azyrr elektroników hobbistów i profesjonalistów
3/97
marzec � 5 zł 30 gr

OWY
FILTR TRZASKÓW
ODBIORNIK Z
ATEŁ JDYg^OTEKOWYCH "ÓWANIA DTMF
PROGRAMATOR TERMOSTATÓW CYFROWYCH ZASILACZ WARSZTATOWY DUŻEJ MOCY REGULATOR TEMPERATURY Z DS1620
1-OB
SPRZ
SASIC STAMP Ś ELEKTRONICZNY ZNACZEK
KURS:
KOMPILATOR C DLA PROCESORÓW "51
FIRMY IAR
771230
352979
INDEKS 357677 JSaN 1230-3526 .
Germany: 4.SDM, France:
PROJEKTY ZAGRANICZNE
Lampy elektronowe, część 2
Druga część ańykuiu
prezentującego konstrukcje
lamp elektronowych jest
poświęcona dwóm
najdoskonalszym lampom:
tetrodzie strumieniowej
i pentodzie. Omówiono
parametry charakteryzujące
lampy, ich podstawowe
układy pracy, sposoby
oznaczeń i rodzaje obudów.
W ten sposób stworzyliśmy
kompendium zawierające
najważniejsze informacje
o lampach i układach
lampowych.
Elektrody oflntehUł
Tetr o da strumieniowa
Wysiłki czynione w celu wy-elimino w ani a z ałam ań char akte -rystyki tetrody doprowadziły do skonstruowania tetrody strumieniowej. Skoki zwojów siatek zostały zrównane, a ich rozmieszczenie tak zmodyfikowane, źe siatka ekranująca znalazła się całkowicie "w cieniu" siatki sterującej. Dzięki temu elektrony podążają od katody do anody oddzielnymi strumieniami. Ponadto, po obu stronach wewnętrznej struktury lampy, tam gdzie znajdują się wsporniki montażowe siatek, pomiędzy siatką ekranową a anodą, umieszczono odpowiednio uformowane elektrody skupiające. Są one połączone z katodą i ograniczają strumienie elektronów do dwóch wiązek po dwóch stronach anody. Pole elektryczne wewnątrz lampy, ukształtowane za pomocą takiej konstrukcji, niemal całkowicie eliminuje niekorzystny wpływ zjawiska emisji wtórnej z anody. Przekrój tetrody strumieniowej jest pokazany schematycznie na rys. 10. Pierwsze tetrody strumieniowe były przeznaczone głównie dla układów audio, ale gdy ich konstrukcja została udoskonalona, rozpowszechniły się także w wersji do wielkich częstotliwości.
Pentoda
Innym sposób em eli min a ej i skutków emisji wtórnej jest wprowadzenie do lampy trzeciej siatki,
Anoda
Anoda
Pentoda
StaUn ekraniJacR
Katoda
Anoda
Wyprowadzeniu grzsfilka
Siatka Zespół Siatka
ekranująca katody tfenjac*
Rys. 10. Konstrukcja tetrody strumieniowe).
zwanej siatką hamującą, umieszczonej pomiędzy siatką ekranującą a anodą. Niemal zawsze jest ona połączona z katodą. W dawnych, lampowych czasach pento-dy były najbardziej chyba rozpowszechnionym rodzajem lamp. Charakteryzowały się dużym wzmocnieniem, liniowością i stabilnością. Tetrody strumieniowe używano głównie we wzmacniaczach mocy, a triody do różnych specjalnych układów.
Parametry techniczne lamp
Do s char aktery z o w ani a 1 ampy potrzeba wielu danych technicznych. Niektóre z nich są tak oczywiste jak na przykład napięcie żarzenia.
I s tnie j e wi ele s tandardo w y ch rodzajów żarzenia, ale najpowszechniejszym jest napięcie 6,3V. Napięcie to jest dostosowane do napięcia trój ogniwowego akumulatora ołowiowego. Jednakowe napięcie umożliwia żarzenie wszystkich lamp urządzenia, połączonych równolegle, z jednego źródła. Wyjątkiem jest rozpowszechnione na Tynku amerykańskim napięcie żarzenia lamp prostowniczych 5V. Dlatego typowe transformatory zasilające miały po dwa uzwojenia żarzenia o różnym napięciu, dla lampy prostowniczej i dla pozostałych lamp. Trzeba pamiętać, że katoda lampy prostowniczej - w odróżnieniu od katod innych lamp - pozostaje pod wysokim napięciem względem masy. Było oprócz tego jeszcze wiele innych standardów żarzenia.
Ważne jest także maksymalne napięcie anodowe. Typowe urządzenia domowe przeważnie były zasilane napięciem (tzw. anodowym) około 250V. Ale maksymalne napięcie anodowe popularnej lampy 6L6 do końcowych stopni mocy, chętnie używanej we wzmacniaczach gitarowych, wynosi 360V. Do ważniejszych danych zalicza się także maksymalne napięcie siatki ekranowej oraz
Elektronika Praktyczna 3/97
13
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
Napięcie anodowe
Rys. 11. Wyznaczenie oporności wewnętrznej lampy.
maksymalną moc tracona w anodzie i w ekranie, przekroczenie których grozi uszkodzeniem lub zniszczeniem lampy.
Jednym z najważniejszych parametrów lampy jest jej dynamiczna oporność wewnętrzna (dla małych sygnałów zmiennych), oznaczana symbolem ra. Parametr ten stosuje się do wszystkich lamp łącznie z diodą. Na statycznej charakterystyce lampy na rys.11 przedstawiono graficznie, jak niewielka zmiana napięcia anodowego wywołuje zmianę prądu anodowego (przy stałym napięciu siatki). Dzieląc przyrost napięcia przez przyrost prądu otrzymuje się oporność wewnętrzną lampy.
Równie ważne jest tzw. nachylenie charakterystyki anodowej, oznaczane Sa (w literaturze angielskojęzycznej mutual conductance, gm), będące stosunkiem zmiany prądu anodowego do wywołującej go zmiany napięcia siatki sterującej, przy stałym napięciu anodowym. Wielkość tę wyraża się w mA/V (uQ, 1000uQ = lmA/V).
Trzeba jeszcze na koniec wspomnieć o współczynniku wzmocnienia K (lub u), definiowanym stosunkiem zmiany napięcia anodowego do zmiany napięcia siatki, przy stałym prądzie anodo-
Napięcie wejściowe
wym. Jest to teoretyczna granica wsp ółczynnika wzmóc ni e ni a , osiągalnego przez stopień wzmacniający z daną lampą. Praktyczne wzmocnienie
Zasilanie grzejnika
jest zawsze niż- RySl 1Sl Dioda Jako prostownik dwupołówkowy.
sze.
Powyższe trzy parametry łączy oczywista zależność:
K = Sa ra. (lub u = gm ra).
Układy lampowe
Tak jak istnieje wielka różnorodność tranzystorów, tak i rodzajów lamp jest bardzo dużo. Układy lampowe projektuje się więc składając logicznie ze sobą poszczególne stopnie jak z klocków.
Najprostszym układem lampowym jest prostownik diodowy. Dioda była przede wszystkim używana jako prostownik w zasilaczach. Najprostsza dioda może działać tylko jako prostownik jed-nopołówkowy, pokazany na rys. 12. Do filtracji tętnień wymaga on kondensatora o dużej pojemności. W dwupołówkowym można użyć dwóch pojedynczych diod, ale przeważnie używano tzw. podwójnych lamp prostowniczych, tj. dwóch diod o wspólnej katodzie. Schemat takiego prostownika jest pokazany na rys.13. Wykorzystuje się w nim obie połówki sinusoidy i filtracja jest łatwiejsza.
Schemat prostownika diodowego jest bardzo prosty. Trioda posiada więcej elektrod, więc układy triodowe są bardziej złożone. Jak już wspomniano, siatka musi być utrzymywana pod napięciem ujemnym względem katody. W przeciwnym wypadku popłynie prąd siatkowy i znacznie wzrośnie prąd anodowy. Mogą one osiągnąć tak duże natężenia, że lampa i inne elementy układu ulegną uszkodzeniu. Sposób otrzy-
Zasilanie grzejnika
Napięcie wyjściowe
Rys. 12. Dioda jako prostownik jednopołówkowy.
mywania ujemnego napięcia siatkowego pokazuje rys. 14.
Siatka łączy się z masą za pośrednictwem rezystora o dużej oporności, 100kQ lub większej, ponieważ impedancja wejściowa lampy jest duża. Katodę łączy się z masą rezystorem katodowym o tak dobranej oporności, aby prąd anodowy wytwarzał na nim spadek napięcia równy pożądanemu napięciu siatki. W takim układzie dodatnie napięcie katody względem masy oznacza bowiem ujemne napięcie siatki względem katody. Jest to napięcie stałe, na które nakłada się napięcie zmienne wzmacnianego sygnału.
Napięcia elektrod lampy różnią się czasem znacznie, pomiędzy poszczególnymi stopniami układu muszą więc być stosowane kondensatory sprzęgające.
Zmieniające się napięcie siatki sterującej wywołuje zmiany prądu anodowego, jak to ilustruje rys.15. Ten zmienny prąd płynie przez oporności obwodu anodowego, na których wywołuje zmienne napięcie anodowe. Na rys. 14 widać rezystor w obwodzie anodowym lampy. Całkowita oporność obwodu składa się z oporności wewnętrznej lampy ra, i oporności obciążenia w postaci rezystora RL. W obwodzie istnieje więc dzielnik napięcia i wzmocnienie wzmacniacza nie może osiągnąć teoretycznego wzmocnienia lampy K. Wzmocnienie stopnia oblicza się ze wzoru:
Av = KR/(ra + R)
Oporność R przedstawia w tym wzorze całkowitą oporność obciążenia. Oznacza to, że jeżeli wzmacniacz jest obciążony niską impedancja, musi ona zostać uwzględniona jako równolegle połączona z rezystorem RL. Często zdarza się, że impedancja następnego stopnia jest dużo większa od oporności RL i wtedy może zostać pominięta. Czasem jednak musi być uwzględniana w rachunku.
14
Elektronika Praktyczna 3/97
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
Rys. 14. Schemat wzmacniacza triodowego.
Układy z tetrodą i pentodą
Zwykły wzmacniacz triodowy różni się oczywiście od wzmacniacza tetrodowego lub pentodo-wego, ale podstawowe obliczenia są takie same. Schemat wzmacniacza wymaga kilku uzupełnień. Napięcie siatki ekranującej musi być niższe od anodowego. Zazwyczaj używa się w tym celu rezystora redukującego napięcie, pokazuje to rys. 16. Prąd pobierany przez ekran wytwarza na tym rezystorze odpowiedni spadek napięcia. Znajomość tego prądu umożliwia obliczenie oporności rezystora. Typową opornością jest 100kQ. Rezystor ten musi zostać zablokowany kondensatorem do masy, aby wyeliminować wszelkie napięcia zmienne, jakie mogłyby pojawić się na ekranie. W razie braku tego kondensatora ekranujące działanie siatki nie byłoby w pełni skuteczne. Jego pojemność musi być na tyle duża, aby mógł eliminować najniższą z wchodzących w grę częstotliwości.
We wzmacniaczach wielkiej częstotliwości, o mocy kilkuset
Ji la Prąd anodowy
Rys. 15. Zmiany prądu anodowego wywołane zmianami napięcia siatkowego.
lub więcej watów, siatka ekranująca bywa zasilana z osobnego zasilacza stabilizowanego w celu uniemożliwienia wzrostu jej napięcia powyżej dopuszczalnego. W przeciwnym wypadku lampa mogłaby zostać zniszczona.
Układ wzmacniacza pentodo-wego niewiele różni się od tetrodowego. Siatkę hamującą łączy się z katodą, a czasem z masą, jeżeli nie jest zwarta z katodą wewnątrz bańki.
Cokoły lamp
W ciągu wielu lat rozwoju technologii lamp elektronowych zostały kolejno opracowane różne standardy cokołów i podstawek lampowych, służących do łączenia lamp z układem. Początkowo były to cokoły "wtyczkowe" o trzech, czterech lub pięciu "nóżkach". Później w Europie powstała seria bocznokontaktowa i niemiecka seria "stalowa" do lamp z metalową bańką, a w USA cokoły systemów octal, loctal i tzw. miniaturowych heptal i noval, które stały się następnie standardami międzynarodowymi.
Znane lampy 6L6 i 6V6 były serii octal, a słynna EF50 serii octal B9G o bardzo dużym na owe czasy nachyleniu charakterystyki, była stosowana w urządzeniach radarowych w czasie drugiej wojny światowej. Z tzw. całoszklany-mi lampami początkowo serii B8G, a później B8A, heptal (B7G) i no-val (B9A) wprowadzono nową technologię produkcji. Szpilkowe "nóżki" tych lamp przechodzą bezpośrednio przez szkło bańki, dzięki czemu dodatkowe zewnętrzne cokoły lamp nie są potrzebne, a liczba operacji w procesie produkcyjnym została zredukowana.
Systemy symboli nazewniczych
Podobnie jak wszelkie podzespoły również i lampy elektronowe były oznaczane symbolami liczbowo literowymi. W ciągu wielu lat producenci w różnych krajach stosowali rozmaite sposoby oznaczania swoich produktów, w wyniku czego identyczne nieraz lampy występowały pod różnymi nazwami. Dlatego starano się uzgodnić wspólne systemy nazewnicze. Powstały dwa takie systemy, europejski i amerykańs-
Tabela 1. E uropejski system nazewmczy
lamp elektronowych.
pierwsza litera żarzenie
A 4V
C 200mA /= (szeregowo)
D 1,2V- 1,4V=, bateryjne
E 6,3V /=
G 5V
K 2V =, bateryjne
P 300mA /= (szeregowo)
U 200mA /= (szeregowo)
V 50mA /= (szeregowo)
druga lite u rodzaj lampy
A pojedyncza dioda
B podwójna dioda
C trioda
D trioda mocy
E tetroda
F pentoda
H heksoda lub heptoda
K oktoda
L pentoda mocy
M wskaźnik dostrojenia
(magiczne oko)
N tyratron
Q nonoda
X gazowana prostownicza
dwupotówkowa
Y prostownicza jednopotówkowa
Z prostownicza dwupotówkowa
liczba rodzaj cokołu
1 -9 bocznokontaktowy
11 -15 do niemieckich lamp metalowych
21 -29 loctal B8G
30-39 octal
40-49 catoszklane B8A
50-59 różne
60-79 sub miniaturowe
80-89 catoszklane B9A
90-99 catoszklane B7G
liczby trójcyfrowe - różne odmienne wersje
ki. Niektóre lampy produkowane w obu tych obszarach ekonomicznych mają wobec tego po dwa oznaczenia. Europejski system naze-wniczy jest zestawiony w tabeli 1. Pierwszą literą jest oznaczony sposób żarzenia lampy. Druga litera oznacza rodzaj lampy. Ponieważ niektóre lampy zawierają w bańce więcej niż jedną strukturę lampową, liter tych może być
Wyjście
Rys. 16. Schemat wzmacniacza tetrodowego.
Elektronika Praktyczna 3/97
15
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
Tabela 2. Amerykański system nazewniczy lamp elektronowych.
pierwsza liczba napięcie żarzenia
0 z zimną katodą
1 0,6V-1,6V
5: 4,6V - 5,6V
t 5,6V - 6,6V
7 6,3V loctal
12 12,6V
35 około 35V
jedna lub dwie litery na kolejnej pozycji oznaczają
nazwę lampy
trzecią pozycją jest liczba elektrod
(wliczając żarnik)
litery końcowe typ bańki
G duża szklana
GT mata szklana
M metalowa
X niskostratny cokół
W wykonanie wojskowe
także więcej niż jedna. Na trzecim miejscu jest liczba oznaczająca serię, a zatem cokół lampy.
Amerykański system nazewniczy jest opisany w tabeli 2. Nie dostarcza on tak szczegółowych informacji jak system europejski. Pierwsza cyfra oznacza napięcie żarzenia, jedna lub dwie litery to nazwa lampy, po czym następuje cyfra oznaczająca liczbę elektrod w lampie z uwzględnieniem żarnika, a na końcu litery, określające rodzaj bańki. lan Poole, EwPE
Ańykuł publikujemy na podstawie umowy z redakcją miesięcznika "Everyday with Practi-cal Electronics".
Rezystor zasilający siatkę ekranującą
Wyjście
0V
Siatka hamująca połączona z masą zasilania
Rys. 17. Schemat wzmacniacza pentod owego.
16
Elektronika Praktyczna 3/97
SPRZĘT
Uniwersalne moduły
do pomiaru częstotliwości,
część 1
Duże zainteresowanie wśród
naszych Czytelników wzbudziły
uniwersa!ne mierniki
częstotliwości, które od stycznia
tego roku reklamuje na lamach
EP warszawska firma MJM.
Postanowiliśmy zatem sprawdzić,
co też takiego intrygującego jest
w tych konstrukcjach.
Oto pierwsza część raportu
z naszych testów. Przedstawimy
w niej moduły o bardzo prostej
konstrukcji, które mogą znaleźć
zastosowanie jako mierniki
w generatorach funkcyjnych,
wskaźnikach częstotliwości
w odbiornikach radiowych,
pro s tych mi ern ika ch
laboratoryjnych lub dowolnych
innych aplikacjach, gdzie
najważniejszymi parametrami są
cena i łatwość obsługi.
Znacie? Na pewno nie, więc
poczytajcie...
Założeniem konstruktorów prezentowanych modułów było stworzenie rodziny kompletnych, a przez to prostych w stosowaniu mierników częstotliwości, które można stosować w dowolnych urządzeniach wymagających tanich, a przy tym w miarę dokładnych wskaźników częstotliwości.
Producent oferuje na wszystkie moduły dwuletnią gwarancję, co jest pewnego rodzaju ewenementem na krajowym rynku elektroniki i sugeruje odbiorcom (z czym w pełni się zgadzamy), że oferowane wyroby są wysokiej jakości.
Dobre wrażenie sprawiają przystępnie opracowane i estetycznie wydane instrukcje (wszystkie w języku polskim). Zawarto w nich wszystkie istotne dla użytkownika dane urządzeń, szczegółowo przedstawiono sposób ich konfigurowania i obsługi.
Ponieważ różne aplikacje stawiają nieco odmienne wymagania tego typu przyrządom, powstały dwie podstawowe grupy mierników:
- proste wskaźniki częstotliwości: MC210 i FC200;
- programowalne moduły mikroproceso-
Modul MC210,
rowe do pomiaru częstotliwości: MC51, MC52, MC56 oraz MC57. Krótkie zestawienie dostępnych w chwili obecnej modułów zawarto w tab.l.
Rozpoczniemy od omówienia urządzeń układowo prostszych.
Wskaźniki częstotliwości MC210 i FC200
Moduł MC210 jest prostym 6-cyfrowym wskaźnikiem częstotliwości o zakresie pomiarowym do 200MHz. Sygnały wejściowe mierzone są w dwóch podzakresach:
- 100Hz..30MHz z rozdzielczością lOOHz, przy czym czułość wejściowa w zakresie lkHz..20MHz wynosi ok. 100mVrms;
- 30MHz.. 200MHz z rozdzielczością lkHz, przy czym czułość wejściowa dla zakresu 40MHz..200MHz nie jest gorsza niż 100mVrms.
Dodatkowo przewidziano możliwość wyświetlania częstotliwości w zakresie 100Hz..6MHz z dokładnością lHz, powoduje to jednak pewną niedogodność podczas odczytu wyniku - nie jest bowiem wyświetlana najbardziej znacząca cyfra, ponieważ pole wyświetlaczy jest 6-cyfro-we. Zmiany konfiguracji dokonuje się przy pomocy zworek zamontowanych na płytce drukowanej.
Konstrukcja tego modułu jest dość prosta - oparto ją bowiem na standardowych układach CMOS, rolę generatora i dzielnika wzorcowego spełnia popularny niegdyś w Polsce układ zegarowy MC1212. Elementem wzorcowym podstawy czasu jest oscylator kwarcowy, którego częstotliwość rezonansu można skorygować dzięki zastosowaniu
trymera.
. ^ Zastosowane wy-
świetlacze LED mają wysokość znaku ok. llmm, co predestynuje ten wskaźnik do zastosowań w niewielkich urządzeniach stacjonarnych.
Pewną wątpliwość wzbudza przyjęta przez producenta mieszana technologia montażu tego modułu - elementy bierne montowane są w większości w technologii SMD, podobnie jak dwa układy scalone. Pozostałe osiem układów, wyświetlacze, kondensatory elektrolityczne, jumpery i kwarc montowane są w standardowej technologii przewie-
Elektronika Praktyczna 3/97
17
SPRZĘT
Fot. 2. Modd FC200.
kanej. Z punktu widzenia użytkownika taki sposób montażu nie ma oczywiście żadnego znaczenia, sprawia on jednak wrażenie pewne] przypadkowości.
Moduł MC210 wyposażony jest w cztery otwory umożliwiające zamocowanie modułu do płyty czołowe] urządzenia lub płyty bazowe], która mocowana jest prostopadle do płyty czołowej.
Drugim miernikiem z te] grupy jest FC200.
Jest to także miernik zbudowany na standardowych układach CMOS, umożliwiający pomiar częstotliwości do 200MHz.
Jako wskaźnik wyniku pomiaru zastosowano 6-cyfrowy wyświetlacz LED o wysokości cyfr ok. 13mm. Pozwala to na stosowanie tego urządzenia w zbiorczych panelach kontroli częstotliwości, ponieważ wyświetlacze o te] wysokości są widoczne ze znacznych odległości.
Producent przewidział następujące pod-za kresy: - 100Hz..l0MHz, z rozdzielczością lOHz,
- 100Hz..30MHz, z rozdzielczością lOOHz,
- 30MHz . .lOOMHz , z rozdzielczością lOOHz,
- 30MHz . .200MHz , z rozdzielczością lkHz.
Czułość wejściowa przyrządu w całym zakresie pomiarowym ll00Hz..200MHz) nie jest gorsza niż 280mV (lOOmY^J, co pozwala mierzyć bezpośrednio sygnał wyjściowy generatorów w.cz.
Pomimo zbliżonej koncepcji układowej wskaźnik FC200 różni się od przedstawionego powyżej MC210 zarówno gamą zastosowanych układów (jako dzielnik odniesienia zastosowano układ CMOS 4020), jak i koncepcją montażu - wszystkie układy scalone montowane są technologią przewlekaną, a większość elementów biernych i kilka tranzystorów zamontowano powierzchniowo.
Miernik FC200 konfigurowany jest przy pomocy kilku jumperów, których obsługa nie sprawia żadnych trudności, ponieważ na powierzchni płytki drukowanej umieszczono krótką "ściągawkę" prezen-
tującą dopuszczalne sposoby konfiguracji. Ponieważ elementem spełniającym rolę wzorca czasu jest scalony generator z wbudowanym kwarcem nie ma możliwości skorygowania jego częstotliwości, co jednak trudno uznać za wadę - stabilność i dokładność tego typu generatorów jest większa niż wymagania stawiane przez ten miernik.
Producent opracował dwie wersje wskaźnika FC200 - jedna z nich ma płytkę wyświetlaczy montowaną prostopadle do płytki z częścią cyfrową, w drugiej wersji płytka wyświetlaczy jest połączona bezpośrednio z częścią cyfrową, dzięki czemu cały moduł jest bardzo płaski.
Płytki wskaźnika FC200 są wyposażone w otwory umożliwiające mocowanie go zarówno do płyty czołowej panelu, jak i do podstawy urządzenia.
Próby laboratoryjne
Obydwa mierniki poddaliśmy prostym testom w naszym laboratorium. Polegały one na sprawdzeniu podstawowych parametrów podanych przez producenta w instrukcjach dołączonych do modułów. Okazało się, że wszystkie deklarowane przez producenta wartości znalazły potwierdzenie w rzeczywistości. Faktyczny pobór prądu był nieco mniejszy niż to podano (ok. 130mA i 190mA)), a czułość wejściowa większa (rzędu 70mV ).
im;'
Dokładność obydwu mierników i stabilność pomiarów jest zadowalająca, pewnym problemem może być tylko brak dopasowania wejścia przyrządów do typowych kabli pomiarowych dla sygnałów w.cz. (50 lub 75H). Producent uprzedza o tym fakcie w instrukcji i podpowiada sposób usunięcia tej niedogodności. Piotr Zbysiński, AVT
Znacznie bardziej zaawansowane konstrukcje firmy MJM, których "sercem " jest mikrokoniroler przedstawimy w kolejnym numerze EP.
Tab.1. Zestawienie najważniejszych parametrów i właściwości modułów do pomiaru częstotliwości
Typ Zasilanie Zakresy pomiarowe Czułość [mVJ Ilość cylr Irnpedancja we|ściowa Wymiary (SxWxG)[rnrn] Możliwości dodatkowe
MC210 9 15V 170tnA 100Hz 6MHz 100Hz 30MHz 30MHz 200MHZ 100mV 6 150O/1kO 80 5x27x57
FC200 9 15V 170tnA 100Hz 30MHz 30MHz 200MHZ 100 6 150D/1 5kO 102x64x38^25 -
MC51/52 5V/7 5 9V 220rnA 0 125HZ 50MHZ 1 2GHz TTL/100tnV (tor 1 2GHz) 6 1MD/50D(tor 1 2GHz) 89 5x21 5x66 (MC51) 85 5x16x65 (MC52) Uniwersalny licznik programowany, o wielu trybach pracy Możliwość wyboru czasu bramkowania Brak przedwzmacmacza na płytce miernika
MC56/57 5V/7 5 9V 220rnA 0 125HZ 50MHZ 1 2GHz TTL/100rnV (tor 1 2GHz) 6 1MQ/500(tor 1 2GHz) 119 2x22x70 (MC56) 105x17x68 (MC57) Uniwersalny licznik programowany, o wielu trybach pracy Możliwość wyboru czasu bramkowania Brak przedwzmacmacza na płytce miernika
18
Elektronika Praktyczna 3/97
SPRZĘT
Najnowsza propozycja Motoroli -tak dużo, za tak niewiele
Procesory firmy Motorola są
stosunkowo mało popularne na
naszym rynku, co doskonale
widać także po projektach
publikowanych w EP. Dzięki
najnowszej propozycji Motoroli
sytuacja ta może ulec radykalnej
zmianie.
Dlaczego? Motorola poczyniła
niezwykle duży krok w stronę
konstruktorów pragnących
stosować mikrokontrolery,
przygotowując bardzo atrakcyjny
zestaw uruchomieniowy dla
najprostszych procesorów rodziny
HC05.
Jeszcze nigdy tak dobre
narzędzie nie było osiągalne za
tak przystępną cenę...
68HC65
Podstawowe możliwości i właściwości zestawu HC05JICSE
/ możliwość kompilacji prógramówassemblerowych, / możliwość emulacji procesorów 68HC705J1 A, / możliwość programowania procesorów
68HC705J1A,
/ współpraca modułu sprzętowe go z debuggerern-sy-mulatorem programowym poprzez złącze szeregowe
Podstawowym narzędziem przeciętnego projektanta systemów mikroprocesorowych jest kompilator assemblera oraz programator umożliwiający zapisanie pamięci programu docelowego mi kro kontrolera. Nieco bardziej zasobni konstruktorzy mogą pokusić się o zakup kompilatorów języków wyższego poziomu (głównie C] oraz symulatorów programowych. Szczytem marzeń większości projektantów jest posiadanie symulatora sprzętowego, który umożliwia obserwację reakcji procesora na pobudzenia zewnętrzne, bezpośrednio w projektowanym układzie. Zakup kompletnego wyposażenia jest niezwykle kosztowny, często przekracza możliwości profesjonalnych laboratoriów.
Zaprzeczeniem tego twierdzenia jest najnowsza propozycja Motoroli - otóż za ok. 200zł oferuje ona zestaw typu Starter Kit, który zawiera wszystkie elementy niezbędne aby rozpocząć pracę z procesorami 68HC(7]05jlA firmy Motorola. W skład zestawu wchodzą:
- prosty w obsłudze i łatwo konfigurowal-ny shell ,,Rapid", który umożliwia bezproblemowy transfer danych pomiędzy poszczególnymi programami używanymi przez użytkownika (rys.l);
- kompilator assemblera CASM (wersja dla procesorów HC05J1A], wywoływany bezpośrednio z DOS-a lub z poziomu shella "Rapid";
- symulator programowy procesora HC05J1A, który także może być wywoływany z DOS-a lub z poziomu shella (rys.2];
- płytka programatora - emulatora sprzętowego. Na płytce znajduje się mikrokon-troler HC05C9A z wpisanym programem
obsługi programatora i emulatora, który nosi nazwę JICSBOOT. Mikrokontroler współpracuje z komputerem nadrzędnym poprzez złącze szeregowe RS232. W płytkę wlutowane są dwie podstawki DIL 20. Jedna z nich służy do zainstalowania programowanego procesora, druga umożliwia podłączenie kabla emulacyjnego, którego drugi koniec należy włączyć do uruchamianego urządzenia. Kabel ten także wchodzi w skład Starter Kitu;
- dokumentacja w postaci czterech książek. Wśród nich znajduje się niezwykle interesująca (zwłaszcza dla początkujących] pozycja pt. "Understanding Smali MCU's", która stanowi kompendium podstawowej wiedzy z zakresu mi kro kontrolerów. Pozostałe książki to: instrukcja obsługi zestawu, dokumentacja programu Rapid oraz pełna no ta katalogowa procesora 68HC705J1A;
- noty aplikacyjne, które ułatwiają poznanie zalecanych przez projektantów Motoroli sposobów dołączania typowych urządzeń zewnętrznych (klawiatury, pamięci EEPROM, obsługa portu szeregowego];
- kabel RS2 3 2 (9/9 pin] wraz przelotką umożliwiającą podłączenie kabla do gniazda 25-stykowego;
- zasilacz sieciowy;
- płyta CD-ROM z szeregiem not aplikacyjnych i katalogów (w postaci plików *.pdf, *.htm oraz szeregu programów demonstracyjnych]. Na płycie znajduje się także program demonstracyjny przybliżający możliwości i obszary zastosowań procesorów HC05/08 i 11;
- próbka układu HC05 w wersji EPROM z okienkiem.
Oprócz wymienionych elementów w zestawie znajduje się także dyskietka z demonstracyjną wersją kompilatora C firmy Byte Craft, która współpracuje z shellem "Rapid11.
Elektronika Praktyczna 3/97
21
SPRZĘT
riilTEST.ńltt Łlu Zh C*I B
łset 3hlie
144 parta
$8
a(4 por14 tli
. Larli Uf I LICI ilitlilf kij
CdK IH3 ST flj
PM 41 l>|Ht
i
LE j-łdlrlL n^
Liilcrrupl ul 11 tnigle LElL
jkkŁ tlaer tmcrl Iow Fl�Q jtog*la UD11rVi71
Ł IfiLJ f |4� umrPMi u HBkJ Urn ti<� rfl IF*
W Ul 91
mi ihi im uu uu uu uu n
7#HB ael tar PHRT A Ints *Ś! LEW EftU
Rys. 2.
Projektanci oprogramowania przyjęli zasadę zapewnienia maksymalnej uniwersalności dostarczonego oprogramowania, dzięki czemu możliwe jest wywoływanie z poziomu "Rapida" wybranych przez użytkownika kompilatorów z dowolnie zadanymi parametrami. Wybór odpowiednich nastaw i parametrów "Rapida" ułatwia prosty program konfiguracyjny. Niezbędne do poprawnej pracy środowisko (tzn. shell, kompilator i debugger] zajmuje po instalacji ok. 600kB miejsca, dzięki czemu możliwa jest jego praca bez twardego dysku. Dzięki wykorzystaniu przez programistów znakowego trybu pracy karty graficznej możliwe jest uruchomienie "Rapida" nawet na karcie Hercules, chociaż znacznie lepsze efekty można osiągnąć wykorzystując dowolną kolorową kartę graficzną i odpowiedni do niej monitor, ponieważ niektóre atrybuty tekstu zaznaczane są kolorami.
Zarówno instalacja oprogramowania, jak i jego konfiguracja i podłączenie emulatora sprzętowego nie sprawia żadnej trudności. W razie kłopotów można skorzystać z doskonale opracowanego przewodnika po błędach, który ułatwi rozpoznanie przyczyny niepoprawnego działania układu.
Ogromną zaletą debuggera jest możliwość pracy samodzielnej (bez płytki emulatora], jako programowego symulatora lub w trybie podglądu procesora emulującego. Oprogramowanie samoczynnie wykrywa fakt dołączenia do portu szeregowego płytki emula-
Wymagania sprzętowe zestawu HC05JICSE
/ dowolnykornputer PC
/ dowolna karta graficzna (program sterujący pracuje
w trybie znakowym), zalecany monitor kolorowy,
/ wolnaparnięć 520kB,
/ jeden port szeregowy RS232 (C0M1),
/ ok 2MBwolnego miejsca na dysku twardym,
/ napęd dyskietek 1 44MB
64B pamięci RAM (w tym obszarze znajdują się także rejestry specjalne, wykorzystywane do współpracy z otoczeniem i do konfiguracji procesora]; 15-bitowy timer z możliwością konfiguracji trybu pracy;
watchdog z detekcją skoku pod niedozwolony adres;
tora i automatycznie przełącza się w "śledzący" tryb pracy.
Jak wspomniano na początku artykułu zestaw JICSE opracowany został z myślą o procesorach 68HC705J1A. Jest to jeden z najprostszych procesorów rodziny HC05. W jego wnętrzu zintegrowano: - 1240 bajtów pamięci programu (EPROM
lub EPROM OTP;
- konfigurowalny oscylator wzorcowy;
- układ obsługi przerwań;
- 14 linii portów I/O (4 o podwyższonej obciążalności prądowej];
- układ oszczędzania energii (zatrzymanie procesora STOP lub HALT]. Wewnętrzna struktura procesora jest bardzo przejrzysta - obok akumulatora, rejestru znaczników (5 flag], licznika stosu jest on wyposażony w jeden rejestr indeksowy, który ułatwia m.in. operowanie większymi blokami danych.
Jest to więc bardzo prosty i przez to łatwy w stosowaniu procesor, a dodatkową jego zaletą jest bardzo bogata lista instrukcji (występuje w niej nawet mnożenie dwóch bajtów]. Pomimo 'anty-RlSC-owej' architektury procesor jest dość szybki - przy maksymalnej częstotliwości zegarowej (Motorola gwarantuje poprawną pracę procesora przy zegarze zewnętrznym 4.2MHz, lecz w praktyce pracuje on poprawnie także przy częstotliwości 6MHz] cykl maszynowy trwa zaled-fc wie 476ns. Większość instrukcji wykonywana jest w 3..5 taktach, dzięki czemu nawet dość złożone programy wykonywane są bardzo szybko.
Procesor HC05J1A zamknięty jest w obudowie DIP20 (lub SOIC20]. Możebyc on zasilany napięciem z zakresu 3.3..5V, co umożliwia stosowanie go także w aplikacjach wymagających zasilania bateryjnego lub akumulatorowego. Piotr Zbysiński, AVT
Opisany zestaw otrzymaliśmy od Motoioli-Polska.
"Superman", którego zdjęcie zamieściliśmy w artykule jest symbolem kampanii reklamowej prezentowanego zestawu.
Zestaw opisany w artykule jest dostępny u krajowych dystrybutorów Moioroli:
- Elbaiez, iel. {0-22} 625-43-77
- Macropol, iel. (0-22} 22-43-37
22
Elektronika Praktyczna 3/97
^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^M TEST
W ramach działu "TEST" przedstawiamy Czytelnikom narzędzia, programy i oprzyrządowanie pomocnicze, które sq wykorzystywane w pracowniach konstrukcyjnych i laboratoriach elektronicznych. Opisy, które prezentujemy, sq wynikiem badań prowadzonych w laboratorium AVT. Zadaniem "TESTu" jest dostarczanie pełnej i kompetentnej informacji o aktualnej ofercie krajowego rynku.
Multimetry uniwersalne
Bariera cenowa: 150zł
Multimetr jest
podstawowym
przyrządem w pracowni
każdego elektronika.
Duża uniwersalność,
łatwość obsługi,
odporność na udary
i dokładność
dokonywanych pomiarów
spowodowały, że rynek
przyrządów pomiarowych
został zdominowany
przez przyrządy cyfrowe.
Z naszego "Testu"
dowiecie się, czego
można spodziewać się po
muitimetrach cyfrowych
dostępnych na naszym
rynku w cenie do 150zł.
Każdy elektronik uruchamiając pracownię elektroniczną zmuszony jest kupić przynajmniej dwa elementy oprzyrządowania: lutownicę i multimetr. Oczywiście nie są to wszystkie narzędzia potrzebne do komfortowej pracy, stanowią jednak ważną podstawę dla rozwoju pracowni.
Lutownicami zajmiemy się w najbliższej przyszłości, teraz skupimy się na przybliżeniu możliwości oferowanych przez najpopularniejszą w naszym kraju grupę przyrządów pomiarowych - elektronicznych multimetrów w cenie poniżej 150zl (cena netto). Popularność tej grupy mierników wynika zarówno z niewygórowanej ceny, jak i wielu walorów użytkowych.
W "Teście" przedstawiamy 45 przyrządów, które stanowią reprezentatywną grupę wybraną z oferty kilku dystrybutorów w naszym kraju. Nie są to oczywiście wszystkie dostępne w sklepach na terenie kraju przyrządy, jednak przygotowane przez nas zestawienie dostarcza wszelkich informa-
cji, które precyzyjnie charakteryzują trendy obowiązujące aktualnie na rynku. Po zapoznaniu się z dostarczonymi przez dystrybutorów przyrządami postanowiliśmy nieco zmodyfikować dotychczasową formułę "Testu" - zamiast przedstawiania Czytelnikom wrażeń z posługiwania się przyrządami przygotowaliśmy zestawienie ich możliwości pomiarowych oraz najbardziej charakterystycznych cech użytkowych. Dzięki temu każdy z naszych Czytelników będzie mógł wybrać miernik najlepiej dostosowany do własnych wymagań.
Trendy
W stosunku do lat ubiegłych wyraźnie daje się zaobserwować wzrost wymagań stawianych mul-timetrom przez użytkowników. Wzrost wymagań idzie w parze z... obniżaniem się cen multimetrów! Jest to stwierdzenie może nieco szokujące, lecz w większości wypadków prawdziwe.
Jednocześnie wzrasta szeroko rozumiana kultura sprzedaży przyrządów.
Wszystkie prezentowane w przeglądzie mierniki mają roczną gwarancję, wielu dystrybutorów zabiega o zdobycie atestów potwierdzających jakość oferowanych wyrobów. Jednym z najważniejszych dla przyrządów pomiarowych atestów jest "Świadectwo Zatwierdzenia Typu" wydawane przez Główny Urząd Miar. Przyrządy otrzymujące taki atest poddawane są szczegółowym badaniom metrologicznym, które umożliwiają zmierzenie rzeczywistych błędów pomiarów realizowanych przez przyrząd i weryfikację deklaracji producentów z rzeczywistością.
Nie wszystkie mierniki przedstawione w "Teście" mają atest GUM, co nie oznacza automatycznie, że nie spełniają one wszystkich wymagań formalnych stawianych przez GUM. Poddanie przyrządu testom kwalifikacyjnym jest dość kosztowne i długotrwałe, co w przypadku prostszych przyrządów nie zawsze ma sens.
Dość interesująco przedstawia się typowa statystyka błędów pomiarowych przyrządów z tej
Elektronika Praktyczna 3/97
23
TEST
grupy cenowej (opieramy się na wynikach badań GUM, zawartych w "Świadectwach Zatwierdzenia Typu", których kopie otrzymaliśmy od importerów). Typowe wartości błędów są następujące: K dla pomiaru napięć stałych: ą(0.5..1.5% + lcyf-ra);
K dla pomiaru napięć zmiennych : ą(1..2% + 2..3cyfr); K dla pomiaru prądów stałych: ą(2..3.5% + 1..5cyfr); K dla pomiaru prądów
zmiennych: ą(1..5% + 1..5
cyfr); X dla pomiaru rezystancji:
ą(0.8..3% + 1..3cyfr).
Z reguły zakresy skrajne (najmniejszy i największy) dla danego pomiaru obarczone są błędem większym o ok. ą0.5..1%. Należy także pamiętać, że podane powyżej wyniki służą jedynie zgrubnej orientacji i nie charakteryzują żadnego z prezentowanych mierników. Podano wartości maksymalne, uwzględnione w bada-
niach GUM. Wyraźnie zauważalna jest tendencja obniżania się wartości błędu pomiaru wraz ze wzrostem ceny przyrządu.
Standardem stało się już wyposażenie mierników w instrukcje w języku polskim, co należy poczytać za duży plus importerom. Niestety - są to najczęściej niezbyt precyzyjne tłumaczenia z języka angielskiego lub niemieckiego, co czasami prowadzi do powstawania zabawnych lapsusów. Nie
utrudnia to oczywiście korzystania z przyrządu, a biorąc pod uwagę rosnące wymagania użytkowników sytuacja ta z czasem ulegnie z pewnością poprawie.
W skład standardowego wyposażenia wielu typów mierników wchodzą tzw. holstery, czyli grube osłony z elastycznego tworzywa sztucznego, które mają zapobiegać udarom mechanicznym miernika. Bardzo często są one wyposażone w pasek lub
24
Elektronika Praktyczna 3/97
TEST
Elektronika Praktyczna 3/97
25
TEST
MB30B
200mV/2V/20V/200WiOOOV
200|iA/2nń/20mA/200mAflOA
M832
V/2V/20V/200MO 200V/7S0V
200|iA/2mA/20mA/200mA/iOA
M6 33
20CTtiV/2V/20V/200V/1000V
M83G
ba dH wyśłiiiłlicza maksym he ukazane)
M640D
200mV/2V/2QV/200MOOOI/
im H)ld (ni
p __
nsJiukcja [o [olsliu lolster
Mlarnlkl oznaczona takim znaki am:
można kupić z rąbałam 5%
W/6F22 Holi
/
(50Hz/5V} / /
W/6F22 Holi
- 5V}
/Ś"
nasr

26
Elektronika Praktyczna 3/97
TEST
Elektronika Praktyczna 3/97
27
TEST
23
Elektronika Praktyczna 3/97
TEST
uchwyty umożliwiające mocowanie miernika do paska spodni. Holstery wyposażone są także w rozkładane podstawki, które pozwalają ustawić miernik na stole tak, aby wyświetlacz byl dobrze widoczny dla osoby go obsługującej.
Charakterystyczne dla droższych mierników są wyświetlacze o dużych cyfrach, na których oprócz wyniku pomiaru wyświetlane są jednostki charakteryzujące mierzoną wielkość. Coraz większa ilość mierników z prezentowanej grupy cenowej wyposażona jest w bargraf (linijkę analogową), która znacznie ułatwia obserwowanie przebiegów zmiennych w czasie. Częstotliwość odświeżania wskazań bargrafu wynosi z reguły od 10..40Hz, co zapewnia odczyt w czasie rzeczywistym. Możliwość obserwowania zmian amplitudy sygnału w czasie ma duże znaczenie w niektórych pomiarach, a jest trudne do wychwycenia
na wskaźniku cyfrowym, którego wskazanie jest uaktualniane 1..4 razy na sekundę.
Coraz większa ilość mierników tej klasy umożliwia pomiar częstotliwości i pojemności, co było do niedawna zarezerwowane dla przyrządów znacznie droższych. Dokładność tych pomiarów nie jest zbyt duża, zwłaszcza jak na przyrząd cyfrowy, lecz w pełni wystarcza do typowych zastosowań warsztatowych. Dużą popularność zdobywają także przyrządy zintegrowane ze wskaźnikami stanów logicznych (najczęściej TTL).
Standardem w wyposażeniu multimetrów są akustyczne lub optyczne wskaźniki zwarć w badanym obwodzie, mierniki współczynnika wzmocnienia tranzystorów (w układzie OE), mierniki napięcia na przewodzącym złączu diody.
Wszystkie prezentowane mierniki mają wbudowane zabezpieczenia na wejściach, które zapobiega-
ją możliwości uszkodzenia przetwornika pomiarowego i obwodów wejściowych. Rolę elementów zabezpieczających spełniają standardowe bezpieczniki topi-kowe. W większości multimetrów zastosowano po dwa bezpieczniki, niezależnie dla zakresów nisko-prądowych i obwodu wy-sokoprądowego. Rolę zabezpieczenia przepięciowego spełniają diody włączone równolegle do wejść przyrządów lub transile gaszące impulsy do l,5kW. Mamy nadzieję, że ta krótka prezentacja ułatwi naszym Czytelnikom choćby w pewnym stopniu dokonanie trafnego wyboru podczas zakupu miernika do swojego laboratorium. Stawka w podgrupach cenowych mierników jest dość wyrównana, co należy uznać za przejaw stabilizacji rynku.
O ceny konkretnych mierników prosimy pytać bezpośrednio dystrybutorów, których adresy podajemy w tabeli poniżej.
Rabatu na przedstawione typy mierników (zaznaczone w tabeli) udzielają tylko firmy wyróżnione w tabeli poniżej.
Podany na początku artykułu próg cenowy nie zawiera podatku VAT
(22 %J.
Dane zamieszczone w tabelach opracowano na podstawie dokumentacji dostarczonej przez dystrybutorów (importerów) i badań organoleptycznych.
Mierniki oznaczone w tabelach jako posiadające atest GUM mają odpowiednie świadectwo, których kopie nadesłali nam importerzy.
W kolejnym "Teście" przedstawimy multimetry z grupy cenowej
150..450zł (netto).
Adresy dystrybutorów multimetrów prezentowanych w przeglqdzie
ul. Lektykarska 25/16, 01-867 Warszawa
(0-22) 33-15-64
Biali Labimed SBH Unitor
ul. Grunwaldzka 216, 80-266 Gdańsk ul. Sobieskiego 22, 02-930 Warszawa ul. Ratuszowa 11, 03-450 Warszawa ul. Rydygiera 30/32 87-100 Toruń
www.atel.com.pl, e-mail: [e-mail]
(0-58) 45-27-86
(0-22) 642-16-23, 642-19-73
(0-22) 618-22-41 wew. 157
(0-56) 45-76-96
Mierniki z oferty firm Atel, Biali i Labimed dostępne są także w firmie:
Mer-Serwis ul. Gen. Andersa 10, 00-201 Warszawa (0-22) 31 -42-56
AVT Korporacja ul. Burleska 9, 01-939 Warszawa (0-22)35-66-88
Uwaga! Kupony rabatowe są honorowane także przez lokalnych dystrybutorów firmy Labimed (informacje są dostępne pod numerem telefonu: 0-22 642-16-23)
Elektronika Praktyczna 3/97
29
PROJEKTY
Mówiący zegar z DCF77, część 1
kit AVT-322
Jak wynika z listów wielu
naszych Czytelników,
elektroniczne zegary cyfrowe
nadal cieszą się niesłabnącym
zain tereso waniem , Na łam ach
naszego pisma kilkakrotnie
poruszaliśmy ten temat, co
nie oznacza, że go
wyczerpa liśm y.
Ponieważ minęło sporo
czasu od ostatniej prezentacji
konstrukcji zegara,
postanowiliśmy opracować
urządzenie, które oprócz
standardowych funkcji posiada
kilka dodatkowych zalet,
jakich nie posiadają
spotykane dotąd na naszym
rynku zegary - można go
bowiem zsynchronizować
z niemieckim wzorcem czasu
DCF, a co więcej, potrafi
powiedzieć Ci, która jest
godzina,,.
PROJEKT Z OKŁADKI
Juź sam tytuł artykułu wskazuje, iż zegar potrafi powiedzieć, jaki jest aktualnie czas. Oprócz tego, w razie potrzeby, informuje nas "ustnie" o dacie lub czasie alarmu. Jak wynika z praktyki autora, najwięcej uciechy ma rodzina podczas porannego budzenia, kiedy to zamiast standardowego dzwonka można usłyszeć: "Godzina 7.00, pora wstać, uśmiechnij się (??), idziesz do pracy...". To oczywiście żart, lecz aby oswoić się z przykrą rzeczywistością, szczególnie w poniedziałkowy poranek, taki komunikat jest często potrzebny. Autor gwarantuje wszystkim Czytelnikom, którzy zdecydują się na zmontowanie prezentowanego urządzenia, że pierwszych kilka tygodni skrycie będą oczekiwać takiego komunikatu, budząc się samemu na kilka minut przed alarmem. Wynika to po prostu z ludzkiej ciekawości: "dochodzi 6.30, no powie coś ten zegar czy nie?". Zabawy jest przy tym sporo, a dla poprawy porannego samopoczucia wystarczy okresowa zmiana (np. przez najmłodszych członków rodziny) komunikatu budzenia na taki np. "Hej, czy nie zapomniałeś wczoraj zamknąć samochodu?". Pobudka gwarantowana.
Jak wspomniano na początku artykułu, zegar można synchioni-
zować cyfrowym sygnałem wzorca czasu DCF77. Sygnał ten nadawany jest z terenu Niemiec. Zawiera on komplet informacji na temat bieżącego czasu, daty, oraz dodatkowo kilka innych danych, które omówimy w dalszej części artykułu.
Transmisja sygnału jest ściśle zsynchronizowana z atomowym wzorcem czasu, którego dokładność wskazań teoretycznie obliczono na 1 sekundę na każde 5 milionów lat. Nasz zegar potrafi te informacje zdekodować i automatycznie ustawić wskazania zgodnie z wzorcem.
Dzięki takiemu rozwiązaniu, każdy posiadacz naszego chronometru nie będzie martwił się o to, czy aby "ma jeszcze czas...", no w każdym razie będzie mógł z dumą podać dokładną godzinę znajomym lub krytycznie ocenić niedokładność publicznych zegarów np. z wieży ratusza.
Urządzenie można zmontować w kilku wariantach. W wersji podstawowej układ pełni wszystkie funkcje wyszególnione w danych technicznych, oprócz "mówienia" oraz dekodowania sygnałów DCF77. Ustawienie zegara odbywa się ręcznie, a dzięki zastosowaniu podtrzymywania bateryjnego, urządzenie może pracować długo bez skasowania informacji o czasie i wszystkich nastawach, nawet
30
Elektronika Praktyczna 3/97
Mówiqcy zegar z DCF77
Charakterystyka zegara
Funkcje podstawowe:
/ zegar pracuje w trybie 24-godzinnym;
/ funkcja daty: dzień i miesiąc, uwzględnia lata przestępne;
/ funkcja alarmu, po ustawieniu godzin i minut
/ funkcja timera; 10 nastaw, 2 tryby pracy: całoroczny i codzienny;
/ funkcja przyciemniania wyświetlaczy -"dimmer", o określonej porze (można ustawić godzinę aktywacji i wyłączenia np. w porze nocnej);
/ możliwość włączania/wyłączania sygnalizacji akustycznej;
/ funkcja "kukułki" - sygnalizacji minięcia pełnej godziny;
/ sterowanie jedynie za pomocą 4 klawiszy;
/ przyjazne menu z funkcjami ustawień użytkownika;
/ inteligentny "dwukropek";
/ optyczna sygnalizacja załączenia przekaźnika timera;
/ optyczna sygnalizacja uaktywnienia funkcji alarmu;
/ dźwiękowa sygnalizacja faktu przerwy zasilania głównego;
Funkcje dostępne po zamontowaniu układu mówiącego i odbiornika DCF77:
/ słowna informacja o aktualnym czasie,dacie(miesiącsłownie)oraz nastawie alarmu;
/ możliwość nagrania dowolnego komunikatu budzenia (alarmu);
/ "słowna kukułka";
/sygnalizacja konieczności ustawienia zegara po awarii zasilania głównego i zapasowego (bateria 6F22);
/ moc wyjściowa wzmacniacza mowy: 0,5W/8n
/ ręczna regulacja głośności komunikatów;
/ synchronizacja z atomowym wzorcem czasu DCF77;
/ sygnalizacja braku ważnej transmisji DCF77 ponad godzinę;
/ możliwość niezależnego ustawienia zegara ręcznie;
/ funkcja interaktywnego pozycjonowania odbiornika DCF77 zwizu-alizacją odbieranej informacji i ewentualnych błędów;
/ zasilanie główne: 12VDC lub 9VAC, 250mA max.
/ zasilanie zapasowe: 9VDC, 9mA (bateria 6F22);
/ obciążalność przekaźnika timera: 10A (max.16A) 250V
/waga: 350g;
/ wymiary: 150 x 55 x 110 mm (szer. x wys. x głęb.), typowa obudowa KM-50.
podczas długotrwałych (kilkugodzinnych) przerw w dostawie energii elektrycznej.
W miarę potrzeby lub przy większych wymaganiach użytkownika, układ podstawowy można rozszerzyć o funkcje mówienia, wystarczy bowiem włożyć do podstawki odpowiedni układ scalony oraz kilka dodatkowych elementów, a następnie "nauczyć" nasze urządzenie wypowiadania informacji dotyczących czasu. Dzięki takiemu rozwiązaniu każdy użytkownik będzie posiadał unikalny zegar z niepowtarzalnym głosem -jak wynika z praktyki najczęściej swoim (autorowi nie udało się namówić żadnej niewiasty z "anielskim głosem" do nagrania kilkudziesięciu niezbędnych słów).
Zwolennicy punktualności w każdej chwili będą mogli dołączyć oferowany oddzielnie radiowy odbiornik sygnału DCF77, co z pewnością zsynchronizuje ich działania z "atomowym wzorcem" czasu. Ze względu na częste zakłócenia nadawanego na falach
długich sygnału DCF, zegar wyposażono w funkcję interaktywnego, optymalnego wyboru miejsca położenia odbiornika w mieszkaniu, co pozwoli na jak najczęstszy odbiór poprawnej informacji i synchronizację przynajmniej raz na dobę. Oczywiście zegar w wersji najbardziej rozbudowanej łączy w sobie dwie, opisane wcześniej, zalety.
Poza typowymi funkcjami wskazywania daty i czasu, układ posiada możliwość nastawienia czasu budzenia oraz, co często niezbędne, posiada funkcję timera. Elementem wykonawczym jest przekaźnik o dużej obciążalności, dzięki czemu możliwe jest dołączenie urządzeń zasilanych z sieci i pobierających prąd do 10A.
Timer pozwala na zaprogramowanie maksymalnie dziesięciu czasów na włączenie lub wyłączenie sterowanego odbiornika. Dzięki pracy timera w trybie całorocznym, można zaprogramować uruchamianie urządzenia podając nie tylko godzinę i minutę, lecz także miesiąc i dzień. Można także ustawić dowolną nastawę timera w trybie pracy codziennej, co w wielu przypadkach okazuje się bardzo pożyteczne.
Ten ostatni tryb często stosowany jest w sytuacjach takich jak: symulacja obecności domowników w mieszkaniu, codzienne włączanie oświetlenia w akwarium, automatyczne sterowanie wyciągiem kuchennym w godzinach wieczornych i wiele innych.
Sterowanie wszystkimi funkcjami odbywa się za pomocą prostej w obsłudze 4-przyciskowej klawiatury. Klawisz umieszczony centralnie pozwala na wyłączenie alarmu - budzenia bądź wypowiedzenia przez zegar aktualnego czasu lub daty. Autor kierując się ergonomią w sterowaniu prezento-
wanego urządzenia postarał się
0 to, aby nie trzeba było pamiętać typowych w takich konstrukcjach programów np.: "Pl, P2, P3..". Zamiast tego każda funkcja wyświetlana jest w postaci wyrazu lub skrótu, ze względu na zastosowanie czterech 7-segmentowych wyświetlaczy LED. Jak się okazało w praktyce, takie wyświetlacze w zupełności wystarczają i ułatwiają obsługę urządzenia.
Na koniec wstępnej prezentacji zegarka dodajmy tylko, że układ posiada funkcje typowej "kukułki" (z ludzkim głosem), przyciemniania wyświetlaczy oraz sygnalizacji budzenia także za pomocą wbudowanego przetwornika piezoelektrycznego z generatorkiem.
Opis układu
Aby spełnić wszystkie założenia projektowe i jednocześnie uprościć konstrukcję układu elektrycznego zegara do minimum, do sterowania zaprzęgnięto mikroprocesor 89C51. Jest to wersja popularnego procesora '51 z 4kB repro-gramowalnej elektrycznie pamięci EEPROM typu "Flash". Na łamach EP w zeszłym roku przybliżaliśmy Czytelnikom te układy, a w numerach 9.. 11/96 opisaliśmy programator tych mikrokontrolerów.
Schemat elektryczny zegara przedstawiony jest na rys.l.
Mikroprocesor Ul posiada wystarczającą liczbę wyprowadzeń, dzięki którym bez dodatkowych układów logicznych można było wy sterować wszystkie niezbędne układy wykonawcze. Opis układu zaczniemy od bloku elementów peryferyjnych mikroprocesora.
Układ taktujący procesor zrealizowano standardowo przy użyciu rezonatora kwarcowego Xl. Kondensatory Cl i C2 umożliwiają wzbudzenie wewnętrznego generatora po włączeniu napięcia zasilającego. Układowi Ul do poprawnej pracy jest niezbędny także układ zerowania, którego role pełnią elementy C3 oraz R3. Dioda Dl umożliwia prawidłowy restart układu Ul w wypadku chwilowego zaniku napięcia zasilającego, tak głównego jak
1 awaryjnego. Ponieważ kontroler pracuje w konfiguracji z wewnętrzną pamięcią programu, końcówka 31 (EA) jest dołączona do plusa zasilania.
Elektronika Praktyczna 3/97
31
Mówiqcy zegar z DCF77
Rys. 1. Schemat elektryczny zegara.
W pamięć wpisany jest prawie 4 kilobajtowy program obsługi całego urządzenia. Zastosowanie takiej konfiguracji (bez stosowania zewnętrznej pamięci EPROM oraz układu zatrzaskiwania adresu), przy niskiej cenie samego układu Ul, jest rozwiązaniem optymalnym, bowiem minimalizuje rozmiar samej płytki drukowanej, zabezpieczając jednocześnie program zegara przed nieautoryzowanym kopiowaniem.
Układ wyświetlania informacji zrealizowano wykorzystując 2 standardowe podwójne wyświetlacze o wspólnej anodzie DL12 i DL34. Funkcję dwukropka pełnią diody D4 i D5. Dodatkowe diody D6 i D7 informują o aktywnej funkcji alarmu i timera. Sterowanie wyświetlaniem informacji odbywa się na zasadzie multipleksowania, czyli w każdej chwili aktywna (zapalona) jest tylko jedna cyfra wyświetlacza. Czytelnicy śledzący moje rozwiązania z pewnością domyślają się w jaki sposób procesor wyświetla informację. Pozostałym należy się kilka zdań wyjaśnienia. Układ Ul chcąc wyświetlić np. godzinę 12:34 w pierwszej kolejności podaje kombinację sygnałów sterujących katody (segmenty) wyświetlacza, ustawiając odpowiednie sygnały na końcówkach portu PO (piny 32...39 Ul) dla cyfry "1".
32
Elektronika Praktyczna 3/97
Mówiqcy zegar z DCF77
PŁYTKA KLAWIATURY
R100-103 4od0k
Rys. 2. Schemat klawiatury.
W przypadku tej cyfry stany logiczne "1" pojawią się na pinach B i C (38,37 Ul), a na pozostałych ustalony zostanie stan "0".
Te dwa sygnały otworzą tranzystory znajdujące się w strukturze układu drivera mocy - U 4 (ULN2803A), polaryzując w ten sposób katody B i C wyświetlaczy DL12 i DL34. Następnie procesor Ul wysterowuje tranzystor Tl, podając logiczne "0" na pin Wl (28-Ul), co załącza anodę pierwszej cyfry wyświetlacza DLI 2. Wyświetlona zostaje cyfra "1". Uważnemu Czytelnikowi z pewnością nie umknął fakt dołączenia jednej z diod dwukropka do pierwszej pozycji wyświetlacza. Otóż dodatkowo w trakcie wyświetlania pierwszej cyfry, jeżeli zachodzi taka potrzeba, mikroprocesor Ul podając sygnał segmentu DP zapala także tę diodę. Takie sterowanie możliwe było dzięki zrezygnowaniu z kropek dziesiętnych wyświetlaczy, których sygnał (DP-pin39 Ul) wykorzystano właśnie do sterowania D4..D7.
Po zapaleniu pierwszej pozycji i odczekaniu ok. 4 milisekund Tl zostaje ponownie zatkany, cyfra gaśnie, a na liniach portu PO pojawia się kombinacja odpowiadająca cyfrze "2", tym razem wysterowany zostaje tranzystor T2. Sytuacja taka powtarza się dla dwóch pozostałych pozycji wyświetlacza DL34. Częstotliwość przemiatania cyfr wynosi 250 Hz, co jest wartością optymalną ze względu na eliminację ich migotania, oraz ze względu na czas wykonania pozostałych funkcji w trakcie wspomnianych 4ms.
Czytelnicy obeznani z techniką mikroprocesorową znajdą w ostatniej części artykułu kilka ciekawych informacji na temat przydziału poszczególnych zadań wszystkim wewnętrznym blokom układu Ul. Wracajmy jednak do schematu.
Rezystory R14..R21 ograniczają prąd płynący przez segmenty wyświetlaczy do wartości bezpiecznej. Ponieważ port PO układu Ul ma wyjścia typu otwarty dren, niezbędne stało się zastosowanie rezystorów podciągających końcówki portu do plusa zasilania w stanie logicznej "1". Dzięki temu możliwe jest prawidłowe sterowanie wejściami układu drivera U4. Rolę wspomnianych 8 rezystorów pełni drabinka RPl.
Kolejnym istotnym blokiem komunikacji z użytkownikiem jest klawiatura. Ponieważ konstrukcyjnie jest ona umieszczona na oddzielnej płytce drukowanej, jej schemat elektryczny przedstawiono na rys.2. Ze względu na wystarczającą liczbę końcówek portów układu Ul, odczyt klawiszy jest bezpośredni. Eliminację drgań zestyków zrealizowano na drodze programowej. Procesor rozróżnia też sposób naciśnięcia każdego klawisza: chwilowy lub dłuższy (>1,2 sek.), dzięki czemu każdy klawisz ma kilka funkcji w zależności od trybu komunikacji i poziomu zagłębienia się w menu. Znaczenie poszczególnych klawiszy zostanie przedsta-
wione w dalszej części artykułu. Płytka klawiatury połączona jest z bazową za pomocą złącza JP2 (JP2).
Kolejnym blokiem podstawowej wersji zegara jest układ wykonawczy timera. Rolę tą pełni przekaźnik RLl sterowany sygnałem PK (pin 22-Ul) za pośrednictwem tranzystora T5 oraz elementów R7 i R9. Dioda D10 zabezpiecza tranzystor przed uszkodzeniem przy wyłączaniu cewki PKl. Na płytce drukowanej dołączono do złącza OUTl oba styki przekaźnika: typu NO i NC (normalnie otwarte i zamknięte). W typowych zastosowaniach wykorzystane będą styki NO, lecz niewykluczone że komuś przyda się para NC.
Pin 8 układu Ul steruje załączaniem buzzera BZl. Wykorzystano przetwornik piezoceramiczny z wbudowanym generatorkiem, dzięki czemu dźwięk uzyskuje się tylko poprzez podanie logicznego "0" na końcówkę portu Pl.7 układu Ul. Rezystor R4 należy zamontować w zależności od wymaganego poziomu dźwięku. Jak wynika z praktyki, element ten może się okazać zbędny w przypadku niewykorzystywania funkcji mówienia (układ U2). Zastąpienie go z wora zwiększy siłę dźwięku, co ma szczególne znaczenie w przypadku wystarczająco głośnego sygnału budzenia. Jeżeli zaś ktoś wykorzysta w zegarze "ustne" budzenie, R4 warto zamontować.
Tabela 1. Znaczenie bitów w transmisji DCF77.
Impuls - Opis Wartość / kolejność / znaczenie
numer sekundy
0 start transmisji zawsze 0
1 ...14 nie używane zawsze 0
15 typ anteny nie wykorzystane w projekcie
16 zmiana czasu zwykle 0, na godzinę przed zmianą czasu -1
17, 18 typ czasu 01 - czas zimowy, 10 - czas letni
19 korekcja zwykle 0,1 gdy zapowiedź dodatkowej sekundy
20 bit startowy początek informacji o czasie, zawsze 1
21...24 jednostki minut w kodzie BCD (24,23,22,21)
25...27 dziesiątki minut w kodzie BCD (27,26,25,24)
28 parzystość 0 gdy liczba "1" w bitach 21...27 jest parzysta, 1 -nie
29...32 jednostki godzin w kodzie BCD (32,31,30,29)
33,34 dziesiątki godzin w kodzie BCD (34,33)
35 parzystość 0 gdy liczba "1" w bitach 29...34 jest parzysta, 1 -nie
36...39 jednostki dni w kodzie BCD (39,38,37,36)
40,41 dziesiątki dni w kodzie BCD (41,40)
42...44 dzień tygodnia w kodzie BCD (44,43,42); 1-Pon. 2-Wt.....7-Niedz.
45...48 jednostki miesiąca w kodzie BCD (48,47,46,45)
49 dziesiątki miesiąca w kodzie BCD (49)
50...53 jednostki roku w kodzie BCD (53,52,51,50)
54...57 dziesiątki roku w kodzie BCD (57,56,55,54)
58 parzystość 0 gdy liczba "1" w bitach 36...57 jest parzysta, 1 -nie
59 brak impulsu znacznik końca transmisji
Elektronika Praktyczna 3/97
33
Mówiqcy zegar z DCF77
O' "O'
100 = -5"
Rys. 3. Sposób przesyłania danych w DCF77.
bit 58 parzystość dla bitów 36 57
brak
Impulsu
(konlBc)
Ważną rolę pełni, włączona dość nietypowo, dioda D8. Jej zadaniem jest detekcja odłączenia zasilania głównego. Jak widać z rys.l jej katoda dołączona jest do szyny zasilającej anody wyświetlaczy DL12 i DL34. Szyna ta zaś bierze swój początek u wyjścia stabilizatora napięcia głównego U5. Kondensatory C20 i CIO dodatkowo filtrują napięcie po stronie wtórnej, natomiast C22 i C23 po stronie pierwotnej. Wejście stabilizatora jest połączone z wyjściem mostka Graetza Ml, dzięki czemu w przypadku zasilania napięciem zmiennym (9VAC) zostaje ono wyprostowane, zaś w przypadku napięcia stałego mostek zabezpiecza układ zegara przed omyłkowym odwróceniem polaryzacji napięcia zasilającego.
W układzie zasilania rezerwowego pracuje stabilizator małej mocy U3 w postaci układu 78L05. Na wejściu, poprzez diodę D3, jest włączona bateria 9V typu 6F22. Dzięki temu w momencie odcięcia napięcia głównego (VC2=0) zasilanie niezbędnych elementów przejmuje BTl. Dodatkowa dioda D2 zapobiega niepotrzebnemu, w sytuacji awaryjnej, zasilaniu układu U5, co byłoby jednoznaczne z natychmiastowym wyczerpaniem źródła BTl. Zastosowanie diody D3 okazało się konieczne ze względu na wymagane spadki napięć przy zasilaniu napięciem stałym 12VDC. Dzięki takiemu doborowi bateria podczas normalnej pracy znajduje się na potencjale nieco wyższym od swe-
go napięcia znamionowego, co zapobiega jej rozładowaniu podczas pracy z napięciem głównym. Dodatkowo jest ona ładowana minimalnym prądem wstecznym diody D3 wynikającym z różnicy potencjałów.
Warto w tym miejscu zwrócić uwagę na oznaczenie trzech szyn zasilających poszczególne bloki urządzenia. Pierwsza, oznaczona VGC (+5V), zasila elementy niezbędne podczas normalnej pracy zegara przy załączonym napięciu głównym. Druga, oznaczona VCl (+5V), obsługuje układ procesora Ul wraz z elementami peryferyjnymi, układ sygnalizacji z BZl oraz kostkę U2. Wreszcie trzecia szyna VC2 (+11,5V) zasila cewkę przekaźnika RLl (ze względu na jego znamionowe napięcie pracy 12V), a także układ wejściowy odbiornika sygnału DCF77.
Omówione w dalszej części artykułu pozostałe 2 bloki dotyczą wersji rozbudowanej naszego zegara.
Zacznijmy od układu wejściowego odbiornika DCF77, który dołączany jest do gniazda GN2. Układ odbiornika wymaga zasilania napięciem +10..15V. Dostarczane jest ono na końcówkę gniazda poprzez diodę D9. Dołączony
Tabela 2. tryby pracy układu ISD2560.
do linii zasilającej kondensator C24 może się okazać niezbędny przy dużej odległości samego odbiornika od zegara. Jak wiadomo, sam zegar może zakłócać prawidłowy odbiór sygnału DCF, nie mówiąc o innych urządzeniach elektrycznych, jak telewizor czy komputer. Dlatego odbiornik powinien być umieszczony w odległości przynajmniej 2 metrów od tych urządzeń. Z deko do wa-ny sygnał pojawia się na pinie 2 gniazda GN2 i steruje tranzystorem T7 dołączonym do wejścia przerwania INTO mikroprocesora Ul.
Procesor na podstawie analizy czasowej tego sygnału określa ważność transmisji i dekodu-je dane o aktualnym czasie i dacie. Dzięki odpowiedniej procedurze programowej odczytu informacji DCF, do synchronizacji zegara wystarcza jeden prawidłowy pełny cykl (1 minuta) sygnału.
Na rys.3 przedstawiono zależności czasowe w protokole transmisji DCF77. W tabeli 1 omówiono znaczenie poszczególnych bitów informacji. Jak widać, sposób kodowania sygnału jest dość prosty, logiczne "0" reprezentowane jest przez impuls o czasie trwania ok. lOOms, natomiast logiczna jedynka to impuls dwa razy dłuższy. Każdy bit informacji wysyłany jest co sekundę, więc przy 59 bitach czas transmisji wynosi 59 sekund + 1 sekunda, w której nie jest generowany żaden impuls. Dzięki temu mikroprocesor wie kiedy nastąpi początek przesyłania informacji. Protokół oprócz bitów danych zawiera także bity kontrolne (parzystości), dzięki czemu można w prosty sposób wyeliminować błędne dane, które mogłyby spowodować ustawienie np. minut na wartość "67", lub godzin na "25".
Ze względu na często trudne warunki odbioru sygnału DCF, przyjęto tolerancję detekcji szero-
Tryb Funkcja Zastosowanie
M0(A0=1) Odtwarzanie informacji Szybkie przeglądanie komunikatów
M1 (A1=1) Kasowanie znaczników /EOM Łączenie komunikatów
M2(A2=1) Niewykorzystany -
M3(A3=1) Zapętlenie Ciągłe odtwarzanie informacji od adresu 0
M4(A4=1) Kolejne adresowanie Zapis/odtwarzanie wielu kolejnych komunikatów
M5(A5=1) Wyzwalanie poziomem Realizacja funkcji pauzy
M6(A6=1) Sterowanie klawiszami Uproszczenie sterowania układem
34
Elektronika Praktyczna 3/97
Mówiqcy zegar z DCF77
kości impulsów 0 i 1 w zakresach: dla "0": 80..120 ms, zaś dla logicznej "1": 170..230 ms. Przy wykorzystaniu możliwości sprawdzania parzystości bitów informacyjnych nie powoduje to przypadkowego fałszowania informacji, a jedynie przyczynia się do zwiększenia odporności układu na zakłócenia.
Ostatnim blokiem funkcjonalnym naszego zegara jest układ nagrywania i generacji komunikatów. Rolę procesora mowy pełni układ U2 - ISD2560. Dzięki unikatowej technologii w jakiej został on wykonany, przy pomocy pojedynczego układu scalonego możliwe stało się nagranie i odtwarzanie słownych komunikatów bez stosowania dodatkowych układów przetwarzających informacje analogową na cyfrową i odwrotnie. Maksymalny czas zapisu w przypadku tego układu wynosi 60 sekund, przy częstotliwości próbkowania 8kHz. Dzięki temu uzyskuje się zadowalającą jakość dźwięku o górnej częstotliwości pasma 3,4kHz. Jakość komunikatów jest więc nieco lepsza od rozmowy telefonicznej. Nie będziemy tu szczegółowo omawiać zastosowanego układu U2 ze względu na wcześniejsze publikacje na ten temat. Wszystkich zainteresowanych autor odsyła do biuletynu USKA "Katalog Aktualności" nr 11/1993.
Warto jednak omówić sposób, w jaki procesor mowy współpracuje z mikroprocesorem głównym, umożliwiając łatwą obsługę i inteligentne sterowanie odczytem aktualnego czasu.
Jak widać na rys.l, układ U2 komunikuje się z procesorem Ul za pomocą kilku sygnałów. Sygnał PD, wystawiany przez Ul na pin 4, powoduje przełączenie układu U2 w tryb uśpienia (stan "1" - co powoduje spadek poboru prądu do wartości około IOjiA) lub uaktywnienie procesora mowy (logiczne "0"). Sygnał /CE pojawiający się na wyprowadzeniu 3 układu Ul jest sygnałem wyboru układu ISD. Podanie logicznego "0" na /CE następuje zawsze po uprzednim uaktywnieniu U 2 (PD=0) i odczekaniu wymaganego przez ISD2560 czasu. Kolejny sygnał R/P przełącza układ ISD w tryb nagrywania bądź odtwarza-
nia informacji. Jeżeli w trakcie odtwarzania nastąpi koniec komunikatu, na wyprowadzeniu 25 (U2) - sygnał EOM - pojawia się "0", co informuje procesor Ul, poprzez wejście przerywające INTl, o fakcie zakończenia wypowiedzi. W przypadku zapisu, jeżeli nastąpi przepełnienie wewnętrznej pamięci układu U2, sygnał OVF przyjmuje wartość "0". Oczywiście, sygnał ten może wystąpić także przy odczycie, lecz dzięki odpowiedniej procedurze programowej nie jest możliwe w trakcie uczenia zegara mowy prawidłowe jej zakończenie w przypadku przepełnienia pamięci.
Ostatnim sygnałem, nie mniej ważnym dla poprawnej pracy układu jest MA0. Dzięki niemu możliwe jest wykorzystanie odpowiedniego w naszej aplikacji trybu pracy układu odtwarzającego U2.
Wybór jednego lub kilku z nich następuje przez odpowiednie wyste-rowanie pinów adresowych A0..A7 układu U2, przy podaniu "1" na wejścia A8 i A9. W tabeli 2 podano znaczenie poszczególnych trybów pracy, z których 2 są wykorzystywane w naszym zegarze.
Jak widać na schemacie elektrycznym z rys.l, tryb A4 (dołączenie pinu 5 do plusa zasilania) jest wybrany na stałe, natomiast końcówka odpowiadająca za sposób odtwarzania informacji jest dołączona do portu procesora Ul. Podanie logicznej "1" powoduje przyśpieszenie (ok. 800-krotnie) odtwarzania nagranego komunikatu do napotkania znacznika jego końca (EOM), natomiast logiczne "0" pozwoli na normalne odtworzenie informacji. Aby dokładnie wyjaśnić przyczynę takiego stanu rzeczy, należy zastanowić się nad samym sposobem wypowiadania informacji o czasie lub dacie.
Otóż w układzie U2 nagrano kilkadziesiąt oddzielnych wyrazów, dzięki którym jest możliwe złożenie, z potrzebnych w danym momencie wyrazów, pełnej informacji.
Każda taka wiadomość zawiera kilka wyrazów. Np. do powiedzenia, że jest godzina 12:34, użyjemy słów: "godzina", "dwunasta", "trzydzieści" oraz "cztery" czyli w sumie 4 wyrazy. Do wypowie-
Tabela 3. Tabela słów zegara.
l.p. yyraz l.p. wyraz
1 ' zero" 30 "dziewięć"
CSI pierwsza" 31 "jedenaście"
3 ' druga" 32 "dwanaście"
4 ' trzecia" 33 "trzynaście"
5 ' czwarta" 34 "czternaście"
6 ' piąta" 35 "piętnaście"
7 ' szósta" 36 "szesnaście"
8 ' siódma" 37 "siedemnaście"
9 ' ósma" 38 "osiemnaście"
10 ' dziewiąta" 39 "dziewiętnaście"
11 ' dziesiąta" 40 "dziesięć"
CSI jedenasta" 41 "dwadzieścia"
13 ' dwunasta" 42 "trzydzieści"
14 ' trzynasta" 43 "czterdzieści"
15 ' czternasta" 44 "pięćdziesiąt"
16 ' piętnasta" 45 "styczeń"
17 ' szesnasta" 46 "luty"
18 ' siedemnasta' 47 "marzec"
19 ' osiemnasta" 48 "kwiecień"
20 ' dziewiętnasta 49 "maj"
CSI dwudziesta" 50 "czerwiec"
22 ' jeden" 51 "lipiec"
23 ' dwa" ("dwie' 52 "sierpień"
24 ' trzy" 53 "wrzesień"
25 ' cztery" 54 "październik"
26 ' pięć" 55 "listopad"
27 ' sześć" 56 "grudzień"
28 ' siedem" 57 "godzina"
29 ' osiem" 58 "ustaw zegar"
59 komunikat
budzenia **)
')ze względu na wypowiadanie daty nie użyto
poprawnej formy np. "dwudziesta trzydzieści
dwie ', lecz "dwa".
") komunikat budzenia może być dowolnej treś-
ci np "alarm", "pobudka"
dzenia dowolnej informacji o czasie lub dacie wystarczy 56 wyrazów, jeżeli założymy, że nie wykorzystamy faktu zmiany ich końcówek (np. "siedem" lub "siedemnasta"). Można oczywiście do wypowiedzenia podanych słów użyć komunikatów "siedem" i "nasta" (ten drugi może być przydatny w innych przypadkach), lecz ze względu na płynność mówienia oraz wystarczającą ilość pamięci w układzie U2, zrezygnowano z łączenia końcówek, co zresztą korzystnie wpłynęło na jakość całego komunikatu i uprościło jednocześnie program sterujący zegara. W tabeli 3 podano wszystkie niezbędne wyrazy, dodatkowo je numerując, co okaże się potrzebne przy uruchamianiu naszego zegara.
Mikroprocesor Ul, mając nagrane przez użytkownika w trakcie uruchamiania układu wyrazy zgodnie z tabelą, na podstawie aktualnego czasu wybiera odpowiednie wyrazy z tabeli, po czym odtwarza je. Ze względu na brak
Elektronika Praktyczna 3/97
35
Mówiqcy zegar z DCF77
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl, R8, R23, R100..R103: 10kO
R2: 4,7kQ
R3: 8,2kQ
R4: 180O (�)
R5, R6: 62kO
R7: 75O
R9, R26: lkn
R10...R13: 3kO
R14...R21: 82O
R22: 470kO
R24: 2kO
R25: 10O
RP1: drabinka SIL-9 10kQ
PR1: pot. montażowy lOkO
Kondensatory
Cl, C2: 3O...33pF
C3, C14, C15, C19: 10p.F/16V
CA, C10...C13, C22: lOOnF
C5: l(xF stały
C6, C7, C24: 220nF
C8, C21: 4,7p.F/16V
C9: 22jiF/16V
Cl8, C20: 100^F/10V
C16: 47nF
C17: 220^F/16V
C23: 470^F/16V
Półprzewodniki
Ul: 89C51 zaprogramowany AVT-
322
U2: ISD2560
U3: 78L05
możliwości bezpośredniego adresowania pamięci układu ISD (co w naszym przypadku jest niepotrzebne) procesor "dociera" niejako do odpowiedniego wyrazu poprzez włączenie trybu szybkiego odtwarzania komunikatów (MAO-1), po czym podaje na wejście /CE układu U 2 liczbę impulsów "0" równą numerowi wyrazu zgodnie z tabelą 3.
W efekcie powoduje to szybkie "przeskoczenie" wskaźnika adresu (zawartego w układzie ISD) do
wyraz nr 1
lajnisc
pamięci układu I SD
Rys. 4. Sposób zapisu danych zapisanych w układzie ISD.
U4: ULN2308A
U5: 7805
Uó: LM386
T1..T4, T6: BC327/8
T5, T7: BC547..9
Dl, D8...D10: 1N4148
D2, D3: 1N4001..7
D4, D5: LED (|)=3mm czerwone
D6, D7: LED $=3mm żółte
DL12, DL34: DA56-11EWA lub
podobne podwójne, wspólna
anoda
Ml: mostek prostowniczy 1A/5OV
Różne
Xl: ÓMHz rezonator kwarcowy
BZ1: piezo z generatorkiem
RL1: przekaźnik 12V np. RM83P
MIC: mikrofon elektretowy 3-
końcówkowy
SP1: głośnik 0/2..0/5W/8Q
K1..K4: włączniki monostabilne
GN1: ARK2
OUT1: ARK3
JP3: goldpin 2 + jumper
GN2: gniazdo DB9-męskie
BT1: bateria 9V 6F22 (nie wchodzi
w skład kitu)
złączka do baterii 6F22 -lszt.
obudowa KM50 z filtrem
czerwonym
podstawki pod układy scalone
potrzebnego wyrazu. Teraz sygnał MAO przyjmuje stan niski, dzięki czemu możliwe jest wypowiedzenie ustawionego w ten sposób słowa. Użytkownik na etapie uruchamiania musi nauczyć układ mówienia, wczytując zawarte w tabeli 3 wyrazy. Sposób, w jaki należy to zrobić, opiszemy w dalszej części artykułu.
Rys. 4 dodatkowo obrazuje sposób rozmieszczenia informacji w układzie U2. Data jest wypowiadana w sposób trochę nietypowy, a to ze względu na inne końcówki wyrazów w trakcie mówienia. Ze względu na niewystarczającą ilość pamięci układu U2 ISD, zdecydowano, że data podawana będzie w formacie: miesiąc + dzień w formie podstawowej; czyli np. "styczeń, dwadzieścia", co oznacza 20 stycznia. W praktyce nie jest to wada, a i tak każdy dobrze wie, o jaki dzień chodzi.
Ze względu na trudności z zakupem odpowiedniego głośnika, w układzie zastosowano dodatkowy mini-wzmacniacz mocy na układzie U6. Sygnał akustyczny z wyjścia SP układu U2 dociera poprzez C21 i PRl do wejścia wzmacniacza U6. Potencjometr montażowy PRl służy do ustalenia optymalnej głośności komunikatów. Obwód nagrywający wyrazy składa się z elementów R23, R24, C9, C6 i C7. Jako przetwornik akustyczny wykorzystano zwykły mikrofon elektretowy. Oczywiście lepsze rezultaty można uzyskać stosując odpowiedni mikrofon studyjny z przetwornikiem, lecz w praktyce taki element wystarcza, a jakość dźwięku jest bardzo dobra.
Mikroprocesor Ul dzięki sygnałowi WZM (pin 5) ma możliwość poprzez tranzystor T6 odłączenia zasilania wzmacniacza mocy, co jest równoznaczne z jego wyłączeniem. Dzięki temu kostka U6 jest uaktywniona tylko w momentach wypowiadania wyrazów, a nie np. w trakcie szybkiego przeszukiwania pamięci. Ten ostatni fakt mógłby bowiem spowodować niepotrzebne przykre dla ucha zakłócenia w trakcie informowania użytkownika o aktualnym czasie.
W następnej części artykułu przedstawimy sposób montażu urządzenia oraz procedurę uruchomieniową. Sławomir Surowiński, AVT
Opracowanie oprogramowania s ferującego było wsp om agan e "Emulatorem procesora 87Ć51", który jest dostępny jako kit AVT-288.
Układy Ul w wersji handlowej programowano "Programatorem procesorów MCS-51" - kit AVT-320.
W ofercie handlowej znajdują się 2 wersje kitu AVT-322: AVT-322/l - wersja podstawowa (bez ISD i DCF), nie zawiera elementów: U2, U6, T6, SPl, PRl, R22..R26, C5..C9, C14..C17, MIC.
AVT-322/2 - wersja rozbudowana z funkcją mówienia, zawiera komplet elementów, oprócz odbiornika DCF77, który można zamówić oddzielnie.
36
Elektronika Praktyczna 3/97
PROJEKTY
Moduł programowanego sterownika świateł do dyskoteki
kit AVT-112
Wielu naszych Czytelników
pamięta z pewnością
prezentowane w EP2/96
moduły wchodzące w skład
zestawu oświetlenia
dyskotekowego. Były to
moduły: wskaźnika poziomu
(AVT-111) i wykonawczy
(AVT-110). Teraz prezentujemy
kolejny moduł wchodzący
w skład zestawu - jest to
programowany sterownik
oświetlenia z wbudowaną
wewnętrzną pamięcią.
Karnawał co prawda się
ju ż skon czył, lecz dyskoteki,
kluby młodzieżowe, a także
miłośnicy prywatek docenią
z pewnością zalety i bardzo
duże możliwości
proponowanego przez nas
rozwiązania.
Opis działania układu
Schemat elektryczny programatora jest przedstawiony na rys.l.
Zasadę pracy układu przeanalizujemy "na bieżąco", tak jakbyśmy posługiwali się juź gotowym i uruchomionym urządzeniem. Zakładamy, źe układ znajduje się w stanie spoczynku i obydwa przerzutniki U5A iU5B są wyłączone. Zakładamy teź, źe pracujemy z pamięcią SRAM typu 62256. Wszystkie dodatkowe czynności związane z programowaniem EPROM-ów zostaną omówione w dalszej części artykułu. Pierwszą czynnością jaką będziemy musieli wykonać jest zdecydowanie, do którego z ośmiu banków pamięci będziemy zapisywać nasz program. Do zmiany banku służy przycisk SIO umieszczony na klawiaturze sterującej. Jego naciśnięcie powoduje przekazanie ujemnego impulsu na wejście bramki z przerzut-nikiem Schmitta - U7B. Fragment układu z rezystorami R4, R5 i kondensatorem C8 służy likwidowaniu skutków drgań styków i powstawaniu "paczek" impulsów na wejściu licznika U9A połączonym z wyjściem bramki U7B. Każde naciśnięcie przycisku powoduje zmianę stanu tego licznika o 1. Wyjścia licznika połączone są z wejściem de-
kodera U3, który dokonuje konwersji danych podanych w kodzie BCD na kod wyświetlacza siedmioseg-mentowego. Zastosowanie tego wyświetlacza jest wielkim ułatwieniem, ponieważ w każdej chwili możemy zorientować się, z którym bankiem pamięci aktualnie pracujemy. Na wyświetlaczu ukazują się kolejno cyfry od 0 do 7, a jednocześnie na trzech wejściach reprezentujących najstarsze bity adresu pamięci 62256 powstają stany logiczne odpowiadające wyświetlonej aktualnie cyfrze. Po wybraniu właściwego banku pamięci przystępujemy do zarejestrowania programu. Naciśnięcie przycisku RECORD na klawiaturze sterującej powoduje podanie stanu wysokiego na wejście J przerzutnika J-K U5A. Przy nadejściu pierwszego dodatniego zbocza sygnału tworzonego przez generator pomocniczy zrealizowany na bramce U7C przerzutnik ten włączy się. Zastosowanie generatora pomocniczego zostało podyktowane tym, że generator główny zrealizowany na układzie U4 - NE555 pracuje niekiedy z bardzo małą częstotliwością i do włączenia przerzutnika konieczne byłoby niejednokrotnie długotrwałe naciskanie klawisza. Po włączeniu przerzutnika U5A zajdą na-
Elektronika Praktyczna 3/97
37
Moduł programowanego sterownika świateł do dyskoteki
tych w strukturze układu scalonego U12 - ULN2803. Tranzystory te z kolei sterują za pośrednictwem rezystorów szeregowych RP2 diodami świecącymi transoptorów w module wykonawczym. Tak więc, podczas programowania na bieżąco możemy śledzić uzyskiwane efekty świetlne lub inne czynności wykonywane przez układy wykonawcze. Już w tym momencie nasuwa się myśl o drobnej modyfikacji układu. Jeżeli bowiem śledzenie efektów
N m u B S 10 a

85S8S88B
o ID o N B Ul " M s 13 ni S N n di
s r o a o * n N
iij~k

stepujące zdarzenia:
1. Na jednym z wejść bramki U6C zostanie wymuszony stan niski podany z wyjścia Q\ przerzutni-ka. W konsekwencji tego na wyjściu bramki powstanie stan wysoki powodując odblokowanie generatora U4, który rozpocznie pracę.
2. Zanegowany przez bramkę U6B stan wysoki z wyjścia bramki U6C spowoduje odblokowanie licznika U2, który rozpocznie zliczanie impulsów generowanych przez U4.
3. S tan wy s oki z wyjścia Q prze-rzutnika U5A podany zostanie na jedno z wejść bramki U7D. Na drugie jej wejście są podawane zanegowane impulsy z generatora U4, różniczkowane przez układ z rezystorem R8 i kondensatorem C9. Na wyjściu bramki U7D powstają krótkie impulsy ujemne, które za pośrednictwem przełącznika JP2 są przekazywane na wejście WE (ang. Write Enable -zezwolenie na zapis) pamięci. Tak więc, po każdej zmianie adresu do pamięci jest zapisywany aktualny stan jej wejść O0..O7.
Na wejściach, a właściwie na wejściach przy trybie pracy zapisu informacji do pamięci, O0..O7 za pomocą przełączników S2..S9 możemy wymusić stany logiczne potrzebne do uruchamiania urządzeń wykonawczych. Wejścia te połączone są z bazami tranzystorów Darlingtona zawar- RySi i. Schemat elektryczny układu.
naszej pracy jest z jakichkolwiek przyczyn niemożliwe (np. kiedy światła znajdują się w innym pomieszczeniu), to możemy nasz układ rozbudować, dodając osiem dodatkowych diod LED włączonych szeregowo pomiędzy rezystory RP2 i wyjście do modułu wykonawczego. Diody te, zapalając się symul-tanicznie z diodami transoptorów, pozwolą na wizualną obserwację procesu programowania.
Po zapisaniu całej zawartości
Elektronika Praktyczna 3/97
Moduł programowanego sterownika świateł do dyskoteki
licznika U2 kolejny impuls zegarowy spowoduje przejście wyjścia Q12 w stan niski. Opadające zbocze sygnału na tym wejściu spowoduje za pośrednictwem kondensatora C7 powstanie krótkiego impulsu dodatniego na wyjściu bramki U7A i w konsekwencji natychmiastowe wyzerowanie przerzutnika U5A. W ten sposób kończy się cykl zapisu informacji do pamięci.
Odtwarzanie rozpoczynamy za pomocą naciśnięcia przycisku RE-PLAY na klawiaturze sterującej. Logiczny stan "1" przekazany zostanie na wejście J przerzutnika U5B powodując jego włączenie w momencie nadejścia najbliższego dodatniego zbocza impulsu zegarowego. Podobnie jak przy zapisie, włączone zostaną wówczas generator z U4 i licznik U2. Tym razem jednak wejście zezwolenia na zapis do pamięci pozostanie stale w stanie wysokim, natomiast stan niski z wyjścia Q\ przerzutnika U5B zostanie przekazany na wejście OE\ (ang. Output Enable) pamięci, zezwalając na odczyt jej zawartości.
Wyjaśnienia wymaga rola jaką pełni tranzystor T2. Podczas zapisu i w stanie spoczynkowym układu zwiera on styki przełączników S2..S1O do masy, umożliwiając pro-
gramowanie i wybór banku pamięci. Podczas odczytu stan styków klawiatury przenosiłby się na wyjścia pamięci uniemożliwiając poprawny odczyt jej zawartości. Tak więc tranzystor ten odłącza od masy klawiaturę, a diody D4..D11 separują jej wyjścia umożliwiając prawidłowy odczyt danych. Pewnym mankamentem takiego rozwiązania jest fakt, że podczas cyklu odczytu nie możemy zmienić banku pamięci (jeden styk przycisku SIO "wisi w powietrzu"). Nie jest to jednak żadna przeszkoda, ponieważ nie może być żadnego powodu do zmiany banku pamięci podczas odczytu.
Pozostałe procesy związane z odczytem informacji przebiegają podobnie jak podczas zapisu.
Programowanie EPROM-ów
Na schemacie elektrycznym układu są widoczne dwa przełączniki oznaczone jako JPl i JP2. Służą one dostosowaniu układu do współpracy z pamięciami typu EPROM. Po przestawieniu ich w przeciwną pozycję niż pokazano na schemacie, do wejścia programującego pamięci EPROM zostaną doprowadzone impulsy o amplitudzie +12V. Większość producentów podaje wartość
R13
O
0 O
0 o
o o
0 o
9 e
ES * o a

EPROM | i
i R12
Sil JP3 C I

OOOOOOOO OOOOOOO
� US o U6
Rys. 2. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej.
napięcia na wejściu programującym równą 12,5V, jednak eksperymentalnie sprawdzono, że napięcie 12V jest także całkowicie wystarczające do zapisania informacji w pamięci. Montaż i uruchomienie
Mozaika ścieżek płytki drukowanej została przedstawiona na wkładce wewnątrz numeru. Rozmieszczenie elementów przedstawiono na rys. 2.
Montaż wykonujemy z zachowaniem ogólnie znanych zasad montażu układów elektronicznych, nie zapominając o wlutowaniu podstawek pod układy scalone. Jeżeli przewidujemy częste zmiany kostek pamięci, to warto pomyśleć o zastosowaniu specjalnej podstawki z "wyrzutnikiem" umożliwiającym łatwe i bezpieczne dla ich nóżek wyjmowanie kostek z podstawki. Płytka drukowana została zwymia-rowana pod obudowę typu Z20, dostępną w wielu sklepach z częściami elektronicznymi. Jak widać na fotografii, jest to obudowa wręcz idealnie nadająca się do "zapakowania" naszego programatora i wygodnego rozmieszczenia włączników klawiatury. Wszystkie przełączniki klawiatury zostały umieszczone na przedniej, płaskiej stronie obudowy. Wyjątkiem jest włącznik zapisu umieszczony dla bezpieczeństwa na ściance tylnej. Zmniejsza to prawdopodobieństwo przypadkowego włączenia zapisu i skasowania potrzebnej jeszcze zawartości pamięci. Wyświetlacz i potencjometr Pl zostały umieszczone na górnej ściance obudowy.
Układ modelowy testowany był głównie z pamięcią RAM, tak więc umieszczenie kostki pamięci wewnątrz zamkniętej obudowy nie było kłopotliwe. Jednak przy częstym wykorzystywaniu pamięci EPROM takie rozwiązanie może okazać się trudne do przyjęcia. W takim wypadku należy rozważyć możliwość umieszczenia podstawki pamięci na zewnątrz obudowy.
Wykonanie potrzebnych połączeń za pomocą przewodów może być trudne i dlatego autor sugeruje następujące rozwiązanie: w płytkę należy wlutować normalną podstawkę 28-nóżkową, a następnie umieścić w niej kilka identycznych podstawek tak, aby kostka umieszczona w ostatniej podstawce znalazła się na zewnątrz obudowy (oczywiście po wycięciu odpowiedniego otworu
Elektronika Praktyczna 3/97
39
Moduł programowanego sterownika świateł do dyskoteki
u*
� da 4 U CDNM b. P O Id
fl311-iAV
w tej obudowie), Jest to rozwiązanie może nieco kosztowne , ale za-
Rys.3. Rozmieszczenie elementów na płytce wyświetlacza.
pewni ają-
ce idealne połączenie pomiędzy pamięcią i płytką, a także ewentualną możliwość łatwego demontażu całej konstrukcji.
W układzie modelowym jako przełączniki JPl i JP2 zastosowano jumpery. Jeżeli jednak przewidujemy częstą zmianę typu wykorzystywanych pamięci, to warto zastąpić je dwoma przełącznikami trójstyko-wymi, a jeszcze lepiej jednym przełącznikiem dwusekcyjnym.
Dodatkowe funkcje związane z zapisem danych
W zasadzie zapisu dokonujemy w wyżej opisany sposób, podczas ciągłej pracy generatora głównego. Częstotliwość jego pracy dobieramy do aktualnych potrzeb, a stosować możemy trzy metody programowania:
1.Programowanie z częstotliwością identyczną jak podczas późniejszego odtwarzania. Ten sposób zalecany jest np. przy rejestrowaniu oprawy świetlnej do spektaklu amatorskiego. Mamy wtedy możliwość śledzenia na bieżąco poprawności programu i jego zgodności z zachodzącymi zjawiskami. 2.Programowanie z częstotliwością zegara mniejszą lub znacznie mniejszą od częstotliwości stosowanej przy odtwarzaniu. Taki sposób rejestracji danych zalecany jest przy tworzeniu skomplikowanych efektów świetlnych przeznaczonych do używania ich w dyskotekach czy reklamie. Budowa generatora umożliwia zmianę jego częstotliwości w bardzo szerokich granicach. Gdyby jednak praca generatora okazała się za szybka nawet przy największej rezystancji potencjometru Pl, to mamy do dyspozycji dwie metody jej zmniejszenia. Na płytce przewidziane zostało miejsce na wluto-wanie dodatkowego kondensatora i jumpera umożliwiającego równoległe dołączenie go do kondensatora CIO. Aby nie zmniejszać
czytelności schematu elementy te nie zostały pokazane na rysunku, ale łatwo je odnaleźć na płytce (Cdod.) Dołączając dodatkowy kondensator możemy uzyskać długość pojedynczego kroku nawet do kilkunastu sekund. Gdyby jednak okazało się niewystarczające, to mamy możliwość przejścia na programowanie pojedynczymi krokami, z ręczną zmianą adresu pamięci. Służy temu przełącznik JP3 zmieniający tryb pracy NE555 z generatora multistabilnego na monostabilny. Po przestawieniu tego przełącznika (jumpera na płytce) w pozycję oznaczoną "I" uzyskujemy możliwość ręcznego wyzwalania pojedynczych impulsów zegarowych przy pomocy przycisku Sil. Przycisk ten ma także inną, użyteczną funkcję: przy pracy generatora w trybie multistabilnym pozwala na dowolnie długi okres wstrzymać jego działanie.
3.Programowanie z częstotliwością zegara większą od jego częstotliwości podczas odtwarzania. Ten tryb programowania można stosować na przykład przy stosowaniu urządzenia jako symulatora obecności domowników w mieszkaniu. Jeżeli zastosujemy częstotliwość odtwarzania rzędu dziesiątych czy setnych części Hz to programowanie w czasie rzeczywistym byłoby praktycznie niemożliwe. Dlatego też zastosujemy częstotliwość znacznie większą, a w czasie odtwarzania odpowiednio ją zmniejszymy, wykorzystując ewentualnie dodatkowy kondensator.
Podczas oprogramowania musimy pamiętać, że impuls programujący powstaje w chwili wystąpienia na wejściu zegarowym wstępującego zbocza sygnału, a licznik zmienia swój stan po nadejściu zbocza opadającego. Pewny kłopot podczas programowania ręcznego sprawić może także konieczność liczenia kolejnych impulsów zmieniających adres pamięci. Można temu zaradzić przez dobudowania do układu prostego wyświetlacza składającego się z dwunastu diod LED i tyluż tranzystorów, sterowanych z wyjść licznika U2. Aktualny adres byłby wtedy wyświetlany w kodzie dwójkowym, ale wadą tą z nawiązką rekompensuje niski koszt wykonania takiego wyświetlacza.
Autor zmuszony jest przeprosić
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Pl: 1MO/A
RP1: 2,2.. 1 OkO
RP2: 560..lka
Rl: 220kO
R2: 10kO
R3, R5, Ró, R7, R8: lOOka
R4: 1MQ
R9: 3,3kQ
RIO: 22kO
Rl 1: 5,ókQ
R12: 5Ó0O
R13: lMii
Kondensatory
Cl: 470^F/25V
C2, C3, C6, C8: lOOnF
C4: 220^F/25V
C5, C7: lOnF
C9: 2,2nF
CIO: 2,2|iF/16V
Półprzewodniki
DL D2, D3: 1N4001 lub
odpowiednik
D4..D11: 1N4148 lub odpowiednik
Tl: BC557 lub odpowiednik
T2: BC548 lub odpowiednik
Ul: 62256
U2: 4040
U3: 4543
U4: NE555
U5: 4027
Uó: 4011
U7: 4093
U8: stabilizator napięcia typu 7805
U9: 4518
U10: ULN2803
Wl: wyświetlacz LED ze wspólną
anodą
Różne
JPL JP2: trzy goldpiny + jumper
51, SIO, Sil: przyciski typu RESET
52, S3, S4, S5, Só, S7, S8, S9 : włącznik bistabilny
ZL Z2 : złącze taśmowe kompletne +ok. 15 cm taśmy 10-przewodowej
Z3: złącze taśmowe kompletne + ok. 40 cm taśmy 14-przewodowej + wtyk
Z4, Z5 złącze taśmowe kompletne + ok. 15cm taśmy 14-przewodowej
Czytelników za zwłokę w zaprezentowaniu Im kolejnych modułów z serii urządzeń służących do animacji muzyki dyskotekowej. Zwłoka ta była jednak całkowicie od niego niezależna i sprzeczna z jego intencjami.
40
Elektronika Praktyczna 3/97
Moduł programowanego sterownika świateł do dyskoteki
Tak więc, po podstawowym module wykonawczym i wielkim wskaźniku wysterowania, które opisaliśmy w EP2/96, przyszła pora na programowany sterownik świateł. Przy pomocy tego prostego urządzenia będziemy mogli uzyskiwać absolutnie dowolne efekty świetlne, uzależnione tylko od naszej wyobraźni .
Tak jak i pierwszy układ z serii, opisane niżej urządzenie w połączeniu z modułem wykonawczym znajdzie zastosowanie nie tylko w dyskotece. Zbudujemy bowiem uniwersalny sterownik - programator umożliwiający zapisanie i następnie odtworzenie programu sterującego ośmioma urządzeniami zasilanymi z sieci 220V. W pamięci układu możemy zapisać aż osiem niezależnych programów, każdy o długości 4096 kroków. Częstotliwość pracy zegara sterującego jest regulowana w szerokich granicach, ale jeżeli ustawimy ją na lHz, to czas wykonywania każdego z programów wyniesie nieco ponad 68 min. Oczywiście czas ten możemy praktycznie dowolnie skracać lub wydłużać, pamiętając jednak, że wraz z całkowitym czasem wykonywania programu zmienia się też czas trwania pojedynczego kroku. Tak więc stosując częstotliwość zegara lOHz otrzymamy czas zapisu nieco poniżej 7 min przy rastrze równym 0,1 sek. Natomiast częstotliwość zegara wynosząca 0,1 Hz da blisko 7-godzinny czas zapisu. Ponieważ mamy do dyspozycji 8 banków pamięci, to sumaryczny czas wykonywania programu wyniesie ok. 54 godziny!
Do wyboru będziemy mieli dwa rodzaje pamięci, w których zapisywać będziemy nasze programy świetlne lub inne: EPROM i SRAM (dla przypomnienia: Erasable Program-mable Read Only Memory i Static
Random Access Memory). Zapisywanie programów w pierwszym rodzaju pamięci umożliwi nam zgromadzenie banku efektów świetlnych, przygotowanych na różne okazje. Ponieważ nasz programator może z równym powodzeniem służyć do tworzenia efektów świetlnych w amatorskich spektaklach teatralnych jak i do sterowania procesami technologicznymi, ta możliwość wydaje się być szczególnie cenna. Problem powstanie jedynie ze zdobyciem programatora EPR.... Nie, drodzy Czytelnicy, powyższe zdanie było tylko próbą wywołania w Was chwili niepokoju, przepraszamy! Nasz układ umożliwia automatyczne i samoczynne programowanie pamięci EPROM! Tak więc mamy do czynienia z kompletnym i całkowicie niezależnym urządzeniem, a jedyny rzeczywisty problem jaki się pojawi to kasowanie źle zaprogramowanych lub już niepotrzebnych EPROM-ow. Należy jednak sądzić, że w każdym domu znajdzie się jakaś lampa kwarcowa, a w dalszej części artykułu opiszemy, jak wykorzystać ją w roli prowizorycznego kasownika. Oczywiście, to że nasze urządzenie umożliwia interaktywne zaprogramowanie EPROM-ów nie oznacza wcale, że nie możemy zrobić tego za pomocą komputera i wyspecjalizowanego programatora. Przy tworzeniu skomplikowanych efektów świetlnych użycie komputera i odpowiednich algorytmów tworzących te efekty może być rozwiązaniem lepszym od programowania ręcznego.
Układ przeznaczony jest w zasadzie do współpracy z modułem wykonawczym AVT-110. Nic jednak nie stoi na przeszkodzie w sterowaniu nim innego układu wykonawczego lub w używaniu go jako samodzielnego urządzenia. Zbigniew Raabe, AVT
Elektronika Praktyczna 3/97
41
PROJEKTY
Odbiornik DTMF -- zdalne sterowanie przez telefon, część
kit AVT-251
1
Układ zdalnego sterowania
przez telefon zapowiadaliśmy
dość dawno i cieszył się on
dużym zainteresowaniem
Czytelników nadsyłających
ankiety.
Spośród opracowanych
w naszym laboratorium kilku
wersji odbiorników wybraliśmy
wersję n ajtań szą w wykon ani u
i nie wymagającą stosowania
specjalistycznych układów
scalonych. Okupione to
zostało pewnym
skomplikowaniem konstrukcji
elektrycznej urządzenia, co
nie powinno stanowić jednak
przeszkody dla Czytelników
pragnących samodzielnie
wykonać to pożyteczne
urządzenie.
Podstawowe cechy układu
/ umożliwia zdalne sterowanie przy użyciu dowolnego klawiszowego aparatu Telefonicznego,
/ dostęp dla uprawnionych po podaniu dwucyfrowego hasła,
/ możliwość sterowania za pomocą lokalne] klawiatury,
/ możliwość sterowania pracą 6 urządzeń,
/ niezależność od sieci energetyczne] dzięki rezerwowemu zasilaniu,
/ prosta konstrukcja dzięki zastosowaniu spe-cializowanego dekodera DTMF,
/ niski koszt wykonania___________________
Praktycznie każdy aparat telefoniczny z klawiaturą ma przełącznik TONE/PULSE i w położeniu TONĘ jest nadajnikiem dwunastu kodów DTMF. Co prawda w systemie DTMF występuje szesnaście kodów, ale kody oznaczane A, B, C, D są wykorzystywane bardzo rzadko.
W każdym razie aparat telefoniczny jest najprostszym nadajnikiem sygnałów DTMF. Otwiera to bardzo szerokie możliwości zdalnego sterowania przy pomocy sieci telefonicznej - oprócz zwykłego aparatu z klawiaturą wystarczy zastosować odbiornik i dekoder sygnałów DTMF.
W artykule opisano pełnowartościowy system zdalnego sterowania sześcioma urządzeniami przez linię telefoniczną. Urządzenie, nazywane dalej odbiornikiem, pracuje na zasadzie automatycznej sekretarki: jest podłączone do linii telefonicznej równolegle do istniejącego aparatu telefonicznego. Wystarczy z dowolnego krańca świata zatelefonować do siebie do domu używając aparatu mającego możliwość wybierania tonowego i po kilku dzwonkach nasz odbiornik "przyjmie rozmowę", zgłosi swoją gotowość sygnałem dźwiękowym. Należy wtedy podać dwucyfrowe hasło umożliwiające dostęp do funkcji sterowania,
a potem nacisnąć jeden lub więcej klawiszy numerycznych w telefonie. W ten sposób możemy sterować różnymi urządzeniami, na przykład lampami oświetlenia zewnętrznego, systemami alarmowymi, symulatorami obecności domowników, kuchenką mikrofalową, magnetowidem, itp. Odbiornik może też być sterowany ręcznie za pomocą przycisków umieszczonych na płycie czołowej.
Opis układu
Schemat ideowy pokazany na rys. 1 może się wydawać skomplikowany. W rzeczywistości działanie układu jest proste.
Urządzenie jest zasilane napięciem 12V. Napięcie 5V, potrzebne do układów scalonych, jest uzyskiwane za pomocą stabilizatora oznaczonego U9.
Linia telefoniczna jest podłączona do zacisków oznaczonych PHONE. Urządzenie, tak jak automatyczna sekretarka, ma odbierać telefony. Przychodzący z centrali sygnał wywołania (dzwonienia) o częstotliwości 25Hz i amplitudzie kilkudziesięciu woltów przechodzi przez układ wywołania z elementami Rl, Cl i powoduje pulsujące świecenie diody LED zawartej w tiansoptorze OPTl.
Bramki UlC oraz UlD formują sygnały do licznika U2. W stanie
Elektronika Praktyczna 3/97
43
Odbiornik DTMF - zdalne sterowanie przez telefon
Rys. 1. Schemat elektryczny odbiornika.
spoczynku dioda LED transoptora nie świeci, przez fototranzystor nie płynie prąd, i na wyjściu bramki UlC występuje stan niski. Kondensator C6 jest naładowany, a więc na wyjściu bramki UlD i na wejściu zerującym kostki U 2 występuje stan wysoki - licznik jest wy zerowany. Podczas dzwonienia są wysyłane z centrali jednosekundo-we impulsy sygnału dzwonienia w czterose-kundowych odstępach. Aby jednak układ (podłączony na stałe równolegle do telefonu) nie reagował na przebiegi powstające podczas wybierania impulsowego, zastosowano diodę Ze-nera D3 oraz układ opóźniający R3, R43, C5. Dzięki temu, na wyjściu bramki UlC powinien pojawiać się stan wysoki tylko podczas impulsów dzwonienia. Pokazano to na rys. 2. Impulsy dzwonka powodują chwilowe przewodzenie fototranzystora w transoptorze OPTl. Kondensator rozładowuje się przez rezystor R43. Dzięki zastosowaniu rezystora R43 układ jest niewrażliwy na krótkie impulsy, jakie mogłyby się pojawić w linii, na przykład podczas wybierania w trybie impulsowym.
W efekcie każdy przychodzący jednose-kundowy impuls dzwonienia powoduje powstanie jednosekundo-wego dodatniego impulsu na wyjściu bramki UlC. Już pierwszy z tych impulsów rozładowuje przez diodę D4 kondensator C6. Na wyjściu bramki UlD pojawia się stan niski. Umożliwia to pracę licznika U2. Licznik U 2 zlicza kolejne
44
Elektronika Praktyczna 3/97
Odbiornik DTMF - zdalne sterowanie przez telefon
Sygnały w linii ~ telefonicznej
Wyjście bramki U1C (nóżka 10) _
impuls dzwonienia impulsy wybiercze z centrali aparatu w trybie
25Hz impulsowym
II II II II V II I 1sek
odebrany sygnał --""dzwonka"
brak reakcji na impulsy wybiercze
Rys. 2. Reakcja układu na sygnały w linii telefonicznej.
"dzwonki". Zwora między punktem K a jednym z wyjść U2 decyduje, po ilu dzwonkach odbiornik zareaguje i niejako "odbierze rozmowę".
Pojawienie się stanu wysokiego na wyjściu licznika połączonym z punktem K rozładowuje kondensator C7 przez diodę D5 i rezystor R5. Stan wysoki na wejściu (nóżka 1) bramki Ul A wymusza na jej wyjściu stan niski. Tranzystor Tl przestaje przewodzić, a włącza się tranzystor T2. Zapala się dioda D14 i łapie przekaźnik RELl.
Pojawienie się stanu niskiego na wyjściu bramki UlA przyspiesza ładowanie kondensatora C6 przez diodę D2 i rezystor R48. Po mniej więcej jednej, dwóch sekundach spowoduje to wyzerowa-nie licznika U2 stanem wysokim z wyjścia bramki UlD.
Przekaźnik RELl dołącza do linii uzwojenie wtórne transformatora TRI. W roli transformatora separującego układ od linii telefonicznej zastosowano transformator sieciowy TS2/24. Spośród popularnych dwuwatowych transfor-matorków ten ma największe napięcie wtórne (24V) i najlepiej nadaje się do takiego celu.
Wraz z zadziałaniem przekaźnika RELl w linii telefonicznej zaczyna płynąć prąd stały, co centrala interpretuje jako podniesienie słuchawki w aparacie telefonicznym. Centrala przestaje wysyłać sygnały dzwonienia i zestawia rozmowę.
Dla poinformowania abonenta wywołującego o gotowości odbiornika wprowadzono generator z bramką Ul. W momencie zadziałania przekaźnika RELl, na czas ustalony przez wartości C9, Rll uruchomiony zostanie także
generator impulsów prostokątnych z bramką UlB. Impulsy te o częstotliwości około 1..2kHz zostaną wysłane w linię telefoniczną za pośrednictwem tranzystora T3. Tym samym urządzenie dźwiękiem poinformuje abonenta wywołującego o swej gotowości do przyjęcia rozkazów - sygnałów DTMF. Abonent wywołujący na-ciśnie teraz w swym aparacie przełączonym w tryb wywołania tonowego (nie impulsowego - przełącznik w pozycji TONĘ) odpowiednie klawisze. Sygnały DTMF przychodzące z linii są podawane przez rezystor R13 i kondensator C12 na wejście kostki U3, która jest właściwym odbiornikiem, czy też dekoderem sygnałów DTMF. W momencie odebrania każdego ważnego sygnału DTMF, na wyjściu StD (nóżka 15) kostki U 3 pojawia się dodatni impuls, świadczący że na wyjściach Ql..Q4 pojawił się świeżo odebrany kod. Sygnał z wyjścia StD umożliwia pracę dekodera U6. Dekoder U6 nie zostanie jednak odblokowany, jeśli na początku nie zostanie odebrane właściwe hasło. Hasło to składa się z dwóch różnych cyfr dowolnie wybranych z zakresu 1..9.
Działanie dekodera hasła jest bardzo proste. Należy pamiętać, że na wyjściach kostki U3 znajdują się rejestry zatrzaskowe, czyli kod ostatnio odebranego sygnału jest pamiętany aż do przyjścia następnego sygnału. W bloku identyfikacji hasła pracują układy U4 i U5.
Przykładowo chcemy, by hasłem była liczba 25. W takim wypadku punkt L należy połączyć z wyjściem Q2 kostki U4, a punkt M - z wyjściem Q5. Jeśli abonent
wywołujący naciśnie w swym aparacie kolejno klawisze 2 i 5, to na wyjściach Ql..Q4 kostki U3 pojawi się najpierw liczba binarna 0010, czyli dwa, potem 0101, czyli pięć. Najpierw pojawi się więc stan wysoki na wyjściu Q2 kostki U4, a potem stan wysoki na wyjściu Q5 kostki U4. Dzięki obwodowi opóźniającemu R16, C14 stan wysoki występujący po odebraniu kodu "2" utrzyma się przez chwilę także po nadejściu kodu "5". To wystarczy, aby na wyjściu bramki U5A pojawił się krótki impuls ujemny (o czasie zależnym od R16, C14). Ten stan niski na wejściu przerzutnika RS zbudowanego z bramek U5B i U5C ustawi wyjście, czyli nóżkę 10 bramki U5C, w stan wysoki. Ten stan wysoki umożliwi pracę bramki U5D. W konsekwencji, po podaniu właściwego hasła, następne kody DTMF będą dekodowane przez kostkę U6. Dodatnie impulsy z wyjść tej kostki ustawią lub wyzerują przerzutniki RS zawarte w kostkach U7 i U8. Sygnały z wyjść sześciu przerzutni-ków sterują pracą tranzystorów T5..T10 i przekaźników wykonawczych REL2.. REL7. Zastosowanie przekaźników o prądzie styków do 16A umożliwia sterowanie urządzeniami o dowolnie dużej mocy (w razie potrzeby można zastosować dodatkowo stycznik).
Aby włączyć lub wyłączyć dowolne spośród sześciu urządzeń należy, oprócz dwucyfrowego hasła, nadać jednocyfrowy kod sterujący. Układ został tak zaprojektowany, żeby łatwo było zapamiętać poszczególne kody.
Jak widać na rys. 1, numery nieparzyste włączają urządzenia, a parzyste - wyłączają. Pierwszy tor (z przekaźnikiem REL2) zostanie włączony, jeśli abonent wywołujący naciśnie klawisz z cyfrą "1", wyłączony zaś, gdy naciśnie klawisz "2". Dwa ostatnie tory są sterowane kodami "9" i "0" oraz "*" i "#". Warto pamiętać, że kostka UM92870 (i wszystkie oryginalne układy MT8870) dekoduje kod DTMF oznaczony "0" jako liczbę dziesięć (binarnie 1010), kody "*" i "#" jako jedenaście i dwanaście (binarnie 1011 i 1100).
Elektronika Praktyczna 3/97
45
Odbiornik DTMF - zdalne sterowanie przez telefon
impulsy 'dzwonka* 25Hz 1 sekunda przeiwa 4 sekundy
sygnał gotowości wysyłany do abonenta wywołującego
sygnały hasła
sygnały sterowania uiządzeniami
rozłączenia połączenia
po rozładowaniu
C7prcezR6
sygnał gotowości wysyłany do abonenta wywołującego
Impuls odebrania pierwszej cyfry hasła
U5AM (punkt H)
UECniO
wyjścia
dekodera U6
(SO S15)
przekaźnik REL1 (dioda D14)
Rys. 3. Przebiegi w głównych punktach układu podczas pracy urządzenia.
Taki sposób jest łatwy do praktycznego wykorzystania. Kilkukrotne naciśnięcie tego samego klawisza nie spowoduje błędnej reakcji. Wystarczy zapamiętać, że numery nieparzyste włączają poszczególne tory, a nieparzyste - wyłączają.
Warto też prześledzić, co stanie się, jeśli połączenie nie dojdzie do skutku. Jeśli abonent wywołujący odłoży słuchawkę przed zadziałaniem urządzenia, wtedy brak impulsów dzwonienia po pewnym czasie wyzeruje licznik U2. Gwarantuje to obwód D4, R4, C6. Każdy odebrany impuls dzwonka rozładowuje kondensator C6, czyli utrzymuje na wejściach bramki UlD wysoki stan logiczny. Tym samym na wejściu zerującym RST kostki U 2 utrzymuje się stan niski - licznik może zliczać. Jeśli jednak nie pojawią się kolejne dzwonki, kondensator C6 naładuje się pomału przez rezystor R4, co spowoduje wyze-rowanie licznika. Tu przy okazji widać, że stała czasowa ładowania R4, C6 musi być większa od 4 sekund, aby licznik nie został wyzerowany w przerwie między kolejnymi sygnałami dzwonka.
Jeśli natomiast urządzenie odbierze przypadkowy telefon od osoby, która nie zna zasady działania odbiornika i nie nada żadnych sygnałów DTMF, wtedy po pewnym czasie nastąpi samoczynne rozłączenie układu. Zadba o to obwód R7, C8. Bramka UlA z elementami R7, C8 w rzeczywistości jest generatorem wyzwalanym stanem wysokim na nóżce 1. Jeśli po kilku sekundach od zgłoszenia się urządzenia nie zostanie odebrane właściwe hasło, wtedy po czasie wyznaczonym przez R7, C8 na wyjściu bramki UlA pojawi się znów stan wysoki, co rozłączy przekaźnik RELl.
Jeśli w ciągu tych kilku sekund zostanie odebrane prawidłowe hasło, wtedy stan wysoki z wyjścia przerzutnika z bramek U5B, U5C dzięki diodzie D7 wymusi stan wysoki na kondensatorze C8. Zapobiegnie to wyłączeniu urządzenia przez obwód R7, C8.
Ale urządzenie musi w jakiś sposób rozłączyć połączenie w przypadku, gdyby przypadkowo (lub nieprzypadkowo) ktoś niepowołany podał właściwe hasło i niejako wła-
mał się do systemu. Jest to mało prawdopodobne, ale nie można wykluczyć takiego zdarzenia. Przede wszystkim dla zmniejszenia prawdopodobieństwa takiego włamania można skrócić czas wyznaczany przez R7, C8 (należy zmniejszyć wartość R7). Ale nawet w przypadku włamania, urządzenie po pewnym czasie się wyłączy dzięki elementom C7 i R6.
W momencie odebrania rozmowy, kondensator C7 jest rozładowany przez diodę D5 i rezystor R5. Ponieważ licznik U2 jest wyzerowany już po około dwóch sekundach po odebraniu rozmowy, kondensator C7 zaczyna się powoli ładować przez rezystor R6. Po czasie kilkudziesięciu sekund, wyznaczonym przez stałą czasową R6, C7, napięcie na nóżce 1 bramki UlA spada poniżej dolnego poziomu przełączania i na jej wyjściu pojawia się stan wysoki, co bezwarunkowo rozłączy rozmowę. Tu widać, że stała czasowa R6, C7 nie może być zbyt krótka, aby uprawniony użytkownik zdążył włączyć lub wyłączyć potrzebne urządzenia. Czas ten powinien wynosić przynajmniej kilkadziesiąt sekund.
W układzie przewidziano też inny sposób wyłączania urządzenia. W wielu wypadkach nie będą wykorzystywane wszystkie kanały sterujące w liczbie sześciu. Jeśli szósty kanał nie będzie wykorzystany do sterowania, do rozłączenia połączenia można wykorzystać znak # (któremu odpowiada liczba binarna 1100, czyli dwanaście). Po podaniu hasła i ustawieniu poszczególnych urządzeń należy nacisnąć klawisz "#". Wtedy na wyjściu S12 kostki U6 (nóżka 14) pojawi się stan wysoki. Przez rezystor R18 popłynie prąd i wyzwolony zostanie tyrystor. Prąd płynący przez tyrystor naładuje kondensator C7. Spadek napięcia na nóżce 1 bramki UlA wyłączy przekaźnik RELl. Oczywiście, gdyby używane były wszystkie kanały sterujące, rezystora R18 i tyrystora Thl nie należy montować - w takim wypadku rozłączenie będzie następować samoczynnie po upływie czasu wyznaczonego przez R6 C7.
Przebiegi napięć w głównych punktach układu pokazano na rys. 3.
46
Elektronika Praktyczna 3/97
Odbiornik DTMF - zdalne sterowanie przez telefon
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl: 3,3kn/0,5W
R2, R5: 6,8kn
R3, R13: 470kO
R4, R6, R7, R16: 1MO
R8, RIO, R43, R45: lOOka
R9: 5,1 kn
Rl 1: 2,2MQ
R12, R18, R19..R31, R44, R47: 10kO
R14: 51kO
R15: 300kO
R35..R40, R42, RA1..RA6: 2,2kQ
R41: wlutować zworę
R46: 91kO
R48: 220kO
Kondensatory
Cl: 680nF
C2, C5, C17: 47nF
C3: 22O..47O^F/16V
C4: 100^F/10V
C6, C8, C16: 1OjiF/1OV
C7: 47^F/10V
C9: 470nF
CIO: 2,2nF
Cli: lOOnF ceramiczny
C12, C13, C14: lOOnF foliowy
Półprzewodniki
DL D2, D4..D13: 1N4148
D3: Dioda Zenera 18V
D14: LED $3mm żółta
D18, Dl7: Dioda Schottky'ego 1A
D19..D24: LED cb3mm czerwona
Oprócz funkcji zdalnego sterowania, urządzenie musi mieć możliwość sterowania lokalnego. Potrzebne są także kontrolki obrazujące stan urządzenia. Dioda D14 wskazuje, że urządzenie właśnie "odebrało telefon".
Kontrolę działania przekaźników zapewniają diody świecące, dołączone do punktów O1..O6.
Sterowanie lokalne polega na podaniu stanu wysokiego (napięcia +5V, a nie +12V) bezpośrednio na wejścia przerzutników pamiętających zawartych w kostkach U7 i U8. Umożliwiają to punkty oznaczone 0. .15 oraz rezystory R19..R34.
Do zasilania układu należy wykorzystać zewnętrzny zasilacz o napięciu wyjściowym 12V i prądzie rzędu kilkuset miliamperów. Przy zastosowaniu wszystkich sześciu przekaźników wykonawczych typu RM81 12V, wydajność zasilacza nie powinna być mniejsza niż 500mA.
OPT1: CNY17
Tl, T2, T5..T10: dowolny NPN np.
BC548
T3: dowolny PNP np. BC558
Thl: 2N50Ó0..64 (ZNÓ5Ó4, ZNÓ5Ó5
lub podobny)
Ul, U5: 4093
U2: 4017
U3: 92870A lub MT8870
U4: 4028
Uó: 4514
U7, U8: 4043
U9: 7805
Różne
Xl: 3,579MHz
REL1: RM81 12V lub DS2Y 12V
REL2..REL7: RM81 12V lub RM96
12V
TRI: TS2/24
obudowa KM-60
płytka drukowana układu
płytka drukowana klawiatury
microswitch z ośką min. ómm 8szt.
zacisk ARK2 lszt
Uwaga!
Elementy D15, D16, T4 nie
występują w układzie. Nie
montować elementów R17, C15.
Ponadto następujące elementy
nie wchodzą w skład kitu AVT-251:
można je zamówić oddzielnie
REL3 - REL7, D17, D18, R19, R32-
R34.
Jak widać na schemacie, urządzenie może być zasilane z baterii rezerwowej BATl. Przy braku zasilania sieciowego układ co prawda nie będzie pracował, jednak nie zapomni stanów przerzutników z kostek U7 i U8. Umożliwi to poprawną pracę po przywróceniu zasilania.
Źródło zasilania rezerwowego może być pominięte tylko wtedy, jeśli w miejscu instalacji sprzętu nigdy nie występują przerwy w dostawie energii elektrycznej. Jest to sprawa ważna, ponieważ wyłączenie napięcia zasilającego i jego ponowne włączenie spowoduje przypadkowe ustawienie zawartości przerzutników z kostek U7 i U8, a tym samym przypadkowe stany przekaźników wykonawczych.
Typowy aparat telefoniczny może nadać 12 spośród 16 sygnałów kodu DTMF. Dlatego liczbę torów wykonawczych ograniczono do 6. Odbiornik potrafi
jednak zidentyfikować wszystkie 16 sygnałów. Pozostałe cztery sygnały sterują dwoma przerzut-nikami RS z kostki U8. W razie potrzeby do sterowania dwóch dodatkowych urządzeń można wykorzystać wyjścia oznaczone na schemacie literami F i G. Do nadawania wszystkich 16 sygnałów DTMF można wykorzystać kostkę UM91531, opisaną w EP 10/94 na str 17.
W układzie przewidziano też możliwość sterowania zdalnego za pomocą kodów innych niż DTMF, na przykład z odbiornika kodu RC5 albo innego systemu, choćby z kostkami
MC14502 6..02 8 lub UM3 758. W tym celu mogą być wykorzystane wejścia A, B, C, D, umożliwiające dostęp do wejść dekodera U6. Nie jest to jednak takie proste, bo wymaga ingerencji w obwód wejścia TOE, sterującego wyjściami Ql..Q4 (nóżka 10 U3) i w linię sygnału zegarowego (wyjście StD, nóżka 12 U3). Należy pamiętać, że wejście TOE steruje trój stanowym buforem wyjściowym kostki U3. Gdy na wejściu TOE napięcie jest niskie, wyjścia Ql..Q4 są odcięte i są w stanie trzecim (dużej im-pedancji). Więcej informacji o dekoderach DTMF rodziny 8870 (UM92870) można znaleźć w EP 1/95 str 35 oraz w EdW 11/96 str. 56. Dla wykorzystania takich dodatkowych możliwości, na płytce drukowanej przewidziano odpowiednie punkty oznaczone Y oraz Z, a także wejście E, umożliwiające odblokowanie dekodera U6. Właśnie dla rozszerzenia możliwości układu przewidziano rezystor R41 - w typowym układzie pracy należy zamiast niego wlutować zworę.
Punkty A, B, C, D mogą też służyć jako wyjście odebranych kodów, do współpracy z dodatkowym układem wykonawczym, na przykład zewnętrznym "zamkiem kodowym", reagującym na hasło dłuższe niż dwucyfrowe.
Gdyby ktoś z Czytelników samodzielnie zaprojektował odpowiedni układ współpracy opisanego urządzenia z innymi systemami zdalnego sterowania, istnieje możliwość zaprezentowania takiego układu na łamach EP. Piotr Górecki, AVT
Elektronika Praktyczna 3/97
47
PROJEKTY
Programator termostatów cyfrowych firmy Dallas, część 1
kit AVT-337
Jest to konstrukcja na
pierwszy rzut oka dość
dziwna - programator
termostatów? Cóż to takiego?
Kiedyś do regulacji
termostatu wystarczał
wkrętak...
CLK-
DQ
RST-
Rsjettr ttetiJHJ
Interfejs szeregowy
{dtod
i odmowy)
Czujnik tempontury
tompantor-pize^cznik gómaj tempamtury okna
Komparator-przełącznlk dolnej temperatuiy okna
Kdmpamtor cyfrowy
Rys.l. Schemat blokowy układu DS1620.
Firma Dallas dała się juź poznać naszym Czytelnikom jako producent wielu niezwykłych układów scalonych. Szalona popularność immobilizerów, w których wykorzystano jako klucze układy Touch Memory, termometru z układami DS1820, czy teź multiprze-łącznika ze zdalnie sterowanymi kluczami DS2405 dowodzi, źe opracowania konstruktorów tej fiimy są chętnie stosowane przez bardzo wielu elektroników w naszym kraju. W artykule przedstawiamy kolejny układ "ze stajni" Dallasa -DS1620 - scalony termostat, w którym zintegrowano wszystkie elementy niezbędne do pomiaru i kont-r oli temp er a tury .
Aby w pełni wykor zy s t ać możliwości układu DS1620 niezbędny jest prosty programator, który umożliwia wpisanie do wbudowanej we wnętrze układu pamięci EEP-ROM nastaw określających tryb pracy układu i progi temperatur. Przy okazji progra-
THIGH
TLOW
mator można wykorzystać do odczytu temperatury.
Rozpoczniemy od przedstawienia Czytelnikom układu DS1620.
Co potrafi DS1620?
Budowę wnętrza układu DS1620 przedstawiono na rys.l. Jak widać na rysunku, w jednej strukturze półprzewodnikowej udało się konstruktorom zintegrować wszystkie elementy niezbędne do zbudowania kompletnego termostatu. Są to: - czujnik temperatury o zakresie pomiarowym -55..+ 125�C. Jest on zintegrowany z 9-bitowym przetwornikiem A/C, który generuje cyfrową postać wyniku
Podstawowe parametry i możliwości układów DS1620
/ zakres mierzonych temperatur -55 +125�C,
rozdzielczość pomiaru 0,5�C, / czas trwania|ednego pomiaru 500ms, / ilość wyjść 3,
/ szerokość histerezyTemperaturowe] |estprogramowana i wynosi TH-TL, / dokładność pomiaru Temperatury patrz
rys 4,
/ napięcie zasilania 4,5 5,5V, / pobór prądu 1mA, / maksymalna szybkość Transmisii szeregowe]
1,75MHz, / dostępne Tryby pracy
x wyzwalanie programowe (poprzez szynę szeregową) lub samoczynne, x praca samodzielna lub nadzorowana przez procesor,
/ gwarantowana ilość wpisów do parnięciEEP-" """ 50 000
Elektronika Praktyczna 3/97
Programator termostatów cyfrowych DS1620
M m i 8
cuaraw/ m 2 T
UL 3 B
nr 4 B
IDVD ID Tu*
DS1S203 0-PINDP
Rys, 2, Wyprowadzenia układu DS1620 w obudowach DIPS i SOICS.
pomiaru. Wynik przetwarzania jest zapisywany do 9-bitowego rejestru latch i może być odczytany poprzez port szeregowy;
- rozbudowany, dwuprogowy komparator cyfrowy, który porównuje aktualnie zmierzoną temperaturę z zadanymi uprzednio (wpisanymi do wewnętrznej pamięci EEPROM) wartościami. Porównanie następuje każdorazowo po zakończeniu procesu przetwarzania A/C. W zależności od wyników komparacji ustawiane są odpowiednie stany logiczne na wyjściach THIGH, TLOW iTCOM;
- rejestr statusu, który w praktyce składa się z dwóch 8-bitowych komórek pamięci. Jedna z nich jest typu SRAM, druga EEPROM. Do SRAM-u wpisywane są bity sygnalizujące aktualny stan pracy układu, pamięć EEPROM jest wykorzystywana do TDrzechowywania nastaw ustala-
jących tryb pracy układu; - interfejs szeregowy, który odpowiada za przesyłanie informacji pomiędzy procesorem i układem DS1620.
Są to najważniejsze bloki funkcjonalne układu DS1620.
Na rys.2 przedstawiono układ wyprowadzeń w DS1620, w obydwu dostępnych na rynku wersjach obudów. W naszym projekcie wykorzystane zostały układy w obudowie DIP8. W przypadku konieczności programowania układów w obudowie SOIC8 niezbędny będzie dodatkowy adapter.
Teraz skupimy się na omówieniu sposobu działania wyjść THIGH, TLOW iTCOM termostatu podczas pracy.
Wyjście THIGH sygnalizuje wysokim stanem, że temperatura otoczenia przekracza górną wartość temperatury dopuszczalnej. Wartość tą oznaczono TH i jest ona zapisana w pamięci EEPROM układu DS1620. Wyjście THIGH można wykorzystać np. do włączania wentylatora lub modułu Peltiera pracującego jako chłodziarka.
Wysoki stan na wyjściu TLOW sygnalizuje, że temperatura otoczenia jest niższa niż dolna granica tenrperatury douuszczalnei.
Wartość dolnego progu porównania jest wpisana do wewnętrznej pamięci EEPROM układu DS1620 i nosi oznaczenie TL. Wyjście TLOW można wykorzystać np. do włączania grzałki w akwarium, dzięki czemu każdorazowo po opadnięciu temperatury poniżej wartości zadanej będzie ona włączana.
Nieco większe możliwości charakteryzują wyjście oznaczone TCOM. Jest to bowiem wyjście termostatu z programowaną histe-rezą. Oznacza to, że stan tego wyjścia zmienia się na wysoki po przekroczeniu górnego progu porównania (TH), a wraca do stanu
Htoteraa
TL TH T.f
Rys. 3. Charakterysiki obrazujqce sposób działania wyjść układu DS1620.
niskiego dopiero po przekroczeniu dolnego progu porównania (TL). Szerokość histerezy wynosi
Tego typu wyjścia są najczęściej stosowane w układach automatyki, ponieważ są zabezpieczone przed oscylacjami, które mogą powstać na granicy progów porównania.
Na rys.3 przedstawiono wykres obrazujący sposób działania wszystkich trzech wyjść układu DS1620 w zależności od temperatury otoczenia.
Na rys.4 przedstawiono błąd pomiaru temperatury w zależności od jej wartości. Przedstawiona krzywa symbolizuje wartości typowe błędu bezwzględnego w całym zakresie temperatur. W najgorszym przypadku wartość błędu nie może być większa niż zaznaczono to szarym obszarem na rys.4.
Interfejs szeregowy układu DS1620
Komunikacja układu DS1620 z otoczeniem jest możliwa dzięki wyposażeniu go w tiójprzewodo-
50
Elektronika Praktyczna 3/97
Programator termostatów cyfrowych DS1620
Rys. 4. Granice błędu pomiaru temperatury przez układ DS1620.
wy interfejs szeregowy, o poziomach zgodnych ze standardem TTL.
W jego skład wchodzą następujące sygnały: DQ - dwukierunkowy port do
przesyłania danych; CLK - narastające zbocze sygnału na tym wejściu powoduje odczyt lub zapis danej znajdującej się na wejściu DQ; RST - sygnał zerowania interfejsu. W czasie przesyłania danych musi być w stanie "1".
Na rys.5 przedstawiono wykresy czasowe obrazujące sposób pracy interfejsu podczas odczytu danej z układu DS1620. Początek transmisji wyznaczony jest zmianą stanu na wejściu RST z "0" na "1". Pierwsze 8 bitów jest to rozkaz przesyłany z procesora do układu DS1620, po czym rozpoczyna się odczyt danych wysyłanych przez ten układ. Może to być 8 bitów (w przypadku rejestru statusu) lub 9 bitów danych (w przypadku odczytu rejestru temperatury zmierzonej lub komórek pamięci EEPROM, gdzie są przechowywane nastawy TL i TH).
Na rys.6 zostały przedstawione przebiegi czasowe podczas zapisu danej do układu DS1620. Podobnie jak w poprzednim przypadku, transmisja rozpoczyna się w chwili przejścia sygnału RST z "0" na "1". Następnie wysyłany jest 8-bitowy rozkaz, określający jakiego rodzaju zapis do układu chcemy
wykonać. Kolejne 8 lub 9 bitów to dana, która zostanie wpisana do pamięci EEPROM.
Sposób wysyłania i odbierania informacji przez układ DS1620 charakteryzuje się tym, że zawsze jako pierwszy bit jest przesyłany bit najmniej znaczący przekazywanego słowa (rys.7).
W tab.l przedstawiono wszystkie rozkazy "rozumiane" przez układ DS1620. Producent ostrzega, że wysłanie rozkazu o kodzie innym niż podane w tabeli może
spowodować nieodwracalne uszkodzenie struktury układu.
Rejestr statusu układu DS162O
Jak wcześniej wspomniano, układ DS162 0 jest wyposażony w komórkę pamięci spełniającą rolę rejestru stanu (konfiguracyjne-go). Jest ona adresowana przez dwa rozkazy o kodach OCh lub ACh, które umożliwiają odczyt lub zapis zawartości.
Rejestr stanu jest 8-bitowy, przy czym 6 bitów służy do kon-figurowania układu a 2 pozostałe mają ustalone przez producenta stany. I tak bit o najmniejszej wadze (LSB, DO) nosi oznaczenie 1SHOT i służy do ustalenia trybu mierzenia temperatury. Jeżeli bit ten ma wartość "1", to każdorazowo pomiar temperatury musi być zainicjowany rozkazem Start Convert. Jeżeli ma on wartość "0", to układ samoczynnie inicjuje konwersję od razu po zakończeniu poprzedniej.
Bit Dl oznaczono CPU. Jeżeli ma on wartość "1", to DS1620 oczekuje na polecenia przychodzące z szyny szeregowej. Jeżeli CPU="0", to możliwa jest inicjacja konwersji temperatury poprzez zmianę stanu na wejściu CLK.
Kolejne dwa bity mają ustalone wartości: D2="0", a D3="l".
Tabela 1. Kody poleceń dla układu DS1620 (na szaro zaznaczono polecenia wykorzystywane w prezentowanym układzie).
Nazwa instrukcji Opis Polecenia związane z pomiarem temperatury Kod instrukcji Stan szyny danych po odebraniu instrukcji
Read Temperaturę Umożliwia odczyt ostatnio zmierzonej temperatury AAh DS1620 wysyła ' 9-bitową daną
Start Convert Uruchamia proces pomiaru temperatury EEh nic
Stop Corwert Zatrzymuje proces pomiaru temperatury 22h nic
Polecenia dla termostatu DS1620
Write TH Zapis danej określającej górny próg porównania 01 h Procesor wysyła 9-bitową daną
Write TL Zapis danej określającej dolny próg porównania 02 h Procesor wysyła 9-bitową daną
Read TH Odczyt zawartości komórki pamięci EEPROM określającej górny próg porównania A1h DS1620 wysyła 9-bitową daną
Read TL Odczyt zawartości komórki pamięci EEPROM określającej dolny próg porównania A2h DS1620 wysyła 9-bitową daną
Write Config Zapis bajtu konfiguracyjnego OCh Procesor wysyła 8-bitowe słowo
Read Config Odczyt bajtu konfiguracyjnego ACh DS1620 wysyła 8-bitowe słowo
Elektronika Praktyczna 3/97
51
Programator termostatów cyfrowych DS1620
WYKAZ ELEMENTÓW
Moduł sterownika Rezystory
Pl: 4,7kQ miniaturowy
potencjometr obrotowy
Kondensatory
Cl: 1000|iF/lóV
C2:
C3, C4: lOOnF C5: 22jiF/10V C6: 2,2|iF/10V C7, C8: 24pF Półprzewodniki Ml: miniaturowy mostek prostowniczy min. 200mA/50V US1: STÓ2T25-SWD lub HWD lub ST62T25B - zaprogramowany US2: 78L05 (78M05, 7805) Wl: LCD 1X16 - zalecany PVC160101BTN lub PVC160101BY(G)L firmy Picvue Różne
JP1: jumper 1x3 ze zworką Xl: 8MHz
ZL1: złącze telefoniczne 8-stykowe 112, ZL4: wtyczka + gniazdo ZWS20 z kablem 14..20-żyłowym w taśmie (15cm)
ZL3: złącze klawiatury (w komplecie z folią samoprzylepną) Folia samoprzylepna na przód obudowy T23 (nie wchodzi w skład kitu)
Obudowa T23 (nie wchodzi w skład kitu)
Dwa wtyki telefoniczne 8-stykowe + 40cm telefonicznego kabla 8-żyłowego
Podstawowe cechy i parametry programatora
/ napięcie zasilania: 9..15VAC/DC;
/ pobór prądu: 15mA (bez dołączonej płytki z układem DS1620);
/ pobór prądu w czasie programowania układu DS1620 (zapalone dwie diody sygnalizacyjne na płytce programatora): 35mA;
/ możliwość pracy w trybie pomiaru temperatury;
/ częstotliwość pomiaru temperatury: 0,7Hz;
/ rozdzielczość pomiaru temperatury: 0,5�C;
/ przybliżona częstotliwość taktowania szyny danych: 30kHz;
/ ilość układów programowanych jednocześnie: 1;
/ automatyczna detekcja dołączenia układu DS1620;
/ możliwość wpisania dowolnej wartości TH i TL z dokładnością do 0,5�C;
/ możliwość odczytu i zapisu bitów konfigura-cyjnych układu DS1620;
/ automatyczna weryfikacja wpisów do pamięci EEPROM;
/ czte rop rzyci skowa, prosta w obsłudze klawiatura.
Rozkaz dla układu DS1620 (zgodni* z protokołem)
Rys. 5. Przebiegi sygnałów podczas odczytu układu DS1620.
Rozkaz dla iMadu DS1620 {zgodnie z protokołom)
Rys. 6. Przebiegi sygnałów podczas zapisu układu DS1620.
Bit D4 nazywa się NVB i sygnalizuje przy pomocy stanu wysokiego, że dostęp do pamięci EEPROM nie jest możliwy, ponieważ trwa proces zapisu.
Bity D5 i D6 noszą oznaczenia odpowiednio TLF i THF. Stany tych bitów są identyczne, jak stany wyjść TLOW i THIGH.
Ostatni, najbardziej znaczący bit słowa konfigurującego nazwano DONE. Jeżeli ma on wartość "1" oznacza to, że proces przetwarzania temperatury przez przetwornik A/C jest zakończony i wynik wpisany jest do rejestru temperatury, skąd można go odczytać wysyłając do DS1620 rozkaz o kodzie AAh.
Opis układu
Prezentowany przez nas programator składa się z dwóch zasadniczych modułów:
- płytki sterownika (z wyświetlaczem, klawiaturą i stabilizatorem);
- płytki programatora czujnika (w której instaluje się programowany układ DS1620.
W tej części artykułu skupimy się na omówieniu płytki sterownika. Jej schemat elektryczny przedstawiony został na rys.8. Jest to stosunkowo prosty układ, co udało się osiągnąć dzięki wykorzystaniu doskonałego mikrokontrolera j q ^Y z rodziny ST6 firmy RySi 7. Kolejność transmisji bitów z i do układu SGS-Thomson. DS1620.
Zastosowany w urządzeniu procesor ST62T25 ma wbudowaną pamięć programu typu EPROM o pojemności blisko 4kB, 3 konfi-gurowalne porty I/O (2 0 linii), licznik Watchdog oraz 15-bitowy timer. Nie są to wszystkie elementy jego wyposażenia, lecz w tym projekcie autor nie wykorzystał pozostałych modułów procesora, nie będziemy więc ich omawiać.
Kolejnym elementem, dzięki któremu udało się bardzo uprościć konstrukcję programatora, jest wyświetlacz alfanumeryczny LCD z wbudowanym kontrolerem. Możliwe jest zastosowanie wyświetlacza o konfiguracji 1x16 lub 2x8 znaków, przy czym w niektórych przypadkach mogą się okazać konieczne zmiany w programie obsługującym wyświetlacz. Zalecane jest stosowanie standardowych wersji wyświetlacza z generatorem znaków zgodnych z normą Hitachi HD44780.
Mikrokontroler USl steruje pracą wyświetlacza poprzez 8-bitową szynę danych, którą tworzy port wejścia - wyjścia PB.x. Wyjście oznaczone PB.O jest wyjściem najmniej znaczącej pozycji (LSB),
= -25cc
MSB
LSB
52
Elektronika Praktyczna 3/97
Programator termostatów cyfrowych DS1620
Rys. 8. Schemat elektryczny modułu sterownika programatora.
a wyjście PB.7 jest wyjściem najbardziej znaczącej pozycji (MSB). Wyjścia portu PA spełniają rolę:
- PA.7 - sterowanie wejścia ENA modułu wyświetlacza Wl;
- PA.6 - sterowanie wejścia R/!W modułu wyświetlacza Wl;
- PA.5 - sterowanie wejścia RS modułu wyświetlacza Wl.
Tak więc obsługa modułu wyświetlacza w trybie z szyną 8-bitową angażuje w sumie 11 wyprowadzeń mikrokontrolera USl. Moduł wyświetlacza Wl dołączany jest do płytki sterownika przy pomocy 20-pinowego złącza ZWS, oznaczonego Zl2. Do styków tego złącza doprowadzone zostały ponadto linie zasilania +5V i GND oraz napięcie z suwaka potencjometra Pl, który spełnia rolę regulatora kontrastu.
Numeracja pinów złącza Zl2 odpowiada kolejności wyprowadzeń standardowych modułów wyświetlacza. W przypadku zastosowania wyświetlacza z podświetlaniem, napięcie zasilające podświetl acz należy pobierać bezpośrednio z modułu wyświetlania. Bity PA.O, PA.l i PA.2 spełniają rolę interfejsu szeregowego, współpracującego z programowanymi układami DS1620. Linie PA.O i PA.l są permanentnymi wyjściami (sygnały RST i CLK). Kierunkowość linii PA.2 jest zmieniana w czasie pracy programatora w zależności od wybranego kierunku przesyłania informacji. Za zmianę kierunkowości tego portu odpowiada program wpisany w wewnętrzną pamięć programu USl.
Linie PA.O..2 dołączono do 8-stykowego złącza telefonicznego Zll spełniającego rolę złącza wyjściowego, do którego dołączany jest programowany układ DS1620.
Na rys.9 przedstawiono przybliżony wygląd tego złącza i kolejność wyprowadzeń wraz z oznaczeniami. Linie PC.4..7 układu USl są wejściami portu 4-stykowej klawiatury. Połączono je ze złączem Zl3, które umożliwia dołącze-
Elektronika Praktyczna 3/97
53
Programator termostatów cyfrowych DS1620
8 7 6 5 4 3 2
Rys. 9. Wyprowadzenia złącza zastosowanego w programatorze.
nie do programatora klawiatury foliowej (stanowi ona jednocześnie element estetycznej płyty czołowej). W przypadkach, kiedy konstruktor nie zamierza korzystać z klawiatury foliowej jest możliwe
dołączenie zwykłej klawiatury wykonanej np. z czterech mikroprzełączników (zgodnie ze schematem z rys.8).
Oscylator Xl wraz z kondensatorami C7 i C8 spełniają rolę układu wzbudzającego i stabilizującego częstotliwość generatora taktującego układu US1. W układzie zastosowano kwarc o częstotliwości rezonansowej 8MHz, co jest wartością maksymalną dla procesora ST62T25.
Kondensator C6 odpowiada za generację ujemnego impulsu na wejściu RES procesora USl po włączeniu zasilania. Impuls ten powoduje, że procesor rozpoczyna pracę zawsze od tego samego adresu pamięci programu. Rezystor podciągający wejście RES do plusa zasilania wbudowany jest w strukturę układu USl.
Na płytce programatora znajduje się stabilizator napięcia (US2) oraz mostek prostowniczy (Ml) wraz z filtrem pojemnościowym (Cl, C2), które to elementy umożliwiają poprawną pracę programatora zasilanego napięciem stałym lub zmiennym.
Ponieważ pobór prądu przez system jest bardzo mały, jako US2 zastosowany został stabilizator serii "L" o wydajności prądowej lOOmA. Jeżeli zastosowany moduł wyświetlacza Wl będzie miał wbudowany podświetlacz LED lub elektroluminescencyjny, to wydajność prądowa tego stabilizatora może okazać się za mała. Wynika to z faktu, że układy podświetlania wymagają zasilania prądem o wartości rzędu 40.. 12 Om A (czasami nawet więcej). Zastosowanie takiego wyświetlacza wiąże się więc z koniecznością wymiany układu US2 na wersję "M" lub standardową. Piotr Zbysiński, AVT
54
Elektronika Praktyczna 3/97
Miniaturowy >
termostat cyfrowy
Konstrukcja tego urzq-dzenia jest dowodem na to, że warto jest sięgać po najnowsze układy scalone. Kompletny termostat cyfrowy w jednym układzie i ośmioma wyprowadzeniami? Sprawdźcie sami! Str. 71.
Programowany sterownik świateł dyskotekowych
>
Urzqdzenie
prezentowane
w artykule
jest kolejnym
modułem
służqcym do
samodzielnego
wykonania
programowanej rampy
świetlnej, str, 37.
Test >
Tym razem poddaliśmy testom multimetry uniwersalne. Sq to przyrzqdy, bez których nie może się obejść współczesny elektronik. Zalety i wady popularnych mierników dostępnych w naszym kraju prezentujemy na str. 23.
Odbiornik DTMF *
zdalne sterowanie przez telefon
Tytuł artykułu mówi wszystko - koniec kłopotów ze sterowaniem urzqdzeh w domu! Oczywiście pod warunkiem, że masz telefon... Str. 43.
Zasilacz laboratoryjny dużej mocy
Tytuł nie wskazuje na to, że jest to Miniprojekt. Ajednak. Prostotę konstrukcji i dobre parametry konstrukcji udało się osiqgnqć dzięki zastosowaniu dwóch doskonałych układów scalonych -LM350 (większość Czytelników EP już go zna) oraz LM333 (nowość!) - str.69.
Lampy
elektronowe, część 2 >
Artykuł przybliżajqcy zasadę działania lamp wzbudził wśród naszych Czytelników ogromne zainteresowanie.
Nic w tym dziwnego -ilu naszych Czytelników pamięta, że te szklane bańki na zdjęciu obok to protoplasci współczesnych tranzystorów? Str. 13.
Programator termostatów cyfrowych
Wielu Czytelników zapyta - co to sq termostaty cyfrowe? A programator? Musi to być coś skomplikowanego.
Ajednak nie! Firma Dallas opracowała serię niezwykłych układów scalonych, które sq kompletnymi programowanymi termostatami z wyjściami sterujqcymi zewnętrzne grzałki, chłodziarki lub układy klimatyzacyjne. Aby zapewnić poprawnq pracę tych miniaturowych termostatów trzeba je wstępnie zaprogramować -szczegóły na str. 49.
Starter Kit dla procesorów HC05J1A Ą
"Znowu te mikroprocesory"
pomyśli sobie pewna
grupa Czytelników EP.
Proponujemy jednak
poświęcić chwilę na
przeczytanie tego artykułu -
po raz pierwszy tak dobre
narzędzie (jak opisane
w artykule) oferowane jest za tak przystępnq cenę!
To naprawdę może kupić każdy - to może być Wasz
pierwszy mikroprocesorowy krok! Str. 21.
Elektronika Praktyczna 3/97

Oprogramowanie firmy IAR ^
Firmę IAR znajq w naszym kraju głównie profesjonaliści zajmujqcy się pisaniem zaawansowanych programów w języku C na różnego rodzaju mikrokontrolery. Rozpoczynajqc tę prezentację chcemy przekonać Was, że jest to doskonałe narzędzie także dla mniejszych firm i amatorów, str. 81.
Uniwersalne moduły do pomiaru częstotliwości
Urzqdzenia przedstawione w tym artykule sq dowodem na to, że bardzo często wystarczy dobry pomysł na produkt. Jeżeli dodamy do niego trochę inżynierskiego talentu sukces prawie gwarantowany, str. 17.
Basic Stamp
opis sprzętu i języka
Artykułem tym inicjujemy cykl artykułów prezentujqcych możliwości bardzo popularnych w świecie mikrokomputerów Basic Stamp, czyli elektronicznych znaczków, str. 73.
Swiat hobby Projekty zagraniczne
Filtr szumów do gramofonu analogowego, część Lampy elektronowe, część 2..................................................
13
Uniwersalne moduły do pomiaru częstotliwości, część 1 .. 17 Najnowsza propozycja Motoroli - Starter Kit
dla procesorów HC05J1A....................................................... 21
BasicStamp - opis sprzętu i języka.......................................... 73
Multimetry uniwersalne,
.Projekty
Mówiqcy zegar z DCF77, część
Moduł programowanego sterownika świateł
do dyskoteki....................................................................
Odbiornik DTMF,część 1 ................................................
Programator termostatów cyfrowych, część 1 .........
Miernik zniekształceń nieliniowych, część 2...............
Wzmacniacz multimedialny do PC, część 2..............
30
37 43 49 bb . 59
Zasilacz laboratoryjny dużej mocy.............................
Miniaturowy termostat cyfrowy..................................
Trojen^7zyTeTni1cov^^^^^^^^^^H
(Roz)ładowywarka ogniw wtórnych Ni-Cd..............
Nowe podzespoły........................................................
72
Aktywne przetworniki gitarowe, część 2...............................77
Realizacja projektów na 8051
przy pomocy oprogramowania firmy IAR ............................ 81
ELEKTRONIKA 89
PRZBrfYSt i RYNEK.......................................................oy
Wizytówka miosigca - Motorola.........................90
Tabola miosigca.....................................................92
Info Świat..................................................................93
Info Kraj.....................................................................94
Forum.........................................................................8
Kramik+Rynok.........................................................9
Listy............................................................................981
Wykaz roklam........................................................lOół
Ekspresowy Informator Elektroniczny.............107fl
Elektronika Praktyczna 3/97
PROJEKTY
Miernik zniekształceń nieliniowych, część 2
kit AVT-332
Druga część ańykułu
poświęconego prezentacji
konstrukcji miernika
zniekształceń nieliniowych
przybliża zasady obowiązujące
podczas montażu
i uruchomienia układu.
Ponieważ dokładność
wykonywanych pomiarów jest
zależna zarówno od jakości
zastosowanych w urządzeniu
elementów, jak i od precyzji
regulacji, wszystkim
Czytelnikom zainteresowanym
samodzielnym wykonaniem
tego układu gorąco polecamy
szczegółowe zapoznanie się
z uwagami autora.
Montaż i uruchomienie
Płytka modelowa pokazana na fotografii różni się kilkoma szczegółami od projektu przedstawionego na wkładce w poprzednim numerze EP. W trakcie testów okazało się konieczne wprowadzenie kilku drobnych zmian w pierwotnym projekcie. Stąd teź w układzie nie występują rezysto-iy Rl iR5.
Rozmieszczenie elementów przedstawiono na rys.5.
Montaż elementów na jednostronnej płytce nie sprawi trudności, jednak należy zwrócić uwagę na tranzystor Tl typu BF245 - jest to najbardziej podatny na uszkodzenie element układu.
Montaż można rozpocząć od zmontowania obu transformatorów i zasilaczy. Przed zamontowaniem innych elementów warto sprawdzić, czy zasilacze dostarczają przewidzianych napięć ą15V.
W zasadzie montaż elementów układu mógłby nastąpić w dowolnej kolejności, ale tranzystor Tl i układy scalone warto dla bezpieczeństwa wlutować na samym końcu.
Na płytce w obwodach obu mostków Wiena przewidziano
miejsce na dwa kondensatory, i to o różnym rozstawie wyprowadzeń. W modelu użyto precyzyjnych kondensatorów s ty rofleks owych o tolerancji 0,5%. W rzeczywistości wcale nie jest konieczne uzyskanie podanej wartości pojemności, równej 6,8lnF. Chodzi tylko
0 to, żeby spośród większej liczby kondensatorów foliowych MKT lub MKSE o pojemności 6,8nF
1 tolerancji 20% wybrać cztery jednakowe, których względna tolerancja nie przekroczy 1% (cztery, bo dwa - C16 i C17 - są potrzebne do generatora, a dwa -C20 i C21 - do filtru). Wystarczy do tego mostek do pomiaru pojemności lub miernik uniwersalny um o żli wi a j ą cy p orni ar p oj emno ś -ci.
Ze względu na stabilność pojemności, nie wolno w obwodzie mostka Wiena stosować popularnych kondensatorów ceramicznych ferroelektrycznych - muszą to być kondensatory foliowe. Ponadto muszą to być kondensatory jednakowego typu, najlepiej pochodzące z jednej serii produkcyjnej, aby miały zbliżone współczynniki termi czne p oj emno ś ci.
Także rezystory mostka powinny być dobrej jakości - metalizo-
Elektronika Praktyczna 3/97
55
Miernik zniekształceń nieliniowych
MNDPHRSTUU OOOOOOOG
R15 R13 R14 R12
Cl
Hl- Hl-
oH|-o ocl -*-*
^ S 8* 8
Rys. 5. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej.
wane. W żadnym wypadku nie należy stosować popularnych rezystorów węglowych. Obecnie nie jest już problemem nabycie dobrych rezystorów o tolerancji 1%, więc w miarę możliwości należy zastosować wartości podane na schemacie.
Jeśli chodzi o pozostałe rezystory, to podane na rysunku wartości wskazują jednocześnie na typ tych rezystorów: jeżeli podano wartość z szeregu E96 (np. ll,5kQ) - powinny to być dobrej jakości rezystory metalizowane o tolerancji 1% (0,5..2%). Gdy podano wartość z szeregu E24, można stosować popularne rezystory węglowe.
Wartości wielu rezystorów można zmieniać w szerokim zakresie, najczęściej ważny jest stosunek wartości odpowiednich par, a nie ich bezwzględna wartość. Pewne znaczenie ma także współczynnik cieplny rezystancji.
Nietypowe na pierwszy rzut oka wartości rezystorów RIO i Rll nie powinny straszyć - należy je złożyć łącząc szeregowo rezystory o nominałach odpowiednio 22,7kQ +ll,5kQ oraz 2 x 36,5kQ.
Wyjaśnienia wymaga jeszcze sprawa dzielnika wejściowego z przełącznikiem SW2. Autor użył dostępnego przełącznika pięciopo-zycyjnego, ale oczywiście można zastosować przełącznik o większej lub mniejszej liczbie pozycji. W dzielniku nie muszą być stosowane rezystory o podanych wartościach. Jednak zalecane, choć nie konieczne, jest użycie rezystorów metalizowanych, ponieważ kiepskiej jakości rezystory i potencjometry węglowe mogą nieco zwiększyć zniekształcenia własne.
Ponieważ układ miernika zniekształceń nie jest przeznaczony dla zupełnych nowicjuszy, nie będziemy podawać szczegółowych wskazówek o możliwościach
zmian wartości elementów - bardziej zaawansowani elektronicy sami wprowadzą ewentualne modyfikacje.
Po zmontowaniu elementów na płytce należy dołączyć przewodami wszystkie diody LED, przełącznik SW3, sprawdzić i wyregulować układ, a dopiero potem dołączyć zewnętrzne dzielniki z przełącznikami SWl i SW2.
Najpierw trzeba wstępnie uruchomić generator: należy ustawić helitrim Pl w takim położeniu, w którym będą się utrzymywać stabilne drgania. Na razie wystarczy, że w ogóle pojawi się przebieg sinusoidalny o wartości rzędu IV. Jeśli drgania nie pojawiłyby się w żadnym położeniu suwaka potencjometru Pl, co zresztą jest niezmiernie mało prawdopodobne, to należy zewrzeć rezystor R9 (a tym samym tranzystor Tl) - wskazywałoby to bowiem na uszkodzenie tranzystora. Wtedy drgania muszą się pojawić, tyle że ich amplituda będzie bliska napięciom zasilającym, a wierzchołki będą obcięte.
Tranzystor Tl pełni rolę zmiennej rezystancji stabilizującej amplitudę drgań - dla zmniejszenia zniekształceń wprowadzono dodatkowo bocznikujący go rezystor R9. W razie kłopotów z uzyskaniem stabilnego przebiegu o amplitudzie rzędu IV, można spróbować zwiększyć wartość R9 lub nawet go usunąć. Rozwiązaniem może też być wymiana tranzystora Tl na inny egzemplarz, mający inne napięcie odcięcia i rezystancję minimalną kanału. Można też zwiększyć nieco wartość Rll lub zmniejszyć RIO. Jednak najprawdopodobniej dla wszystkich egzemplarzy tranzystorów BF245 (i podobnych polowych złączonych typu n) żadne takie modyfikacje nie będą potrzebne i generator ruszy od razu.
Po wstępnym uruchomieniu generatora, jego wyjście należy połączyć z wejściem pomiarowym według rys. 6. Następnie należy sprawdzić, czy przy różnych położeniach suwaka dodatkowego potencjometru uda się uzyskać kolejno świecenie diod D14, D15 i D26. Oczywiście, przy zbyt małym sygnale świecić się powinna dioda D15, przy zbyt dużym D14. W razie kłopotów, przede wszys-
56
Elektronika Praktyczna 3/97
Miernik zniekształceń nieliniowych
D16 D25
WYŚWIETLACZ
Rys. 6. Schemat połączeń układu testowego.
tkim trzeba skontrolować wartość wszystkich czterech napięć zasilających, po czym należy sprawdzić oscyloskopem i woltomierzem obwody kostek U9 i Uli - tam musiała wystąpić jakaś pomyłka w montażu.
Gdy omawiany blok pracuje poprawnie, należy ustawić dodatkowym potencjometrem Px takie napięcie na wejściu miernika, żeby świeciła się zielona dioda D26. Umożliwi to także pracę wyświetlacza D16...D25.
W pozycji środkowej przełącznika SW3, na zakresie do 30%, gdy wzmocnienie toru pomiarowego jest najmniejsze, prawdopodobnie wszystkie diody wyświetlacza będą wygaszone. Ale przy większym wzmocnieniu układu U7B z pewnością świecić się będzie jakaś dioda wyświetlacza. Należy wtedy przeprowadzić właściwą kalibrację układu. Obejmuje ona zarówno regulację potencjometru Pl w generatorze (dla uzyskania najmniejszych zniekształceń), jak i potencjometrów PRl -PR3 (dla uzyskania maksymalnego wytłumienia składowej podstawowej).
W rzeczywistości nie sprawi to żadnych problemów: po prostu pokręcając kolejno wszystkimi he-litrimami należy sprowadzić wskazanie wyświetlacza do minimum, czyli praktycznie wygasić wszystkie diody wskaźnika na zakresie do 0,3%.
Nie jest to wcale trudne. Najpierw należy wyregulować PRl na minimum wskazań wyświetlacza, potem wskazanie można jeszcze obniżyć pokręcając PR2 i PR3, a następnie należy znów podregu-
lować PRl oraz PR2 i PR3. Tym samym filtr zostanie wstępnie dostrojony do częstotliwości generatora.
Najprawdopodobniej potrzebna będzie jeszcze regulacja Pl w generatorze dla uzyskania minimalnych zniekształceń. Przy regulacji Pl należy jednak sprawdzać, czy nie zgaśnie D26 - nadmierne Pl spowo-
zielona dioda zwiększenie wartości duje po prostu zanik drgań. Położenie suwaka Pl należy dobrać z wyczuciem tak, aby zniekształcenia były znikome, ale jednocześnie aby amplituda drgań była stabilna. Nie można tu "przedobrzyć", bo drgania po pewnym czasie mogłyby zaniknąć. W praktyce właściwy punkt pracy generatora można łatwo ustalić po kilku próbach.
Jeśli regulacja Pl spowoduje obniżenie się wskazań wyświetla-
cza, należy jeszcze raz przeprowadzić cykl regulacji PRl, PR2, PR3, PRl, PR2, PR3.
W sumie można uzyskać całkowite wygaszenie wyświetlacza także na najczulszym zakresie 0,013..0,3%.
Taka regulacja wystarczy przyrząd jest gotowy do pomiarów. Warto zauważyć, że dzięki przyjętej koncepcji układowej, do pełnego wyregulowania przyrządu potrzebny jest jedynie oscyloskop, nie jest natomiast wymagane żadne porównywanie z wzorcowym miernikiem zniekształceń. Dla hobbysty jest to nieocenioną zaletą. Częstotliwości generatora i filtru stroi się w opisany, bardzo prosty sposób, a wymagane wzmocnienia torów pomiarowych są wyznaczone z wystarczającą dokładnością przez rezystory o ustalonych wartościach.
Przeprowadzone próby wykazały, że w zasadzie wszystkie kostki w układzie mogłyby być typu TL082 czy TL072. Jednak zastosowanie w kluczowych miejscach zdecydowanie lepszych kostek NE5532 i rezystorów metalizowanych pozwoliło bez trudu uzyskać poziom zniekształceń własnych
ewentualny
wyłącznik sieciowy
(umieszczony na ścianie
tylnej obudowy)
avt
DZIELNIK wg rys 6
lub
potencjometr 10kOB
(tizypozycyjny)
Rys. 7. Schemat połączeń zewnętrznych.
Diody LED
łączyć zgodnie
z rys 6
Elektronika Praktyczna 3/97
57
Miernik zniekształceń nieliniowych
znacznie poniżej 90dB. Wprawdzie na najniższym zakresie skala wskaźnika diodowego zaczyna się od 0,013%, jednak w związku ze znakomitymi parametrami kluczowych bloków, układ można w prosty sposób przekalibrować na zakresy 0,004..0,1%, 0,04..1% i 0,4..10%. Wystarczy tylko trzykrotnie zwiększyć rezystancję R33 do 180kQ. Jednak przy wartościach proponowanych na schemacie i w wykazie elementów, dolna granica wynosząca 0,012% jest całkowicie wystarczająca do celów amatorskich.
Autor celowo nie proponuje poszerzania zakresu pomiarowego w dół poniżej 0,01%, bowiem w praktyce nie ma to sensu -gratulacje należą się każdemu, kto zbuduje wzmacniacz o zniekształceniach poniżej 0,02..0,05%. Jak wspomniano, takie poszerzenie zakresu pomiarowego w dół jest możliwe i łatwe do zrealizowania, ale niesie ze sobą pewną niedogodność. Mianowicie elementy mostków Wiena w generatorze i filtrze mimo wszystko nie są identyczne. Przy zmianach temperatury występuje pewien dryft częstotliwości i w konsekwencji po pewnym czasie starannie wyregulowany przyrząd minimalnie "się rozjedzie" - nie ma się czemu dziwić - opisany filtr ma dużą dobroć i ogromne tłumienie częstotliwości środkowej, wynoszące około 90dB, to znaczy 30.000 razy! Taki minimalny dryft, czyli mówiąc potocznie "rozjechanie się przyrządu, przy połączeniu według rys.7 objawi się niezero-wym wskazaniem na najniższym zakresie, a przy praktycznych pomiarach niemożliwością pomiaru zniekształceń rzędu 0,013..0,05%.
Tak czuły przyrząd należałoby więc kalibrować przed każdym pomiarem małych zniekształceń. Zresztą i przy proponowanych zakresach, po dłuższym czasie układ może się nieco rozkalibrować.
Dlatego należy przewidzieć możliwość okresowej kalibracji filtru. Helitrimy PRl - PR3 celowo umieszczono obok siebie na krawędzi płytki, co znakomicie ułatwi ewentualną kalibrację. Wystarczy wykonać w obudowie, naprzeciw tych potencjometrów, trzy niewielkie otwory umożliwiające włożenie niewielkiego wkrętaka.
Dla ułatwienia takiej okresowej kalibracji warto też umieścić na płycie czołowej przyrządu przełącznik oznaczony SELF TEST -zamknięcie go połączy wyjście generatora wprost z wejściem miernika.
Proponowany układ połączeń pokazuje rys. 7. Na wkładce wewnątrz numeru przedstawiono wygląd płyty czołowej, odpowiadający połączeniom rys. 7. Czołówka ta ma wymiary 184 x 63mm i została zaprojektowana do popularnej obudowy z tworzywa sztucznego o wymiarach zewnętrznych 190 x 200 x 70mm. Próby wykazały bowiem, że układ nie wymaga metalowej obudowy ekranującej.
Dla zminimalizowania wpływu zewnętrznych zakłóceń, wszelkie przewody sygnałowe łączące gniazda i przełączniki z płytką powinny być jak najkrótsze. Próby wykazały jednak, że nie jest wymagane ich ekranowanie.
Przy końcowym montażu należy koniecznie pamiętać, że masy generatora i miernika nie mogą być ze sobą na stałe połączone wewnątrz przyrządu - połączenie ich może spowodować błędne wskazania, szczególnie przy po-
miarach układów precyzyjnych oraz wzmacniaczy mocy.
Inne uwagi
Przy intensywnych testach modelu zdarzyło się kilkakrotnie, że dodatnie napięcie zasilające części pomiarowej spadło do wartości rzędu 0,8V. Spowodowane to było swego rodzaju zatrzaskiwaniem się stabilizatora U2. Jeśliby w trakcie użytkowania przyrządu wystąpiło takie zjawisko, wtedy zamiast małego stabilizatorka 78Li5 należałoby zastosować wersję o większym prądzie, np. 78M15 lub 7815. Na tę okoliczność przewidziano w płytce pod stabilizator U2 otwory o średnicy lmm.
Ogólne wyniki testów i pomiarów są więcej niż zadowalające, a biorąc pod uwagę niski koszt urządzenia i dziecinną łatwość strojenia - wręcz rewelacyjne. Dla osiągnięcia optymalnych rezultatów należy jednak zastosować podzespoły o odpowiedniej jakości.
Natomiast do mniej wymagających zastosowań w układzie można wykorzystać wyłącznie popularne rezystory węglowe i wszystkie wzmacniacze operacyjne z rodziny TL082 lub TL072.
Autor opracowania z wdzięcznością przyjmie wszelkie pozytywne i negatywne uwagi i wnioski nadesłane do redakcji przez Czytelników, którzy zrealizują opisany układ i będą go wykorzystywać w praktyce. Piotr Górecki, AVT
Errata do części 1;
1. Kondensator Cl w zasilaczu (rys. 4), obok układu U2 powinien mieć oznaczenie Cli.
2. Kondensator C31 (rys. 4) powinien mieć symbol kondensatora stałego.
Elektronika Praktyczna 3/97
PROJEKTY
Wzmacniacz muItimedialny do PC, część 2
kit AVT-325
Druga część ańykuiu
prezentującgo konstrukcję
wzmacniacza multimedialnego
do PC poświęcona jest
omówieniu zasad montażu
elektrycznego urządzenia.
Ze względu na bardzo
precyzyjne dopasowanie
konstrukcji mechanicznej
wzmacniacza do standardów
stosowanych w PC, także
montaż mechaniczny wymaga
sporego doświadczenia od
konstruktora.
Wszelkie szczegóły i tajniki montażu bardzo dokładnie wyjaśnia autor w ańykule.
2 1
4 3
6 5
a 7
10 9
C46
|C4
C48
15
14
13
Na rys.5 przedstawiony jest schemat dodatkowego (opcjonalnego) interfejsu, dzięki któremu jest możliwe sterowanie wzmacniaczem przez komputer PC za pośrednictwem złącza komunikacji szeregowej COM. Jest to standardowy układ tianslatora napięć TTL/RS232C zbudowany z wykorzystaniem znanego Czytelnikom z takich konstrukcji układu MAX232.
Kondensatory elektrolityczne C47..C50 są niezbędne do poprawnej pracy pomp ładunkowych wewnątrz układu U8, których zadaniem jest podwyższenie napięcia z poziomu TTL na standard złącza szeregowego PC. Dodatkowy dławik L2 separuje szynę
Ufi
C46-C50 IDjlF
v+ vcc
V-
GND
T1OUT T2OUT R1IN R2IN
C1+
C1-C2+
C2-
T1IN
T2IN
R1OUT
R20LJT
10
MAX232
RS232
Rys. 5. Schemat elektryczny interfejsu szeregowego RS-232C.
zasilającą +5V od zakłóceń, które mogą się pojawić w tej części układu. Sprzęgnięcie z komputerem PC następuje poprzez połączenie płaskim 10-żyłowym kablem, zakończonym standardowymi złączami typu AWP-10, gniazda oznaczonego na płytce jako "RS232" z dowolnym złączem COMl lub COM2 na płycie głównej komputera lub karcie I/O. Doprowadzenie sygnałów do tego złącza jest zgodne ze standardem PC, toteż podczas dokonywania połączenia należy jedynie zwracać uwagę na położenie pinu "1" obu złącz: we wzmacniaczu i na płycie komputera. Sposób sterowania oraz szczegółowy protokół transmisji, wykorzystywany do sterowania wzmacniaczem opisany będzie w części artykułu dotyczącej obsługi urządzenia.
Warto w tym miejscu dodać, że wspomniany układ interfejsu nie jest konieczny do poprawnej pracy całego wzmacniacza, a jego ewentualny brak w niczym nie ujmuje funkcjonalności opisywanego projektu.
Montaż wzmacniacza
Jak wspomniano wcześniej, zmontowanie układu z zachowaniem podanych poniżej wskazówek, pozwoli na umieszczenie całości w dopasowanej kieszeni komputera PC, przeznaczonej na
Elektronika Praktyczna 3/97
59
Wzmacniacz multimedialny do PC
BQQQQQQQQQQQQQQQg
|OOOOOOOOOOOOOOO|
K8
, OTO O O O O O
;3L
I
DOOOOOO [
LINE1 LINE2
HOMO
PHorcs
BLAST C1ME1
017
LIMES
O�
MOMD PHOfCS
HUTĘ
sObm O;
K6
Kil
K10
K9
teo
OD------OD------UD- Pg5-D35
K3
K4
K5
K?
-o-
VOLUHE
-D-
BALANCE
D TREBLE
BASS
-D-
K2
Kl
Rys. 6. Rozmieszczenie elementów na płycie czołowej.
lub
typową stację dyskietek 5,25 CD-ROM.
Wszystkie elementy elektroniczne układu wzmacniacza zostały umieszczone na dwóch płytkach drukowanych. Dodatkowo w zestawie AVT-325 znajdują się dwie inne płytki drukowane, które pełnią rolę typowych ścianek bocznych wzmacniacza. Dokładne zmontowanie wszystkich w sposób przedstawiony w dalszej części artykułu daje w efekcie bardzo zwartą i mocną konstrukcję, nadającą się wprost do zamocowania w chassis komputera.
Przed przystąpieniem do montażu należy zaopatrzyć się w lutownicę o mocy max. 60W (najlepiej z przełącznikiem mocy lub regulatorem temperatury), oraz dobrej jakości topnik.
Montaż rozpoczynamy od zmontowania płytki wyświetlacza. Schemat montażowy tej części układu przedstawiony jest na rys.6. Płytka ta, ze względu na dużą ilość połączeń, wykonana jest w wersji dwustronnej z metalizacją otworów.
Zanim rozpoczniemy montaż, należy drobnym pilnikiem oszlifować krawędzie płytki w celu usunięcia włosków miedzi, które prawie niewidoczne gołym okiem, mogą przysporzyć wielu kłopotów podczas uruchamiania wzmacnia-
cza. Szczególna uwagę należy zwrócić na krawędź z umieszczonymi na niej punktami połączeniowymi z płytą główną wzmacniacza.
Na początku montujemy diody D2 5. ,D3 5 zwracając uwagę na właściwą polaryzację. W dalszej kolejności mocujemy układy scalone U4 i U5 bez użycia podstawek (jest to bardzo ważne). Następnie należy wlutować w pozycji pionowej rezystory R16..R30, a po nich klawisze K3..K11. Zastosowane mikroswitche w wersji z przedłużonymi przyciskami (o dł. lOmm), zapewniają właściwą odległość płytki wyświetlacza od płyty czołowej, która jest "zaślep-ką" kieszeni stacji dysków.
Na końcu należy starannie wlutować diody świecące. W przypadku diod 2-kolorowych należy sprawdzić, która z krańcowych elektrod to anoda diody czerwonej, a która zielonej. Środkowe wyprowadzenie diody to katoda. Diody Dl..Dl 5 należy włożyć w otwory montażowe tak, aby anody czerwone były "od góry", patrząc na płytkę od przodu.
Dokładnie sytuację tę wyjaśnia rys.7a. Wszystkie diody LED powinny być wlutowane w odległości 12 mm, licząc od czoła soczewki diody do powierzchni płytki drukowanej. Jako elementy sygna-
anoda -zielona
pcbx _ U
kołnierz diody
zaślepka
płytka "boczna"
B
płytka bazowa (lub przednia)
kołek
spoina (lutowie)
Rys. 7. Szczegóły konstrukcji mechanicznej wzmacniacza.
lizujące wybór wejścia sygnału zastosowano diody żółte, di o dy regulacji D21..D24 mają kolor zielony, dioda MUTE zaś jest koloru czerwonego.
Ponieważ staranne wl uto wani e wszystkich diod jest warunkiem estetycznego wyglądu naszego wzmacniacza, najlepiej jest przed wlutowa-niem tych elementów wykonać niezbędne otwory w zaślepce wyjętej uprzednio z obudowy PC-ta. Do tego celu pomocny będzie szablon który przedstawiony jest na wkładce wewnątrz numeru. Otwory pod diody LED powinny być wykonane wiertłem o średnicy 3,0.. 3,2 mm, pod klawisze K3..K11, wiertłem o średnicy 4,0mm. Otwory pod gniazda GNl, GN2 i GN4 mają średnicę 6,0mm. Przed wykonaniem właściwych otworów warto wykonać tzw. "piloty", czyli otwory wykonane wiertłem o średnicy 1,5..2,0 mm. Ułatwi to później wiercenie większych otworów bez efektu "jeżdżenia" po wierconej powierzchni.
W tym miejscu kilka praktycznych uwag dotyczących wspomnianej zaślepki. Pierwsza dotyczy jej rodzaju, a właściwie sposobu wykonania obudowy przez producenta. Otóż istnieją na ogół dwa rodzaje tych elementów: w wersji "żebrowanej" (od strony tylnej zaślepki) lub bez nich. Najłatwiej jest to stwierdzić odwracając zaślepkę na tylną stronę. Jeżeli jej wewnętrzna powierzchnia posiada kilka prostopadłych żeber, należy je bezwzględnie usunąć, używając do tego celu ostrego noża. W przypadku gładkiej powierzchni operacja ta nie jest konieczna. Fakt występowania "żeber" uniemożliwia prawidłowe wsunięcie wluto-w a n y c h w płytkę diod świecących,
laminat (ścianka boczna)
60
Elektronika Praktyczna 3/97
Wzmacniacz multimedialny do PC
na płytce drukowanej wzmacniacza.
toteż w pewnych przypadkach warto odwiedzić pobliski serwis komputerowy lub giełdę i zakupić odpowiednią "nieożebrowaną" za-ślepkę.
Druga uwaga dotyczy zaczepów, dzięki którym zaślepka utrzymywana jest w obudowie komputera. Otóż w przypadku niemożności umieszczenia zmontowanego wzmacniacza wraz z za-ślepką w obudowie PC-ta należy takie zaczepy zwyczajnie odciąć, przyklejając wtedy płytę czołową w kilku punktach do diod świe-
cących LED, zachowując odpowiednią odległość od płytki drukowanej. W praktyce odległość ta jest narzucona przez "kołnierze" diod świecących. Dokładnie sytuację tę wyjaśnia rys.7a.
Prawidłowo nawierconą zaślep-kę należy wykorzystać do równego usytuowania wszystkich diod LED, a następnie ich przylutowa-nia do płytki drukowanej. Osie klawiszy K3..K11 powinny wystawać ponad powierzchnię płyty czołowej (zaślepki) na ok. 1..2mm. Na końcu należy wlutować duże
klawisze oznaczone jako "UP" i "DOWN" (K2 i Kl), które powinny wejść w płytkę do końca. Montaż płyty głównej wzmacniacza (widok ścieżek znajduje się na wkładce) rozpoczynamy od wykonania niezbędnych otworów w ra-diatorze. Do tego celu najlepiej wykorzystać dura-1 u m i n i o w ą kształtkę o profilu prostokątnym,
0 wymiarach 50 x 30 mm
1 długości 115mm. Ra-diator taki dostarczany jest w ze s taw i e AVT-325. Po przycięciu na odpowiednią długość przykładamy ra-d i ato r do płytki drukowanej tak, aby pasował do obrysu. Następnie za-znaczamy z drugiej strony płytki dwa punkty
w miejscach otworów o średnicy 3 mm, po czym wiercimy je w kształtowniku.
Kolejną czynnością jest wykonanie otworu do przykręcenia układu scalonego końcówki mocy U7. W tym celu należy przykręcić radiator do płytki tak, aby znajdował się na wysokości ok. 3..4 mm od jej powierzchni. Najprostszym sposobem jest użycie grubych podkładek o dużej średnicy lub typowych nakrętek od potencjometrów obrotowych (co uczynił autor). Takie usytuowanie radia-
Elektronika Praktyczna 3/97
61
Wzmacniacz multimedialny do PC
tora nieco ponad powierzchnią płytki ułatwi jego prawidłowe chłodzenie. Po przykręceniu ra-diatora, należy włożyć układ U7 w otwory montażowe na płytce drukowanej tak, aby powierzchnia tylna obudowy przylegała do kształtownika. Teraz wystarczy zaznaczyć flamastrem otwór pod śrubę mocującą. Po zdemontowaniu radiatora, należy wywiercić otwór (wiertłem o średnicy 3..3,5mm), posmarować powierzchnię styku pastą silikonową, po czym mocno przykręcić układ scalony do radiatora, zwracając uwagę na prostopadłe jego położenie. Tak zmontowany kształtownik z U7
należy jeszcze raz próbnie przykręcić do płytki drukowanej, aby skontrolować ewentualne dopasowanie.
Uwaga, na tym etapie montażu nie wolno lutować wyprowadzeń układu U 7 do płytki drukowanej!. Odkładamy na bok radiator i przystępujemy do montażu płytki bazowej. Rozmieszczenie elementów na niej przedstawia rys.8.
Na początku montujemy elementy niskoprofilowe, z wory (oznaczone jako kreski), rezystory, diody, kondensatory stałe, podstawki pod układy scalone, gniazda wejściowe, itd. Rezystory R2 i R5 ze względu na nietypową wartość l,3kQ należy "złożyć"
z dwóch szeregowo połączonych wartości np. l,2kQ i 100Q. Podczas montażu gniazda RS232 należy zwrócić uwagę na położenie pinu 1, który oznaczony jest zwróconym ku dołowi trójkątem. W następnej kolejności przechodzimy do elementów "wyższych", kończąc montaż na mostku Ml i kondensatorach elektrolitycznych C34..C37. Sławomir Surowiński, AVT
UWA GA: W pierwszej części artykułu nastąpiła pomyłka w wykazie elementów. Zamienione zostały jednostki dławików Li i L2 na "mH". Powinno być "jjH'. Za pomyłkę przepraszamy.
62
Elektronika Praktyczna 3/97
MINIPROJEKTY
Wspólną cechą układów opisywanych w dziale "Miniprojekty" 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 "Miniprojekty" o numeracji zaczynającej się na 1000.
Zasilacz laboratoryjny dużej mocy
Zasilacze laboratoryjne
są zazwyczaj urządzeniami
bardzo skomplikowanymi,
wymagającymi dużej
wiedzy i doświadczenia
od konstruktora.
Samodzielne wykonanie
takiego układu wymaga
ponadto dużego nakładu
środków, na co nie każdy
amator może sobie
pozwolić.
Prezentowany
w artykule układ
pozbawiony jest tych wad,
spełniając jednocześnie
wymagania stawiane
typowym zasilaczom
stosowanym w niewielkich
pracowniach
elektronicznych.
Dzięki zastosowaniu
dwóch nowoczesnych
układów scalonych
samodzielne wykonanie
wysokoprądowego zasilacza
dwunapięciowego przestało
być kłopotliwe.
Schemat elektryczny zasilacza przedstawiono na rys.l. Dużą prostotę układową udało się osiągnąć dzięki zastosowaniu dwóch bardzo ciekawych układów stabilizacyjnych:
- dla napięcia ujemnego, układ LM333 (US1);
- dla napięcia dodatniego, układ LM350 (US2).
Układy te wyposażone są we wszystkie elementy niezbędne do zapewnienia poprawnej pracy, w tym szereg zabezpieczeń, które zwiększają odporność układu na przeciążenia prądowe i termiczne. Bezpieczniki ter- RySi miczne zostały sprzężone z ogranicznikami prądu wyjściowego, dzięki czemu wraz ze wzrostem temperatury obudowy układu zmniejsza się wartość maksymalnego prądu wyjściowego.
W układzie z rys.l napięcia wyjściowe regulowane są przy pomocy potencjometrów Pl i P2. Ze względu na dokładność regulacji warto jest zastosować potencjometry wieloobrotowe, w przypadku konieczności ograniczenia kosztu wykonania zasilacza można zastosować także standardowe potencjometry węglowe.
Mostki prostownicze w układzie Graetza Ml i M2 umożliwiają współpracę stabilizatorów
REF
US2 va
LM35O Vi
Parametry egzemplarza modelowego
/ zakres napięć wyjściowych: -20..-1.5V oraz +1.5..+20V;
/ maksymalny prąd obciążenia stabilizatora napięcia dodatniego:
(napięcie pomiędzy wejściem i wyjściem < 12V) 3.6A;
(napięcie pomiędzy wejściem i wyjściem 12..20V) 2.6A; / maksymalny prąd obciążenia stabilizatora napięcia ujemnego:
(napięcie pomiędzy wejściem i wyjściem < 10V) 3.0A;
(napięcie pomiędzy wejściem i wyjściem 10..15V) 2.5A;
(napięcie pomiędzy wejściem i wyjściem 15..20V) 1.4A;
Cechy charakterystyczne zasilacza z układami LM333 i LM350:
/ dobra stabilność napięcia wyjściowego; / dobra liniowość regulacji napięcia wyjściowego; / wbudowane ograniczniki prądowe; / wbudowane bezpieczniki termiczne.
vo
bezpośrednio z transformatorami sieciowymi (zalecane są transformatory toroidalne). Możliwe jest zastosowanie pojedynczego transformatora z dwoma niezależnymi uzwojeniami wtórnymi o mocy całkowitej ok. 2OOW lub dwóch transformatorów z pojedynczymi uzwojeniami wtórnymi. Optymalna wartość napięcia wtórnego transformatorów powinna wynosić ok. 24VAC z obciążeniem.
Kondensatory Cl i C2 spełniają rolę filtrów tętnień. Jeżeli stabilizatory będą pracowały obciążane przeważnie prądami o dużych wartościach można pokusić się
0 zwiększenie pojemności tych kondensatorów do 6.8mF, a nawet lOmF.
Kondensatory C3..6 zapobiegają wzbudzaniu się układów stabilizacyjnych USl
1 US2. Rezystory Rl i R2 polaryzują wejścia układu refe-
Rys. 2.
Elektronika Praktyczna 3/97
69
MINIPROJEKTY
TRANSFORMATOR 200W/2X24VAC
2 TRANSFORMATORY 100VW24VAC
Rys. 3.
rencyjnego, który odpowiada za ustalenie wartości napięcia wyjściowego.
Modelowy zasilacz zmontowano na jednostronnej płytce drukowanej, której widok znajduje się na wkładce wewnątrz numeru. Rozmieszczenie elementów przedstawiono na rys.2.
Układ jest prosty w montażu, wymaga jednak nieco wprawy od konstruktora, ponieważ należy koniecznie zastosować dla układów USl i US2 radiatory (odseparowane galwanicznie od siebie) z kształtki walcowanej lub giętej blachy aluminiowej.
Wszystkie podłączenia zewnętrzne (z wyjątkiem punktów do których dołączone
są potencjometry Pl i P2) należy wykonać przy pomocy złączy śrubowych ARK. Są one lutowane bezpośrednio w płytkę drukowaną przedstawioną na rys.2.
Po zmontowaniu układu należy podłączyć do wejść AC1..4 uzwojenia transformatora lub transformatorów sieciowych zgodnie z rys.3. W szereg z uzwojeniami sieciowymi należy włączyć bezpieczniki zwłoczne o wartościach dopasowanych do mocy transformatorów. WS
Kompletny układ i płytki drukowane są dostępne w ofercie AVT pod oznaczeniem AYT-1140.
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Pl, P2: 2.2kQ potencjometr
(wieloobrotowy)
Rl, R2: 120Q
Kondensatory
Cl, C2: 470ąiF/35V
C3, C4, C5, Có: lOOnF
C7, C8: 100^F/35V
Półprzewodniki
Ml, M2: GBL02 lub inny
3.5A/50V
USl: LM333T
US2: LM350T
Różne
ARK2: 4 szt.
Radiatory dla układów
LM333/350 2 szt.
Elektronika Praktyczna 3/97
MINIPROJEKTY
Miniaturowy termostat cyfrowy
Dobrej jakości
termostaty elektroniczne są
zazwyczaj układami bardzo
skompliko wanymi.
Amerykańska firma Dallas
przekonała nas jednak, że
tak nie musi być - układ
DS1620 spełnia rolę
dokładnego termometru
i jednocześnie termostatu
z regulowaną histerezą.
Tak więc kompletny
termostat cyfrowy
w jednym układzie
scalonym nie jest już tylko
marzeniem!
Schemat elektryczny termostatu przedstawiono na rys.l. Wszystkie funkcje związane z pomiarem temperatury i sterowaniem grzejników lub elementów chłodzących realizuje układ USl (DS1620). We wnętrzu tego układu zintegrowano czujnik temperatury wraz z 9-bito-wym przetwornikiem A/C, cyfrowe komparatory (dla dolnego i górnego progu porównania) oraz wyjściowy układ decyzyjny, który odpowiada za sterowanie wyjściowych układów sterujących.
Oprócz tego, we wnętrzu układu DS1620 "zaszyto" pamięć reprogramowalną EEP-ROM, która służy do przechowywania informacji o zadanych progach temperatur.
przez zmianę położenia jum-pera JPl. Wybrane wyjście steruje bazę tranzystora Tl, spełniającego rolę wzmacniacza prądowego do sterowania przekaźnika. Przekaźnik Przl jest elementem wykonawczym, który włącza wybrany przez użytkownika element chłodzący lub grzejący. Rezystor Rl (włączony w szereg z bazą Tl) zabezpiecza tranzystor Tl przed przekroczeniem bezpiecznej wartości prądu bazy. Dioda Dl, która jest włączona równolegle z cewką przekaźnika Przl, zabezpiecza obwód kolektor-baza Tl przed przepięciami powstającymi w chwili wyłączania tranzystora.
Układ DS1620 pracuje optymalnie przy napięciu zasi-
Rys. 1.
Parametry i właściwości termostatu
/ napięcie zasilania: 9..15VAC/DC; / rozdzielczość pomiaru: 0,5�C; / zakres mierzonych temperatur: -
55..+125�C;
/ dokładność pomiaru (typ.): 1�C; / czas kolejnymi pomiarami:
200..500ms.
Tl BC647
Tu powstaje pewien problem - w jaki sposób można wpisać do tej pamięci dane odpowiadające żądanym przez nas temperaturom? Niezbędny jest do tego celu specjalny programator, którego konstrukcję przedstawiamy w tym numerze EP, na str. 49. W artykule tym opisaliśmy także nieco bardziej szczegółowo zasadę działania i parametry układ DS1620.
Wróćmy teraz do schematu z rys.l. Układ DS1620 ma trzy wyjścia, które można wykorzystać do sterowania pracą grzałki (wyjście Tl), elementu chłodzącego (Th) lub klimatyzatora, wymagającego sterowania z histerezą. Wielkość histerezy ustala się także przy pomocy programatora (szczegóły w artykule ze str. 49).
Wyboru wykorzystywanego wyjścia dokonuje się po-
lania 5V. Z tego też względu zastosowano stabilizator napięcia US2. Wydajność prądowa układu w wersji "L" jest w pełni wystarczająca, ponieważ układ DS1620 pobiera ok. lmA prądu w czasie normalnej pracy. Mostek prostowniczy Ml i kondensator Cl zapewniają poprawną pracę termostatu podczas zasilania zarówno napięciem stałym, jak i zmiennym.
Termostat zmontowano na jednostronnej płytce drukowanej , której widok znajduje się na wkładce wewnątrz numeru, a rozmieszczenie elementów przedstawiono na rys.2.
Montaż układu jest prosty, należy tylko pamiętać o zamontowaniu przy układzie USl radia-tora, którego zadaniem jest poprawienie kontaktu termicznego struktury układ z otoczeniem. Najlepszym wyjściem jest zastosowanie kawałka bla- Rvs. 2.
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl: 3.3kQ Kondensatory
Cl: 1000^F/25V
C2:
C3:
C4: lOOnF
Półprzewodniki
Dl: 1N4148
Ml: mostek min. 200mA/50V
Tl: BC547 lub podobny
USl: DS1620
US2: 78L05
Różne
JPl: goldpiny 2x3 z
jumperem
PRZ1: przekaźnik RM-96/12V
Kompletny układ i płytki drukowane są dostępne w ofercie AVT pod oznaczeniem AYT-1129.
chy aluminiowej o dużej powierzchni, którą instalujemy blisko miejsca, w którym zamierzamy stabilizować temperaturę. W płytce drukowanej przewidziane zostały otwory ułatwiające przymocowanie radiatora.
Uruchomienie układu polega w zasadzie na sprawdzeniu, czy układ reaguje na zmiany temperatury otoczenia odpowiednimi zmianami na wyjściach Tl, Th i Tcom. Podczas testów należy pamiętać o pewnej bezwładności cieplnej termostatu, która wynika ze stosunkowo długiego czasu "przekazywania" temperatury do wnętrza układu. Spowodowane to jest zastosowaniem przez producenta obudowy z tworzywa sztucznego o dość dużej rezystancji cieplnej.
Należy także pamiętać o tym, że zastosowany w termostacie układ należy najpierw zaprogramować! PZ
Elektronika Praktyczna 3/97
71
NOWE PODZESPOŁY
Scalony mikser audio firmy
ANALOG DEYICES
Bardzo interesującym opracowaniem firmy Analog Devices jest układ scalonego miksera audio o ośmiu wejściach monofonicznych sterowanego poprzez cyfrowy interfejs szeregowy. Układ ten nosi oznaczenie SSM2163. Jego schemat blokowy przedstawiono na rys.l.
W strukturze uldadu zawarto wszystkie elementy, które są niezbędne do poprawnej pracy miksera. Wejścia i wyjścia buforowane są wtórnikami napięciowymi, które zapewniają dopasowanie impedancyjne obwodów dołączanych z zewnątrz.
Odstęp sygnału od szumu wynosi -8 2dBu (gdzie 0dBu = 0.7 7 5V], a zniekształcenia nieliniowe nie przekraczają poziomu 0.00 7%. Układ jest wyposażony w wyprowadzenia umożliwiające łączenie w kaskady wielu mikserów tego samego typu.
W chwili obecnej układy SSM216 3 dostępne są w obudowach DIP28 oraz SSOP28 (przeznaczone do montażu powierzchniowego].
ANALOG DEWCES
OUTFLJT BWrrCHING NETWORK
SHIFT REGISTER
AND ADDRESS
DECODER
SYSTEM UUIE
DATAOUT
CLK
Nowe czujniki ciśnienia i przyspieszenia firmy
MOTOROLA
Rys. 2.
Rys. 3.
Rys. 4.
Motorola opracowała nową rodzinę czujników ciśnienia, które charakteryzują się zastosowaniem nowych obudów o parametrach dopasowanych do potrzeb nowoczesnych aplikacji. Kształty tych obudów przedstawiono na rys.2..5.
Nowe czujniki (są to m.in. MPXS4l00A, MPXS4115A, MPXT20l0G, MPXB5050G] przeznaczone są do stosowania w sprzęcie medycznym, przemysłowym, lotniczym, a także w automatycznych stacjach meteorologicznych.
Nowością są także czujniki przyspieszenia produkowane z myślą o aplikacjach przemysłowych i motoryzacyjnych. Zastosowano w nich cele pomiarowe ,,G", a dzięki wyposażeniu układów w niezbędne elementy zapobiegające możliwości powstania fałszywych pomiarów, mogą byc one stosowane także w systemach sterowania samochodową poduszką powietrzną.
Widok wnętrza typowego czujnika Senseon przedstawiono na rys.6.
Rys. ó.
Miniaturowy termostat firmy
Na rys.7 przedstawiony został blokowy schemat wewnętrzny miniaturowego termostatu analogowego AD22105, opracowanego przez Analog Devices. Jest to jeden z najprostszych układów tego typu - wszystkie elementy niezbędne do poprawnej pracy termostatu zintegrowane zostały w miniaturowej obudowie z ośmioma wyprowadzeniami. Regulacja temperatury zadziałania termostatu odbywa się poprzez zmianę rezystancji dołączonej do wejścia oznaczonego Rset.
Napięcie zasilania układu mieści się w granicach 2.7..7.0V, może on pracować w szerokim zakresie temperatur |-40.. + 150�C], a dokładność ustawienia punktu przełącza-
nia wynosi ok. 2�C. Układ wyjściowy termostatu jest zabezpieczony przed oscylacjami wokół progu przełączania przy pomocy his-terezy o szerokości 4�C.
Układ AD22105 może znaleźć zastosowanie w układach automatycznego załączania wentylatorów chłodzących procesory lub inne elementy mocy, w prostych systemach regulacji i stabilizacji temperatury lub w kontrolerach procesów przemysłowych jako sygnalizatory przekroczenia temperatury.
Minimalny pobór mocy predestynuje układu AD22105 do zastosowań w sprzęcie przenośnym.
Rys. 7.
ANALOG DEYICES
OUT
GNDl
NCl
200kQ
:> -i___i SET-POINT \
TEMPERATURĘ SENSOR

72
Elektronika Praktyczna 3/97
SPRZĘT
Basic Stamp
"Elektroniczny Znaczek", część 1
Opis sprzętu i języka
Mikrokomputerki rodziny Basic
Stamp cieszą się dużym
zainteresowaniem wśród naszych
Czytelników.
Trudno się temu dziwić, gdyż
możliwości tych niewielkich
mikrokomputerów, łatwość ich
stosowania i programowania,
pozwalają na tworzenie dość
zaawansowanych sterowników
przez projektantów nie
posiadających zbyt wielkiego
doświadczenia.
Od chwili pojawienia się ich
w ofercie handlowej AVT,
otrzymaliśmy bardzo wiele listów
i telefonów z pytaniami, na które
postaramy się odpowiedzieć
w serii artykułów.
Rozpoczynamy od przybliżenia
konstrukcji prostego
mikrokomputerka Basic Stamp I.
Firma Parallax Inc. z Kalifornii oferuje bardzo ciekawy układ mikrokomputera, który nazwala po prostu ,,znaczkiem". Płytka tego urządzenia jest tak mała, że może być porównana wielkością ze zwykłym znaczkiem pocztowym. Jednak niewielkie rozmiary kom-puterka nie przesądzają o jego skromnych możliwościach. Zanim zajmiemy się przykładowymi zastosowaniami, przedstawimy jego skrótowy opis.
Basic Stamp z zewnątrz
Na płytce drukowanej o wymiarach 35.5xl0mm umieszczono mikroprocesor PIC16C56 zamknięty w obudowie SMD i pamięć EEPROM typu 93LC56, która pełni rolę pamięci programu. Dodatkowo do mikroprocesora dołączono prosty układ zerowania, port I/O dla użytkownika oraz rezonator kwarcowy będący hybrydą kwarcu i dwóch pojemności odsprzęgających.
Na rys. 1 pokazano schemat elektryczny całego komputerka.
Na dłuższym boku płytki (fot. 1) umieszczono złącze, za pomocą którego użytkownik może komunikować się ze Stampem. Na złączu dostępne są następujące sygnały: PWR - napięcie zasilające niestabilizowane. Zalecana wartość napięcia wynosi 6..15V, przy czym dopuszczalne są wartości większe, jednak nie przekraczające 35V; GND - masa;
PCO - wyjście do IBM PC, jest ono podłączane do linii BUSY (nóżka 11) portu równoległego Centronics; PCI - wejście danych z IBM PC, jest ono podłączane do linii DO (nóżka 2) portu równoległego Centronics, razem z PCO tworzą interfejs komunikacyjny z komputerem nadrzędnym, z którego można programować Stamp a;
o
+5V - wejście/wyjście napięcia stabilizowanego, jest to wyjście układu lokalnego stabilizatora 5V, który znajduje się na płytce Stampa. Jeśli Stamp jest zasilany z napięcia niestabilizowane go przez nóżkę PWR, wtedy jest to wyjście napięcia stabilizowanego o stosunkowo niewielkiej wydajności. Kiedy PWR jest wolne, nóżka +5V staje się wejściem dla zewnętrznego napięcia stabilizowanego z zakresu 4.5V ~ 5.5V;
RES - wejście/wyjście sygnału zerowania procesora;
PO..P7 - piny we/wy, każdy z nich może przyjąć prąd o wartości ok. 25mA, może także stanowić źródło prądu o wydajności do 20mA. Ograniczeniem ze względów na skończoną moc strat jest sumaryczny prąd dla wszystkich pinów, który nie może przekroczyć 50mA dla prądu wpływającego i 40 mA dla prądu wypływającego.
Zasoby programowe
Do pamięci programu mikroprocesora Basic Stamp wpisano program zawierający procedury komunikacji z komputerem nadrzędnym oraz interpreter prostego języka PBasic. Basic Stamp dla celów programu w PBa-sicu rezerwuje 16 bajtów pamięci danych RAM. Dwa pierwsze bajty są przeznaczone do obsługi pinów P0..P7, z czego pierwszy o nazwie Pins odpowiada stanom na poszczególnych nóżkach portu we/wy, zaś drugi o nazwie Dirs decyduje o kierunku przesyłania informacji dla poszczególnych nóżek portu. Owe dwa bajty tworzą słowo o nazwie Port. Pozostałe 14 bajtów zostało zgrupowanych w siedem dwubajtowych słów, numerowanych od W0 do W6. Słowo W0 oraz słowo Port mogą być adresowane bitowo, czyli mogą być traktowane jako indywidualne bity, np. w celu przechowywania flag pewnych uruchamianych procesów oraz zmiany stanu osobnych linii portu P. Te 32 bity mają swoje nazwy symboliczne w interpreterze PBasica jako Pin0..Pin7, Dir0..Dir7, BitO..Bitl5.
Ponadto słowa W0..W6 zostały podzielone na dwa bajty oznaczone B0..B13. Podział pamięci został zbiorczo przedstawiony w tab. 1.
Słowo Port składa się z dwóch bajtów, Pins i Dirs. Bajt Pins oraz odpowiadające mu bity Pin0..Pin7 to linie portu P. Odczyt tych zmiennych jest równoważny z od-
�O pco
Elektronika Praktyczna 3/97
73
SPRZĘT
Tabela 1.
Słowo Bajt Nazwy bitów Uwagi
Port Pins PmO Pm7 Pmy l/O, możliwość osobnegoadresowania
Dirs DirO Dir7 Pmy sterowania kierunkiem transmisji w porcie P, możliwość osobnegoadresowania
WO BO BitO Bit7 możliwość adresowania bitowego
B1 Bit8 BH15 możliwość adresowania bitowego
W1 B2
B3
W2 B4
B5
W3 B6
B7
W4 B8
B9
W5 B10
B11
W6 B12 Używane przez instrukcję GOSUB
B13 Używane przez instrukcję GOSUB
czytem stanu wejść portu P. Zapis do zmiennej Port zawartej w pamięci RAM użytkownika oznacza jednoczesne przepisanie zawartości tej zmiennej na fizyczne linie portu P.
Bajt Dirs oraz odpowiadające mu bity DirO..Dir7 decydują o dozwolonym kierunku transmisji informacji. Zapis zera na określoną pozycję bajtu Dirs oznacza ustawienie odpowiadającej mu pozycji bajtu Port jako wejścia, zaś zapis jedynki oznacza zdefiniowanie odpowiadającej mu pozycji jako wyjścia.
Podkreślone słowa wymagają dodatkowego wyjaśnienia. Jak niektórym czytelnikom wiadomo, w mikroprocesorach PIC definicja portu pokrywa się w swej istocie z tym, co jest dostępne w tym interpreterze PBasica. Na podstawie analizy schematu, bajt Port odpowiada portowi PB i komórce pamięci o adresie 6h, zaś bajt Dirs jest odpowiednikiem rejestru sterującego TRISB, który jest dostępny poprzez rozkaz TRIS. Różnica pomiędzy reprezentacją w mikroprocesorze a rozwiązaniem występującym w PBasicu Stampa polega na inwersji wartości pomiędzy rejestrem TRIS a bajtem Dirs. Zapis zera do bitu TRIS oznacza ustawienie odpowiadającej mu linii jako wyjścia, zaś zapis jedynki daje efekt w postaci ustawienia odpowiadającej mu linii jako wejścia, dokładnie odwrotnie niż ma to miejsce w PBasicu Stampa. Należy więc zapamiętać tę różnicę.
Zatem zapis w PBasicu "dirs=%01010101" oznacza, że bity 7, 5, 3 i 1 portu P to wejścia, zaś pozostałe to wyjścia.
Podstawowa symbolika PBasica
Znaki tego języka to wszystkie znaki 7-bitowego alfabetu ASCII. Wielkość liter nie odgrywa tutaj roli, czyli wielkie i małe litery są traktowane jednakowo. Wyjątek stanowią definicje stałych znakowych (np. "Ala ma koTa" różni się od "Ala ma kota"].
Linia programowa jest podstawową interpretowaną jednostką programową. Linia programowa może zawierać jedną lub więcej instrukcji języka. W danej linii programowej poszczególne instrukcje są oddzielone od siebie znakiem dwukropka (:]. Na przykład poniższe dwie wersje programu są sobie równoważne:
wersja z jedną instrukcją w jednej linii: dirs=255 for b2=0 to 100 pins=b2 next
wersja z jedną linią:
dirs=255 : forb2=0 to 100 : pins=b2 : next Komentarze zaczynają się po znaku apostrofu ('] i trwają do znaku końca danej linii programu. Stosowanie komentarzy jest dobrym zwyczajem każdego szanującego się programisty. Innym oznaczeniem komentarza jest dyrektywa REM znana z innych wersji PBasica, tutaj też dostępna. Użycie REM wyklucza całą linię z procesu interpretacji programu.
Wartości stałe są deklarowane na cztery sposoby: wartości dziesiętne, szesnastkowe, binarne oraz znaki ASCII. Wartości dziesiętne są zapisane wprost, wartości szesnastkowe są poprzedzone znakiem dolara (L], wartości binarne są poprzedzone znakiem procentu (%], a znaki ASCII oraz ciągi znaków ASCII są objęte znakami cudzysłowu (,,]. Na przykład:
200 - wartość dziesiętna
$2f - wartość szesnastkowa
%11100111 - wartość binarna "A" - znak ASCII
"Abecadło" - ciąg znaków ASCII W praktyce, ze względu na nasze przyzwyczajenia, przede wszystkim używamy wartości zapisanych dziesiętnie. Jednak w niektórych sytuacjach użycie liczb zapisanych szesnastkowo czy binarnie daje bardziej przejrzysty zapis, np. opisując stany pojedynczych linii portu P.
Etykiety adresowe
Etykiety adresowe w tym języku symbolicznie odpowiadają adresom, do których program będzie się odwoływał. Trzeba wiedzieć, że ta wersja PBasica nie dopuszcza numerowania poszczególnych linii. Etykieta adresowa jest ciągiem liter, cyfr i znaku podkreślenia (_]. Pierwszym znakiem tej etykiety nie może być cyfra. Etykieta definiująca adres jest za-kończona znakiem dwukropka (:], zaś odwołanie do niej w programie znaku dwukropka nie wy- fti maga. Oczywiście etykieta nie może być równoznaczna jakiemukolwiek słowu kluczowemu języ- " j< ka (np. serin, toggle, goto itd.]. Poniższy prosty , program ilustruje sposób użycia etykiety: pętla;
toggle 0 'inwersja wartości pinu 0 for bO = l to 10 Fot. 1
toggle 1 ' dziesięciokrotna
1 zmiana wartości na pinie 1 next goto pętla ' powtórz ten proces
Zmienne i stałe użytkownika
Ponieważ cała pamięć użytkownika została w tym języku symboliczne predefiniowa-na, trudno byłoby mówić o zmiennej w takim rozumieniu, jakie spotyka się w innych językach. Zmienne tutaj zostały sprowadzone do czynności wskazania konkretnego adresu symbolicznego z pamięci użytkownika (patrz tab. 1]. W celu odróżnienia od etykiety adresowej definicja zmiennej czy stałej polega na poprzedzeniu słowa definiującego dyrektywą SYMBOL. Stałą definiujemy jako nazwę połączoną znakiem równości z liczbą zapisaną w jednym z czterech dopuszczalnych formatów zapisu liczby. Zmienną definiujemy jako nazwę połączoną znakiem równości z jednym z predefiniowanych symboli wymienionych w tab. 1. Oto przykład: symbol poczatek=l ' definicja stałej
1 początek symbol koniec=100 ' definicja stałej
1 koniec symbol Iicznik=b3 'definicja zmiennej
' licznik jako bajtu E3 pętla;
for licznik=poczatek to koniec toggle 1 ' stukrotna zmiana stanu
' linii Pinl next
Operatory matematyczne
Są to symbole reprezentujące wykonanie
określonej operacji w wyrażeniach. PBasic
Stampa dopuszcza następujące operatory:
+ dodawanie odejmowanie
* mnożenie - wynikiem jest młodsze słowo iloczynu
** mnożenie - wynikiem jest starsze słowo iloczynu
/ dzielenie - wynikiem jest iloraz dzielenia
// dzielenie - wynikiem jest reszta dzielenia
min wartość nie większa
max wartość nie mniejsza
& logiczne AND
Harrlet Qułmby
Pioneer Pilot
SAirmaU
O
74
Elektronika Praktyczna 3/97
SPRZĘT
v
logiczne OR
logiczne XOR
logiczne NAND
logiczne NOR
logiczne XNOR
Instrukcje języka
Instrukcje języka PBasic można zebrać w kilka funkcjonalnych grup, Oto one: Skoki
IF...THEN
BRANCH
GOTO
GOSUB
RETURN
Pętla FOR...NEXT
Instrukcje numeryczne LET
LOOKUP LOOKDOWN RANDOM
Instrukcje we/wy cyfrowe OUTPUT LOW HIGH TOGGLE PULSOUT INPUT PULSIN REVERSE BUTTON
Transmisji szeregowej SER IN SEROUT
Instrukcje we/wy analogowe PWM POT
Dźwięku SOUND
Dostępu do pamięci EEPROM EEPROM READ WRITE
Czasu PAUSE
Poboru mocy NAP SLEEP END
Uruchamiania programu DEBUG
Instrukcje skoków obejmują pięć różnych skoków. Skokiem najprostszym jest oczywiście skok bezwarunkowy GOTO. GOSUB jest odwołaniem do podprogramu, zaś RETURN
oznacza powrót z niego. PBasic ma dwa skoki warunkowe: znany IF...THEN oraz BRANCH, który jest odpowiednikiem w innych wersjach Basica instrukcji ON...GOTO.
Instrukcja pętli FOR...NEXT zapewnia automatyczne powtarzanie pewnych sekwencji czynności zadaną liczbę razy.
Instrukcje numeryczne dotyczą obsługi prostych tablic danych (LOOKUP i LOOKDOWN), generatora liczb losowych (RAN-DOM). Do nich zaliczono instrukcję przypisania LET, która w zasadzie została umieszczona dla porządku, bowiem nie ma ona praktycznego znaczenia i może być pominięta.
Instrukcje we/wy zostały podzielone na cyfrowe i analogowe. Podział ten jest sztuczny, bowiem mikroprocesor PIC16C56 nie posiada wejść analogowych. Uczyniono tak dlatego, żeby uświadomić użytkownikowi, że wykorzystując właściwości progowe wejść cyfrowych można śledzić wybrane procesy dziejące się w świecie analogowym.
Cyfrowe instrukcje we/wy dotyczą pojedynczych pinów portu P. Można więc dany pin ustawić (HIGH), wyzerować (LOW), ustawić je jako wejście (INPUT) bądź wyjście (OUTPT), zmienić kierunek przesyłu informacji na przeciwny (REVERSE), zmienić jego stan na przeciwny (TOGGLE), wygenerować krótki impuls o zadanej długości (PULSOUT), zmierzyć długość występującego impulsu, testować stan przycisku doń podłączonego (BUTTON).
Analogowe instrukcje we/wy pozwalają wytworzyć falę prostokątną o zadanym wypełnieniu i liczbie okresów (PWM) oraz odczytać proporcje podziału napięcia na dzielniku rezystancyjnym (POT).
Instrukcje komunikacji szeregowej zapewniają transmisję szeregową w obu kierunkach z jedną z czterech prędkości i tylko w jednym formacie.
Instrukcja SOUND zapewnia wytworzenie fali prostokątnej o zadanym czasie trwania. Sygnał ten może z powodzeniem zasilać brzę-czyk lub mały głośniczek.
Instrukcje dostępu do pamięci EEPROM umożliwiają potraktowanie pamięci programu jako przedłużenia pamięci danych. Oczywiście dostęp do tak przechowywanych danych jest wolniejszy niż do pamięci RAM procesora, ale za to pamięć ta jest wielokrotnie bardziej pojemna.
Instrukcja PAUSE zatrzymuje działanie programu na zadany okres czasu.
Instrukcje sterowania poborem mocy wykorzystują właściwości samego mikroprocesora PIC16C56. Można zatem wprowadzić Stampa w stan chwilowego uśpienia albo w stan głębokiego uśpienia aż do zewnętrznego zerowania.
Instrukcja DEBUG przesyła stan wybranych zmiennych do nadrzędnego komputera PC. Mirosław Lach, AVT
Czytelnicy posiadający dostęp do Interne-tu mogą skorzystać z serwisu WWW firmy Parallax, który znajduje się pod adresem: http://www.parallaxinc.com.
NOTATNIK PRAKTYKA
Aktywne przetworniki gitarowe, część 2
Artykuł ten usaiysfakcjon uje
z pewnością wielu miłośników gitary
elektrycznej. Jest to bowiem
kontynuacja (pierwsza część artykułu
znalazła się w EP2/97} rozważań
prowadzonych przez niezwykle
doświadczonego gitarzystę, którego
drugą pasją jest elektronika.
Bardzo izadko zdarza się, aby
jedna osoba potrafiła połączyć dwa,
tak mocno różniące się
zainteresowania - tym cenniejsza jest
wiedza, którą przekazuje nam autor.
Z punktu widzenia elektronika amatora bardzo satysfakcjonujące będzie skonstruowanie nowoczesnego przetwornika aktywnego, wyposażonego w niskoszumny wzmacniacz korekcyjny umożliwiający w granicach rozsądku kształtowanie wyjściowej charakterystyki częstotliwościowej całego układu przetwornika.
Przetwornik posiada dwa stałe nabiegunniki stalowe wykonane z płaskownika o wym. 55x5x15 mm (dług. x szer. x wys.). Jego widok przedstawiono na rys.2 w pier- ^ wszej części artykułu.
W dolnej części nabiegunnik powinien, wraz z ceramicznym magnesem ferrytowym, tworzyć jedną płaszczyznę przylegającą do mosiężnego wspornika mocującego całość. W zależności od tego jakiej grubości magnes uda nam się zdobyć uzależniona będzie wysokość na-biegunników, ograniczonych
#f z jednej strony płaszczyzną górnej części karkasu, a z drugiej płaszczyzną blachy mocującej przetwornik. Nabiegunniki kształtujące pole magnetyczne powinny być wykonane z miękkiej stali nisko-węglowej. Pionowe krawędzie nabiegunników powinny być zaokrąglone niewielkim promieniem 1 - 2 mm tak, aby nie dochodziło do przecięcia drutu podczas nawijania uzwojenia. Najbardziej odpowiedni magnes powinien posiadać następujące wymiary: długość 55 mm, szerokość 12 do 13 mm i grubość 3,5 do 5 mm. Jeżeli
nie uda nam się zdobyć oryginalnych karkasów, to przy odrobinie cierpliwości możemy je wykonać samodzielnie z 4 kawałków laminatu jednostronnie miedziowanego (strony zewnętrzne karkasu), o grubości nie przekraczającej 1 mm. Karkas w zasadzie składa się z dwóch części: górnej i dolnej wklejonych na stałe do wcześniej wykonanego nabie-gunnika. Wewnętrzne krawędzie "okładek" karkasu zaokrąglamy drobnoziarnistym papierem ściernym i polerujemy dowolną pastą ścierną. Gładkie krawędzie wewnętrzne karkasu gwarantują prawidłowe układanie drutu nawojowego, nawet w przypadku zastosowania najprostszej amatorskiej nawijarki. Uzwojenia nawijamy lakierowanym drutem miedzianym o średnicy 0,06 do 0,065mm wprost na nabiegunniki izolowane cienką taśmą PCW. W rezultacie powinniśmy otrzymać uzwojenia o rezystancji ok. 2..2,5kn Bezwzględna liczba zwojów, a także osiągnięta docelowo rezystancja, nie ma w tym przypadku większego znaczenia.
Po nawinięciu mniej więcej równej liczby zwojów musimy, metodą stopniowego odwijania "większej" z cewek, uzyskać dwa uzwojenia charakteryzujące się taką samą rezystancją. Jeśli dysponujemy możliwością pomiaru indukcyjności, postępujemy podobnie starając się osiągnąć w obydwu przypadkach jak najbardziej zbliżone wskazania. Ponieważ wykonane w ten sposób cewki posiadają stały rdzeń stalowy, to ich indukcyjność może być na tyle duża, że jej wartość przekroczy zakres pomiarowy przyrządu. Gdyby pomiar indukcyjności nie był możliwy do przeprowadzenia, to zupełnie wystarczające będzie "parowanie" jedynie rezystancji. Do końców uzwojeń dolutowujemy cienkie przewody (np. lica) i zabezpieczamy uzwojenia bawełnianą nitką. Możemy teraz przystąpić do impregnacji uzwojeń, czego dokonujemy zanurzając cewkę na ok. lOsek. w rozgrzanej parafinie. Podczas wykonywania tej czynności należy zachować szczególną ostrożność, aby nie doszło do poparzenia dłoni lub zapalenia się płynnej parafiny. W czasie zanurzania
Elektronika Praktyczna 3/97
77
NOTATNIK P RA KTYKA
O Wyjście
Masa
Rys. 4.
cewek metalowe naczynie z parafiną powinno znajdować się z daleka od otwartego ognia. Po zastygnięciu parafiny i usunięciu zewnętrznych jej pozostałości zabezpieczamy uzwojenia cienką taśmą izolacyjną i ekranujemy folią miedzianą w taki sposób, aby "otaczający" uzwojenie pasek folii był otwarty elektrycznie tzn. nie był zwarty w pętlę. Miedziany ekran, jak i zewnętrzne miedziowane okładki karkasu, łączymy z dolną płytką mocującą, stanowiącą masę układu. "Dookólne" ekranowanie uzwojeń nie jest konieczne, jakkolwiek dodatkowo likwiduje impulsowe zakłócenia elektrostatyczne oraz zakłócenia w.cz. Cewki wraz z nabiegunnikami posiadającymi w spodniej części, wcześniej wykonane, gwintowane otwory mocujemy wraz z magnesem do podstawy przetwornika. Następnie łączymy końce uzwojeń i maskujemy przewody umieszczając je pomiędzy cewkami.
Podobnie jak w przypadku samego przetwornika, konstrukcja odpowiedniego wzmacniacza napięciowego również może być w pewnym stopniu dowolna. Założenia, które muszą być spełnione, nie są zbyt wygórowane. Dlatego do ich realizacji wystarczy najprostszy układowo przedwzmac-niacz, złożony z zaledwie z kilku elementów. Do tego celu najbardziej odpowiedni wydaję się być układ oparty na jednym tranzystorze polowym FET (przykład takiego rozwiązania przedstawiono na rys.4).
Uzwojenia przetwornika są podłączone bezpośrednio do bramki tranzystora. Brak kondensatora sprzęgającego eliminuje potrzebę zastosowania dodatkowego rezystora polaryzującego bramkę tranzystora do masy układu.
Elementy Cl i Rl, przyłączone szeregowo pomiędzy źródło tranzysto-
Oj_l_. 0^m i a a masę, oj\.ies-+Dat er 22
lają wzmocnienie układu w wyzna-czonym przez kondensator Cl paśmie częstotliwości. Kondensator C3 tłumi wyższe częstotliwości wzmacniane przez układ, który w konsekwencji może mieć regulowane wzmocnienie w pożądanym zakresie częstotliwości. Elementy Cl, Rl i C3 w wystarczającym stopniu
mogą kształtować charakterystykę przetwornika, który sam w sobie już posiada charakterystykę zbliżoną do pożądanej. Ponieważ przetwornik w zmniejszonym stopniu reprodukuje jedynie niższe częstotliwości, celowe wydaje się zastosowanie kondensatorów Cl i C2 o możliwie dużych pojemnościach, np. 22..47uF. Natomiast kondensator C3 powinien być dobrany doświadczalnie w zależności od rodzaju wykorzystanego wzmacniacza i własnych preferencji (C3=2.2nF..10 nF). Usunięcie kondensatora C3 spowoduje, że przetwornik będzie przypominał brzmieniem przystawkę Single Coil, charakteryzującą się jasnym, dźwięcznym brzmieniem. Rezystor R4 - 100kQ zapobiega gromadzeniu się ładunków na wy- N jściu układu i symuluje stałą rezystancję wyjściową. Rezystor Rl powinien być dobrany tak, aby przetwornik wytwarzał sygnał o poziomie wyjściowym max. 0,5V RMS. W czasie prób można rezystor Rl zastąpić potencjometrem nastawnym 10kQ. Rys. 5.
Rezystor R5 i dioda Dl zabezpieczają układ przed zniszczeniem w przypadku omyłkowego odwrócenia polaryzacji zasilania. Opisany przedwzmac-niacz posiada niewielkie szumy i pobiera prąd o natężeniu max. 0,2 mA, przy zasilaniu standardową baterią 9V.
W bardzo prosty sposób możemy zwiększyć możliwości przetwornika poprzez zastąpienie opcji uniwersalnej wersją z przełączanymi trybami pracy, np. do gry solowej na brzmieniach przesterowanych i do gry podkładowej na brzmieniach czystych. Za pomocą dodatkowego przełącznika, którego funkcję możemy umownie nazwać DUAL SOUND, dołączamy do układu elementy RC wpływające na zmianę wzmocnienia, a więc charakterystykę przenoszenia wzmacniacza.
W czasie gry na wysokoczułym, prze sterowanym kanale wzmacniacza celowe będzie uwypuklenie częstotliwości środka i zwiększenie poziomu sygnału wyjściowego. Natomiast "czysta" gra podkładowa wymaga mniejszego sygnału wyjściowego i bardziej równomiernego przetwarzania wszystkich częstotliwości charakterystycznych dla gitary. Wartości elementów podane na schemacie (rys.5), przedstawiającym drugą wersję przed-wzmacniacza DUAL SOUND, należy traktować jedynie jako przykład, ponieważ ustalenie ostatecznych wartości zależne będzie od cech instrumentu, wzmacniacza oraz własnych ocze-
O +bat. 6F22
O Wyjście
O Masa
S1
Dual Sound SW
Ryt hm
Elektronika Praktyczna 3/97
NOTATNIK PRAKTYKA
kiwań. Rezystory R8 i R9 częściowo zapobiegają gwałtownemu rozładowywaniu się kondensatorów, czego niepożądanym rezultatem było by "stukanie" towarzyszące przełączaniu funkcji SOLO/RYTHM. Przetwornik w wersji DUAL SOUND będzie oczywiście wymagał zastosowania przewodu posiadającego 4 żyły w ekranie oraz dodatkowego przełącznika DPDT, który należy wmontować w łatwo dostępnym miejscu układu regulacyjnego gitary. Przewód należy przymocować ukształtowaną z blachy obejmą, którą przykręcamy parą wkrętów mocujących z jednej ze stron elementy przetwornika.
Po dokonaniu prób praktycznych i określeniu ostatecznych wartości elementów, należy zmontować układ na powierzchni płytki drukowanej (po stronie ścieżek) wykorzystując elementy miniaturowe.
Zasadne byłoby wykonanie przed-wzmacniacza w technologii SMD, jednak elementy do tego sposobu montażu nie są jeszcze powszechnie dostępne. Zmontowaną płytkę należy przykręcić wkrętami mocującymi uzwojenia przetwornika i nabiegunni-ki. Jedną z żył przewodu wyprowadzeniowego doprowadzamy "+" zasi-
lania z baterii umieszczonej wewnątrz gitary - w sąsiedztwie potencjometrów regulacyjnych. Włączenie zasilania następuje w momencie włożenia do gniazda wtyku "Jack", który dołącza do masy biegun "-" baterii zasilającej przylutowany do wolnego wyprowadzenia wtyku Jack stereo (RING), w jaki musimy wyposażyć instrument. Przetwornik wraz z przedwzmacnia-czem najkorzystniej byłoby umieścić w dedykowanej specjalnej obudowie, a następnie zalać chemoutwardzalną żywicą epoksydową lub klejem Distal. Gdyby zdobycie oryginalnej obudowy przetwornika gitarowego okazało się niemożliwe, wystarczające pod względem estetycznym wydaje się być pomalowanie metodą natryskową całego przetwornika czarnym matowym lakierem poliuretanowym lub epoksydowym.
Opisany przetwornik, prawidłowo i starannie wykonany, może być porównywalny jakościowo z najlepszymi przystawkami wytwarzanymi przez znanych producentów. Przy konstruowaniu przetwornika uwzględniono obecne tendencje w tej dziedzinie, a także opinie wielu znanych gitarzystów. Przetwornik posiada większość cech charakteryzujących najbardziej
wyrafinowane aktywne przetworniki niskoimpedancyjne, a jednocześnie w testach praktycznych postrzegany jest jako przetwornik pasywny, co w kontekście zainteresowań współczesnych gitarzystów jest jak najbardziej pozytywne. Aktywne przetworniki niskoimpedancyjne wymagają stosowania bardziej złożonych ampli-filtrów o znacznym nachyleniu charakterystyki. Fakt ten powoduje, że przy okazji tłumione jest wiele wyższych częstotliwości harmonicznych, które w "zwykłych" przetwornikach w znaczny sposób wpływają na ostateczne brzmienie, czyniąc je bogatym i kreatywnym podczas stosowania różnych technik wykonawczych. Opisany przetwornik, nawet bez układu wzmacniająco - dopasowującego, nadaje się do wykorzystania, w konsekwencji czego dołączony układ elektroniczny może być tak prosty, a przez to obiektywny w stosunku do podstawowych cech i parametrów części elektromagnetycznej przetwornika. Krzysztof Jarkowski
Prezentowane w artykule rozwiązania nie są dostępne w postaci kitów AVT, służą one jedynie jako ilustracja rozważań autora. Działanie tych układów sprawdziliśmy w laboratorium AVT.
Elektronika Praktyczna 3/97
79
ŚWIAT HOBBY
ELRAD 1/97
1. Gleich ist nicht gleich, 3str.
Krótki artykuł przybhzaiący dwie różne architektury układów CPLD Jedno z prezentowanych rozwiązań oparte jest na programowane] matrycy połączeń pomiędzy blokami logicznymi, drugie na standardowe] matrycy SOP(ang SumOIProduct)
2. Unter einem Dach, 3str.
W artykule przedstawiona została nainowsza wers|a pakietu dla elektroników OrCAD 7 0 Ze względu na ograniczoną objętość artykułu autor skupił się na wskazaniu podstawowych różnic pomiędzy starszymi i najnow-szą wersią pakietu, ilustrując artykuł kilkoma zrzutami ekranów z pracującym systemem
3. Leicht gerichtet, 2 str.
Prezentacja układu scalonej przetwornicy TEA1401, który został opracowany przez firmę Philips Układ Ten charakteryzuje możliwość zasilania bezpośrednio z sieci energetycznej, a w jego strukturę wbudowany został stopień mocy do sterowania Transformatorem, dzięki czemu skonstruowanie kompletnego zasilacza jest znacznie prostsze niz dotychczas
4. Eigenordet, 4 str.
Przegląd różnego Typu rozwią-
zań kompasów elekTronicznych PrzedsTawiono głównie kompleT-ne rozwiązania labryczne, mało miejsca poświęcając na przybliżenie zasady działania czujników sTosowanych w Tych urządzeniach
5. Vom Himmel hoch..., 3 str.
Druga część przeglądowego artykułu poświęconego systemowi GPS Autorskupiłsięnaomówieniu rozwiązań sTosowanych w anTenach odbiorczych i wyjaśnieniu zasady dokonywania pomiarów różnicowych
6. Klang und daten, 2 str.
PrezenTacja karty sTandardu ISA do kornpuTera PC, która może spełniać rolę Tunera radiowego oraz dekodera RDS Uzupełnieniem możliwości karty jest wbudowany wzmacniacz mocy (2x6W - TDA1517P) oraz przed-wzmacniacz sterowany szyną I2C (TEA6360T) Karta opracowana została przeztirmę Philips, oprogramowanie sterujące (pod Windows) opracowała tirma PCALE
7. Portwandler, 4 str.
Opis konstrukcji równoległego przetwornika A/C dołączanego do portu równoległego zgodnego ze standardem EPP Układ ADS7804 zastosowany w opisywanym urządzeniu jest 12-bi-Towym przetwornikiem A/C, rolę wzmacniacza o programowanym wzmocnieniu spełnia układ PGA205, a MPC508 jest multiplekserem analogowym Uzupełnieniem prezentacji jest listing programuw Pascalu, który przybliża sposób obsługi przetwornika
EVERYDAY WITH PRACTICAL ELECTRONICS 1/97
8. Earth sensitMty meter, parł 1, 8 str.
Opis konstrukcji układu do pomiaru oporu elektrycznego gruntu, który można wykorzystać np do wykrywania podziemnych źródeł wody, kamieni lub miejsc
w których zakopane są elementy metalowe Konstrukcja układu jest dość złożona, wymaga ponadto od konstruktora sporych umiejętności z zakresu mechaniki, poniewazdla poprawnej pracy układu niezbędne są specjalne sondy montowane w badanym gruncie
9. Psycho rat, 4 str.
W artykule przedstawiono bardzo prosty układ logiczny, który umożliwia zasyrnulowame odruchów warunkowego i bezwarunkowego, Typowego dla szczurów i innych zwierząT KonsTrukcja układu oparta zosTa-ła na doświadczeniach rosyjskiego uczonego Pawłowa (słynne psy Pawłowa), dzięki czemu urządzenie może znaleźć zasTo-sowanie w szkolnych laboraTo-nach ułaTwiając analizę odruchów, które występują Także u ludzi
10. Ingenuity unlimited, 2 str.
Dział noszący tytuł "Ingenuity un-hmited" jest zbliżony koncepcyjnie do "Projektów czytelników" w EP W Tym numerze EwPE czyTelnicy pisma przedsTawili na-sTępujące pomysły
- przeTwornik impulsów, wyko-rzysTywany w rowerowym mierniku przebiegu,
- konsTrukcję prosTego sTereolo-nicznego wzmacniacza m cz ,
kTórego "sercem" są dwa ukła-dyTDA7052 iirmy Philips,
- generaTor dźwięków imiTujący zwierzęTa (konia, koTa, owcę, żabę) Rolę generaTora spełnia układ HT82231, a całość uzupełnia dość złożony zespół kluczy analogowych 4066, sTero-wanych włącznikami doTykowy-mi, które wykonano w oparciu o układy 4011
11Theremin MIDI/CT in-terface, parł 1, 7 str.
W artykule opisano interfejs umożliwiający wykorzystanie instrumentu muzycznego There-min w elektronicznym zestawie instrumentalnym Przy pomocy Tego interfejsu możliwa jest m in prosta obróbka dźwięku Theremina i gromadzenie próbek dźwięku Theremina do dalszego wykorzystania Układ sterujący jest dość skomplikowany - całością steruje rnik-rokontroler 87C51 z szeregiem dodatkowych układów (m m przetworniki C/A, złącza optoizo-lowane)
12. Mainsfailure warning, 4 str.
Opis konstrukcji wskaźnika zaniku zasilania sieciowego, dzięki któremu możemy uniknąć np s zkó d wy wo ła n y ch r ozm ro ze -niem lodówki
Rozwiązanie przedstawione w artykule jest niezwykle proste
- rolę układu czasowego wykrywającego zanik zasilania spełnia popularny Timer 555, a oprócz niego w urządzeniu zastosowano jeden Tranzystor, mostekpros-Towniczy i kilka elemenTów biernych
EVERYDAY WITH PRACTICAL ELECTRONICS 2/97
13. How to use intelligent LCDs, part 1,6 str. Rardzo mTeresujący artykuł poświęcony omówieniu zasady sterowania wyświetlaczy alfanumerycznych LCD z wbudowanymi kontrolerami Autor proponuje wykonanie prosTego układu TesTowe-
Świat Hobby to przegląd najnowszych numerów popularnych na świecie pism dla elektroników
hobbistów. Podajemy krótkie streszczenia najciekawszych artykułów zamieszczanych wtych
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 grza 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 3/97
ŚWIAT HOBBY
go, który umożliwia ręczne sterowanie pracą wyświetlacza Bardzo dużą pomocą dla konstruktorów zainteresowanych korzystaniem z Tego Typu wskaźników są opisy wy-
prowadzeń wyświetlaczy róz-negotypu, Tabela zawieraiąca rozkazy sTeruiące wyświeTla-niem, mapy adresowe wyświetlaczy, a Także Tabela przedsTawiaiąca zawarTośó generaTora znaków kontrolera wyświeTlania AuTor przyjął w arTykule konwencję kursu - w Tym odcinku proponuje do wykonania 7 prosTych eksperyrnenTów
14. PsiCom experimen-tal controller, 5 str.
Opis przysTawki do minikom-puTera osobisTego Psion 3a, kTóra umożliwia doTykowe sTe-rowanie jego pracą Jako element detekcyjny wykorzystane zostały w układzie dwie metalowe płytki, pomiędzy którymi wytwarzane jest pole elektryczne o wartości zależnej od położenia elementu wskazującego
Konstrukcję zbudowano
w oparciu o Typowe elernen-Ty, głównie układy CMOS
(4040, 4017, 40106), kompa-
raTor LM393, wzmacniacz ICL7611 i elernenTy bierne
15.Earth sensitivity me-ter, part 2, 3 str.
Dokończenie opisu konsTruk-cji miernika rezysTancji grun-Tu, kTórego część pierwszą opublikowano w EwPE 1/97
16. Pacific waves, 8 str.
Urządzenie przydaTne głównie ludziom podaTnyrn na sTresy -generuje bowiem dźwięk zbliżony do szumu tal oceanicznych, co według badań psychologów działa kojąco na ludzki umysł Pomimo sTosunkowo prosTych założeń urządzenie jesT rozbudowane - składa się z wielu układów CMOS (4006, 4070, 4093, 4011) I kilku
wzmacniaczy operacyjnych
(LM353, TL072, NE5532)
Dzięki wbudowanym rozbudowanym układom regulacji barwy dźwięku isTnieje możliwość dosTosowania dźwięku generowanego przez To urządzenie do własnych wyobrażeń o szumie tal Pacytiku
17. Theremin MIDI/CV interface, part 2T 6 str.
Druga część arTykułu prezen-Tującego konsTrukcję mtertej-su MIDI dla Teheremina
18. Net Work, 1 str.
Ciekawy artykuł z mtorma-cjami na Temat ciekawych lub niebezpiecznych konT WWW AuTor przedsTawia swoje propozycje, osTrzegając jednocześnie przed plikami zawierającymi "konie Trojańskie", czyli programy zawierającymi ukryTe wirusy
8
Elektronika Praktyczna 3/97
KURS
Realizacja projektów na 8051 przy pomocy oprogramowania firmy
Rozpoczynamy cykl
ańykuiów przybliżających
Czytelnikom kompilator języka
C dla procesorów rodziny
MCS-51. Oprogramowanie
wykorzystywane przez nas do
opracowania cyklu publikacji
opracowała firma lAR-Systems,
jeden z najbardziej liczących
się na świecie producentów
zaawansowanych narzędzi dla
programistów.
Rozpoczynamy od krótkiej
prezentacji wymagań
i możliwości systemu.
W kolejnych odcinkach cyklu
dokładnie omówimy jego
poszczególne moduły i zasady
tworzenia programów dla '51
w języku wysokiego poziomu.
Wśród wielu dostępnych na rynku narzędzi do projektowania systemów opartych na mikrokon-tiolerach MCS-51 na czołowe miejsce wysuwa się kompilator języka C opracowany przez amerykańską firmę IAR-Systems. Program pracujący w środowisku Windows stanowi zintegrowane środowisko do tworzenia zarówno prostych, jak i bardzo złożonych projektów.
Pakiet składa się z kilku zasadniczych części: / programu typu shell o nazwie Workbench, który udostępnia wszystkie opcje kompilatora oraz dodatkowe programy pakietu;
/ kompilatora C-ANSI na 8051 z wieloma dodatkowymi funkcjami zorientowanymi na 8051; / asembler 8051 oraz linker; / program do obsługi relokowal-nych modułów typu "object", wykorzystywanych zarówno przez asembler jak i kompilator C (Xlib Librarian); / narzędzie do symulacji i śledzenia programów C-Spy de-bugger.
Firma IAR oferuje 3 podstawowe wersje tego oprogramowania, przeznaczone dla trzech różnych środowisk: DOS, Windows oraz Unix. My mieliśmy okazję zapoznać się z wersją pracującą pod nad zor em pr o gr am ów Windo w s . Wymagania sprzętowe pakietu w wersji Windows Workbench są następujące:
-Windows 95, Windows NT 3.51 (lub późniejsze) lub MS-Windows 3 .lx;
-min. 15 MB wolnego miejsca na dysku twardym;
- min. 4 MB RAM dla aplikacji IAR;
- 1 port drukarkowy Centronics.
Ten ostatni element jest niezbędny do zainstalowania klucza
sprzętowego Hasp, bez którego system działa jedynie w wersji demo (bez możliwości zapisu na dysk, kompilacji oraz pozostałych strategicznych funkcji pakietu).
Pomimo tego, że producent pakietu zaleca użytkowanie systemu "pod opieką" Windows 95, redakcyjne testy odbyły się głównie na komputerze wyposażonym w Windows 3.lx, 32 MB RAM i procesor AMD-5X86/133. Kolejne próby prowadziliśmy na komputerze z procesorem Pen-tiuml66 z 32 MB RAM i Windows 95.
Jedyną zauważalną różnicą w działaniu programu na tych dwóch platformach była możliwość kontynuowania edycji programów źródłowych lub śledzenia kodu z jednoczesną kompilacją programów źródłowych (praca wielozadaniowa).
W przypadku instalacji pakietu pod MS-Windows 3.lx program automatycznie instaluje 32-bitową nakładkę zapewniającą 32-bitowy dostęp do zasobów oraz prawidłową pracę programu.
Oto krótka charakterystyka podstawowych programów pakietu.
EMBEDDED WORKBENCH
- uniwersalny shell
Umożliwia on:
-tworzenie projektów o strukturze hierarchicznej;
-pełne zintegrowanie wszystkich narzędzi z edytorem tekstowym;
- dzięki wbudowanej funkcji "Make" możliwa jest kompleksowa kompilacja i asemblacja zbiorów;
-ma wbudowaną funkcję "Help" w postaci hypertekstu;
-jest wyposażony w wiele użytkowych funkcji wyszukiwania;
Elektronika Praktyczna 3/97
S1
KURS
-bezpośrednie wskazanie źródeł błędów powstałych w czasie kompilacji;
-możliwość oddzielnego ustawiania opcji programowych dla całego projektu, wybranych jego części lub pojedynczych zbiorów źródłowych;
-jest wyposażony w edytor tekstowy z barwną i stylową sygnalizacją wyrażeń stanowiącymi składnię języka C. Wygląd okna shella wraz
z opisami przedstawia rys.l.
C-COMPILER
Jest to kompilator ANSI C, który obsługuje standardową składnię języka C oraz dodatkowo wiele rozszerzeń opracowanych specjalnie dla procesora 8051. Kompilator zawiera także asembler dla rodziny MCS-51. Taka integracja zapewnia równouprawniony podział zasobów pomiędzy linker i program obsługi bibliotek procedur standardowych.
Cechy charakterystyczne kompilatora:
-zgodność składni języka z zaleceniami standardu ANSI; -jest on wyposażony w standardowe biblioteki funkcji języka C;
-jest on wyposażony w pełen zestaw funkcji arytmetyki zmiennoprzecinkowej (zgodny z IEEE);
- ma rozbudowane rozszerzenia i funkcje dedykowane systemom opartym na 8051, włączając w to efektywną obsługę portów I/O; -możliwość używania "długich"
identyfikatorów do max. 255 znaków;
- możliwość definiowania max. 32 000 symboli;
- szybka kompilacja programów źródłowych, dzięki tworzeniu bufora dla kompilatora w pamięci RAM;
-możliwość łączenia kodu użytkownika z procedurami asemb-lerowymi;
-rygorystyczna kontrola deklaracji typów w czasie kompilacji OTaz parametrów poszczególnych modułów użytych w trakcie linkowania;
-możliwość wyboru sposobu optymalizacji kodu (pod względem szybkości lub rozmiaru);
- możliwości generowania kodu wyjściowego w wielu formatach, w tym relokacyjny format binarny, format asemblera ASM, łączony: ASM+C, XREF i wiele innych;
-przejrzyste komunikaty o błędach i ostrzeżeniach;
-pełna kompatybilność z debug-gerem C-SPY na wysokim poziomie (tzn. możliwość symulacji na poziomie źródłowym kodu, poziomie C lub łączonym);
-generacja w pełni relokowal-nych kodów wynikowych bez żadnych ograniczeń na poziomie języka źródłowego;
-możliwość wyboru modelu pamięci przy generacji kodu: tiny, smali, compact, medium large i banked;
-elastyczność w umieszczaniu stałych i zmiennych programu, włączając w to typy SFR i BIT (ma to znaczenie przy tworzeniu np. aplikacji wykorzystują-
okno edycji
źródła
okno
struktury
projaktu
Rys. l.
okno konfiguracji
projektu
cych wewnętrzną i zewnętrzna pamięć programu jednocześnie); -obsługa przerwań bez potrzeby stosowania jawnych instrukcji asemblera.
XLINK - linker
Zawarty w pakiecie linker łączy moduły relokacyjne tworzone za pomocą kompilatora C i asemblera firmy IAR, dostosowując kod wynikowy do konkretnego typu mikrokontiolera. Program ten pozwala na wybór szerokiej gamy powszechnie stosowanych formatów, łącznie z formatem akceptowanym przez debugger C-Spy.
Możliwość wyboru niezbędnych do pracy programu modułów, czas linkowania jest skrócony do minimum. Finalny zbiór wynikowy można bezpośrednio zaprogramować w pamięci EEP-ROM w kontrolerze, załadować do emulatora sprzętowego konkretnego procesora, lub wykorzystać podczas analizy programu w programie debuggera. Pro-gr am Xlink um o żli w i a:
- łączenie nieograniczonej liczby zbiorów wejściowych;
- wywoływanie programu za pomocą bezpośrednio podanej komendy, poprzez czytanie zadanego zbioru komend lub poprzez połączenie tych dwóch metod;
-definiowanie symboli o długości do 255 znaków, z rozróżnianiem małych i dużych liter;
- definiowanie symboli globalnych na poziomie linkera;
- możliwość deklarowania adresów segmentów: kodu i danych;
-obsługę ponad 30 formatów kodu wynikowego.
XLIB - manager bibliotek
Program ten umożliwia sprawne zarządzanie relokowalnymi modułami w postaci bibliotek funkcji i procedur standardowych, tworzonych przez kompilatora C lub asemblera.
Cechy charakterystyczne programu:
możliwość edycji modułów, dodawania nowych, zamiany, usuwania lub zmiany ich nazwy;
-możliwość edycji i zmiany nazw segmentów oraz symboli;
82
Elektronika Praktyczna 3/97
KURS
Rys. 2.
- interaktywna lub wsadowa obsługa programu.
C-SPY - debugger
Program ten wymaga oddzielnej instalacji. W przypadku pracy w systemie Windows staje się on integralną częścią shella Wor-kbench. Może być on także wywołany oddzielnie z poziomu Menedżera programów. Wygląd okna działającego programu przedstawi rys. 2.
C-SPY został zaprojektowany specjalnie do użytku wraz z kompilatorem C, asemblerem, programem XLINK, XLIB firmy IAR. Dzięki niemu możliwe jest korzystanie z technik śledzenia niskiego (asembler) i wysokiego poziomu (język C). W każdej chwili użytkownik ma możliwość przełączania śledzenia na jeden z wybranych poziomów.
Siedzenie programu na poziomie języka C jest metodą szybką, często stosowaną w praktyce przy analizie mniej krytycznych części kodu, kiedy to nie zależy nam na sposobie w jaki kompilator "przekoduje" nasz program do postaci asemblera 8051. Podczas pracy w tym trybie, program na bieżąco umożliwia podgląd wartości wszystkich zmiennych oraz struktury danych wykorzystanych w danej aplikacji. Gdy niezbędna jest dokładna analiza krytycznych fragmentów programu warto skorzystać ze śledzenia na poziomie asemblera. W tym trybie użytkownik ma możliwość podglądu wszystkich rejestrów procesora, zmiennych, struktur danych w predefiniowa-
okno raportu
okno podglądu
zmlannych
okno
edycji pamięci
okno adycJISFRt
nych obszarach pamięci, może także zmieniać ich wartości tak, jak ma to miejsce w innych debuggerach.
W skrócie wszystkie możliwości programu C-SPY charakteryzują:
-w pełni przyjazna, intuicyjna praca w środowisku Windows;
- śledzenie programu z poziomu języka C i asemblera;
- szybki symulator programowy;
- rozbudowany język makropole-ceń;
-kompleksowa obsługa przerwań debuggera;
- możliwość przerwania (zatrzymania) programu w każdej chwili;
- opcjonalnie: możliwość pracy w czasie rzeczywistym (w wersji z emulatorem).
Przy analizie na poziomie C debugger oferuje dodatkowo:
- analizator wyrażeń języka C; -korzystanie z pamięci śladu
("tiace");
-pełne rozpoznawanie i interpretacja zmiennych;
Jeżeli korzystamy ze śledzenia na poziomie asemblera, to możemy skorzystać z:
- pełnego podglądu zmiennych, rejestrów specjalnych i pamięci danych;
- wbudowanego disasemblera.
Program C-Spy jest dostępny
w 3 wersjach:
1 .Simulator Version - pozwala ona na kompleksową programową symulację programu użytkownika. Jest to najtańsze rozwiązanie, aczkolwiek w wielu przypadkach w zupełności wystarczające.
2.Emulator Version - w tej wersji możliwa jest współpraca z emulatorem układowym konkretnego procesora. Połączenie z komputerem odbywa się, w zależności od zastosowanego układu emulacyjnego, poprzez port szeregowy lub równoległy.
3.ROM-Monitor Version - ta wersja umożliwia pracę w trybie rzeczywistym procesora przy wykorzystaniu standardowych systemów uruchomieniowych pracujących z zewnętrzną pamięcią programu. Ze względu na pewne ograniczenia oraz mniej skomplikowany interfejs jest to rozwiązanie tańsze od wersji 2.
Prezentowany pakiet programów firmy IAR jest doskonałym narzędziem dla wszystkich programistów systemów opartych na popularnych kontrolerach 8051. Przejście z typowego asemblero-wego sposobu projektowania do programowania wyższego poziomu nie zajmuje wiele czasu. Dzięki dobrze opracowanej dokumentacji technicznej oraz wielu przykładom wprowadzającym użytkownika w system, można przyswoić sobie obsługę pakietu w kilka dni.
Ogromną zaletą jest opcja budowania bibliotek rei oko walnych modułów tak na poziomie asemblera, jak i języka C. W efekcie programista stopniowo "obudowuje" się bazą gotowych procedur i funkcji, dzięki którym czas uruchomienia dowolnego systemu zostaje ograniczony do minimum. W tym miejscu niemałe znaczenie ma pomoc silnego narzędzia, jakim jest wspomniany debugger C-Spy. Sławomir Surowiński, AVT
Oprogramowanie udostępniła redakcji firma RK-System.
Elektronika Praktyczna 3/97
83
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
Dziof "Projekty Czytelników" zawiera opisy projektów nadesłanych do redakcji EP przez Czyteiników. Redakcja nie ponosi odpowiedzialności za poprawność tych projektów, gdyż nie testujemy ich laboratoryjnie.
Prosimy o nadsyłanie własnych projektów z modelami (do zwrotu). Do artykułu należy dołączyć podpisane oświadczenie, że artykuł jest własnym opracowaniem autora i nie był dotychczas nigdzie publikowany. Honorarium za publikację w tym dziale wynosi 100,- zł (brutto) za 1 stronę w EP. Przysyłanych tekstów nie zwracamy. Redakcja zastrzega sobie prawo do dokonywania skrótów.
(Roz)ładowywarka ogniw wtórnych Ni-Cd
Gdy w Twoim,
Szanowny Czytelniku,
sprzęcie, znajduje się już
ładowarka, i jesteś z niej
zadowolony - nie będziesz
przez nas do niczego
namawiany. Jeśli zdarza
Ci się natomiast
wieczorem podłączyć
zasilacz i rano
stwierdzać, iż
akumulatory są gorące
powinieneś rzucić okiem
na ten artykuł.
W układzie klasycznego stabilizatora napięcia pracuje IC2, w którym R2 ustala prąd (3,5mA) dla szeregowego obwodu Rl + RM + D3 + D4. Jest on wystarczająco duży, by IC2 działał prawidłowo i dostatecznie mały, aby nie wystąpiło podgrzewanie D3 i D4 (tranzystorów w układzie diodowym). Rolę wstępnego obciążenia wyjścia IC2 spełnienia Tl, stanowiący proste i skuteczne źródło prądu o wartości 3-5mA (w zależności od egzemplarza).
Miedzy wyprowadzenie 2 IC2 a zacisk dodatni akumulatorów włączony jest T4 (ściślej: jego złącze B-E). Separuje on IC2 od obwodu stab. prądu na ICI, dzięki czemu nawet pod koniec okresu ładowania, napięcie na akumulatorach narasta
w tempie nie gorszym niż 0,5mV na minutę - co czyni cały proces szybszym, a sygnalizację przy pomocy LEDl bardziej precyzyjną. Zapala się ona na mniej więcej 10mV przed końcem ładowania.
Prąd LEDl pojawia się skokowo za sprawą naturalnie ostrej charakterystyki diody, oraz niewielkiej his-terezy (o szerokości ok. 3mV) zapewnionej przez R3. Można polecić wykorzystanie sygnału 1,8V z kolektora T3 do bramkowania zewnętrznego generatora akustycznego Ś
Tranzystor T2 dostarcza podczas ładowania 9mA prądu (5mA po naładowaniu) dla nasyconego do ostatnich chwil T4, który przechodząc w aktywny obszar pracy włącza T3 i T5. Podczas gdy T3
Projekt
033
ma zacząć przewodzić (zapalając jednocześnie LEDl), po obniżeniu się napięcia na bazie o 0,8V, tranzystor T5 potrzebuje napięcia UCE T4 o wartości 1,1V, aby podtrzymać prąd bazy T4 nie dopuszczając do jego odcięcia. Ma to na celu utrzymanie możliwe stabilnej wartości UBE T4, a tym samym i U , które trzeba ustawić (wieloobrotowym potencjometrem montażowym - RM) na 2,780 - 2,790V. Należy je wyregulować (przy odłączonych akumulatorach!) po paru minutach od podłączę-
Cechy charakterystyczne u kład u
/ zasilanie popularnymi, tanimi zasilaczami o wydajności 0,2A;
/ trybrozładowywaniafpozwalanaodświeżanie lub test pojemności);
/ optyczna sygnalizacja zakończenia pracy;
/ łatwa regulacja U (konieczna tylko
/ konstrukcja bazuje na ogólnie dostępnych elementach;
/ możliwośćrozładowaniadwóchaku-mulatorków 1,2V (np. do discmana) jednocześnie;
/ możliwość długotrwałego przetrzymywania akumulatorów w ładowarce.
Nj-Cdx2
Rys. 1.
Elektronika Praktyczna 3/97
85
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
nie ładowarki do zasilacza 6,5 - 8,OV/2OOmA. Urządzenie będzie się dobrze spisywało w temperaturach pokojowych (z przedziału 20 -30�C), tak jak większość typowych akumulatorów. Napięcie wyjściowe ładowarki wykazuje ujemny współczynnik temperaturowy, równy współczynnikowi diod D3 lub D4 - czyli ok. -2,2mV/�C. Uwidacznia się tu zamierzony wpływ tylko jednej z tych "diod" -wpływ drugiej kompensowany jest przez T4.
Akumulator Ni-Cd 1,2V ładowany standardowym prądem o wartości 0,1..0,2 swojej pojemności znamionowej, osiąga najczęściej napięcie l,40V i dalej zachowuje się jak dioda Zenera
0 takim napięciu (i bardzo niskiej rezystancji dynamicznej). Zwiększenie wartości prądu ładowania, lub wydłużanie czasu bardzo nieznacznie podwyższa to napięcie - rośnie natomiast temperatura akumulatora
1 skraca się jego żywotność.
Anatomia ładowania
Zdecydowana część cyklu ładowania odbywa się na przestrzeni ostatnich 10mV. Ze stanu pełnego rozładowania (za który przyjmuje się IV na ogniwo - w tej konstrukcji przyjęto 1,975V na obydwa) w kilka minut po rozpoczęciu procesu ładowania napięcie osiąga pułap 2680mV, by dalej wzrastać już dużo wolniej przez blisko półtorej godziny (dotyczy pary akumulatorów 750mAh. Wartość równa ok. 2770mV sygnalizowana jest zapaleniem LEDl). Na RIO utrzymuje się do tego czasu 270mV przy Uzas = 6,5V lub 360mV przy Uzas = 8V - co odpowiada 120mA lub 160mA (jaka dalej zauważyć, optymalne Uzas > 6,5V).
Dalsze zwiększenie U nie wpływa na Ilad, zwiększa tylko niepotrzebnie moc traconą w ICl. W prototypie ICl umieszczono w ceramicznym naparstku wypełnionym silikonem o objętości ok. 0,5cm3 - w celu lepszego odprowadzenia ciepła, jak i wygodnej kontroli temperatury półprzewodnikową sondą. Smar nagrzewał się do 45�C przy temperaturze otoczenia 2 3�C i Uzas = 8V. Konwencjonal-
ny zasilacz 7,5V/2-3VA, lub 9V z dwiema włączonymi szeregowo diodami prostowniczymi na wyjściu w zupełności wystarczy. Akumulatory uznajemy za naładowane po odczekaniu około pół godziny od chwili zaświecenia się LEDl.
Anatomia rozładowania
Warto zarekomendować okresowe, kontrolowane rozładowywanie akumulatorów Ni-Cd, które zapobiega powstawaniu efektu pamięciowego. Ujawnia się on, kiedy ogniwa pozostają przez długi czas (rzędu tygodni) nieużywane.
Przy pomocy układu rozładowującego można sprawdzić pojemność akumulatorów, rozładowując je prądem o znanej wartości w zadanym czasie do bezpiecznej, powtarzalnej wartości 0,9-l,0V/sztukę.
Przykładowa charakterystyka rozładowania zdjęta w odstępach (krokach) piętnastominutowych (napięcie początkowe: 2,790V):
Start-krokO: 2,700V - zapala się LED2, łącznik zwar-
ty;
-krok 1: 2,534V
(v=llmV/min),
- krok 2: 2,455V
(v=5mV/min), -krok 3: 2,418V
(v=2,5mV/min), -krok 4: 2,353V
(v=4mV/min),
- krok 5: l,990V
(v=24mV/min).
Po piątym kwadransie zgasła LED2 i zapaliła się LEDl.
W nawiasach podano wynikową prędkość opadania U/t.
Po odczekaniu kolejnych 15 minut stwierdzimy, że ^mziad1 zmalał do ułamka wartości pierwotnej - układ nie dopuszcza do dalszego obniżenia U . Operując pojęciem U należy pamiętać, iż nie odnosi się go do masy
- a do potencjału na RIO).
Podczas rozładowania, na R9 odkładało się 580mV, a na RIO występowało napięcie ujemne o wartości -550mV. Różnica w wartościach bezwzględnych tych napięć (mimo jednakowych rezystorów) wynika ze sprzęgnięcia ich R8 i T6. Napięcie ujemne redukuje Ic T2 (który jest prądem bazy T5) tak, aby: IcT5 = 0,3A= =const.
W trybie rozładowywania, zasilanie układu będzie oczywiście niezbędne. Zapotrzebowanie na prąd jest jednak niewielkie - ok. 2mA. Wyłączenie ICl następuje dzięki obniżeniu potencjału na wyprowadzeniu ADJ.
Aby wyznaczyć pojemność ogniwa (są dwa) należy posłużyć się zależnością: C=2xtxl, czyli: C = 2xl,25Hx300mA = 750mAh.
Mnożenie wyniku przez dwa bierze się stąd, że pojemności baterii dodają się tak, jak pojemności kondensatorów szeregowych: C x C./C + C,. Ładuiąc na raz
bab J^
dwa ogniwa, występuje potrzeba dostarczania dwa razy większej mocy, za to w dwukrotnie krótszym czasie - fakt wart odnotowania. Zwarcie zacisków wyjściowych (podobnie jak próba podłączenia tylko jednego Ni-Cd) spowoduje przepływ prądu o wartości prawie 300mA, ponieważ do emitowania prądu przyłączy się wówczas IC2. Jest to stan, w którym żadne obwody regulacji i sygnalizacji nie działają prawidłowo. Dlatego T4 jest średniej mocy, bowiem chwilowy nawet przepływ I, = 0,15A mógłby mieć zgubny wpływ na trwałość mniejszego tranzystora. Prąd o takiej wartości wpływa znacząco na wartość napięcia UBE - mogłoby to mieć poważne konsekwencje w razie niestosowania ICl i nastręczało trudności przy kalibracji U . Wartość napięcia UBE zależy od I w aktywnym punkcie
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl, R5: 110Q
R2: 3ÓOQ
R3: 10kQ
R4: Ó9Q
R6, R7: 1.8kQ
R8: 10Q
R9, RIO: 2.2Q
RM: 220Q wieloobrotowy
Tolerancje R1-R10: 5%
Moc R1-R8: 0,1 W
Moc RIO (ewentualnie też
R9): 0,3-OAW
Kondensatory
Cl: 22nF
Półprzewodniki
Dl, D2: 1N4001 (dowolne I
= 1A)
LEDl, LED2: dowolne
jaskrawe, czerwone
ICl, IC2: LM317LZ
Tl: BF245A
T2, (D3), (D4): BC237B
T3: BC308A
T4: BD140
T5: BD284
T6: BC338-16/25
pracy - kiedy tranzystor zachowuje zdolność wzmacniania. Kiedy tranzystor wchodzi w obszar nasycenia, zmiany UBE zaczynają zależeć od L. Przy tym
U J J ^
w praktyce wystarczy znać orientacyjną zależność: dwukrotnie większy/mniejszy prąd przewodzenia oznacza zmianę UBE o 2%.
Powyższe wyliczenia odzwierciedlają hipotetyczne warunki pracy T4.
Pomyślnego załadunku i rozładunku życzy autor. Andrzej Kowalczyk
8 6
Elektronika Praktyczna 3/97
FORUM
"Forum" jest rubryką otwartą na pytania I problemy Czytelników EP, które powstały podczas uruchamiania oferowanych przez nas kitów, a także innych urządzeń elektronicznych. Drugim celem "Forum" jest korekta błędów, które pojawiły się w publikowanych przez nas artykułach.
Regulator obrotów silnika
elektrycznego
kitAVT-1007
8/94
Cieszący się ogromną popularnością wśród naszych Czytelników zestaw regulatora obrotów silników jednofazowych prądu zmiennego nastręcza nieco kłopotów podczas uruchamiania. Jest to m.in. wynik niewłaściwej dokumentacji katalogowej podawanej przez firmę Telefunken - dotychczasowego producenta układu U2008.
W laboratorium AVT sprawdzono pracę ponad 50 losowo wybranych egzemplarzy regulatorów i po gruntownych pomiarach zmodyfikowano wartości niektórych rezystan-
cji, a mianowicie: R3 - 15kH (było 22Oka), R4 - 47ka (było lOOka), R5 - 220ka (było 15ka).
Prawidłowy schemat elektryczny układu regulatora z wprowadzonymi modyfikacjami przedstawia rys.l.
Zastosowanie rezystorów o wartościach podanych na schemacie gwarantuje poprawną pracę układu, z regulacją obrotów w zakresie od zera do pełnej prędkości obrotowej, bez konieczności wstępnej kalibracji dzielnika R3-P1-R5 za pomocą potencjometrów montażowych.
We wszystkich zestawach AVT-1007B, oferowanych od początku 1997 roku w ofercie
handlowej AVT, uwzględniono te poprawki.
Uniwersalny pilot na podczer-
wien kitAVT-336
W numerze EP 2/97 omyłkowo wydrukowano błędne schematy elektryczne nadajnika i odbiornika. Poniżej przedstawione są właściwe wersje.
W spisie elementów należy uwzględnić poprawki:
R5: 39kn (było 41 kił) C4: 47uf/16V (było 1OOuF)
MP1: mostek prostowniczy 1A/5OV
Jako przekaźnika PKl można użyć np. RM-81P/ 12V.
Płytka nadajnika dostosowana jest do obudowy typ KM-15N. Układ odbiornika należy umieścić w obudowie KM-48N. Uwaga! Obydwie obudowy wchodzą w skład kitu AVT-336B.
Na płytce drukowanej odbiornika oznaczonej jako ,,Board C" tuż obok tranzystora Tl brakuje oznaczenia jumpera JPl (3 punkty lutownicze po lewej od Tl).
2/97
Rys. 2.
88
Elektronika Praktyczna 3/97
PROJEKTY ZAGRANICZNE
Filtr szumów
do gramofonu analogowego,
część 1
Piyty winylowe nie są już
wytwarzane przemysłowo na
szerszą skalę - zastąpiły je
niemal całkowicie płyty CD.
Jak się jedn ak okaz uje,
stosunkowo wiele osób nadal
przechowuje duże kolekcje
winylowych płyt
długo grających.
Większość muzyki nagranej
na tych płytach jest dostępna
także na płytach
kompaktowych, ale dosyć
znaczna ilość nagrań na
takie wydanie nadal czeka.
Zresztą, jeśli nawet te
ulubione stare przeboje
wydań o już na CD,
kupowanie ich po raz wtóry
m oże po prostu okazać się
zbyt kosztowne!
Dzięki filtrowi, który
prezen tujemy w artykule
Twoje stare płyty będą
brzmiały znacznie lepiej!
Mimo że płyty długogrające są przestarzałym nośnikiem dźwięku, wydaje się prawdopodobne, że jeszcze przez wiele lat będą szeroko wykorzystywane. Gramofony i adaptery są nadal dostępne w handlu i sprzedaje się je w dużych ilościach.
Pozostaje problem uzyskania rozsądnie dobrej jakości dźwięku, z coraz bardziej zużytej płyty. Wykorzystywanie wysokiej jakości sprzętu do odtwarzania płyt i odpowiednich akcesoriów do czyszczenia powierzchni ograniczy nieco ich zużycie, niemniej jednak z upływem lat musi pojawiać się coraz silniejszy szum powodowany przez pogarszający się stan powierzchni płyty.
Standardowym sposobem eliminacji tego szumu jest umieszczenie w torze odtwarzanego dźwięku filtru dolnoprzepustowe-go o częstotliwości odcięcia zazwyczaj około 5-7kHz.
Szum powierzchni powstaje w wyniku obecności maleńkich uszkodzeń ścian rowka lub gromadzących się w rowkach cząsteczek kurzu. Bardzo niewielkie rozmiary tych uszkodzeń oraz cząsteczek sprawiają, że powstające trzaski są bardzo krótkie, a ich widmo sytuuje się zazwyczaj w górnej części pasma akustycznego, tj. od 5kHz do 20kHz.
Ponieważ widmo szumów powierzchni płyty leży raczej wysoko, wytłumienie wyższych częstotliwości zapewnia także znaczną redukcję poziomu tych zakłóceń. Traci się przy tym nieco z wierności odtwarzania, gdyż tłumiony jest także sygnał użyteczny. Powstający dźwięk jest mniej "jasny", ale w przypadkach, gdy zakłócenia powodowane stanem powierzchni są dosyć duże, poprawa jakości wynikająca z ich eliminacji warta jest utraty wyż-
szych tonów.
Wydaje się, że nie przyjęto standardu nachylenia charakterystyki filtru eliminującego szumy płyty. Maksymalne wykorzystanie regulacji tonów wysokich niewątpliwie zapewni ograniczenie poziomu tych szumów, ale szybkość opadania charakterystyki układu regulacji wynosząca 6dB/okt oznacza, że poprawa będzie ograniczona, a ponadto wprowadzone zostanie pewne tłumienie sygnałów o częstotliwościach niższych.
Powszechnie uważa się, że szybkości opadania 12dB/okt lub 18dB/okt dają lepsze rezultaty, czasami nawet stosuje się układy o szokującej szybkości opadania charakterystyki lOOdB/okt. Jednakże z punktu widzenia większości upodobań jest to zbyt silna i nieodpowiednia do odsłuchu muzyki filtracja.
Górna częstotliwość odcięcia filtrów eliminujących szumy płyty jest zazwyczaj wynikiem kompromisu. Jeśli płyta jest zużyta w umiarkowanym stopniu, częstotliwość odcięcia zapewniająca najlepsze rezultaty może być stosunkowo wysoka i wynosić 8-9kHz. W przypadku płyty znajdującej się w nie najlepszym stanie potrzebna może być znacznie niższa wartość tej częstotliwości, np. 3-4kHz.
Prezentowany poniżej regulowany filtr szumów płyty posiada nachylenie charakterystyki 3OdB/ okt, co jest wartością wystarczająco dużą, by zapewnić dobre tłumienie szumów, nie wpływając w nadmiernym stopniu na sygnał muzyczny.
Wykorzystanie kondensatorów przełączanych umożliwia regulację częstotliwości granicznej filtru w żądanym zakresie. Spadek modułu o -6dB można uzyskać dla częstotliwości od 3kHz do 9-lOkHz dostosowując filtrację do
Elektronika Praktyczna 3/97
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
(a) (b)
Rys. 1. Filtr RC (a) oraz jego odpowiednik z przełączanymi kondensatorami (b).
stanu powierzchni odtwarzanej płyty. Możliwość ta, jak również stosunkowo duże nachylenie charakterystyki sprawiają, że praktycznie w przypadku każdej płyty można uzyskać doskonałe rezultaty.
Można bez trudu zaprojektować konwencjonalne filtry aktywne zapewniające nachylenie charakterystyki sięgające 30dB/okt. Jednak tak duże nachylenie przy regulowaniu częstotliwości odcięcia są kłopotliwe w realizacji: wymagałoby to zastosowania pięcio-sekcyjnego potencjometru w każdym kanale sygnału.
Filtry z przełączanymi pojemnościami
Wygodniejsze ze względów praktycznych rozwiązanie zapewniają filtry z przełączanymi pojemnościami. Umożliwiają one uzyskanie dużego nachylenia charakterystyki, natomiast częstotliwość odcięcia jest w nich regulowana przez zmianę częstotliwości sygnału taktującego przełącznik.
Podstawowe ogniwo filtru z przełączanymi pojemnościami jest bardzo podobne do tradycyjnego filtru RC - oba układy przedstawia rys.l. W przypadku niskich częstotliwości sygnału ła-
WęjściBLj Wzmacniacz buforowy
Filtr dolnoprzepustowy
Wejście R
Wzmacniacz buforowy
Generator zegarowy
Filtr dolnoprzepustowy
dunek kondensatora Cl nadąża za zmianami napięcia wejściowego, a straty sygnału w układzie są niewielkie. Przy wyższych częstotliwościach, by utrzymać sygnał wyjściowy na poziomie sygnału wejściowego, natężenie prądu przepływającego przez Cl musiałoby być wyższe. Rezystor Rl ogranicza natężenie prądu i przy pewnej częstotliwości poziom napięcia wyjściowego zacznie maleć. Dla częstotliwości sygnału powyżej tego progu w układzie powstają coraz większe straty sygnału, przy czym spadek poziomu sygnału wyjściowego ze wzrostem częstotliwości wynosi 6dB/okt. Innymi słowy, podwojenie częstotliwości powoduje dwukrotny wzrost tłumienia sygnału w układzie.
Odpowiednik filtru dolnoprze-pustowego RC zrealizowany w technice pojemności przełączanych znajduje się na rysl.b. Rezystor został zastąpiony przez kondensator Cl i przełącznik Sl. W praktyce Sl jest przełącznikiem elektronicznym, sterowanym sygnałem zegarowym. C2 odpowiada kondensatorowi Cl filtru RC. Działanie układu polega na dołączaniu Cl do wejścia, dzięki czemu następuje ładowanie tego kondensatora do poziomu wejściowego, a następnie podłączeniu Cl do C2, po czym następuje zmiana ładunku C2. Zazwyczaj układ działa w sposób ciągły, a częstotliwość zegara leży w zakresie od 2 0kHz do lMHz. Jeśli napięcie wejściowe nie zmienia się, kondensator C2 zostaje szybko naładowany do tego właśnie napięcia. Kondensator Cl jest okresowo doładowywany sygnałem wejściowym i oddaje swój ładunek do kondensatora C2, szybko wyrów-
Filtrz
przełączanymi pojemnościami
Filtr dolnoprzepustowy
Wyjście L
Filtr z
pizełaczanymi pojemnościami
Filtr dolnoprzepustowy
Wyjście R
Rys. 2. Schemat blokowy filtru szumów powierzchni płyt.
nując poziomy napięć panujących na Cl i C2. Jeśli napięcie wejściowe wzrasta, dzięki opisanemu wyżej działaniu ładunek w C2 zostanie zwiększony. Spadek napięcia wejściowego spowoduje przekazanie części ładunku z C2 do Cl tak, by panujące na kondensatorze C2 napięcie nadążało za napięciem wejściowym.
Układ taki przekazuje sygnał z wejścia na wyjście z minimalnymi stratami tylko wtedy, kiedy częstotliwość przełączania Sl jest znacznie wyższa niż częstotliwość sygnału wejściowego. Pojemność Cl jest bowiem znacznie niższa od C2, w związku z czym przekazanie na wyjście znacznej zmiany poziomu wejściowego wymaga kilku operacji przekazania ładunku. Podobnie jak w układzie RC, kondensator i przełącznik są w stanie przekazać ograniczoną wielkość ładunku do/z kondensatora wyjściowego i powyżej pewnej częstotliwości układ zaczyna wyka-zywć cechy filtru dolnoprzepus-towego, o szybkości opadania charakterystyki równej 6dB/okt.
Częstotliwość graniczna układu jest zależna od częstotliwości sygnału taktującego przełącznik Sl oraz stosunku pojemności Cl i C2. Praktyczne układy filtrów z przełączanymi pojemnościami są projektowane w taki sposób, by ich częstotliwość odcięcia była równa 0.01 lub 0.02 częstotliwości zegara.
Opis układu
Schemat blokowy rozwiązania zastosowanego w strojonym filtrze szumów płyt przedstawia rys.2. Oba kanały stereo są identyczne.
Buforowy wzmacniacz wejściowy zapewnia odpowiednio niską impedancję źródła sterującego drugi stopień toru, którym jest klasyczny filtr aktywny RC. Jego częstotliwość odcięcia jest zbliżona do górnej granicy tonów słyszalnych i nie wpływa on w sposób znaczący na filtrację szumów pochodzących z płyty. Jego zasadniczym zadaniem jest eliminacja sygnałów o wyższych częstotliwościach które, podane na filtr z przełączanymi pojemnościami mogłyby spowodować powstanie tonów interferencyjnych.
Stosowane w praktyce filtry z przełączanymi pojemnościami zawierają większą liczbę stopni -
10
Elektronika Praktyczna 3/97
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
Rys. 3. Schemat ideowy filtru szumów powierzchni płyt.
w przedstawianym przypadku jest ich pięć. Charakterystyka częstotliwościowa jest zbliżona do charakterystyki Butterwortha. Oba kanały obsługuje ten sam generator zegarowy, a częstotliwość graniczna jest równa 0.01 częstotliwości zegara (ą0.5%).
Na wyjściu układu znajduje się kolejny filtr dolnoprze-psutowy. Pozi om sygnału zegarowego na wyjściu filtru z przełączanymi pojemnościami jest bardzo niski i wynosi około 50uV (w.skuteczna), co nie wymagałoby filtracji. Jednakże sygnał na wyjściu tego filtru ma kształt schodkowy, jak np. sygnał audio na wyjściu konwertera C/A. Zawartość wysokiej częstotliwości w sygnale wyjściowym filtru z przełączanymi pojemnościami nie musi być przyczyną kłopotów, ale na wszelki wypadek dobrze jest mocno ją wytłumić.
Schemat ideowy toru sygnałowego filtru przedstawiony został na rys.3. Ponieważ oba kanały są identyczne, omówiony zostanie wyłącznie kanał prawy. Układ ICl stanowi wejściowy wzmacniacz buforowy o im-pedancji wejściowej 5 0kQ, wynikającej z wartości rezystancji Rl i R2. Wzmacniacz ten steruje konwencjonalny aky-tywny filtr dolno-przepustowy trzeciego rzędu (nachylenie charakterystyki 18dB/okt.) o częstotliwości granicznej około 16kHz, zbudowany na wzmacniaczu IC2.
Układ IC3 to filtr z przełączanymi pojemnościami typu LTC1063CN8. Mimo że filtry z przełączanymi pojemnościami często są tzw. filtrami zmiennych stanu i umożliwiają uzyskanie różnych rodzajów charakterystyk, układ LTC1063CN8 - bez dodatkowych elementów aktywnych -może pracować wyłącznie jako filtr dolnoprzepustowy, co jednak w przewidywanym zastosowaniu nie stanowi ograniczenia. Układ wymaga niewielkiej liczby elementów zewnętrznych. Oprócz filtrów wejściowego i wyjściowego oraz generatora zegarowego potrzebne są rezystory R6, R7 i kondensator elektrolityczny C6. Zapewniają one polaryzację połową napięcia zasilania wyprowadzeń regulacji poziomu masy oraz wyjścia (wyprowadzenia 2 i 8).
Układ LTC1063CN8 został zaprojektowany z myślą o zastosowaniu w układach o symetrycznym napięciu zasilania, ale działa prawidłowo także wtedy, gdy zastosuje się asymetryczne zasilanie oraz układ tworzący masę sygnałową dla połowy napięcia zasilania. Regulacja stałego napięcia wyjściowego jest wykorzystywana tylko w układach działających od OHz, do dodania bądź usunięcia składowej stałej. W omawianym układzie potencjał podany na wejście tej regulacji jest równy połowie napięcia zasilania.
Wejście i wyjście IC3 zostało sprzężone stałoprądowo z pozostałą częścią układu - zresztą sprzężenie takie zastosowano w całym torze sygnału, z wyłączeniem wejścia i wyjścia sprzęgniętych pojemnościowo. Układ IC4 pełni rolę bufora wyjściowego i filtru dolnoprzepustowego, identycznego jak filtr poprzedzający układ IC3.
Układ taktujący
Układ LTC1063CN8 posiada wewnętrzny generator zegarowy wymagający podłączenia z zewnątrz tylko rezystora i kondensatora. Niestety, wewnętrzny generator pracuje z częstotliwościami do około 500kHz. Jeśli maksymalna częstotliwość odcięcia filtru ma wynosić 9-10kHz, a częstotliwość zegarowa winna być 100-krotnie od niej wyższa, to
Elektronika Praktyczna 3/97
11
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
s


S s,
s

\
\
\

.ffi -20 | -30 | -40
-50
-60
-70
1k 2k 3k 4k 6k 10k 20k
Częstotliwość (Hz)
Rys. 4. Charakterystyka częstotliwościowa filtru przy nastawie częstotliwości spadku o-ódB równej 5kHz.
maksymalna częstotliwość zegara powinna sięgać lMHz. W związku z tym jest wykorzystywany zewnętrzny generator zegarowy zbudowany na układzie IC5. Jest to układ PLL wykonany w technologii CMOS o niskim poborze mocy, w którym wykorzystuje się wyłącznie generator sterowany napięciem, a pozostałe bloki układu PLL nie są używane. Elementy Rll i Cli ustalają stałą czasową zegara. Potencjometr VRl i rezystor R12 dają napięcie sterujące układu IC5, umożliwiając regulację częstotliwości generatora w przedziale 300kHz do około 950kHz. Na wyjściu układu IC5 obecny jest sygnał prostokątny w standardzie CMOS, którym wy-sterowany zostaje układ LTC1063CN8.
Charakterystykę częstotliwościową filtru szumów płyty, przy nastawie dolnej częstotliwości granicznej około 5kHz (-6dB), przedstawia rys.4. Maksymalnie płaska charakterystyka zapewnia minimalne straty sygnału tuż poniżej częstotliwości granicznej, nato-
miast powyżej tej częstotliwości następuje szybki spadek charakterystyki, który wynosi 3 0dB/okt., co w sumie zapewnia bardzo dobre rezultaty.
Zasilacz
Układ wymaga zasilania dobrze odfiltrowanym i dość stabilnym napięciem +12V. Pobór prądu nie powinien przekraczać 60mA, a przeciętnie wynosi około 40mA. Można byłoby nawet zastosować zasilanie z baterii o dużej pojemności (8 ogniw HP7), ale zasilacz sieciowy jest rozwiązaniem bardziej rozsądnym.
Zalecane rozwiązanie układowe zasilacza przedstawia rys.5. Jest to konwencjonalny dwupo-łówkowy prostownik (Tl i Dl oraz D2) z niewielkim scalonym stabilizatorem napięcia +12V (IC10).
Do zasilania układu wystarczyłby zapewne transformator dostarczający prądu o natężeniu lOOmA, ale ze względu na wymagania dotyczące napięcia wejściowego stabilizatora lepiej jest zastosować nieco większy transformator. Mogą to być transformatory o parametrach 12Vx200mA do 12Vx250mA, a także 15Vxl00mA do 15Vxl66mA.
Odłączanie filtru
Strojony filtr szumów płyt został zaprojektowany z myślą o pracy przy poziomach sygnału sięgających 2V i przy rozsądnie wysokich poziomach nie wprowadzi znacznych szumów i zakłóceń. Gdyby jednak umieścić wzmacniacz w torze sygnału między przetwornikiem magnetycznym i przedwzmacniaczem, stosunek sygnał/szum będzie bardzo niekorzystny.
+12V
D.C. Wyjście
Filtr powinien zostać włączony między przedwzmacniacz RIAA a wzmacniacz mocy. Jeśli w posiadanym sprzęcie audio oba te moduły znajdują się w oddzielnych obudowach, nie będzie trudności z takim właśnie włączeniem filtru. Natomiast kombinowane zestawy przewdzmacniac z/wzmacniacz mocy najczęściej posiadają możliwość podłączenia zewnętrznego procesora dźwięku. Jeśli takiej możliwości nie ma, w większości przypadków pozostaje opcja "Tape Monitoring".
W każdym z tych przypadków wbudowany we wzmacniacz przełącznik powinien umożliwić wyłączenie filtru z toru sygnału w sytuacjach, gdy nie jest on potrzebny. Jeśli filtr umieszczony zostanie między znajdującymi się w oddzielnych obudowach przedwzmacniaczem i wzmacniaczem, może okazać się niezbędne wyposażenie go w czterobiegunowy przełącznik (rys.6).
Inny sposób wykorzystania urządzenia to wyposażenie go w wewnętrzny wzmacniacz i podłączenie do wejścia AUX wzmacniacza (lub innego wysokosygna-łowego wejścia). Wspomniany wcześniej przełącznik będzie potrzebny także w tym przypadku. Robert Penfold, EwPE
Artykuł publikujemy na podstawie umowy z redakcją miesięcznika "Everyday with Practi-cal Electronics".
EO
Rys. 5. Proponowane rozwiązanie zasilacza sieciowego układu.
12
Elektronika Praktyczna 3/97