA"-
0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111
xxxxOO0O (D ��Ś Ś � a aa aa a mmmm a :.::�
1 �

xxxxOO01 (2) � �
� : : �:

xxxxOO1O (3) a mm
� � i Ś
m

xxxxO011 (4) i * * � a.a a a m
� i Ś a

xxxxO10O (5) 1 � i* 1 � � � a a '�a ..... a. a mim
� .... aaaa �"�
xxxxO101 (6) 4 ��� : :
�� � �
s !Ś�� . . � a a a
. . . � a.

xxxxO11O (7) t ��� 1 �

s 'v'
xxxxO111 (8) s :
�

xxxx1000 (1) * �mm a a � . �...


xxxx1001 (2) ��� 1 i 1
#* � Y � ....

xxxx1010 (3) �*� a :: �
a .
: �
�����
xxM011 (4) � � a aa a ��� �
a a :�. a

xxxx1100 (5) 1 �� '� i "|
� � � a
xxxx1101 (6) i -------- :v: j :v. |-

xxxx1110 (7) .::: a aa
i a a � �
�a �
XXXX1111 (8) � � a mmmmm �*� mmmmm
UWAGA:
(1)...(8)- znaki definiowane przez użytkownika.
Bit 7 kodu znaku z tabeli odpowiada za atrybut migania.
Rys. 11. Zawartość generatora znaków.
52
Elektronika Praktyczna 6/97
Inteligentny wyświetlacz alfanumeryczny
12 13 U
INTO INT1 TO
Pl.0 P1.1 PIJ PIS P14 P1.E
PO.O POI PO2 POi PtH POC
pob
PO.7
P2.0 Pi.1 P22 P23 P2.4 * P2O P27
RD WR P8EN ALE/P TOD FWD
-odczyt "Bumy Flag" MHHh-npItdanaJ
z szyny danych D0...D7
A15
RS RIW
AYT-324
Rys. 12a. Sposób podłqczenia modułu do procesora '51.
idrat buowy +Ś Oh - npłt htttnJtcJ idm buowy +Ś 1h - odczyt "Buty R*y" tdr*t buowy * 2h - zapłt d�J
Dekoder
adresu
zazyny dmych D0...D7
FVW
E
Rys. 12b. Sposób podłqczenia modułu do dowolnego systemu [iP.
vcc
-P1.1 pia
P1.B PU P1.G
pia
P1T
raorao
TCDJPB1
Tiypa.G
P3.T
WC2M1
Rys. 12c. Sposób podłqczenia modułu do procesora S9C2051.
W ?a w ?a Cłł CH n Dfl w UD WR AD Ml nv ns m nz 4 7 DD Dl DZ D3 D4 06 DB D7 KB Hfflf E

M 1 P
M 1 15
90 11
20 12
29 H 11
27 17 14
19 4
H 11 6
20 6
H CB ras m na ras nr PCO PCI PC2 PC3 POł PM pca PC7 22
B 23
H
20
H
19
ia
17
13
12
11
m

nie dotyczy właściwej polaryzacji kolumn i wierszy matrycy. W handlu spotykane są dwa rodzaje matryc: takie
jak w naszym przypadku, z anodami na kolumnach i katodami LED w wierszach (patrz rys.4), oraz drugi rodzaj, którego polaryzacja kolumny-wiersze jest o dwro tna Ś Strzeżmy się zatem nieuczciwych sprzedawców i sprawdźmy przed zakupem, np. za pomocą ba-AVT-324 teryjki, czy nabywamy właściwe elementy. Odpowiednie podłączenie zasilania w celu sprawdzenia matrycy ułatwi nam rozkład wyprowadzeń pokazany na rys.10. Jeżeli procedura testowa wypadła pomyślnie, to połączenie J2 należy usunąć, a następnie ustawić za pomocą SWl właściwy adres (offset) naszego modułu. Jeżeli korzystamy tylko z jednego urządzenia, wszystkie przełączniki SWl powinny pozostać w pozycji OFF (rozwarte). W przeciwnym przypadku w kolejnych modułach ustawiamy właściwy im adres. Nie zapomnijmy także o odpowiednim umieszczeniu jumpera w zworze Jl (patrz opis układu i rys. 2).
Kompatybilność układu AVT-324 ze sterownikiem LCD HD44780 umożliwia bezpośrednie dołączenie urządzenia w miejsce wyświetlacza ciekłokrystalicznego.
RJW
E
AYT-324
Ze względu na spory pobór prądu przez nasz moduł, należy sprawdzić możliwości dotychczas używanego zasilacza.
Kabel połączeniowy wykonujemy przy użyciu typowych złączy AFC-16 oraz odcinka taśmy 16-żyłowej. Od strony układu sterowania wtyk może być typu AFC-14, bowiem jak opisano wcześniej, dwie końcówki na złączu Zl (15 i 16) nie są częścią interfejsu wejściowego.
W wypadku łączenia kilku modułów równolegle, na jednym dłuższym odcinku taśmy montujemy potrzebną ilość złączy AFC-16, w odległościach umożliwiających podłączenie modułów w wymaganej konfiguracji. Na zdjęciu widać układ w wersji 2 linie po 16 znaków (4 moduły AVT-324).
Programowanie i obsługa
W tej części artykułu zajmiemy się sposobem programowania modułów AVT-324 oraz podamy kilka sposobów na dołączanie ich do różnych systemów mikroprocesorowych.
Na początku zapoznajmy się z zestawem znaków alfanumerycznych wbudowanym w pamięć generatora znaków CG ROM. Tabela przedstawiona na rys.11 pokazuje wszystkie 112 predefiniowanych znaków wraz z ich kodami (zgodnymi z ASCII). Polskie litery zostały zapisane pod kodami: 10h..lFh (16..31 dziesiętnie). Kody znaków 00h..0Fh są puste i służą do generowania dodatkowych znaków użytkownika. Możliwe jest zdefiniowanie maksymalnie 8 takich znaków. Sposób ich generowania opiszemy w dalszej części artykułu.
Tabela kończy się na kodzie 127 (7Fh). W oryginalnym generatorze znaków sterownika LCD -
6255
Rys. 12d. Sposób podłqczenia modułu do portów 8255.
lub
czerwony, "GWA "-zielony "YWA"- żółty".
Przy zakupie matryc innych producentów należy upewnić się, czy rozkład wyprowadzeń był taki sam, jak dla zalecanych w artykule elementów. Sprawa szczegól-
Elektronika Praktyczna 6/97
53
Inteligentny wyświetlacz alfanumeryczny
PORT DRUKARKOWY PC (Centronics)
Rys. 13. Podłączenie modułu wyświetlacza do portu Centronics.
HD44870, kody powyżej 127 zawierają znaki z alfabetu japońskiego, co z naszego punktu widzenia jest nieprzydatne. Dlatego w naszym urządzeniu podanie kodu wyższego niż 127 (128..255) powoduje wyświetlenie znaku jak z tabeli (z wyzerowanym najstarszym bitem) lecz z atrybutem migotania. Ta dodatkowa funkcja nie występuje we wspomnianych sterownikach Hitachi, lecz w naszym urządzeniu może być z korzyścią wprowadzone.
Dla przykładu, wpisanie znaku o kodzie AFh (175 dziesiętnie) spowoduje wyświetlenie migoczącej litery "G", bo przecież: AFh - 80h = 2Fh - kod litery "G" (175-128 = 47), itd.
Na rys.12 pokazano kilka przykładowych sposobów na dołączenie modułu AVT-324 do zewnętrznych urządzeń sterujących.
Pierwszy przykład (z rys,12a) bazuje na systemie mikroprocesorowym opartym o popularny kontroler 80C51, pracujący z zewnętrzną pamięcią danych. W tym przypadku nasz moduł jest wybierany począwszy od adresu 8000h (linia adresowa A15=1). Adresy sterowania podane są na rysunku.
W drugim przypadku (z rys. 12b) mamy do czynienia z podobnym systemem, lecz jako sygnał selekcji wykorzystujemy sygnał wyboru /CE z dekodera adresowego. Polaryzacja sygnału wyboru jest w tym przypadku ujemna. Przyporządkowanie poszczególnych operacji do adresów jest podobne jak poprzednio, z tym, że adres obliczany jest jak pokazano na rysunku. Adres bazowy jest generowany bezpośrednio przez dekoder.
Przykład z rys,12c ilustruje sterowanie wyświetlaczem bezpośrednio za pośrednictwem portów mikroprocesora. Wykorzystywany jest tryb transmisji danej 4-bito-wej. Procesor najpierw ustawia odpowiednią daną oraz sygnały sterujące R/W i RS, a następnie podaje dodatni impuls na końcówkę P3.7 (11), co w efekcie wysterowuje wyświetlacz.
W ostatnim przykładzie (z rys,12d) pokazano sterowanie wyświetlaczem przy pomocy sygnałów z uniwersalnego portu typu 8255. Port A steruje zapisem danej do wyświetlacza oraz odczytuje stan jego zajętości (Busy Flag na linii PA7). Trzy spośród 8 sygnałów portu PB bezpośrednio sterują wejściami R/W, RS i E.
Amatorzy programowania na
Tabela 2. Zestawienie poleceń wyświetlacza AVT-324.
Instrukcja Dane Opis Czas wykonania
RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DBO
Clear display 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 Czyści wyświetlacz i ustawia kursorna początku (adres=O) <200|is
Return home 0 0 0 0 0 0 0 0 1 Ustawia kursor na pozycji początkowej (adres=O). Jeżeli napis był przesunięty, ustawia go na pozycji oryginalnej. Zawartość DD RAM nie ulega zmianie. <200|is
Entry modę set 0 0 0 0 0 0 0 1 l/D S Ustawia kierunek przesuwu kursora i włącza/wyłącza funkcję przesuwu napisu przy zapisie do DD RAM. <200|is
Display ON/OFF 0 0 0 0 0 0 1 D C B Włącza/wyłącza wyświetlacz (D), kursor (C) i funkcję miganuia kursora (B) - "bllnk". <200|is
Cursor & display shift 0 0 0 0 0 1 S/C R/L Przesuwa kursor i napis bez zmiany zawartości DD RAM. <200|is
Function set 0 0 0 0 1 DL N Ustala ilość bitów danych interfejsu (DL) oraz liczbę wyświetlanych linii (L) <200|is
Set CGRAM address 0 0 0 1 Ustawia adres wCG RAM. Wszystkie operacje zapisu danej odnoszą się do tej pamięci po wywołaniu tej instrukcji. <200|is
Set DDRAM address 0 0 1 A Ustawia adres wDD RAM. Wszystkie operacje zapisu danej odnoszą się do tej pamięci po wywołaniu tej instrukcji <200|is
Read busy flag 0 1 BF Odczytuje stan flagi zajętości "Busy Flag". <1 JJ.S
Write data toCG or DD RAM 1 0 Dana do zapisu Zapisuje daną (znak) do pamięci DD RAM lubCG RAM. <200|is
l/D = 1: Zwiększenie (+1), DD RAM: Pamięć znaków (wyświetlania) l/D = 0: Zmniejszenie (-1), CG RAM: Pamięć generatora znaków S = 1: Towarzyszy przesuwanie napisu, ACG: Adres w pamięci CG RAM S/C = 1: Przesuwanie napisu, ADD: Adres w pamięci DD RAM S/C = 0: Przesuwanie kursora, R/L = 1: Przesuwanie w prawo, * - gwiazdką oznaczono bity nie znaczące R/L = 0: Przesuwanie w lewo, DL = 1: Interfejs 8-bitowy, DL= 0: Interfejs 4-bitowy, N = 1: 2 linie N = 0:1 linia, BF = 1: Układ zajęty , BF = 0: Gotowy na następną instrukcję,
54
Elektronika Praktyczna 6/97
Inteligentny wyświetlacz alfanumeryczny
Tabela 3.
Typ pamięci Adres Przeznaczenie
Pamięć CG ROM 00h..07h 08h..0Fh kody 8 znaków użytkownika, powtórzone w obu zakresach
1Oh..1Fh polskie litery duże i małe
20h..7Fh pozostałe znaki ASCII
80h..FFh jak dla zakresu 00h..7Fh lecz z atrybutem migotania znaku
Pamięć CG RAM 00h..3Fh pamięć matryc znaków zdefiniowanych przez użytkownika: 64 bajty, po 8 na każdy znak, patrz tabela 6.
Pamięć DD RAM 00h..27h Miniowy tryb pracy, maks. 40 znaków
00h..27h 40h..67h 2-liniowy tryb pracy, maks. 80 znaków
PC do sterowania naszymi modułami mogą wykorzystać łącze drukarkowe standardu Centronics. Najprostszy sposób dołączenia wyświetlacza przedstawia rys.13. Przykładowa procedura w języku Turbo Pascal realizująca zapis znaku do wyświetlacza z wykorzystaniem przedstawionego połączenia może być następująca:
port[LPT+$02] :=$08;
{ ustawienie sygnału E=0 } port[LPT+$02] :=$09;
{ ustawienie RS=1, R/W=0 } port[LPT+$00]:=kod_znaku;
{ zapis znaku na linie DO..D7}
port[LPT+$02] :=$01; { E = l } port[LPT+$02] :=$08;
{ E=0 koniec zapisu znaku } delay(l); { poczekaj na wykonanie instrukcji } gdzie LPT: adres bazowy portu drukarkowego (= 378h dla LPTl, = 278h dla LPT2).
W tym jednak przypadku nie jest możliwe monitorowanie flagi zajętości Busy Flag. Dlatego po wykonaniu jakiejkolwiek operacji należy odczekać np. 1 ms - instrukcja "delay(l)".
Zestawienie wszystkich poleceń wyświetlacza AVT-324 znajduje się w tabeli 2.
Natomiast tabela 3 zawiera definicje obszarów adresowych pamięci generatora znaków CG ROM, generatora znaków użytkownika
KursorB
Kursor A
Uwaga: oba typy kursorów migoczą I
Rys. 14. Przykładowe kształty kursora.
CG RAM oraz pamięć wyświetlania DD RAM. Poniżej opiszemy działanie poszczególnych instrukcji. Pozycja bitów oznaczonych gwiazdką nie ma znaczenia.
"Clear display"
- czyszczenie wyświetlacza RS R/W D7..D0 0 0 00000001 Cała pamięć DD RAM zostaje wypełniona spacjami (2 0h), wskaźnik (kursor) adresu DD RAM zostaje wy zerowany. Jeżeli napis był "przesunięty", wraca na swoje miejsce. Rozkaz ustawia bit I/D w słowie "Entry Modę". Bit "S" w tym słowie się nie zmienia.
"Return home"
ustawienie kursora na poz. początkowej RS R/W D7..D0 0 0 0000001*
Zeruje wskaźnik adresu DD RAM, kursor zostaje przesunięty do pozycji 0. Przesunięty tekst powraca na swoje miejsce, zawartość pamięci DD RAM nie ulega zmianie.
"Entry modę set"
- sposób sterowania wyświetlaczem
RS R/W D7..D0 0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S I/D: inkrementuje (I/D=l) lub dekrementuje (I/D=0) wskaźnik adresu DD RAM o 1 po każdorazowym zapisie znaku do tej pamięci. Kursor zostaje przesunięty w prawo, gdy I/D=l, lub w lewo, gdy I/D=0. To samo dotyczy pamięci CG RAM przy zapisie matrycy znaku użytkownika.
S: powoduje przesuwanie całej zawartości DD RAM (napisu) w lewo lub >.wiersze prawo, w zależności od bitu I/D. W praktyce wygląda to tak, jakby kursor stał w miejscu, a cały napis się przesuwał. Zapis do CG RAM przy S=l nie powoduje przesuwania się napisu.
Tabela 4.
s/c R/L Efekt
0 0 Przesuwa kursor w lewo, wskaźnik
adresu zostaje zmniejszony o 1
0 1 Przesuwa kursor w prawo, wskaźnik
adresu zostaje zwiększony o 1
1 0 Przesuwa cały napis w lewo, kursor
podąża za przesuwanym tekstem
1 1 Przesuwa cały napis w prawo,
kursor podąża za przesuwanym
tekstem
"Display ON/OFF"
- włączanie wyświetlacza i kursora
RS R/W D7..D0 0 0 00001DCB
D: włącza wyświetlacz, gdy D=l, i gasi, gdy D=0. Zmiana tego bitu nie powoduje zmiany zawartości DD RAM (wprowadzonego tekstu).
C: pokazuje kursor, gdy C=l, i chowa, gdy C=0. Nawet gdy kursor zostanie ukryty, jest nadal aktywny i podąża wraz ze wskaźnikiem pamięci DD RAM podczas operacji zapisu. Kursor "zajmuje" dwie dolne linie matrycy LED jak to pokazano na rys.14.
B: po ustawieniu tego bitu (B=l) kursor zajmuje całą matrycę, dodatkowo migocząc na przemian ze znajdującym się "za nim", wyświetlanym znakiem.
Częstotliwość migotania kursora jest taka sama jak znaku i wynosi ok. 2Hz.
"Cursor & display shift"
- kontrola kursora i przesuwania tekstu
RS R/W D7..D0 0 0 0 0 0 1 S/C R/L * * Przesuwa kursor lub napis w prawo lub lewo, bez zmiany zawartości pamięci DD RAM. W 2-liniowym trybie pracy kursor przechodzi do drugiej linii w momencie minięcia 40 pozycji w pierwszej linii (adres 27h). W tym trybie, przy przesuwaniu napisu, obie linie są przesuwane równolegle i niezależnie. Oznacza to, że ostatni znak w 1 linii trafia na miejsce pierwsze w tej same linii, a nie przechodzi do linii drugiej. To samo dotyczy linii nr 2. W praktyce wygląda to jak przesuwanie poziome dwóch niezależnych napisów w 2 liniach. W tabeli 4 zestawiono działanie kombinacji bitów S/C i R/L.
Elektronika Praktyczna 6/97
55
Inteligentny wyświetlacz alfanumeryczny
Tabela 5. Kolejne instrukcje przy zapisie przykładowego komunikatu.
No Instrukcja, RS, R/W D7..D0 Wyświetlacz Operacja
1 włączenie zasilania (inicjalizacja obwodów wewnętrznych) wyświetlacz wygaszony
2 "Function set", 0,0 00110000 Ustawienie interfejsu 8-bit, tryb 1 -li nia
3 "Display ON/OFF", 0,0 00001110 - Włączenie wyświetlacza i zapalenie kursora
4 "Entry modę set", 0,0 00000110 - Tryb inkrementacji wskaźnika adresu, bez przesuwania całego tekstu
5 "WritedatatoCG/DDRAM", 1,0 00100100 wpisanie znaku "$"
6 "Wrlte data...", 1,0 01010011 $s_ wpisanie znaku "S"
7 "Write data...",1,0 00010011 $SL_ wpisanie polskiego znaku "Ł"
8 "Write data...",1,0 01000001 $SLA_ wpisanie znaku "A"
9 "Write data...",1,0 01010111 $SŁAW_ wpisanie znaku "W"
10 "Write data...",1,0 01000101 $SŁAWE_ wpisanie znaku "E"
11 "Write data...",1,0 01001011 $SŁAWEK_ wpisanie znaku "K"
12 "Write data...",1,0 00100100 $SŁAWEK$ wpisanie znaku "$"
13 "Return home",0,0 00000010 $SLAWEK$ powrót kursora na pozycję początkową, adres "0"
"Function Set"
- ustawienie funkcji dodatkowych RS R/W D7..D0
0 0 0 0 1 DL N * * * DL: ustala szerokość magistrali danych. Gdy DL=1, dane przesyłane są w postaci 8-bitowej linii D0..D7. Kiedy DL=0, transmisja jest 4-bitowa: linie D4..D7. Gdy wybrany jest interfejs 4-bitowy, każda dana lub rozkaz musi być przesłana w 2 cyklach, najpierw starsza cześć bajtu, potem młodsza. Po każdej operacji należy sprawdzić "Busy Flag" lub odczekać czas określony w tabeli 1.
JV: ustala tryb pracy 1-liniowy (N=O), lub 2-liniowy (N=l). Gdy aktywny jest tryb 1-liniowy, a niektóre z modułów mają fizycznie (SWl) ustawiony adres drugiej linii, to pozostają one nie używane.
"Set CG RAM Address"
- ustawienie adresu pamięci znaków użytkownika
RS R/W D7..D0 0 0 01AAAAAA Ustala adres aktualnego zapisu do pamięci matrycy znaku użytkownika CG RAM.
Dozwolony adres: OOh..3Fh jak podano w tabeli 3. Po tej operacji
dane będą umieszczane od ustawionego adresu w CG RAM. (AAAAAA - 6-bitowy adres)
"Set DD RAM Address"
- ustawienie adresu pamięci tekstu
RS R/W D7..D0 0 0 1AAAAAAA
Ustala adres aktualnego zapisu do pamięci tekstu DD RAM. Po tej operacji dane są umieszczane od ustawionego adresu w DD RAM. (AAAAAAA-7-bitowy adres)
Gdy N=0 (tryb 1-liniowy) dozwolony zakres adresu: 00h..27h, gdy N=l (tryb 2-liniowy) adresy 1 linii: 00h..27h, 2 linii: 40h..67h
"Read busy flag"
- odczyt flagi zajętości RS R/W D7..D0
n -j nr *******
Odczytanie stanu flagi zajętości "Busy Flag". Gdy po odczycie BF=1 znaczy to, że moduł wykonuje wewnętrzną operację i nie przyjmie danej ani instrukcji. Następne dane powinny być przesyłane do wyświetlacza gdy BF=0.
"Write data to CG or DD RAM"
- zapis danej do CG RAM lub DD
RAM
RS R/W D7..D0 1 0 DDDDDDDD
Wpisuje 8-bitową daną DDDDDDDD do pamięci tekstu DD RAM lub generatora znaków użytkownika CG RAM. To, do jakiej pamięci zostaje zapisana dana, zależy od tego, do jakiej pamięci odnosiło się ostatnie ustawienie adresu, patrz instrukcje "Set CG RAM address" i "Set DD RAM address". Po zapisie do pamięci DD RAM lub CG RAM wskaźnik adresu zostaje automatycznie inkrementowany lub dekrementowany o 1 w zależności od ustawienia polecenia "Entry Modę".
Przykładowa kolejność instrukcji w celu zapisania 8-znakowego tekstu np.: "SSŁAWEKS" jest pokazana w tabeli 5.
Inicjalizacja modułu po włączeniu zasilania trwa około 20 ms. Czas ten nie uwzględnia okresu narastania napięcia zasilającego do wartości 4,6V. Czas ten jest potrzebny na ustawienie rejestrów konfiguracyjnych mikroprocesora Ul. Potem moduł jest gotowy do przyjęcia instrukcji lub danej. Wartości początkowe bitów sterujących wyświetlaniem są następujące:
a) wyświetlacz jest wygaszony
b) "Function Set": DL=1 (8-bit), N=0 (1-linia);
c) "Display ON/OFF": D=0, C=0, B=0;
d) "Entry Modę": I/D=l (+1), S=0 (bez przesuwania). Wewnętrzna pamięć tekstu DD
RAM jest wypełniona spacjami (znakami pustymi), natomiast pamięć matryc znaków użytkownika CG RAM wypełniona jest przypadkowymi danymi.
Generowanie znaków
Jak przewiduje standard sterowników LCD, nasz moduł posiada 64 bajty pamięci CG RAM, czyli pamięci generatora znaków użytkownika. Zapis do tej pamięci powoduje generowanie, zgodnie z tabelą 1, kolejnych bajtów wzoru znaków, począwszy od wiersza nr 1 matrycy, a na siódmym skończywszy.
Powiązanie między adresami w CG RAM, DD RAM, a matrycą znaku przedstawiono w tabeli 6
56
Elektronika Praktyczna 6/97
Inteligentny wyświetlacz alfanumeryczny
Tabela 6.
Kod znaku (tab.1) Adres w CG RAM Matryca znaku
bity: bity: bity:
76543210 543 210 765 43210
000 * * * 01010
001 * * * 10101
010 * * * 01010
0000*000 01 1 * * * 10101
kod: OOh 000 100 * * * 01010
lub 08h 101 * * * 10101
110 * * * 01010
111 * * * 00000
000 * * * 00000
001 * * * 00100
010 * * * 01110
0000*00 1 01 1 * * * 11111
kod: 01h 001 100 * * * 01110
lub 09h 101 * * * 00100
110 * * * 00000
111 * * * 00000
itd__aż do kodu
07h
000 * * * 11111
001 * * * 00000
010 * * * 11111
0000*11 1 01 1 * * * 00000
kod: 07h 11 1 100 * * * 11111
lubOFh 101 * * * 00000
110 * * * 11111
111 * * * 00000
Dla przykładu, jako pierwszy znak (kod=00h) zdefiniowano "szachownicę", a pod kodem O2h znak "karo", zaś ostatnim zdefiniowanym znakiem są cztery poziome linie. Bity oznaczone gwiazdką nie mają znaczenia przy definiowaniu matrycy znaku.
Ósmy wprowadzany kolejno bajt (wiersz) matrycy znaku nie jest istotny. Ze względu na zastosowane matryce LED: 5x7, zwykle należy wpisać OOh.
Kompatybilność z HD44780
Poniżej przedstawiono różnice w programowaniu i obsłudze przedstawionego modułu wyświetlacza ze sterownikami HD44780 stosowanymi w tekstowych wyświetlaczach LCD. l.W rozkazie "Function Set" nie jest implementowany
bit 2, nazywany często "F". Bit ten określa rodzaj matrycy znaku do wyświetlenia. W naszym module zastosowanie matryc LED 5x7 z oczywistych względów wykluczyło użycie tej opcji.
2. Kursor w module AVT-324 może pojawiać się w dwóch wariantach, jak przedstawiono na rys.14. W każdym przypadku kursor jest w trybie migotania. Dlatego ustawienie np. C=0, B=l (kursor wyłączony, migotanie włączone) nie powoduje migotania znaku na pozycji kursora. Do tego celu użyto kodów ASCII z rys.11, gdzie, aby uzyskać efekt migotania znaku, należy ustawić najstarszy bit kodu podstawowego.
3. W wyświetlaczach LCD przy odczycie stanu "Busy Flag" można także sprawdzić stan licznika adresu wyświetlacza "AC-address counter". U nas, ze względów na przyjęte uproszczenia interfejsu wejściowego, funkcja ta nie jest dostępna. W praktyce jednak nie jest to dużą przeszkodą, bowiem zazwyczaj pozycja wskaźnika adresu jest z reguły pamiętana w programie sterownika obsługującego wyświetlacz.
4.Podobnie jak w pkt.3, nie ma możliwości odczytu danej ("Re-ad Data") z pamięci CG RAM lub DD RAM,
Operacja taka jest dostępna w LCD przy kombinacji sygnałów: RS=1, R/W=l.
5.Przy sterowaniu modułu AVT-324 w trybie transmisji 4-bito-wej (DL=0), po wpisaniu każdej połówki bajtu danej lub rozkazu, należy bezwzględnie sprawdzić stan "BUSY FLAG" lub odczekać okres czasu zgodnie z tabelą 2. W pierwowzorze LCD obie połówki bajtu można wpisywać bez kontroli flagi zajętoś-ci.
6. Ograniczenie obszaru pamięci przy sterowaniu wyświetlacza 1-liniowego zostały wyjaśnione w poprzedniej części artykułu, należy o tym jednak pamiętać przy tworzeniu oprogramowania sterującego.
7.W modułach LCD fizyczne zatrzaśnięcie danej z linii D0..D7 następuje przy opadającym zboczu sygnału E (EN). W naszym urządzeniu zapis następuje przy zboczu narastającym. Nie jest to przeszkodą w kompatybilności od strony sterowania, bowiem przebiegi czasowe pokazane na rys. 6 są mniej krytyczne dla modułu AVT-324.
8.W laboratorium autor przetestował działanie wyświetlacza zmontowanego z 4 modułów AVT-324 w konfiguracji 1x32 oraz 2x16 znaków. Urządzenia były sterowane czterema sposobami: przez bezpośrednie sterowanie z portów procesora, uniwersalnego
jak to ma miejsce w wyświetlaczach z HD44780.
układu I/O, bądź przez adresowanie. Moduły były podpinane w miejsce pracujących wcześniej wyświetlaczy LCD ze sterownikiem HD44780. W każdym przypadku komunikacja z opisanymi modułami była bezbłędna. Sławomir Surowiiiski. AVT
Elektronika Praktyczna 6/97
57
PROJEKTY
Bramka szumu, część 2
kit AVT-231
Kończymy opis
elektronicznej bramki
szumów.
W tej części ańykuiu
przedstawiamy sposób
montażu i uruchomienia
układu, udzielamy także
początkującym konstruktorom
wskazówek, w jaki sposób
można dodatkowo ograniczyć
poziom szumów
w odtwarzanym sygnale.
Montaż i uruchomienie
Układ bramki szumu można zmontować na płytce pokazanej na wkładce wewnątrz numeru. Rozmieszczenie elementów przedstawia rys. 8.
Na początku należy wlutować jedyną zworę ZW, umieszczoną w pobliżu potencjometru Pl i kondensatora Cl2. Pozostałe elementy można wlutować w dowolnej kolejności.
W układzie bramki szumu niepotrzebne są elementy Rl3, Rl4, PR3, PR4, C18 iR23. Nie należy też montować zwór X-X oraz Y-Y. W tej fazie montażu nie należy lutować rezystorów Rl i R2 oraz C7 i C8. Zostaną one zamontowane po wstępnym uruchomieniu.
Zazwyczaj montować będziemy tylko po jednym kondensatorze Cl i C2 , a miejsca pod Cla i C2a pozostaną puste. Chyba, że ktoś chciałby użyć po dwa kondensatory 470nF zamiast 1HF.
Zmontowaną płytkę należy sprawdzić i uruchomić. Sprawdzenie można przeprowadzić w układzie z rys. 9.
Prąd zasilający nie powinien przekraczać 20mA, przy napięciu zasilania 12V. Napięcia na nóżkach 6 i 10 układu Ul oraz na wszystkich wejściach wzmacniaczy z kostki U2 powinno wynosić około 2,5V.
Przy braku rezystorów Rl, R2 i kondensatorów C7, C8, należy najpierw skorygować napięcia nie-zrównoważenia kostki Ul. W tym celu trzeba ustawić potencjometr Pl na maksimum i podać na oba wejścia A i B sygnał o częstotliwości 100Hz..5kHz i amplitudzie 0,2..4Vpp. Warto sprawdzić czy na wyjściu układu U3A (nóżka 1) występuje sygnał zbliżony do prostokątnego. Następnie należy dołączyć oscyloskop do wyjścia C i za pomocą przełącznika Sl
Rys. S. Rozmieszczenie drukowanej.
elementów na płytce
Elektronika Praktyczna 6/97
59
Bramka szumu
+12V
Rys. 9. Przykładowy układ do sprawdzania działania układu.
podawać i wyłączać sygnał wejściowy. Najprawdopodobniej, przy podawaniu i odłączaniu sygnału wejściowego, na wyjściu C będą występować skoki napięcia o amplitudzie kilku., kilku dziesięciu miliwoltów. Za pomocą potencjometru PRl należy zlikwidować te skoki napięcia. Podobnie za pomocą potencjometru PR2 należy zlikwidować skoki napięcia na wyjściu D.
Teraz można już wlutować na swoje miejsce rezystory Rl i R2. Natomiast kondensatory C7 i C8 należy wlutować prowizorycznie od strony druku.
Praktyczne działanie bramki szumu trzeba sprawdzić "na słuch", wykorzystując jakieś źródło sygnału audio o poziomie sygnału wyjściowego około OdB (0,775Vsk) i wzmacniacz mocy z kolumnami wg rys. 10.
Odtwarzany materiał powinien być w zauważalnym stopniu za-szumiony. Wykorzystano w tym celu walkmana i kasetę z nagraniem słownym dla niewidomych. W takich, zbliżonych do rzeczywistości, warunkach należy dobrać za pomocą potencjometru Pl próg działania bramki. Warto też poeksperymentować z pojemnościami C7, C8 i dobrać je według własnych upodobań. Pojemności kondensatora C7 raczej nie należy zwiększać ponad lp,F, bo może to spowodować utratę części sygnału użytecznego; można go ewentual-
nie zmniejszyć. Natomiast pojemność C8 może być zmieniana w szerokich granicach, praktycznie od zera do 100)iF. Kondensatory C7, C8 mogą być kondensatorami elektrolitycznymi. Z tego powodu na płytce oznaczono końcówkę dodatnią.
Jeśli docelowo bramka szumu będzie wbudowana do instalacji nagłośnieniowej (np. jako oddzielna przystawka między mikserem, a wzmacniaczem mocy), wtedy wystarczy jednorazowo ustawić próg działania bramki, nieco powyżej poziomu szumów własnych, za pomocą umieszczonego na płytce helitrima Pl. Jeśli natomiast moduł byłby wykorzystywany na przykład w rozbudowanym procesorze dźwięku przy przegrywaniu taśm, montażu ścieżki dźwiękowej filmów, należałoby raczej zamiast helitrima zastosować zwykły potencjometr dołączony przewodami do punktów E, F. Zastosowanie potencjometru 220kQ lub 470kQ o charakterystyce B korzystnie zwiększy zakres i wygodę regulacji poziomu progowego.
Uwagi końcowe
Wielu początkujących elektroników często popełnia błąd polegający na pracy z małymi poziomami sygnału użytecznego. Gene-
ralnie zmniejsza się wtedy stosunek sygnał/szum i nie sposób uzyskać zadowalające parametry. Również opisywana bramka szumu dla osiągnięcia oczekiwanych parametrów musi pracować z sygnałem wejściowym około OdB, czyli 0,775Vsk, co odpowiada około 2,2Vpp. Układ ma pewną rezerwę i może bez zniekształceń pracować z sygnałami do 6Vpp. Natomiast praca z sygnałami
0 poziomie znacznie poniżej OdB jest ewidentnym błędem. Dlatego też, w razie potrzeby, należy zastosować wzmacniacz wstępny zapewniający należyty poziom sygnału.
Jak wspomniano wcześniej, na płytce można bez kłopotów zmontować układ klasycznego ekspan-dora. Ekspandor jest także swego rodzaju reduktorem szumu.
Natomiast w zaproponowanym układzie bramki szumu można przeprowadzić dalsze eksperymenty polegające np. na zwarciu diod Dl, D2 i zmniejszeniu wzmocnienia. Do takich eksperymentów warto dokładnie poznać wewnętrzną budowę i działanie kostki NE572. Informacje na temat tego układu można znaleźć we wspomnianych artykułach w EP 5/94
1 EP6/94.
Piotr Górecki, AVT
+12V
poziom ok A OdB 1
o o 1 W A P AVT-231 C

K f
Ś 0
Rys. 10. Przykładowy sposób włączenia bramki szumów w tor akustyczny.
60
Elektronika Praktyczna 6/97
PROJEKTY
Elektroniczny klucz do PC, część 3
kit AVT-330
Opis oprogramowania kańy elektronicznego klucza do PC można było zakończyć na przedstawionym w drugiej części artykułu programie asemhlerowym- Pozostałby jednak pewien niedosyt, dlaczego na przykład zmiana kodu kluczy musi wymagać ingerencji we wnętrze komputera, aby zewrzeć ze sobą odpowiednie punkty na tru dn o dostępn ej płytce drukowanej. W trzeciej części ańykułu opisano dołączane do kańy oprogramowanie pracujące pod kontrolą systemu MS-DOS, usuwające między innymi wspomnianą niedogodność. Omówione będą również dodatkowe programy (dołączane do kitu) wspomagające przygotowanie pliku binarnego BIOS-u,
Informacje przydatne dla programistów
Przygotowanie pliku binarnego dla rozszerzenia BIOS-u wydawałoby się sprawą prostą - wystarczy wywołać odpowiedni kompilator i gotowe. Niestety, nie jest to takie proste. Mikroprocesory rodziny 80x86 niezbyt często występują w amatorskich konstrukcjach, toteż zdobycie asemblera generującego plik wyjściowy w formacie akceptowalnym przez programatory pamięci EPROM może być trudne (lub raczej kosztowne). Najczęściej spotykanymi kompilatorami asemblera dla procesorów 80x86 są TAŚM i MASM. Są to jednak kompilatory przeznaczone do tworzenia programów pracujących pod kontrolą systemu MS-DOS. Stosowanie tych kompilatorów ma istotną zaletę - można wykorzystać potężne narzędzia wspomagające proces uruchamiania pisanego programu.
Trudności związane z utworzeniem pliku binarnego można w sposób dosyć prosty obejść. Wystarczy wygenerować plik wynikowy typu COM, który w odróżnieniu od plików typu EXE, nie zawiera nagłówka i nie wprowadza podziału pamięci na segment danych i segment kodu. Plik taki mógłby być naszym plikiem binarnym, z jednym zastrzeżeniem -
programy typu COM w systemie MS-DOS są wykonywane od adresu startowego lOOh. Tak więc pierwszy bajt pliku zawiera kod instrukcji, który przy uruchomieniu takiego programu jest ładowany pod adres lOOh, przy czym lOOh nie jest adresem bezwzględnym, lecz ofsetem w 64kB segmencie pamięci. Jest to sytuacja dla nas dogodna, bo plik COM można dołączyć do 256-bajtowego pliku zawierającego dane wymagane w specyfikacji rozszerzenia BIOS-u. Pliki te można połączyć np. rozkazem: copy/b pocz4.bin+program.com out.bin.
Śr baltu wwtotf iHCZHlfl
0 55h nagłówek
1 AAh nagłówek
2 08h liczba 512-bą|towych bloków rozszerzenia BIOS-u
3 E9h rozkaz JMPIOOh
4 FAh
5 FFh

255 FFh ostatni bajt nagłówka
Rys. ó. Struktura przykładowego pliku nagłówkowego.
Elektronika Praktyczna 6/97
61
Elektroniczny klucz do PC
ZmIimi kud.
bittnll f.' Ul kuIi>al I
Rys. 7. Menu programu AVT330.EXE.
Struktura przykładowego pliku nagłówkowego, przy założonej wielkości rozszerzenia BIOS-u równej 4kB, jest pokazana na rys.6. Na dołączanej do kitu dyskietce znajdują się pliki nagłówkowe o nazwach nagl2 .bin, nagl4.bin, nagl6.bin, nagl8.bin, które mogą być wykorzystane do tworzenia własnych wersji rozszerzenia BIOS-u (liczba w nazwie określa długość programu, a nie wielkość pamięci EPROM, do której będzie zapisany program).
OK! kody są usunięte z pamięci E EPROM
Rys. S. Algorytm procedury zmiany kodu.
Na tym jednak nie koniec. Należy spełnić jeszcze jeden warunek: suma modulo lOOh wartości wszystkich bajtów rozszerzenia BIOS-u musi być równa 0. Na listingu 3 przedstawiono program w języku C, który rozwiązuje ten problem. Parametrami wejściowymi dla programu są:
- nazwa wejściowego pliku binarnego;
- wielkość programu rozszerzenia BIOS w kilobajtach (dopuszczalne wartości: 2, 4, 6, 8);
- wielkość pamięci EPROM w kilobajtach, dla której tworzony jest plik wynikowy (dopuszczalne wartości: 2, 4, 8).
Po kontroli parametrów wywołania, wejściowy plik binarny jest wpisywany do tablicy o nazwie tablica, a następnie tablica jest uzupełniana wartościami FFh, aź do ostatniego bajtu programu, gdzie wpisywana jest wartość korygująca tak, żeby suma modulo lOOh była równa 0. Tak uj utworzona tablica jest zapi-g sywana do pliku pod nazwą jj out.bin. Skompilowany do fij postaci wykonywalnej pro-< gram z listingu 3 znajduje g się na dyskietce dołączanej
1 do kitu (program BMA-L KE.EXE). Dodatkowo na uj dyskietce znajduje się pro-* gram BCHECK.EXE, przeprowadzający kontrolę pliku, który ma zawierać kod rozszerzenia BIOS-u. Kontrolowany jest bajt określający długość programu oraz obliczana jest suma modulo lOOh wartości zapisanych w pliku.
5ę Wywołanie programu wyglą-
2 da następująco:
g bcheck plik,bin
uj gdzie plik.bin jest nazwą pli-
"* ku wejściowego.
Podsumowując, aby otrzymać plik binarny zawierający program rozszerzenia BIOS-u należy postępować zgodnie ze schematem zawartym w tabeli 1 (przy wykorzystaniu TAŚM iTLINK firmy Borland).
co
Listing 3. Program wspomagajqcy tworzenie pliku binarnego dla programatora.
#lnclude
Hlnclude
Hlnclude
Hlnclude
lnt rnalndnt argc, char *argy [ ] )
FILE ''plik, Ś'pllk_wyr
lnt kod, eprornr " 2l4lSl8
lnt c, rnodulo, lr
Unslgned long sUrna, llcZnlk_ba]toWr
lnt tabllca[82OO];
ptlntf( "\nPrzygotoWanle BI0S-u\n" )r lf (argc i = 4)
fprintf(stderr,"\nWywolanle:\n \
brnake.eKe pllk_We [2l4l8] [2 I 4 I 8 ]W ) r
fprintf (stderr," \
"kod "eprom\n");
return lr } // lf argc '= 2...
lf ( (plik = fopen(argv[l],"rb")) == NULL )
printf( "Blad otwarcia pliku zlEIOS-ern" );
soUnd( 100 )r delay ( 300 ); nosoUndOr return 0;
lf ( (pllk_wy = fopenCoUt.bin", "wb") ) \ == NULL ) !
printf( "Blad otwarcia pliku \ Wyjściowego" );
sollnd( 100 )r delay ( iOO ); nosoUndOr fclose( plik )r return 0; i
kod = atol( argV[Z] ) :
sWltch( kod ) !
case 2 1: { kod = 2 048; breakr !
case 41: { kod = 409Sr breakr }
case 61: { kod = 6144r breakr }
case 8 1: { kod = 8192r breakr }
default : {
ptlntf ( "\n\n\n\n\n \ Blednie podana Wielkość kodu'\n" )r fclose( plik )r fclose( pllk_wy )r return lr
i
i
eprom = atol( argy[3] )r sWltch( eprom )
case 21: { eprom = 2048; breakr } case 41: { eprom = 409Sr breakr } case 81: { eprom = 8192r breakr }
default : {
ptlntf ( "\n\n\n\n\n \ Blednie podana Wielkość EPF0M'\n" )r fclose( plik )r fclose( pllk_wy )r return lr
i
i
// lnlc]ac]a tablicy
for( l=0r l<8199r 1++)
tabllca[l] = Z55;
II przepisanie programu do tablicy
llcZnlk_ba]toW = 0;
Whlle( (c = fgetc(pllk)) '= EOF )
!
tablica[licZnlk_ba]toW] = er
1lcZnlk_ba]toW+ +r
lf( llcZnlk_ba]toW > kod )
!
printf( "\nPrzesadziles trochę \ Zldlugoscla tego pllkuW )r
fclose( pllJ: )r fclose( pllk_wy )r return 0; i } // Whlle
// obliczanie silmy msd lOOh sUrna = 0;
llcZnlk_ba]toW = 0; modulo = 0;
for( l=0r lsUrna += tabllca[l]r
rnodulo += tabllca[l]r
lf( rnodulo > Z55 )
modulo -= 256r i
tabllca[kod-l] = 256 - rnodulor
for( l = 0r Keprornr 1 + +)
fpUtc( tablica[1], pllk_wy )r
fclose ( plik ) r fclose ( pllk_wy )r retum 0; i / / rnaln ()
62
Elektronika Praktyczna 6/97
Elektroniczny klucz do PC
OK! zabezpieczenie jest wyłączone
Tabela 1.
Krok Operacja Wynik
1 taśm program.asm program.obj
2 tlink/t program.obj program.com
3 copy /b nagl4.bin+program.com temp.bin temp.bin
4 bmaketemp 4 8 out.bin
Rys. 9. Algorytm procedury wyłączenia zabezpieczenia.
Zarządzanie trybem pracy karty z poziomu MS-DOS
Z dotychczasowego opisu możliwości funkcjonalnych karty elektronicznego klucza do PC można wnioskować, że przy każdym włączeniu komputera następuje prośba o przyłożenie pastylki DS1990 do czytnika. Na szczęście tak jednak nie jest! Można przecież wyobrazić sobie sytuację, w której musimy umożliwić komuś pracę na naszym komputerze, a nie chcemy wręczać danej osobie pastylki DS1990 (może ona być nie- ; zbędna do uruchomienia naszego samochodu lub włączenia/wyłączenia systemu alarmowego w naszym domu). W takiej sytuacji nie ma potrzeby wyjmowania karty z komputera, wystarczy uruchomić odpowiedni program, który po weryfikacji uprawnień wyłączy zabezpieczenie. Na dyskietce dołączanej do kitu jest umieszczony program (plik AVT330.EXE), którego menu jest pokazane na rys.
7. W programie zaimplemento-wano trzy procedury podnoszące walory użytkowe karty. X Zmiana kodu Wywołanie tej procedury następuje po wciśnięciu klawisza Fl. Nazwa procedury jest trochę myląca, gdyż nie powoduje ona zmiany kodu, lecz wymazanie kodów z pamięci EEPROM. Bezpośrednią tego konsekwencją jest konieczność wprowadzenia nowych kodów przy następnym uruchomieniu komputera. Na rys. 8 jest pokazany algorytm realizujący usuwanie kodów z pamięci EEPROM. W pierwszej fazie do mikro-kontrolera US3 (port 3lFh) jest wysyłany bajt o wartości xxxxxx01b (x oznacza dowolną wartość). Wartość ta informuje mikrokontroler o zainicjowaniu procedury usuwania kodów, mikrokon-troler potwierdza odebranie tej informacji zwracając bajt xxxxxx00b. W tym momencie na ekranie komputera jest wypisywany komunikat: "Proszę przyłożyć klucz do czytnika" i mikrokontroler przechodzi w tryb oczekiwania na przyłożenie pastylki DS1990 do czytnika. Odczytanie prawidłowego kodu jest sygnalizowane wysłaniem przez mikrokontroler bajtu o wartości xxxxxxllb, po czym następuje wymazanie kodów z pamięci. Jeżeli procedura usuwania kodów zakończy się pomyślnie, mikrokontroler informuje o tym wysyła-j ąc bajt o wartości xxxxxx00b. Wyłączenie kontroli Algorytm wyłączenia kontroli (rys. 9) jest bardzo podobny do algorytmu zmiany kodu. Również w tym przypadku, w pierwszej kolejności jest przeprowadzana weryfikacja uprawnień. Procedury te różnią się jedynie wartościami wymienianymi między komputerem PC a kartą. Od momen- Rys. 10. Algorytm procedury włączenia tu wyłączenia kontroli nie zabezpieczenia.
będzie konieczne przykładanie pastylki DS1990 przy uruchamianiu komputera. Jedynym przejawem zainstalowania karty będzie komunikat wyświetlany przy procedurze POST. Procedura jest uruchamiana po przyciśnięciu klawisza F2. X Włączenie kontroli Algorytm tej procedury pokazano na rys. 10. Procedura ta jest wywoływana po przyciśnięciu klawisza F3. Przy włączaniu kontroli, z oczywistych powodów, nie jest wymagane posiadanie klucza. W pierwszym kroku do mikrokontrolera jest wysyłany bajt o wartości xxxxxxlOb. Jest to taka sama wartość jak przy wyłączaniu kontroli, więc następne działania są podejmowane w zależności od stanu, w jakim znajduje się mikrokontroler US3. Włączenie kontroli jest potwierdzane przez mikrokontroler wysłaniem wartości xxxxxx00b.
Działanie omówionych wyżej procedur można przerwać wciskając klawisz ESC. Zakończenie pracy programu następuje po wciśnięciu Alt-X. Paweł Zbysiński
OKI zabezpieczenie jest włączone
Elektronika Praktyczna 6/97
63
NOWE PODZESPOŁY
Kontroler do szybkiego ładowania akumulatorów
MOTOROLA
Wraz z rozwojem przenośnych urządzeń elektronicznych, a szczególnie telefonii komórkowej, dużego znaczenia nabiera niezawodne i długie działanie akumulatorów zasilających. Wiele firm produkuje układy do kontroli i ładownia akumulatorów kadmo-wo-niklowych (NiCd] i wodorkowych (NiMH]. Jest wśród nich również Motorola, która proponuje układ MC33340 - scalony kontroler do szybkiego ładowania akumulatorów. Schemat ideowy najprostszej ładowarki z układem MC33340 przedstawiono na rys.l.
Charakteryzuje się on następującymi właściwościami:
- zabezpieczenie przed zamianą biegunowości o czułości 4,0mV;
- nie obciążająca akumulatora kontrola stanu jego naładowania;
- duża odporność na zakłócenia z synchroniczną logiką VFC;
- programowany czas ładowania w zakresie 1..4 godziny;
- programowany czujnik temperatury;
- szybkie testowanie;
- zabezpieczenie układu w przypadku zaniku napięcia zasilającego układ;
- napięcie zasilania między 3,0V a 18V. Układ jest produkowany w wersji 8 pin
DIP lub 8 pin SOP do montażu SMD.
DC
\PpA
1
Rys. 1.
Dekoder-driver do wyświetlaczy LED firmy � MOTOROLA
Jak w sposób nieskomplikowany sterować wyświetlaczem diodowym w znacznej odległości od systemu sterującego? Otóż wystarczy tylko doprowadzić zasilanie i trzy przewody łącza szeregowego (iys.2]!
Układ MC14489 zasilany jest napięciem 4,5..6V i pracuje w temperaturach od -40 do +13O�C. Sterowanie matrycą diod świecących (niekoniecznie musi to byc wyświetlacz 7-segmentowy] wykonano na nisko rezystywnych tranzystorach FET, przy czym jaskrawość świecenia można regulować poprzez mikrokontroler (danymi szeregowymi].
W przypadku sterowania wskaźników 7-segmentowych układ dysponuje możliwością dekodowania znaków heksadycymalnych (0-9, A-F] lub dodatkowych specjalnych znaków (16 szt.]. Dostępny w obudowach DIP i SOP.
MOTOROLA
l_ VDD h vsa o 1 III- Ś
1
i-OPTIONAL- DrtTAOUT * R* h 1 r o r B 1 Ś 1
r
mcm OWA IN o. cci ud cci O o.

MCUUPU ---------b nnnt BWK& BUBLE BAW 3
_L BAMC2 BAWI
Rys. 2.
Zasilanie z pojedynczej
Układ LT1307 (rys.3] zawiera mały zasi-Iac2 pozwalający otrzymać, przy zasilaniu z IV, napięcie wyjściowe 3,3V, przy prądzie wyjściowym 75mA. Wbudowany modulator PWM pracuje przy częstotliwości 600kHz pobierając prąd ok. 70uA.
Sprawność urządzenia wynosi 8 0%,
przyjmując zasilanie do 1,5V. Współpracuje z tanimi kondensatorami ceramicznymi do montażu powierzchniowego. Zawiera czujnik wyładowania baterii. Obudowa MSOP, w jakiej jest oferowany, stanowi tylko 2/3 wielkości tradycyjnej obudowy SO!
Rys. 3.
Elektronika Praktyczna 6/97
NOWE PODZESPOŁY
Nowe układy MACH5 firmy AMD/VANTIS
Advanced Micro Devices
Firma AMD postanowiła przekształcić dotychczasową grupę Programmable Logic Di-vision w samodzielną firmę, będącą członkiem AMD i pracującą pod jej nadzorem. Od niedawna pojawiła się więc nowa firma VAN-TIS, która kontynuuje produkcję układów PLD dotychczas firmowanych znakiem AMD. Jest ona osiągalna w Internecie pod adresem www.vantis.com.
VANTIS zapowiada nową rodzinę układów wielkiej skali integracji MACH5-256 (M5-256) o czasie propagacji 7,5 ns. Układy te
będą produkowane w 4 opcjach I/O, w obudowach od 100 do 208 pinów. Istnieje moż-liwoSć programowania ich w systemie za pomocą złącza JTAG.
Podstawowe cechy nowych układów:
- krótki czas propagacji - 7,5 ns;
- niski pobór mocy;
- duża możliwoSć kombinacji I/O;
- programowanie przez złącze JTAG (IEEE 1149.1);
- 100% zgodnoSci z PCI;
- wykonania w rozszerzonej wersji tempera-
turowej;
- praca przy 3,3 V;
- uniwersalne narzędzia programowania. Aplikacje:
- układy przechowywania danych;
- systemy graficzne;
- centrale biurowe;
- drukarki;
- telekomunikacyjne układy interfejsowe;
- adaptery sieciowe.
Jak bezpiecznie włożyć i wyjąć kartę z płyty głównej komputera
- propozycja firmy / T LlLlt/UL.
TECHNOLOGY
Wielu użytkowników komputerów nie zadaje sobie trudu by wyłączyć komputer w czasie zmiany jego konfiguracji. Czasem, przy ciągle pracujących systemach, jest to wprost niemożliwe.
Wychodząc naprzeciw oczekiwaniom klientów, firma Linear Technology zaproponowała tzw. "Hot Swap Controller", układ oznaczony symbolem LTC1421 (rys.4), który pozwala na bezpieczne wkładanie i wyjmowanie karty z pracujących układów oraz do-
datkowo dostarczający napięć zasilających wymaganych przez karty cyfrowe.
Najważniejszymi cechami tego układu układu są:
- reset systemowy i sygnalizacja prawidłowego zasilania;
- programowany elektroniczny przerywacz obwodu;
- programowany przez użytkownika próg zadziałania;
- kontrola napięć zasilających od 3V do
12V;
- kontrola dwóch źródeł zasilania;
- zabezpieczenie w przypadku zaniku zasilania;
- wejScie reset pozwalające na ustalenie stanu pracy karty po wystąpieniu błędów;
- układy wykrywające wkładanie i wyjmowanie karty.
Układ jest dostępny w obudowach 24SO lub SSOP.
FAULT
POR
GND
Rys. 4.
TECHNOLOGY pw,�
QuickSwJtch
Elektronika Praktyczna 6/97
MINIPROJEKTY
Wspólną cechą układów opisywanych w dziale "Mlnlprojekty" jest łatwość Ich praktycznej realizacji. Na zmontowanie I uruchomienie układu w typowym przypadku wystarcza kwadrans. Mogą to być układy stosunkowo skomplikowane funkcjonalnie, niemniej proste w montażu I uruchomieniu, gdyż Ich złożoność I Inteligencja jest zwykle zawarta w układach scalonych. Wszystkie projekty opisywane w tej rubryce są praktycznie wykonane w laboratorium AVT. Większość z nich wchodzi do oferty kitów AVT jako wyodrębniona seria "Mlnlprojekty" o numeracji zaczynającej się na 1000.
Przystawka do pomiaru małych rezystancji
Popularne mierniki
cyfrowe stosowane przez
elektron ików- ama torów,
oprócz głównej zalety, jaką
jest niska cena, posiadają
szereg wad - m.in. maią
dokładność pomiaru
rezystancji, zwłaszcza na
najniższym zakresie 200Q.
Także test diod, który
z regufy jest zdublowanym
zakresem 2kQ, nie daje
miarodajnych wyników.
Co zatem zrobić, gdy
zajdzie potrzeba dobrania
dokładnej rezystancji
bocznika lub rezystora do
wzmacniacza czy
zasilacza?
W praktyce pomiar małych rezystancji jest dość kłopotliwy. Znane są co prawda metody pomiaru rezystancji za pomocą woltomierza i amperomierza, ale metoda ta wymaga stosowania zasilacza o dużej wydajności prądowej. Dodatkowym skutkiem ubocznym jest fakt, iż przez badany element przepływa prąd o dużej wartości, co w niektórych przypadkach może spowodować zniszczenie mierzonego elementu.
Przedstawiona w artykule przystawka współpracuje z woltomierzem napięcia stałego 200mV i 2V i ma cztery zakresy pomiarowe: 2Ll, 20Ll, 200^ i pomiar spadku napięcia na złączu półprzewodnikowym. Szczególny nacisk położono na zminimalizowanie prądu pomiarowego, który w omawianej przystawce wynosi lmA. Pracując przy tak ma-
łym prądzie nie uszkodzi badanych elementów, a do zasilania całości wystarczy nawet bateria 9V, bowiem pobór prądu nie przekracza 7mA.
Schemat ideowy przystawki przedstawiony został na rys. 1. Układ możemy podzielić na trzy bloki funkcjonalne: stabilizator napięcia pracujący także jako źródło napięcia odniesienia, źródło prądowe stabilizujące prąd pomiaru na poziomie lmA i wzmacniacz pomiarowy o przełączanym wzmocnieniu.
Omówimy je kolejno. Jako źródło napięcia odniesienia wykorzystany został stabilizator 78L05. Stabilizator zasila także wzmacniacz operacyjny i źródło prądowe. Z uwagi na fakt, iż maksymalne napięcie wyjściowe wzmacniacza operacyjnego TL062 jest o ok. 650mV niższe od bezwzględnej wartoś-
ci napięcia zasilającego, konieczne było zastosowanie prostego układu z diodą Dl i kondensatorem C2 do wytworzenia tzw. sztucznej masy (zasilanie wzmacniacza +5V, -0,7V). Wzmacniacz operacyjny US1A łącznie z tranzystorem Tl tworzą precyzyjne źródło prądowe. Zasada działania źródła prądowego polega na stabilizacji spadku napięcia na rezystorze R3. Napięcie to jest porównywane z napięciem odniesienia dostarczanym z układu US2 poprzez dzielnik rezystancyjny Rl, Pl, R2. Potencjometr montażowy Pl umożliwia precyzyjne ustawienie prądu pomiarowego na poziomie lmA. Kondensatory C5 i C6 odsprzęgają napięcie zasilające, a kondensatory C7 i C8, zapobiegają powstawaniu oscylacji. W roli wzmacniacza pomiarowego pracuje wzmacniacz US1B łącznie z rezystorami R4..R11. Układ ten pracuje w konfiguracji wzmacniacza różnicowego. Podstawowy układ aplikacyjny wzmacniacza różnicowego przedstawiono na rys.2. Jego napięcie wyjściowe określone jest wzorem
US2 7BL05
ZocUd pomiarowa
Rys. 1.
Elektronika Praktyczna 6/97
71
MINIPROJEKTY
W celu zmniejszenia wpływu prądów polaryzacji wejść na niezrównoważenie wzmacniacza w praktyce przyjmuje się Rl=R3 oraz R2=R4. Wtedy:
W układzie pomiarowym z rys. 1 funkcję rezystora Rl (rys. 2) pełnią rezystory R4, R6 i R8, a rezystora R3 rezystory R5, R7 i R9. Wartości rezystorów zostały tak dobrane, aby przez ich zwieranie zmieniać dekadowo wzmocnienie układu. I tak, przy rozwartym przełączniku SWl wzmocnienie wynosi 1, przy zwartych R4 i R5 wzmocnienie wynosi 10, a przy zwartych R4..R6 i R5..R7 wzmocnienie jest równe 100. Przykładowo, mierząc rezystor 1,5D na zakresie 2D, spadek napięcia na tym rezystorze wyniesie l,5mV (Uwel = IV, Uwe2 = l,0015mV). Na wyjściu wzmacniacza pomiarowego uzyskamy napięcie 150 mV. Bardzo ważne jest, aby zaciski pomiarowe połączyć w taki sposób jak pokazano na schemacie (za pomocą przewodów dwużyłowych), w przeciwnym wypadku wynik pomiaru będzie obarczony błędem wywołanym spadkami napięć na przewodach. Kondensator C9 ogranicza pasmo przenoszenia układu, i zapobiega wzbudzaniu się wzmacniacza. Dzielnik re-zystancyjny R12, R13, R14, P2, P3, P4 służy do wyzero-wania wskazań woltomierza.
Na rys. 3 widoczne jest rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej. Montaż rozpoczynamy od wluto-wania zwór, później montujemy rezystory, kondensatory itd. Należy także połączyć punkty B-B kawałkiem przewodu izolowanego. Kondensatory C5..C9 powinny być ceramiczne. Pod układ scalony USl warto zastosować podstawkę. Po zmontowaniu całości do układu podłączamy napięcie
(9..20V). Następnie sprawdzamy napięcie na wyjściu stabilizatora, które powinno wynosić 5V ą5% względem masy. Napięcie zasilające układ scalony powinno być
0 ok. 0,7V wyższe (5,7V między końcówkami 4 i 8). Po zamontowaniu USl przystępujemy do kalibracji przystawki. Aby dokładnie ustawić prąd pomiaru będzie nam potrzebny dobrej klasy miliamperomierz, najlepiej 4,5-cyfrowy. W przypadku braku takiego można posłużyć się zwykłym 3,5-cyfrowym lub w ostateczności analogowym. Miliamperomierz należy ustawić na zakres 2mA (lub podobny)
1 dołączyć go do zacisków pomiarowych. Kręcąc potencjometrem Pl ustawiamy prąd pomiaru dokładnie na lmA. Następnie do gniazd bananowych podłączamy woltomierz cyfrowy (minus do masy układu), a zaciski pomiarowe zwieramy. Jeżeli na poszczególnych zakresach wskazanie woltomierza bliskie jest zeru, możemy przystąpić do montażu całości w obudowie. Jeżeli nie, należy wmontować elementy R12..R14 i P2..P4. Następnie za pomocą potencjometrów P3 i P4 ustalamy zakres regulacji P2 tak, aby na każdym z zakresów można było uzyskać wskazanie 0.
Całość najlepiej umieścić
w typowej obudowie KM-35B, dostępnej także w sieci handlowej AVT. Płytkę mocujemy za pomocą czterech wkrętów M3. Na płytce czołowej należy wykonać dwa otwory o średnicy 8mm pod gniazda woltomierza i jeden o średnicy 6mm pod przełącznik zakresów.
Uwagi końcowe
Przy pomiarze rezystancji woltomierz należy ustawić na zakres 200mV. Na pierwszym zakresie (2D) na 0,lmV przypada lmD, na drugim zakresie (2OD) na 0,lmV przypada lOmD, a na trzecim zakresie (200D) 1 mV odpowiada ID. Do pomiaru spadku napięcia na złączu półprzewodnikowym woltomierz należy przełączyć na zakres 2V. Wynik wskazywany na wyświetlaczu jest wartością rzeczywistą.
Przed dokonaniem pomiaru należy zewrzeć zaciski pomiarowe i wyzerować wskazanie. W przypadku korzystania z mierników analogowych należy zwrócić uwagę na wpływ rezystancji wejściowej przyrządu. Uwaga ta nie dotyczy mierników z wbudowanym wzmacniaczem pomiarowym. Jeżeli przewidujemy współpracę wyłącznie z miernikiem analogowym, można nie montować układu korekcji zera - minus miernika połączyć z masą układu. W takim przypadku wskazanie wyzerujemy bezpośrednio na woltomierzu, pozwala to także zaniedbać rezystancję wejściową woltomierza. Sebastian Owsiak
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl: 9,lkQ
R2: 2kQ
R3: lkQ
R4, R5: 909kQ 1%
metalizowane
R6, R7: 90,9kQ 1%
metalizowane
R8, R9: 10,lka 1%
metalizowane
RIO, Rl 1: l,01MQ 1%
metalizowane
R12, R13: 3,3ka lub dobrać
R14: 47Q lub dobrać
Pl : lka helitrim
P2: lka/A
P3, P4: lka potencjometr
montażowy
Kondensatory
Cl, C2, C3: 100^F/16V
C4, C5, Có: lOOnF
ceramiczne
C7: 220pF
C8: 22nF
C9: 390pF
Półprzewodniki
USl: TL062 (TL072)
US2: LM78L05
Dl: LED zielona
Tl: BC238
Różne
Obudowa KM-35B
Gniazda bananowe małe
2szt.
Krokodylki miniaturowe 2szt.
Gniazdo zasilacza
Przełgcznik MTS-203
(trójpozycyjny podwójny)
Podstawka DIL-8
Kompletny układ i płytki drukowane są dostępne w ofercie AVT pod oznaczeniem AYT-1146.

I j
1 r
/"

1 1


^ 1B p
1
10 1 Potsngorrwtr j 1

3 17

L / niazdo BBlIaeza .. r
/>7.5
Rys. 3.
Rys. 4.
Elektronika Praktyczna 6/97
MINIPROJEKTY
Przystawka do pomiaru amplitudy
Przedstawiona
w artykule przystawka
umożliwia pomiar
amplitudy napięć
zmiennych
o częstotliwościach od
lOHz do lOOkHz. Możliwe
jest także zastosowanie
przystawki jako
przetwornika AC-DC (po
zastosowaniu nurnika
wyjściowego).
Schemat elektryczny układu przedstawiono na rySil. Wzmacniacz operacyjny US1A pracuje jako aktywny prostownik jednopołówkowy. Kondensator C3 (najlepiej tantalowy) filtruje napięcie wyjściowe z prostownika US1A i diody Dl (1N4143). Napięcie to jest dostarczane do wtórnika napięciowego pracującego także jako bufor wyjściowy. Napięcie z wyjścia US1B jest podawane na wejście odwracające US1A. Napięcie na wyjściu US1B równe jest co do wartości amplitudzie napięcia na wejściu układu.
C4 1uF
Im
JZ20k
UB1A TL072
?1 1N4148
ta
ci
IDOnF
Rys. 1.
Maksymalne napięcie wyjściowe wynosi 14,5V - co przy napięciu zmiennym daje ok. 10V wartości skutecz-
nej napięcia wejściowego. Minimalne napięcie wejściowe jest ograniczone napięciem niezrównoważenia układu.
Całość wymaga zasilania napięciem symetrycznym ą5 do 15V.
Montaż przeprowadza-o maba my na płytce, której widok przedstawiono na wkładce, a rozmieszczenie elementów przedstawiono na rys. 2.
Najpierw montujemy elementy płaskie, później kondensatory. Pod układ scalony warto zamontować podstawkę. Całość nie wymaga uruchamiania i działa od razu po zmontowaniu. Aby sprawdzić poprawność działania podajemy na wejście układu napięcie zmienne np. z transformatora sieciowego. Napięcie na wyjściu przystawki powinno być o wyższe od napięcia wejściowego, czyli l,4l*Uwe.
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl: 220 kO R2: 1,0 MD Kondensatory
CL C2: lOOnF
C3: l|xF (najlepiej tantal)
C4: l^F MKT
Półprzewodniki
US1: TL072 Dl: 1N4148
Kompletny układ i płytki drukowane są dostępne w ofercie AVT pod oznaczeniem AYT-1147
Opis punktów lutowniczych:
"1" - wy) sci e (d o wo I tom i e rza) "2" -wejście napięcia zmiennego "+" - plus napięcia zasilającego "-" -minus napięcia zasilającego "MASA" - masa układu Sebastian Owsiak
Rys. 2.
Elektronika Praktyczna 6/97
73
KURS
Realizacja projektów na 8051 przy pomocy oprogramowania firmy
W tej części cyklu
prezentujemy, jak w prosty
sposób można utworzyć
program przy pomocy systemu
IAR Emhedded Workhench,
pracujący pod nadzorem
Windows.
Pierwszy program.....
Wszystkie zbiory: źródłowe, obiektowe, konfiguracyjne oraz wynikowe są zorganizowane w większą grupę, zwaną projektem. W systemie shella Embedded Workbench taka architektura przy tworzeniu projektu użytkownika jest najbardziej optymalna.
Pierwszym zatem krokiem do utworzenia nowego programu (źródła) jest stworzenie w systemie IAR projektu. Następnie należy zdefiniować typ procesora, na który dedykowany jest tworzony przez nas program. Wreszcie należy utworzyć listę plików wejściowych projektu (źródłowych). Ta ostatnia będzie w większości przypadków tworzona na etapie pisania kodu źródłowego programu.
Utworzenie nowego projektu
Aby utworzyć nowy projekt należy wybrać opcję New... z menu File, na ekranie pojawi się okno - patrz rys.l.
r
Rys. 1.
Wybieramy opcję Project, a następnie potwierdzamy "wybór klawiszem OK.
Nowy projekt dedykowany będzie na procesor z rodziny 8051. Ustawienia tego parametru dokonujemy w oknie New Project modyfikując opcje: Project Filename oraz Target CPU Family (ry&2).
f w 1

0
ij
Rys. 2.
Klawiszem OK potwierdzamy wybór, projekt zostaje utworzony. Jego struktura po każdej aktualizacji jest wyświetlana w oknie DEMO^PRJ, które jest dostępne w systemie w każdej chwili.
Następnym krokiem jest utworzenie grupy zawierającej listę zbiorów źródłowych (ich nazw), które potem utworzymy używając wbudowanego edytora (iys.3).
1= 3 New Group 1
aroup Marne:
OK 1
Common Sources
Add lo largels; CanceJ
Debug Refease
1
Rys. 3.
Wprowadzanie nazw zbiorów źródłowych odbywa się w opcji Files... z menu Project. W naszym przypadku zbiory demonstracyjne zostały wcześniej utworzone, będą to dwa zbiory: demo.c i demotwo.c.
Dołączenia tych zbiorów do listy dokonujemy myszką oraz potwierdzamy klawiszem Add. Po wybraniu wszystkich zbiorów (w naszym przypadku dwóch) kończymy operację naciskając Done (rys.4).
I
Rys. 4.
W oknie projektu pojawi się struktura naszego projektu. Oczywiście w dowolnej chwili można tę strukturę modyfikować dodając nowe elementy. Postępujemy wtedy w taki samo sposób korzystając z opcji Files z menu Project (iys.5).
Rys. 5.
Elektronika Praktyczna 5/97
75
KURS
Edycja zbiorów źródłowych
Aby wy9dytować dowolny sbiór s nassego pro]9ktu, to po prostu "klika my" mysską na ]9go naswę w oknie projektu. Rys.6 pokasuje okno 9dycji sbioru DEMO.C.
Dla nassego pro]9ktu wybi9ramy wariant proc9sora 8XC51 oras najrnniejssy mod9l pamięci Tiny.
Następni9 otwi9ramy kategorię kompilatora ICC8051 w C9lu ustawi9nia opcji dla t9go programu frys.8),
Rys. ó.
Edycja programu w syst9mi9 Ernbed-d9d Workb9nch jest sscsególnie prsy-J9mna. Wssystkie słowa sp9cjaln9 są wyro śni on 9 odmi9nnym kolor9m, co ułatwia wzrokową analizę kodu programu. I tak:
- słowa klucsowe są pogrubion9;
- tekst kornentarsa wyświ9tlony jest w kolorz9 ci9mnym ni9bi9skim;
- dyr9ktywy pr9proc9sora wyróżnione są na sielono;
- stałe w równaniach i wyrażeniach numerycznych - na cserwono;
- stringi - kolor ni9bi9ski;
- posostałe 9l9m9nty programu są w ko-lorse czarnym.
Po utworz9niu programu źródłow9go można przystąpić do J9go kompilacji.
Kompilowanie projektu
Syst9m Emb9dd9d Workb9nch po-swala na ustal9ni9 opcji dla cał9go proJ9ktu, wybran9J grupy zbiorów lub dla każdego sbioru osobno. My w na-ssyrn prsykładsie ustalimy param9try kompilacji dla cał9go proJ9ktu Release, dsięki czemu ni9 będsie koniecsne ustawiani9 ich osobno dla każdego 9l9m9ntu.
W okni9 proJ9ktu należy wybrać folder R9l9as9, a następnie otwi9ramy opcję Options... s menu Project.
Wyświ9tlon9 sos taj 9 okno opcji, s któr9go wybi9ramy podopcję General w liście Category (rys.7).
Ponieważ w kol9Jnym odcinku prs9dstawimy pracę s d9bug9r9m C-SPY, włącsamy opcję "Genera-te debug information". PowoduJ9 to wyg9n9rowani9 sbioru s informacjami ni9sbędnymi do prs9prowads9nia ana-lisy nass9go programu s d9bug9r9m (rySi9). Potwi9rdsamy wybór naciskając klawiss OK.
i
Rys. 9.
T9ras moŚ9my skompilować wssys-tkie programy sródłow9, wybi9rając sa każdym ras9m odpowi9dni moduł .C w okni9 proJ9ktu. Skompilowani9 nastę-puJ9 prs9s wybór opcji Compile s menu Project lub poprs9s naciśnięci9 kombinacji klawissy Ctrl-F9. Wynik kompilacji prs9dstawiony sostaJ9 w dodatkowym oki9nku Messages frys.10).
- IM-
M 1
Lh ^m lab M-kj w* <*�-*-ac a
+ ŚJ-------------------------------
Rys. 7.
Rys. 10.
Poni9waś program źródłowy napisany był b9sbłędni9, komunikat wska-suJ9 na poprawn9 sakońcs9ni9 kompilacji.
Po skompilowaniu wssystkich plików składowych nass9go proJ9ktu można prsystąpić do ich połącs9nia -LINKING.
Podobni9 jak w prsypadku kompilatora, prs9d tą op9racją nal9Śy ustawić param9try konsolidacji używając opcji Options s menu Project. Wybieramy kategorię XLINK, aby wyświetlić w oknie dostępne opcje linkera (rys.ll).
Zasnacsamy mysską opcję "Debug info with terminal I/O", se wsględu na pósniejsse użycie debugera C-SPY. Po-twierdsamy wybór ws kas ująć mysską OK.
Aby wykonać linkowanie wybieramy opcję Link s menu Project. Wygenerowany sostaje sbiór aout.dO3 który potem użyjemy do pracy s debugerem C-SPY. Poprawność wykonania operacji można sprawdsić w oknie Messages podobnie jak prsy kompilacji kodu źródłowego (rySil2).
-

Tom *ułfrłt <* wtun ł
�
Rys. 12.
W ten prosty sposób utworsyliśrny nass pierwssy, dość prosty projekt. W następnej csęści prsedstawimy sposób posługiwania się programem C-SPY. Sławomir Surowiński, AVT
76
Elektronika Praktyczna 5/97
PODZESPOŁY
Modem radiowy firmy
Gran-Jansen AS
Przesyłanie sygnałów cyfrowych
drogą radiową nie jest zadaniem
łatwym do wykonania. Z reguły
największą trudność sprawia
konstruktorom zaprojektowanie
i wykonanie dobrej jakości
radiowego toru transmisyjnego.
Doskonale rozwiązano ten
problem w układzie scalonym
transceivera radiowego,
opracowanym przez mało znaną
(jak na razie) w naszym kraju
firmę z Norwegii - Gron fansen
AS.
Norweska firma Grań Jansen jest producentem tylko jednego typu uldadu scalonego
- jest to scalony transceiver radiowy, przystosowany do przekazywania na niewielkie odległości (rzędu l00..300m] sygnałów cyfrowych w paśmie 434MHz. Nazwanie tego uldadu "modemem" jest drobnym nadużyciem, ponieważ nie ma on wbudowanych żadnych układów automatycznej korekcji i wykrywania błędów transmisji. Spełnia za to doskonale rolę scalonego interfejsu pomiędzy mikroprocesorem a anteną. Tak więc korzystanie z tego układu wymaga wbudowania wyższych warstw protokołu transmisyjnego w program procesora sterującego. Możliwe jest także "obudowanie" tego układu dodatkowymi blokami realizującymi sprzętowo wybrany protokół.
W tab.l zawarto podstawowe parametry układu GJRFlO. Integruje on w swoim wnętrzu wszystkie elementy niezbędne do przesyłania sygnału cyfrowego drogą radiową:
- w torze nadawczym: syntezę częstotliwości, generującą nośną o widmie rozproszonym, modulator FSK, wzmacniacz mocy w.cz. zasilający bezpośrednio antenę;
- w torze odbiorczym: wzmacniacz wejściowy o bardzo dużej czułości, wzmacniacze p.cz. o programowanym wzmocnieniu, filtry pasywne oraz żyra-torowe wykorzystywane do de-modulowania odbieranego syg-
nału, ograniczniki formujące sygnał zde-modulowany i układ dekodowania sygnału odbieranego.
Poziom logiczny odbieranego sygnału jest określany przez dekoder na podstawie różnicy faz sygnałów wychodzących z ograniczników. W strukturze układu jest realizowana kompletna synteza częstotliwości PLL z programowanymi preskalerami. Sygnał generowany przez oscylator syntezy VCO (strojony napięciem generator Collpitsa] jest wykorzystywany zarówno w trakcie nadawania, jak i odbioru sygnału. Preskalery syntezy mogą byc wykorzystywane do ustalenia częstotliwości odpowiadającej wysyłanym stanom logicznym, przy czym maksymalna szybkość przesyłania danych w tym trybie wynosi ok. 100 bodów.
Schemat blokowy wnętrza układu GJRFlO przedstawiono na rys.l.
Układ GJRFlO jest wyposażony w trójprze-wodowy interfejs szeregowy, który jest wykorzystywany do dwóch zadań:
Tabela 1. podstawowe parametry ikładi GJRFlO
Parametr Częstotliwość pracy Wartość minimalna 300 Wartość typowa 434 Wartość maksymalna 500 Jednostka MHz
Szybkośctranstnisji danych 1200 bodów
Czułość odbiornika -110 dBm
M oc wyjści owa n adap ka (nawyiściu 50Q) mW
Napięciezasilama 2,7 3,0 3,3 V
Pobór prądu podczas odbioru 20 mA
Pobór prądu podczas nadawania 30 mA
Pobór prądu w trybie "stand-by" 1 uA
Gran-Jansen AS
Rys. 1.
Elektronika Praktyczna 6/97
77
PODZESPOŁY
Rys. 2.
1. Po włączeniu napięcia zasilającego, do transmisji sygnału wykorzystywane są wszystkie trzy linie (oznaczone Load, Data, CLK]. Jako pierwszy ładowany jest 58-bitowy rejestr konfiguracyjny, do którego są wpisywane m.in. współczynniki podziału liczników syntezy M i N, włączane lub wyłączane wewnętrzne filtry, wzmacniacz LNA (ang. Low Nosie Amp-lifier], ustalany jest zakres dewiacji wysyłanego sygnału, kierunek przesyłania danych (nadawanie-odbiór], włączanie i wy-
Tabela 2. Zaleziosć wzmociieiia wzmaciiacza p.cz. od poziomów logicziych Śa wejściach A2..0.
łączanie układu, sposób kodowania sygnału (dostępne są dwa sposoby generowania sygnału FSK]. Rejestr konfiguracji umożliwia dobranie właściwości toru radiowego do wymagań konkretnej aplikacji. 2. Po załadowaniu rejestru konfiguracji sygnały CLK oraz Load nie są wykorzystywane aż do momentu kolejnego załadowania, co może się wiązać np. z koniecznoś-
cią zmiany kierunku przesyłania danych. Jeżeli ustaliliśmy tryb pracy na nadawanie, sygnał podawany na wejście Data będzie modulował częstotliwość wyjściową. Jeżeli "transceiver przełączymy w tryb odbioru, na wyjściu Data będą pojawiać się sygnały o poziomach logicznych zależnych od odbieranego sygnału, Na iys.2 przedstawiono schemat elektryczny kompletnego transceivera, wykonanego na układzie GJRFlO. Na zdjęciu ilustrującym artykuł widać konstrukcję prostego transceivera przystosowanego do współpracy z procesorem PIC17C.
Na schemacie widać trzy wejścia cyfrowe, oznaczone A2..0. Są to wyprowadzenia umożliwiające dobranie wzmocnienia wzmacniaczy p.cz. W tab.2 przedstawiono zależność pomiędzy poziomami logicznymi na tych wejściach a wzmocnieniem wzmacniacza. Dzięki zastosowaniu tego rozwiązania możliwe jest wyposażenie toru odbiorczego w ARW, co zwiększa elastyczność transceivera. Układ GJRFlO wyposażono w wyjście oznaczone reco, na którym pojawia się prąd proporcjonalny do amplitudy sygnału wejściowego (współczynnik przetwarzania wynosi 0,28|xA/mV]. Sygnał ten można poddać konwersji A/C i następnie przesłać do mikrokontrolera sterującego pracą toru transmisyjnego, co umożliwia automatyczne ustalanie odpowiedniego wzmocnienia wzmacniaczy p.cz.
Zastosowania układu GJRFlO mogą byc dość różnorodne - począwszy od systemów zdalnego nadzoru, poprzez proste modemy radiowe monitorujące stan pacjentów w szpitalach (jedno z "przemysłowych" zastosowań tego układu w Norwegii], aż do zaawansowanych systemów zdalnej identyfikacji. Ponieważ układ pracuje w paśmie częstotliwości, w którym nie jest wymagane posiadanie żadnych atestów ani zezwoleń nadaje się on doskonale do stosowania w wyrobach szybko wprowadzanych na rynek, co ma coraz większe znaczenie także w naszym kraju.
W chwili opracowywania tego artykułu nie były jeszcze dostępne układy z serii produkcyjnej. Z tego też powodu widoczny na zdjęciu układ został opisany jako próbka inżynierska - jest to więc "gorąca" nowość nie tylko w naszym kraju. Piotr Zbysiński, AVT
Artykuł opracowano na podstawie materiałów firmy Gran-Jansen, które otrzymaliśmy od przedstawiciela tej firmy na Polskę - firmy Iwanejko Electronics.
A2 A1 AO Wzmocnienie [dB]
0 0 0 45
0 0 1 40
1 0 30
Ei 1 1 20
1 0 0 10
1. 0 1 0
1 1 0 -10
1 1 1 -20
78
Elektronika Praktyczna 6/97
RAPORT E P
Zgodnie z otwartą formułą "Raportu EP", przedstawiamy zestaw oferowany przez polskiego producenta.
Amperomierz z separacją galwaniczną
kit NE-106
Prezentowany układ
amperomierza nadaje się do
wykorzystania jako samodzielne
urządzenie lub jako wygodny
w użyciu moduł, który można
wykorzystać np. w zasilaczach.
Główną zaletą amperomierza
jest galwaniczne odseparowanie
wejść pomiarowych od
zasilających. Możliwość
zasilania niestabilizowanym
napięciem oraz 3,5-cyfrowe pole
odczytowe są dodatkowymi
zaletami, które z pewnością
docenią konstruktorzy
zastosujący go w swoich
opracowaniach.
Opis układu
Schemat elektryczny układu amperomierza przedstawiono na rys.l. Separację galwaniczną uzyskano przez zastosowanie przetwornicy impulsowej DC/DC w obwodzie zasilania, złożonej z multiwibratora astabilnego, pracującego z częstotliwością ok. 23kHz (układ USl TDA2030) oraz transformatora TRI z mostkiem diodowym D3..D6. Diody Dl i D2 zabezpieczają wyjście układu USl przed przepięciami z uzwojenia pierwotnego transformatora TRI. Napięcie z uzwojenia wtórnego, po wyprostowaniu w mostku diodowym D3..D6 i odfilt-rowaniu przez C5 i C6, trafia do stabilizatora US2 (7805) i wykorzystane zostaje do zasilania pozostałych stopni układu. Sześć połączonych inwerterów CMOS (US3) pracuje w układzie przetwornicy napięcia dodatniego na ujemne, niezbędne do pracy układu przetwornika US4. Wzmocniony sygnał wewnętrznego oscylatora układu ICL7107 jest podawany na powielacz diodowy (D9, D10, Cli, C12), z którego końcówka 26 układu jest zasilana ujemnym napięciem.
Obwód pomiarowy jest typowy i składa się z rezystora pomiarowego (bocznikowego) R7 oraz bezpiecznika topikowego B2. Napięcie z R7 trafia za pośrednictwem rezystora R8 do wejść pomiarowych ICL7107 (IN-HI i IN-LO). Wejściowe napięcie współbieżne zreduko-
wano do zera poprzez zwarcie wejścia IN-LO z masą. Diody D7 i D8 zabezpieczają przetwornik przed przepięciami. Potencjometr wielo-obrotowy Pl ustala napięcie referencyjne pomiędzy wyprowadzeniami REF-HI i REF-LO US4 i służy do kalibracji układu. Pozostałe elementy RC, połączone bezpośrednio z US4, są niezbędne do pracy jego wewnętrznych bloków: oscylatora (R6, C9), integratora i układu zerowania (R9, C13, C14). Kondensator C15 odpowiada za prawidłową pracę układu powtarzającego napięcie odniesienia.
Wskaźniki 7-segmentowe LED są sterowane bezpośrednio z wyjść ICL7107, zaś wspólne anody połączone są z napięciem +5V za pośrednictwem diod D101, D102. Poprzez zwieranie par punktów oznaczonych na schemacie jako "0" i "1" można dobrać odpowiedni prąd segmentów wyświetlaczy (dla wyjść sterujących układu ICL7107 Imax = 8 mA/segment). Dzięki wyprowadzeniu na płytkę końcówek "kropek" wyświetlaczy można zapalić żądaną kropką dziesiętną zwierając, w zależności od potrzeb, jeden z punktów P1..P4 z punktem P.
Montaż i uruchomienie
Montaż urządzenia należy rozpocząć od wykonania transformatora TRI. W zestawie znajduje się rdzeń pierścieniowy oraz odpowiedni drut w izolacji typu DNE 0,4.
Elektronika Praktyczna 6/97
79
RAPORT E P
Rys. 1.
W instrukcji obsługi producent wyjaśnia sposób wykonania transformatora. W testowanym egzemplarzu kitu nawinięcie dość znacznej liczby zwojów na załączonym rdzeniu, ze względu na jego małą średnicę, okazało się dość kłopotliwe. Jednak po uruchomieniu urządzenie z tak wykonanym elementem pracowało prawidłowo. W instrukcji znajduje się zalecenie, aby w miarę możliwości po nawinięciu transformatora separującego zmierzyć indukcyjność jego uzwojeń. Dla uzwojenia pierwotnego powinna wynosić ok. IOOjiH, dla wtórnego powinna być o 40..60% większa.
Amperomierz jest montowany na dwóch jednostronnych płytkach
Tab.1. Dobór wartości P1 i R5
P1 R5
łka lOkn
i,5kn I8kn
2kn, 2,2kn 27kn
4,7kn..5kn 62kn
lOkn lOOkn
I5kn i80kn
20kn..22kn 270kn
drukowanych. Montaż nie jest kłopotliwy, wymagane jest jednak zamontowanie kilkunastu zwór na płytkach: bazowej i wyświetlaczy. Pod układy scalone zastosowano podstawki, co w fazie uruchomienia układu ma zasadnicze znaczenie. Pewien kłopot sprawia zamontowanie kondensatora elektrolitycznego C12, który jest zbyt duży, dlatego należy go wymienić na egzemplarz o mniejszych gabarytach. W urządzeniu modelowym, przy montażu podstawki bezpiecznikowej konieczne było wykonania dodatkowych otworów, ze względu na niewłaściwy rozstaw "skrzydełek" podstawki oraz otworów w płytce drukowanej.
Przed przystąpieniem do uruchomienia należy wybrać zakres pomiarowy przyrządu. Poza standardowym zakresem 2A możliwe jest uzyskanie dwóch dodatkowych: 0,2A oraz 20mA. W celu uzyskania zakresu 0,2A należy zastosować R7 = 1Q (min. 2W) i B2: 1A oraz wybrać do zaświecenia kropkę trzeciego wyświetlacza (DISP103), tj. połączyć punkty P3 i P na płytce wy-
świetlaczy. Aby uzyskać zakres 20mA, należy zastosować R7 = 10Q (min. 2W) i B2: lOOmA oraz połączyć punkty P2 i P. Wartości pozostałych elementów i montaż układu są identyczne jak w wykonaniu standardowym.
Montaż przebiega następująco, do punktów UC+ i Uc- dołączamy (przez dowolny amperomierz) zasilacz 16..24V/300mA i sprawdzamy pobór prądu, powinien być mniejszy od lOOmA. Po chwili należy też skontrolować temperaturę radiatora układu USl oraz nagrzewanie się uzwojeń transformatora TRI. Napięcie na zaciskach C5 powinno wynosić min. 7,5V, zaś na C7: 5V ą5%. Jeśli układ zachowuje się poprawnie, wstawiamy przetwornik ICL7107 (po uprzednim wyłączeniu zasilania) i po ponownym załączeniu mierzymy napięcie na C12, które powinno wynosić co najmniej -2,5V względem masy.
Następnie należy ustawić jasność świecenia wyświetlacza, nie przekraczając przy tym prądu 8mA/segment. W tym celu należy zewrzeć wyprowadzenie 37 (test) układu US4 z wy-
80
Elektronika Praktyczna 6/97
RAPORT E P
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
R1..R3: 10kO
R4: 3kQ
R5: wg tabeli
R6: 68kO
R7: 0JO/2W
R8: lOOka
R9: 47kO
MOI: 330O
Pl: helitrim wg tabeli
Kondensatory
Cl, C4: 100jiF/25V
C2, C15: lOOnF/MKT
C3: lOnF/MKT, MKSE
C5, Cli, C12: 100^F/16V
C6, C8: lOOnF/KC
C7: 47^F/1ÓV
C9: lOOpF/KC
CIO: lOnF/KC
C13: 220nF/MKT
C14: 470nF/MKT
Półprzewodniki
D1..D6, D101, D102: 1N4002
D7, D8: Zener C3V3
D9, D10: BAT85
US1: TDA2030
US2: 7805
US3: CD4049
US4: ICL7107
DISP101..DISP104: wyświetlacz 7-
segm. wspólna anoda
Różne
Bl: bezp. 630mA
B2: bezp. 3,15A
podstawki pod u.scalone
podstawka pod bezpiecznik -
2 kpi.
pierścień ferrytowy (TRI)
drut emaliowany
prowadzeniem 1, co w efekcie spowoduje zapalenie wszystkich segmentów wyświetlacza: "1888". Następnie, obserwując wskazanie amperomierza należy próbnie zwierać zwory "1" lub "0", tak aby jasność świecenia była zadowalająca i jednocześnie prąd pobierany przez układ nie przekraczał 180mA.
Ostatnią czynnością uruchomieniową układu jest jego kalibracja. Najlepiej do tego celu nadaje się akumulator, np. 12V, obciążony np. żarówką kierunkowskazu (12 W 21W). Jeśli uruchamiamy miernik na mniejszym zakresie pomiarowym niż 2A, to należy odpowiednio zmniejszyć wartość prądu płynącego przez obwód testowy. W obwód ten włączamy szeregowo nasz układ (punkty "A+" i "A-") oraz dowolny wykalibrowany amperomierz. Kalibracja polega na takim ustawieniu potencjometru montażowego Pl, aby oba mierniki wskazywały jednakową wartość prądu.
Przetestowany w naszym laboratorium amperomierz spisywał się znakomicie. Nieco kłopotów dostarczył nam montaż samego układu, lecz dla każdego amatora elektronika pokonywanie małych trudności jest dobrą szkołą montażu, tak elektrycznego, jak i mechanicznego.
Producent w instrukcji zawarł szczegółowe rysunki sposobu montażu elementów mechanicznych, takich jak transformator TRI oraz opisał sposób zamontowania radia-torów na układy USl i US2. ZW
Elektronika Praktyczna 6/97
81
SWIAT HOBBY
ELRAD 4/97
WRfi.D
..........i. ŚŚ� uin�
1 Teenager, 4 str.
Prezentacja pakietu Design LabfirmyMicroSim.W artykule przedstawiono pokrótce możliwolci tego oprogramowania oraz sposób tworzenia projektu, począwszy od schematu ideowego, poprzez analizę funkcjonalną, aż do tworzenia projektu płytki drukowanej. Podsumowaniem artykułu jest zestawienie największych zalet pakietu i najbardziej dotkliwych wad.
2. NECkisch, 4 str.
Jest to opis zestawu uruchomieniowego dla procesorów DSPfirmy NEC (^PD 77016). Niejako "przy okazji" autor skrótowo opisał najważniejsze elementy archit ektu ry całej rodziny procesorów DSP nPD7701X opracowanych przez NEC-a.
3. Designkunst, 5 str.
Bardzo interesujący przegląd oprogramowań iaCAD (EDA) dla elektroników, które jest dostępne na rynku niemiec-
kim. W ramach artykułu zawarto zestawienie najważniejszych właściwości poszczególnych pakietów, co pozwala na dość szybką orientację w podstawowych możl i wośc iac h i wy ma ga -niach prezentowanych systemów.
4. Schatzkastchen, 4 str.
Artykuł poświęcono omówieniu technik tworzenia programów do obsługi interfejsów szeregowych dla mikrokont-rolerów.
Ilustracją artykułu jest przykład gotowego rozwiązania dla procesora PIC16C84 wraz z algorytmami i kodami źródbwymi. Rolę konwertera poziomów napięć spełnia układ MAX232.
ELECTRONICS NOW 1/97
sanegow artykule urządzenia możemy od wrócić polaryzację dowolnego napięcia z zakresu +1,5..+12V, co może być przydatne np. w modułach pomiarowych z układami ICL7107 lub 7135.
6. Five-channel logie ana-lyzer, 4 str.
Opis konstrukcji analizatora stanów logicznych dołączanego do złącza drukarkowego dowolnego komputera. Urządzenie wykonano
w oparciu o dwa układy scalone CMOS - 4060 oraz 40106. Dzięki zastosowaniu elementów SMD całość udało się zmieścić w plastykowej obudowie wtyczki DB-25.
ELECTRONICS NOW 2/97
5. Negative voltage con-verterT 2 str.
Przykładowa konstrukcja po-j e mn ośc iowej p rzetworn icy napięciawykonanejw oparciu o popularny układ ICL7660S. Przy pomocy opi-
7. Build the PCDrill, 11 str.
Opis konstrukcji niezwykle prostej wiertarki numerycznej, którą można samodziel-niewykonaćdopracyw domowym laboratorium. Elektryczna część konstrukcji jest
niezwykle prosta, znacznie większych umiejętności wymaga wykonanie elementów mechanicznych.
8. Using the NE6O2, 9 str.
Artykuł stanowiący kompendium wiedzy na temat popularnego wśród radioamatorów układu scalonego -NE602. Autor przedstawił szereg interesujących aplikacji tego układu wraz z bardzo przejrzystym opisem, dzięki czemu przeniesienie prezentowanych rozwiązań do własnych aplikacji nie stanowi żadnej trudności.
9. Freezer sentry, 4 str.
Opis konstrukcji pomysłowego układu nadzorującego pracęzamrażarki. Rolę czujnika zamarzania spełnia pojemnik wypełniony wodą, współpracujący z mało skomplikowanym układem elektronicznym. Rolę "pamięci" alarmu spełnia tyrystor małej mocy (2N5060). Niebezpieczeństwo rozmrożenia żywności sygnalizowana jest przy pomocy generatora z przetwornikiem piezoce-ramicznym. Ten sam przetwornik ostrzega użytkownika przed zanikiem napięcia sieciowego, co także może zagrozić bezpieczeństwu przetworów.
10. Conductańce adapter for your multimeter, 4 str.
Opis przystawki do uniwersalnego miernika cyfrowego, która umożliwia rozszerzenie zakresu pomiarowego rezystancji do zakresu gigaomów. Przystawkę wykonano
w oparciu o jeden układ
Świat Hobby to przegląd najnowszych numerów popularnych na świecie pism dla elektroników hobbistów. Podajemy krótkie streszczenia najciekawszych artykułów
zamieszczanych w tych pismach. W pojedynczych przypadkach Czytelnikom zainteresowanym poszczególnymi artykułami przesyłamy po kosztach własnych odbitki
kserograficzne (bez tłumaczenia).
Koszt odbitki wynosi 2,- zł za pierwszą stronę, 20 gr za każdą następną.
Zamówienia na odbitki kserograficzne przyjmujemy tylko na przedpłaty, które należy składać
na blankiecie przelewu (str. 99). W pustym prostokącie, przeznaczonym na przedpłatę,
należy wpisać: SH poz. (nr) EP (nr) - kwota zł
Elektronika Praktyczna 6/97
ŚWIAT HOBBY
scalony -wzmacniać z operacyjny TLC271 i kilka popularnych elementów biernych.
POPULAR ELECTRONICS 1/97
IaSYHOHOMY OM THE WEfl
Fopular Electronics
Mi
Build a
Multimedia
ubwoolei1-
11. Multimedia subwoo-ferT 5 str.
W artykule przedstawiono konstrukcję wzmacniacza z filtrem dolnoprzepusto-wym, który przystosowano do współpracy z urządzeniami multimedialnymi komputerów. Zastosowanie tego wzmacniacza znacznie poprawia przenoszenie basów, co ma duże znaczenie dla jakości odtwarzanego dźwięku.
Autor zastosował w urządzeniu dwa układy scalone -podwójny wzmacniacz operacyjny TL072 oraz końcówkę mocy LM1875.
12. Multi-chrome projec-torT 4 str.
Jest to opis konstrukcji doić niezwykłego urządzenia medycznego, przy pomocy którego można (?) usunąć stres. Zasada działania jest prosta -oglądanie wolnozmiennych różnokolorowych świateł jest (podobno) jednym z najprostszych sposobów zminimalizowania stresu. Jeżeli któryś z naszych Czytelników sprawdzi skuteczność tego układu - prosimy o listy!
13. Temperaturę adaptor for your DMM, 3 str.
Autor artykułu prezentuje konstrukcję bardzo prostej przystawki do pomiaru temperatury, która może współpracować z dowolnym miernikiem cyfrowym. Jako czujnik temperatury zastosowano tranzystor 2N2222, rolę wzmacniacza pomiarowego spełnia układ LM1458.
8
Elektronika Praktyczna 6/97
SPRZĘT
Sterowniki impulsowe, część 1
Rozpoczynamy publikację cyklu
artykułów, w których
przedstawimy szereg zagadnień
związanych z konstrukcjami
zasilaczy impulsowych
i przetwornic.
Pierwszy artykuł cyklu
poświęcamy przybliżeniu
teoretycznych podstaw konstrukcji
typowych sterowników
impulsowych.
Rys,
Alternatywą dla standardowych układów stabilizatorów liniowych są sterowniki i przetwornice impulsowe (DC/DC), które ze względu na swoje korzystne cechy stają się obecnie bardzo popularne i szeroko stosowane. Umożliwiają one bowiem w porównaniu ze standardowymi układami stabilizatorów liniowych znaczne zmniejszenie gabarytów i ciężaru zasilacza oraz znaczące zwiększenie sprawności (do ponad 90% w porównaniu z ok. 50% dla stabilizatorów liniowych).
Te korzyści są jednak okupione pewnymi niedogodnościami - przetwornice napięcia stałego są z reguły bardziej skomplikowane w konstrukcji i, co ważniejsze, są źródłem zakłóceń (propagowanych zarówno za pośrednictwem przewodów zasilających, jak i wytwarzanego pola elektromagnetycznego). Dla wielu układów elektronicznych zakłócenia te nie są krytyczne, jednak często muszą być uwzględnione w celu zapewnienia prawidłowej pracy zasilanego układu. Należy zatem mieć świadomość, jak dalece konstrukcja sterownika lub przetwornicy wpływa na poziom generowanych zakłóceń.
W niniejszym opracowaniu dokonano przeglądu sterowników i przetwornic impulsowych ze szczególnym uwzględnieniem problemów zakłóceń emitowanych przez nie. Zawiera także wzory i wskazówki projektowe, które mogą być wykorzystane podczas konstruowania zasilaczy impulsowych.
Artykuł podzielony jest na trzy części tematyczne. Pierwsza traktuje o sterownikach impulsowych, druga o przetwornicach (konwerterach), natomiast w trzeciej poruszono problem pomiaru zakłóceń i działań, które mogą być powzięte w celu ich minimalizacji.
Sterowniki impulsowe
Sterowniki impulsowe są stosowane wtedy, gdy nie jest potrzebna bariera galwaniczna w układzie zasilania. Umożliwiają one zarówno zmniejszanie napięcia wejściowego, jego zwiększanie, jak i zmianę biegunowości napięcia wyjściowego. Nie są skomplikowane w konstrukcji, gdyż występuje w niej tylko jedna indukcyjność (w postaci dławika).
Sterownik STSI
Podstawowy schemat sterownika STSI (szeregowy tranzystor, szeregowa indukcyjność) przedstawiono na rys.l. Dławik L wraz z kondensatorem C stanowią filtr dolnoprze-pustowy tłumiący wyższe harmoniczne przebiegu wyjściowego. Zakładając, że w stanie ustalonym napięcie na kondensatorze filtrującym C jest w przybliżeniu stałe i równe Uo oraz przyjmując, że elementy przełączające (dioda i tranzystor) są idealne, można dokonać przybliżonej analizy układu. W momencie załączenia tranzystora kluczującego, prąd w indukcyjności rośnie liniowo według zależności:
Uwej Uo Idt) = 1L minH---------------t
L
Po upływie czasu t tranzystor kluczujący jest wyłączany. Wielkość prądu jest równa:
t s \ t t Uwej Uo 1L(T) = IŁ max = 11 minH--------------------T
L
Zatkanie tranzystora powoduje powstanie przepięcia, które odblokowuje diodę D (jest to tzw. dioda obejściowa, która umożliwia ciągły przepływ prądu w obwodzie obciążenia). W czasie od -u do T prąd w cewce L opada liniowo według zależności:
r r U� , IŁ = IŁ max--------(t T)
L
aby w czasie T osiągnąć wartość:
Il(T~) = Ii min = R max--------(T T)
ij
Obliczając wahania prądu płynącego przez dławik otrzymuje się:
A/z = Ii max
gdzie
L
ŚT
7=
T
[y- współczynnik wypełnienia przebiegu sterującego), natomiast charakterystyka sterowania opisana jest wzorem:
Uo = Uwej Ś 7
Jest ona liniową funkcją parametru y.
Powyższe zależności są prawdziwe dla ciągłego przepływu strumienia ty w dławiku L, tzn. dla prądu obciążenia Io większego od wartości prądu krytycznego Iokr danego wzorem:
T LWr-(i-r)
Iokr =
2-L-f
Jeśli przepływ strumienia w rdzeniu dławika L jest nieciągły, to charakterystyka sterowania jest nieliniowa i dana wzorem:
Uwej
Uo =
1 +
2-L-L
f -Uwej-T
Napięcie wyjściowe zaczyna zależeć w tym przypadku od wielkości obciążenia, częstotliwości pracy i kwadratu współczynnika wypełnienia przebiegu. Z reguły unika się pracy dla prądów obciążenia mniejszych od wartości prądu krytycznego. Przebiegi napięć i prądów w obwodzie sterownika STSI przedstawia rys.2.
Analiza pracy sterownika STSI pod względem wielkości tętnień napięcia wyjściowego
W celu dokonania analizy przyjmuje się, że kondensator wyjściowy C nie posiada elementów pasożytniczych (tzn. rezystancji szeregowej ESR oraz indukcyjności szeregowej ESL). Wpływ tych parametrów będzie opisane dalej.
Elektronika Praktyczna 6/97
83
Rys, 2,
Tętnienia na pojemności wyjściowej można określić poprzez podanie współczynnika tętnień y:
gdzie DUc to zmiany napięcia na kondensatorze filtrującym, Uo - średnie napięcie wyjściowe.
Jest on równy:
1-y % =
8-L-C-f
Wzór powyższy jest słuszny dla I^I^ (ciągły przepływ strumienia w rdzeniu dławika).
Dla takich warunków pracy (przepływ ciągły) współczynnik tętnień jest odwrotnie proporcjonalny do P, L oraz C. Przy dużej częstotliwości przełączania można zatem stosować niezbyt duże wartości pojemności i indukcyjności, co jest bardzo korzystną cechą.
Po uwzględnieniu elementów pasożytniczych kondensatora filtru wyjściowego (szeregowej rezystancji ESR oraz indukcyjności ESL) tętnienia zwiększają się o składową trójkątną równą iloczynowi ESR*(Ij(t)-Io) oraz o składową prostokątną o amplitudzie równej ESL*dIj(t)/dt. Ponieważ prądy przepływające przez ESL nie wykazują nagłych skoków wartości, zatem i poziom impulsów szpilkowych na wyjściu sterownika jest niewielki (znacznie mniejszy niż w przypadku sterownika STRI iRTSI).
Reasumując sterownik STSI stanowi dobre rozwiązanie jeżeli chodzi o wielkość tętnień napięcia wyjściowego i poziom zakłócających impulsów szpilkowych.
;i
Śi max
ŚImin
4>cer
Rys, 3,
Sterownik STRI
Sterownik STRI (szeregowy tranzystor, równoległa indukcyjność) umożliwia uzyskanie napięcia wyjściowego o odwróconej biegunowości względem napięcia wejściowego. Podstawowy układ pokazano na rys.3. Jest to sterownik dwutaktowy, tzn. podczas pierwszego taktu pracy energia pobierana ze źródła wejściowego jest gromadzona w rdzeniu dławika (w postaci energii pola magnetycznego), a w drugim takcie jest przekazywana do wyjścia układu. Zakładając, że w stanie ustalonym napięcie na kondensatorze filtrującym jest w przybliżeniu stałe i równe Uo oraz przyjmując, iż tranzystor T oraz dioda D są idealne można dokonać przybliżonej analizy pracy układu.
W momencie załączenia tranzystora dioda D jest spolaryzowana w kierunku zaporowym i nie przepływa przez nią prąd. Prąd w dławiku narasta liniowo w czasie według zależności:
iL\t) = 1L miiH---------t
osiągając dla czasu t wartość maksymalną ILmax. W tym czasie obciążenie pobiera prąd z kondensatora wyjściowego Co. Następnie tranzystor zostaje wyłączony. Na dławiku powstaje przepięcie, które polaryzuje diodę i wymusza przepływ prądu do obwodu obciążenia. Prąd w dławiku maleje liniowo według zależności:
R(t) =------ Ś (t - T) + h max
ij
Po upływie czasu T tranzystor jest znowu załączany. Wówczas prąd dławika jest równy:
h(T) = h mm =-----"Ś (T -T) + /zma. ,
lt
Charakterystyka sterowania opisana jest zależnością:
7
U o = Uwej Ś----------
Sterownik ten umożliwia więc nie tylko
zmianę biegunowości napięcia, ale także jego zmniejszenie (dla współczynnika wypełnienia przebiegu sterującego y<0,5) lub zwiększenie (dla y>0,5). Napięcie wyjściowe może być także stabilizowane przy zmianach napięcia wejściowego przez zmianę współczynnika wypełnienia y, ale nie jest to liniowa zależność od y.
Powyższe zależności są prawdziwe dla przypadku, gdy strumień ty w rdzeniu nie spada do zera (jest to przepływ ciągły). Warunkiem takiego przepływu jest, aby IL<>0 i jest on zachowany, gdy średni prąd obciążenia Io nie spada poniżej wartości prądu obciążenia krytycznego Iokr równego: Uwej -T
2-L
Dla prądów obciążenia IoRo
Uo Y � Uwej Ś ---------------
Napięcie wyjściowe zależy wówczas od częstotliwości pracy, wielkości obciążenia oraz wartości indukcyjności. Dlatego też unika się pracy sterownika w zakresie nieciągłego przepływu strumienia w rdzeniu dławika.
Dla przepływu nieciągłego z charakterystyki sterowania wynika, iż jeśli Ro wzrasta (sterownik jest coraz mniej obciążany), to wzrasta także napięcie wyjściowe Uo, teoretycznie do nieskończenie dużej wartości.
Sterownik STRI nie może zatem pracować bez obciążenia, a przy obciążeniu zmieniającym się w dużych granicach należy zastosować obciążenie wstępne.
Napięcie na tranzystorze przełączającym w momencie jego wyłączenia jest równe:
U�
Uci
+ Uo =
1-7
Dla dużych wartości współczynnika wypełnienia napięcie to znacznie wzrasta, co może doprowadzić do uszkodzenia tranzystora.
Sterownik STRI jest niekorzystny jeżeli chodzi o rozmiar rdzenia. Ponieważ cała energia przekazywana do obciążenia musi najpierw być zgromadzona w rdzeniu transformatora, zatem powinien on charakteryzować się dużą wartością indukcji nasycenia. Najbardziej istotne przebiegi napięć i prądów w obwodzie sterownika STRI zostały przedstawione na rys.4.
Analiza pracy sterownika STRI pod względem wielkości tętnień napięcia wyjściowego
W celu dokonania analizy wielkości tętnień napięcia wyjściowego przyjęto wstępne założenie, że kondensator filtrujący C nie posiada elementów pasożytniczych, tzn. szeregowej rezystancji ESR oraz szeregowej indukcyjności ESL. Wpływ tych parametrów pasożytniczych będzie omówiony dalej.
Współczynnik tętnień napięcia wyjściowego jest równy (dla przepływu ciągłego):
7 7 =-----------
A Ro-C-f
Jak wynika z powyższego wzoru dla interesującego przypadku pracy (przepływ ciągły) współczynnik tętnień jest proporcjonalny
84
Elektronika Praktyczna 6/97
SPRZĘT
Przepływ clqgły (io > iokr)
Uster
Przepływ nleclqgły ( o < iokr)
do l/f. Współczynnik ten jest także zależny od wielkości obciążenia, przy czym dla przepływu ciągłego im rezystancja obciążenia jest większa, tym tętnienia są mniejsze.
Powyższe zależności zostały wyprowadzone dla przypadku, gdy pasożytnicza rezystancja szeregowa była równa zero (ESR=0), oraz pasożytnicza indukcyjność szeregowa także była równa zero (ESL = O). Jeśli uwzględnić rezystancje szeregową, to okazuje się, że zwiększa ona wartość tętnienia napięcia wyjściowego o składową równą:
ESR-(h(t)-L)
Natomiast pasożytnicza indukcyjność szeregowa powoduje powstawanie dodatkowej składowej równej:
dh{t)
ESL-
dt
Ponieważ w sterowniku STRI występują znaczne, nagłe skoki prądów płynących przez ESL, zatem znacznie zwiększa się poziom zakłócających impulsów szpilkowych na wyjściu.
Reasumując można powiedzieć, że sterownik STRI nie jest korzystny, zarówno jeżeli chodzi o wielkość tętnień napięcia wyjściowego, jak i poziomu generowanych zakłóceń typu szpilkowego.
Sterownik impulsowy RTSI
W celu podwyższenia napięcia wyjściowego stosuje się klasyczny układ sterownika impulsowego RTSI (równoległy tranzystor, szeregowa indukcyjność), którego uproszczony schemat pokazano na rys.5.
W tym układzie tranzystor działa jako klucz. Zakładając, że elementy są idealne można dokonać uproszczonej analizy układu. W momencie włączenia tranzystora dioda zostaje spolaryzowana w kierunku zaporowym i nie przewodzi prądu. Prąd w dławiku narasta liniowo w czasie według zależności:
-r , Ś, Uwej h(t) = ----t
L
osiągając po czasie t wartość maksymalną ILmix W tym czasie obciążenie pobiera prąd z kondensatora wyjściowego Co. Następnie klucz otwiera się i przepięcie powstające na dławiku wymusza przepływ prądu do obwodu obciążenia. Prąd w cewce maleje liniowo według zależności:
h(t) h^(t)
osiągając w czasie T wartość minimalną. Dla
xl T
warunku przepływu ciągłego strumienia magnetycznego w dławiku otrzymuje się charakterystykę sterowania:
1-7
Zatem dla współczynnika wypełnienia przebiegu sterującego y, należącego do przedziału 0..1, układ podwyższa napięcie wyjściowe. Najbardziej istotne przebiegi napięć i prądów w obwodzie sterownika RTSI przedstawiono na rys.6.
Analiza pracy sterownika RTSI pod względem wielkości tętnień napięcia wyjściowego
Współczynnik tętnień % na pojemności filtrującej C jest równy (dla przepływu ciągłego):
7 7 =-------------
A Ro-C-f
Współczynnik tętnień jest proporcjonalny do l/f i jest także zależny od wielkości obciążenia, przy czym dla przepływu ciągłego im rezystancja obciążenia jest większa, tym tętnienia są mniejsze.
Powyższa zależność została wyprowadzona dla przypadku, gdy pasożytnicza rezystancja szeregowa była równa zero (ESR=0), oraz pasożytnicza indukcyjność szeregowa także była równa zero (ESL=O). Jeśli uwzględnić rezystancje szeregową, to okazuje się, że zwiększa ona wartość tętnienia napięcia wyjściowego o składową równą:
ESR-(h(t)-Io)
Natomiast pasożytnicza indukcyjność szeregowa powoduje powstawanie dodatkowej składowej równej:
dh{t)
ESL-
dt
Podobnie jak w sterowniku STRI, sterownik RTSI charakteryzuje się znacznymi, nagłymi skokami prądów płynących przez E SL, zatem znacznie zwiększa się poziom zakłócających impulsów szpilkowych na wyjściu.
Reasumując można powiedzieć, że sterownik RTSI nie jest korzystny, zarówno jeżeli chodzi o wielkość tętnień napięcia wyjściowego, jak i poziomu generowanych zakłóceń typu szpilkowego. Adam Myalski
Rys, 5,
Rys,
t T
Elektronika Praktyczna 6/97
85
BIBLIOTEKA EP
Co dwa miesiące przedstawiamy w "Bibliotece EP' dostępne w księgarniach książki poświęcone elektronice i dyscyplinom pokrewnym.
SERWIS 1
ODBIORNIKÓW
TELEWIZYJNYCH
�=_ Poradnik
"Serwis odbiorników telewizyjnych. Część 1 -ogólne metody diagnostyki", Dariusz Filipowski, Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, 1996r.T 123 str.
Serwis elektronicznych urządzeń powszechnego użytku, to temat wciąż wracający w publikacjach książkowych. Najtrudniejszym elementem w procesie naprawy urządzenia jest stwierdzenie, dlaczego dane urządzenie nie działa. Lokalizacji uszkodzeń w odbiornikach telewizyjnych jest poświęcony poradnik "Serwis odbiorników telewizyjnych".
W poradniku opisano ogólne zasady pracy podczas wykonywania napraw serwisowych, scharakteryzowano podstawowe parametry i kryteria oceny odbioru telewizyjnego oraz podano sposoby ustalania przypuszczalnych miejsc uszkodzeń na podstawie objawów zewnętrznych (rozdział 1). Na etapie wstępnego rozpoznania przyczyny uszkodzenia (rozdział 2], bardzo pomocna jest zawarta w książce tabela, w której objawom zewnętrznym (np. brak połowy obrazu w pionie] odpowiada przypuszczalne miejsce uszkodzenia (np. układ odchylania pionowego].
Kolejnym krokiem przy naprawie jest stwierdzenie, który konkretnie element jest wadliwy. Związana z tym teoria niezawodności, klasyfikacja uszkodzeń oraz metody badania elementów elektronicznych są zawarte w rozdziałach trzecim i czwartym. Podane są tu typowe uszkodzenia, jakim ulegają standardowe podzespoły, metody ich kontrolowania z wykorzystaniem przyrządów pomiarowych oraz sposoby dokonywania pomiarów różnych wielkości elektrycznych.
Kolejne rozdziały są poświę-
cone szczegółowej lokalizacji uszkodzeń i ich usuwaniu. Podano tutaj reguły dotyczące stosowania elementów zastępczych, metod montażu i demontażu elementów elektronicznych, sposoby napraw obwodów drukowanych itp.
Ostatni rozdział zawiera omówienie blokowej budowy odbiornika telewizyjnego, podane są tu szczegółowe parametry różnych systemów telewizji kolorowej.
Książka jest kompletnym poradnikiem dla zainteresowanych naprawami odbiorników telewizyjnych. Bardzo cenne jest kompleksowe potraktowanie tematu, od podstaw działania odbiornika telewizyjnego, poprzez posługiwanie się przyrządami pomiarowymi przy naprawie, aż do lokalizacji uszkodzenia. Równie cenne są ogólne zasady pracy przy naprawach, często pojawiają się ostrzeżenia o niebezpieczeństwie czyhającym przy wykonywaniu konkretnej czynności serwisowej. Z poradnika mogą korzystać zarówno pracownicy serwisu, jak również będzie wartościowym uzupełnieniem wiadomości dla uczniów i studentów szkół elektronicznych.
"Mikroprocesory", S.A. Money, Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, 1996r., 471 str.
Piętnaście, dziesięć lat temu projektując urządzenie zawierające mikroprocesor, mieliśmy do wyboru: Z80 albo 8080 lub ich pochodne. Obecnie sytuacja przedstawia się trochę inaczej. W ofertach firm handlowych spotykamy setki najprzeróżniejszych mikroprocesorów, a przystępując do projektowania nie musimy ograniczać się do konkretnego typu (bo akurat taki jest dostępny], lecz wybieramy najbardziej nam odpowiadający w danym rozwiązaniu. W zasa-
dzie można powiedzieć, że na nadmiar nie należy narzekać, tylko jak się w tym gąszczu mikroprocesorów poruszać, gdy często konkretne typy różnią się niuansami, których zapamiętanie jest niemożliwe. Dobrym przewodnikiem po tym gąszczu jest książka "Mikroprocesory" S.A. Money'a.
Książka zawiera skondensowane zestawienie danych opisujących kilkadziesiąt typów mikroprocesorów i mikrokontro-lerów, począwszy od 4-bito-wych, poprzez 8-, 16- i 32-bito-we, a na procesorach RISC kończąc. Omówione są mikroprocesory m.in. następujących producentów: Advanced Micro De-vices, Cyrix, General Instrument, Hitachi, Intel, MOS Technology, Matsushita, Motorola, Mullard, National, NEC, Nex-Gen, RCA, Rockwell, SGS-Thompson, Texas Instruments, UMC, Zilog.
W części wprowadzającej znajdziemy informacje elementarne z zakresu techniki mikroprocesorowej, takiejak magistrala, podprogram, stos, rejestry, jednostka arytmetyczno-logiczna, pamięć, przerwania, układy wejścia/wyjścia, słowo procesora.
Dla każdej rodziny mikroprocesorów podano opis architektury wewnętrznej, listę rozkazów, podstawowe dane elektryczne. Przy opisie układu znaleźć można wykaz układów współpracujących z mikroprocesorem. Dla każdego typu podano również oznaczenia innych producentów danego mikroprocesora. Na kilkudziesięciu stronach są przedstawione krótkie opisy najpopularniejszych układów współpracujących. Opisane zostały układy interfejsów równoległych i szeregowych, kontrolery urządzeń peryferyjnych (kontrolery monitorów, dysków].
Cennym dodatkiem do treści książki jest "Słownik terminów mikroprocesorowych" zawierający również odpowiedniki w języku angielskim.
Jeżeli w swoich konstrukcjach stosujesz mikroprocesory, to poradnik "Mikroprocesory" może oddać Ci nieocenione korzyści. Z pewnością nie zastąpi on specjalizowanych katalogów (nie takie jest zadanie tego poradnika], lecz umożliwi podjęcie świadomej decyzji podczas wyboru odpowiedniego mikroprocesora do konkretnego zastosowania.
Wydanie polskie zostało wzbogacone o dane najnowszych procesorów serii x86.
Książka wydana jest bardzo solidnie, posiada twardą oprawę.
"Praktyczne
programowanie w C++", Adam K. Majczak, wyd. II, Intersoftland 1994r., 403 str. + dyskietka
Na polskim rynku wydawniczym istnieje bardzo wiele książek o programowaniu. W gąszczu tym książka "Praktyczne programowanie w C++" Adama Majczaka jest szczególnie godna polecenia. Nie jest to akademicki podręcznik o programowaniu, nie jest to również opis funkcji bibliotecznych wybranego kompilatora. W książce są zawarte wskazówki, w jaki sposób pisać programy w języku C + + przy wykorzystaniu chyba najpopularniejszego w Polsce kompilatora Borland C++ (wersje 3..4].
Książka podzielona jest na dwie części. W części I, pt. "Techniki programowania w C++", są zawarte podstawowe informacje o języku. Znaleźć tu można informacje o typach danych w C i C++, opis instrukcji sterujących, opis właściwości struktur i wskaźników oraz wiele informacji na temat programowania obiektowego. Osobne rozdziały zawierają informacje na temat dziedziczenia i przeciążania operatorów.
Część II, "O programowaniu dla Windows", jest chyba najcenniejszym materiałem zawartym w książce. Podstawowe informacje o metodach programowania dla Windows są chyba najbardziej poszukiwane przez początkujących programistów. Przedstawione sposoby wykorzystania biblioteki OWL (Ob-ject Windows Library] są zobrazowane dobrze dobranymi przykładowymi programami, co bardzo ułatwia zrozumienie tego dosyć trudnego materiału.
Książka jest bogato ilustrowana przykładowymi programami. Ich analizę dodatkowo ułatwia fakt, że są one zawarte na dyskietce dołączonej do książki.
Elektronika Praktyczna 6/97
87
PROJEKTY ZAGRANICZNE
Układ monitorujący zasilanie akumulatorowe
Wielu entuzjastów rozrywek
n a świeżym powietrzu używa
akumulatora 12V jako źródła
energii w przyczepie lub na
lodzi. Wielu z nich
przekon ało się na własn ej
skórze, że nieograniczony
pobór energii prowadzi zwykle
do wyczerpania akumulatora
wcześniej, niżby się tego
ktokolwiek spodziewał.
Szczególn ie dzieci n ie
zdają sobie sprawy
z ograniczeń zasilania
akumulatorowego i korzystają
zeń tak swobodnie, jak gdyby
to było zasilanie sieciowe.
Radosne wakacje
Proponowany układ monitoruje natężenie prądu pobieranego z akumulatora, co umożliwia oszczędzanie energii i wydłużenie czasu eksploatacji akumulatora po naładowaniu. Wskazanie wartości natężenia prądu jest zarazem miarą poboru mocy, ponieważ napięcie akumulatora pozostaje w przybliżeniu stałe, a więc moc jest proporcjonalna do natężenia prądu.
Do monitorowania mógłby służyć zwykły amperomierz, ma on jednak tę wadę, że nie przyciąga dostatecznie uwagi użytkownika oraz nie widać jego wskazań z większej odległości. Byłoby także trudno oczekiwać prawidłowej oceny informacji o natężeniu prądu od małego dziecka. Bez względu na sytuację, bezwzględne wartości natężenia prądu nie są istotne, a wystarczy po prostu wiedzieć, czy pobór prądu jest wysoki, średni czy też niski.
Kolorowo
Układ jest wyposażony w trójkolorowy wskaźnik - diodę LED. W przypadku niskiego poboru prądu sygnalizacja jest kolorem zielonym, w przypadku poboru średniego kolorem żółtym, natomiast w przypadku poboru wysokiego kolorem czerwonym. Świecenie na żółto odpowiada pracy urządzeń średniej mocy, jak np. pompa wodna, natomiast dioda czerwona wskazuje na konieczność natychmiastowego ograniczenia poboru prądu i wyłączenia niektórych odbiorników. Świeceniu diody czerwonej towarzyszy także sygnalizacja akustyczna.
Urządzenie jest zamknięte w niewielkiej obudowie metalowej, a dioda LED umieszczona jest na płycie czołowej. Do wykonania połączeń z urządzeniami zewnętrznymi wykorzystano kilka łączówek kablowych.
Urządzenie nie może współpracować z instalacjami pobierającymi prąd o natężeniu przekraczającym 10A. Niemniej jednak
istnieje możliwość dowolnego dobrania progów zadziałania poszczególnych diod.
Wykonując prototyp uznano, że prąd o natężeniu poniżej 2A oznacza niski pobór mocy, prąd o natężeniu w przedziale 2..4A -średni, natomiast powyżej 4 A wysoki pobór mocy. Przy takim doborze progów, standardowy akumulator o pojemności 60Ah zapewnia zasilanie przez ponad 30 godzin.
Trójkolorowa dioda LED w rzeczywistości zawiera dwie diody: czerwoną i zieloną, zamknięte w przezroczystej obudowie. Gdy wy sterowane są obie diody, barwa świecącej diody jest żółta. Jest to prosty przykład sumowania dwóch barw podstawowych w celu uzyskania koloru złożonego. W ten sposób uzyskuje się trzy wspomniane wyżej barwy świecenia diody LED.
Dioda posiada trzy wyprowadzenia, z których jednym jest wspólna katoda, natomiast dwa pozostałe to anody części czerwonej i zielonej. Nie wolno podłączać tego elementu bezpośrednio do akumulatora, by sprawdzić jego działanie - niezbędne jest ograniczenie natężenia prądu do maksymalnie 3 OmA przez szeregowy rezystor. Wskaźnik podłączony bezpośrednio do akumulatora zostanie zniszczony - jest to poważne ostrzeżenie!
Opis układu
Schemat ideowy układu przedstawia rys.l. Jego podstawowym elementem jest podwójny wzmacniacz operacyjny ICla i IClb, tworzący komparator okienkowy.
Prąd płynie z akumulatora do obciążeń przez bezpiecznik FSl oraz połączone równolegle rezystory Rl i R2, na których powstaje spadek napięcia.
Gdy natężenie prądu jest bliskie maksymalnej, dopuszczalnej wartości 10A, to moc tracona w rezystorach wynosi około 5W. Ich rezystancja jest równa 0,
Elektronika Praktyczna 6/97
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
FS1 10A
S1
Rys. 1. Schemat ideowy monitora zasilania akumulatorowego. Uwaga: Rl i R2 to rezystory o mocy strat 3W.
Bezpiecznik FSl zostanie spalony, jeśli natężenie prądu przekroczy 10A.
Jak wynika z prawa Ohma (U = I*R), każdy amper prądu płynącego przez rezystory Rl i R2 powoduje spadek napięcia 50mV. Nie przewiduje się, by w typowych sytuacjach natężenie pobieranego z akumulatora prądu przekraczało 5A. Dla takiego natężenia prądu spadek napięcia na rezystorach wyniesie 250mV. Obciążenia będą więc zasilane napięciem zmniejszonym o ten spadek napięcia, co nie ma praktycznego znaczenia.
Zakładając, że napięcie akumulatora wynosi 12V, przy przepływie prądu o natężeniu 5A na obciążeniach pojawi się napięcie ll,750V. W rzeczywistości napięcie to będzie spadało wraz z rozładowaniem akumulatora, ale -jak zostanie to wyjaśnione później - pozostanie to bez wpływa na poprawność działania układu.
Jeśli spadek napięcia na rezystorach Rl i R2 wynosi D woltów, to na obciążeniach pojawi się napięcie (12-D) woltów. Napięcie to jest następnie obniżone o 20% na dzielniku rezy stancyjnym R3/R4. Właśnie ten wynik podziału podlega bezpośrednio monitorowaniu.
Monitorowane napięcie jest podawane na wejście odwracające układu ICla (wyprowadzenie 1) i nieodwracające układu IClb (wyprowadzenie 6). Na wejście nieodwracające ICla (wyprowadzenie 7) i odwracające IClb (wyprowadzenie 2) podane są natomiast poziomy ustalone przy pomocy potencjometrów VR2 i VRl. Rezys-
tory R5..R8 ograniczają zakres regulacji potencjometrami do przedziału niezbędnego z punktu widzenia niniejszego zastosowania.
Załóżmy, że punkty progowe zostały ustalone tak, jak to już wcześniej powiedziano: zielona sygnalizacja LED dla prądów o natężeniach poniżej 2A, żółta od 2A do 4A, a czerwona powyżej 4A. Potencjometry VRl i VR2 powinny zostać ustawione tak, że na ich suwakach powinny wystąpić napięcia 9,45V (VR1) i 9,55V (VR2). Napięć tych nie trzeba mierzyć -zostaną ustawione w wyniku procedury uruchomieniowej.
Napięcie na wyjściu wzmacniacza operacyjnego jest wysokie, jeśli poziom napięcia na jego wejściu nieodwracającym przewyższa poziom wejścia odwracającego. Rozważmy przypadek przepływu prądu obciążenia o natężeniu 1A, co odpowiada np. pojedynczej żarówce. Na rezystorach Rl, R2 wystąpi spadek napięcia 5 0mV, do obciążenia doprowadzone zostanie napięcie 11,95V, czego 80% wynosi 9,60V.
Ponieważ napięcie to jest większe od 9,55V podanego na wyprowadzenie 1 wzmacniacza ICla, to na wyjściu ICla pojawi się niskie napięcie. Czerwona część diody LED, zasilana z tego wyjścia przez diodę D2 i ograniczający natężenie prądu rezystor RIO, będzie więc wyłączona. Monitorowane napięcie jest wyższe również od napięcia podanego na wyprowadzenie 7 układu IClb, a więc na wyjściu IClb (wyprowadzenie 10) pojawi się stan wysoki i świecić będzie zielona
część diody LED, wysterowywana z tego wyjścia przez diodę Dl i ograniczający natężenie prądu rezystor R9.
Załóżmy teraz, że natężenie pobieranego przez obciążenie prądu wynosi 3A. Napięcie na obciążeniu spadnie do 11,85V, a napięcie monitorowane do 9,5V. Jest to wartość niższa od występującej na wyprowadzeniu 1 wzmacniacza ICla, tak więc na jego wyjściu pojawi się wysokie napięcie i świecić będzie czerwona część diody LED. Napięcie to jest także wyższe od podanego na wyprowadzenie 7 układu IClb, a więc nadal świecić będzie zielona część diody LED, w sumie zaś uzyska się efekt żółtego świecenia.
Jeśli natężenie pobieranego prądu wzrośnie do 6A, napięcie na obciążeniu spadnie do 11,7V, a napięcie monitorowane do 9,4V. Ponieważ napięcie na wyprowadzeniu 1 wzmacniacza ICla jest wyższe od tej wartości, nadal świecić będzie czerwona część diody LED. Napięcie to jest niższe od podanego na wyprowadzenie 7 układu IClb, a więc przestanie świecić zielona część diody LED, w efekcie więc pozostanie włączona tylko dioda czerwona.
B rzeczy k
Rys. 2. Jeden z wariantów sterowania brzęczyka, odrzucony ze względu na konieczność użycia różnych typów bramek logicznych.
10
Elektronika Praktyczna 6/97
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
Rys. 3. Mozaika ścieżek druku i schemat rozmieszczenia elementów płytki monitora.
Połączone szeregowo z sekcjami LED diody Dl i D2 zapobiegają słabemu świeceniu wyłączonych diod. Mogłoby to wystąpić w sytuacji, gdy napięcie zasilania wynosi około 12V, a niskie napięcie wyjściowe wzmacniaczy typu 747 wynosi około 2V, co odpowiada mniej więcej potencjałowi, przy którym diody LED zaczynają świecić. Spadek napięcia na spolaryzowanej w kierunku przewodzenia diodzie wynosi około 0,7V i o tyle obniżone zostaje napięcie docierające do obu sekcji diody LED, a więc nie dochodzi do ich przedwczesnego świecenia.
Napięcie akumulatora obniża się w miarę jego rozładowywania. Ponieważ jednak wszystkie napięcia podawane na wejścia wzmacniaczy operacyjnych pochodzą z dzielników zasilanych z akumulatora, spadną one również, a więc poziomy progowe pozostaną w przybliżeniu stałe.
Układ logiczny
Sygnał akustyczny ma występować tylko w sytuacji, w której świeci tylko czerwona sekcja diody LED (nie wtedy, kiedy światło jest żółte). Jest to prosty problem logiczny i można go rozwiązać przy pomocy prostego układu z bramkami logicznymi. Stan wy-
soki powinien wystąpić wtedy, gdy na wyprowadzeniu 10 (sterowanie diody zielonej) układu ICl panuje stan niski, a na wyprowadzeniu 12 (sterowanie diody czerwonej) stan wysoki. Jedno z możliwych rozwiązań przedstawia rys.2. Jest ono jednak niewygodne, ponieważ wymaga zastosowania bramek różnego rodzaju. Rozwiązaniem lepszym ze względów praktycznych jest wykorzystanie układu scalonego zawierającego cztery dwuwejściowe bramki NAND (patrz rys.l), przy czym wykorzystywane zostaną tylko trzy bramki (bez IC2d). Dwa wejścia bramki IC2a należy ze sobą połączyć - powstanie w ten sposób inwerter. Odwraca on sygnał pochodzący z wyprowadzenia 10 układu ICl, a więc gdy świeci zielona sekcja diody LED, to na wyjściu 3 układu IC2a panuje stan niski. Następna realizowana funkcja to iloczyn logiczny i naturalną jego implementacją byłoby użycie bramki AND, ale układ IC2 zawiera tylko bramki NAND - z dwóch takich bramek powstaje więc funktor iloczynu logicznego. Najpierw bramka IC2b realizuje operację NAND, a następnie inwerter zbudowany na bramce IC2c dokonuje negacji tej operacji. Na wejścia bramki NAND IC2b (wy-
prowadzenia 12 i 13) podawane są sygnały z wyprowadzenia
3 układu IC2a oraz z wyprowadzenia 12 układu ICl. Na wyjściu 11 układu IC2b pojawi się stan wysoki tylko wtedy, kiedy oba sygnały wejściowe tej bramki są jednocześnie stanami wysokimi. Warunek ten jest spełniony tylko wtedy, gdy ze stanu wyjść wzmacniaczy ICla i IClb wynika, że świecić powinna sekcja czerwona diody LED, natomiast sekcja zielona powinna być wyłączona. Wtedy stan na wyprowadzeniu
4 układu IC2c, będący negacją poziomu panującego wyprowadzeniach 5 i 6, będzie wysoki. Wyprowadzenie 4 układu IC2c połączone jest przez ograniczający prąd rezystor Rll z bazą tranzystora TRI. Stan wysoki na wyjściu 4 układu IC2c powoduje włączenie tego tranzystora i zadziałanie brzęczyka WDl, znajdującego się w obwodzie kolektora TRI.
Nie wykorzystane wejścia czwartej bramki IC2d należy zewrzeć z masą - nie powinny one pozostać "w powietrzu".
Wykonanie
Większość podzespołów monitora należy zamontować na jednostronnej płytce drukowanej, której rozkład ścieżek i schemat rozmieszczenia elementów przedstawia rys.3.
Rezystory Rl i R2, które znacznie rozgrzewają się na skutek traconej w nich mocy, co groziłoby uszkodzeniem położonych zbyt blisko elementów, montowane są oddzielnie na kawałku płytki uniwersalnej. Nie należy również zamykać urządzenia w obudowie z tworzywa sztucznego!
Montaż należy rozpocząć od podstawki pod bezpiecznik FS2 oraz podstawek pod układy scalone (na tym etapie nie wkładamy w nie układów), a następnie montować rezystory oraz kondensatory.
Wlutować brzęczyk, a następnie diody i tranzystory - zwracając uwagę na polaryzację.
Zgiąć delikatnie pod kątem prostym wyprowadzenia podwójnej diody LED (D3) i wlutować je w płytkę. Wyprowadzenie środkowe jest wspólne, natomiast wyprowadzenie krótsze jest wyprowadzeniem anody diody zielonej.
Suwaki obu potencjometrów
Elektronika Praktyczna 6/97
11
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
+12V OBCIĄŻENIA AKUMULATORA
płylka
uniwersalna
-AKUMULATORA
Rys. 4. Sposób połączenia płytki z elementami zewnętrznymi.
należy ustawić w położeniach środkowych. Przylutować 10-cm odcinki przewodu (plecionki) do punktów płytki oznaczonych "Sl", "monitor" i "- akumulatora".
Obudowa
Kierując się zdjęciem prototypu wywiercić w podstawie obudowy trzy otwory odpowiadające otworom w płytce drukowanej. Wykonać otwory pod złączkę przewodową oraz pod rezystory Rl i R2 w płytce uniwersalnej.
W płycie czołowej wykonać otwory pod gniazdo diody LED (D3) oraz włącznik. W płycie tylnej wywiercić otwory pod gniazdo bezpiecznika FSl oraz pod gumowy przepust, przez który poprowadzone zostaną przewody przymocowane do złączki.
Okablowanie
Rezystory Rl i R2 należy przylutować do kawałka płytki uniwersalnej, zostawiając między nimi nieco wolnego miejsca (rys.4), i przy pomocy odcinków drutu połączyć je równolegle. Płytkę z rezystorami należy zamontować do podstawy obudowy przy pomocy kołków dystansowych zapewniających 5-mm odstęp od podstawy (połączenia pod spodem płytki nie są izolowane).
Zamontować złączkę przewodową, gniazdo bezpiecznika FSl oraz włącznik. Przy pomocy kołków dystansowych z tworzywa sztucznego o długości 5mm przymocować do podstawy obudowy płytkę drukowaną, wstawiając jednocześnie w otwór w płycie czołowej obudowy znajdującą się
w uchwycie diodę D3.
Rys.4 przedstawia schemat okablowania całości. Żadne przewody nie powinny dotykać rezystorów Rl i R2, ponieważ mogą się one znacznie rozgrzewać. Wszystkie połączenia narysowane linią pogrubioną powinny zostać wykonane przewodem o maksymalnym prądzie 10A.
Teraz należy znaleźć główny przewód łączący z dodatnim biegunem akumulatora i przeciąć go w dogodnym miejscu. Koniec łączący z dodatnim biegunem należy zamocować w gnieździe TBl/ 1 złączki przewodowej, natomiast koniec łączący z obciążeniem -w gnieździe TBl/2 tej złączki.
Stosownie do potrzeb, przewody łączące z obciążeniem mogą zostać przedłużone, jednak ich długość powinna być możliwie jak najmniejsza. Ich średnice muszą być dostosowane do natężeń przepływających przez nie prądów. Jeśli powyższe zalecenia nie będą przestrzegane, na okablowaniu może wystąpić nadmierny spadek napięcia, przewody rozgrzeją się, a do obciążenia zostanie doprowadzona mniejsza moc.
Połączenie gniazda TBl/3 z ujemnym zaciskiem akumulatora należy wykonać przewodem o
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
(węglowe warstwowe, 0,25W, 5%:
z wyjątkiem Rl i R2)
Rl, R2: 0JO/3W
R3: 10kO
R4: 47kO
R5, R7: 18kO
R6, R8: 120kO
R9, RIO: 470O
Rl 1: 22kO
VR1, VR2: 22kQ, potencjometr
montażowy pionowy
Kondensatory
Cl, C2: 220nF, ceramiczne,
dyskowe
Półprzewodniki DL D2: 1N4148 (lub inne) D3: dioda LED trójkolorowa 5mm plus uchwyt do montażu TRI: tranzystor npn, np. BC547 IC1: LM747 (podwójny wzmacniacz operacyjny) IC2: 4011 (cztery dwuwejściowe bramki NAND) Różne
WD1: brzęczyk piezoelektryczny Sl: miniaturowy przełącznik FSl: bezpiecznik 10A, 20mm, z gniazdem do montażu w obudowie
FS2: bezpiecznik 250mA/ 20mm/ z podstawką do montażu na płytce
płytka drukowana dwie podstawki 14-nóżkowe złączka przewodowa 15A: 3 sekcje płytka uniwersalna
wystarczającej obciążalności prądowej. Przewody przechodzące przez przepust i znajdujące się wewnątrz obudowy nie powinny być naprężone.
Układ ICl nie wymaga szczególnej ostrożności. Natomiast układ IC2 jest wykonany w technologii CMOS i należy go chronić przed ładunkami elektrostatycznymi. Przed rozpakowaniem ukła-
AKUMULATOR
12V O DUŻEJ POJEMNOŚCI
DO OBCIĄŻENIA
Amperomierz
TB1 MONITOR
Rys. 5. Układ regulacji nastaw potencjometrów.
Elektronika Praktyczna 6/97
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
du IC2 należy dotknąć ręką metalowego, uziemionego przedmiotu (kran, metalowa część lutownicy) celem odprowadzenia takich ładunków. Umieszczając obydwa układy w podstawkach należy zwracać uwagę na ich prawidłowe ustawienia.
Do ustawienia progów przełączania monitora jest niezbędny amperomierz (multimetr z zakresem stałoprądowym 10A) - przyrządy takie są na ogół łatwo dostępne. Nie mając dostępu do amperomierza można próbować ustawić układ znając prądy pobierane przez konkretne obciążenia. Dysponując amperomierzem należy włączyć go tak jak na rys.5.
Uruchamianie należy rozpocząć przy częściowo rozładowanym akumulatorze. Po włączeniu Sl i obciążeń pobierających mały prąd (np. oświetlenie), ustawić potencjometr VRl tak, że układ zaczyna przełączać sygnalizację świetlną z zielonej na żółtą. Następnie podłączyć większe obciążenie, by osiągnięta została górna wartość progowa. Ustawić poten-
cjometr VR2 tak, że układ zaczyna przełączać sygnalizację świetlną z żółtej na czerwoną i słychać brzę-czyk. Powtórzyć całą procedurę.
Należy pamiętać o tym, że włączeniu odbiornika prądu towarzyszy zwykle impuls prądowy - jest tak w przypadku żarówek, jarzeniówek i silników używanych w pompach wodnych. Nie należy więc dziwić się, gdy przy zapalonej zielonej diodzie LED pojawi się na krótko światło żółte, ewentualnie przy sygnalizacji żółtej pojawi się czerwony błysk i krótki sygnał brzęczyka.
Eksploatacja
Założyć pokrywę obudowy, unikając przycinania przewodów i zwarć. Jeśli sygnał akustyczny nie jest wystarczająco głośny, należy wywiercić kilka niewielkich otworów w pokrywie ponad brzę-czykiem.
Jeśli urządzenie pracuje przez dłuższy czas przy prądzie o natężeniu bliskim górnej, dopuszczalnej wartości, to rezystory Rl i R2 silnie się rozgrzeją. Nie stanowi to problemu, ale dobrze
byłoby sprawdzić, czy nie dochodzi do nadmiernego nagrzewania się obudowy. Można ewentualnie wywiercić kilka otworów w pokrywie ponad płytką z rezystorami. W przypadku pracy z prądem o natężeniu 5A, obudowa powinna być chłodna, pomimo tego, że oba rezystory Rl i R2 będą silnie rozgrzane.
Przełącznik Sl odłącza układ alarmowy, ale obciążenia nadal otrzymują zasilanie. Może to być wygodne, gdy np. właściciel przyczepy kamping owej wychodzi wieczorem, a pewne odbiorniki, np. oświetlenie powinny pozostać włączone.
Monitor zasilania pobiera prąd o natężeniu około 80mA (przy żółtej sygnalizacji świetlnej), a więc nie stanowi znaczącego obciążenia akumulatora. Nie znaczy to jednak, że w sytuacjach, gdy jest niepotrzebny, monitor powinien pozostawać włączony.
Artykuł publikujemy na podstawie umowy z redakcją miesięcznika "Everyday with Practi-cal Electronics".
Elektronika Praktyczna 6/97
13