COMPUTER
Universalempfänger
Zum IR-Sender mit PC-Tastatur
Mit dieser Schaltung erhält der IR-Sender aus Elektor 2/2000 einen uni-
versell einsetzbaren Empfänger. Damit kann der Anwender mit einer
gewöhnlichen PC-Tastatur komplexe Geräte ansteuern.
Bei der Datenübertragung mit Infrarot gibt es
5V
zwei hier in Frage kommende Verfahren. Beim
K1
einfachen wird die Sendediode für die Dauer R2
+5V
6
3
einer Informationseinheit eingeschaltet. Da
5
IC3
TASTATUR
diese  Bits aus Stromverbrauchsgründen in 2 DATA
16
DIN 5
RESET
der Regel sehr kurz sind, haben Empfänger
4
Buchse von
7
hinten gesehen 1
IC1
L0
bei hellem Umgebungslicht Probleme, die CLK 17
ZSM560
JP1
G0/INT
8
L1
18
Information störungsfrei an die Auswerte- G1
GND
9
*
L2
19
G2
10
elektronik weiterzugeben. Es hat sich daher
L3
COP8782
11 9V
ein Verfahren durchgesetzt, bei dem die Sen- 5 6 L4
1 DATA
1
G4/SO
12
L5
TASTATUR 3 GND
2
3 4
dediode eine mit den Daten modulierte Trä-
G5/SK D1
13
PS-2
L6
4 +5V
3
G6/SI
gerfrequenz abstrahlt. Die Elektronik des 14
Buchse von
L7
5 CLK
1 2
hinten gesehen
TSUS
Empfängers kann damit wesentlich kompak-
20
5201
G3/T10
IC2
R3
R1
ter und störunanfälliger aufgebaut werden,
G7/CKO CKI
5V
9V 7805
außerdem entfällt das Problem des hellen
4 5 15
R4
1M
Umgebungslichts. Die gängigsten Trägerfre-
T1
quenzen liegen im Bereich zwischen 30 kHz
C4
C3 C1 C2
und 40 kHz, für den es auch die meisten Emp-
X1
ZTX603
fänger-ICs gibt. So wird der RC5-Kode, der
100n 220µ 33p 33p
10MHz
16V
viele Geräte der Unterhaltungselektronik
siehe Text
990090 - 12
*
steuert, mit 36 kHz übertragen. Dieses Ver-
fahren wird auch vom IR-Sender genutzt.
Obwohl der Sender, dessen Schaltung in Bild
Bild 1. Der im schon Februarheft ausführlich beschriebene Sender.
1 zu sehen ist, schon im Februarheft beschrie-
ben wurde, hier eine kurze Zusammenfas-
sung seiner Funktion: Die Trägerfrequenz von
Empfänger
36 kHz wird vom Mikrocontroller erzeugt, mit onsbits zu einer geraden Summe. Ein
den seriellen Daten der Tastatur moduliert typisches Datum zeigt Bild 2. Der Empfänger in Bild 3 dekodiert das
und anschließend über die Infrarotsendedi- Die Infrarotleuchtdiode wird vom Infrarotsignal und gibt die empfange-
ode D1 abgestrahlt. Damit kann bei handels- Darlingtontransistor T1 angesteuert, nen Befehle an acht Ausgangspins
üblichen hochempfindlichen Empfänger- der bei niedriger Ansteuerleistung zur Weiterverarbeitung aus. Mit die-
Chips eine Reichweite von mehr als 10 m einen hohen Pulsstrom an die Sen- sem Signal können direkt bis zu acht
erzielt werden. Da Decken und Wänden IR- dediode liefert. Um eine hohe Reich- Verbraucher oder Funktionen geschal-
Licht meist gut reflektieren, ist sogar eine weite zu erzielen, wird der Strombe- tet werden, das Signal lässt sich aber
direkte Sichtverbindung überflüssig. grenzungswiderstand R1 bewußt auch hexadezimal kodiert abgreifen
Das verwendete Datenformat beruht aber niedrig dimensioniert und eine LED und entsprechend auswerten. Als
nicht auf einem Fernbedienungsstandard, son- mit hoher Strahlstärke eingesetzt. Einsatzgebiet ist eine Fernsteuerung
dern ist eine Eigenentwicklung und stellt Prinzipiell läßt sich jedoch jede von Lampen denkbar oder die Steue-
einen Kompromiß zwischen Stromverbrauch, Infrarot-LED einsetzen. Die kurzen rung von Meßgeräten, bei denen der
Übertragungssicherheit und einfacher Deko- Datenpakete mit der daraus resul- Einbau einer Tastatur zu kompliziert
dierbarkeit dar. Es verwendet ein Startbit, acht tierenden kurzen Einschaltdauer würde. Auch kann eine abgesetzte
Datenbits, ein Paritätsbit und ein Stoppbit. Das verhindern eine kritische Erwär- Bedienkonsole manche Meßaufgaben
Paritätsbit ergänzt die Anzahl der Informati- mung des Transistors. wesentlich vereinfachen.
54 Elektor 11/2000
100k
10
&!
470
&!
COMPUTER
Das Infrarotsignal wird von dem
hochempfindlichen Photoempfänger
(IC4) empfangen und aufbereitet. Da
sich im IC bekanntermaßen nicht nur
der eigentliche IR-Empfänger, son-
start bit 6 ms H, data bit "1" data bit "0" stop bit
dern auch Filter, automatischer Ver-
6 ms L 2 ms H, 4 ms L 2 ms H, 1 ms L 2 ms H
990090 - 13
stärker und Demodulator vorhanden
sind, kann das Ausgangssignal
direkt zur Weiterverarbeitung im
Bild 2. Telegramm des Senders, mit dem der 36 kHz-Träger moduliert wird.
Mikrocontroller IC2 geleitet werden.
Tiefpaßfilter R1 und C1 beseitigen
Störungen und Restwelligkeiten der PC-Tastaturkodes ausgeben: dem Druck auf die Tasten 1...8. Einmal Druck
Versorgungsspannung. auf Taste 1 bedeutet dabei H-Pegel an Pin L0,
Um wie oben beschrieben den Emp- Variante 1 nochmaliges Drücken setzt den Pegel auf
fänger so universell wie möglich zu Um Verbraucher direkt steuern zu Low zurück. Welche Pegel an den Ausgängen
gestalten, kann er zwei Varianten der können, folgen die Ausgänge L0...L7 herrschen, zeigen die angeschlossenen LEDs
D1...D8 (leuchten bei H-Pegel). Jeder einzelne
Pin L0...L7 kann damit individuell gesteuert
werden. Ein Druck auf die ENTER-Taste setzt
Mikrocontroller
alle Pins auf Low zurück.
Variante 2:
Für Sender- und Empfangseinheit wird ein OTP-Microcontroller der Firma Natio-
nal Semiconductor eingesetzt, der aufgrund seiner technischen Daten hervorra- Das Signal der PC-Tastatur wird hexadezimal
kodiert vom Infrarotsender übertragen und in
gend für dieses Projekt geeignet ist:
diesem Format vom Controller auch wieder
- 4096 x 8 OTP Eprom
ausgegeben. Der Kode entspricht damit dem
- 128 Bytes RAM
Scan-Code der gedrückten Taste, wie dies
- 1 µs Zykluszeit bei 10 MHz
schon im Februarheft erläutert wurde. Bei-
- 16 Bit Timer mit den Betriebsmodi: Timer mit Auto-Reload, als External Event
spielsweise besteht folgender Zusammen-
Counter und mit Capture Funktion
hang zwischen Taste und Kode:
- 16 I/O Anschlüsse, von denen 14 individuell wahlweise als Ein/Ausgang pro-
Taste Code
grammierbar sind
Esc 08H
- Wählbare Pin-Konfigurationen: Tri-Sate, push-pull oder pull-up
Return 5AH
- Microwire-Schnittstelle
Space 29H
- Interruptquellen: Externer Interrupt mit wählbarer Flanke, Timer Interrupt,
A1CH
Software Interrupt
S1BH
5V
R1
R2
D9 20
IC1
10
1N4148
35ms
6
Trigger
20 16
IC1
G3/T10 RESET
R4
D1
7 2 18
IC2
1D1
L0
470&!
D2
8 4 16
L1
470&!
D3
8 1 19 9 6 14
CS G2 L2
IC3 470&!
D4
7 2 2 10 8 12
X SK G5/SK L3
470&!
C1
93C06
D5
6 3 1 11 11 9
X DIN G4/SO L4
1D2 470&!
CB1
D6
5 4 3 12 13 7
100µ
DOUT G6/SI L5
470&!
D7
13 15 5
L6
470&!
COP8782C
IC4 2 D8
14 17 3
L7
470&!
R11
3 17 18
G0/INT G1
1
EN1
G7/CKO CKI
19
EN2
1
4 5 15
R3
TFMS
74LS244
5360 1M
JP1
C2
C3
C4
100n
33p 33p
10MHz
Codierung
004055 - 11
Bild 3. Auch der Universal-Empfänger verwendet einen COP8-Mikrocontroller von National Semiconductor.
11/2000 Elektor 55
100
&!
100k
COMPUTER
Dieser hexadezimale Kode wird an den Pins
Software:
L0...L7 ausgegeben und kann entsprechend
Die Software (Quellkode) für beide Controller ist auf der Diskette
weiterverarbeitet werden. Jede gedrückte
EPS 004055-11 erhältlich.
Taste überschreibt den letzten Zustand an
Die Controller können aber unter den Bezeichnungen
den Portpins.
EPS 996527-1 (Sender)
Eine PC-Tastatur bietet einige Programmier-
EPS 004055-41 (Empfänger)
möglichkeiten, deren Beschreibung sehr
umfangreich ist und im Februarheft nachgele- auch fertig programmiert beim Verlag bestellt werden.
sen werden kann. Der hier verwendete Sender
programmiert die Tastatur zur Ausgabe des
Scan-Kode-Satzes 3, so dass beispielsweise etwa 35 ms ein Triggersignal an, das troller anschließen. Die LEDs entfal-
beim Druck auf Taste 1 nur der Wert 16H über- zur Synchronisation für weitere Elek- len dann natürlich.
tragen wird. Dieser Scan-Kode stellt für die tronik genutzt werden kann. Im Empfänger ist zusätzlich ein
Dekodierung den geringsten Aufwand dar. R2, C2 und D9 erzeugen einen Power- preisgünstiges serielles 32-Bytes-
An Pin G1 des Mikrocontrollers (mit internem up-Reset für den Mikrocontroller. EERPOM (IC3) implementiert, von
Pull-up-Widerstand) kann gewählt werden, Bustreiber IC1 ermöglicht den dem jedoch nur ein Byte benötigt
welche der beiden Varianten ausgegeben Anschluß von acht Verbrauchern á wird. Es speichert nämlich beim
wird. Ein nicht gesteckter Jumper bedeutet 15 mA. Der Mikrocontroller besitzt Abschalten den letzten Zustand der
einen High-Pegel und damit die Ausgabe der eine weitaus geringere Treiberfähig- Pins L0...L7, so daß beim Wiederein-
Information nach Variante 1, eine Verbindung keit von nur 3 mA pro Pin. In Appli- schalten die Portpins entsprechend
von G1 nach Masse sorgt für die hexadezi- kationen, wo dies ausreichend ist, gesetzt werden. Man kann das
male Kodierung nach Variante 2. kann man selbstverständlich auf das EEPROM auch weglassen, verliert
Am Ausgang G3 liegt bei jedem gültigen Treiber-IC verzichten und den/die dann allerdings diese Fähigkeit.
Tastendruck und bei beiden Varianten für Verbraucher direkt an den Mikrocon- (004055)rg
INFO&GRUNDLAGEN
Minutenlicht
Von B. Kainka
Basisschaltung
Verlustfreies Schalten mit einem Feldeffekttransistor und die Entlade-
funktion eines Kondensators sind die Themen dieser Basisschaltung.
Das Minutenlicht in Bild 1 besteht Widerstand besteht. Der BUZ10 ist
aus sechs Bauteilen, deren Funktio- ein Feldeffekt-Transistor (FET), der
S1
La1
nen recht leicht zu deuten sind: Eine sich von einem  normalen Transi-
6-V-Batterie als Gleichspannungs- stor dadurch unterscheidet, dass er
6V
quelle, dazu parallel ein Zweig mit keinen Basisstrom benötigt, um zu
100mA
dem Glühbirchen und einem Transi- leiten, sondern eine Spannung an
BT1
stor, der hier als An/Aus-Schalter seinem Gate-Anschluß. Dadurch ist
T1
fungiert. ein Schalten ohne Leistungsverlust
D
Ebenfalls parallel zur Batterie ist ein möglich, was in batteriebetriebenen
G 6V
Zweig gekoppelt, der aus einem Schaltungen recht praktisch ist.
S
R1 Taster und einem recht hochohmigen Die Spannung am Knoten zwischen
C1
BUZ10 Taster und Widerstand entscheidet
also, ob der Schalttransistor Strom
100µ
durch das Birnchen fließen lässt oder
Bild 1. Die Schaltung des Minutenlichts
004107 - 11 nicht.
besteht aus sechs Bauteilen.
56 Elektor 11/2000
4M7
INFO&GRUNDLAGEN
besitzt, der im kalten Zustand zwar
Ruhezustand
Typical Transfer Characteristics
wenige Ohm beträgt, nach wenigen
I =f (VGS); V = 25V
D GS
80 µs pulse test, Tj = 25°C
Im Ruhezustand ist der Taster geöff- Millisekunden aber, wenn der
24
net. Der Kondensator ist über den Glühwendel heiß geworden ist, auf
Widerstand entladen, der Transistor ungefähr 60 &! ansteigt. Der Strom
I
D
sperrt und lässt keinen nennens- durch diesen Zweig läßt sich leicht [A]
20
werten Strom durch das Glühlämp- mit dem Ohmschen Gesetz
chen zu. I = U/R = 6 V / 60 &! = 100 mA
16
bestimmen. Der Spannungsabfall
über dem leitenden FET ist übrigens
marginal und im Datenbuch mit
Einschalten
12
weniger als 0,1 V angegeben.
Ein Druck auf den Taster legt diesen
Knoten nahezu augenblicklich auf 8
+6 V. Diese Spannung liegt auch am
Entladen
Gate-Anschluss des FET-Leistungs-
4
transistors BUZ10. Wie die Transfer- Beim Drücken auf den Taster ist aber
charakteristik dieses Transistors in noch etwas passiert: Der Kondensa-
Bild 2 zeigt, läßt die Gate/Source- tor wird schlagartig auf +6 V aufge-
0
Spannung VGS von +6 V einen Strom laden. Beim Loslassen des Tasters
0 2 4 6 8 10
V
GS
von maximal 12 A über die Drain- hält diese Ladung das Gate des
[V] 004107 - 12
Souce-Strecke zu. Streng genommen BUZ10  auf Spannung , da sich der
gilt das Diagramm für eine Drain- Kondensator nur sehr langsam über
Bild 2. Übertragungscharakteristik des
Souce-Spannung von 25 V. Tatsäch- den hochohmigen Widerstand entla-
Feldeffekttransistors BUZ10.
lich fließt ein solch hoher Strom den kann. Die Spannung über dem
natürlich nicht, da einerseits die Bat- Kondensator ue sinkt aber nicht
terie einen erheblichen Innenwider- linear, sondern in einer  e-Funktion :
stand aufweist, anderseits der Wen- uc = UÅ"e-t/RC satorspannung und e die Basis des natürli-
del des Birnchens einen Widerstand Darin ist U die anfängliche Konden- chen Logarithmus von 2,718. Die entspre-
chende Kurve (Spannung über der Zeit) ist in
Bild 3 dargestellt.
1,0
Da einerseits der Kondensator langsam ent-
laden wird, andererseits aber der BUZ10 bis
hinunter zu einer Gatespannung von etwa
0,8
3,75 V ausreichend leitet, leuchtet das Lämp-
chen noch eine ganze Weile nach Loslassen
des Tasters.
0,625
Die  Nachleuchtzeit lässt sich sogar mathe-
0,6
U
C
matisch ermitteln. Dazu löst man obige For-
U
mel nach der Zeit auf und setzt für die Augen-
blicksspannung ue = 3,75 V ein.
0,4
t = RCÅ"ln (uc/U)
=  (4,7Å"106&!Å" 100Å"10-6 F)Å"
0,2
ln (3,75V/6 V)
=  470 s Å" ln 0,625
=  470 s Å" -0,47
= 221 s
Dieser theoretische Wert wird allerdings
nicht erreicht, da sich Kondensatoren (und
t [s]
004107 - 12
Elktrolytkondensatoren besonders) auch
selbst entladen. (004107)rg
Bild 3. Entladekurve eines idealen Kondensators.
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11/2000 Elektor 57
221
470
940
1410
1980
2350