IKA
Międzynarodowy magazyn elektroników hobbist
1/98 � styczeń � 5 zt 90 nr
PRZEDWZMACNIACZ UKF-Hil
PROSTOWNIK DO ŁADOWANI
JLATOROW SAM
MINIATUROWE INWERTERY NAPIĘCIA MODUŁOWY KOMPUTER EDUKACYJNY
TEST:
ZESTAW NARZĘDZIOW DLA PROCESORÓW
uli
STARTER KIT DLA

Prostownik do ładowania akumulatorów samochodowych
czaj rano, tuż przed wyjazdem do pracy. Lekarstwem na te problemy jest urzqdzenie przedstawione w arty-^ kule - prostownik dużej mocy o niewielkich rozi rach, które udało się uzyskać dzięki zastosowaniu
Elektroniczny termometr z czujnikiem PtlOO
Projekt nadesłany przez jednego z naszych Czytelników - jest to naprawdę ciekawe rozwiqzanie układowe! Str. 83.
Modułowy komputer edukacyjny
W drugiej
opis konstrukcji klawiatury współpracujq-cejzkompute-
wEP12/97,str. 49.
Prosty wzmacniacz telefoniczny
Wzmacniacz przydatny przede wszystkim osobom majqcym kłopoty ze słuchem,
ność działania (w oowiqzaniu z dobrym głośni-
Jq, Że
sst to
*.*
trakcyjna
propozycja dla osób potrzebujqcych wsparcia dla >go słuchu, str. 87.
Przedwzmacniacz UKF-UHF
dzo interesujqca
AR. Pomimo prostoty instrukcji, urzqdzenie t narakteryzujq dobre arametry. Str. 39.
Miniaturowe -4 inwertery napięcia
W pozwoli Ci uzyskać ' ujemne napięcie zasilania, bez konieczności
wanych przetwornic impulsowych, str. 67.
Ą Programowany zasilacz laboratoryjny
""" to druga i ostat-
część artykułu ezentujqcego instrukcję nowo-
Ą Stereofoniczny nadajnik UKF-FM
Opis tego urzqdzenia publikujemy tylko jako ciekawostkę - w praktyce


:jcych homologacji
/ pasmach częstotliwości
ić publicznq. Str. 81. Elektronika Praktyczna 1/98
A Narzędzia z Internetu
Dzięki Internetowi dostęp do informacji o nowych podzespołach jest
docenia także możliwość udostęp niania poprzez sieć prostych wersji narzędzi projektowych, które pozwalajq poznać ich możliwości. Na str, 27 i 2e prezentujemy dwa wybrane przykłady takiego oprog-
Sprzęt i
Tym razem w ^Teście" przedstawia
elektroników, które pojawiły się na naszym rynku w ostatnich mleslq-cach, str. 29.
IIKA
Nr 61
Spis treści rocznika 1997.........................................7
Świat hobby.............
Zasilacz laboratoryjny,,
Darmowa narzędzia z Internetu.............................
Elektroniczny modulator głosu...............................
PrzedwzmacniaczUKF-UHF.....................................
Prostownik do ładowania akumulatorów
sa moch od owych.....................................................
Modułowy komputer edukacyjny..........................
Mikroprocesorowy system edukacyjny, część 4 ,,
Miniaturowe inwertery napięcia ,, Trójtonowy gong drzwiowy...........
Nowe podzespoły..........................
Kurs
Komponent Delphi symulujqcy diody LED.........................73
Telewizja cyfrowa i standard MPEG2................................. 19
JTAG - światowy standard testowania, część 1 ...............75
Sieci o inteligencji rozproszonej - LonWorks, część 2........91
Prosty wzmacniacz telefoniczny.........................................87
Stereofoniczny nadajnik UKF-FM OIRT i CCIR.....................81
Elektroniczny termometr z czujnikiem PtlOO......................83
Info Świat..................................................................95
Info Kraj.....................................................................96
Forum.........................................................................89
Listy............................................................................98
Kramik+Rynek.........................................................99
Wykaz reklamodawców.....................................110
Ekspresowy Informator Elektroniczny.............111
Elektronika Praktyczna 1/98
NOTATN IK PRAKTYKA
Płytki drukowane w domu, część
Program za "grosik"
W bardzo już hi storycznych (EPl 1194) Współ elektronicy 'ŚU Wi
przedstawili my sposób rzadziej sto sują do zl
wykonyw inia płytek projekt owa r wodów d la o
drukowanych w warunkach lk nie-
domowych. Ponie vaż wiedza gdyś stan dardo- ...
ogromnym powodze iem wśród ślenia +-- H- -*�
Czytelników (rezer vy EPll/94 wzoru ście żek na c' i
już się praktycznie wyczerpały) rastrowane kalce 1 f "
postanowiliśmy do tematu technicznej lub ich
bardziej nowocze tując inne, ne metody ręcznego v nia bezpo irykleja- Śi, -
domowego produkow inia płytek nie "łatwle szyb-
o dob rej jakości. ciej i tanie
Zaczynamy od prezentacji za projektów ać płyt- -i. �_____I (4__ ...
tanich pro gramów do kę przy pomocy ^ 2
rysowania schematów specjalizo
i tworzenia projektó v obwodów programu CAD, które coi viej wolny h k ampute rach PC z pam ęc ą
dr ukowanych. legalnie zd obyć w naszyn kraji o rozm iarz 1MB do por rawne n e
Problem m na jaki na tykają się jest n ezbę dny tw ardy dy sk, wy star-
zazwyczaj projektanci, zwłasz cza wol a kart graficz na EG,= lub
amatorzy, j st cena takieg d oprogra- VGA oraz tania drukar ka igł owa.
mowania. Jak jednak Arykaż my Progra m n ożna q rucha rr iafi b zpo-
w dalszej c zęści artykułu, jeżeli się średni a "p od op eką" sy stemu ope-
dobrze pos uka można zr aleźfi cał- racyjn g� DOS lub w sesji DOS
kiem niezłe oprogramowa ie pra wie Windo 3.xx 1 ib 95.
za darmo! Po nim mini wym agań
EasyT ax c ferujs użytków nikow
Duże mo śliwości, m ale prawd ę du zliwości Przy jego
wymagania pomoc y m ożna wykonać płytk ie-
Najpro
bbHp m i przy tym najtań- J^ 'Ś;. ,' ' ,v .i
szym pro do projek obwodów c rukowa- ..... Ś"""" H
nych jest dobrze Ś
*' Ś� *iif znany Czyt elnikom
EP EasyTra x. Wer- 1 Ul ___
go prograr nuWajest eJl i
iMiiaiuiuiuiiuiiniin III dostępna n płycie i " i r" r
Rys. 1. CD-EPl. C zaletą Easy i 1 M ___
jego małe v irymaga-nku do \ .1- -
kóm^uterT na któ-
rym p ___d
W praktyce możli- ( MU r-
we jest tv projektów na do- Rys. 3
Elektronika Praktyczna 5/98
NOTATNIK PRAKTYKA
rstwowe (okno pra-i programu do edycji obwo-
. 1) z wykorzystaniem bogatej
na d rukarce łase rowej. Użytko' zać Się informa cja że w ersja pakietu
jących zapis g rafiki w form ptu- pin ÓW dostęp] �8 jest ZwTn terne^ie
post; ;cript (np. CorelDraw) n iogą (ad res i la końc :u a rtyku iłu), : znajdzie
SWOJi e projekty w ydrukować be zpo- się ona także na płyc ie CD-EP4.
średi lio na klisz y naświetlark Na rys. 2 pr2 :edsta iwion o okno
Największą wi idą EasyTraxa jest ed> 'tora schen mtó w z rozpi Dczętym
brak możliwości współpracy z edy- pro jekte :m pros tegc i filti ru W ' prawej
torer (i schematów -, co jest w ch wili czę okna t, vida ić k< mfigi irowany
obec nej jednym z podstawow 'ych prz żytkowi lika pasę *k na rzędzio-
wym ogów w stoi iunku do prc >gra- wy z ni ajczęści. ej v irykoi Śzysty wanymi
mów projektowy ch. Tak więc Ea- ele ment ami. Jego z; istosc iwanii e znacz-
syTn ix jest dosko inałym narzęd; ;iem nie upr Śas zeza i pr zyspi esza rysowa-
dla Ś wszystkich . elektroników, któ- nie sch ematu.
rzy potrafią sa
jektc sielnie pro iwać druk Ś YhVnnB rrńrr TUfiT imw -----^fflj
j
którym nie jest niezbędna weryfikacja listy połą-
jdują�
v bibliote<
jest także usuwanie elementów zbędnych lub rzadko wykorzystywanych. Po "zakamarkach" EasyTraxa pro-
którego możliwy jest Tania
iEdW.
nowoczesność
Znacznie bar-
py py g
dostęp do wszystkich opcji
nych z projektowaniem płytki, kon
figuracji programu, biblioteki ele j
mentów itp. Ruchem kursora na jest pakiet progra- -e~
ekranie można sterować przy porno- mów dla Windows Rys. ó.
szy. WinDraft i WinBoard, które są of
kć dk iłj lb dó
druko
drukarce igłowej lub Elfa. Występuje on w dwóch podsta-atu AutoTraxa wowych wersjach, różniących się między sobą na-
^^^^^^^^^^^^^^^~ producenta ogra
Na rys. 3 pokazane zostało okno programu pomocniczego nadającego
zastosowanym w projekcie. Przy po mocy programu WinDraft można tak-
syn nyc
ról vp rojektu -
200 i do 600
wy pr adzeń
Cen we rsji do
200 P inói � (kom-
plet 360 zł
o) jes t możli-
war lia pr zez dla
ami ito rów 'Ś a JeJ
wości są du-
��t�O O O
Elektronika Praktyczna 5/98
NOTATNIK PRAKTYKA
że wygenerować wykaz elementów, wykonać diagnostykę elektryczną projektu (tabela konfiguracyjna została przedstawiona na rys. 4) i proste wyliczenia statystyczne. Standardowo WinDraft jest wyposażony konwerter umożliwiający współpracę z OrCADem.
Po narysowaniu schematu i wykonaniu jego diagnostyki można wygenerować listę połączeń elektrycznych, która będzie stanowić materiał wejściowy dla programu WinBoard, który spełnia rolę edytora do projektowania obwodów drukowanych. Po wgraniu listy połączeń (wykonanej dla schematu filtru, którego schemat znajduje się na rys. 2) na planszy programu WinBoard widoczne są wszystkie elementy, które program rozmieścił w optymalny (jego zdaniem) sposób - rys. 5.
Po wgraniu listy połączeń można rozpocząć trasowanie ścieżek (rys. 6), w czym bardzo pomoce są dodatkowe linie wyświetlane przez program, które wskazują połączenia do wykonania.
Kolejnym etapem realizacji projektu jest wykonanie dokumentacji produkcyjnej (plik Gerber na foto-ploter, plik z opisem wierceń dla wiertarki numerycznej) lub wydruku. WinBoard jest wyposażony w wiele interfejsów CAM (ang. Computer Aided Manufacturing), które pozwalają zakwalifikować ten program do gatunku profesjonalnych.
Elastyczność prezentowanego pakietu podnosi fakt, że użytkownik każdej z jego wersji może samodzielnie tworzyć elementy biblioteczne (zarówno symbole graficzne dla edytora schematów, oraz rozmieszczenie wyprowadzeń i kształt obudowy - rys. 7).
Wadą najtańszej 100-pinowej wersji programu jest zgłaszający się czasami komunikat (rys. 8), który zmusza użytkownika nabierającego apetytu na zwiększenie rozmiaru tworzonego projektu do przemyślenia swoich zamiarów... Piotr Zbysiński, AVT
O tym, w jaki sposób wykonać płytki drukowane zaprojektowane przy pomocy prezentowanego oprog-
Rys. 8.
ramowania, opowiemy w czerwcowym numerze EP.
Oprogramowanie WinDraft oraz WinBoard prezentowane w artykule udostępniła redakcji firma Elfa.
Wersja pakietu WinDraft/Board z ograniczeniem do 100 pinów oraz dokumentacja do obydwu programów jest dostępna w Interencie, pod adresem; www.ivex.com. Będzie ona, wraz z kilkoma programami pomocniczymi, dostępna także na płycie CD-EP4.
Na płycie CD-EP4 znajdują się także wzory płytek do większości kitów serii AVT-xxx, wraz z programem umożliwiającym ich drukowanie na dowolnej drukarce (wymaga Windows 95).
Elektronika Praktyczna 5/98
25
PODZESPOŁY
Nowości Microchipa - mikrokontrolery PIC17C75X
Mikrokontrolery serii PIC firmy
Microchip szybko zdobyły
popularność i uznanie wśród
konstruktorów w naszym kraju.
Jedną z przyczyn popularności
była duża iiość dostępnych wersji
procesorów i bardzo szybki
rozwój całej rodziny.
W artykule prezentujemy
najnowsze procesory rodziny
PIC17, których możliwości są tak
duże, że zaspokoją wymagania
najbardziej złożonych aplikacji.
Siła nowych procesorów wynika przede wszystkim z ich bardzo bogatego wyposażenia wewnętrznego. O ile rdzeń jest typowy dla innych procesorów rodziny PIC 17 (RISC z architekturą Harvard, 16-poziomowy stos i kolejkowanie rozkazów), to rozbudowane peryferia stanowią prawdziwą gratkę dla programistów. Schemat blokowy wnętrza procesorów PIC17C752/ 6 przedstawiono na rys. 1.
Najciekawszym elementem jest sprzętowe wspomaganie mnożenia, dzięki któremu możliwe jest szybkie (w jednym takcie zegara) mnożenie dwóch liczb 8-bitowych. Operacje mnożenia są najczęściej stosowa-
RCO/ADO RC1/AD1 RC2/AD2 HC3/AD3 HC4/AD4 RC5/AD5 HC6/AD6 RC7/AD7
RD0/AD8 RD1/AD9 RD2/AD10 RD3/AD11 RD4/AD12 RDS/AD13 RD6MD14 RD7/AD15
RF0/AN4 RF1/AN5 RF2/AN6 RF3/AM7 RF4/AN8 HF5/AN9 RF6/AN1O RF7/AN11
HG0/AN3
RG1/AN2
RG2/AN1/Vref-
RG4/CAP3
R35/PWM3
fW3BMX2{DT2
RG77TX2/CK2
t t t t t t t t
Tlmarf) Tmw2 USART1 PWM1 PWM3 Csplura2 10-btt SSP
4 t t
ne podczas obróbki sygnałów analogowych. Dzięki zintegrowaniu w strukturze układu 10-bitowego przetwornika A/C z 12-wejściowym multiplekserem analogowym, pomiary sygnałów analogowych nie stanowią dla programisty większego problemu. Przetwarzanie C/A możliwe jest dzięki wbudowaniu w procesor trzykana-łowego modulatora PWM o programowanej (1..10 bitów) rozdzielczości.
Kolejną nowością zastosowaną w układach PIC17C752/6 są wysokonapięciowe wyjścia typu otwarty dren, które umożliwiają sterowanie obciążeń zasilanych napięciem do 12V, przy maksymalnym poborze prądu 60mA. W obudowie PLCC68 procesory udostępniają użytkownikowi aż 50 programowanych wejść/wyjść.
Projektanci firmy Microchip bardzo bogato wyposażyli nowe procesory w układy czasowe - dostępne są aż cztery programowalne timery-liczniki oraz timer wat-chdog z własnym generatorem RC (elementy te znajdują się we wnętrzu procesora).
Standardowym wyposażeniem wszystkich procesorów rodziny PIC17 jest port szeregowy USART. Dwa najnowsze układy są wyposażone w jeden dodatkowy interfejs tego typu, mają ponadto wbudowany synchroniczny port szeregowy SSP, który można skonfigurować do pracy w trybie SPI oraz I2C (także jako master systemu). Rzadko spotykaną w innych procesorach możliwością jest programowanie wewnętrznej pamięci programu EPROM poprzez złącze szeregowe, po zainstalowaniu procesora w systemie.
Kolejnymi nowościami zastosowanymi w prezentowanych procesorach są: wbudowany układ zerowania po włączeniu zasilania oraz kontroler napięcia zasilającego, który zapobiega błędnej pracy procesora po przekroczeniu dopuszczalnych granic zasilania (3..6V).
Tyle tytułem prezentacji najbardziej istotnych różnic i zalet nowych procesorów. Większość pozostałych właściwości jest zbliżona do starszych układów rodziny PIC17. Informacje katalogowe i noty aplikacyjne, znacznie dokładniej prezentujące nowe procesory można znaleźć w Internecie (adres poniżej). Andrzej Jopek
Więcej informacji nt. nowych procesorów firmy Microchip można znaleźć w Internecie, pod adresem: www. microchip.com.
Rys. 1.
26
Elektronika Praktyczna 5/98
wykorzystywane w pracowniach konstrukc
Przegląd narzędzi lutowniczych, .^
część 2 *fw
W druziei części Lutownice, które mie- kom zainteresowanym za- logia nieco starsza, lecz
dzięki nieustannei . .,-. ^c5- doskonaleniu technolog i produkcji coraz ba redakcji ne zarówno w pierwszej, " ' " Ś Ś Ś Ś
r._3z firmy jak i w drugiej części -----------,_ __t--------------- ---------------- r----------
dystrybucyjne. "Testu") są reprezenta- wania przez producentów wanego sprzętu zadbali " ' tywną próbką sprzętu lutownic nowoczesnych także o zdobycie c
w tej klasie cenowej, któ- grzałek ceramicznych, katów bezpieczeństwa, ych ry jest obecnie dostępny w których elementem które są uzna - grzejnym jest
k od Bardzo popularny
....._.....____,__,ą- wiązaniem są także "B". Tylko nie
się dystrybucją lu- grzałki wykonane z dru- część prezentc
townic, jednak sprzęt opi- tu o
profesjonalnych, jak sany w "Teście" pozwoli ne w korpusach
Lutownice standardowe, cd.
Goot MIC
napięciem 6 lub 12V (stałym lub zmiennym). Wyposa-ymienny grot, mocowany sprężystym fragmentem swojej obudowy. Opcjonalnie dostępne cztery typy grotów o różnych | kształtach i wielkościach końcówek lutowniczych.
Goot MCP-1S ^^v C
Lutownica przeznaczona do zasilania z akumulatora samo- ^^^^^^^ ^^^
chodowego 12V. Kabel zasilający zakończony jest wtykiem do >>^^
zapalniczki samochodowej. Moc ceramicznej grzałki wynosi 18W. -"^-
Na obudowę (rączkę) lutownicy standardowo nakładany jest kap- VQK
turek z tworzywa sztucznego, który ułatwia trzymanie lutownicy W
. r-i . Ś 11 1 1 ; 1 I
kę, mocowany nakrętką. Opcjonalnie dostępne groty o innych
_?, W chwili przystąpienia w pierwszej części prze- czaj dostępne są także gro- macje zamieszczonpL'
-&I Polski do Wspólnoty Euro- glądu, do lutownic przed- ty o podwyższonej trwa- "Teście" ułatwią Waifil,
�" Ś Ś Ś Ś Ś Ś �- Ś Ś Ś Ś Ś Ś Ś Ś Ś > ' Ś ystosowane do podjęcie decyzji o zakXv
ej pracy z du- pie wybranego modelu-Ł-.
Goot CXG-15-CE
średnio z sieci 220V. Moi
Lutownica zasilana bezpośrednio z sieci 220V. Moc cera- � micznej grzałki wynosi 15W. Grot wymienny, nakładany bez- i pośrednio na grzałkę, mocowany nakrętką. Opcjonalnie dostępne groty o innych kształtach i wymiarach. Na obudowie znajduje się nasadka z tworzywa sztucznego, ułatwiająca posługiwanie się lutownicą.
Goot CXG-25-CE
Lutownica zbliżona konstrukcyjnie do CXG-15-CE. Ceramicz- I na grzałka jest zasilana bezpośrednio z sieci 220V. Jej moc wynosi 25W. Grot wymienny, nakładany bezpośrednio na grzałkę, mocowany nakrętką. Opcjonalnie dostępne groty o innych kształtach i wymiarach. Na obudowie znajduje się nasadka |
Lutownica zbliżona konstrukcyjnie do CXG-15-CE. Ceramicz- I na grzałka jest zasilana bezpośrednio z sieci 220V. Jej moc wynosi 28W. Grot wymienny, o dużych wymiarach, nakładany bezpośrednio na grzałkę. Mocowany jest nakrętką. Opcjonalnie
Sprzęt do tostów (EP4/98 i S/981 udostępniły firmy: I Ambex - Weller, Weller Portasol
Uarszama, tel. {0-22) 668-66-88, lax: {0-22) 668-6Y-64
Elwik - Elwik
Warszawa, tel. 10-22} 846-31-87, fax: 10-22} 846-35-70
=- Labem - Weller, Weller Portasol
Marszawa, teUfax: (0-22) 844-01-57, t&l. (0-22) 646-27-99
. Bokar International - Goot
i id Bydgoszcz, tel./fax: [phone], tel. [phone], e-mail: [e-mail]
E Renex - DIC, Nakajima, Portasol
'-........../fax: [phone], ..... "
in.pl
INTERNET
Twój przyjaciel DAvE
go przyjaciela - DA- porty I/O, timery oraz po-Przygode. z DAvEm (rys. 5).
com/DAvE.hłml (rys. asemblera. Pliki te two-
1 rzą szablon dla całego
1 t rrnularza, którego wy- wykorzystać w dalszej
E F DMa z kopią DAvEa, wanych przez Siemen-
1 órych opisano raożli- vE został wyposażony RyS
przykładowe aplika- program wspomagający *"*1
1 DAvEa o procesory deklarować która rodzi- CT
I yadzone do produkcji na układów go intere- �
w ostatnich miesiącach. suje (8/16/32 bity) oraz
Po wypełnieniu i wysła- na jakich modułach 3B
odczekaniu ok. tygodnia na leży (rys. 6). Możliwe ^
my rozpocząć pracę z pro- pożądanych modułów, i uruchomieniu DAvE wite
z podpowiedziami progra- na (rys. 6) - jak wi-
mu) procesora dla którego dać prograr
r r r r
p ąy
przygotowujemy pr
jekt,
takŻE
Ś pomagające ustalić do wymagań projektan- p procesora. Następnie Kolejną, lecz nie
branego układu (rys. rów produkowanych
modułów. Na rys. 4 zarówno procesory po- ^^ ^^.z:
konfiguracyjne portu bardziej popularne
szeregowego USART, układy zintegrowane
Wszystkie przerwania z interfejsem CAN (ang.
towe udostępnio- Control Area Network). RYS- 6-
prosty sposób podłą-
h pri
mniej wprawnym programistom. "W podobny
ia je zdobyć (bezpfat--jod adresem:
DAvE.html.
Elektronika Praktyczna 5/98
SPRZĘT
Analizator stanów logicznych ASL-5016/32
JJawno JUZ nie prezentowaliśmy Analizator st
w "Sprzęcie" zaawansowanego logicznych Jest urządzenia pomiarowego, którego ',zą ,em ar zo konstrukcja powstała w naszym wn! cyfrowej! M
Analizator opisany w artykule i rejestracji w
jest przykładem na to, że krajowe l�^LLJJl
firmy elektroniczne nie poddają ? c^n io n ^'"o'
się "prozachodnim" trendom podczas urucha
zakupowym występującym wśród nia bardziej ro;
użytkowników i potrafią w swoich dowanych urząd
opracowaniach wykorzystać cy �wyc .
najnowocześniejsze elementy sc^^aJżności od
półprzewodnikowe. wersji wykonania, pozwala badać 16 lub 32 niezależne sygnały cyfrowe.
ty próbkowania można dostarczać z
liczba kanałów wejściowych 1 6 lub 32, próbkowania 50 lub 100MHz (ilość dostępnych
próbkowania 50MHz,
alny zakres napięć wejściowych
a -5,4 +5,4V,
p -15 t15V,
ii l/O. 1 BOh 1B3h,
stanów logicznych na wgjściu,
na płyto
Analizator jest dostępny na zamówień, w ofercie handlowej AVT. Cena wersji J kanałowej (ASL-5016) wynosi 990 zł nett wersji 32-kanałowej (ASL-5032) 1450 zł nett
Wszystkie analizowane sygnały są bufor.
dzięki c
giego kabl
lebylo Ś
tą pomiarową. Ogranie
p kabel łączący ad apt
instrukc|a obsługi (p
j^y,
wych zakończonych chwytak tkt
lojemnościpaso-
(probkowania] nawet do lOOMHz, Jak podaje producent pojemność pasożytnicza dodana przez analizator do badanego układu nie powinna przekroczyć 5pF, a rezystancja wejściowa wynosi ok. 200kQ.
ności 2048 słów) firmy IDT. Pracą karty za-Altera, dzięki którym "optycznie" analizator
obróbka możliwa jest dzięki dołączonemu do
(standardowo 1,4V], ilości opuszczonych pro-bek przed lub po wyzwoleniu, współczynnik skalowania wyświetlanego obrazu i częstotliwość próbkowania. Dostępne są także dwa
biegu, W przypadku wykorzystania zewnętr-lowanew próbkach, w przypadku wykorzys-
Elektronika Praktyczna 5/98
oscyloskop i komputer w jednym
złożonym i wszechstronnym przyrządem złącza sieci LAN. Oscyloskop standardowo nieodpłatnie firma Malkom Direct.
niezliczoną ilość funkcji staje się coraz jest odświeżany z szybkością niezauważalnie
włączenie bądź wyłączenie kanału jest oknach dialogowych. ^V celu lepszego
tacji i podręczników użytkowania oscylos- Windows S5 mechanizmy jak np.
kop u. Problemem staje się nie zagadnienie przeciągnij i upuść (drąg & drop].
większość' funkcji oscyloskopu nie jest zrealizowane przez przeciągnięcie
operacje, jak np, załączenie kanału, czy myszą obrysu
mechanicznie, w sposób intuicyjny, Sys- innych oscyloskopów tej klasy,
identyfikację przebiegów na ekranie, a kopie, funkcjach i metodach pomiarowych
ach oscyloskopu. przeszukiwania półki z zakurzonymi
były łatwo wywoływane. Realizacja tego bo akurat zapomniał jak... A nawet jak miał Rozbudowano również system wyzwalania
(anie interfejsu użytkownika
ych i
o Jak na razie "okienkowy" system pomocy w sygnale (glitch, pulse width), zadanego srodowlsKo grariczne pocnodzące z wyświetlań ej na ekranie oscyloskopu czasu narastania i opadania zbocza sygna-
j^^MmkmBmĘ^mm
Próbkowanie I Pamięć wowych funkcji matycznych na sygnałach (mogą to być
[Gs/sl | (ksłów) oscyloskopu (rys. 2). również złożenia funkcji i sygnałów) wy-
32 metry techniczne tym różniczkowanie, całkowanie i FFTJ,
j|--------- zebrano w tabeli, a Szczegóły konkursu na str. S.
PROJEKTY
Stacja lutownicza
kit AYT-420 n ^fe
Wyrafinowane rozwiązanie
układowe i nowoczesne
technologie wykorzystywane
we współczesnych lutownicach
są poważnym wyzwaniem dla
konstruktorów stacji
zasilających. W ańykule
przedstawiamy jedno
z możliwych rozwiązań
regulatora temperatury,
którego kostrukcja została
opańa na nowoczesnych
podzespołach renomowanych
firm.
Każdy elektronik, który uruchomił choćby kilka układów, wie jak ważną sprawą jest dobry montaż i pewne lutowanie. Na początku najważniejsze jest, aby układ zaczął działać. Jednak jeśli uda się uruchomić takie, byle jak poskładane "na sznurkach" urządzenie, szybko okazuje się, że wciąż coś się psuje i jest nie tak.
Często przyczyną niepopiaw-
grzane luty, których wykrycie zabiera mnóstwo czasu i kosztuje wiele nerwów. W końcu bardziej opłaca się złożyć od nowa i staranniej ten sam układ niż szukać złośliwej przerwy ujawniającej się przy byle puknięciu.
Może więc warto jeszcze raz przypomnieć, jak powinien wyglądać prawidłowy punkt lutowniczy na płytce drukowanej. Powinien być gładki, lśniący i srebrzysty. Cyny nie powinno być zbyt wiele, nie może tworzyć grudek ani "wąsów". Powierzchnia lutowania
przyczyną utraty kontaktu między nóżką elementu a ścieżką.
Przed lutowaniem należy także usunąć z wyprowadzeń elemen-
tów szary osad tlenków, które mogą działać jak izolator. Ich obecność nie pozwala cynie zwią-
i chociaż na zewnątrz lut wygląda bardzo dobrze połączenia elektrycznego nie ma lub jest złej jakości.
Żeby pewnie i estetycznie po-lutować montowane urządzenie, musimy mieć świeżą cynę, najlepiej z topnikiem w środku, w postaci kilku mikroskopijnych rdzeni. Stara, utleniona cyna, skutecznie uniemożliwi wykonanie dobrego lutu. Dlatego nadmierne zapasy stopu lutowniczego, latami
dobrym pomysłem. Oprócz cyny ważne jest także narzędzie, czyli odpowiednia lutownica. Dobra lu-
czubku grota (o wartości ok. 300�C).
Należy to powiedzieć od razu: wykonanie pewnego i piecyzyjne-
toiową lub 100-watowym olbrzymem nie jest możliwe. Najczęściej używa się lutownic z elektryczną grzałką o mocy od 25 do 50 watów. Jednak te proste i najtań-
Elektronika Praktyczna 5/98
Stacja lutownicza
OPTYMALNA
TEMPERATURA LUTOWANIA
NAGRZEWANIE
Rys. 1. Charakterystyki obrazujące zmiany temperatury grotów lutownicy.
sze lutownice pracujące w sposób ciągły, są obarczone poważnym mankamentem. Temperatura grota silnie zależy od warunków zewnętrznych, liczby bez przerwy wykonanych lutów, mocy grzałki, obszaru lutowanej powierzchni.
Na rys. 1 pokazano, jak temperatura grota lutownicy zmienia się w zależności od warunków zewnętrznych. Krzywa oznaczona numerem 1 dotyczy lutownicy o grzałce 40W pracującej w sposób ciągły. Widać wyraźnie, że po włączeniu i nagrzaniu się, temperatura grota nie używanej lutow-
nicy znacznie może przekroczyć obszar temperatur optymalnych. Pierwsze luty mogą być zatem przegrzane. Z kolei, po wykonaniu wielu punktów lutowniczych w jednej długiej serii lub podczas lutowania większych płaszczyzn, grot znacznie się wychładza i nasze luty mogą być zimne, czyli także nie zapewnią prawidłowego kontaktu elektrycznego. Najlepszym rozwiązaniem jest zastosowanie lutownicy z termoregulacją. Temperatura grota utrzymywana jest na zbliżonym poziomie poprzez okresowe włączania i wyłączanie grzałki.
Charakterystykę temperaturową takiej lutownicy pokazuje na rys. 1 krzywa oznaczona numerem 2. Kiedy temperatura grota osiąga górny pułap temperatur optymalnych grzałka jest wyłączana. Kiedy na skutek pracy grot zaczyna się wychładzać, grzałka zostaje
+5V
+5V
włączona. Dzięki temu temperatura stale oscyluje w przedziale temperatur najbardziej korzystnych dla lutowania.
Opis układu
Układ, którego schemat pokazany na rys. 2, służy do sterowania lutownic LR-20/21 firmy Weller lub podobnych, wyposażonych w czujnik temperatury o podobnej charakterystyce. Lutownice te mają grzałki o mocy 5 0W, zasilane napięciem zmiennym 24V z transformatora separującego od napięcia sieci.
Czujnikiem temperatury jest złącze platynowe zapewniające liniowy przyrost oporności wraz ze wzrostem temperatury. Na rys. 3 pokazano orientacyjną zależność oporności czujnika od temperatury na końcu grota. Zadaniem prezentowanego układu jest badanie stanu czujnika i takie sterowanie grzałką, aby temperatura na końcu grota była stała.
Do zasilania układu wykorzystywane jest napięcie zmienne 24V,
+5V
~24V
i r
Rys. 2. Schemat elektryczny układu.
I
+sv
Elektronika Praktyczna 5/98
35
Stacja lutownicza
T[ C]
Rezystancja [n]
Rys. 3. Charakterystyka czujnika temperatury.
z którego korzysta grzałka lutownicy. Napięcie to podawane jest na gniazdo JP2. Po wyprostowaniu przez diodę D12, na wyjściu stabilizatora U5 otrzymuje się napięcie +5V potrzebne do zasilania pozostałej części układu elektronicznego. Dla ochrony stabilizatora przed zbytnim nagrzewaniem, część mocy odkłada się na dwóch 1-watowych opornikach R6 i R7. Do zasilania układu nie można stosować napięcia z autotransformatora! Taki sposób zasilania układu może grozić jego zniszczeniem lub porażeniem użytkownika. Transformator nie tylko obniża napięcie, ale także oddziela układ od sieci energetycznej. Jego moc nie powinna być mniejsza od 50W.
Lutownica, w której obudowie zamontowana jest grzałka i czujnik temperatury, dołączana jest do układu poprzez gniazdo JPl. Czujnik temperatury wraz z rezystorem R5 tworzy dzielnik oporowy. Napięcie w punkcie JPl-1 wraz ze wzrostem temperatury będzie wzrastało liniowo. Pozostała część układu służy do wyboru żądanej temperatury i jej stabilizacji.
Po obejrzeniu schematu z rys. 2, wielu spośród Czytelników EP zada sobie z pewnością pytanie: czy dla realizacji tak prostego regulatora warto było stosować procesor? Rzeczywiście, układ można zbudować wykorzystując komparator, układy cyfrowe nis-
Tabela 1.
Położenie kodera Temperatura
1 110�C
2 135�C
3 175�C
4 200�C
5 220�C
6 245�C
7 265�C
8 300�C
9 360�C
10 390�C
kiej skali integracji i potencjometry. Jednak dużo łatwiej i pewniej można wykonać takie urządzenie przy pomocy sterownika procesorowego, którego cena jest bardzo przystępna. Dla kogoś, kto będzie wykonywał układ korzystając z oferty AVT, zaprogramowany procesor będzie takim samym elementem, jak każdy inny układ cyfrowy. Dla pozostałych Czytelników samodzielne napisanie programu może być ciekawym doświadczeniem.
Jak widać z wykresu na rys. 3, zmiany oporności czujnika platynowego w funkcji temperatury są niewielkie. Dla uzyskania lepszej rozdzielczości sygnał musi zostać wzmocniony około 2 razy przez wzmacniacz odwracający U2A. Do prawidłowej pracy wzmacniacz operacyjny potrzebuje sztucznego zera o wartości równej połowie napięcia zasilającego. Ten poziom napięciowy tworzony jest przez dzielnik Rl, R2 oraz wtórnik U2B.
Potencjometr PR2 służy do ustawiania wzmocnienia wzmacniacza U2A, a potencjometrem PRl przesuwa się napięcie wejściowe względem poziomu sztucznego zera VG.
Sygnał po wzmocnieniu podawany jest na wejście nieodwraca-jące wewnętrznego komparatora w procesorze Ul. Na wejście odwracające Ul-13 podawane jest napięcie odniesienia, różne w zależności od wybranej temperatury, która ma być utrzymywana na grocie lutownicy. Jeżeli sygnał z czujnika platynowego będzie miał poziom wyższy od napięcia odniesienia, wewnętrzny komparator procesora ustawiony zostanie w stanie wysokim. W tym momencie procesor poprzez optot-riak OPl spowoduje wyłączenie grzałki. Wychłodzenie grota zmieni stan wewnętrznego komparatora na przeciwny i grzałka zostanie włączona.
Napięcie odniesienia wytwarza elektroniczny potencjometr U3. Jest on programowany przez procesor po każdym wyborze nowej temperatury. Wyboru dokonuje się koderem dziesiętnym Kl. Ponieważ temperatur jest dziesięć, do zakodowania numeru wybranej temperatury potrzeba czterech bitów. Na symbolu kodera (na schemacie ideowym) bit najmłodszy
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
RL R2: 10kO
R3, R4: lOOkO
R5: 200O
Ró, R7: 130O/1W
R8, R9: 390O
PRl: 22kQ potencjometr
montażowy precyzyjny pionowy
PR2: 470ka potencjometr
montażowy precyzyjny pionowy
Kondensatory
CL C2: 47pF
C3, Có: 4,7^F
C4, C7: 47^F
C5: 1000|iF/40V
C8: lOOnF
Półprzewodniki
Ul: 89C2051 zaprogramowany
U2: TL082
U3: DS1267
U4: 74LS42
U5: 7805
DL D2, D3, D4, D5, Dó, D7, D8,
D9, D10, Dli: diody LED $3 lub
2x5 (3 żółte, 3 zielone, 5
czerwonych)
D12: 1N4007
OPl: TS216 optotriak (16A
250VAC)
Różne
Kl: koder dziesiętny
Xl: lMHz rezonator kwarcowy
oznaczony jest cyfrą 1, a najstarszy cyfrą 8. Procesor sterując dekoderem U4 zapala jedną z 10 diod LED odpowiadającą wybranej temperaturze.
Algorytm działania programu sterownika jest następujący. Najpierw badany jest stan kodera Kl. Jeżeli różni się od zapamiętanego poprzednio, układ potencjometru elektronicznego adresowany jest nową wartością napięcia odniesienia. Procesor zmienia stan wejść adresowych A-D dekodera U4, zapalając odpowiednią diodę LED. Następnie badany jest stan wewnętrznego komparatora. W zależności od sytuacji, wyjście P3.3 procesora otwiera lub zamyka optotriak OPl. Po ls sekwencja działań powtarza się.
Montaż i uruchomienie
Jednostronna płytka drukowana zaprojektowana została z myślą o plastykowym pudełku o wymiarach zewnętrznych 110x90x35mm. Przy takim rozwiązaniu, transfor-
36
Elektronika Praktyczna 5/98
Stacja lutownicza
mator separujący znajduje się na zewnątrz. Można oczywiście i układ i transformator zamontować we wspólnej, większej obudowie.
Płytka drukowana (rozmieszczenie elementów przedstawiono na rys. 4, a widok ścieżek znajduje się na wkładce wewnątrz numeru) może być przykręcona do górnej części obudowy. W takim przypadku diody LED i koder Kl muszą być montowane od strony ścieżek płytki. Najpierw trzeba w obudowie wywiercić wszystkie potrzebne otwory, a LED-y przylutować do płytki tylko jednym wyprowadzeniem. Składając ze sobą płytkę i obudowę poprzez naginanie diod, można skorygować ewentualne różnice położenia, powstałe podczas wiercenia otworów. Przylutowa-nie od razu obydwu wyprowadzeń diod LED utrudni korektę ich położenia. Do przy lutowania kodera Kl od strony ścieżek potrzebna będzie cienka cyna. Rozgrzewając lutownicą jego wyprowadzenia od strony elementów, z drugiej strony należy przyłożyć cynę w miejsce styku wyprowadzenia ze ścieżką. Kiedy po dotknięciu rozgrzanej nóżki cyna się stopi, połączy wyprowadzenie z punktem lutowniczym. Montując koder od strony ścieżek należy go włożyć w otwory ograniczone na płytce linią przerywaną.
Uruchomienie układu należy rozpocząć od sprawdzenia wartości napięcia VG na wyprowadzeniu U2B-7. Jego wartość powinna być równa połowie napięcia stabilizowanego +5V, z dokładnością do kilkunastu miliwoltów. Jeżeli takie napięcie jest na dzielniku Rl, R2, a wartość na wyjściu wtórnika różni się od podanej, to oznacza, że układ TL082 nie chce prawidłowo pracować przy tak niskim napięciu zasilania. Może tak się zdarzyć, jeśli zastosujemy niefir-mowe układy scalone. Egzempla-
I Bfl I
DPI
JP2
R6
D12
|OC8O
ooooooo
DOOOOOC
rze układu TL082 produkowane przez firmę SGS THOMSON sprawowały się bez zarzutu.
Następnie należy ustawić wzmocnienie układu U2A. Do tego celu potrzebne będą dwa oporniki lub potencjometry z ustawioną wartością 30Q i 60Q. Rezystory należy kolejno dołączać do styków 1 i 2 gniazda JPl. Po dołączeniu rezystora 30Q napięcie na wyjściu U2A powinno wynosić 4V, a dla 60Q powinno być równe 2V. Regulacji dokonuje się potencjometrami PR1 i PR2. pyS ą Rozmieszczenie elementów na płytce Najlepiej na począt- drukowanej, ku ustawić suwak
oo oo
xi
PR2 w położeniu środkowym, a regulację wstępną dokonać PRl. Potem, dołączając na przemian oba rezystory, skorygować potencjometrami poziomy napięć na U2A-1. Wreszcie należy sprawdzić czy zmiana ustawienia kodera powoduje zapalanie się kolejnych diod.
Lutownicę najlepiej dołączyć do układu przy pomocy oryginalnego wtyku i gniazda, jednak równie dobrze można to zrobić przy pomocy gniazda DIN i wtyczki z pięcioma złączami. Gniazdo musi być nowe i dobrze kontaktować z bolcami wtyczki. Jest to ważne ze względu na duży prąd płynący w obwodzie grzałki. Wyprowadzenia platynowego czujnika temperatury należy połączyć ze stykami JPl-1, 2, a wyprowadzenia grzałki z JPl-3, 4. Wyprowadzenia czujnika można rozpoznać po tym, że oporność jest dużo mniejsza od oporności grzałki.
W tab. 1 znajduje się zestawienie przybliżonych temperatur grota, odpowiadających poszczególnym nastawom kodera.
Po włączeniu zimnej lutownicy jest ona nieprzerwanie nagrzewana do osiągnięcia ok. 3/4 wartości żądanej temperatury. Potem grzanie przebiega impulsowo z częstotliwością lHz. Po osiągnięciu zadanej temperatury grzałka zostanie wyłączona. Włączenie grzałki sygnalizowane świeceniem diody Dli następuje, gdy grot zbytnio się ochłodzi. Wahania temperatury grota powinny być mniejsze niż 15�C. Czas nagrzewania lutownicy od temperatury pokojowej do 390�C jest krótszy niż 60s. Pobór prądu prawidłowo działającego układu dla napięcia +5V wynosi ok. 75mA. Z tego powodu stabilizator może pracować bez radia-tora lub z radiatorem o niewielkiej powierzchni. Ryszard Szymaniak, AVT
Elektronika Praktyczna 5/98
37
PROJEKTY
Zasilacz do żarówek halogenowych
kit AVT-394
Prezentowany zasilacz jest
specjalizowanym układem
przystosowanym do zasilania
żarówek halogenowych
o łącznej mocy zawierającej
się pomiędzy 20 a 100W. To
proste w konstrukcja i łatwe
w uruchomieniu urządzenie
w wielu przypadkach może
okazać się konkurencyjne
w stosunku do zwykłego
transformatora sieciowego.
Aby transformator elektroniczny był konkurencyjny w stosunku do rozwiązania klasycznego, nie może być drogi. Dlatego opisywany układ elektroniczny jest niezwykle prosty, zastosowane zostały popularne i łatwe do kupienia elementy. Mimo tych ograniczeń układ jest gabarytowo mniejszy od równoważnego transformatora to-roidalnego o mocy 100W i prawie dwukrotnie lżejszy. Również sprawność zasilacza elektronicznego jest znacząco wyższa od transformatora klasycznego. Z uwagi na wysoką częstotliwość pracy, układ jest praktycznie bezgłośny, co czasem może się okazać bardzo ważne. Zakłócenia elektromagnetyczne wnoszone z powodu impulsowej pracy urządzenia są wyższe niż w przypadku rozwiązań klasycznych, aby wskutek wbudowania w układ dość skutecznego filtru przeciwzakłóceniowego nie powinny przekraczać poziomu dopuszczalnego przez normy.
Opis układu
Schemat elektryczny urządzenia przedstawiono na rys. 1. Na wejściu zasilacza umieszczony został typowy układ filtru przeciwzakłóceniowego. Tworzą go kon-
densatory Cl i C2 oraz dwuuzwo-jeniowy, skompensowany prądowo dławik DLl. Rezystor Rl zapobiega porażeniu prądem przy dotknięciu zacisków wejściowych po wyłączeniu układu z sieci. Równolegle do Rl można włączyć warystor Vi, co zabezpieczy układ zasilacza przed ewentualnymi pr z epi ę ciam i p o j a wi a j ą cy mi si ę w sieci energetycznej. Odfiltiowa-ne napięcie sieci jest prostowane w mostku Ml i zasila układ falownika.
Ponieważ bezwładność cieplna żarówki halogenowej jest duża, w tym zastosowaniu nie ma potrzeby filtracji wyprostowanego napięcia - falownik zasilany jest więc bezpośrednio napięciem pulsującym, a sam układ elektroniczny jest prostszy i tańszy. Brak kondensatora filtrującego pozwala również zapomnieć o wielu innych problemach, jak na przykład konieczność ograniczania impulsu prądu w momencie włączenia do sieci, powolny start układu czy nawet niska wartość współczynnika mocy.
Przetworzenie napięcia sieci w przebieg szybkozmienny następuje w układzie falownika pół-mostkowego (ang. half bridge). Część aktywną mostka tworzą
Elektronika Praktyczna 5/9S
Zasilacz do żarówek halogenowych
Schemat elektryczny zasilacza
tranzystory Tl i T2 pracujące jako klucze, część pasywną tworzą kondensatory C3 i C4, dodatkowo zbocznikowane rezystorami RlO i Rll wyrównującymi na nich napięcie po włączeniu układu do sieci. W odróżnieniu od innych topologii zasilaczy impulsowych, układ półmostkowy ma w tym zastosowaniu szereg zalet, min. niewielką wrażliwość na rozrzut parametrów użytych elementów oraz niewielkie wymagania napięciowe w stosunku do użytych tranzystorów kluczujących.
Diody Dl i D2 zabezpieczają klucze przez odwrotną polaryzacją, zaś umieszczony w emiterze tranzystora T2 rezystor R5 dostarcza napięcia, proporcjonalnego do prądu płynącego przez żarówkę, będącego informacją dla układu zabezpieczającego przed zwarciem zacisków wyjściowych. Dla zachowania symetrii mostka, analogiczny rezystor włączony został w obwód emitera Tl.
Podstawowym elementem falownika jest transformator Tr2. Zawiera on trzy uzwojenia: dwa sym e tiy c zn e uzw oj eni a w tórne B i C zasilające obwody bazowe kluczy Tl i T2 oraz uzwojenie pierwotne A włączone szeregowo z obciążeniem falownika. Dwójni-ki R2, C5 i R4, C6 dopasowują impedancyjnie tranzystory Tl i T2
do transformatora, przyspieszają także ich zataczanie. Prawidłowe działanie oscylatora wymaga, aby prąd przepływający przez uzwojenie wtórne doprowadzał rdzeń oscylatora do stanu nasycenia. Wynika z tego, iż użyta do budowy Tr2 kształtka ferrytowa powinna być wykonana z materiału magnetycznego o dużej przenikal-ności (stała Al=2000..6000) i powinna mieć jak najmniejsze rozmiary. Oczywiście nie można przesadzać - za mały rdzeń nie będzie w stanie przenieść mocy wymaganej do skutecznego przerzucania kluczy lub też uzwajanie takiego transformatora będzie wy-j ą tko w o trudne.
Jeśli chodzi o kształt, to zdecydowanie najlepsze do takich zastosowań są rdzenie toroidalne. Oprócz samych zalet mają tylko jedną wadę: do nawijania na nich uzwojeń w warunkach amatorskich trzeba mieć "świętą" cierpliwość i duże zdolności manualne.
Zastosowane rozwiązanie falownika jest wysoce tolerancyjne na rozrzut parametrów transformatora Tr2 w porównaniu, na przykład, do na przykład układu sterowania świetlówką. W przypadku żarówki halogenowej jest obojętne, czy układ pracuje z częstotliwością 20 czy 25 kHz, a to
właśnie parametry Tr2 przede wszystkim decydują o częstotliwości pracy układu. Dlatego zdecydowałem się wyjść naprzeciw upodobaniom tych Czytelników, którzy nie cierpią nawijania cewek i zastąpiłem nawijanie szyciem! Liczę w ten sposób, że nawet jeśli, drogi Czytelniku, przez przypadek szyć też nie lubisz, to pomoże ci ktoś z bliskich.
W opisywanym układzie toroi-dalny rdzeń transformatora Tr2 przykleja się do płytki drukowanej (rys. 2), wewnątrz kształtki wywiercone są spore otwory, przez które przewleka się drut. Sposób nawijania przypomina więc prostą czynność - przyszywanie guzika. Oczywiście, w takiej metodzie drut nawojowy opa-sowuje oprócz rdzenia również fragment laminatu. Przeprowadzone próby pokazały, iż nie ma to negatywnego wpływu na działanie falownika.
Tranzystory Tl i T2 przewodzą na przemian, a typowa częstotli-
ntati �cy lutom
5
Rys. 2. Sposób wykonania transformatora TR2.
40
Elektronika Praktyczna 5/98
Zasilacz do żarówek halogenowych
Rys. 3. Kształt przebiegu napięcia na wyjściu przetwornicy.
wość oscylacji, dla podanych na końcu artykułu wartości elementów, wynosi około 22 kHz. Napięcie na kolektorze T2 ma postać fali prostokątnej zawierającej się pomiędzy zerem, a pełnym napięciem zasilania. Z uwagi na wspomniany brak kondensatora filtrującego, ta szybkozmienna fala prostokątna jest modulowana amplitudowo napięciem sieci (rys. 3).
Ze względu na to, że napięcie zasilające układ zanika co każdą połówkę sinus oidy, konieczne jest każdorazowe zainicjowanie pracy falownika. W układzie startowym pracują rezystory R8 i R6 oraz diak DI i kondensator C7. W miarę jak narasta napięcie zasilające układ, rośnie również napięcie na C7. W chwili, gdy osiągnie ono próg przełączania diaka (2O..35V w zależności od typu), zaczyna on przewodzić i kondensator C7 błyskawicznie rozładowuje się poprzez złącze BE tranzystora T2, inicjując pracę falownika. Pracujący układ nie potrzebuje dalszego pobudzania, dlatego umieszczona została dioda D4. Tłumi ona narastanie napięcia na C7 dopóki falownik pracuje.
Naładowanie C7 do napięcia przełączania diaka wymaga nieco czasu. W tym czasie falownik nie pracuje, co jest zjawiskiem raczej niekorzystnym, gdyż nagłe włączenie się układu przy sporym napięciu powoduje niepotrzebne skoki prądu i zakłócenia. Im zatem napięcie przełączania diaka jest mniejsze i mniejsza jest stała czasu obwodu R8, C7, tym lepiej. Z drugiej strony, im większa wartość R8 tym mniejsze są straty mocy. Mała wartość pojemności C7 może nie zgromadzić dostatecznej energii potrzebnej do inicjacji falownika, jak to zwykle bywa podczas doboru elementów. Niezbędny jest kompromis.
Regulując wartość stałej czasu obwodu R8, C7 można minimalnie wpływać na jasność świecenia żarówki (ą10% maksymalnie według mojej oceny), co czasem może być przydatne. Należy jednak z całą stanowczością stwierdzić, iż nie jest to metoda prawdziwej regulacji jasności świecenia i ten układ nie ma możliwości płynnej regulacji. Prostota układu elektronicznego może kusić niektóre osoby do innego wykorzystania falownika niż zasilacz do żarówki. Niestety z jego pomocą nie uda się też zbudować żadnego zasilacza czy ładowarki. Szkoda czasu, nie tędy droga!
Napięcie wyjściowe falownika podawane jest na transformator Trl. Jego zadaniem jest dopasowanie niskiej rezystancji żarówki halogenowej do wysokiej rezystancji wyjściowej falownika. Mimo impulsowego charakteru jest to po prostu transformator impe-dancji. Z uwagi na wysoką częstotliwość pracy ma on jednak małe rozmiary i jest lekki.
Zabezpieczenia
Zasilacz powinien być odporny na wszelkie zdarzenia jakie mogą powstać podczas normalnej eksploatacji: zwarcie zacisków wyjściowych lub pracę bez obciążenia. W układzie modelowym przerwa w obwodzie wtórnym spowodowana przepaleniem się żarówki powoduje zanik drgań i wyłączenie się zasilacza. Dzieje się tak dlatego, że w tym przypadku falownik obciążony jest jedynie dużą indukcyjnością (ok. 15 mH) uzwojenia pierwotnego transformatora Trl i płynie przez niego niewielki prąd magnesujący rdzeń (poniżej 0,15A). Tak mały prąd, przepływający przez uzwojenie pierwotne (A), nie jest w stanie nasycić rdzenia oscylatora Tr2, a jest to jeden z warunków podtrzymania drgań. Zasilacz jest zatem odporny na pracę bez obciążenia. Efektem ubocznym tego zjawiska może być "niechęć" układu do pracy z żarówkami małej mocy, to jest poniżej 20W.
Zwarcie wyjścia lub przeciążenie powoduje z kolei istotny
wzrost prądu płynącego przez tranzystory kluczujące. Na rezystorze R5 powstaje napięcie o wartości proporcjonalnej do obciążenia układu i steruje ono tranzystorem T3. Przeciążenie powoduje jego odetkanie, zwarcie kondensatora C7 i wygaszenie impulsów startowych. Kondensator C8 wraz z obwodem ładowania D3 i R9 zapewnia odpowiednio duże opóźnienie czasowe po jakim układ będzie próbował znowu się uruchomić.
Transformator wyjściowy
Został on wykonany w oparciu o, chyba najpopularniejszą, kształtkę ETD34 z materiału F807 Pol-feru, bez szczeliny powietrznej. Gdy zależy nam na zminimalizowaniu strat mocy, a jesteśmy w stanie ponieść wyższe koszty, bez żadnych zmian można użyć rdzenia wykonanego z materiału 3F3 (Philips). Na początku dobra wiadomość: w odróżnieniu od cewki oscylatora, tutaj układ początków i końcówek uzwojeń nie ma żadnego znaczenia.
Jako pierwsze nawija się uzwojenie wtórne. Liczy ono 8 zwojów drutu o średnicy l,8..2mm. Jest to dość gruby drut, który ciężko się zgina i dlatego warto w pewien sposób ułatwić sobie pracę. Przede wszystkim nie należy silić się na lutowanie końców do cienkich nóżek karkasu. O wiele lepiej jest nóżki te obciąć lub wyrwać zaś przewód poprowadzić poprzez szczelinę pomiędzy nóżkami karkasu odpowiednio go wyginając, aby przypominał brakujące wyprowadzenie (rys. 4). Z drugiej
Rys. 4. Sposób nawinięcia transformatora TRI.
Elektronika Praktyczna 5/98
41
Zasilacz do żarówek halogenowych
Rys. 5. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej.
strony drut najlepiej jest wyprowadzić na zewnątrz poprzez uprzednio wywiercony w karkasie otwór, następnie należy go zagiąć i uformować końcówkę identycznie jak początek.
Gotowe uzwojenie należy porządnie zaizolować taśmą styrof-leksową, teflonową, preszpanem lub innym materiałem odpornym na podwyższoną temperaturę. Miejsca w oknie rdzenia jest sporo, więc izolacji nie należy żałować, tym bardziej, iż jej jakość i odporność bezpośrednio decyduje o bezpieczeństwie zasilacza. Ten nadmiar wolnego miejsca umożliwia również nawinięcie uzwojenia wtórnego nie pojedynczym drutem, ale kilkoma cienkimi przewodami jednocześnie. Ważne jest tylko, aby łączny przekrój uzwojenia zawierał się w przedziale 2..2,5 mm2 - mogą więc to być 4 druty 0,8mm. Uzwojenie wtórne podłącza się do końcówek 1-2-3 i 4-5-6.
Uzwojenie pierwotne nawija się jako drugie. Liczy ono 70 zwojów drutu o średnicy 0,3..0,4 mm. Nawijamy je w 3..4 warstwach, przedzielonych oczywiście izolacją. Gdy zależy nam na dokładnym dobraniu napięcia wyjściowego, można nawinąć początkowo o 10 zwojów więcej, później prowizorycznie złożyć rdzeń, sprawdzić napięcie i ewentualnie kilka odwinąć. Można też wykonać jeden, dwa odczepy, np. na 65 i 70 zwoju, a koniec na 80. Końce uzwojeń lutuje się do skrajnych wyprowadzeń karkasu
(8 i 14). Do sprawdzenia rdzeń można ścisnąć poprzez owinięcie go taśmą klejącą, gotowy element trzeba solidnie skleić żywicą epoksydową.
Montaż
i uruchomienie
Montaż układu należy rozpocząć od przyklejenia szybkoschną-cym klejem (np. Super Atak, itp.) rdzenia os-cylatora do płytki drukowanej. Następnie przygotowujemy dwa odcinki po 25 cm ky-naru lub innego cienkiego przewodu w izolacji i jeden o długości 10 cm. Uzwojenia nawija się kolejno
1 w taki sam sposób, lutując początek drutu do płytki i dalej ciasno przewlekając drut przez otwory. Ich średnica została tak dobrana, aby nie trzeba było zwracać uwagi na staranne układanie kolejnych zwojów - wystarczy naciągać przewlekany drut, a sam się ułoży. Uzwojenia wtórne B i C liczą sobie po 8 zwojów, uzwojenie pierwotne (A) to tylko
2 zwoje.
Po pomyślnym nawinięciu os-cylatora montujemy pozostałe elementy według typowych reguł na płytce, której rozkład ścieżek przedstawiono na wkładce, a rozmieszczenie elementów na rys. 5.
Poprawnie zmontowany z dobrych elementów układ działa od pierwszego włączenia. Jeśli posiadamy miernik z funkcją True RMS, można dokonać kontroli napięcia wyjściowego i ewentualnej korekcji. Praktyka pokazuje jednak, iż niewielkie różnice nie mają żadnego znaczenia.
Gdy zasilacz milczy, trzeba skontrolować prawidłowość działania układu startowego (zmienne napięcie na C7, szpilkowe impulsy napięcia na rezystorze R6), napięcie stałe na kolektorze tranzystora T2 (wynosi ono około 150V, gdy układ "milczy") oraz poprawność podłączenia początków i końców uzwojeń w oscylatorze wraz z kierunkami nawijania.
Mówienie o początkach i końcach uzwojeń ma sens tylko wtedy, gdy zachowany jest jednako-
wy kierunek nawijania, należy więc zachować czujność. Dla ułatwienia, punkty lutownicze dla uzwojeń Tr2 mają kółkami zaznaczone końcówki do których należy podłączyć początki uzwojeń. Z uwagi na generowane przez zasilacz zakłócenia warto jest zamknąć płytkę drukowaną w metalowej obudowie. Ponieważ maksymalna moc obciążenia sięga 100W (ponad 8A), należy zadbać o pewne podłączenie żarówek do zasilacza i użycie o przewodu przekroju min. 2mm2. Robert Magdziak. AVT
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl: 1MQ, 0,25W
R2, R4: 4,7Q, 0,125W
R3, R5: 1,8Q, 0,5W
R6: 18Q, 0,125W
R7: lka 0,125W
R8: 330kQ, 0,5W
R9: 10kO, 0,125W
RIO, Rl 1: 330kQ, 0,25W
Kondensatory
Cl: 220nF/400V typ KMP-10
C2: 10nF/400V
C3, C4: 470nF/250V typ KMP-30
C5, Có: 2,2nF/63V ceramiczny
C7: 10nF/100V
C8: 33|iF/10V
Półprzewodniki
Tl, T2: MJE13005 lub odpowiedniki
T3: BC548B
Ml: mostek okrągły 1A/4OOV
Dl, D2, D4: BA159
D3: 1N4148
Dl: diak na możliwie niskie
napięcie pracy (24..30V) lub
dynistor, np. DB3C548 (Thomson)
Różne
Trl: transformator impulsowy na
rdzeniu ETD34 (F807) Polfer bez
szczeliny powietrznej i karkas.
Uzwojenia według opisu w tekście
Tr2: oscylator na rdzeniu
pierścieniowym RP12.5x7.5x4.8
z materiału F2001, uzwojenie
według opisu w tekście
Fl: bezpiecznik zwłoczny 1A/25OV
i oprawka do druku
DLI: dławik przeciwzakłóceniowy
DpsU21L21 (Polfer)
VI: warystor 250V (opcja) np.
S10K275 (Siemens)
Radiatory dla tranzystorów Tl i T2
złączki ARK: jedno czterogniazdo-
we o rastrze 5 mm i jedno
dwugniazdowe o rastrze 7,5 mm
42
Elektronika Praktyczna 5/98
PROJEKTY
Regulator obrotów silnika 220V
kit AVT-422
Problem regulacji obrotów
silników elektrycznych
doczekał się licznych
rozwiązań, lecz nadal
otrzymujemy wiele listów z
prośbami, aby powrócić do
tego tematu.
Przedstawiamy więc kolejny
projekt regulatora fazowego,
którego konstrukcja jest
opańa na układzie U2008B
firmy Temic.
Uwaga!
Opisany układ przeznaczony jest do regulacji prędkości obrotowej silników komutatorowych zasilanych napięciem sieci 220V, zwłaszcza do elektronarzędzi (np. wiertarka).
Układ nie nadaje się do regulacji silników prądu stałego, silników bez-komutatorowych prądu zmiennego różnego typu, ani do silników trójfazowych.
Układ nadaje się do fazowej regulacji mocy odbiorników innych niż silniki (np. grzałki), ale w takich zastosowaniach nie są wykorzystane specyficzne cechy użytego specjalizowanego układu scalonego, a ponadto niepotrzebnie generowane są zakłócenia związane ze sterowaniem fazowym. Do regulacji mocy grzania lepiej zastosować sterowanie grupowe, a nie fazowe.
Do wykonania opisanego regulatora w wersji podstawowej nie jest konieczna ani wiedza o silnikach, ani pełne poznanie właściwości użytego układu scalonego. Wystarczy zmontować i uruchomić układ według podanych wskazówek.
Wyczerpujące informacje o układzie scalonym, zawarte w pierwszej części artykułu, są przeznaczone dla Czytelników zaawansowanych, którzy zechcą przeprowadzić eksperymenty i wykorzystać wszystkie właściwości użytego układu scalonego.
Wielu elektroników jest zainteresowanych budową regulatorów obrotów różnorodnych silników elektrycznych.
Najprostsze są układy regulacji obrotów silników prądu stałego. Natomiast samodzielna budowa regulatora obrotów dla silnika trójfazowego jest bardzo trudnym zadaniem i na pewno nie powinni się za to zabierać początkujący elektronicy. Pozostają jeszcze jednofazowe silniki prądu zmiennego. Występuje kilka rodzajów takich silników.
W tym miejscu należy przypomnieć, że nie wszystkie silniki jednofazowe dają się regulować przez zmianę wartości napięcia zasilającego. Początkującym elektrykom i elektronikom często wydaje się, że co jak co, ale zmniejszenie napięcia na pewno zmniejszy obroty każdego silnika. Rozumują następująco: jeśli przy pełnym napięciu uzyskuje się prędkość nominalną, a przy braku napięcia prędkość zerową, to na pewno istnieje takie napięcie, przy którym uzyska się prędkość równą powiedzmy połowie prędkości nominalnej.
Błąd tego rozumowania tkwi w nieuwzględnieniu faktu, że prędkość obrotowa niektórych silników wyznaczona jest nie przez wartość napięcia, tylko przez częstotliwość przebiegu zasilającego. W przypadku takich silników zmniejszanie napięcia owszem, obniży w pewnych warunkach prędkość obrotową, ale moc oraz mo-
ment obrotowy spadną przy tym do katastrofalnie małej wartości. Listy nadchodzące do redakcji świadczą, że wiele osób nie zdaje sobie sprawy z tego faktu, a potem dziwi się, że jakiś silnik prądu zmiennego nie daje się regulować za pomocą układu, który dobrze reguluje obroty ręcznej wiertarki.
Należy więc jeszcze raz wyraźnie podkreślić, że regulacja prędkości obrotowej przez zmianę napięcia zasilającego może być przeprowadzana tylko w niektórych silnikach - konkretnie w silnikach komutatorowych, a nie zda egzaminu w przypadku innego rodzaju jednofazowych silników prądu zmiennego.
Podstawowe dane układu scalonego U2008B
Regulator zawiera nowoczesny układ scalony U2008 produkcji firmy Telefunken (wchodzącej w skład koncernu Temic). Kostki U2008 nie należy mylić ze znaną wcześniej kostką U208, która również miała podobne zastosowanie, ale nie miała kilku możliwości, dostępnych wyłącznie w nowszym układzie U2008. Oba wymienione układy wywodzą się ze znanej od lat kostki TEA1007, która również służy do fazowej regulacji mocy. Wspomniane trzy układy scalone mają po osiem nóżek, ale nie są wzajemnie wymienne. Na rynku dostępnych jest jeszcze kilka podobnych układów do fazowej regulacji prędkości obrotowej silni-
Elektronika Praktyczna 5/9S
43
Regulator obrotów silnika 220V
obwód synchronizacji
+Uzaa (12V)
obciążanie!
komparator
układ
1ormu|ący Impulsy
JL
~220V
przebieg
napięcia
U:b,c*
przebieg napięcia na kondensatorze
napięcie na suwaku potene|ometru
Rys. 1. Ogólna zasada regulacji fazowej.
ków (oraz regulacji mocy innych odbiorników), na przykład U209, U210, U211 czy U2010. W niniejszym artykule wyczerpująco opisano właściwości i sposób wykorzystania układu U2008. Ogólna zasada działania układu regulacji fazowej zilustrowana jest na rys. 1.
W momencie, gdy chwilowa wartość napięcia sieci energetycznej wynosi zero, kondensator C2 jest na pewno rozładowany. Po rozpoczęciu każdego półokresu przebiegu napięcia sieci kondensator ten jest ładowany prądem o stałej wartości. Napięcie na kondensatorze rośnie liniowo, a następnie kondensator jest rozładowywany. W momencie rozładowa-
nia kondensatora blok wyjściowy wytwarza impuls, który podany na bramkę triaka otwiera go, umożliwiając przepływ prądu obciążenia.
Napięcie na kondensatorze ma kształt impulsów piłokształtnych, czyli podobnych do zębów piły. Należy zauważyć, że kondensator jest rozładowywany nie w momencie przejścia napięcia sieci przez zero, ale wcześniej, dokładnie w chwili, gdy napięcie na kondensatorze C (rys. 1) zrówna się z napięciem na suwaku potencjometru. Regulując to napięcie można więc zmieniać opóźnienie impulsów wyzwalających triak w stosunku do momentu przejścia napięcia sieci przez zero, a tym samym regulować wartość skuteczną napięcia zasilającego obciążenie, a więc i prąd obciążenia.
Na rys. 2 pokazano blokowy schemat wewnętrzny i podstawową aplikację kostki U2008. Układ scalony U2008 zawiera blok zasilania, którego napięcie wyjściowe wynosi 14,5..16,5V. Takie też jest napięcie zasilające układy wewnętrzne kostki. Napięcie to jest dostępne na nóżkach 4 i 5.
Jak się łatwo domyślić, nóżka 7 to wejście synchronizujące pracę układu z napięciem sieci. Rzeczywiście, obwód ten wykrywa moment przejścia napięcia sieci przez zero i zeruje wtedy wszystkie wewnętrzne bloki układu.
Należy zauważyć, że masą (elektrodą wspólną, punktem odniesienia) jest nóżka 4, natomiast napięcie zasilające (na nóżce 5) jest ujemne w stosunku do masy. Takie rozwiązanie wynika wprost z pewnych właściwości triaka. Mianowicie triak może być wyzwalany impulsami zarówno dodatnimi, jak i ujemnymi. Jednak większą czułość wyzwalania osiąga się przy impulsach ujemnych - stąd korzystne jest ujemne napięcie zasilające.
Dlatego też przebiegi na nóżce 2 mierzone w stosunku do masy będą ujemne, czyli należy je narysować odwrotnie niż pokaza-
Obdążenie
Detektor ograniczający
Ponawianie wyzwolenia
Detektor
prądu
Blok regiMacjifezy
Petnookresowy czujnfc prądu
Układ
miękkiego startu
V(RB)- + 250 mVpeek
1
C2Z 3,3 nF
Kompensacja napięciowa
Blok zasilania
i Cl
=>22uF/26V
Rys. 2. Blokowy schemat wewnętrzny i podstawowa aplikacja układu U2008.
44
Elektronika Praktyczna 5/98
Regulator obrotów silnika 220V
250
33 nF 6,8 nF
10 nF 4,7nF3,3nF 2,2 nF
=1.5 nF
0 200 400 600 600 1000 R (nóżka 8) [kfl]
Rys. 3. Kąt zapłonu w funkcji rezystancji dołączonej do nóżki 6.
no na rys. 1. Analiza napięć i przebiegów ujemnych mogłaby być dla niektórych Czytelników dość trudna, dlatego na rys. 1 pokazano ogólną zasadę działania, ilustrując to przebiegami dodatnimi.
Napięcie na nóżce 3 (decydujące o kącie zapłonu triaka) jest podawane z potencjometru Pl.
Według katalogu, zakres napięć roboczych na nóżce 3 może wynosić -l..-9V. Na podstawie rys. 1, bez trudu można się domyślić, że w kostce U2008 największe opóźnienie i kąt zapłonu triaka, czyli najmniejsze napięcie na obciążeniu uzyskuje się przy napięciu na nóżce 3 równym -9V. Jak z tego widać, potencjometr Pl służy do zmiany napięcia wyjściowego regulatora.
Z przedstawionych informacji wynika, że dla uzyskania potrzebnego zakresu napięć obciążenia (zwykle O..95% napięcia sieci), należałoby dokładnie dobrać wartości napięć na obu końcach potencjometru, by wynosiły one -IV i -9V. Wymagałoby to dość precyzyjnego dobrania rezystorów, włączonych szeregowo z potencjometrem.
Konstruktorzy układu scalonego poszli zupełnie inną drogą. Przewidzieli możliwość regulacji
prądu ładowania kondensatora C2 przez zmianę rezystancji dołączonej do końcówki 6. Dzięki temu nie trzeba precyzyjnie dobierać maksymalnych wartości napięcia na nóżce 3 (dobierając żmudnie wartość rezystancji rezystorów włączonych szeregowo z potencjometrem Pl). Można zastosować standardowe rezystory z szeregu, a potem dla maksymalnego (najbardziej ujemnego) napięcia na nóżce 3, tak ustawić wartość potencjometru montażowego R8, by uzyskać maksymalne opóźnienie impulsów wyzwalających, a więc napięcie na obciążeniu bliskie lub równe zero.
Inaczej mówiąc, potencjometr R8 ustala maksymalny kąt zapłonu triaka, czyli minimalne napięcie (i prąd) na obciążeniu. W praktycznych zastosowaniach tak ustawia się potencjometr montażowy R8, aby minimalne napięcie na obciążeniu (np. silniku) wynosiło 0..10V. W wielu wypadkach to minimalne napięcie wcale nie musi być równe dokładnie 0V. Z rys. 3 można określić przybliżoną wartość rezystancji dołączonej do nóżki 6, potrzebną do uzyskania maksymalnego kąta zapłonu triaka. Przykładowo, dla pojemności C2 równej lOnF rezystancja ta wynosi około 150kQ.
Co ważne, czas trwania impulsów wyzwalających triak zależy ściśle od pojemności C2 (rys. 2). Każdy nanofarad pojemności C2 wydłuża o 9us czas trwania impulsu wyzwalającego na nóżce 8. Przykładowo dla pojemności C2 równej lOnF, długość impulsu wyzwalającego wyniesie:
tp = 9)is/nF* 10nF = 90jis
Jak widać z rys. 3, proponowane przez producenta wartości pojemności C2 mieszczą się w zakresie !,5nF..33nF.
100 10 8 E6 2 0 re riocstrc ystora t R1
80 U s = 23C IV
60 \
40 20 0 s
-------. Ś--------------
0 2 4 6 8 10 0
Is (mA)
Rys. 4. Dobór rezystora ograniczającego.
10 20 30 40 50 R1 (kft)
Większe pojemności i dłuższe czasy trwania impulsu wyzwalającego triak mogłyby być potrzebne w przypadku obciążenia o charakterze indukcyjnym. W takim obciążeniu prąd narasta pomału i przy znacznej indukcyjności nie zdąży narosnąć powyżej prądu podtrzymywania triaka (oznaczanego w katalogach IH). Po zaniku impulsu wyzwalającego triak wyłączy się ze względu na zbyt mały prąd przewodzenia. Należy jednak pamiętać, że zwiększanie długości impulsu wyzwalającego oznacza jednocześnie wzrost prądu pobieranego przez układ. Wtedy trzeba zmniejszyć wartość rezystora Rl (rys. 2), by dostarczyć potrzebnego prądu, zwracając uwagę, by był to rezystor o odpowiedniej mocy. Z rys. 4a można określić maksymalną wartość rezystora ograniczającego Rl, w zależności od zapotrzebowania na prąd (Is -średni pobór prądu). Rys. 4b
i
Prąd bramki triaka U~= +1.2V

\

-
.0 200 400 600 800 1000 R3(O)
Rys. 5. Dobór prądu bramki triaka.
pokazuje, jaka musi być obciążalność (moc) takiego rezystora.
W praktyce, zamiast zwiększania długości impulsu wyzwalającego (przez zwiększanie C2), należy raczej równolegle z obciążeniem indukcyjnym włączyć szeregowy obwód RC tak dobrany, by po wyzwoleniu triaka przez cały czas zapewnić przepływ prądu o wartości powyżej prądu podtrzymywania triaka IH (najpierw przez obwód RC, potem przez obciążenie indukcyjne).
Rys. 5 pozwala dobrać wartość rezystancji rezystora ograniczającego prąd impulsu wyzwalającego (włączonego między nóżką 8 a bramką triaka), w zależności od katalogowego prądu wyzwalania danego triaka (IGT).
Powyżej omówiono ogólnie działanie układu U2008 i jemu podobnych. Kostka ta ma jednak
Elektronika Praktyczna 5/98
45
Regulator obrotów silnika 220V
Rys. 6. Przebiegi napięcia i prądu w obwodzie z indukcyjnością.
szereg innych, bardzo interesujących właściwości i możliwości.
Dodatkowe informacje o układzie U2008
Przy sterowaniu obciążeń o charakterze indukcyjnym występuje nie tylko problem długości impulsu wyzwalającego, w czasie którego prąd obciążenia powinien narosnąć do wartości IH użytego triaka. Trzeba pamiętać, że w in-dukcyjności prąd opóźnia się względem napięcia, a więc prąd obciążenia będzie płynął przez triak jeszcze w czasie, gdy napięcie sieci zmieni już biegunowość (po najbliższym przejściu przez zero). Ilustruje to rys. 6. Jak podano wcześniej, obwód synchronizacji zeruje wewnętrzne obwody w momencie przejścia napięcia sieci przez zero. Po takim wy zerowaniu układ jest gotowy do wytworzenia następnego impulsu wyzwalającego triak. Jeśli jednak taki impuls zostanie podany na bramkę triaka w czasie, gdy przez ten triak płynie jeszcze "spóźniony" prąd z poprzedniego półokresu, to będzie to impuls stracony - triak jest przecież otwarty i przewodzi aż do chwili, gdy prąd przewodzenia zmniejszy się praktycznie do zera. Natomiast po zaniku prądu trak nie zostanie otwarty, bo w tym półokresie nie pojawi się już następny impuls wyzwalający. Triak zostanie otwarty dopiero w następnym półokresie.
Aby uniknąć takiego nieprzyjemnego zjawiska (występującego powszechnie przy sterowaniu obciążeniem indukcyjnym, np. trans-
formatorem, za pomocą prostego układu sterującego z tria-kiem i diakiem), układ sterują jacy powinien być wyposażony w czujnik prądu, który zapobiegałby wytworzeniu impulsu wyzwalającego przed zanikiem "spóźnionego" prądu z poprzedniego półokresu. Chodzi o to, by po zmianie biegunowości napięcia sieci, __k. impuls wyzwalający nie pojawił się dopóki nie zaniknie "opóźniony" prąd z poprzedniego półokresu. Zilustrowano to na rys. 7. Dodatkowy obwód zabezpieczający nie powinien dopuścić, by impuls wyzwalający pojawił się w czasie, który na rys. 7 zaznaczono na czerwono, bo w tym czasie przez obciążenie i triak płynie jeszcze taki "spóźniony" prąd.
We wcześniejszych układach scalonych regulatorów, na przykład TEA1007 czy nawet w nowszym U208, specjalny obwód (wykorzystujący jedną nóżkę kostki i rezystor) monitorował napięcie na triaku. Jeśli po przejściu napięcia sieci przez zero napięcie na triaku było małe, rzędu 1..2V, to znaczy, że triak nie został zablokowany i płynie przezeń prąd. Taki obwód blokował układ wytwarzania impulsów do czasu, aż napięcie na triaku zaczynało rosnąć, to znaczy, że triak był zablokowany.
W układzie U2008 zastosowano znacznie ciekawszy sposób monitorowania prądu. Nie potrzeba już specjalnej końcówki ani rezystora. Wewnętrzny obwód dołączony do nóżki 8 kontroluje napięcie na bramce triaka. Jeśli napięcie to jest wyższe niż 40mV, to triak przewodzi prąd.
Dodatkową zaletą układu jest możliwość wprowadzenia obwodu tzw. miękkiego startu. To znaczy, że po włą- ~2wv czeniu zasilania, nawet gdy potencjometr regulacyjny Pl jest ustawiony na maksymalną prędkość obrotową, silnik nie szarpnie gwałtownie, tylko będzie pomału zwiększał pręd- pyS 7 Działanie obwodu zabezpieczającego kość obrotową od zera przed zbyt wczesnym wyzwalaniem.
do nastawionej wartości. Funkcja ta dostępna jest po zastosowaniu jednego kondensatora. Zostanie to omówione w dalszej części artykułu.
Układ ma także wewnętrzne obwody zerowania, gwarantujące poprawną pracę i brak przypadkowych impulsów tuż po włączeniu napięcia zasilającego.
Jak wspomniano, impulsy wyzwalające podawane na bramkę triaka są krótkie, trwają jedynie dziesiątki mikrosekund. Może się więc zdarzyć, że impuls wyzwalający pojawi się w momencie, gdy w sterowanym silniku szczotki przez ułamek sekundy nie dotykały komutatora, albo też impuls wyzwalający pojawił się w momencie krótkiego zakłócenia w przebiegu napięcia sieci. W takich przypadkach triak nie zostałby otworzony, bo przecież warunkiem trwałego otwarcia jest pojawienie się prądu w obwodzie głównym jeszcze podczas trwania impulsu wyzwalającego.
Konstruktorzy kostki U2008 pomyśleli także o takich sytuacjach i wyposażyli swój układ w obwód ponownego wyzwalania (ang. ret-rigger). Jeśli triak nie został otwarty impulsem wyzwalającym (co układ stwierdzi, monitorując napięcie na jego bramce), po czasie najwyżej kilkuset mikrosekund pojawi się następny impuls wyzwalający. Jeśli i on nie otworzy triaka, po kolejnych kilkuset mikrosekundach pojawi się kolejny impuls, a potem następne.
Początkującym taki sposób pracy układu może wydawać się skutecznym lekarstwem na problem obciążenia indukcyjnego i po-
46
Elektronika Praktyczna 5/98
Regulator obrotów silnika 220V
40
% 80 co
120 160 200
ł / \ 200 160 I ~120 22 80 40 0
/ \
/ / \ \ > /
* \ s \ /
\ /
-2 -1
0 1 2 -400 -200 0 200 400
17 Rys. 8. Charakterystyki końcówki 3 pracującej jako wyjście.
wolnego narastania prądu. W rzeczywistości niewiele to pomaga, bo impulsy wyzwalające nadal są krótkie i prąd w obciążeniu nadal nie zdąży narosnąć do potrzebnej wartości podtrzymywania. Jak wspomniano, lekarstwem na obciążenie o charakterze silnie indukcyjnym jest odpowiedni obwód RC włączony równolegle z obciążeniem. W praktyce nie trzeba się tego obawiać -problem praktycznie nie występuje w przypadku silników, a mógłby dać o sobie znać w zupełnie nietypowych zastosowaniach, na przykład przy próbie umieszczenia triaka po stronie pierwotnej transformatora.
Wnikliwych Czytelników na pewno zainteresuje, dlaczego pomiędzy potencjometrem Pl, a nóżką 3 włączono potencjometr montażowy RIO (rys. 2). W ogromnej większości układów wejścia sterujące pobierają bardzo mały prąd, rzędu ułamków mikroampera lub nawet pojedynczych nanoampe-rów. W takim wypadku wstawianie szeregowego rezystora między potencjometrem a układem zupełnie mija się z celem, bo spadek napięcia na tej dodatkowej rezystancji jest znikomy. Obecność potencjometru w układzie z rys. 2 wskazuje, że w obwodzie końcówki 3 płyną prądy o wartościach przynajmniej rzędu setek mikroamperów. Tak jest w istocie i nie jest to przypadek.
Końcówka 3 nie jest bowiem prostym wejściem, ale jest jednocześnie wejściem i wyjściem. Wejściem, bo kąt fazowy (opóźnienie wyzwalania triaka) jest wyznaczony przez napięcie na tej nóżce, i wyjściem, bo końcówka ta może być źródłem prądu. Właśnie ten
prąd wywoła spadek napięcia na rezystancji RIO. Spadek ten doda się lub odejmie od napięcia na suwaku potencjometru Pl, a tym samym zmieni kąt wysterowania triaka. Dzięki temu prądowi płynącemu przez nóżkę 3 i spadkowi napięcia, jaki wywołuje na rezystancji RIO, możliwa jest podwójna kompensacja: napięciowa i prądowa.
Przez nóżkę 3, w warunkach powiedzmy w dużym uproszczeniu "spoczynkowych", nie płynie żaden prąd i napięcie sterujące, określające kąt wyzwolenia triaka, jest dokładnie równe napięciu na suwaku potencjometru Pl. Jeśli jednak napięcie sieci obniży się, to wskutek działania obwodu kompensacji napięciowej pojawi się prąd wypływający z wyjścia, który spowoduje spadek napięcia na rezystancji potencjometru montażowego RIO i zmianę napięcia na nóżce 3 w kierunku masy, co zmniejszy kąt wysterowania triaka i utrzymanie niezmiennej wartości napięcia na obciążeniu.
Jeśli z kolei obwód monitorowania prądu obciążenia wykryje wzrost prądu, to na wyjściu 3 pojawi się prąd, także wypływający z tego wyjścia, co również spowoduje spadek napięcia na rezystancji RIO i przesunięcie napięcia na nóżce 3 w stronę masy i zwiększenie napięcia na obciążeniu (cały czas należy pamiętać, że układ jest zasilany napięciem ujemnym).
Powyższy opis jest uproszczony i ma wyjaśnić zasadę kompensacji. W rzeczywistości obwody kompensacji napięcia sieci i prądu obciążenia pracują ciągle i współdziałają ze sobą.
Prostsze układy regulacji, choćby znacznie starsza kostka TE-
A1007 czy nawet układ U208, nie mają takich interesujących możliwości kompensacji.
Układ U2008 ma więc obwody umożliwiające automatyczną korekcję wysterowania triaka w zależności od napięcia zasilającego i prądu. Przykładowo, jeśli napięcie zasilające zmniejszy się
0 10..20%, co jest możliwe i prawdopodobne, obwód kompensacji napięciowej automatycznie zmniejszy kąt wysterowania triaka (będzie go trochę wcześniej otwierał), czyli utrzyma na obciążeniu stałą wartość napięcia i prędkości obrotowej, byleby tylko triak nie był otwierany od razu na początku półokresu.
Podobnie działa obwód kompensacji prądu obciążenia. Wzrost prądu obciążenia wskazuje na silne obciążenie mechaniczne silnika, czyli zmniejszenie prędkości obrotowej. Obwód monitorujący prąd obciążenia zmniejsza kąt wysterowania triaka, czyli zwiększy dodatkowo napięcie zasilające
1 prąd, aby także przy dużym obciążeniu utrzymać możliwie stałą prędkość obrotową. Właśnie te bardzo interesujące funkcje mogą być zrealizowane dzięki obecności potencjometru RIO.
Kompensacja napięciowa zrealizowana jest dzięki prądowi płynącemu w obwodzie nóżki 7. Wcześniej podano, że nóżka ta służy przede wszystkim do synchronizacji przy przechodzeniu napięcia sieci przez zero. Teraz okazuje się, że pełni ona także inną rolę: wartość prądu płynącego przez rezystor R2 informuje o wartości napięcia sieci. Prąd płynący przez rezystor R2 jest prostowany dwupołówkowo, a po wyprostowaniu i przetworzeniu, na wyjściu 3 pojawia się odpowiadający mu prąd wpływający, tyle, że kilkunastokrotnie zmniejszony. W zasadzie sprawa jest bardzo prosta: prąd (stały, wpływający) wskazujący wartość napięcia sieci, pojawiający się na nóżce 3 jest 17-krotnie (14..20-krotnie) mniejszy niż prąd (zmienny) płynący przez rezystor Rl. Zmieniając stosunek rezystancji RIO i R2 (rys. 2) można dobrać taki współczynnik kompensacji, aby przy zmianie napięcia sieci, prędkość obrotowa pozostawała stała.
Elektronika Praktyczna 5/98
47
Regulator obrotów silnika 220V
R2 D1
W
R1
880k
|D2 6,2V
D3 6,2V
1B0R
Z Zł
O--------O-
U1 U200S
PR2 470k
i Cl
'4,7u/25V
___ C4
5=MO0u/25V
pon
50k
Rys. 9. Schemat ideowy modułu regulatora.
Obwód kompensacji prądu obciążenia wykrywa spadek napięcia na rezystorze R6 (rys. 2) i też działa w prosty sposób. Napięcie na rezystorze R6 jest prostowane dwupołówkowo i przetwarzane na prąd końcówki 3 ze współczynnikiem 0,320|iA na każdy miliwolt napięcia na rezystorze R6 (0,28..0,37)iA/mV). Przykładowo, jeśli na rezystorze R6 występuje spadek napięcia równy 200mV, to na wyjściu 3 pojawia się prąd wypływający o wartości:
0,32|iA/mV * 200mV = 64|iA
Dobierając wartość rezystancji R6 (aby nie przekroczyć szczytowej wartości spadku napięcia na nim równego 300mV) oraz wartość RIO można tak skompensować układ, by przy wzroście obciążenia silnika prędkość obrotowa pozostawała stała. Rys. 8a i 8b pokazują zależność prądu końcówki 3 od prądu płynącego przez rezystor R2 i napięcia na rezystorze R6.
Z powyższych danych jednoznacznie wynika, że uzyskanie dobrej kompensacji napięciowej i prądowej wymaga albo obliczenia potrzebnych wartości rezystancji R2, R6 i RIO, albo ich dobranie eksperymentalne. Głównie dotyczy to wartości R6, która musi być dostosowana do konkretnego obciążenia.
Część Czytelników zapewne jest w tym momencie przerażona i gotowa zrezygnować z omówionych właśnie interesujących moż-
liwości kostki. Nie ma powodu do niepokoju! Wskazówki podane w tej części artykułu w zupełności wystarczą do praktycznego wykorzystania obwodów kompensacji napięciowej i prądowej - trzeba tylko przeprowadzić kilka prostych eksperymentów z obniżaniem i podwyższaniem napięcia sieci i mechanicznym obciążaniem silnika.
Mniej doświadczeni Czytelnicy zupełnie nie muszą się obawiać wspomnianych trudności, bowiem w prosty sposób można wyłączyć obydwie kompensacje i pomimo tego uzyskać regulator obrotów silnika, wyposażony przy okazji w szereg dodatkowych, cennych funkcji, opisanych we wcześniejszych akapitach.
Nawet więcej: jeśli ktoś chce wykorzystać funkcję miękkiego startu, musi zrezygnować z kompensacji prądu obciążenia, bo funkcje te wykorzystują tę samą końcówkę (nóżka 1) i nie można ich wykorzystać jednocześnie by zainteresowane wykorzystaniem obu tych funkcji muszą zastosować inną kostkę, na przykład rozbudowany układ U2010).
Natomiast wyłączenie kompensacji napięcia sieci następuje po włączeniu między nóżkę 7 a masę (n. 4) dwóch diod Zenera o napięciu 6,2V, włączonych szeregowo-przeciw-sobnie.
oso-
Opis urządzenia
Schemat ideowy praktycznego układu regulacyjnego pokazano na rys. 9. Jest to w zasadzie fabryczna aplikacja, umożliwiająca albo zrealizowanie funkcji miękkiego startu (przez zastosowanie kondensatora Cl i zwarcie R4 - rys. 9), albo też wprowadzenie kompensacji prądu obciążenia (bez kondensatora Cl, ale z rezystorem R4 i zworą Z-Zl). Jak wspomniano, diody Zenera D2 i D3 umożliwiają wyłączenie obwodów kompensacji napięcia sieci i obwodu ponownego wyzwalania (retrigger). Potencjometr umożliwia płynna regulację obrotów. Kondensator C2 i czynna rezystancja potencjometru PR2 wyznaczają maksymalny kąt zapłonu, czyli minimalne napięcie skuteczne na obciążeniu.
Potencjometr PRl umożliwia między innymi dobranie zakresu zmian kąta fazowego, by w skrajnych położenia głównego potencjometru Pl uzyskać na obciążeniu napięcia bliskie zeru i pełnemu napięciu sieci.
Montaż i uruchomienie
Uwaga! W opisanym układzie występują napięcia groźne dla życia i zdrowia. Osoby bez odpowiednich kwalifikacji mogą wykonać i uruchomić opisany układ tylko pod opieką wykwalifikowanych osób dorosłych.
Montaż układu na płytce z rys. 10 nie powinien nikomu sprawić trudności. W wersji podstawowej nie przewiduje się rezystora R4, należy go zastąpić zworą. Należy wlutować kondensator Cl, nie montować zwory Z - Zl. W zestawie AVT-422B przewidziano diody Zenera D2, D3, których wlu-towanie wyłączy kompensację napięciową i ponowne wyzwalanie. Po zmontowaniu należy dołączyć obciążenie (np. silnik wiertarki)
10. Schemat montażowy.
48
Elektronika Praktyczna 5/98
Regulator obrotów silnika 220V
i ustawić rezystancje potencjometrów PR1 i PR2.
Jest to bardzo łatwe i nikomu nie powinno sprawić trudności. Najpierw, przy ustawieniu potencjometru Pl na minimum, należy ustawić PR2 tak, by napięcie na obciążeniu (silniku) wynosiło O..1OV. Potem, w drugim skrajnym ustawieniu potencjometru Pl, należy za pomocą PRl ustawić maksymalne napięcie na obciążeniu, zbliżone do napięcia sieci. Wcześniej należy zmierzyć napięcie sieci, bo często różni się od nominalnego. Maksymalne napięcie na obciążeniu będzie o kilka woltów mniejsze od napięcia sieci.
Po takiej regulacji jeszcze raz należy sprawdzić napięcie na obciążeniu, przy ustawieniu Pl na minimum - zazwyczaj nie będzie potrzebna żadna korekcja położenia PR2.
Układ modelowy został wypróbowany najpierw w wersji z kondensatorem Cl (miękki start) i diodami Zenera D2, D3. Tym samym oba obwody kompensacji zostały wyłączone.
Wypróbowano współpracę układu zarówno z wiertarką elektryczną, jak i z żarówką. Nie wy-
stąpiły żadne problemy. Później wypróbowano działanie układu bez diod D2, D3 - układ również pracował poprawnie, trzeba tylko było nieco skorygować ustawienie potencjometrów PRl i PR2.
Zaawansowani Czytelnicy zapewne zechcą wypróbować działanie obwodów kompensacji. Należy wtedy wlutować dobrany samodzielnie rezystor R4, wlutować zworę Z-Zl, a nie montować Cl, D2, D3. Wskazówki dotyczące doboru elementów zostały podane w początkowej części artykułu.
Uwaga! Na elementach układu może wystąpić pełne napięcie sieci. Wszelkie regulacje potencjometrów należy przeprowadzać po odłączeniu układu od sieci, a w żadnym wypadku w pracującym układzie!
Zestaw AVT-422 jest przeznaczony do celów edukacyjnych, a nie do pracy w, niekiedy trudnych, warunkach warsztatowych. Osoby, które chciałyby wykorzystać go do innych celów niż eksperymenty, muszą we własnym zakresie zatroszczyć się o obudowę, skutecznie chroniącą przed porażeniem. Dla zwiększenia bezpieczeństwa, wskazane by-
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl: 680kQ
R2: 22kQ/2W
R3: 180O
R4: zwora (patrz tekst)
R5: 220kO
PRl: lOOka
PR2: 220kO lub 470kQ
POT1: potencjometr 47kQ/A
Kondensatory
Cl: 4,7uF/25V
C2: lOnF foliowy MKT
C3: lOOnF foliowy MKT
C4: 100uF/25V
Półprzewodniki
Dl: dioda 1N4007
D2, D3: diody Zenera ó,2V
Tl: triak 4..6A 600V (np. TIC22Ó,
BTA12/600)
Ul: U2008
łoby zastosowanie potencjometru z ośką z tworzywa sztucznego. Wykonawca układu musi się zatroszczyć, by zastosowana obudowa i jej właściwości ochronne odpowiadały obowiązującym przepisom bezpieczeństwa. Piotr Górecki, AVT Zbigniew Orłowski
Elektronika Praktyczna 5/98
49
PROJEKTY
Stroboskop 3-kanałowy
kit AVT-425
Tym razem chciałbym
zaproponować naszym
Czytelnikom wykonanie
niezwykle efektownego
w działaniu urządzenia -
stroboskopu, który może
znaleźć zastosowanie przy
wyposażaniu małych dyskotek
lub być atrakcją na szkolnej
potańcówce czy domowym
przyjęciu.
Ogromne znaczenie dla bezpieczeństwa ma staranne wykonanie stroboskopu. Pracujemy nie tylko ze sprzętem połączonym galwanicznie z siecią energetyczną, ale mamy także do czynienia z bardzo niebezpiecznym dla życia i zdrowia wysokim stałym napięciem. Kondensatory w naszym układzie naładowane są do napięcia przekraczającego 600VDC, co stanowi ogromne niebezpieczeństwo w przypadku porażenie prądem. Podczas uruchamiania urządzenia i późniejszej pracy musimy też pamiętać, że emituje ono światło o sporej energii, w którego widmie jest także ultrafiolet.
Zanim przejdziemy do opisu naszego układu, powiedzmy sobie parę słów o stroboskopach, ich budowie i zastosowaniu. Stroboskopy są urządzeniami elektronicznymi lub elektrycznymi, których zadaniem jest generowanie ciągów impulsów świetlnych o dużej energii i krótkim czasie trwania. Najprostszym stroboskopem może być żarówka dużej mocy, która jest cyklicznie zasłaniana i odsłaniana za pomocą mechanicznej przesłony.
Stroboskop mechaniczny ma w zasadzie same wady. Żarówki w nim stosowane muszą mieć bardzo dużą moc, a osiągnięcie krótkiego czasu błysku jest dość trudne. Dlatego obecnie buduje się prawie wyłącznie stroboskopy elektroniczne, w których błysk światła generowany jest w specjalnych palnikach przez rozładowanie kondensatorów o dużej pojemności, naładowanych do wysokiego napięcia. Zasada działania takiego stroboskopu zbliżona jest do konstrukcji fotograficznej lampy błyskowej, dobrze każdemu znanej.
Na rys. 1 przedstawiono schemat blokowy lampy błyskowej, który powinien pomóc Czytelnikom w zrozumieniu zasady dzia-
łania tego urządzenia. Palnik wyładowczy lampy błyskowej wypełniony jest bardzo rozrzedzonym gazem - najczęściej ksenonem. Podłączony do kondensatorów naładowanych do napięcia ok. 300...700Y (napięcie to zależy od rodzaju użytego palnika) nie przewodzi prądu i możemy przyjąć, że jego rezystancja jest nieskończenie duża. Aby nastąpiło rozładowanie kondensatorów potrzebne jest silne zjonizowanie cząsteczek gazu w palniku. Uzyskujemy to przykładając do elektrody zapłonowej wysokie napięcie, rzędu kilkudziesięciu tysięcy woltów. Napięcie to uzyskujemy z wtórnego uzwojenia transformatora zapłonowego o bardzo dużym przełożeniu. Kiedy do tyrystora zostanie dostarczony impuls syn chroni żujący zapłon lampy z migawką aparatu, zwiera on kondensator C do masy i poprzez pierwotne uzwojenie transformatora zapłonowego popłynie prąd rozładowania. Na uzwojeniu wtórnym transformatora, a więc na elektrodzie zapłonowej powstaje wysokie napięcie, gaz w palniku zostaje zjonizowa-ny i bateria kondensatorów rozładowuje się poprzez palnik, emitując wielką ilość energii świetlnej. W tym momencie prąd pły-
Elektronika Praktyczna 5/9S
51
Stroboskop 3-kanalowy
+ 300...700VDC
Kondensatory
Impuls wyzwą łający
o
o
Palnik wyładowczy
Tfyrystor
UI9
Transfo rmator _ zapłonowy
Rys. 1. Uproszczony schemat układu sterowania palnika.
nący przez palnik zależy głównie od rezystancji przewodów i ścieżek doprowadzających zasilanie do palnika.
Prezentowany stroboskop działa na identycznej zasadzie z tym, że zamiast z migawki aparatu fotograficznego sygnał wyzwalający błysk będzie dostarczany z wyspecjalizowanego układu elektronicznego.
Do jakich celów możemy zastosować stroboskop? O jednym już wiemy: jest nim rozrywka, czyli uatrakcyjnienie przyjęcia czy szkolnej zabawy. Istnieje jednak jeszcze inne, poważniejsze zastosowania stroboskopów. Pierwszym jest użycie lampy stroboskopowej przy wykonywaniu zdjęć, w celu uzyskania ciekawych efektów artystycznych. Z pewnością wszyscy widzieliśmy piękne zdjęcia, na których zarejestrowano kolejne fazy ruchu, np. ręki serwującego tenisisty, wykonane właśnie za pomocą takiej lampy aparatem z ustawionym długim czasem otwarcia migawki. Zdjęcia wykonane w świetle stroboskopu znajdują zastosowania także w badaniach naukowych, umożliwiając dokonanie rejestracji kolejnych faz ruchu poruszającego się przedmiotu lub zwierzęcia.
Prezentowane urządzenie to w zasadzie trzy stroboskopy zasilane ze wspólnego źródła i sterowane z prostego układu cyfrowego. Wykonanie tego układu będzie
Tabela 1
Krok Q0 Q1 Q2 Q3
0 0 0 0 bez znaczenia
1 1 0 0 bez znaczenia
2 0 1 0 bez znaczenia
3 1 1 0 bez znaczenia
4 0 0 1 bez znaczenia
5 1 0 1 bez znaczenia
6 0 1 1 bez znaczenia
7 1 1 1 bez znaczenia
jedynie pierwszym etapem pracy: w przygotowaniu znajduje się układ iluminofonii, w którym typowe żarówki zastąpione będą właśnie naszymi trzema stroboskopami. Obydwa urządzenia można będzie połączyć ze sobą przy pomocy przewodu taśmowego Ś
Opis działania układu
Schemat elektryczny układu zo stał p okazany na rys. 2. Z pozoru wygląda on na bardzo skomplikowany, ale na szczęście to tylko złudzenie. Urządzenie składa się z pięciu bloków funkcjonalnych: trzech identycznych układów lamp błyskowych oraz z układu sterującego i zasilacza.
Działanie układów lamp błyskowych naszego stroboskopu omówimy na przykładzie jednego bloku, widocznego w górnej części rysunku. Kondensatory C1..C20 zostały połączone szeregowo równolegle tworząc baterię o pojemności 5|iF i mogącą pracować przy napięciu do 700VDC.
Wyjaśnienia wymaga zastosowanie aż tylu kondensatorów zamiast jednego o odpowiedniej pojemności i wytrzymałości napięciowej. Zostało to podyktowane koniecznością znalezienia kompromisu pomiędzy ceną urządzenia, a stopniem jego komplikacji. Z łatwością możemy nabyć kondensatory elektrolityczne o wymaganych parametrach. Niestety, kondensatory takie, przeznaczone do pracy w obwodach prądu stałego nie nadają się zupełnie do naszych celów. Przy pracy impulsowej nagrzewałyby się do bardzo wysokiej temperatury i najprawdopodobniej szybko uległyby zniszczeniu. Z kolei kondensatory bipolarne o wymaganej pojemności są dość trudne do nabycia i kosztowne. Tak więc zastosowałem łatwo dostępne i tanie kondensatory l|iF/350V uważając, że powiększenie rozmiarów płytki obwodu drukowanego zostanie zrekompensowane ich niską ceną zakupu.
Bateria kondensatorów ładowana jest bezpośrednio z sieci energetycznej za pośrednictwem po-dwajacza napięcia zbudowanego na diodach Dl i D2 do napięcia
równego ok. 620VDC. Warto teraz policzyć, jaka będzie energia jednego błysku naszego stroboskopu. Wzór na energię zgromadzoną w kondensatorze jest następujący:
Taki wzór byłby prawdziwy, gdyby kondensatory rozładowywały się do zerowego napięcia. Tak jednak nie jest, bo doświadczalnie stwierdzono, że na kondensatorach rozładowywanych przez palniki typu IFK120 pozostaje zawsze napięcie rzędu 60V (przy napięciu początkowym 620V). A więc przekształcamy nasz wzór:
Po wykonaniu obliczeń stwierdzamy, że energia jednego błysku będzie wynosić ok. 0,952W-s. Czy jest to dużo, czy mało? Energia błysku typowej lampy błyskowej wbudowanej w aparat fotograficzny wynosi ok. IOW-s, tak więc pojedynczy błysk naszego stroboskopu nie wystarczyłby do naświetlenia zdjęcia na materiale
0 średniej czułości. Pamiętajmy jednak, że stroboskop generuje serie błysków i że najczęściej pracują trzy stroboskopy jednocześnie. W każdym razie subiektywnie oceniony efekt pracy naszego układu jest znakomity.
Wracajmy jednak do analizy schematu. Jednocześnie z baterią kondensatorów zasilających palnik wyładowczy ładują się jeszcze dwa kondensatory. Kondensator C70 ładuje się do napięcia ok. 310V za pośrednictwem rezystora R15. Natomiast czas ładowania kondensatora C61 określony jest jego pojemnością, rezystancją R2
1 napięciem ustawionym za pomocą potencjometru montażowego PRl. Za pomocą tego potencjometru możemy regulować częstotliwość błysków, osobno dla każdego kanału stroboskopu.
W momencie, kiedy napięcie na kondensatorze C61 stanie się równe napięciu przebicia diaka Q2 kondensator ten rozładuje się poprzez diak i bramkę triaka Ql, co spowoduje włączenie tego triaka i rozładowanie kondensatora C70 poprzez obwód uzwojenia pierwotnego transformatora zapłonowego TR2. Impuls wysokiego
52
Elektronika Praktyczna 5/98
Stroboskop 3-kanalowy
Rys. 2. Schemat elektryczny stroboskopu.
Elektronika Praktyczna 5/98
53
Stroboskop 3-kanalowy
PR4
Rys. 3. Płytka drukowana układu zasilającego i wyzwalania (zmniejszona o 20%).
napięcia z uzwojenia wtórnego tego transformatora spowoduje zjo-nizowanie gazu w palniku, rozładowanie baterii kondensatorów poprzez palnik i wyzwolenie dużej ilości energii świetlnej. Następnie cały opisany wyżej proces powtarza się i palnik błyska z ustawioną za pomocą PRl częstotliwością.
Warto zauważyć, że ładowanie kondensatora C61 jest możliwe tylko wtedy, kiedy tranzystor zawarty w strukturze transoptora IC3 nie przewodzi, czyli w momen-
tach, kiedy dioda LED tego transoptora nie jest włączona. Wystąpienie wysokiego poziomu logicznego, lub po prostu doprowadzenie do rezystora RIO napięcia rzędu kilku - kilkunastu wolto w uniemożliwia ładowanie kondensatora C61 i powoduje wstrzymanie pracy stroboskopu. Diody LED, zawarte w strukturach trzech op-totriaków, są dołączone za pośrednictwem rezystorów ograniczających prąd do złącza JPl, przy pomocy którego będziemy sterować pracą naszego strobosko-
pu. Do złącza tego może być dołączony trzykana-łowy sterownik ilumino-foniczny, będący obecnie w opracowaniu.
Niezależnie od złącza JPl, rezystory zasilające diody LED optotriaków zostały dołączone także do trzech młodszych wyjść licznika binarnego IC5A. Na wejście zegarowe tego licznika podawany jest ciąg impulsów prostokątnych, generowanych przez układ IC6, którego częstotliwość możemy zmieniać w szerokim zakresie za pomocą potencjometru PR4. W naszym układzie aktywnym stanem wyjścia tego licznika jest stan niski, ponieważ wtedy dioda transoptora nie świeci i odpowiedni kanał stroboskopu pracuje. Popatrzmy teraz na tabelę 1, na której pokazano stany wyjść licznika IC5A w interesującym nas zakresie zliczania od O do 7.
Z analizy danych zawartych w tabeli wyraźnie wynika, że podczas jednego cyklu zliczania licznika (IC5A) modulo 7 wyczerpane zostaną wszystkie możliwe kombinacje włączenia i wyłączenia kanałów stroboskopu, od jednoczesnego włączenia wszystkich trzech w kroku O, do wyłączenia pracy wszystkich kanałów w kroku 7. Uzyskany w ten sposób efekt można zaliczyć do zadawalających, szczególnie jeżeli weźmiemy pod uwagę fakt, jakimi prostymi środkami został osiągnięty.
Pozostała część układu nie jest już warta szczegółowego opisu. Jest nią typowo skonstruowany zasilacz stabilizowany, wykorzystujący dobrze wszystkim znany monolityczny stabilizator napięcia typu 7809 lub 7812. Zdziwienie może jedynie budzić fakt wykorzystania do zasilania dwóch układów scalonych stabilizatora o dopuszczalnym prądzie 1A i trans-
54
Elektronika Praktyczna 5/98
Stroboskop 3-kanalowy
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
PRL PR2, PR3: miniaturowe
potencjometry montażowe 470kO
PR4: potencjometr montażowy
miniaturowy 1MO
Rl, R4, R5: 5,00/lOW
R2, R3, R6, R17: 120kQ
R7, R8, R9: 1MO
RIO, Rll, R12: l,2kn
R13, R14: lOOka
R16, R17, R19: 120kQ
Kondensatory
C1..C60: 1jiF/350V monolityczny
C61, C62, C63: 2/2jiF/40V
C64: 1000jiF/25V
C65, C67, C70, C71, C72: lOOnF
C66: 470^F/10V
C68: lOnF
Półprzewodniki
BR1: 1A/5OV układ Greatza
DL D2, D3, D4, D5, D6: 1N4007
IC1, IC2, IC3: CNY17
IC4: 7809
IC5: 4520
IC6: NE555
Ql, Q4, G5: BT136
Q2, Q3, Gó: diaki 30V
Różne
CON1..CON3, CONT..CON3':
ARK3
CON4: ARK2
JP1: goldpin 5X2
LI, 12, L3: IFK120
Fl: 1A bezpiecznik zwłoczny
TRI: TS6/46
TR2, TR3, TR4: transformator
zapłonowy do lamp błyskowych
2 złącza ARK3 do demontażu
Uwaga: w kicie będzie
dostarczana 1 płytka bazowa
i 3 płytki do mocowania palników
formatom o relatywnie dużej mocy. Zostało to spowodowane tym, że z zasilacza naszego układu będą także zaopatrywane w prąd układy z nim współpracujące, np. wspomniany już układ iluminofo-niczny.
Montaż i uruchomienie
Na rys. 3 przedstawiono rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej. Widok ścieżek znajduje się na wkładce wewnątrz numeru.
Płytka zaprojektowana została na laminacie jednostronnym, co pociągnęło za sobą konieczność
zastosowania kilku zworek, od których rozpoczniemy montaż. Zworki należy wykonać używając grubej srebrzanki lub odcinków drutu miedzianego o średnicy min. 1 mm. Montaż wykonujemy w typowy sposób, rozpoczynając od rezystorów, a kończąc na wlu-towaniu 60 kondensatorów C1..C60. Bardzo Warn współczuję, moi Drodzy Czytelnicy, że musicie wykonać tę iście galerniczą pracę, ale ja sam też ją wykonałem i to dwukrotnie (dwa prototypy przeznaczone do testowania)!
Na rys. 4 jest widoczne rozmieszczenie elementów na małej płytce służącej zamocowaniu palników wyładowczych, których montażowi musimy poświęcić nieco uwagi. Montujemy je na małych płytkach, ale w żadnym wypadku nie możemy ich do nich przylutować! Podczas pracy palniki nagrzewają się i różnica w rozszerzalności cieplnej szkła
1 laminatu doprowadziłaby do powstanie niszczących naprężeń.
Należy rozebrać na części dwa złącza typu ARK3 (będą dostarczone w kicie) i do metalowych tulejek ze śrubkami przylutować krótkie kawałki srebrzanki lub drutu miedzianego o długości ok.
2 cm. Końce srebrzanki wlutowu-jemy w płytkę, a do tulejek przykręcamy palniki. Podczas ich montażu musimy zwrócić baczną uwagę na ich biegunowość: odwrotne zamocowanie palnika grozi jego natychmiastowym uszkodzeniem! Środkowe elektrody palników dołączamy (można lutować) do wyprowadzenia transformatora zapłonowego.
Płytki z zamontowanymi na nich palnikami najlepiej umieścić w typowych obudowach od światła cofania, dostępnych w każdym sklepie z akcesoriami motoryzacyjnymi.
Zmontowany ze sprawdzonych elementów układ nie wymaga, oczywiście, uruchamiania, ale jedynie prostej regulacji częstotliwości błysków w każdym z kanałów stroboskopu i częstotliwości pracy generatora z IC6. Tu mała uwaga: w układzie modelowym zastosowałem jako PR1..PR4 potencjometry montażowe i takie elementy będą dostarczane w kicie. Jeżeli jednak chcecie zapewnić
Rys. 4. Płytka drukowana palnika.
sobie możliwość częstej regulacji parametrów pracy Waszego stroboskopu, to elementy te możemy zastąpić normalnymi potencjometrami o identycznej wartości.
Cały układ stroboskopu należy umieścić w solidnej obudowie, najlepiej z tworzywa sztucznego. Praca układu bez obudowy lub w obudowie prowizorycznej jest absolutnie niedopuszczalna!
Na koniec jeszcze raz chciałbym zaapelować do Waszego rozsądku. Prawie cala płytka znajduje się pod napięciem sieci energetycznej 220VAC, a ponadto na kondensatorach występuje napięcie stale przekraczające 600V! Zachowajcie więc jak najdalej idącą ostrożność i pamiętajcie o zasadzie pracy "jedną ręką" przy urządzeniach dołączonych do sieci.
I jeszcze jedna rada: roztargnienie nie jest jedynie cechą niżej podpisanego. Dlatego też podczas pierwszego dołączenia układu do sieci warto zastosować "rezystor" zabezpieczający pod postacią żarówki 100W, włączonej w obwód 220V. Zbigniew Raabe, AVT
Elektronika Praktyczna 5/98
55
PROJEKTY
Prostownik do ładowania
akumulatorów
samochodowych
kit AVT-367
Zima to z okres ciężkiej
próby dla akumulatorów
samochodowych. Wielu z nas
broni się przed niemiłymi
niespodziankami z ich strony
za pomocą częstego
podładowywania. Akumulator
nie jest lekki, a zdecydowaną
większość typowych
prostowników można określić
mian em topornych.
O ile na gabaryty i wagę
akumulatora mamy niewielki
wpływ, to nie jest tak
w przypadku prostownika.
Prezentowana tu ładowarka
jest z pewnością nowoczesna
i filigranowa.
Prostownik wykonano w postaci wysokosprawnej przetwornicy przepustowej (ang. forward con-verter) zasilanej bezpośrednio wyprostowanym napięciem sieci. Przetwornica pracuje z częstotliwością 50kHz, dzięki czemu wymiary elementów indukcyjnych są niewielkie. Zmontowany układ waży niecałe 400 gramów, a jego wymiary 120x70x45mm są mniejsze niż typowego transformatora sieciowego o mocy 100W!
Konstrukcja ładowarki uproszczona została do niezbędnego minimum, tak aby jej wykonanie było opłacalne. Zastosowane zostały popularne i łatwe do kupienia elementy. Mimo tego układ ma wysokie walory użytkowe:
- wysoką sprawność przekraczającą 80%;
- całkowitą odporność na zwarcie wyjścia;
- stabilizowany prąd wyjściowy o maksymalnej wartości 4,5A;
- zabezpieczenie przed przeładowaniem akumulatora.
Opis układu
Schemat elektryczny ładowarki przedstawiono na rys. 1. Napięcie sieci, podawane do układu mostkowego Ml, poprzez bezpiecznik i rezystor Rl (ograniczający udar prądu w momencie włączenia prostownika), jest w nim prostowane i filtrowane przy pomocy kondensatora C2. W tym zastosowaniu pojemność kondensatora C2
nie musi być duża - akumulator nie wymaga przecież starannie odfiltrowanego napięcia. Kondensator Cl zmniejsza zakłócenia generowane przez układ, a C3 wspomaga pracę głównego kondensatora filtrującego w zakresie wyższych częstotliwości. Wartość rezystora Rl powinna być z jednej strony możliwie duża, aby impuls prądu przy włączeniu układu do sieci był niewielki, z drugiej strony rezystancja ta powinna być możliwie mała, tak aby straty mocy podczas normalnej pracy były jak najmniejsze. Dlatego często w rozwiązaniach praktycznych zamiast Rl montuje się termistor NTC o mocy ok. 2W (tzw. rozruchowy) i rezystancji w temperaturze pokojowej około 10Q. Przepływający prąd podgrzewa go do temperatury ok. 50�C, jego rezystancja wynosi wtedy ok. 5Q.
Rezystor R2 odpowiada za start przetwornicy. Po włączeniu zasilania zaczyna przez niego płynąć prąd i narasta napięcie na kondensatorze C4. W chwili gdy napięcie to osiągnie 16V zaczyna pracować kontroler przetwornicy. Włączony zostaje klucz Tl i przetwornica startuje. Ponieważ, z uwagi na konieczność minimalizacji strat mocy, wartość rezystancji R2 powinna być jak największa, to w momencie startu kontroler czerpie energię praktycznie wyłącznie z kondensatora C4. Wystarcza jej na około 200 milisekund pracy.
Elektronika Praktyczna 1/98
43
Prostownik do ładowania akumulatorów samochodowych
Rys. 1. Schemat elektryczny prostownika.
Po tym czasie napięcie na C4 spada poniżej 10V, co jest sygnałem dla kontrolera o konieczności zablokowania klucza, gdyż nie ma pewności, iż przy tak niskim napięciu zasilania kontrolera będzie możliwość pewnego nasycania i zatykania Tl. Po krótkiej chwili cały proces zaczyna się powtarzać.
Aby zatem start układu był możliwy, konieczne jest dodatkowe zasilanie Ul. Realizuje je uzwojenie "D" wraz z diodami D3 i D4 oraz dławikiem Dłl. Tuż po starcie układu, zaindukowany w uzwojeniu prąd doładowuje C4 do napięcia około 20V i umożliwia nieprzerwaną pracę przetwornicy.
Kontroler
Do sterowania przetwornicą został wykorzystany popularny i tani układ UC3844. Produkuje go wiele firm i w różnych odmianach, m.in. Motorola, Philips, SGS Thomson. Do prostownika najlepiej nadają się kostki z literą A w symbolach, oznaczającą m.in. dwukrotnie mniejszy prąd rozruchowy (jeśli w układzie zamontuje się taką kostkę można zwiększyć wartość R2). Zasilanie jest podawane na wyprowadzenie 7 układu, zaś końcówka 5 to masa. Wartość napięcia zasilania sprawdza układ startu (16V) i blokowania (10V), sterując odpowiednio pracą klucza. Ważnym elementem jest dioda Zenera o napięciu 34V, podłączona równolegle do końcówek 7 i 5. Bez niej, w przypadku np. uszkodzenia klucza, napięcie na C4 wzrastałoby aż do 300V, powodując niechybne uszkodzenie wielu elementów z Ul na czele.
Końcówka 6 jest wyjściem układu typu totem-pole - sterownika tranzystora MOSFET, o dużej wydajności prądowej. Rezystor R8 ogranicza szczytowy prąd ładowania pojemności bramka-źródło tranzystora Tl do wartości bezpiecznej dla stopnia wyjściowego Ul, a R7 zabezpiecza tranzystor kluczujący przed wystąpieniem stanu nieokreślonego na bramce, w przypadku uszkodzenia kontrolera. Elementy Dl i D2 są dodatkowym zabezpieczeniem kontrolera. Typowa awaria układu, spowodowana na przykład rozklejeniem się połówek rdzenia TRI
44
Elektronika Praktyczna 1/98
Prostownik do ładowania akumulatorów samochodowych
Rys. 2. Sposób sterowania generatora PWM za pomocą transoptora.
przebiega w sposób podobny do opisanego.
Pęknięcie rdzenia, i związany z tym dramatyczny spadek jego indukcyjności, powoduje przepływ dużego prądu przez uzwojenie pierwotne - uszkadza to tranzystor Tl. Uszkodzony tranzystor ma zazwyczaj zwarte wszystkie wyprowadzenia, czyli do rezystorów R8 i R3 przyłożone zostaje napięcie 300V. Dioda D2 (jest to tzw. transient suppresor, czyli dioda Zenera dużej mocy przeznaczona do "obcinania" przepięć) ogranicza wartość napięcia na wyprowadzeniu 6 do 24V, a Dl zapewnia właściwą polaryzację kontrolera. W efekcie uszkodzeniu mogą ulec jedynie rezystory R3 i R8, a Ul ocaleje.
Wyprowadzenie 3 dostarcza kontrolerowi informacji o prądzie płynącym przez uzwojenie pierwotne transformatora (badany jest spadek napięcia na rezystorze R3), elementy R4 i C8 tworzą obwód gasikowy dla oscylacji jakie pojawiają się na R3. Elementy R5 i C7 dołączone do nóżki 4 ustalają częstotliwość pracy przetwornicy, a wyprowadzenie 8 jest źródłem napięcia odniesienia o wartości 5V.
14' i zakres stabi.izacji
napięcia
12 10 8 II
1
Ił
1
� i
*�* wy przi ącz 3tWC enie mic y


1 2 3 4 5 Ś [A]
Rys. 3. Charakterystyka prądowo-napięciowa prostownika.
Końcówka 2 (rys. 2) jest odwracającym wejściem wewnętrznego wzmacniacza napięcia błędu zawartego w Ul. Wejście nieodwracające jest niedostępne z zewnątrz i jest podłączone wewnątrz struktury do napięcia o wartości 2,5V. Z kolei na końcówce 1 jest dostępne wyjście wzmacniacza w celu umożliwienia jego kompensacji. Mimo oczywistej wygody, w opisywanym zastosowaniu wewnętrzny wzmacniacz został wyłączony. Głównym powodem takiej decyzji było to, iż jego kompensacja częstotliwościowa w przetwornicy przepustowej jest wyjątkowo żmudna i mało powtarzalna (UC3844 został zaprojektowany pod kątem sterowania przetwornicą zaporową). Uzyskanie stabilnej pracy bez obciążenia, a tego zasilacze impulsowe bardzo nie lubią, graniczyło z cudem, a stałe czasowe kompensacji uspokajające niesforny "generator" były tak duże, że jego reakcja na zmianę obciążenia, zamiast przepisowych mikrosekund, była zauważalna gołym okiem!
Wyłączenie wzmacniacza realizuje rezystor R6, a R13 zabezpiecza dodatkowo przed jego nieprzewidzianymi wzbudzeniami. Ponieważ wewnątrz struktury zawarte jest źródło prądowe "wpuszczające" prąd do końcówki 1 sterowanie generatorem PWM można zrealizować zwierając ją do masy za pomocą tranzystora zawartego w transoptorze.
Układ stabilizacji napięcia
Im tranzystor zawarty w Ol bardziej przewodzi, tym napięcie na wyprowadzeniu 1 jest niższe i współczynnik wypełnienia impulsów kluczujących mniejszy. Zamierzeniem autora było opracowanie układu stabilnego i powtarzalnego. Dlatego, aby nie było problemów z kompensacją, w układzie został zastosowany szybki trans-optor produkcji Hewlett-Packard o sprawności rzędu 8% i paśmie przenoszenia lMHz.
Jego duża szybkość pracy wynika przede wszystkim z rozbicia wolnego, wieloemiterowego fototranzystora na układ fotodioda-tranzystor. W porównaniu do typowych konstrukcji typu CNY 17 lub CNY64 traci się tutaj istotnie na sprawności transmisji (np.
sprawność CNY64=50%, a jego pasmo to tylko 110 kHz), jednak w tym zastosowaniu nie ma to istotnego znaczenia.
Pracą LED steruje popularny układ TL431 i jednocześnie pełni on w układzie rolę wzmacniacza napięcia błędu. Zaproponowany układ ma dodatkową zaletę, napięcie wyjściowe można dokładnie wyregulować za pomocą PRl i jest ono stabilne w funkcji temperatury.
Układ przekazywania mocy
Najważniejszą częścią układu przekazywania mocy jest transformator. Ma on aż cztery uzwojenia:
- uzwojenie oznaczone na schemacie literą "C" to uzwojenie pierwotne;
- uzwojenie "B" jest uzwojeniem odmagnesowującym - w momencie wyłączenia tranzystora energia zgromadzona w rdzeniu wraca do źródła poprzez diodę D5; gdyby uzwojenia tego nie było lub uszkodzeniu uległaby dioda D5, to rdzeń po krótkiej chwili pracy nasyciłby się - moment ten dla konstruktora objawia się w sposób multimedialny - hukiem odparowującej struktury Tl i dymem z oporności R3 i R8;
- uzwojenie "A" jest uzwojeniem wtórnym;
- uzwojenie "D" jest pomocniczym uzwojeniem wtórnym potrzebnym do zasilania kontrolera.
Podwójna dioda D6 wraz z dławikiem DŁ2 i kondensatorami CIO i Cli tworzy stopień wyjściowy charakterystyczny właśnie dla przetwornicy przepustowej. Analogiczny układ jest podłączony do uzwojenia "D", mimo niewielkiej mocy jaką pobiera Ul tu również konieczny jest dławik. Wszystkie kondensatory pracujące w układzie przekazywania mocy powinny charakteryzować się niską wartością współczynnika ESR. Procentuje to niższymi zakłóceniami na wyjściu, niższą wartością napięcia tętnień oraz, co równie ważne, układ taki łatwiej jest poprawnie skompensować.
Kondensatory o niskiej wartości ESR czasami można poznać po zwielokrotnionych wyprowadzeniach, jednak jeśli wykonano je techniką mostkowania warstw folii (zawierają one szereg dodatkowych połączeń pomiędzy wars-
Elektronika Praktyczna 1/98
45
Prostownik do ładowania akumulatorów samochodowych
14
Uzwojenie magnesujące,
nawijane jest Jako trzecie,
Początek na końcówce 13, koniec
na 11. 90 zwojów drutem DNE 0,28
Uzwojenie odmapnesowujące,
nawijane Jaat Jako ostatnie. Początek na końcówce 12, koniec na 10, 90 zwojów drutem DNE 0,1,
Uzwojenia wtórne, nawijana
Jest Jałto pierwsze, Początek
na końcówkach 5*7, koniec
na 1-2-3. 14 zwojów dnjtem
DNE 1,5mm lub bifilamie
trzema przewodami DNE
0,6 mm.
Uzwojenie pomocnicze, nawijana
' łato drugie. Początek na
ncówceB, koniec na 9,11
zwojów drutem DNE 0,3
w środku karkasu.
Rys. 4. Sposób nawijania transformatora TRI.
przepustowy R4 i C8, eliminujący zakłócenia szpilkowe powstające przy przełączaniu klucza, jest podawane na wejście kontroli prądu. W chwili, gdy napięcie na wyprowadzeniu trzecim Ul osiągnie IV, kontroler natychmiast i bez względu na wartość sygnałów ze wzmacniacza napięcia błędu wyłącza klucz (oczywiście proces wyłączania powtarza się w każdym cyklu).
Takie działanie pozwala ograniczyć prąd wyjściowy do żądanej wartości poprzez dobór R3 i jednocześnie zapewnia bezpieczny start układu bezpośrednio po włączeniu do sieci, gdy kondensatory C10 i Cli są jeszcze nie naładowane. Po prostu są one ładowane stałym prądem.
Zabezpieczenie przeciwzwarciowe
Zwarcie końcówek wyjściowych prostownika nie powoduje, jak można by przypuszczać, ciągłego przepływu przez nie dużego
twami zwijki) zewnętrznie niczym nie odróżniają się od innych. Brak jednolitego systemu oznaczeń powoduje dodatkowy bałagan i dezorientację.
W układzie wypróbowano praktycznie kombinację dwóch zwykłych (ale od renomowanego producenta) kondensatorów połączonych równolegle, dzięki czemu wypadkowa rezystancja ESR jest niewielka oraz, na co niekiedy nie zwraca się uwagi, prądy przewodzone przez wyprowadzenia tych pojemności leżą w rozsądnych granicach. Rezystor R12 realizuje wymóg minimalnego obciążenia wyjścia i zapewnia stabilną pracę.
Jak działa stabilizacja prądu?
Jeśli tylko napięcie akumulatora jest niższe od ustawionej potencjometrem PRl wartości progowej (ściślej: końcowej wartości napięcia ładowania), układ przestaje stabilizować napięcie i przechodzi do stabilizacji prądu. Kontrola jego wartości jest dokonywana po stronie pierwotnej. W czasie, gdy tranzystor kluczujący przewodzi, to prąd przez niego płynący składa się w uproszczeniu z dwu składowych:
- prądu magnesującego o wielkości zależnej od indukcyjności uzwojenia pierwotnego i napięcia na C2,
- prądu wyjściowego pomniejszonego o przekładnię transformatora.
Ponieważ wielkość prądu magnesującego jest wartością stałą, można do kontroli prądu wyjściowego sprawdzać wielkość prądu pierwotnego. Zamiana prądu na napięcie jest realizowana w źródle tranzystora Tl na rezystorze R3. Napięcie to poprzez filtr dolno- RySi 5. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej prostownika.
prądu. Układ dysponuje bowiem oryginalnym zabezpieczeniem przeciwzwarciowym, a jego charakterystyka prądowo-napięciowa jest przedstawiona na rys. 2. Wynika z niej, że przez zwarte zaciski wyjściowe nie płynie żaden prąd.
Gdy napięcie na wyjściu z jakichś powodów się zmniejszy, dzięki silnemu sprzężeniu magnetycznemu uzwojeń "A" i "D", proporcjonalnie zmaleje również napięcie na kondensatorze C4. Spadek tego napięcia poniżej 10V uaktywnia układy zabezpieczenia podnapięciowego wbudowane w Ul i przetwornica się wyłącza. Po niecałej sekundzie przerwy, kondensator C4 zostaje doładowa-ny przez R2 do progowego napięcia włączającego kontroler (16V) i układ ponownie startuje. Ciągłe zwarcie objawia się zatem charakterystycznym "próbkowaniem" przetwornicy.
Jak wykonać transformator?
Prawidłowe i staranne wykonanie transformatora jest kluczem do sukcesu w budowie prostownika. Szczególną uwagę trzeba zwrócić na właściwe podłączenia uzwojeń do wyprowadzeń karkasu. Ewentualne pomyłki w początkach i końcach uzwojeń lub przebicia między nimi unieruchomią układ lub uszkodzą elementy mocy.
Pracę rozpoczyna się od przygotowania 3 odcinków drutu DNE o średnicy 0,8 mm i długości ok. 85 cm. Początki drutów należy
46
Elektronika Praktyczna 1/98
Prostownik do ładowania akumulatorów samochodowych
wszystkie otwory 3 mm
materiał: blacha stalowa
1mm
Rys. 6. Szkic wykonania wspornika dławika DŁ2.
zamocować do wyprowadzeń 5-6-7 (patrz rys. 4) i całą wiązką nawinąć 14 zwojów. Przewody muszą być układane ściśle i równo . Końce drutów lutuje się do nóżek 1-2-3. Gotowe uzwojenie wtórne należy zaizolować - dla dostatecznego bezpieczeństwa użytkowania, izolację powinna stanowić taśma izolacyjna odporna na temperaturę rzędu 100 stopni. Próby autora pokazały, że najlepiej do tego nadaje się folia styrofleksowa pozyskana choćby ze starego telewizyjnego transformatora w.n. lub dużego kondensatora.
Folię należy pociąć w pasy o szerokości większej od wielkości karkasu o ok. 2 mm, co da gwarancję, iż dokładnie przykryje ona uzwojenie i nie będzie przebić między uzwojeniami. Ponieważ izolacja pomiędzy uzwojeniem wtórnym a pozostałymi jest najważniejsza, dlatego należy nawinąć jej aż trzy warstwy.
Drugie w kolejności nawija się uzwojenie zasilające kontroler "D". Ponieważ moc pobierana przez Ul jest niewielka, wystarczy cienki drut o średnicy około 0,3 mm, którym należy nawinąć 11 zwojów zaczynając od końcówki 8, a kończąc na 9. Z uwagi na wymagane duże sprzężenie z uzwojeniem wtórnym, uzwojenie nawijamy centralnie w środku karkasu, ściśle zwój przy zwoju. Podczas nawijania należy ciągle mieć na uwadze, aby wszystkie uzwojenia nawijać w jednym kierunku, inaczej trudno będzie zapanować nad końcami i początkami oraz starannie izolować wyprowadzenia i każdą z nawijanych warstw drutu.
Trzecie w kolejności nawija się uzwojenie pierwotne "C" Zaczynając od końc ówki 1 3 , trzeba nawinąć 90 zwojów drutu DNE 0,28 i zakończyć na nóżce 11. Uzwojenie odmagneso-wujące liczy sobie również 90 zwojów, jednak w tym przypadku wystarczy znacznie cieńszy drut DNE, np. 0,1 mm. Start na końcówce 12, koniec na 10. Oczywiście są dopuszczalne nieznaczne różnice w średnicach używanych przewodów
W gotowy karkas należy wsunąć rdzeń, po czym ciasno owinąć go taśmą izolacyjną, aby zapewniony był właściwy docisk obu połówek do siebie. Do kontroli nawinięcia potrzebny będzie miernik indukcyjności. Uzwojenia "B" i "C" powinny mieć induk-cyjność po około 18mH. Prowizorycznie połączone ze sobą połówki rdzenia należy pozostawić tak przez cały proces uruchamiania, dopiero gdy uzyska się pewność, iż wszystko działa poprawnie, trzeba solidnie skleić je ze sobą i z karkasem za pomocą żywicy epoksydowej odpornej na podwyższoną temperaturę.
Pozostałe elementy indukcyjne
Drugim ważnym elementem jest dławik Dł2. Do jego wykonania najlepiej jest użyć specjalnego rdzenia toroidalnego, jednak z uwagi na trudności w zakupie takowego i, co chyba ważniejsze, aby uniknąć kłopotliwego w tym przypadku nawijania, do wykonania dławika proponuję użyć rdzenia kubkowego. Uzwojenie dławika liczy sobie 12 zwojów nawiniętych możliwie jak najgrubszym drutem (np. DNE 1,5 mm) na szpulce rdzenia M32/19. Uzwojenie nie wymaga izolacji, ale ponieważ drut nawojowy o tej średnicy jest sprężysty, ciasno nawinięte uzwojenie trzeba przed zamontowaniem w rdzeniu posmarować żywicą epoksydową (klej
Epidian lub Distal), a na wyprowadzenia nasunąć odcinki koszulki igielitowej. Gotowy dławik powinien mieć indukcyjność ok. 60 mikrohenrów. Mozaika płytki drukowanej przewiduje możliwość użycia gotowych dławików, zgodnie z danymi zawartymi w wykazie elementów.
Indukcyjność dławika Dłl powinna wynosić około 150 mikrohenrów. Z uwagi na niewielki prąd płynący przez niego można skorzystać z szerokiej gamy elementów gotowych.
Montaż i uruchomienie
Układ montuje się według typowych reguł, najlepiej na płytce drukowanej przedstawionej na wkładce wewnątrz numeru. Rozmieszczenie elementów przedstawia rys. 5.
Nieco komplikacji przysporzyć może jedynie to, iż dużą część elementów montuje się w pionie. Zadbać należy jedynie, aby rezystory, w których wydziela się znacząca moc (Rl, R2, R12) zamontować w pewnym oddaleniu od płytki drukowanej, co ułatwi rozpraszanie ciepła i ograniczy nagrzewanie innych sąsiednich elementów. Kontroler Ul warto jest zamontować w podstawce. Do zamontowania dławika Dł2 na rdzeniu kubkowym konieczne będzie wykonanie z cienkiej blachy stalowej lub aluminiowej wspornika kątowego zgodnie z rys. 6. Zarówno dioda D6, jak i tranzystor Tl wymagają radiatorów. Elementy mocujemy do nich bez przekładek izolacyjnych.
Układ zmontowany ze sprawnych elementów działa od pierwszego włączenia, uruchamianie warto jednak przeprowadzić stopniowo. Podczas pracy należy zachować daleko idącą ostrożność, gdyż nie dość, że układ jest zasilany bezpośrednio z napięcia sieci energetycznej, to dodatkowo szczytowe napięcia w układzie przekraczają 700V! Należy również pamiętać, aby po wyłączeniu układu odczekać kilkadziesiąt sekund przed rozpoczęciem jakichś manipulacji, aby rozładował się kondensator C2. Do uruchomienia potrzebne będą: rezystor o oporności około 100Q i mocy co najmniej 2W, dwie żarówki samochodowe 12V/2lW, regulowany
Elektronika Praktyczna 1/98
47
Prostownik do ładowania akumulatorów samochodowych




[ Ś t

-2Qks
i
Rys. 7. Prawidłowy kształt napięcia na źródle Tl.
zasilacz warsztatowy i miernik uniwersalny.
W pierwszym kroku trzeba wy-lutować rezystor R2 i podać na wejście układu napięcie sieci poprzez rezystor 100Q. Napięcie na kondensatorze C2 powinno przekraczać 300V. W drugim kroku zasilamy kontroler wyłącznie z zasilacza warsztatowego. Napięcie zawierające się pomiędzy 17 a 20V należy podać bezpośrednio na kondensator C4. Kontrolujemy obecność napięcia odniesienia (5V) na wyprowadzeniu 8, sprawdzamy obecność impulsów kluczujących na końcówce 6. Następnie należy stopniowo zmniejszać napięcie zasilania. Po przekroczeniu granicy 10V, napięcie na końcówce 6 powinno nagle spaść do zera i zwiększyć się dopiero przy napięciu zasilania 16V.
W trzecim kroku sprawdza się działanie układu stabilizacji napięcia. Potencjometr PRl ustawiamy w położenie środkowe i podajemy napięcie z zasilacza warsztatowego na wyjście układu. Podłączamy woltomierz równolegle do R9 i powoli zwiększamy napięcie z zasilacza. Przy napięciu około 13V, niewielkie wskazania woltomierza powinny zacząć gwałtownie rosnąć. Podobne efekty dużych zmian napięcia występują przy ruchach PRl. Aby sprawdzić działanie po drugiej stronie trans-optora, ponownie podajemy napięcie na kontroler, wylutowuje-my R9 i dodatkowo napięcie z zasilacza, koniecznie poprzez rezystor o oporności około 3kQ podajemy bezpośrednio na diodę LED transoptora (plus na końcówkę 2). W momencie zapalenia diody napięcie na wyprowadzeniu 1 powinno spaść do wartości bliskiej zeru, zniknąć powinny również impulsy kluczujące na nóżce 6.
Przed ostatnią próbą wlutowu-jemy wszystkie odłączone elemen-
ty. Podłączamy do wyjścia prostownika żarówkę 12V/2lW, a napięcie z zasilacza warsztatowego (17..20V) podajemy bezpośrednio na kondensator C2. Następnie zwieramy rezystor R2. Prąd pobierany z zasilacza powinien wzrosnąć do około lOOmA, a żarówka powinna bardzo słabo zacząć się żarzyć (obserwacje w ciemności). Brak takich objawów, w szczególności brak wzrostu pobieranego prądu lub duży pobierany prąd (1A) świadczą o uszkodzeniach falownika lub pomyłkach w wykonaniu transformatora.
Na koniec usuwamy zwarcie R2 i włączamy układ do sieci. Jeśli wszystkie powyższe kroki układ przeszedł pomyślnie, można mieć 90% pewności, iż żarówka rozbłyśnie jasnym światłem. Po krótkiej chwili pracy trzeba skontrolować temperaturę radia-torów (lekko ciepłe). Następnie odłączamy żarówkę od wyjścia i bez obciążenia ustawiamy za pomocą PRl napięcie 14,5V. Gdyby układ nieobciążony zaczął się podwzbudzać (słychać wtedy charakterystyczny szum w transformatorze), należy wymienić kondensatory CIO i Cli na inny typ lub próbować zwiększyć pojemność C9 do np. 82nF. Wartość stabilizowanego prądu można określić poprzez dobór R3, najlepiej poprzez dolutowanie dodatkowego rezystora równoległego od strony druku. Nie należy jednak przesadzać, różnica prądu ładowania o 20% ma w praktyce niewielkie znaczenie. W przypadku jakichkolwiek problemów z niepoprawną pracą układu należy skontrolować kształt napięcia na źródle Tl. Do analizy wykresu z pewnością przyda się lektura ostatnio publikowanych w EP artykułów o zasilaczach impulsowych.
Gotowy i uruchomiony układ należy zamknąć w metalowej, przewiewnej obudowie. Podłączenie do sieci należy wykonać kablem trzyżyłowym, łącząc z nią przewód zerowania (zielonożółty). Na płytce drukowanej nie umieszczono klasycznego filtru przeciwzakłóceniowego, gdyby układ sprawiał problemy w tym zakresie, filtr taki można włączyć przed prostownikiem. Robert Magdziak. AVT
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
(1/8 W o ile nie podano inaczej): Rl: 4,7Q/2W drutowy lub lepiej termistor NTC 10O/2W R2: 180kO/lW (270K w przypadku użycia UC3844A) R3: O,82Q/1W (nie drutowy!) R4: lka R5: 8,2kQ R6: 3kO R7: 18kO R8: 47Q/0,5W R9: 220O RIO: 9,lkQ Rl 1: 2kO R12: 150O/2W R13: lOOka R14: 2,4kQ/0,25W R15: lMn
PRl: lkn, PR wieloobrotowy stojący ze śrubą w pionie Kondensatory CL C3: 47..100 nF/400V C2: 100^F/350V C4: 100^F/35V C5: 100nF/63V Có: 22nF/63V foliowy C7: 2,2nF/63V foliowy, styrofleksowy lub poliestrowy C8: 470pF/63V ceramiczny C9: 68nF/63V foliowy, styrofleksowy lub poliestrowy C10, Cli: 470^F/25V niski ESR Półprzewodniki DL D3, D4: BA157 D2: 1N6280 (24V, 1500Wr transient suppressor) D5: BA 159 D6: MBR1545CT D7: TL431 (obudowa TO-92) Ml: mostek okrągły 1A/4OOV np. B380C1000
Ol: 6N135 (Hewlett-Packard) Tl: BUZ80, BUZ80A, ewentualnie BUZ308, BUZ355 Ul: UC3844 Różne
Trl: rdzeń ETD34 (Polfer, Philips) bez szczeliny, uzwojenia według opisu w tekście, karkas ETD34 Polfer
Dłl: 150n.H - np. Polfer DSp70.10-151K lub DEplO.12-151K Dł2: rdzeń kubkowy M-30/19 AL-400-F2001 oraz karkas, indukcyjność ÓOjiH, można również użyć gotowego dławika ÓOjiH na prąd 6A np. Coilcraft DMT2-79-6.0 Podstawka DIP-8, bezpiecznik 2A wraz z oprawką do zamocowania w obudowie.
'p-k
48
Elektronika Praktyczna 1/98
PROJEKTY
Zegar pseudoanalogowy
kit AVT-426
Wszelkiego rodzaju zegary
zawsze cieszyły się wielkim
zain tereso waniem Czytelnikó w
pism dla elektroników. Nic
w tym dziwnego, ponieważ
budowa zegara, nawet
0 znakomitych parametrach, nie jest zadaniem trudnym
1 nie przekracza możliwości
niezbyt zaawansowanych
hobbystów. Ładnie wykonany
zegar przynosi chwałę
s wojem u twórcy, za wsze jest
widoczny, a jego walory
mogą ocenić ludzie nawet
kompletnie nie związani
z techniką, jest zresztą coś
fascynującego w budowie
i śledzeniu działania
urządzenia odmierzającego
czas - żywiołu, którego
natury właściwie nie znamy.
Większość zegarów elektronicznych konstruowanych przez amatorów jest wyposażona w różną liczbę wyświetlaczy siedmioseg-mentowych LED lub, znacznie rzadziej, w wyświetlacze LCD. Wynika to z powszechnej dostępności i niskiej ceny tych wyświetlaczy oraz z faktu, że do takich właśnie wyświetlaczy dostosowane są prawie wszystkie "zegarowe" układy scalone. Przebojem wśród kitów AVT stał się ostatnio zegar, którego opis zamieszczony został w EP2/97.
Jest to zegar domowy zbudowany na mikroprocesorze, który może realizować wszystkie funkcje, jakie tylko możemy sobie wyobrazić dla zegara. Jest on sterowany sygnałem DCF, co oznacza niewyobrażalną wręcz dokładność wskazań, jest wyposażony także w liczne budziki i tunery. Co więcej, potrafi powiedzieć, która jest godzina i to głosem, który sami możemy sobie nagrać!
Jak wszystkie inne, był to oczywiście zegar wyposażony w wyświetlacze LED. Tymczasem, obserwując podaż zegarów i zegarków na rynku możemy stwierdzić, że ludzie nie odzwyczaili się od czasomierzy ze wskaza-
niem analogowym. Wprost przeciwnie, na półkach z zegarkami w każdym sklepie królują zegarki analogowe lub pseudoanalogowe. Zegarki z wyświetlaczami cyfrowymi dedykowane są głównie dzieciom i młodzieży, a żadna licząca się na rynku firma nie produkuje takich zegarków przeznaczonych dla bardziej wymagającej klienteli. Warto więc pomyśleć o budowie zegara, który zachowując precyzję działania zegarów cyfrowych, posiadałby tak miłe dla oka, "klasyczne" wskazówki. Niestety, wykonanie mechanizmu takiego zegara analogowego jest w warunkach amatorskich nierealne.
Postąpimy więc inaczej: zbudujemy zegar cyfrowy z wyświetlaniem pseudo analog owym na 72 diodach LED. Nie będzie wprawdzie tradycyjnych, mechanicznych wskazówek, ale za to uzyskamy możliwość łatwej rozbudowy układu. Przecież każdy porządny ścienny zegar powinien wybijać godziny lub wygrywać kuranty, nie mówiąc już o tak miłym dla ucha "cykaniu". To wszystko będziemy mogli zrealizować w proponowanym układzie. Moduł, który po dołączeniu do naszego
Elektronika Praktyczna 5/9S
57
Zegar pseudoanalogowy
IC9B 1520
Rys. 1. Schemat elektryczny bloku liczników (blok 1).
zegara umożliwi wybijanie godzin i wygrywanie kurantów jest obecnie opracowywany w pracowni konstrukcyjnej AVT.
Opis działania układu
Schemat elektryczny proponowanego układu zo stał p okazany na rys. 1, 2 i 3 w dość nietypowy sposób: zamiast rysować jeden, bardzo rozbudowany schemat, układ został podzielony na trzy współpracujące ze sobą bloki, każdy przedstawiony na osobnym rysunku. Autor sądzi, że taki sposób pokazania schematu dość skomplikowanego urządzenia ułatwi Czytelnikom zrozumienie zasady jego działania.
Analizę pracy układu rozpoczniemy od bloku 1, który pełni dwie funkcje: dostarcza do dalszej części zegara sygnał o stabilnej częstotliwości l/60Hz (sterujący blokiem wyświetlania minut) oraz sygnału o częstotliwości regulowanej w szerokim zakresie (wykorzystywanego przy ustawianiu zegara).
Generator sygnału o częstotliwości wzorcowej został zbudowany z wykorzystaniem dobrze już znanego naszym Czytelnikom układu 4060 - IC8. Jest to kostka szczególnie wygodna dla konstruktorów budujących układy czasowe, ponieważ możemy na niej
zbudować zarówno generator kwarcowy, jak i wstępny dzielnik częstotliwości. Generator jest stabilizowany rezonatorem kwarcowym 32768Hz, tanim i powszechnie dostępnym elementem stosowanym w zegarkach naręcznych. Na wyjściu Q14 IC8 otrzymujemy, po czternastokrotnym podziale 32768Hz przez 2 (dzielenie przez 214), częstotliwość 2Hz. Ponieważ potrzebny nam jest przebieg
0 okresie równym jednej minucie musimy dokonać kolejnego podziału częstotliwości, tym razem przez 120. Rolę kolejnego dzielnika pełnią dwa liczniki binarne zawarte w układzie IC9 - 4520. Na wejście pierwszego licznika jest podawany przebieg o częstotliwości 2Hz pobierany z wyjścia Q14 IC8.
Na początku zliczania na wyjściu 10 przerzutnika R-S zrealizowanego na bramkach ICllD
1 ICllC, utrzymuje się stan niski, przekazywany za pomocą rezystora R5 na wejścia zerujące liczników, umożliwiając tym samym ich pracę. Zastosowanie rezystora R5 było absolutnie konieczne, pozwala on bowiem na wyzero-wanie liczników w dowolnym momencie za pomocą przełącznika Sl poprzez diodę D73.
W momencie osiągnięcia przez liczniki IC9 stanu 12 0, czyli
01111000(BIN), diody D74..D77 przestają zwierać do masy wejście 13 przerzutnika RS (ICllD). Przerzut-nik ten zmienia swój stan, zerując stanem wysokim (na wyjściu 10 bramki ICllC) liczniki z układu IC9 i na wejście bramki IC7D zostaje przekazany kolejny impuls minutowy. Nadejście wstępującego zbocza impulsu zegarowego powoduje wyzerowanie przerzutnika RS i cykl zliczania rozpoczyna się od początku. Zakładając, że drugie wejście bramki IC7D jest aktualnie w stanie wysokim (zegar pracuje w trybie odmierzania czasu - TIME) to impuls ten zostanie przekazany dalej: do bramki IC7C i na wejście bloku 2, którego działanie omówimy niżej.
Zastanówmy się teraz, co się stanie, jeżeli przełącznik Sl zostanie przestawiony w pozycję SET (ustawiania zegara). Wymuszony zostanie stan wysoki na wejściach zerujących liczników wytwarzających przebieg minutowy. Na wejściu 13 bramki IC7D powstanie stan niski, powodując zamknięcie tej bramki. Zostanie natomiast otwarta bramka IC7A, co umożliwi przekazywanie do bloku 2 układu zegara impulsów generowanych przez multiwibrator IC10 (oczywiście, z NE555) oraz różniczkowanych przez kondensator C5 i rezystor RIO. Z pewnością wielu Czytelników zada pytanie o celowość stosowania kondensatora C5. Dlaczego nie można było dołączyć wyjścia układu IC10 bezpośrednio do wejścia bramki IC7A? Zastosowałem tu prosty chwyt konstruktorski pozwalający zlikwidować skutki wielokrotnego odbijania styków przełącznika Sl. Podczas ustawiania czasu, na wejściu 12 bramki IC7D panuje stale stan niski spowodowany trwałym wyzerowaniem licznika IC9B. Z kolei wejście 2 bramki IC7A także prawie przez cały czas pozostaje w stanie niskim, ponieważ kierowane są na nie krótkie impulsy szpilkowe z obwodu różniczkującego (C5 i RIO). Tak więc przełączenia dokonujemy pomiędzy dwoma wyłączonymi bramkami i nie musimy się obawiać przekłamań wnoszonych przez drgające styki. Częstotliwość generowaną przez IC10 możemy zmieniać w bardzo szerokich granicach: od ok. 10 Hz do
58
Elektronika Praktyczna 5/98
Zegar pseudoanalogowy
.LED ,.LED ,,LED ., LED ., LED ,.LED ..LED ,.lLD ,.LED
4017
Rys. 2. Schemat elektryczny bloku wyświetlania minut (blok 2).
zera (stary "chwyt" z przeciętą ścieżką potencjometru Pl).
Wiemy już, jakie przebiegi możemy uzyskać z pierwszego bloku układu. Zobaczmy teraz, do czego zostaną one wykorzystane.
Na rys. 2 został przedstawiony kolejny, drugi blok układu realizujący funkcje zliczania i wyświetlania minut. Jest to najbardziej rozbudowana część naszego zegara, ponieważ jej zadaniem jest "obsłużenie" aż 60 diod LED. Analizę tego bloku rozpoczniemy od momentu kiedy obydwa liczniki ICl i IC2 są wyzerowane. Liczniki pracujące w tej części układu są 5-stopniowymi licznikami Johnsona z dekoderem na kod "1 z 10". Jak do tej pory najczęściej spotykaliśmy się z licznikami BCD lub binarnymi. Produkowane są także liczniki, na wyjściach których informacja występuje w kodzie wskaźnika siedmio segmentowego. Natomiast licznik Johnsona z dekoderem posiada wyjścia pracujące w kodzie "1 z 10", co oznacza, że w miarę nadchodzenia kolejnych impulsów zegarowych stan niski lub wysoki "przesuwa się" przez dziesięć wyjść licznika.
Wszystkie 60 diod połączonych zostało w matrycę składającą się z 10 kolumn i 6 wierszy. Kolumny są zasilane wprost z wyjść licznika ICl, natomiast wiersze są dołączane do minusa zasilania poprzez inwertery z tranzystorami Darlingtona zawarte w strukturze układu IC3 - ULN2003.
Jak już wspomniano, na obydwóch licznikach mamy stan "0", tak więc stan wysoki występuje na ich wyjściach Q0. A zatem do plusa zasilania są dołączone wszystkie diody zawarte w kolumnie 1, czyli diody: Dl, Dli, D21, D32, D41 i D51. Tylko na jednym wejściu układu IC3 panuje stan wysoki, jest to wejście INA, i połączony z nim tranzystor Darlingtona przewodzi, uaktywniając pierwszy wiersz matrycy z diodami D1..D10. Łatwo teraz zauważyć, że świeci tylko dioda Dl. Nadejście pierwszego impulsu zegarowego z bloku 1 powoduje zmianę stanu licznika ICl o 1, czyli stan wysoki pojawia się na jego wyjściu Ql. Uaktywniona zostaje druga kolumna matrycy, a ponieważ stan licznika IC2
Elektronika Praktyczna 5/98
59
Zegar pseudoanalogowy
D61
się impuls, który powoduje zmianę stanu licznika IC2 o 1. Uaktywniony zostaje kolejny wiersz matrycy, licznik ICl rozpoczyna zliczanie od początku, zapalając kolejno diody drugiego wiersza. Po kolejnym minutowym impulsie stan wysoki pojawi się na wyjściu Q6 licznika IC2, co spowoduje natychmiastowe wyzerowanie tego układu i przekazanie impulsu zegarowego do bloku 3. Jak łatwo zauważyć, impuls taki będzie pojawiał się dokładnie co godzinę.
Popatrzmy na schemat ostatniej części układu zegara -bloku 3. Jego głównymi elementami są licznik binarny IC4 i dekoder kodu BCD na "1 z 10" - IC5. Działanie układu jest następujące: licznik IC4 zlicza impulsy godzinowe nadchodzące z bloku 2. W miarę jak ten licznik osiąga coraz większy stan, zapa-ic6b lają się kolejne diody
�23 a \ A "'A
dołączone do wyjsc dekodera IC5.
Przy projektowaniu tego fragmentu układu pojawił się jeden problem: dekoder typu 4028 jest w stanie zasilić dziesięć diod LED, zapalających się przy stanach licznika od 0 do 9. Jak jednak wiadomo, tarcza ze-
CON1
Rys. 3. Schemat elektryczny bloku wyświetlania godzin (blok 3).
w dalszym ciągu wynosi "0", zapala się druga dioda pierwszego wiersza i tak dalej, aż licznik ICl zliczy dziesięć minutowych impulsów. W tym momencie na wyjściu CO (przeniesienia) pojawia
gara analogowego podzielona jest na dwanaście godzin i na ten kłopotliwy fakt z pewnością nic nie poradzimy. Rozwiązaniem najprostszym byłoby częściowe wykorzystanie dekodera "1 z 16"
dołączonego do wyjść licznika IC4A. Rzeczywiście byłoby to proste, ale dekodery tego typu należą do jednych z droższych kostek z serii 4000. Poradziliśmy sobie więc inaczej.
Musimy włączyć dwie dodatkowe diody LED, jedna oznaczająca godzinę 11, a druga godzinę 12. Godzinie 11 odpowiada stan licznika IC4 równy 10, czyli 1010,DIM1, natomiast godzinie dwu-nas tej stan równy 11 czyli 1011,DIM1. Ze zdekodowaniem stanu odpowiadającego godzinie 12 nie było najmniejszego problemu: wyjścia Q0, Ql i Q3 zostały dołączone do wejść bramki NAND IC6A. Po osiągnięciu przez licznik stanu 1011 na wyjściu tej bramki pojawia się stan niski, który po zanegowaniu przez bramkę IC6B powoduje włączenie ostatniej diody. Nieco gorsza sytuacja powstała przy konieczności zdekodowa-nia stanu 1010 licznika. Proste połączenie wyjść Ql i Q3 licznika z bramką NAND nic by nie dało, ponieważ dioda D63 włączałaby się także przy stanie licznika
0 1 większym i zapalone zostałyby dwie diody godziny 11 i 12. Zastosowano więc także bramkę NAND trójwejściową, dołączając do jej trzeciego wejścia wyjście bramki IC6A, na którym podczas osiągnięcia przez licznik stanu 1011 panuje stan logiczny niski. Teraz już wszystko jest w porządku, diody godzin są włączane we właściwej kolejności. Kto nie wierzy, niech sam jeszcze raz sprawdzi. Tranzystor Tl został zastosowany z braku wolnej bramki w tych "okolicach" płytki drukowanej i pełni rolę inwertera.
Po zliczeniu przez licznik IC4A dwunastu impulsów, stan wysoki pojawia się na jego wyjściach Q2
1 Q3, a w konsekwencji na wyjściu bramki IC7B powstaje stan niski, który po zanegowaniu przez bramkę ICllA powoduje natychmiastowe wyzerowanie licznika. W ten sposób kończy się dwuna-stogodzinny cykl pracy naszego zegara.
Pora teraz na kilka słów dotyczących ustawiania na zegarze właściwej godziny. Aby tego dokonać ustawiamy przełącznik Sl w pozycji oznaczonej na schemacie SET. Konsekwencje tego będą następujące:
60
Elektronika Praktyczna 5/98
Zegar pseudoanalogowy
- bramka IC7D, przekazująca impulsy minutowe do bloku 2, zostanie zamknięta przez wymuszony na jej wejściu 13 stan niski;
- liczniki IC8 i IC9 zostaną wy-zerowane;
- otwarta zostanie bramka IC7A, co umożliwi sterowanie zegara impulsami pochodzącymi z generatora o regulowanej częstotliwości, zrealizowanego na układzie NE555 - IC10.
W tym momencie nasz zegar pracuje tak, jak opisano wyżej, z jednym wyjątkiem: zamiast ciągu impulsów o okresie równym jednej minucie, do liczników zegara i licznika adresującego pamięć są doprowadzane impulsy generowane przez IC10. Częstotliwość tych impulsów możemy zmieniać od ok. 10 Hz do zera, czyli do zatrzymanie zegara na dowolnie długi okres. Efekt zatrzymania pracy generatora U6 realizujemy w najprostszy sposób: przecinając ścieżkę oporową potencjometru R6 w punkcie oznaczonym na schemacie "x". Tak więc możemy na naszym zegarze ustawić dowolna godzinę i zatrzymać go na dowolnie długi czas.
Jeżeli więc zbliża się godzina np. 15:05, to na naszym zegarze ustawiamy właśnie tę godzinę i zatrzymujemy go. Dokładnie o 15:05:00 przełączamy przełącznik Sl w pozycję TIME. Początkowo nic nie zauważymy, ale po minucie nasz zegar z pewnością pokaże godzinę 15:06. Pozostała część układu to typowo zbudowany stabilizator napięcia wykorzystujący układ scalony IC12 - 7805.
To już chyba wszystko, co można napisać na temat zasady działania naszego układu. W dalszej części artykułu wspomnimy jeszcze o możliwych do przeprowadzenia modyfikacjach i usprawnieniach.
Montaż i uruchomienie
Na rys. 4 przedstawiono rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej.
Jak przystało na zegar "analogowy", płytka została wykonana w formie koła. Zanim jednak rozpoczniemy montaż, musimy zadecydować, jaką zastosujemy obudowę. Oczywiście możemy w ogóle z obudowywania układu
IIIO 15O
Rys. 4. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej (na rysunku widok zmniejszono do 80%).
zrezygnować, na stronie opisowej płytki naniesione są cyfry odpowiadające wyświetlanym godzinom i minutom. Wygląd takiego zegara byłby niezbyt estetyczny, tym bardziej, że nie udało mi się równo umieścić układy scalone na płytce. W zasadzie problem polega na znalezieniu odpowiedniej płyty czołowej, a z resztą już sobie jakoś poradzimy. I tu pomysł nasuwa się sam: do zegara pseudoanalo-gowego możemy wykonać płytę czołową ze starej płyty gramofonowej. Młodszym Czytelnikom EP autor pragnie wyjaśnić, że były to takie czarne krążki, na których nagrywało się dźwięk. Być może takie płyty poniewierają się jeszcze po domach, a wykonana z nich tarcza zegara byłaby bardzo efektowna.
W każdym razie, jeżeli tylko zastosujemy jakąkolwiek płytę czołową, to płytka obwodu drukowanego musi posłużyć nam jako matryca do wykonania na tej płycie 72 otworów pod diody LED. Z pewnością już za-
uważyliście, że pomiędzy punktami lutowniczymi każdej z diod LED umieszczono dodatkowe ot-worki, pozornie do niczego nie potrzebne. Otwory te posłużą nam do wywiercenia otworów pod diody idealnie na okręgu. Niemniej przestrzegam: to będzie wymagało naprawdę sporo pracy!
Wykonanie płyty czołowej rozpoczniemy od przymocowania do niej płytki obwodu drukowanego. Jeżeli zastosujemy zniszczoną płytę analogową, to warto jeszcze zwrócić uwagę na jeden dodatkowy otwór na płytce obwodu drukowanego, umieszczony idealnie w jej centrum i oznaczony "C". Posłuży on do idealnie centrycznego umieszenia płytki drukowanej na płycie czołowej. Po zlokalizowaniu środka musimy obie płyty mocno połączyć ze sobą, najlepiej za pomocą taśmy samoprzylepnej. Następnie wiercimy poprzez płytkę drukowaną wszystkie 72 otwory, najlepiej za pomocą wiertła o średnicy 0,8mm. Nie musimy się przy tym
Elektronika Praktyczna 5/98
61
Zegar pseudoanalogowy
PIEZO
220
R>8
Rys. 5. Sposób dołączenia sygnalizatora akustycznego.
martwić o całość metalizacji, bo dodatkowe otworki w płytce tworzą tylko matrycę do wiercenia. Jeżeli nie posiadamy wiertła
0 odpowiedniej średnicy, to możemy jedynie napunktować otwory za pomocą igły krawieckiej
1 później rozwiercić je do odpowiedniej średnicy.
Po zaznaczeniu otworów rozłączamy obie płyty i przystępujemy do ostatniej czynności przed montażem, za konieczność wykonania której bardzo przepraszam swoich Czytelników. Otóż musicie teraz poprzecinać niektóre ścieżki na płytce, a ściślej mówiąc podzielić na sześć części okrągłą ścieżkę o największej średnicy, umieszczoną na spodniej stronie płytki. Za pomocą ostrego narzędzia musimy ją przeciąć w punktach oznaczonych "x". Dlaczego sam tego nie zrobiłem i dopuściłem do takiego zaniedbania? To proste, program AUTOTRAX umożliwia prowadzenie łuków w kącie 90, 180, 270 i 360�. Mieliśmy do wyboru tylko dwie ewentualności: albo łączyć ze sobą katody diod "minutowych" osobnymi ścieżkami prowadzonymi zygzakiem, co dałoby marny efekt estetyczny i niepotrzebnie zwiększyłoby wymiary płytki, albo zastosować metodę z przecinaniem jednej, kolistej ścieżki.
Po wykonaniu tej kłopotliwej nieco czynności, dalszy montaż przeprowadzamy już typowymi metodami, rozpoczynając od elementów o najmniejszych gabarytach, a kończąc na podstawkach pod układy scalone i kondensatorach. Kłopotliwe będzie jedynie idealnie "równe" wlutowanie 72 diod LED. Posłużymy się tu starą, wielokrotnie sprawdzoną metodą: najpierw wlutujemy w płytkę trzy diody rozstawione pod kątem 120�. Lutujemy tylko po jednej nóżce, pilnie zważając aby diody znalazły się w idealnie równej
odległości od płytki. Następnie wkładamy w otwory lutownicze wszystkie pozostałe diody i całość odwracamy o 180�, kładąc na gładkiej powierzchni. Lutujemy po jednej nóżce każdej z diod, odwracamy płytkę i wyrównujemy położenie każdej z diod. Jeżeli wykonaliśmy już płytę czołową, to najlepiej będzie włożyć teraz diody w otwory, jeszcze raz sprawdzić ich wyrównanie i przy-lutować pozostałe 72 nóżki.
W układzie modelowym zastosowano jako diody "minutowe" zielone LEDy o średnicy 5 mm, a jako diody "godzinowe" LED-y o średnicy 8 mm, świecące kolorem czerwonym. Jest to tylko jedno z możliwych rozwiązań, zależnych wyłącznie od gustu Czytelników. Dlatego też diody LED nie będą dostarczane w kicie i należy je zamówić lub zakupić oddzielnie.
Układ zmontowany ze sprawdzonych elementów działa natychmiast poprawnie i nie wymaga uruchamiania. Perfekcjoniści mogą jedynie ustawić za pomocą trymera C4 częstotliwość zegarową dokładnie na 32768Hz. Można tego dokonać za pomocą miernika częstotliwości dobrej klasy, a pomiaru najlepiej dokonywać na nóżce 9 IC8. Układ powinien być zasilany napięciem stałym, niekoniecznie stabilizowanym o wartości 7..16VDC.
Najwyższa pora wspomnieć
0 możliwościach rozbudowy i modyfikacji układu. Wspomniałem przecież o wybijaniu godzin i "cykaniu".
Zacznijmy od najprostszej modyfikacji, czyli od "cykania". Ten miły odgłos wydawany przez zegary mechaniczne możemy z łatwością symulować za pomocą płytki piezoceramicznej włączonej pomiędzy punkt oznaczony "A" (na schemacie i na płytce)
1 masę. Jeżeli głośność cykania wydawanego przez płytkę piezo okazałaby się niewystarczająca, to można w identyczny sposób dołączyć do układu miniaturowy głośniczek z rezystorem szeregowym o wartości ok. 220Q. Rys. 5 wyjaśnia dokładnie sposób dołączenia do zegara dodatkowych elementów.
Drugą możliwą modyfikacją jest dołączenie do zegara magnetofo-
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Pl: 470kQ/A
Rl: 330kQ
R2: 10MO
R3: 5,ókQ
R4, Ró, R7: lOOkOO
R5: lkO
R8, R9, RIO: 10kO
Rl 1: 560O
R12: 5,ókQ
Kondensatory
Cl: 33pF
C2, C7, C9: lOOnF
C3 2,2n.F/16V
C4: 33pF trymer
C5: 4,7nF
C6, C8: 220|iF/16V
Półprzewodniki
D1..D60: diody LED i|i5mm, zielone
(nie wchodzą w skład kitu)
D61..D72: diody LED $8mm,
czerwone (nie wchodzą w skład
kitu)
D73..D77: 1N4148 lub odpowiednik
IC1, IC2: 4017
IC3: ULN2003
IC4, IC9: 4520
C5: 4028
ICÓ: 4023
IC7: 4011
IC8: 4060
IC10: NE555
ICH: 4001
IC12: 7805
Tl: BC557
Różne
Ql: kwarc 32768 Hz
Sl: przełącznik dźwigienkowy
CON1 ARK2 małe
niku wielofunkcyjnego opracowywanego obecnie w Pracowni Konstrukcyjnej AVT. Umożliwi to wybijanie godzin, wygrywanie kurantów czy nawet podawanie słownych komunikatów o mijających pełnych godzinach. Do połączenia układu zegara z tym modułem służy wyjście oznaczone na schemacie i na płytce jako "C". Jest to wyjście, na którym stan wysoki pojawia się po upłynięciu każdej pełnej godziny. Trzecią modyfikacją, a właściwie rozbudową układu jest dodanie do niego "wahadełka", oczywiście także elektronicznego. Ten projekt znajduje się już w stadium testowania. Zbigniew Raabe, AVT
62
Elektronika Praktyczna 5/98
PROJEKTY
8-bitowy przetwornik A/C i C/A do PC, część 2
kit AVT-444
Pierwsza część ańykuiu
zawierała opis konstrukcji
elektrycznej kańy przetwornika
oraz procedurę montażową
i uruchomieniową. W drugiej
części postaramy się pokazać
Czytelnikom, w jaki sposób
można stworzyć samodzielnie
oprogramowanie do tej kańy,
która mimo niewielkiej liczby
elementów, posiada duże
możliwości funkcjonalne. Daje
ona naprawdę szerokie pole
do popisu dla programisty.
Jeszcze trochę
0 montażu
1 uruchomieniu
Zapewne każdy, po zmontowaniu karty, z wielkimi emocjami zainstaluje ją w swoim komputerze. Po pierwszej chwili niepewności (czy komputer wystartuje, czy teź nie da znaku życia) zwykle pojawi się ekran startowy komputera i system operacyjny zostanie załadowany. Słowo zwykle pojawiło się w poprzednim zdaniu nie bez powodu. Z doświadczeń serwisu AVT wynika, źe wiele osób próbuje zmontować dosyć delikatną konstrukcję, jaką z pewnością jest karta do komputera, nie posiadając odpowiedniego sprzętu lub doświadczenia w lutowaniu. Konstrukcja karty, dzięki zasto-s o w a niu w y r af ino w any ch ukł a -dów scalonych, jest niezwykle prosta i wystarczy poświęcić trochę więcej czasu na dokładny
montaż, a uniknie się później kłopotów z uruchamianiem urządzenia.
Przed zainstalowaniem karty należy zwrócić uwagę czy nie ma zwarć na złączu krawędzi owym (ze względu na technologię złocenia złącza jest to wielce prawdopodobne). Jeżeli, po włożeniu karty, komputer nie uruchomił się, tzn. jego ekran pozostał czarny lub zatrzymał się podczas procedur POST, możemy stwierdzić, że został popełniony błąd podczas montażu karty lub płytka drukowana jest uszkodzona. Należy pamiętać, że zainstalowanie źle zmontowanej karty w komputerze może doprowadzić do jego uszkodzenia!
Jeżeli komputer uruchomił się i system operacyjny został załadowany, to można wykonać procedurę testującą karty za pomocą programu PTEST. Procedura ta została opisana w pierwszej części artykułu. Program PTEST pracuje pod kontrolą MS-DOS, tak więc
Elektronika Praktyczna 5/9S
63
8-bitowy przetwornik A/C i C/A do PC
wstępnego uruchomienia karty można dokonać na dowolnym komputerze. Sytuacja jest idealna, jeżeli do takich eksperymentów posiadamy starą płytę główną (na rynku wtórnym jest sporo płyt głównych komputerów klasy AT w cenie około 30..40 zł). Jeżeli diody będą świecić się zgodnie z opisem, to można stwierdzić dwie rzeczy:
1. karta prawdopodobnie jest zm onto w ana prawi dł o w o;
2. dekoder adresowy (US2) jest sprawny i prawdopodobnie nie występuje konflikt adresów z innymi urządzeniami.
W tym momencie nie można jednak mieć pewności czy przetwornik AD7569 (USl) działa prawidłowo. Aby się o tym przekonać można skorzystać z programu TEST_444 znajdującego się na dyskietce dołączanej do kitu. Program ten pracuje pod kontrolą Windows 95 i zawiera dwie zakładki:
- do karty pracującej jako przetwornik CA (rys. 10);
- do karty pracującej jako przetwornik AC (rys. 11).
W pierwszym trybie, w centralnej części okna programu jest umieszczony pionowy pasek przewijania. Przesunięcie tego paska powoduje zmianę napięcia na wyjściu przetwornika. Po dołączeniu do tego wyjścia woltomierza powinien on mierzyć napięcie o wartości zgodnej z wyświetlaną obok paska przewijania wartością napięcia. Dodatkowo można zmieniać zakres napięć wyjściowych przełączając przycisk w grupie Zakres przetwarzania. Przy przełączaniu pomiędzy napięciami unipolarnymi i bipolarnymi powinno być słyszalne przełączanie styków przekaźnika.
r tt.-i.25V
10 SW
Druga zakładka umożliwia przetestowanie karty pracującej jako prze tw ornik AC. W trybie tym również jest możliwe zmienianie zakresu napięć wyjściowych, dodatkowo
można sterować wzmacniaczem o programowalnym wzmocnieniu PGA103 (US5). Przetwornik USl jest odczytywany co 100 ms, a odczytywana wartość jest wyświetlana w centralnej części okna (rys. 11).
Karta, która pomyślnie przejdzie wyżej wymienione próby, jest sprawna.
Przestrzeń adresowa
Komunikacja z kartą odbywa się poprzez dwa 8-bitowe porty o adresach 3lEh i 3lFh. Pierwszy z nich jest portem danych. Poprzez ten port odbywa się odczyt zmierzonych wartości z przetwornika AC oraz zapis wartości do przetwornika CA. Należy pamiętać, że dla zakresów unipolarnych dane są zapisywane/odczytywane w naturalnym kodzie binarnym (NKB), a dla zakresów bipolarnych w kodzie uzupełnień do dwóch (U2). Drugi port jest rejestrem sterującym pracą karty. Podczas odczytu tego portu jedynie bit piąty jest istotny. Jeżeli jest on równy "0", to przetwornik zakończył przetwarzanie i można odczytać wynik pomiaru z portu danych. Podczas zapisu do rejestru sterującego są wykorzysta-
o,aov
i" t*Ł3V
&Ś=
Rys. 11. Wyglqd ekranu programu testowego 444_TEST -zakładka przetwornika AC.
ne tylko bity B2, B3, B4 i B5. Pierwsze dwa ustawiają wzmocnienie wzmacniacza wyjściowego zgodnie z tabelą 2, natomiast B4 i B5 ustawiają zakresy przetwarzania zgodnie z tabelą 1. Znaczenie tych bitów było przedstawione w pierwszej części artykułu. Na listingu 1 została przedstawiona procedura reagująca na zmianę przycisku typu RadioButton w grupie przycisków o nazwie Radio GroupWzmocnienie. Pod nazwą Kbyte jest ukryty rejestr kontrolny. Procedura została skompilowana przy pomocy kompilatora Delphi firmy Borland, a jej efektem jest zmiana wartości wzmocnienia wzmacniacza wyjściowego. Analogiczną procedurę można napisać do obsługi zdarzenia zmiany zakresu przetwarzania.
Oprócz dwóch wymienionych portów, do pracy karty jest niezbędne zarezerwowanie portu o adresie 3lDh. Port ten jest wykorzystywany przy odczycie wartości zmierzonej z przetwornika. Przed każdym odczytaniem war-
Rys. 10. Wyglqd ekranu programu testowego 444_TEST -zakładka przetwornika CA.
Listing 1
procedurę Snu anaW zmo cn i enia -
begm
case RadioGroupWzmocnienier Itemlndex of
Ol : |wzmocnienie 1/1 VI ]
begm
KByte := KByte and $f3; | Olna D2 i ID3 ]
end; | 1/1 VI]
11 : |wzmocnienie 1/10 VI ]
begm
KByte := KByte and $f3; | Olna D2 i ID3 ]
KByte := KByte or $0b; { Olna D2 i lllna EG ]
end; | 1/10 VI]
21 : |wzmocnienie 1/100 VI ]
begm
KByte := KByte and $f3; | Olna D2 i ID3 ]
KByte := KByte or %<:>!-, | lina D2 i lOlna EG ]
end; | 1/100 VI]
end,- | ca? ; 1
asm | wysłanie bajtu kontrolnego 1
mov dx.Kport
mov al.Kbyte
out dx,al-
end; | agm }
end; | zmiana wzmocnienia ]
.64
Elektronika Praktyczna 5/98
8-bitowy przetwornik A/C i C/A do PC
Listing 2.
procedurę ScrollBarlchange,-begin
Dana := ScrollEarl-Pocit
nłov dx, DPort nłov al. Dana out dx,al end,- | agjti ]
end,- | zmiana napięcia na wyjściu CA ]
tości z przetwornika należy dokonać wpisania dowolnej wartości pod ten adres.
Zapis i odczyt rejestrów
Zapis do portu danych przetwornika i do rejestru sterującego odbywa się w standardowy sposób. Fragment programu w asem-blerze dokonującego zapisu do portu jest umieszczony poniżej:
; zapis do portu karty
rnov dx, Port
; 31Eh lub 31Fh
rnov al, Dana
; dana 8-bitowa
out dx,al.
,- zapis do portu
Na listingu 2 została przedstawiona procedura obsługująca zda-izenie zmiany pozycji na komponencie typu ScroIIBar. Aby procedura działała poprawnie należy ustawić, dla ScroIIBarl, wartości właściwości Min i Max odpowiednio na 0 i 255. Przy takich założeniach przesunięcie paska będzie powodowało zmianę napięcia wyjściowego przetwornika CA. Należy zwrócić uwagę, że przytoczona procedura jest uproszczona, gdyż nie uwzględnia faktu, że dla napięć bipolarnych bajt danych powinien być zapisany w kodzie U2.
łł..... -h--------H.......ł---------
Rys. 12. Wyglqd ekranu przykładowego programu AVT444 - zakładka przetwornika AC.
Fragment programu odczytującego wartość zmierzoną z przetwornika może wyglądać następująco:
rnov dx,31dh
out dx,al.
,- zapis przypadkowej
; wartości do portu 31Dh
rnov dx,Port
; 31Eh lub 31Fh
in al,dx
; odczyt portu
rnov Dana, a 1
; dana 8-bitowa
Na listingu 3 została przedstawiona procedura odczytująca pomiar z przetwornika. Procedurę tą można używać do obsługi zdarzenia OnTimer (występującego co zadaną liczbę milisekund) komponentu Timer lub można ją wywoływać po naciśnięciu przycisku. Wartość odczytana z przetwornika jest zapisywana w zmiennej Dana.
Program AVT444
Dyskietka dołączana do płytki (AVT-444A) i kitu (AVT-444B) zawiera, oprócz programu PTEST i 444_TEST, program o nazwie AVT444. Jest to przykładowa aplikacja umożliwiająca wykorzystania karty przetwornika AC i CA jako prostego oscyloskopu z generatorem funkcyjnym. Program AVT444, podobnie jak program testujący, ma dwie zakładki, dzięki którym jest możliwe przełączanie pomiędzy oscyloskopem a generatorem .
Na rys. 12 pokazano wygląd okna oscyloskopu (przetwornik AC). W górnej części okna jest wyświetlany wykres czasowy. Poniżej wykresu jest umieszczony poziomy pasek przewijania, który umożliwia przeglądanie zarejestrowanego w pamięci komputera lub od-czytanego z dysku, wykresu pomiarowego. Dolna część okna zawiera przyciski sterujące pracą karty. Z lewej strony są umieszczone, opisane
wcześniej, komponenty umożliwiające zmianę zakresu przetwarzania oraz wzmocnienia. W centralnej części jest umieszczone rozwijane menu służące do wyboru częstotliwości próbkowania. Do wyboru są następujące wartości:
- 0,01 Hz;
- 0,02 Hz;
- 0,05 Hz;
- 0,1 Hz;
- 0,2 Hz;
- 0,5 Hz;
- 1 Hz;
- 2 Hz;
- 5 Hz;
- 10 Hz;
- 20 Hz;
- 50 Hz;
- 100 Hz;
- 200 Hz;
- 500 Hz;
- 1 kHz;
- 2 kHz;
- 5 kHz;
- 10 kHz;
- 20 kHz;
- 50 kHz;
- 100 kHz.
Z prawej strony znajduje się przyciski: Otwórz, Start/Stop, Zapisz, Drukuj, Koniec. Po wciśnięciu przycisku Otwórz jest możliwe wczytanie z dysku pliku z danymi pomiarowymi. Dane te można przeglądać lub drukować (przycisk Drukuj). Przycisk Zapisz umożliwia zapisanie danych zarejestrowanych przez przetwornik na dysk. Przycisk Start/Stop umożliwia włączenie/wyłączenie rejestrowania danych. Dane te można później przeglądać (posługując się poziomym paskiem przewijania), nagrać na dysk, lub wydrukować. Po naciśnięciu przycisku Koniec praca programu zostaje z akończ ona.
Na rys. 13 pokazano wygląd okna generatora (przetwornik CA). W górnej części okna jest wyświetlany wykres czasowy, poka-
Listing 3
procedurę TiinerTick,-
begm
jtcv dx $3 Id
out dx al
jtcv dx DPort
in al. ix
joov Dana, al
end,-
end,- | Tuner tick 1
Elektronika Praktyczna 5/9S
65
8-bitowy przetwornik A/C i C/A do PC
żujący przebieg, generowany przez kartę przetwornika. Dolna część okna zawiera elementy umożliwiające sterowanie pracą karty. Z lewej strony są umieszczone czteiy przyciski, którymi można wybrać rodzaj sygnału na wyjściu przetwornika. Do wyboru mamy:
- napięcie stałe;
- przebieg prostokątny;
- przebieg sinusoidalny;
- przebieg wg wzorca wczytanego z pliku.
Po wybraniu pierwszego przycisku na wyjściu przetwornika pojawia się napięcie stałe o wartości regulowanej pionowym paskiem przewijania z centralnej części okna. Przebiegi: prostokątny i sinusoidalny, nie wymagają omówienia. Ciekawą właściwością programu jest czwarta możliwość, czyli generowanie sygnału zgodnie z wzorcem użytkownika. Wzorzec ten jest wczytywany po naciśnięciu przycisku Otwórz, znajdującego się z prawej strony. Plik taki można stworzyć za pomocą dowolnego edytora tekstu. Plik tego typu musi spełniać następujące warunki:
- maksymalna długość pliku z danymi: 5000 bajtów;
- dane muszą być zapisane w formacie heksadecymalnym;
- w każdym wierszu może być podana tylko jedna wartość.
Po wczytaniu pliku z danymi, program sprawdza czy jest
możliwe wyg enerow anie przebiegu opisanego danymi z pliku wejściowego przy zadanej często tli w ości. Jeżeli nie będzie to możliwe, zostanie wyświetlony odpowiedni komunikat, w którym będzie
podana Rys. 12. Wyglqd ekranu przykładowego programu maksymalna AVT444 - zakładka przetwornika CA. częstotliwość,
z jaką zadany przebieg można ty. Przy tak bogatych możliwoś-generować. ciach, jakie posiada omawiana
W centralnej części, oprócz karta, może ona znaleźć zastoso-wspomnianego już paska do usta- wanie w nieskończonej liczbie ap-wiania napięcia stałego, znajduje likacji. Przykładem może być sys-się grupa przycisków typu Radio- tem nadzorujący jakiś proces, Button umożliwiająca zmianę za- który monitoruje sygnał wejścio-kresu przetwarzania. W centralnej wy (przetwornik AC) i po prze-części jest umieszczone rozwijane kroczeniu pewnej wartości gene-menu służące do wyboru częstot- ruje sygnał alarmowy (przetwor-liwości próbkowania (wartości nik CA). Karta może również częstotliwości próbkowania są ta- pracować jako oscyloskop dla łde same, jak dla przetwornika częstotliwości akustycznych, lub AC). Z prawej strony znajdują się jako źródło sygnału zegarowego, przyciski o znaczeniu analogicz- Przy konstruowaniu przystawek nym, jak dla przetwornika AC. wykonawczych należy pamiętać,
że układ OPA633 (US4) nie jest
Podane wyżej informacje są zabezpieczony przed przeciąże-wystarczające, aby samodzielnie niem. stworzyć oprogramowanie do kar- Paweł Zbysińskj
66
Elektronika Praktyczna 5/98
MINIPROJEKTY
Wspólną cechę układów opisywanych w działo "Mlnlprojekty" josf łatwość ich praktycznej realizacji. Na zmontowanie i uruchomienie układu wystarcza zwykłe kwadrans. Mogą to być układy stosunkowo skomplikowane funkcjonalnie, niemniej proste w montażu i uruchamianiu, gdyż ich złożoność i inteligencja jest zawarta w układach scalonych. Wszystkie projekty opisywane w tej rubryce sq wykonywane i badane w laboratorium AVT. Większość z nich wchodzi do oferty kitów AVT jako wyodrębniona seria "Mlnlprojekty" o numeracji zaczynającej się od 1000.
Przekaźnik półprzewodnikowy
Opisane w artykule
urządzenie można
stosować zamiast bardzo
pop ularnych
przekaźnikó w
el ektrom ech a ni cznych,
których podstawową
wadą jest szybkie
zużywanie się styków.
Dzięki zastosowaniu
op toi zolo wa n ego,
p ó łprze wo dniko wego
elementu łączącego,
opracowany przez nas
przekaźnik jest
bezpieczny w obsłudze
i nie wykazuje cech
zużycia nawet po
dłuższym użytkowaniu.
Nie oznacza to
oczywiście, że jest
całkowicie pozbawiony
wad. Szczegóły
w artykule.
Przełączanie obwodów napięcia sieciowego bywa niekiedy sprawą kłopotliwą. Napotykamy tu dwa podstawowe problemy: odizolowanie niebezpiecznego dla życia i zdrowia człowieka napięcia od układu, z którym użytkownik może mieć fizyczny kontakt oraz zakłócenia powstające przy włączaniu z obwodu 220VAC in-dukcyjności (czyli praktycznie wszystkich odbiorników energii).
Proponowany układ eliminuje obydwa te problemy. Może on realizować dwie alternatywne funkcje:
- Przełączanie obwodu 220VAC sterowane napięciem stałym z przedziału 3..15V. Może to być wysoki poziom logiczny z układu cyfrowego, np. z zegara lub timera.
- Przełączanie obwodu 200VAC sterowane napięciem 220V. W takim przypadku nasz układ może zastąpić typowy przełącznik sterujący odbiornikiem energii elektrycznej, nawet przełącznik ścienny.
W obydwóch przypadkach nie jest możliwe powstanie jakichkolwiek zakłó-
1N4X7
560
220
MOC3040
3Ł_
Cl 22OJF
TC1 BT1M
CON1
coi*\(S)\CON2
Rys. 1.
ceń, tak przykrych dla słuchaczy radia. "Trzaski" powstające przy dołączaniu i odłączaniu obciążeń do/od sieci energetycznej mają dwa źródła: włączanie i wyłączanie in-dukcyjności przy pełnym napięciu i iskrzenie wywołane wielokrotnymi odbiciami styków przełącznika lub przekaźnika. To ostatnie zjawisko wpływa także niekorzystnie na trwałość styków przełącznika i przekaźnika, powodując ich szybkie wypalanie.
Z rozrzewnieniem wspominam czasy, kiedy to oglądałem trzymany w drżących z emocji rękach sprowadzony za ciężkie pieniądze z zagranicy triak. Obecnie te użyteczne elementy stały się bardzo tanie i powszechnie dostępne. Bez przesady można nawet stwierdzić, że układy takie, jak niżej opisany, powinny znaleźć się nawet w włącznikach naściennych, przedłużając ich trwałość i eliminując zakłócenia radioelektryczne. Także ze zdobyciem optotriaków, stanowiących podstawowy element układu, obecnie nie ma najmniejszego problemu.
Opis działania układu
Schemat elektryczny układu przekaźnika pokazany został na rys. 1. Kolejno opiszemy działanie obydwóch obwodów: wyzwalania poziomem napięcia stałego i napięciem przemiennym 220V.
Podanie na wejście CON2 napięcia stałego 3..15V spowoduje za- Rys. 2.
świecenie diody LED umieszczonej w optotriaku Ql. Element ten pełni w układzie dwie funkcje: steruje wyzwalaniem triaka i izoluje galwanicznie od siebie obwód wysokiego napięcia sieci i obwód sterowania. Odporność na przebicie izolacji wewnątrz op-totriaka wynosi kilka kilo-woltów, tak że możemy być całkowicie spokojni o nasze bezpieczeństwo.
Aby triak Ql został włączony muszą być spełnione dwa warunki: po zapaleniu diody LED musi nadejść moment, w którym napięcie na umownych anodach triaka będzie większe od kilku wol-tów (wtedy następuje włączenie). Przepływ prądu przez obciążenie przy tak małym napięciu nie może wywołać dużych zakłóceń, nawet jeżeli mamy do czynienia z dużą indukcyjnoś-cią, np. transformatorem sieciowym dużej mocy. Wyłączenie triaka jest już sprawą prostą, ponieważ niezależnie od sposobu sterowania jego bramką, nastąpi zawsze przy zerowym napięciu sieci. Przebiegi napięcia występu-
Punkty zapłonu trtaka
Elektronika Praktyczna 5/98
71
MINIPROJEKTY
STREFA BEZPIECZNA
TC1
cmi
Rys. 3.
jące na anodach triaka i przepływającego prądu są pokazane na rys. 2.
Do złącza CON3 jest dołączony dodatkowo drugi przewód instalacji sieciowej, nie wykorzystywany przy sterowaniu napięciem stałym. Jeżeli zechcemy sterować naszym przekaźnikiem za pomocą napięcia przemiennego 22OV, to zwarcie złącza CONl spowoduje przepływ prądu w obwodzie prostownika jednopołówko-wego zbudowanego z diody Dl i rezystora R4, ograniczającego prąd ładowania kondensatora Cl. Naładowanie
tego kondensatora spowoduje zaświecenie diody LED w strukturze optotriaka i w konsekwencji włączenie triaka TCl. W układzie m o d e 1 o wy m zastosowano triak typu BT136, pozwalający na sterowanie obciążeniami do 6A (2A bez radiatora). Nie ma żadnych przeszkód, aby triak wymienić na inny, o większym dopuszczalnym prądzie.
Montaż i uruchomienie
Na rys. 3 pokazano rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej. Montaż wykonujemy w typowy sposób, rozpoczynając od elementów o najmniejszej wysokości, a kończąc na złączach ARK i kondensatorze elektrolitycznym. Zmonto-
wany ze sprawnych elementów układ nie wymaga ani uruchamiania ani jakiejkolwiek regulacji. Podczas prób działania urządzenia musimy stale pamiętać, że wszystkie elementy układu z wyjątkiem złącza CON2, rezystora R3 i części układu scalonego Ql połączone są na stałe z siecią energetyczną. Pamiętajmy więc o wielokrotnie sprawdzonej zasadzie pracy jedną ręką i zachowajmy wszystkie stosowne środki ostrożności. Podczas prób płytka musi być pewnie przymocowana do stołu warsztatowego i wskazana jest obecność drugiej, asekurującej osoby.
Płytka została zwymiaro-wana pod obudowę typu KM-31 i taka obudowa będzie dostarczana w kicie. Zastosowanie obudowy z tworzywa sztucznego ma znaczący wpływ na bezpieczeństwo posługiwania się przekaźnikiem. Należy zasto-
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl, R2: 220Q
R3: 5ÓOQ
R4: 22kQ/lW
Kondensatory
Cl: 220^F/16V
Półprzewodniki
Ql: MOC3040
TCl: BT136
Dl: 1N4007
Różne
Fl: oprawka do
bezpiecznika
CONl: ARK2
CON2: ARK2 (3,5 mm)
CON3: ARK3
obudowa typu KM-31
Kompletny układ i płytki drukowane są dostępne w AVT pod oznaczeniem AVT-1176.
sować bezpiecznik Fl właściwy dla zasilanego przez nasz przekaźnik odbiornika energii. AW
Elektronika Praktyczna 5/98
Przetwornik A/C i C/A do PC
Drugq część artykułu poświęciliśmy omówieniu sposobu uruchomienia
Zegar pseudoana-logowy... >
...a tak naprawdę cyfrowy z wyświetlaniem analogowym. Zamiast wyświetlaczy 7-segmentowych konstruktor układu zastosował diody świecqce, które jq wskazówki, str 57.
Projekty Czytelników
Tym razem prezentujemy opis bardzo prostej karty l/O dla komputera PC. Ciekawostkq jest nietypowo wykonany dekoder adresowy, str. &b.
Regulator obrotów silnika elektrycznego T
Artykuł interesujqcy zarówno z punktu
widzenia elektronika-praktyka, jak i tych
Czytelników, którzy chcq pogłębić swojq
wiedzę
o zasadach
sterowania
fazowego.
Str. 43.
Perkusyjny generator rytmów
Urzqdzenie opisane w artykule gwarantuje fantastycznq zabawę tym elektronikom, którzy lubiq latynoamerykańskie n/tmy... Str. 72.
asilacz do żarówek halogenowych ^
Bardzo popularne ostatnimi czasy żarówki halogenowe wymagajq zasilania napięciem 12V. Opracowany przez nas zasilacz, dzięki zastosowaniu techniki impulsowej, pozwala w dużym stopniu ograniczyć straty mocy, jest lekki, a dzięki przemyślanej konstrukcji bardzo niezawodny. Zapraszamy na str. 39.
aźnik półprzewodnikowy
Pomimo prostoty układowej jest to bardzo atrakcyjne :>zwiqzanie dla wszelkich zelekt-^nizowanych włqczników sieciowych, str. 71.
Elektroniczny układ zapłonowy >
Standardowe rozwiqza-nie, które dzięki zastosowaniu niezwykłego elementu, staje się\ bardzo interesujqcq konstrukcjq - str. 73.
Raport EP A
Przedstawiamy kolejne urzqdzenie z oferty Yellema-na - kodowany tor zdalnego sterowania, str. 89.
Stroboskop 3-kaftKolejne urzqdzenie dla dyskoteki lub na'ŁiWinowq prywatkę. Dzięki zastosowaniu trzech niezależnych palników o regulowanej częstotliwości błyskania można iqgnqć bardzo interesujqce efekty wizualne, str. 51.
Elektronika Praktyczna 5/98
Notatnik Praktyka...
...poświęciliśmy przybliżeniu tanich programów do projektowania obwodów drukowanych. Jest to wstęp do cyklu artykułów, w którym omówimy metody wykonywania obwodów drukowanych w warunkach domowych, str. 23.
Internet dla elektroników1
Na miłośników mikrokontrolerów rodziny '51 produkowanych przez Siemensa czeka w Internecie nie lada gratka - DAvE, który może zostać także Twoim przyjacielem! Str. 30.
...czyli, co "słychać" w sprzęcie lutowniczym, część 2. Str. 27.
Analizatorstahów logiczni ASL-5016/32
Prezentacja bardzo interesujqcego narzędzia uruchomieniowego dla pracowni cyfrowych, str. 31.
Elektronika Praktyczna 5/9S
Świat hobby.
Projekty zagraniczna
Dźwięk i bezpieczeństwo.........................................
Przenośny zasilacz/ładowarka do akumulatorów
Notatnik Prakt)
Płytki drukowane w domu, część Test
Przeglqd narzędzi lutowniczych, część 2 , Internet dla ElektronikówJ
Twój przyjaciel DAvE Sprzęt]
Analizator stanów logicznych SOló/32.......
Nowe oscyloskopy firmy Hewlett-Packard
Projekty
Stacja lutownicza...................................................
Zasilacz żarówek halogenowych.........................
Regulator obrotów silnika 220V............................
Stroboskop 3-kanałowy.........................................
Zegar pseudoanalogowy.....................................
8-bitowy przetwornik A/C i C/A do PC, część 2
Miniprojekty,
Przekaźnik półprzewodnikowy.....
Generator rytmów perkusyjnych Elektroniczny układ zapłonowy,,,
Podzespoły
Nowości Microchipa, Nowe podzespoły.....
Kurs
Procedury standardowe Projekty Czytelników
Programowalna karta l/O do PC, Raportlp1
Tor zdalnego sterowania, część Biblioteka EP..............................
13 19
31 33
34 39 43 51 57 03
71 72 73
Forum.
i
,92"
Info Świat.........................................................................93
Info Kraj............................................................................94
Listy...................................................................................96
Kramik+Rynek................................................................97
1 Wykaz reklamodawcow............................................110
l Ekspresowy Informator Elektroniczny.....................^
Wyniki konkursu,
................................6
MINIPROJEKTY
Perkusyjny generator rytmów
Jednym z marzeń
każdego dziecka jest,
aby zostać gwiazdą
telewizji lub estrady.
Autor chciał zostać
perkusistą, co jest
o tyle łatwe do
zrozumienia, że
perkusista jest
najważniejszą osobą
w każdym zespole
m uzycznym - wszyscy
instrumentaliści grają
pod jego "dyktando".
Urządzenie
prezentowane
w artykule nie
wsp om oż e wpra wdzie
rozwoju praktycznych
umiejętności grania na
perkusji, pozwoli
jednak w bardzo
efektowny sposób
"poudawać", że się je
posiada...
Zbudowanie dobrej jakości symulatora perkusji wymaga wykonania skomplikowanego urządzenia elektronicznego lub zastosowania specjalizowanego układu scalonego. Ponieważ czytacie teraz Miniprojekty, oczy-
wiste jest, że proponujemy to drugie rozwiązanie.
Z pomocą przyszła nam firma Holtek. Jej konstruktorzy opracowali specjalizowany układ generujący 16 różnych rytmów latynoamerykańskich, który nosi oznacze-VDO
KEYiO->
1 i
Blok WyanlonlB Dsta Wflj
w ICiB
^ f
Oscylatcr German wzorcowy RC 508 X )M
w 13błt


Przetwomk CA Purrifl* próbek ROM 4Skxebłt adrau

V88
Rys. 1.
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl: lkQ
R2: lOOkD
Kondensatory
CL C2: lOOnF
C3: 100|^F/10V
Półprzewodniki
Tl: BC548
US1: HT3015A
Różne:
Gl: głośnik 8..40D
Kompletny układ i płytki drukowane są dostępne w AVTpod oznaczeniem AVT-1172.
nie HT3015A. Schemat blokowy tego układu przedstawiono na rys. 1. Jak widać, ma on w swoim wnętrzu wszystkie elementy, które są niezbędne do zbudowania elektronicznej perkusji. Dzięki zastosowaniu 6-bitowego przetwornika C/A, jakość odtwarzanego dźwięku jest bardzo dobra i do złudzenia (oczywiście dla mniej wprawnego ucha) przypomina prawdziwy zestaw perkusyjny.
Schemat elektryczny urządzenia przedstawiono na rys. 2. Zdumiewająca prostota aplikacji jest możliwa tylko dzięki znacznemu skomplikowaniu struktury układu USl. Tranzystor Tl spełnia rolę prostego wzmacniacza mocy, który steruje
72
Elektronika Praktyczna 5/98
MINIPROJEKTY
bezpośrednio głośnikiem GL Rezystor R2 ustala częstotliwość wzorcową, od wartości której zależy brzmienie odtwarzanych instrumentów.
Przyciski dołączone do wejść KEYl.. 16 wyzwalają generatory rytmów, których krótki opis przedstawiono w tab. 1. Przyciski te nie są montowane na płytce drukowanej , co pozwoliło znacznie ograniczyć jej wymiary.
Na schemacie elektrycznym narysowano dodatkowy rezystor R oraz diodę świecącą, która jest dołączona do wyjścia FLAG USl. Dioda ta migocze podczas odtwarzania ścieżki z częstotliwością ok. 3 Hz. Dołączenie tych elementów przewidziano tylko jako opcję, ponieważ w praktyce ta sygnalizacja jest mało przydatna.
Na rys. 3 przedstawiono sposób reakcji układu USl na naciśnięcia przycisków KEYl..16. Przełączniki o większych numerach (na rys. 3 - M) mają większy priorytet niż przełączniki o numerach mniejszych (na rys. 3 - N).
Na rys. 4 przedstawiono rozmieszczenie elementów na płytee drukowanej. Wi-
Ozn. Funkcja
KEY1 przełącza rytmy sekwencyjnie
KEY2 Latln fuslon 1
KEY3 Latln fuslon 2
KEY4 Latln ballad 1
KEY5 Latln ballad 2
KEY6 Latln rocki
KEY7 Latln rock 2
KEY8 Latln fuslon 3
KEY9 Samba 1
KEY10 Samba 2
KEY11 Son afro
KEY12 Mambo
KEY13 Latln rock 3
KEY14 Rhurnba
KEY15 Cha-cha
KEY16 Samba 3
Rys. 4.
dok ścieżek znajduje się na wkładce wewnątrz numeru. RR
Elektronika Praktyczna 5/98
73
MINIPROJEKTY
Elektroniczny układ zapłonowy
Zapali czy nie
zapali, to pytanie
dręczy wielu właścicieli
aut starszej generacji,
szczególnie w dni
mroźne i wilgotne.
Urządzenie
przedstawione
w artykule pozwala
zaradzić takim
kłopotom.
Firma SGS-Thomson wyprodukowała serię układów scalonych, opracowanych z myślą o stosowaniu w samochodowych urządzeniach zapłonowych. Jednym z nich jest układ VB020, który zastosowaliśmy w prezentowanym projekcie. Schemat blokowy tego układu przedstawiono na rys. 1. Integruje on w swoim wnętrzu następujące funkcje:
- steruje uzwojeniem pierwotnym cewki zapłonowej;
- ogranicza prąd płynący przez pierwotne uzwojenie cewki do max. 6A;
- zabezpiecza tranzystor wyjściowy przed napięciami samoindukcji cewki powyżej 400V.
Ponieważ jego maksymalne napięcie zasilania wynosi 24V, w zasadzie nie może być stosowany w instalacjach samochodowych innych niż o napięciu 12V.
Zasada pracy urządzenia zapłonowego z układem VB020 jest identyczna jak standardowych rozwiązań z przerywać zem, z tą różnicą, że klucz elektroniczny zawarty w strukturze układu scalonego może zapewnić Wn'6 szybsze opadanie zbocza prądu niż jego mechaniczny odpowiednik. Szybsze opadanie zbocza prądu oznacza wyższe napięcie na wtórnym uzwojeniu, co wynika ze Dwc
wzoru opisującego napięcie na cewce, które jest proporcjonalne do pierwszej pochodnej prądu, czyli do jego zmiany w czasie.
Wyższe napięcie na cewce oznacza z kolei większą energię iskry, a zatem większe prawdopodobieństwo zapłonu mieszanki ubogiej w paliwo. Mieszanka uboga występuje w czasie rozruchu silnika zimnego przy niskich temperaturach. Występuje wtedy zjawisko osiadania paliwa na ściankach cylindrów, a więc z dala od świecy za-
Elektronika Praktyczna 5/98
73
MINIPROJEKTY
J4O-
I
pionowej, a jej spalanie (paliwo już nie wymieszane z powietrzem) jest powolne.
Ażeby poprawić warunki spalania, to mieszanka pali-wowo-powietrzna jest czasowo wzbogacana (urządzenie rozruchowe, popularnie zwane ssaniem), zaś z drugiej strony powinniśmy zapewnić iskrę o większej energii. Temu ma właśnie służyć zaproponowane rozwiązanie.
Układ zapłonowy, z kluczem elektronicznym jako elementem bezpośrednio sterującym zamiast mechanicznego przerywacza, poprzez wytwarzanie iskry o większej energii umożliwia spalanie mieszanek uboższych. Mieszanki takie występują nie tylko w czasie rozruchu, ale również na niskich prędkościach obrotowych w czasie przeciążenia silnika, czyli w sytuacji jazdy z relatywnie niską prędkością na wysokim biegu. Zbyt niska energia iskry powoduje zjawisko wypadania suwów, przejawiające się niestabil-
Rys. 3.
ną pracą silnika czy strzałami samo zapłonowymi.
W czasie rozruchu silnika napięcie w instalacji samochodu spada nawet do 60% wartości nominalnej. Wiedząc, że energia iskry zależy od kwadratu napięcia na uzwojeniu wtórnym, jej zmiany zależne od napięcia zasilania powinniśmy więc liczyć w podwielokrotnościach jej wartości maksymalnej.
Kolejną, niewątpliwą zaletą jest to, że układ elektroniczny nie wymaga tak częstych konserwacji, jak układ mechaniczny.
Na rys. 2 przedstawiono schemat elektryczny prostego układu zapłonowego, który jest sterowany impulsami z przerywacza mechanicznego. Ponieważ układ VB020 wyłącza prąd w stanie niskim na jego wejściu, pojawiła się potrzeba odwrócenia fazy sygnału przychodzącego z przerywacza. Zadanie to realizuje tranzystor Tl. Rezystor R3, znajdujący się na wejściu Jl, zapewnia przepływ prądu przez przerywacz zapobiegający utlenianiu się jego styków.
Płytkę drukowaną i rozmieszczenie elementów przedstawiono na rys. 3. Montaż kilku rezystorów i tranzystora
nie powinien nastręczać problemów nawet mało wprawnemu czytelnikowi. Należy zwrócić uwagę na sposób montażu układu VB020 (rys. 4). Jest on montowany od strony lutowania, po odpowiednim wygięciu nóżek. W ten sposób rozwiązano kwestię mocowania całej płytki do radiatora.
Uruchomienie układu polega na sprawdzeniu całości najpierw na stole montażowym, potem w samochodzie. Do uruchomienia układu na "sucho" potrzebna jest żarówka samochodowa 12V o mocy zależnej od posiadanego zasilacza. Na zacisk J4 podajemy plus zasilacza, a na J2 jego minus. Żarówkę włączamy między J3, a plus zasilania i załączamy zasilacz. Przy zacisku Jl wiszącym w powietrzu żarówka powinna być zgaszona, natomiast powinna zaświecić, kiedy Jl zewrzemy do masy.
Jeżeli jest wszystko w porządku, przenosimy nasz układ do samochodu. Rozpinamy połączenie między przerywaczem a cewką zapłonową. Przewód od przerywacza łączymy z Jl, zaś w ten sposób wolny zacisk cewki dołączamy do zacisku J3 płytki. Pozostaje nam jeszcze dołączenie plusa zasilania (najlepiej dołączyć do drugiego zacisku cewki zapłonowej) do J4 i masy do J2. Wszystkie niezbędne połączenia pokazano na rys. 5. Linią przerywaną zaznaczono zlikwidowane połączenie między cewką a przerywaczem.
Płytka drukowana została swoimi wymiarami przystosowana do jednego z popularnych radiatorów, o przekroju poprzecznym nazywanym obiegowo "rogami jelenia". Rys. 5.
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl, R2, R6: lktł R3: 300Q/0.5W R5, R7: 330Q R8: 47Q/0.5W Kondensatory Cl: 150nF Półprzewodniki Tl: BC547 Ul: VB020
Kompletny układ i płytki drukowane są dostępne w AVT pod oznaczeniem AYT-1173.
Pfytta dnjmwma
Rys. 4.
Oczywiście, nic nie stoi na przeszkodzie, aby układ przykręcić do kawałka odpowiednio wygiętej blachy aluminiowej. Zastosowany przez autora radiator pozwala na stosunkowo łatwe zalanie elektroniki żywicą. Radiator umieszczamy w imadle, wkładając pomiędzy szczęki a radiator kawałki laminatu. Do tak utworzonej wanienki wlewamy uprzednio przygotowaną żywicę. Po jej zastygnięciu wystarczy oderwać niepotrzebne już kawałki laminatu i dostajemy kostkę odporną na warunki atmosferyczne panujące w komorze silnika.
Sposób zamocowania całości w samochodzie pozostawiamy pomysłowości czytelników.
Mirosław Lach, AVT [e-mail]
Elektronika Praktyczna 5/98
NOWE PODZESPOŁY
Stabilizator impulsowy dużej mocy firmy
Układ MIC4576 jest udoskonaloną wersją popularnych stabilizatorów impulsowych obniżających napięcie (LM2576], rodziny Sim-pls Switcher, produkowanych przez National Semiconductor. Udoskonalenie wprowadzone przez firmę Micrel polega na zwiększeniu
*n
Rys. 1.
częstotliwości kluczowania do 200 kHz (4-krotnie wię- $hlMgm cej, niż LM2576], Erabls co pozwala znacznie obniżyć pojemności filtrujące na wyjściu oraz induk-cyjnośc dławika.
Producent oferuje układy MIC4576 w trzech wersjach Rys. 2. nap ięciowych -
3,3V (stosowana m.in. do zasilania procesorów Pentium i pochodnych], 5V (zasilanie standardowych układów cyfrowych] i z re-
gulacją napięcia wyjściowego. Zakres dopuszczalnych napięć wejściowych wynosi + 6..36V. Duża wydajność prądowa (do 3A] układów MIC4576, przy ich dużej sprawności (min. 75%], umożliwia stosowanie ich zarówno w sprzęcie stacjonarnym, jak i przenośnym, zasilanym bateryj-nie. Wszystkie układy serii MIC457 6 są wyposażone w wejście SHDN, które umożliwia przełączanie stabilizatora w tryb oczekiwania.
Na rys. 1 przedstawiono schemat aplikacyjny układu m w wersji 5V, a na rys. 2
schemat uniwersalnego stabilizatora o napięciu wyjściowym
Output
f-o
ustalanym przy pomocy rezystorów Rl, R2.
Są dostępne dwie wersje obudów - TO-
220 z pięcioma wyprowadzeniami i TO-263,
Wzmacniacz izolacją optyczną
HEWLETT PACKARD
Układy HCPL-7850/7851 są wzmacniaczami z optoizolacją, pozwalającymi na wzmocnienie i przedstawienie wartości prądu i napięcia. Zastosowanie takiego wzmacniacza z rezystorem odniesienia do monitorowania prądu silnika (rys. 3] pozwala zbudować prosty układ kontrolny, bez konieczności stosowania transformatorów lub czujników Halla.
Układy wzmacniaczy zawierają wewnątrz obudowy przetwornik A/D typu sigma-delta, roernrc
FLOATING PLY
OATEDRNE CIRCUIT
połączony optycznie z przetwornikiem D/A. Wysoki współczynnik CMR wynoszący 8kV/ |Xs pozwala na prace w otoczeniu o bardzo dużych szumach od szybkich przełączeń, np. w otoczeniu tranzystorów IGBT. Niskie napięcie offsetu (0.6mV] pozwala na użycie tych układów w aplikacjach o bardzo dużej dokładności. Układ HCPL-7850 spełnia dodatkowo parametry normy militarnej, co pozwala na użycie go w zastosowaniach przemysłowych.
HEWLETT PACKARD
tfftf
Rys. 3.
Elektronika Praktyczna 5/9S
75
NOWE PODZESPOŁY
Nowy regulator impulsowy firmy
Linear Technology rozszerzył popularną rodzinę impulsowych układów zasilających o częstotliwości kluczowania 500kHz wprowadzając scalony konwerter o prądzie wyj-Sciowym do 4,5 A (LT1374). Jest to ulepszona wersja układu LT1376, którego prądem granicznym było 1,5 A. Przy pracy z częs-totliwoScią 500kHz i wewnętrznym kluczem, do wykonania kompletnego zasilacza potrzebne jest tylko kilka elementów zewnętrznych (rys. 4).
MożliwoSci LT1376 zostały "przeniesione" do LT1474, włączając w to układy kontroli prądu, wewnętrzny układ synchronizu-jący i niski pobór prądu w stanie oczekiwania (20[iA). Dodatkowo zmniejszone zostały szumy wprowadzane przez układ w czasie startu, jak i pracy.
Układ LT13 74 dostępny jest w obudowach SO-8 oraz TO-220.
TECHNOLOGY
6VTO25V
Rys. 4.
Nowy stabilizator napięcia o prądzie wyjściowym 10A
UTKAB
TECHNOLOGY
Vcohirol = 5V o-
Ciągłe ulepszanie układów mikroprocesorowych i logicznych powoduje zwiększenie prędkoSci ich pracy, a także (niestety) poboru prądu. Niskie napięcia zasilania, duże prądy oraz bardzo krótkie czasy ładowania wymagają specyficznych układów zasilających.
Nowy regulator firmy Linear Technology - LT1581 spełnia wymagania najnowszych systemów mikroprocesorowych o dużym poborze prądu. Przez użycie oddzielnego napięcia kontrolnego uzyskano bardzo niski spadek napięcia wyjSciowego, równy napięciu nasycenia tranzystora wyjSciowego. Na przykład, spadek napięcia przy prądzie 4A wynosi 220mV, przy 7A - 310mV i przy 10A tylko 430mV. Wynika z tego, że LT1581 może być użyty w wielu aplikacjach wymagających dużych prądów zasilających, przy małym spadku napięcia na wyjSciu.
C3
2ĄIF1 25V
VlN VCONT
SENSE
ADJ
+ C2 ^22 10V
C4_
Rys. 5.
LT1S81
R1 110
1%
R2 C1
no ioqjjf;
1% 10V
Vour = 2,5V
10Vl
MICROPROCESSOR SOCKET
Voo
1/iF 25V
Transpondery dynamicznym
Microchip wprowadził do sprzedaży układy scalonych generatorów kodu dynamicznego serii HCS4xx, które mogą spełniać tak-
z kodem firmy
MicnacHiP
Ml
Rys. 6.
że rolę transponderów. Układy HCS410 (te są w chwili obecnej dostępne) generują kod o długoSci 69 bitów, w czym modyfikowany \J7 jest łańcuch o długoSci 32 bitów. Pozostałe 3 7 bitów stanowi znacznik klucza. Układ jest wyposażony w trzy wejScia kodujące, dzięki którym możliwe jest wygenerowanie 7 różnych kodów sterujących.
Na rys. 6 przedstawiono uproszczoną aplikację układu HCS410 pracującego jako standardowy koder (kompatybilny z układami serii HCS3xx). Na rys. 7 przedstawiono
aplikację tego układu pracującego jako trans-ponder zasilany z cewki antenowej (energia jest magazynowana w kondensatorze lOOnF).
Rys. 7.
Elektronika Praktyczna 5/98
NOWE PODZESPOŁY
Oszczędny stabilizator napięcia (>)
National Semiconductor
Regulator napięcia firmy National Semi-conductors, o nazwie LM3480, przypomina z zewnątrz układy serii 78Lxx (rys. 8), ale jego szczególna konstrukcja powoduje, że jest on przeznaczony do aplikacji, w których szczególnie ważne jest ograniczenie strat mocy. Stało się to możliwe dzięki zmniejszeniu o połowę minimalnego spadku napięcia w całym zakresie obciążeń, aż do lOOmA, co powoduje, że układ ten doskonale zapewnia regulowanie napięcia z 5V do 3,3V. Co ciekawsze układ można zasilić napięciem do 30V! Z zewnątrz jest to maleństwo - trójwy-
Nationat Semiconductor
LM3460IM33 3
3,3V, lOOmAOJT
prowadzeniowa obudowa SuperSOT pozwala stosować ten układ także w miniaturowym sprzęcie przenoSnym. Obecnie są dostępne wersje regulatora dla napięć: 3,3V, 5V, 12V i 15V.
Nowy układ Whp\ interfejsu IrDA
Firma Hewlett Packard ciągle rozszerza V
rodzinę układów interfejsu IrDA. Układ HSDL-2100 jest układem nowej generacji, umożliwiającym połączenie "logiki" urządzenia z sygnałem wysyłanym przez inne urządzenie pracujące w standardzie IrDA. Tym, co odróżnia ten układ od innych, jest możliwoSć od- ~mdo bioru sygnałów w obydwu standardach IrDA.
WyjScie układu RXD-A (rys. 9) jest przeznaczone dla sygnałów w zakresie od 2,4Kb/s do 115,2 Kb/s. WyjScie RX-B jest przeznaczone do pracy w zakresie od 0,576 Vcc Kb/s do 4Mb/s. Rozdzielnie sygnałów następuje wewnątrz układu. Na zewnątrz nie róż- '==r
ni się niczym od dotychczas stosowanych. Pozwala to więc na bardzo szerokie zastosowanie tego układu. Reszta należy do projektanta urządzenia. Rys. 9.
HEWLETT PACKARD
ESIHEWLETT
W.KM PACKARD
HSDL-2100
Niskonapięciowa pamięć Flash
Najnowsza pamięć Flash firmy AMD wymaga do poprawnej pracy tylko 2,7V (nie potrzeba dodatkowych układów zasilających do zapisu). Co więcej - wspiera ona standard CFI (ang. Common Flash Memory Interface) przyjęty przez: AMD, Fujitsu, Intel i Sharp, który pozwala na standaryzację sterowników programowych do obsługi pamięci (szczególnie dotyczy kart pamięciowych).
Nowe pamięci są dostępne w trzech różnych wersjach (zależnie od organizacji): Am29LV160B, Am29LV116B i Am29LV017B, wszystkie o pojemnoSci 16Mb. Czas dostępu
nie przekracza 80ns, co pozwala szybko wykonywać program zapisany w takiej pamięci.
Pamięć jest wyposażona w unikalny system zarządzania zasilaniem. Jak wiadomo urządzenia przenoSne mają wiele takich momentów, gdy praktycznie nic nie robią. Pamięć automatycznie wykrywa takie sytuacje i "usypia" się (detekcja Zero Power Operation).
Struktury wykonywane są w technologii 0,35 mikrona i wytrzymują typowo milion operacji zapis/kasowanie.
Dostępne wersje obudów to TSOP-48 i SOIC-44.
Elektronika Praktyczna 5/98
77
NOWE PODZESPOŁY
Nowy modem V22/Bell 212
Układ CMX644 jest układem przeznaczonym do pracy w standardzie V22 i używanym w telemetrii przewodowej lub telefonii, wszędzie tam gdzie jest wymagany niski pobór mocy. Może on pracować z prędkoS-cią przesyłania 12OOb/s w trybie full-dup-lex w obwodach 2 lub 4-przewodowych.
Jest on wyposażony w interfejs cyfrowy, ułatwiający podłączenie do mikroprocesora sterującego. Dane nadawane i odbierane przez modem są przesyłane szybką szyną szeregową. Układ ma dodatkowo wbudowane moduły umożliwiające dekodowanie informacji przesyłanych w standardzie Bell212A.
firmy
W strukturze układu CMX644 umieszczono także moduły dekodowania sygnałów DTMF, co w znacznym stopniu upraszcza pracę mikroprocesora z nim współpracującego. W wielu aplikacjach wymagany jest niski pobór mocy. Układ CMX644 może pracować w trybie oszczędnym Zero Power, w którym pracuje układ rozpoznawania sygnału dzwonka.
Układ może pracować przy napięciu zasilania 3,0..5,5V w temperaturze od -45.. + 85 �C dzięki czemu może pracować w aplikacjach przemysłowych (zdalna telemetria).
QlMrd
TiHtori Program matole Equallisr PSK Modulator

H9W1 apiwi*
XTAL CTALN
CLOCK
VBIAS VDO VSS
Rys. 10.
Elektronika Praktyczna 5/98
KURS
Biblioteki
mikroprocesorowych j procedur standardowych
Procedura obsługi transmisji szeregowej dla mikrokontrolerow MCS-51
Układy ze sterownikami
procesorowymi są z reguły
prostymi, autonomicznymi
urządzeniami. Do komunikacji
z nimi wystarczy kiłka
przycisków łu b
nieskompłikowane kławiatury.
Zdarza się jednak, że układy
te współpracują
z komputerami kłasy PC. Są
sterowane przez takie
urządzenie nadrzędne łub
wysyłają zebrane dane do
PC-ta. W tym przypadku
najprościej zastosować do
dwustronnej komunikacji port
szeregowy.
bit startu
8 bitów
danych
Rys. 1.
Procesory z rodziny '51 wyposażono w sprzętowe i programowe udogodnienia, pozwalające stosunkowo łatwo stworzyć złącze szeregowe pracujące w standardzie RS-232. Co najmniej dwa takie złącza można znaleźć w każdym przeciętnym PC-cie. Jedno zazwyczaj jest zajęte przez mysz, ale drugie może posłużyć do komunikacji ze sterownikiem jedno-układowym.
Standard RS-23 2 opracowano do współpracy między takimi urządzeniami jak komputer i modem, co w pierwotnej wersji standardu wymagało wielu linii sterujących. Do wymiany danych ze sterownikiem wystarczy jednak najbardziej zubożona postać RS-232.
Żeby zapewnić bezbłędne przesyłanie danych, użytkownik musi najpierw ustalić takie parametry transmisji jak: szybkość transmisji, format ramki oraz elektryczne parametry komunikujących się wejść i wyjść. Jak sugeruje sama nazwa, informacje między urządzeniami przesyłane są szeregowo, kolejno bajt za bajtem. Ponieważ interesować nas będzie szeregowa transmisja asynchroniczna, aby przesłanie danych uwieńczone zostało sukcesem, należy zarówno nadajnik, jak i odbiornik ustawić w tryb pracy z taką samą szybkością. W przypadku procesorów '51 łatwo można zaprogramować jedną ze standardowych szybkości. Są to: 600, 1200, 2400, 4800, 9600 i 19200 bodów (bitów/s). Złącze szeregowe urządzenia współpracującego, np. PC-ta musi praco-ut wać z taką samą szybkością. Btopu Oprócz tego oba urządzenia muszą się "umówić" co do formatu przesyłanych danych.
Ponieważ między przesyłanymi bajtami mogą wystąpić dowolnej długości przerwy, to każdy bajt musi być poprzedzony impulsem synchronizującym. Nazywa się on bitem startu i zawsze przyjmuje poziom niski. Po bicie startu są transmitowane kolejno bity danych, począwszy od najmłodszego DO. Standard pozwala ustalić różną liczbę transmitowanych bitów, jednak komunikując się ze sterownikiem '51 najpraktyczniej przyjąć format bajtowy, czyli ustalić liczbę bitów w jednej ramce na 8. Po najstarszym bicie danych wysyłany jest obowiązkowo bit stopu przyjmujący zawsze poziom wysoki. Jeden lub dwa bity stopu oddzielają przesłany bajt od początku transmisji kolejnego. Linia w stanie nieaktywnym, kiedy nie przesyłane są żadne dane, utrzymywana jest zawsze na poziomie wysokim. Format typowej ramki danych pokazano na rys. 1.
Ponieważ złącze szeregowe przewidziane jest do transmisji danych między dwoma urządzeniami zewnętrznym kablem, w celu zwiększenia odporności na zakłócenia i polepszenia jakości sygnału zdecydowano o przyjęciu innych poziomów napięć niż w standardzie TTL (0/5V).
Poziomowi niskiemu odpowiada napięcie z przedziału +5 do +12V, a poziomowi wysokiemu -5 do -12V. Powoduje to konieczność użycia układów pośredniczących, które dopasowują sygnały procesora do poziomów złącza RS. Obecnie stosuje się w tym celu specjalnie zaprojektowane układy scalone, np. popularny MAX232 lub jego liczne funkcjonalne odpowiedniki.
Na rys. 2 przedstawiono typo-
Elektronika Praktyczna 5/98
81
Biblioteki procedur standardowych
19
EA/VP XI
RESET
INTO INT1 TO T1
P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7
P0.0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7
P2.0 P2.1 P2.2 P2.3 P2.4 P2.5 P2.6 P2.7
_BD
WH
PSEM
ALE/P
"OCD
RXD
36
VCC
o
R201H"
T2IN Tl IN
Rioin1
R1 IN T1OJT GND VCC
R2IN JZOUT
C2-
C2+
V+ C1 +
8051
Rys. 2.
we połączenie wyjść portu szeregowego procesora z układem konwertera poziomów i gniazdem RS. Kabel połączeniowy składa się z 3 przewodów (tzw. null modem). Dwa z nich łączą wejście i wyjście sterownika '51 odpowiednio z wyjściem i wejściem komputera, a trzeci przewód jest przewodem masowym. Kabel można wykonać przy pomocy tzw. skrętki, w której przewód sygnałowy skręcony jest z przewodem masy, co znacznie ogranicza negatywny wpływ zakłóceń na jakość przesyłanego sygnału. W zależności od poziomu zewnętrznych zakłóceń, maksymalna długość kabla może wynosić kilka do kilkunastu metrów. Stosując długi kabel należy się liczyć z koniecznością obniżenia szybkości transmisji.
Schemat kabla połączeniowego złącza RS pokazuje rys. 3. Wtyk od strony komputera musi posiadać dwie dodatkowe zwory. Złącza RS mogą być także 25-styko-we. W tym przypadku przyporządkowanie złącz 9- i 25-styko-wych jest następujące:
DB9 DB25
2 3
3 2
4 20
5 7
6 6
7 4
8 5
W sterowniku '51 wysyłane dane wraz z pomocniczymi impulsami ramki podawane są na wyjście TXD, natomiast dane odbierane trafiają do wyprowadzenia RXD. Konstruktorzy procesora zadbali o to, aby proces dwustronnej transmisji był maksymalnie zautomatyzowany.
Z punktu widzenia programisty sprowadza się on do zapisu lub
47//F 16V
odczytu kilku rejestrów specjalnych i bitów. Proces obsługiwany jest przez przerwanie portu szeregowego, a nad utrzymaniem wszystkich parametrów czasowych czuwa licznik Tl. Z tego powodu w czasie trwania transmisji szeregowej licznik ten nie może być w inny sposób wykorzystywany przez program mikrokontrolera. Do dyspozycji pozostaje natomiast licznik TO.
Przed rozpoczęciem transmisji szeregowej programista oprócz zaprogramowania rejestrów TLI i THl licznika oraz wybrania szybkość transmisji, musi jeszcze ustawić odpowiednią wartość w rejestrze SCON (adres w SFR 98H), którego bity określają pozostałe parametry transmisji. Ich znaczenie jest następujące:
SCON(6,7) - numer (binarnie) trybu pracy portu szeregowego; kolejne wartości definiują następujące tryby:
0 -transmisja synchroniczna 8-
bitowa;
1 -transmisja asynchroniczna 8-
bitowa o szybkości określonej programowo;
2 -transmisja asynchroniczna
9-bitowa o szybkości równej 1/32 lub 1/64 częstotliwości zegara;
3 - transmisja asynchroniczna
9-bitowa o szybkości określonej programowo;
SCON(5) - bit maskujący odbiór kolejnego znaku;
SCON(4) - uaktywnienie odbiornika portu szeregowego;
SCON(3) - jest 9 bitem znaku wysyłanego w trybach 2 i 3;
SCON(2) - jest 9 bitem odebranego znaku;
SCON(l) - flaga zakończenia transmisji znaku i znacznik zgłoszenia przerwania;
SCON(0) - flaga odebrania znaku i znacznik zgłoszenia przerwania.
Istnieją jeszcze dwa ważne rejestry związane z transmisją szeregową. Jest to bufor znaku odbieranego (rejestr do odczytu) i bufor znaku transmitowanego (rejestr do zapisu), oba o takiej samej nazwie SBUF (99H). Pomimo takiej samej nazwy i lokalizacji, oba rejestry obsługują dwa niezależne procesy odbioru i transmisji znaku.
List. 1 przedstawia proste procedury asemblerowe ułatwiające korzystanie ze złącza szeregowego. Opisane powyżej główne cechy transmisji i sprzętu oraz obszerne komentarze dodane do listingu powinny pomóc w szybkim zrozumieniu działania tych procedur oraz ich dostosowaniu do swoich potrzeb i ulepszeniu. Przedstawione procedury umożliwiają pracę w trybie 8-bitowej transmisji asynchronicznej z szybkością ustalaną programowo. Mogą być jednak łatwo zaadaptowane do innych trybów pracy. Przedstawiony został także szkielet programu głównego wykorzystującego procedury portu szeregowego.
Najpierw następuje deklaracja kilku bajtów i bitów używanych przez procedury. Ich adresy w pamięci RAM sterownika są oczywiście dowolne. Dane do wysłania są przechowywane w obszarze pamięci RAM sterownika noszącej nazwę 'bufor'. Wielkość tego obszaru jest zależna od wielkości bloku danych do wysłania. Znak odebrany z wejścia RXD umieszczony będzie w 1-bajtowym buforze 'rs_buf_in', do natychmiastowego wykorzystania przez program główny lub przepisania w inny obszar pamięci RAM pełniący rolę bufora danych wejściowych.
Najpierw program główny powinien zainicjować parametry transmisji wykorzystując w tym celu procedurę Rsini. Szybkość transmisji określa się przez odpowiednie ustawienie bitu PCON.7 i wpisanie wartości do rejestrów licznika Tl. Z konstrukcji procesorów '51 wynika, że dla uzyskania maksymalnej zgodności z parametrami czasowymi poszczególnych szybkości transmisji, należałoby stosować w generatorze zegarowym kwarc o częstotliwości ll,059MHz. Przy takiej częstotliwości zegara i wpisaniu do rejestrów TLI i THl wartości podanych na wydruku listingu, bez problemu uzyskuje
82
Elektronika Praktyczna 5/98
Biblioteki procedur standardowych
się jedną z wybranych, standardowych prędkości transmisji.
Nie oznacza to jednak, że dla kwarcu o innej częstotliwości nie jest to także możliwe. Wymaga to jednak eksperymentów z dobraniem odpowiednich wartości w rejestrach licznika. I tak, dla kwarcu 12MHz i prędkości 1200 bodów należy ustawić bit PCON.7, a do rejestrów licznika wpisać wartość CCH. Procedura inicjacji kończy się ustawieniem flag zezwoleń na przerwanie portu szeregowego i globalnego zezwolenia na przerwania.
Sygnałem dla programu głównego po poprawnym skompletowaniu odbieranego znaku jest ustawienie flagi rs_flag. Oznacza to, że w rejestrze rs_buf_in znajduje się odebrany znak i program główny może go teraz odczytać i wykorzystać. Wcześniej należy jeszcze skasować flagę rs_flag.
W przykładzie program główny oczekuje w pętli na odbiór kolejnych znaków. Taka pętla nie jest konieczna i program może wykonywać inne zadania. Ważne tylko, aby co pewien czas, zależnie od przyjętej szybkości transmisji, sprawdzał stan flagi rs_flag. W przeciwnym wypadku może dojść do nadpisania kolejnego odebranego znaku na poprzednim, zanim został on odczytany przez program główny.
Procedura inicjacji transmisji danych z bufora 'bufor' zaczyna się w przykładzie od etykiety rs_trans. Na początku należy wpisać do odpowiednich rejestrów liczbę znaków do wysłania i ustawić wskaźnik na początek bufora. Transmisja zostanie rozpoczęta po wpisaniu do rejestru wyjściowego SBUF pierwszego znaku do wysłania. Kolejne znaki zostaną wysłane złączem szeregowym bez udziału programu głównego. Proces ten przejmie procedura obsługi przerwania. Po wysłaniu wszystkich znaków ustawiona zostanie flaga rs_end_flag. Ryszard Szymaniak, AVT
ZŁĄCZE STEROWNIKA
Listing 1.
Procedura portu szeregowego RS
dla procesorów '51 taktowanych zegarem 11.059MHZ
org 0 using 0
rs_buf_in
rs_count
rs_buf_point
bufor
rs_end_flag rs flag
jmp Start org 023h jmp Rs_int
Start: cali Rs ini
equ 30h equ 31h equ 32h
equ 33h bit OOh bit Olh
bufor wejściowy RS
licznik transmitowanych bajtów
Wskaźnik do aktualnej pozycji w buforze
;danych do transmisji bufor zawierający dane do transmisji portert
; szeregowym flaga sygnalizująca zakończenie transmisji
;Wszystkich bajtów flaga sygnalizująca odebranie kolejnego
;bajtu
;Wektor przerwania portu szeregowego
;skok do procedury obsługi przerwania portu szeregowego
;przykładowy program wykorzystujący procedury odbioru i
;transmisji danych portem szeregowym
;skok do procedury inicjującej parametry transmisji portu ;szeregowego
;fragment programu użytkowego realizujący odbiór danych z ;portu szeregowego
jnb rs_flag,$ ;pętla clr rs_flag mov a,rs_buf_in
ov rs_count,#3
ov rs_buf_point,łbufor
ov sbuf,bufor
inc rs_buf_point clr rs_end_flag
jnb rs_end_flag,$ ret
czekiwania
odbiór bajtu z portu szeregowego
odczytanie z bufora wejściowego odebranego bajtu ;do wykorzystania w programie użytkowym, który powinien zaczynać się w tym miejscu skok do pętli oczekiwania na odbiór kolejnego ; baj tu
fragment programu użytkowego realizujący
;transmisję danych portem szeregowym ustawienie licznika ilości bajtów do wysłania (tu
;np.3) w przypadku wysyłania 1 bajtu rs_count= ; ustawienie wskaźnika na początek bufora
;zawierającego dane inicjacja transmisji przez wpisanie do rejestru
;wyjściowego pierwszego bajtu z bufora adres kolejnego bajtu do wysłania zerowanie flagi zakończenia transmisji wszystkich
; bajtów z bufora
oczekiwanie na zakończenie transmisji wszystkich ;znaków
edura inicjacji parametrów transmisji portu szeregowego"
Rs_lnl:
mov scon,ł01010000b ani pcon,#7fh
orl tmod,#20h mov thl, #0e8h mov tli, #0e8h
clr tfl clr rs_flag setb trl setb es
setb ea ret
;Ustawienie trybu 1 i inicjacja odbiornika ;pcon.7=0 dla 600 - 9600 bodów, pcon.7=l dla 19200
;bodów ;licznik Tl pracuje w trybie 2 (8 bitowy z
;automatycznym ładowaniem) ;Wartości początkowe dla poszczególnych prędkości
'transmisj i r ;D0h-600, E8h-1200, F4h-2400, FAh-4800, FDh-9600,
;FDh-19200
;Zezwolenie na przerwania transmisji
;szeregowej portu ;globalne zezwolenie na przerwania
; Procedura przerwania portu szeregowego �
Rs_int: push psw ;zachowanie zawartości rejestrów używanych przez procedurę
;przerwania push acc push arO jb scon.l,rs_t ;przerwanie wywołane zostało przez zakończenie transmisji
;poprzedniego bajtu
clr scon.O ;Zerowanie flagi odbioru kolejnego bajtu
mov rs_buf_in,sbuf ;odebrany bajt do bufora setb rs_flag ;Ustawienie flagi sygnalizującej odebranie kolejnego
;bajtu jmp rs_tl
rs t: clr
.1
mov a,rs_count
jnz rs_t2
setb rs_end_flag
jmp rs_tl
rs_t2: mov rO,rs_buf_poi mov a,@r0
zerowanie flagi sygnalizującej zakończenie
;transmisji bajtu sprawdzenie czy wysłano już wszystkie bajty
ustawienie flagi sygnalizującej zakończenie
;transmisji wszystkich znaków
t
pobranie kolejnego bajtu z bufora do wysłania
;portem szeregowym
ustawienie wskaźnika na kolejny bajt bufora zmniejszenie o 1 licznika wysłanych bajtów bajt do rejestru wyjściowego portu szeregowego
inc rs_buf_point dec rs_count mov sbuf,a rs_tl: pop psw ;odtworzenie pierwotnych wartości rejestrów używanych przez
; procedurę przerwania pop arO pop acc reti
end
Elektronika Praktyczna 5/98
83
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
DzioS "Projekty Czytelników" zawiera opisy projektów nadesłanych do redakcji EP przez Czytelników. Redakcja nie bierze odpowiedzialności za prawidłowe działanie opisywanych ukfadów, gdyż nie testujemy ich laboratoryjnie, chociaż sprawdzamy poprawność konstrukcji.
Prosimy o nadsyłanie własnych projektów z modelami (do zwrotu). Do artykułu należy dołączyć podpisane oświadczenie, że artykuł jest własnym opracowaniem autora i nie był dotychczas nigdzie publikowany. Honorarium za publikację w tym dziale wynosi 200,- zł (brutto) za 1 stronę w EP. Przysyłanych tekstów nie zwracamy. Redakcja zastrzega sobie prawo do dokonywania skrótów.
Programowalna karta 1/0 do komputera PC
W korcie opisanej
w artykule zastosowano
jedno z najprosiszych
to zwi ąza ń u ni wersaln ego
portu wejśćia-wyjścia do
komputera PC.
Uproszczenie konstrukcji
karty możliwe było dzięki
pomysłowemu
wykorzystaniu pamięci
EPROM, którą - jak się
okazuje - można
potraktować jak prosty
ukiad programowalny.
Grupa B
DO PortC(LSBJ O-wyjftcla 1-wejścia
D1 PortB O-wyjftcla 1-wejścia
D2 -fryb pracy 0-tiybO 1-trybi

OrupaA
D3 Port C (USB) 0-wyjście 1 -wejfcto
D4 Port A 0-wyjście 1 -wej*ci
D5 D6 Ttybpncy 00-tryb 0 01-nyłj1 10-tryb2

Tryb sterowania
D7 1 -ustawiania O-atwowflniB bltanri portu PC
Rys. 1.
Wy kor zy sty wa nie komputera PC do sterowania urządzeniami cieszy się coraz większą popularnością wśród konstruktorów amatorów i profesjonalistów. Jednak wciąż głównym sposobem komunikacji z PC są te same standartowe porty: szeregowy RS232 oraz równoległy LPT drukarki. Dzisiaj, kiedy podstawowym wyposażeniem staje się drukarka i modem, złącza te przestają być uniwersalne i mają swoje przeznaczenie.
Aby zaradzić takiej sytuacji można postarać się
0 własne uniwersalne złącze, które będzie korzystać z jednego z wolnych slo-tów ISA. Opisana niżej karta tworzy w naszym PC-cie taki właśnie sprzęg wyposażony w trzy ośmiobitowe programowalne porty wejść ia-wyjścia, które mogą być dowolnie wykorzystywane.
W dawnych komputerach PC (236, 336) gniazda ISA były bardzo cenne
1 w dobrze rozbudowanej konfiguracji komputera, najczęściej zajęte (karty graficzne, sterowniki twardego dysku, karty wejścia - wyjścia, karty dźwiękowe, adaptery CD-ROM itp.). Obecnie płyty główne nowoczesnych komputerów zostały zintegrowane z większością tych podzespołów.
Dzisiejsza płyta zawiera standardowo dwa porty szeregowe COM, jeden równoległy LPT, podwójny sterownik twardego dysku i podwójny sterownik dyskietek. Karta graficzna korzysta z szybkiej magistrali PCI, natomiast CD-ROM podłączamy jako kolejny twardy dysk do jego sterownika. Tak więc, złącza ISA przestały być już tak cenne jak dawniej i z trzech, czterech istniejących na płycie najczęściej zajęte jest tylko jedno (kar-
Projekt
045
? ta dźwiękowa), rzadziej dwa (modem wewnętrzny lub karta sieciowa).
Wykorzystując komputer PC do komunikacji z urządzeniami elektronicznymi, warto posiadać własną kartę wejścia - wyjścia, umieszczoną właśnie w jednym z wolnych gniazd magistrali ISA. Poniżej opisano właśnie taką kartę, której wykonanie nie powinno nastręczyć trudności, nawet początkującym elektronikom amatorom. Konstrukcja karty jest bardzo prosta, urządzenie składa się z czterech elementów: dwu układów scalonych, złącza DB oraz jednego rezystora. Nie oznacza to jednak ograniczonych możliwości wykorzystania jej w laboratorium każdego elektronika.
Opis układu
Sercem karty jest bardzo popularny do dzisiaj układ peryferyjny firmy INTEL 3255. Opracowany w czasach mikroprocesorów S-bitowych (3030, 3035, ZSO itp.), do dziś jest chętnie stosowany przez projektantów systemów cyfrowych. W swojej strukturze zawiera trzy programowalne, S-bitowe porty oznaczone: PA, PB i PC oraz rejestr sterujący CONTROL. Każdy z portów może pra-
cować jako wejście lub wyjście w jednym z trzech trybów 0, 1 i 2.
Rejestr CONTROL (rys. 1) służy do ustawienia (zaprogramowania) odpowiedniej konfiguracji pracy. Układ 3255 potrafi zgłosić przerwanie do urządzenia, które do niego podłączymy, jednak możliwość ta nie została wykorzystana w przedstawionej aplikacji.
Układ 3255 jest przeznaczony do współpracy z 3-bitową magistralą danych w komputerach i systemach mikroprocesorowych i w związku z tym jego połączenie ze złączem ISA odbywa się bez pośrednictwa jakichkolwiek buforów czy innych elementów pośredniczących. Linie D0..D7 połączone są bezpośrednio z odpowiednimi liniami magistrali danych komputera. To samo dotyczy sygnałów !RD i !WR (odczyt i zapis) oraz najmłodszych linii adresowych AO i Al, które sterują wewnętrznym dekoderem układu 3 25 5. Pozostałe linie adresowe A2..A9 oraz sygnał AEN (dostęp do urządzeń wejścia/wyjścia) sterują dekoderem adresowym karty (U2 - EPROM 2716), który poprzez jedną z linii danych uaktywnia wspomniany
Elektronika Praktyczna 5/98
85
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
13 12 11 10 9
iGND PB2 PB1 PBO PC3 PC2 PCO PC5 PC7 PAD PA1 PA2 PA3
PB3 PB4 PB5 PB6 PB7 PCI PC4 PC6 PA7 PA6 PAS PA4 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14
Rys. 2.
układ 8255 (Ul). Ponieważ linie danych pamięci EP-ROM są w czasie odczytu wyjściami o otwartym kolektorze, niezbędne jest "podciągnięcie" wykorzystywanej linii D5 do Vcc za pomocą rezystora lkO. Wszystkie linie portów PA, PB, PC oraz masa (GND) zostały wyprowadzone na 25-stykowe gniazdo kątowe typu DB. Rozmieszczenie sygnałów przedstawiono na rys. 2.
Dekoder adresowy
Osobnego komentarza wymaga nietypowo wykonany dekoder adresowy (U2). Zastosowano tutaj układ pamięci EPROM 2716 (2kB). Dlaczego? Otóż wśród wielu rozwiązań dekoderów adresu najczęściej spotyka się dwa:
1. Programowalna struktura PLD, np. GAL 16V8, która jest programowana w odpowiedni sposób. Jest to rozwiązanie upraszczające budowę dekodera i układ połączeń, ale nieco droższe (patrz uwaga na końcu artykułu), niż zastosowane w modelu.
2. Standardowe układy TTL - sposób tani, ale znacznie komplikujący połą-
DB25
Ul 8255
FAO PA1 PA2 PA3 PA4 PAE PA6 PA7
PBO PB1 PB2 PB3 PB4 PB6 PBB PB7
PCO PCI PC2 PC3 PC4 PCG PC6 PC7
DO D1 D2 D3 D4 D6 D6 D7
HD
WH
czenia na płytce karty oraz znacznie utrudniający zmianę adresu.
Zakładając, że dekoder naszej karty ma być aktywny dla czterech występujących po sobie adresów, algorytm jego działania jest tak prosty, iż zastosowanie układu PLD staje się zwykłym marnotrawstwem, natomiast użycie układów TTL, to nieuzasadniona "dłubanina" w czasie montażu urządzenia. Ten dekoder wymaga jakiejkolwiek programowalnej matrycy o minimum 10 wejściach adresowych. To właśnie założenie spełnia doskonale układ pamięci EPROM 2716. Kość posiada 11 wejść adresowych, co wystarcza w zupełności do pełnego dekodowania adresów karty. Natomiast zaprogramowanie (i ew. późniejsza zmiana adresu karty) jest bajecznie proste i sprowadza się do przeprogramowania jednej komórki czystej pamięci EPROM. Taki dekoder nie komplikuje połączeń, jest reprogramowal-ny i tani. Nie wymaga też specjalistycznych programatorów PLD.
Programując dekoder należy wiedzieć, iż karta będzie dostępna pod czte-
CEVpp OE
A10 A9 A8 A7 A6 AE M A3 A2 A1 AO
U22716
Rys. 3.
rema kolejnymi adresami, my natomiast ustalamy tylko pierwszy adres, pozostałe trzy adresy dekoduje automatycznie sam układ 8 255. Dzięki połączeniu wejść adresowych dekodera (U2) z odpowiadającymi im wejściami magistrali adresowej ISA (rys. 3), adres programowanej komórki dekodera jest od razu adresem karty w przestrzeni wejścia - wyjścia komputera PC.
W urządzeniu należy użyć czystej (skasowanej) "kości" 2716. Programowanie jak już wspomniano sprowadza się do zapisania jednej komórki pamięci. Pod wybrany adres (zalecam 0300H - pierwszy adres obszaru przeznaczonego dla kart prototypowych) należy wpisać bajt o wartości 00H. Pozostałe komórki pamięci muszą zawierać FFH. Po takim przygotowaniu dekodera karta będzie dostępna pod adresami: 0300H, 0301H, O3O2H, O3O3H.
Wybierając inny adres karty należy pamiętać, iż musi to być wielokrotność 04H (0300H, 0304H, O3O8H, 030CH, itp.) ponieważ dwa najmłodsze bity adresowe AO i Al magistrali PC-ta sterują wewnętrznym dekoderem układu 8255, ustalając adres jednego z jego portów i nie są dołączone do dekodera (U2).
Programowanie karty
Aby efektywnie korzystać z karty we własnych opracowaniach, niezbędna jest odrobina wiedzy na temat układu 8255.
Przed rozpoczęciem pracy z kartą należy ustawić potrzebną konfigurację portów układu 8255, poprzez odpowiedni wpis do rejestru sterującego układem. Rejestr ten jest z punktu widzenia systemu czwartym portem i posiada własny adres. Adresy portów są kolejne, poczynając od adresu, pod którym umieszczona została karta. Dla karty instalowanej pod
Ś DO
Ś Dl
Ś D2
Ś D3
Ś D4 < DS i D6 ' D7
i RD ' WR ' AEN
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl: lka Półprzewodniki
Ul: 82C55 lub 8255
U2: 27C16 lub 2716
Różne
Zl: Gniazdo kqtowe DB25
do druku
adresem 0300H adresy portów mają następującą wartość: Port: Adres:
- PA 0300H -PB 0301H
- PC 0302H
- CONTROL 0303H Rejestr sterujący CONTROL podobnie jak porty, jest 8-bitowy, a znaczenie poszczególnych bitów przedstawiono na rys. 1. Jak widać, trzy 8-bitowe porty podzielone zostały na dwie grupy. Grupa A, to cały port PA oraz starsza połowa portu PC, natomiast do grupy B należy port PB oraz młodsza połowa portu PC. Taki podział ułatwia sterowanie urządzeniami, które oprócz 8 bitów danych wymagają kilku linii sterujących. Grupa A może pracować w trzech trybach 0, 1, 2, natomiast grupa B w dwóch 0, 1. Tryby pracy określają wzajemną konfigurację portów i są dobrze opisane w literaturze. My zajmiemy się trybem 0, jako najprostszym i najczęściej wykorzystywanym. W trybie tym mamy dwa 8-bitowe porty PA i PB oraz dwa 4-bitowe PC-MSB i PC-MSB (można oczywiście traktować te dwie połówki jako jeden port 8-bitowy). Każdy z tych portów można ustawić jako wejście lub wyjście. Aby tego dokonać, należy wpisać odpowiednie słowo do rejestru CONTROL. Zakładając, że obydwie grupy pracują w trybie 0, operować będziemy czterema bitami słowa CONTROL:
- D7 = 1 - ustawianie konfiguracji portów;
- D6 = 0 - tryb 0 grupy A;
- D5 = 0 - tryb 0 grupy A;
- D4 = 0 - port PA wyjściowy;
D4 = 1 - port PA wejściowy;
- D3 = 0 - port PC-MSB wyjściowy;
D3 = 1 - port PC-MSB wejściowy;
- D2 = 0 - tryb 0 grupy B;
86
Elektronika Praktyczna5/98
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
- Dl = 0 - port PB wyjściowy;
Dl = 1 - port PB wejściowy;
- DO = 0 - port PC-LSB wyjściowy;
DO = 1 - port PC-LSB wejściowy.
Po ustaleniu odpowiedniej konfiguracji należy przeliczyć wartość binarną słowa programującego do postaci HEX lub DEC i wpisać do rejestru sterującego. Od strony użytkownika komputera polegać to będzie na wysłaniu wspo-
mnianego bajtu do portu o adresie O3O3H. Od tej chwili odpowiednie porty można zapisywać lub odczytywać, korzystając z ich indywidualnych adresów. Zapis do portu ustawionego jako wejście jest ignorowany przez układ 8255, natomiast możliwy jest odczyt portu ustawionego jako wyjście. Pamiętać również należy, iż każdorazowa zmiana konfiguracji powoduje zerowanie wszystkich portów. Dariusz Kozak
RAPORT EP
W tym dziale opisujemy wybrane kity oferowane przez różnych producentów. Przekazujemy uwagi dotyczące montażu, uruchamiania i działania zestawu. Wszystkie urządzenia były bowiem zmontowane i sprawdzone w laboratorium EP.
Tor zdalnego sterowania, część 1
Nadajnik kodowanego zamka szyfrowego Yelleman K6706
Chcielibyśmy w tym artykule
zaprezentować Czytelnikom dwa
kolejne kity Vellemana. Dwa,
ponieważ są one nierozłącznie
ze sobą powiązane
i omawianie ich osobno nie
miałoby większego sensu.
Układy te należą do grupy
bardzo popularnych urządzeń
służących do ochrony naszego
mienia, mogących znaleźć
zastosowanie w systemach
alarmowych lub jako sterowniki
zamków.
Nadajniki i odbiorniki radiowe pracujące na dużych częstotliwościach są najczęściej układami trudnymi do wykonania i regulacji w warunkach domowych. Kiedy więc przeczytałem instrukcje do opisywanych w tym artykule kitów, ogarnęło mnie zwątpienie. Chyba konstruktorzy Yellemana są zbyt pewni siebie, jeżeli opis strojenia nadajnika i odbiornika pracującego na częstotliwości 430MHz "załatwiają" kilkoma zdaniami?
Rzeczywistość pokazała jednak, że nie tylko zbudowanie, ale i regulacja obydwu układów jest czynnością dziecinnie prostą. Dosłownie "dziecinnie", ponieważ przeprowadziłem ciekawy, choć dość ryzykowny eksperyment. Aby dokładnie sprawdzić jakość zestawów i wiarygodność dołączonej do nich dokumentacji, dałem obydwa kity do zmontowania trzynastoletniemu dziecku - mojej córce. Zna ona dobrze język angielski i posiada pewne doświadczenie w montażu układów elektronicznych (no pewnie, moja krew!), ale nie podbudowane jeszcze wiedzą teoretyczną i znajomością angielskich terminów technicznych. Wynik eksperymentu przeszedł najśmielsze oczekiwania: obydwa kity zostały zmontowane i uruchomione bez najmniejszych kłopotów.
Z kitu K6706 możemy zmontować miniaturowy nadajnik radiowy, umieszczony w typowej obu-
dowie do pilotów od alarmów samochodowych. Nadajnik pracuje na częstotliwości nośnej 430MHz i jego zasięg wynosi, w zależności od lokalnych warunków, ok. 30m. Jest to odległość zupełnie wystarczająca do większości zastosowań. Nadajnik emituje sygnał kodowany ze stałym kodem. Jest to zarazem wadą i zaletą opisywanego układu. Zaletą, ponieważ zastosowanie takiego systemu kodowania znacząco wpłynęło na obniżenie kosztu budowy nadajnika i współpracującego z nim odbiornika. Natomiast zastosowanie kodu stałego znacznie ułatwia jego ewentualne "złamanie".
Nie łudźmy się, złodzieje też nadążają za postępem i dobrze wyposażony "fachowiec" z łatwością da sobie radę z naszym szyfrem. Z przyczyn oczywistych nie będziemy w tym miejscu opisywać, jak można to zrobić. Proponowany układ nadaje się przede wszystkim do zabezpieczania pojazdów i obszarów o niskim stopniu zagrożenia wtargnięciem osób niepowołanych oraz do sterowanie wszelkiego rodzaju urządzeniami elektrycznymi.
Nadajnik jest wyposażony w dwa przyciski sterujące i może emitować dwa różne kody. Tak wiec, jest możliwa współpraca jednego nadajnika z dwoma odbiornikami K6707, z których każdy może sterować innym urządzeniem elektrycznym.
Elektronika Praktyczna 5/9S
RAPORT E P
ZD1
R5
Rys. 1.
Opis działania układu
Schemat elektryczny układu nadajnika pokazany został na rys. 1. Jak widać, układ jest niezwykle prosty i przerażenie mniej obeznanych z radiotechniką Czytelników mogą budzić jedynie dwie cewki Li i L2. Nie ma jednak powodu do obaw, nie czeka Was mozolne nawijanie i strojenie indukcyjności. Cewka Li to po prostu gotowy, wykonany fabrycznie dławik, a cewka L2 została wykonana na płytce obwodu drukowanego.
Schemat nadajnika podzielić możemy na dwie części: układ kodujący, zrealizowany na układzie ICl - UM3758-120A, i generator nośnej z tranzystorem Tl. Zajmijmy się najpierw układem kodera.
Układ UM3758-120A jest najmniej rozbudowanym reprezentantem rodziny układów z serii UM3758.
Wszystkie układy z tej serii charakteryzują się jedną wspólną, wygodną dla konstruktora cechą: mogą pracować zarówno jako koder, jak i jako dekoder, w zależności od połączenia wejścia MODĘ z masą lub plusem zasilania. W opisywany nadajniku wejście to zostało połączone z plusem zasilania, co wymusza tryb pracy kodera.
UM3758-120A posiada 10 wejść adresowych służących ustawianiu kodu. Każde z wejść może znaleźć się w trzech stanach: zwarte do masy (Vss), zwarte do plusa zasilania i nie podłączone do niczego. Liczba możliwych do ustawienie kodów wynosi 8748. Ze schematu dołączonego do kitu i z lakonicznej wzmianki w tekście instrukcji wynika, że wejścia adresowe A2 i A8 możemy dołączyć jedynie do masy lub pozostawić nie połączone z niczym. Jest to zastanawiające, ponieważ nie mogłem znaleźć jakiekolwiek uzasadnienia takiego ograniczenia w karcie katalogowej układów UM3758.
W interesujący sposób rozwiązano sprawę generacji dwóch różnych kodów. Do włączenia zasilania służą dwa przyciski: SWl i SW2 i obojętne, który naciśniemy układ zostanie zasilony od strony minusa za pośrednictwem diody Dl lub D2. Jednak w przypadku naciśnięcia przycisku SWl wejście adresowe Ali zostanie zwarte do masy (dokładnie: znajdzie się na poziomie ok. -0,4..-0,5V względem Vss (masy układu), co jednak nie grozi uszkodzeniem układu), a przy naciśnięciu SW2 stan niski zostanie wymuszony na wejściu A12. Tak więc, w zależności od tego, który przycisk naciśniemy, generowane będą dwa różne kody.
Kombinacja zero-jedynkowa, odpowiadająca ustawionemu kodowi, przekazywana jest na wyjście TX układu UM3758 i za pośrednictwem rezystora kluczuje tranzystor Tl, pracujący w układzie generato-
ra w.cz. Częstotliwość jego pracy określona jest indukcyjnością L2 i połączonymi równolegle pojemnościami Cl + CV. Możemy ją zmieniać w niewielkim zakresie za pomocą trymera CV. Cewka L2 jest jednocześnie anteną nadawczą.
Dioda LDl służy szacunkowej ocenie stanu wyczerpania baterii zasilającej 12V, z której zasilany jest układ nadajnika. Wydaje mi się trochę dziwne, że konstruktor nie umieścił w układzie jakiegokolwiek kondensatora blokującego zasilanie. Prawdopodobnie liczył na małą oporność wewnętrzną baterii, co potwierdziło się w praktyce.
Montaż i uruchomienie
Montaż wykonujemy w typowy sposób, rozpoczynając od wlutowa-nia rezystorów i jednej zworki. Sposób montażu został wyczerpująco opisany i zilustrowany w instrukcji. Baczniejszą uwagę należy zwrócić tylko na dwa elementy. Soczewka diody LED musi znaleźć się w odległości 11 mm od powierzchni płytki obwodu drukowanego. Także tranzystor Tl nie może odstawać od jej powierzchni bardziej niż o 11 mm. Lutowanie musimy wykonać wyjątkowo starannie, używając jak najmniejszej ilości cyny. Wiąże się to z koniecznością jak najkrótszego obcięcia końcówek podzespołów.
Zmontowany układ wymaga jedynie zestrojenia z odbiornikiem. Czynność tę opiszę w drugiej części artykułu, poświęconej montażowi odbiornika. Zbigniew Raabe, AVT Basia Raabe
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl, R2: lOOkO
R3: 33kQ
R4: 100O
R5: lkO
Kondensatory
Cl, C2: 2pF
C3: 330pF
CV: trymer L5..5pF
Półprzewodniki
DL D2: BAT85
ICl: UM3758-120A
Tl: BF199
LDl: LED $3mm
Różne
LI dławik IOjiH
obudowa, styki do bateryjki
90
Elektronika Praktyczna 5/98
PROJEKTY
Modułowy komputer edukacyjny
Płytka wyświetlacza i klawiatury kit AVT-399/2
W kolejnym odcinku,
poświęconym opisowi
modułowego systemu
mikropro ces oro we go,
przedstawiamy płytkę
zawierającą wyświetlacz
i klawiaturę. Te dwa
podstawowe urządzenia
wejścia/wyjścia są niezbędne
do korzystania z komputera.
Dzięki zastosowaniu 28
klawiszy lokalnych oraz
możliwości rozbudowania
wyświetlacza do dwóch Unii,
każdy użytkownik ma dużą
swobodę działania podczas
pracy z systemem.
Podstawowe parametry i właściwości modułu AVT-399/2.
3 wbudowany wyświetlacz maksymalnie 2 linie po
8 pozycji 7-segrnentowych (LED), 3 klawiatura 24 klawisze - rnultipleks , 4 klawisze -
odczyt bezpośredni, 3 wbudowane nadprądowe zabezpieczenie
seg rnentów wyświ etl acza, 3 zintegrowany dekoder adresowyw strukturze GAL,
adresy FFFSh FFFFh, 3 możliwość współpracy z dowolnym systemem
mikroprocesorowym wyposażonym w typowe
sygnały magistrali 8-bitowej, 3 buforowanie (z pamięcią) wyboru pozycji
wyświetlacza oraz aktualnie wyświetlanego znaku
na aktywne] pozycji, 3 pełna kompatybilność (wymiary, wyprowadzenia)
zmodułemA\n"-399/1, 3 możliwość zamocowania wyświetlacza tekstowego
LCD (2x24 znaki HD44780), 3 zasilanie +5V TTL /150 300mA (pobór prądu
zależy od liczby zapalonych segmentów aktywne]
pozycji), 3 wymiary zmontowane] płytki 100x130x20rnrn
(szerxdłxwys)
Podczas projektowania tej ^ części systemu autor starał się uprościć konstrukcję do minimum, zachowując jednak pełną funkcjonalność i prostą obsługę prezentowanego modułu. Dzięki temu, dość złożony wyświetlacz składający się maksymalnie z szesnastu 7-segmentowych znaków LED oraz rozbudowana klawiatura wraz ze wszystkimi układami towarzyszącymi (dekoderem adresowym, układem selekcji cyfr oraz odczytu klawiszy) zostały umieszczone na jednej, zwartej płytce drukowanej o wymiarach * 130xl00mm. Przyjęte rozwiązanie sprzętowe modułu umożliwia programiście szybką adaptację tworzonego przez siebie oprogramowania.
Wbudowany dekoder adresowy, zbudowany przy wykorzystaniu re-pr o gram owalnego układu PLD typu GAL16Y8, pozwolił na zmniejszenie liczby niezbędnych elementów do minimum. Jego zadaniem jest dekodowanie założonego na etapie konstrukcji obszaru wejścia-wyjścia procesora, zgodnego z zasadami przyjętymi w opisie płyty głównej (kit AVT-399/l - opis w poprzednim numerze EP).
Wyświetlacz, w zależności od potrzeb użytkownika, może mieć jedną lub dwie linie z ośmioma znakami każda. Klawiatura jest także elementem, który każdy może dostosować do swoich potrzeb. Zastosowano w niej multipleksowy sposób odczytu 24 klawiszy, a cztery pozostałe dołączono bezpośrednio do wyprowadzeń szyny danych poprzez bufor, co pozwoliło na bezpośrednią ich obsługę, np. jako klawiszy priorytetowych.
Opis układu
Schemat elektryczny modułu przedstawiono na rys. 1. Cały układ jest sterowany poprzez syg-
nały magistrali systemowej doprowadzonej do złącza Zl modułu. Sygnały DO..D7 to szyna danych, A0..A11 to sygnały adresu, /WR i / RD, sygnały sterujące odpowiednio zapisem i odczytem informacji do modułu. Cały układ dodatkowo korzysta z sygnału IOl (adresy: FFOOh..FFFFh), który uaktywnia (poziom L) cały moduł, umożliwiając zapis znaków do wyświetlania lub odczyt stanu klawiatury. Sygnał ten jest generowany przez dekoder adresowy znajdujący się na płytce bazowej (AVT-399/l), a opisany w poprzednim numerze EP. Układ U9 spełnia rolę dekodera adresowego układów wykonawczych modułu. Są to w kolejności:
- bufor odczytu aktywnej kolumny klawiszy (U7), offset: +F8h;
- zatrzask aktywnej pozycji wyświetlacza (kolumny klawiszy), offset: +FAh;
- zatrzask znaku pierwszej linii wyświetlacza (U3), offset: +FCh;
- zatrzask znaku drugiej linii wyświetlacza (U4), offset: +FEh.
Prawie wszystkie sygnały sterujące oraz adresowe są doprowa-
Elektronika Praktyczna 1/98
Modułowy komputer edukacyjny
CO
x o r CO
x ? r Oli
x ? r Oli
r Oli
x ? r Oli
ona 1------- Dli
3 x ? r Dli p \ m \
Rys. 1. Schemat elektryczny modułu klawiatury i wyświetlacza.
50
Elektronika Praktyczna 1/98
Modułowy komputer edukacyjny
Listing 1.
* Dekoder dla wyświetlacza systemu mikroprocesorowego AVT399/2
� autor: S.Surowinski, file compiled: 01-09-1997
module (in
All,A10,A9,A8,A7,A6,A5,A4,A3,A2,Al,WR,RD,IOl; out KLAWISZ, POZYCJA, LINIA1, LINIA2)
KLAWISZ, POZYCJA. LIWIAl.o LINIA2.o
= 1; = 1; = 1; = 1;
/� adres FFF8 - odczyt klawiszy �/
KLAWISZ = RD I 101 I !(Ali & A10 & A9 A8 & A7 & A6 & A5 & A4 & A3 & !A2 & !A1);
/* adres FFFA - bufor pozycji wyświetlacz klawiatury �/
!POZYCJA = WR I 101 I !(Ali & A10 & A A8 & A7 & A6 & A5 & A4 & A3 & !A2 & Al);
/� adres FFFC - bufor znaku 1 linii �/
[LINIA1 = WR I 101 I !(Ali & A10 & A9 A8 & A7 & A6 & A5 & A4 & A3 & A2 & !A1);
/� adres FFFE - bufor znaku 2 linii �/
!LIWIA2 = WR I 101 I !(Ali & A10 & A9 A8 & A7 & A6 & A5 & A4 & A3 & A2 & Al);
Utp art( "G16V8", "DEKOD 2
/* pin 1 * / A7,
/* pin 2 * / 101,
/* pin 3 * / A8,
/* pin 4 * / A9,
/* pin 5 * / A10,
/* pin 6 * / Ali,
/* pin 7 * / Al,
/* pin 8 * / A4,
/* pin 9 * / A3,
/* pin 10 * / GWD,
/* pin 11 * / A2,
/* pin 12 * / LINIA1,
/* pin 13 * / LIWIA2,
/* pin 14 * / A6,
/* pin 15 * / KLAWISZ,
/* pin 16 * / WR,
/* pin 17 * / RD,
/* pin 18 * / A5,
/� pin 19 �/ POZYCJA,
/* pin 20 * / VCC);
dzone do wejść dekodera U9. Wyjątkiem jest linia adresowa AO, a to ze względu na nie wystarczającą liczbę wejść układu GAL16V8. Pomimo tego uzyskany "skok adresowy", wynoszący 2 najmłodsze pozycje adresu, w znakomitej większości zastosowań jest wystarczający. Pozwala to na zastosowanie wielu innych urządzeń sterowanych sygnałem 101 dekodera płyty głównej bez konieczności rozbudowy dekodera głównego o dodatkowe sygnały aktywacyjne. W efekcie moduł, przy zastosowaniu struktury logicznej zapisanej w układzie GAL, zajmuje ostatnie 8 adresów w 64kB przestrzeni adresowej procesora: FFF8h..FFFFh. Na list. 1 przedstawiono opis tej struktury w języku TANGO PLD, a na rys. 2 pokazano umiejscowienie modułu w obszarze adresowym całego komputera.
Układ U 7 pełni rolę bufora przy odczycie stanu klawiatury. Zastosowana 8-bitowa dwukierunkowa brama, w postaci układu 74245, pracuje tylko "w jedną stronę", przekazując stan linii z wejść B1..D8 na szynę danych
D0..D7 w momencie podania niskiego sygnału logicznego na wejście G tego układu. Sygnał ten, generowany przez dekoder adresowy, przyjmuje wspomnianą wartość w przypadku wydania komendy odczytu spod adresu FFF8h (także FFF9h).
Klawiatura i wyświetlacz pracują w układzie multipleksowania. Oznacza to, że w jednej chwili aktywna (zapalona) jest jednak tylko pozycja wyświetlacza (jednocześnie w obu liniach) oraz możliwy jest odczyt jednej kolumny klawiszy, co dokładnie widać na rysunku. W efekcie, każdy wyświetlacz (w obu liniach) pracuje przez około 1/8 okresu, jednak przy zastosowaniu dobrej jakości wyświetlaczy gwarantuje to wysoką jasność wyświetlanej informacji.
Układ U5 pełni rolę selektora aktywnej pozycji wyświetlacza i jednocześnie kolumny klawiatury. Zastosowano popularny dekoder BCD na 1 z 10 w postaci kostki 74145. Trzy najmłodsze wejścia dekodera (A,B,C) są sterowane za pośrednictwem poczwórnego zatrzasku U8, który zapamiętuje trzy najmłodsze bity DO..Dl, za pośrednictwem których jest przekazywana informacja o aktualnej pozycji wyświetlanego znaku. Czwarty bit (D) układu U5 może być uaktywniony permanentnie poprzez zwarcie wyprowadzenia 12 - U5 do masy lub aktywowany okresowo (z podtrzymaniem) z wyjścia uniwib-ratora U6a. W roli tego ostatniego pracuje układ 74123. Wyboru sposobu sterowania dokonuje się za pomocą zwornika JPl. Dzięki podtrzymywaniu generowanego na wyjściu /Q (pin 4) impulsu, możliwe jest realizowanie sprzętowego wat-chdoga zabezpieczającego segmenty wyświetlacza przez przeciążeniem. Otóż kiedy procesor prze-miata wyświetlacz, wybierając za każdym razem kolejną pozycję do zaświecenia, na wejściu wyzwalającym B (U6a) pojawiają się dodatnie impulsy, których okres występowania jest krótszy od długości generowanego w uniwibratorze impulsu - zależnego zresztą od wartości elementów C7 i R17. Dzięki temu na wyjściu U6a przez cały czas panuje stan niski, co uaktywnia jedno z ośmiu (0-7) wyjść dekodera U5. W przypadku awarii,
np. zawieszenia się programu, procesor przestaje adresować rejestr pozycji wyświetlacza (U8), co powoduje przerwanie generowania impulsów zapisu na wyjściu "POZYCJA" dekodera U9. W efekcie, po około 10 milisekundach (stała czasowa C7+R17) na wejściu D selektora układu U5 pojawia się wysoki stan logiczny, co blokuje dekodowanie wyjść 0..7 tegoż układu. Wyjścia znajdą się wtedy w stanie odcięcia (otwarty kolektor), co spowoduje wyłączenie wszystkich pozycji wyświetlacza. Jako te ostatnie zastosowano elementy o wspólnej anodzie, co gwarantuje dużą jasność wyświetlania. Anody wyświetlaczy są połączone parami (z obu linii naraz) i sterowane są za pośrednictwem tranzystorów PNP T1..T8. Rezystory w obwodach bazy i emitera gwarantują odpowiednią polaryzację tranzystorów. Wartości tych elementów nie są krytyczne - patrz spis elementów.
Jak widać na schemacie elektrycznym, katody wszystkich wyświetlaczy (w każdej linii oddzielnie) są połączone i sterowane z wyjść wzmacniaczy Ul i U2. Rezystory RP2 i RP3 ograniczają prąd w segmentach do wartości bezpiecznej - nawet w przypadku uszkodzenia układu U6a oraz zawieszenia się systemu. Informacja o aktualnie zapalonych segmentach - przedstawiających określoną cyfrę lub znak graficzny - jest zapisywana oddzielnie dla każdej z linii w układach U3 (dla pierwszej linii) i U4 (dla drugiej). Zapis następuje przez podanie dodatniego zbocza na wejście CLK (11) tych układów. Niezbędne sygnały zapisu są generowane przez dekoder U9, kiedy procesor zaadresuje odpowiedni zatrzask w danej linii wyświetlacza.
Typowy cykl obsługi wyświetlacza podczas normalnej pracy jest następujący. Najpierw procesor wygasza ostatnio zapaloną pozycję wyświetlacza wyzerowując rejestry U3 i U4 (zapis liczby "0"). Wtedy na wejściach Ul i U2 znajdują się logiczne zera, co w efekcie powoduje "odcięcie" (stan wysokiej im-pedancji) wyjść sterujących segmenty wskaźników "Ol..08". Następnie jest zaadresowany zatrzask U8 i wpisana zostaje kolejna pozycja wyświetlacza. Stan wyjść
Elektronika Praktyczna 1/98
51
Modułowy komputer edukacyjny
selektora U5 zmienia się na kolejny, np. z wyjścia "3" na "4" (aktywny poziom niski). Po tym procesor zapisuje - adresując układ U3 - znak do wyświetlania w pierwszej linii wskaźnika, podając na jego wejścia kombinacje zer i jedynek odpowiadających wyświetlanemu znakowi, w kolejności jak podano na schemacie elektrycznym. W efekcie powoduje to zaświecenie znaku na wyświetlaczu. Kolejnym krokiem jest zapisanie znaku do wyświetlania w drugiej linii wskaźnika. Zasady są takie same jak w poprzednim przypadku: logiczne "0" gasi segment, a "1" zapala.
Rezygnacja z gotowych dekoderów kodu 7-segmentowego na rzecz układów U3 i U4 jest w przypadku systemów mikroprocesorowych zaletą, bowiem pozwala na wyświetlanie niestandardowych, praktycznie dowolnych znaków i symboli na wskaźnikach 7-segmentowych, a nawet wykonywanie małych animacji.
Równolegle z wyświetlaniem informacji możliwe jest odczytywanie klawiatury. Jak pamiętamy, procesor zapisał znak w drugiej linii wyświetlacza, teraz może zająć się sprawdzeniem czy użytkownik nie wcisnął jednego z klawiszy. Kolejnym krokiem będzie więc zaadresowanie (/RD=0) bufora U7, co spowoduje odczyt informacji z wejść B1..B8, z których cztery są dołączone do wspólnych wierszy klawiszy, cztery starsze wyjścia (B5..B8) są przyłączone bezpośrednio do klawiszy specjalnych oznaczonych umownymi symbolami +, -, OK i M.
Zauważmy, że w sytuacji kiedy żaden z 28 klawiszy nie jest wciśnięty, dzięki rezystorom RPl na wszystkich wejściach B1..B8 układu U7 panuje stan wysoki. Odczytanie zatem przez procesor licz-
Listing 2.
BFFFh COOMl
LCD MM
DOM* DFFFh I/O3 nru
EFFFh FOOOh 1/02 sm-i
1/01
Adresy modułu
klawiatury i wyświetlacza
ACT-399/2
btfbr klawiatury
FFF8h (FFF9h) FFFAłi (FFFBh) FFFCh (FFFDh) FFFEh (FFFFh)
Deflnic] e adresów W przestrzeń i prc cesora
KEY EUF equ 0FFF8h adre s układu U7 (klawisz)
DSP POS equ OFFFAh adre s układu U8 (pozycja)
DSP LI equ OFFFCh adre s układu U3 (1 linia)
DSP_L2 equ OFFFEh adre s układu U4 (2 linia)
Definicja zmiennych dodatkowyc i W wewn. RAM procesora
;lawisz equ 6Eh komo rka przechowująca kod wciśniętego klaw
cnt2 5 6 equ 6Fh licz nik modulo 2 56
DLI equ 70h 70h-78h bufor na znaki dla linii 1 (DL1-8)
DL 9 equ 79h 79h-7Fh bufor na znaki dla linii 2 (DL9-16
----- obsług a wyświetlacza
mov DPTR,łDSP LI adre s znaku w 1 linii
clr A wyże ruj bufory znakowe
movx @DPTR,A wyga szenie w linii 1
inc DPTR adre s znaku w 2 linii
inc DPTR
movx @DPTR,A wyga szenie w linii 2
inc cnt256 inkr ementacja licznika modulo 256
mov A,cnt256
cpl A bo bufor odwrotnie
mov DPTR.łDSP POS adre s układu U8 - wybór pozycji
movx @DPTR,A Wpis nowej pozycji (3 lsb) do U8
mov A,cnt256
ani A,#lllb ;zamaskowanie bitów dla pozycji wyświetlaczy
add A,łDLl obli czenie adresu kodu w buforze wysw.
mov R0,A zala dowanie adresu do wskaźnika
mov A,@R0 pobr anie kodu znaku z bufora w Wewn. RAM
mov DPTR.łDSP LI adre s bufora znaku 1 linii
movx @DPTR,A i za pisanie do w układzie U3 (74574)
mov A,cnt256
ani A,łlllb zama skowanie bitów dla pozycji wyswietlaczj
add A,#DL9 obli czenie adresu kodu w buforze wysw.
mov R0,A zala dowanie adresu do wskaźnika
mov A,@R0 pobr anie kodu znaku z bufora programowego
mov DPTR.łDSP L2 adre s bufora znaku 2 linii
movx @DPTR,A i za pisanie do w układzie U4 (74574)
mov A,cnt256
jnz exito
-----obsług a klawiszy
mov DPTR,łKEY EUF adre s bufora klawiatury - U7
movx A,@DPTR pobr anie stanu klawiszy w kolumnie
mov DPTR.łascii adre s do tabeli kodów klawiszy
jnb Acc. 5,klawM spra wdzanie klawiszy bezpośrednich
jnb Acc.4,klawOK prio rytet: M, OK, +, -
jnb Acc.6,klawPLUS
jnb Acc.7,klawMIMJS
cpl A zane gowanie informacji
A, łOFh 4 ms b nie ważne - maskuj lsb
mov R0,#4 4 bity do sprawdzenia
prawo:
rrc A bada nie kolejnego bitu
j c jestl czy Wciśnięty klawisz ?
djnz R0.prawo nie to przesuń następny bit
sjmp koniec gdy czwarty bit to zakończ
jestl: dec mov
A,R0
rl A
rl A
rl A Acc � 8
mov R0,A obli czanie ofsetu kodu klawisza
mov A,cnt256
ani A,łlllb
add A,R0
mov DPTR,łkeycods adre s do tabeli kodów znaków
movc A,@A+DPTR i po branie kodu klawisza
sjmp koniec po c zym skok na koniec procedury
tu można podjac jakieś dzials przypadku wciśnięcia klawisza M
tu można podjac jakieś dzialar przypadku wciśnięcia klawisza OK
tu można podjac jakieś dzials przypadku wciśnięcia klawisza +
tu można podjac jakieś dzials przypadku wciśnięcia klawisza -
mov klawisz,A
;klawisza w buforze
;Umie ;zako
e kodu wciśniętego procedury (np. reti)
Rys. 2. Mapa pamięci.
;----- tablica kodów klawiszy
keycods
db 0,k_F4,k_F8, 'O '
db 0,k_F3,k_F7, '789EF'
db 0,k_F2,k_F6, '456CD'
db 0,k_Fl,k_F5, '123AE'
;----- tablic cyfr szesnastkowych
db '0123456789AECDEF'
by 255 (FFh) z portu klawiatury (U7) świadczy o tym, że w aktywnej w danej chwili kolumnie klawiatury wszystkie przyciski są zwolnione.
Wciśnięcie klawisza spowoduje pojawienie się logicznego zera przy
uaktywnieniu kolumny, w której został on naciśnięty. Na podstawie znajomości numeru aktywnej w danej chwili kolumny oraz wartości odczytanego z bufora U7 bajtu informacji łatwo jest obliczyć, który klawisz został akurat wciśnięty.
52
Elektronika Praktyczna 1/98
Modułowy komputer edukacyjny
Na list. 2 przedstawiono fragment przykładowej procedury realizującej sekwencyjne wyświetlanie informacji oraz badanie klawiatury. Procedura taka jest zwykle umieszczana w obsłudze przerwania powstałego na skutek okresowego przepełniania się licznika TO lub Tl (T2) procesora.
Gwoli wyjaśnienia: oznaczenia: "k_Fl".."k_F8" dotyczą tzw. klawiszy "funkcyjnych", ich kody mogą być dowolne, np.:
k_F2 equ 98h.
Jak widać na pierwszy rzut oka, przedstawiona przykładowa procedura odczytuje klawisze na zasadzie "kto pierwszy ten lepszy". Bardziej zaawansowani Czytelnicy mogą zmodyfikować przedstawiony listing. Autor proponuje, jako ćwiczenie, napisanie procedury obsługi klawiatury, która zwracałaby dodatkowe kody w przypadku wciśnięcia kilku klawiszy na raz (jak to ma np. miejsce w klawiaturach komputerów PC - klawisze Shift, Alt, Ctrl). Aby ułatwić zadanie podpowiadam, że należy odczytać w pełnym cyklu (8 kolumn) stan wszystkich klawiszy, a następnie na tej podstawie obliczyć kod klawisza - rozbudowując wcześniej tabelę kodów klawiatury "keycods".
Montaż i uruchomienie
Cały układ elektryczny urządzenia umieszczono na dwustronnej płytce drukowanej z metalizacją otworów. Rozmieszczenie elementów przedstawia rys. 3, a rozkład ścieżek na każdej stronie druku jest zamieszczony na wkładce wewnątrz numeru. Przy projektowaniu płytki autor położył szczególny nacisk na ergonomiczne umieszczenie elementów mających bezpośredni kontakt z użytkownikiem.
Płytka ma wymiary takie same jak płytka bazowa opisywana w poprzednim odcinku artykułu. Wszystkie sygnały wyprowadzono na złącze typu "goldpin" (Zl) zgodne ze złączem Zl' na płytce bazowej. Dzięki temu połączenie obu płytek jest bardzo proste i umożliwia rozłączenie ich w dowolnej chwili. Jak widać z rysunku montażowego, płytka posiada na bokach 2 "skrzydełka" z otworami, dzięki którym możliwe jest zamocowanie opcjonalnego wyświetlacza LCD. Rozstaw otworów
łooooorpępeooooooooooe laoooo_____ aooooooooooc.l
AVT-399/2
BO
WS13HM
WS13HM
8A9TWD
ooooooo �
OOOOOOOOOO O
OOC
eosswm
eosswm
?
C4
SMSTM
! -� Id
l *~>
Ol
u
o
cn
C3!
DLI DL8
DL9 DL16
02 02 02 02 02 02 U-o T8
RPl
1^
Rys. 3. Rozmieszczenie elementów na płytce klawiatury.
pasuje do modułów 2x24 (2 linie po 24 znaki). W przypadku rezygnacji z LCD, zbędne fragmenty płytki można po prostu odciąć.
Montaż należy rozpocząć nietypowo od wlutowania diod D1..D24 (uwaga! od strony druku), zwracając uwagę na ich prawidłową polaryzację. Nie należy próbować umieszczać ich od strony elementów, bowiem uniemożliwi to późniejsze wlutowanie klawiszy. Niewielkie wymiary zastosowanych diod powodują, że nie będą one narażone na uszkodzenia, np. w przypadku przesuwania płytki po stole.
Kolejną czynnością jest wlutowanie podstawek pod układy scalone. Następnie należy wlutować złącze Zl. Autor zaleca zastosowanie "podstawek" także pod wyświetlacze. W tym celu najlepiej jest wykorzystać odcinki typowych, precyzyjnych listew montażowych, przycinając pod każdy wyświetlacz dwie po 5 pinów każda. Można też zastosować odpowiednio
przycięte zwykłe podstawki pod układy scalone typu DIL. Dzięki temu zabiegowi czoła wyświetlaczy będą znajdowały się ponad górną płaszczyzną pozostałych elementów, co pozwoli na wygodne zamontowanie opcjonalnego filtru, a poza tym umożliwi szybką wymianę wyświetlacza w przypadku awarii którejś z pozycji.
Wszystkie rezystory są montowane w pozycji stojącej. Nie należy zapomnieć o tranzystorach T1..R8 oraz kondensatorach blokujących. Po zamontowaniu złącza JPl należy obsadzić go jumperem w pozycji zależnej od tego czy zastosowaliśmy zabezpieczenie nadpradowe (układ U6) czy też nie. W tym drugim przypadku montaż elementów U6, C7 oraz R17 jest zbędny, a końcówka 12 dekodera U5 powinna być zwarta do masy za pomocą JPl.
Wlutowanie klawiszy kończy montaż układu. W układzie zastosowano typowe włączniki chwilowe zaopatrzone w estetyczne kla-
Elektronika Praktyczna 1/98
53
Modułowy komputer edukacyjny
wiszę, dzięki czemu obsługa klawiatury jest przyjemna, a konstrukcja klawiszy zapewnia urządzeniu należytą trwałość. I choć wszystkie 28 klawiszy jest jednego typu, to autor w urządzeniu modelowym wyróżnił trzy sekcje klawiszy, dzięki trzem różnym kolorom w jakich wykonane były zastosowane w urządzeniu włączniki. Klawisze funkcyjne F1..F8 wykonano w kolorze zielonym, klawisze cyfr klawiatury szesnastkowej 0..9, A..F w kolorze niebieskim, natomiast cztery dodatkowe klawisze +, -, OK oraz klawisz monitora M wykonano w kolorze czerwonym. Oczywiście, w zależności od potrzeb, można zastosować odmienną kolorystykę lub nie montować wszystkich klawiszy (np. bez funkcyjnych F1..F8), zależy to od nabywcy zestawu.
Opcjonalny jest też montaż drugiej linii wyświetlacza LED DL9..DL16. W przypadku rezygnacji nie należy montować także elementów U2, U4 oraz RP3. Należy wszakże pamiętać, że monitor systemowy (BIOS) wykorzystuje tylko "górną" linię wyświetlacza: DL1..DL8. "Dolna" może być wykorzystana przez programistę w aplikacjach wymagających większego pola odczytowego.
Sprawdzenie poprawności wlu-towania wszystkich elementów kończy montaż urządzenia. Na koniec autor proponuje wykonanie dodatkowej folii klawiatury, dzięki której użytkownicy proponowanego przez autora programu monitora będą mieli ułatwione zadanie przy poruszaniu się w menu użytkownika i korzystaniu z funkcji oferowanych przez BIOS systemu AVT-399.
Wygląd klawiatury w skali 1:1 przedstawia rys. 4. Rysunek ten
najlepiej jest wyciąć lub odbić na kserografie a następnie zafoliować, co podniesie trwałość klawiatury i zabezpieczy jej opis przed zabrudzeniem. Tak wykonaną folię należy przykręcić korzystając z dowolnych tulejek dystansowych oraz czterech otworów na płytce wyświetlacza.
Sprawdzenie poprawności działania urządzenia sprowadza się do połączenia płytki z modułem płyty bazowej AVT-399/l oraz, przy zamontowanym układzie EPROM z programem monitora, zasilenie całości. Jeżeli wszystko przebiegło pomyślnie, na wyświetlaczu powinien pojawić się napis "HELLO", po czym po około sekundzie zgłosi się monitor, czego objawem będzie wygaszony wyświetlacz z zapaloną kropką na pierwszej pozycji DLI. Wciśnięcie klawisza "9" uruchamia prostą procedurę testującą cały wyświetlacz (także linię 2) oraz wszystkie klawisze. Dodatkowo, jeżeli wykryta jest obecność wyświetlacza LCD, to on także zostaje przetestowany. Przy zastosowaniu tego ostatniego należy pamiętać aby typ wyświetlacza LCD był zgodny programowo z modułami wyposażonymi w standardowy sterownik HD44780, np. firm Hitachi lub NEC. Przebieg procedury testującej jest dość złożony, dlatego nie będziemy go tu omawiać.
Ci spośród Czytelników, którzy nie będą korzystać z programu monitora BIOS399, będą musieli napisać własną procedurę testującą. Program po skompilowaniu należy zapisać w pamięci EPROM, umieszczając ją później w podstawce pod U8 na płytce bazowej (jumper JPl w pozycji "external program memory"). Można też zaprogramować dowolny mikropro-
\fi\f5 \i \ 2 \3 \A \B
\F2\F6 \4 \ 5 \ 6 \C \D
\f3\F7 \ 7 \8 \9 \E \F
\f4\F8 \o \- \+ \oKVM
O
Rys. 4. Wzór opisu klawiatury.
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
R1..R8: 5,6..7,5kQ.
R9..R16: 120..240O
R17: 33kO
RPl: 4,7..l0kQ (R-pack SIL-9)
RP2, RP3*): 8x75..82Q
Kondensatory
CL C3..C6: lOOnF
C2: lOO^F/ó^y
C7: 680nF..l000nF
Półprzewodniki
UL U2*): ULN2803
U3, U4*): 74HCT574 (AHCLALSIS)
U5: 74LS145
Uó: 74HCT123
U7: 74HCT245 (AHCLALSIS)
U8: 74HCT175 (AHCLALSIS)
U9: GALl6V8 zaprogramowany
DLL.DL8: SA39-H (EWA/GWA/YWA)
lub odpowiednik
DL9*)..DLló*): SA39-H
(EWA^WA^WA) lub odpowiednik
TL.T8: BC327..329
D1..D24: 1N4148 lub podobna
Różne
SW*): włącznik chwilowy
SW: włączniki
chwilowe
Zl: złącze "goldpin" 2x25 kątowe
JPl: "goldpin" 1x3 + jumper
podstawki pod układy scalone
płytka drukowana AVT-399/2
Uwaga: elementy oznaczone gwiazdką sq opcjonalne i nie wchodzą w skład kitu AVT-399/2B, Elementy te można zamówić oddzielnie w Dziale Handlowym AVT (listownie, telefonicznie lub poprzez e-maii: [e-mail]).
cesor, np. z pamięcią Flash (89C51, 89C52, 89S8252 lub inny), a następnie umieścić go w podstawce pod Ul na płycie bazowej komputera.
W kolejnym odcinku opiszemy konstrukcję płyty rozszerzającej (tzw. "extension board"), dodatkowo prezentując jej dwie wersje, z której jedna obsługuje dodatkowe karty pamięci, tzw. "krzemowe dyskietki", na których można wygodnie i bezpiecznie przechowywać tworzone przez siebie programy w postaci wykonywalnej lub dowolne inne dane. Sławomir Surowiński, AVT
54
Elektronika Praktyczna 1/98
FORUM
"Forum" jest rubryką otwartą na pytania i uwagi Czytelników FP, w której chcemy pomagać w rozwiązywaniu problemów powstałych podczas uruchamiania oferowanych przez nas kitów, a także innych urządzeń elektronicznych. Drugim celem "Forum" jest korekta błędów, które pojawiły siew publikowanych przez nas ańykułach. Pytania do "Forum" można zgłaszać listownie na adres redakcji lub poprzez internetową listę dyskusyjną Elektroniki Praktycznej, Szczegółowe informacje na temat tej listy można znaleźć pod adresem:
http://wwwjm. com.pl/klub-ep
&jBJB*ąLISTA DYSKUSYJNA
Pomiaru mocy w obwodzie trójfazowym
W EP2/97 opisaliśmy układ do pomiaru mocy pobieranej z sieci elektroenergetycznej (kit AVT-338). Cieszy się on dość duśyrn powodzeniem, lecz wielu Czytelników jest zainteresowanych trójfazową wersją tej konstrukcji.
Najprostszym rozwiązaniem tego problemu jest zastosowanie specjalizowanego układu firmy Sames, który opracowano specjalnie z myślą o takich aplikacjach. Uproszczony schemat miernika mocy przedstawiono na rys. 1. Informacją o mocy wyjściowej jest częstotliwość trzech przebiegów prostokątnych, które generowane są na wyjściach FOUTl ..3. Jako elementy czujnikowe do pomiaru prądu producent zaleca stosować transformatory przelotowe, dzięki czemu nie występują kłopoty ze wzajemną izolacją faz, ograniczone są takśe bardzo znacznie straty mocy.
Szczegółowe informacje o układach firmy Sames mośna znaleźć pod adresem http://www.sa-mes.co.za.
Rys. 1,
Koniec kłopotów z wyborem procesora
Dostajemy wiele listów z pytaniami - jaki procesor na-leśy wybrać do pewnej aplikacji. Aby ułatwić znalezienie odpowiedzi na takie pytania firma Cahners, wydawca miesięcznika EDN, uruchomiła na swojej stronie w Internecie specjalny program przeszukujący, przy pomocy którego dob-
ranie konkretnego typu procesora, do wymagań nawet najbardziej nietypowych aplikacji, nie będzie stanowiło trudności.
Chcąc odpytać program katalogowy, konstruktor musi podać podstawowe parametry charakteryzujące aplikację fezy potrzebna jest jednostka
zmiennoprzecinkowa, długość słowa danych, żądane peryferia, ilość pamięci RAM, EEP-ROM, NVRAM, mośna takśe narzucić maksymalną cenę kontrolera i producenta).
Serwis informacyjny znajdziecie pod adresem: http:// www.ednmag.com/Processor/ MicroQuery.cfm
92
Elektronika Praktyczna 5/98
g Międzynarodowy magazyn elektro
hobbistów i p
6/98
czerwiec � 5 zł 90 gr
INTELIGENTNY STEROWNIK OŚWIETLENIA INTERFEJS WEJŚCIOWY DO PORTU CENTRONICS ELEKTRONICZNY STARTER DLA ŚWIETil UKŁAD DO ĆWICZENIA WYMOWY MUZYKALNY GADŻET :'III-'L .
TEST:
STACJE LUTOWNICZE
NIEZWYKŁE PAMIĘCI FIRMY
Indaks 357Ł77 * ISSN 1E3D-35EŁ
771230
352966
06>
Germany 4.5DM France 16FF
PROJEKTY ZAGRANICZNE
Prosty detektor metali
Przedstawione w artykule
urządzenie cech uje bardzo
prosta konstrukcja i całkiem
niezłe parametry. Przy jego
pomocy szukanie skarbów jest
raczej wyklu czon e, ale
m ożliwość pierwszych
eksperym en tów i walory
praktyczn e w innych
zastosowaniach nie są do
pominięcia.
Detektory metali występują w dwóch podstawowych wersjach: "detektorów skarbów" ukrytych w ziemi oraz niewielkich urządzeń służących do wykrywania rur, przewodów i innych przedmiotów metalowych znajdujących się w ścianach.
Przedstawiony w artykule bardzo prosty detektor metali należy do tej drugiej kategorii i pozwoli majsterkowiczom na zlokalizowanie przewodów ulokowanych w ścianach w sposób nie niszczący. Urządzenie jest niezwykle proste w obsłudze, a miernik wy-chyłowy zapewnia wyraźne potwierdzenie obecności przedmiotu metalowego.
Zastosowanie małej pętli jako cewki detekcyjnej zapewnia właściwą reakcję urządzenia w przypadku niewielkich przedmiotów metalowych i umożliwi znalezienie nawet małej śrubki lub gwoździa w drewnianych drzwiach. Maksymalny zakres wykrywania wynosi w przypadku małych przedmiotów 40,.50mm i nie jest dużo większy w przypadku obiektów większych.
Czułość wykrywania dużych przedmiotów można byłoby zwiększyć stosując pętlę detekcyjną (cewkę) o dużych rozmiarach, to jednak utrudniłoby wykrywanie i określanie położenia przedmiotów o małych rozmiarach. W przypadku takiego urządzenia, mała cewka detekcyjna stanowi chyba najbardziej sensowny wybór ze względów praktycznych, ponieważ rzadko kto zainteresowany jest wykrywaniem przedmiotów znajdujących się w ścianie na głębokości większej niż około 30mm.
zawiera generator LC. Wiele detektorów wykorzystuje to, że umieszczenie metalu w pobliżu cewki generatora zmienia nieco jej indukcyjność, a więc i częstotliwość rezonansu.
Wykrycie niewielkiej zmiany częstotliwości wymaga bardzo wrażliwego ucha. Z tego powodu przedstawiane urządzenie wykrywa tę zmianę w zupełnie inny sposób, a do jej zasygnalizowania wykorzystany został miernik wy-chyłowy.
Zamiast detekowania zmiany częstotliwości obwodu rezonansowego, złożonego z równolegle połączonych indukcyjności i pojemności, są wykrywane zmiany jego dobroci.
Dobroć obwodu rezonansowego jest miarą jego selektywności i wzmocnienia dla rezonansu, a ulokowanie w pobliżu indukcyjności kawałka metalu powoduje stłumienie obwodu (ograniczenie wzmocnienia). W przeciętnych warunkach ta zmiana dobroci byłaby zbyt mała, by dać zauważalny efekt. Generator urządzenia jest jednak zaprojektowany w taki sposób, że sprzężenie zwrotne zapewnia spełnienie warunku generacji praktycznie bez zapasu amplitudy, tj. tylko podtrzymuje drgania. Znalezienie się w pobliżu cewki przedmiotu metalowego spowoduje spadek poziomu sygnału wyjściowego generatora lub nawet zerwanie oscylacji.
Sygnał wyjściowy generatora podawany jest na prostownik i układ wygładzający, a następnie na miernik wychyłowy. Stałe napięcie wyjściowe układu wygładzającego jest proporcjonalne do
Obwód rezonansowy
> Wzmacniacz
Detektor
filtr
Generator
Zasada działania Sprzężenie zwrotne
Zasada działania urządzenia jest naprawdę niezwykle prosta, a jej zrozumienie ułatwi schemat blokowy z rys. 1. Podobnie jak w przypad- Rys. 1. Schemat blokowy prostego detektora ku najprostszych de- metali. Urządzenie zawiera strojony układ tektorów metali, układ równoległy LC, którego indukcyjność
wykorzystana jest jako pętla detekcyjna.
Wskaźnik
Elektronika Praktyczna 6/98
13
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
Rys. 2. Schemat ideowy prostego detektora metali.
amplitudy drgań generatora. Umieszczenie w pobliżu cewki metalowego przedmiotu powoduje więc spadek wychylenia miernika, a jeśli przedmiot ten znajdzie się bardzo blisko cewki, wskazanie może spaść do zera.
Działanie układu
Kompletny schemat elektryczny prostego detektora metali znajduje się na rys. 2.
By uzyskać drgania, trzeba w układzie wzmacniacza zastosować dodatnie sprzężenie zwrotne. Układ będzie generował pod warunkiem, że straty w pętli sprzężenia będą niższe niż wzmocnienie układu. W przedstawianym przypadku mamy do czynienia z prostym wzmacniaczem nieod-wracającym, zbudowanym na wzmacniaczu operacyjnym ICl. Rezystory Rl i R2 określają poziom napięcia stałego na wejściu wzmacniacza oraz jego oporność wejściową, równą 50kL2. Wzmocnienie napięciowe układu, wynoszące około 3,.5V/V, narzuca pętla ujemnego sprzężenia zwrotnego z rezystorami R3 i R4.
Pętla dodatniego sprzężenia zwrotnego obejmuje dość złożony dzielnik napięciowy, ale jej działanie jest całkiem proste. Znajdują się w niej regulowany tłumik z potencjometrami VRl i VR2, rezystor szeregowy R7 oraz układ rezonansowy.
Aby zapewnić dostateczną czułość urządzenia, dodatnie sprzężenie zwrotne powinno być tylko
na tyle "silne", by podtrzymać drgania układu. W związku z tym współczynnik sprzężenia zwrotnego należy bardzo dokładnie ustawić.
Potencjometr VRl służy do zgrubnej, a potencjometr VR2 (o bardzo ograniczonym zakresie regulacji) do precyzyjnej regulacji poziomu sprzężenia. Elementy VR2 i R8 połączone są równolegle z rezystorem R6, co umożliwia uzyskanie rezystancji w zakresie od l,8k^ do 2,2k^. Tak bardzo ograniczony zakres zmian pozwala na łatwe ustawienie właściwego poziomu dodatniego sprzężenia zwrotnego.
Wyjście dzielnika połączone jest przez rezystor R7 z równoległym układem rezonansowym z elementami Li i C6. Taki układ w pobliżu częstotliwości rezonansowej wykazuje wysoką impedan-cję oraz niską przy innych częstotliwościach. Wobec tego, przy odstrojeniu rezystor R7 powoduje jego znaczne tłumienie i dlatego układ generuje wyłącznie sygnał o częstotliwości rezonansowej układu selektywnego (Li, C6), kiedy to występuje najsilniejsze dodatnie sprzężenie zwrotne.
Teoretycznie impedancja równoległego układu selektywnego dla częstotliwości rezonansowej jest nieskończenie duża, ale rzeczywiste indukcyjności i pojemności wykazują straty i impedancja ta jest tylko bardzo duża. Jakikolwiek element metalowy umieszczony w pobliżu indukcyjności Li
obniża dobroć układu rezonansowego, a więc i jego impedancję. To z kolei sprawia, że straty wprowadzane przez rezystor R7 stają się większe, a poziom amplitudy generowanego sygnału maleje.
Sygnał wyjściowy generatora trafia przez elementy C5 i R9 na prosty układ prostowania i wygładzania. Jako Dl i D2 użyto diod germanowych, ponieważ cechuje je niższe napięcie przewodzenia niż diody krzemowe, w związku z czym zapewniają nieco lepsze własności układu.
Dodatnie napięcie wyjściowe prostownika jest w przybliżeniu proporcjonalne do amplitudy generowanego sygnału. Napięcie to jest mierzone przez prosty woltomierz z elementami RIO i MEl.
Oczywiście, w przedstawianym zastosowaniu wartość generowanego napięcia nie jest istotna, a interesujące są wyłącznie jego względne zmiany. Potencjometry VRl i VR2 służą więc do uzyskania wychylenia do około połowy skali przy częstotliwości rezonansowej, a spadek wychylenia oznacza obecność elementu metalowego w pobliżu indukcyjności.
Układ zasila bateria PP3, a ponieważ natężenie pobieranego prądu wynosi tylko około 2mA, czas życia baterii jest bardzo długi. Częstotliwość rezonansowa układu wynosi około 50kHz, co mieści się w zakresie częstotliwości dozwolonych dla tego rodzaju urządzeń. Sygnał emitowany przez urządzenie jest bardzo słaby i mieści się w granicach dopuszczanych przez przepisy.
Wykonanie
Układ można zmontować na płytce uniwersalnej. W egzemplarzu modelowym trzy rezystory montowane są bezpośrednio do potencjometrów regulujących współczynnik sprzężenia zwrotnego.
Niektóre z otworów w płytce uniwersalnej pozostaną niewykorzystane, co ułatwia popełnienie pomyłki i wstawienie jednego z elementów w niewłaściwe miejsce. Montaż wymaga więc nieco więcej uwagi, niż gdyby płytka była wykonana specjalnie do tego układu.
Schemat rozmieszczenia elementów oraz mozaika ścieżek druku przedstawione są na rys.
14
Elektronika Praktyczna 6/98
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
Rys. 3. Schemat rozmieszczenia elementów, okablowania i mozaika ścieżek druku detektora metali.
3. Układ ICl nie jest wrażliwy na działanie ładunków elektrostatycznych, niemniej jednak zaleca się użycie w jego przypadku podstawki .
Germanowe diody Dl i D2 są bardziej wrażliwe na ciepło wydzielane przy lutowaniu niż diody krzemowe. Przy ich lutowaniu nie jest niezbędne użycie elementu odprowadzającego ciepło, niemniej jednak lutowanie to powinno trwać stosunkowo krótko.
Diody te posiadają szklane obudowy, w związku z czym ich wytrzymałość mechaniczna także nie należy do szczególnie wysokich i należy obchodzić się z nimi ostrożnie.
Przestrzeń na płytce pod kondensatory inne niż elektrolityczne jest ograniczona i trudno będzie umieścić na niej inne elementy niż przeznaczone do druku, z rozstawem wyprowadzeń 5mm.
W miejscach połączeń z zewnętrznymi podzespołami (potencjometry, bateria itp.) należy wlutować kołki. Należy je obficie
pocynować, co ułatwi późniejsze przylutowanie przewodów. W razie potrzeby, kołki należy oczyścić nożem lub przy pomocy innego ostrego przedmiotu.
Urządzenie można z powodzeniem zamknąć w obudowie z tworzywa sztucznego, o długości około 125,.150mm. Z elektrycznego punktu widzenia położenie podzespołów urządzenia nie jest istotne, jednak jego użytkowanie narzuca pewien sposób ich usytuowania.
Jako Li można użyć wyłącznie indukcyjności posiadającej wyprowadzenia z jednej strony. Urządzenie testowano tylko z nisko-prądową cewką RS oraz cewką 8RB Toko. Działanie w obu przypadkach było takie samo. Układ powinien pracować prawidłowo z innymi indukcyjnościami o podobnych wartościach, choć trudno to zagwarantować.
Indukcyjność Li należy przymocować do jednej z powierzchni obudowy, która stanie się aktywną "końcówką" urządzenia. Cew-
kę można wkleić w przygotowany otwór o średnicy 8mm, co da pewne mocowanie cewki do obudowy. Płytka drukowana powinna być mocowana przy pomocy kołków dystansowych i śrub M3 do górnej pokrywy obudowy, w pobliżu indukcyjności Li.
Miernik MEl należy przymocować do powierzchni górnej pokrywy obudowy, w pobliżu jej krawędzi, po przeciwnej stronie niż znajduje się cewka. Ułatwi to odczyt wskazania podczas eksploatacji urządzenia i pozostawia mnóstwo wolnego miejsca na ulokowanie potencjometrów i włącznika.
Jako MEl można użyć zwykłego miernika wychyłowego lub wskaźnika dostrojenia, który bę-
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
(0,25W, 5%, węglowe warstwowe)
Rl, R2: lOOka
R3, R8, RIO: 10kO
R4: 3,9kQ
R5: lka
R6: 2,2kQ
R7: 22kO
R9: 3,3kQ
VR1: lkQ, węglowy, obrotowy,
liniowy
VR2: 100kQ, węglowy, obrotowy,
liniowy
Kondensatory
Cl: 10|iF/25V, wyprowadzenia
jednostronne
C2, C4: lOnF, poliestrowy, raster
5mm
C3: 0,47|iF/50V, wyprowadzenia
jednostronne
C5, C7: lOOnF, poliestrowy, raster
5mm
Có: 3,3nF, poliestrowy, raster 5mm
Półprzewodniki
Dl, D2: OA91
ICl: TLO71C
Różne
MEl: miernik wychyłowy (z
ruchomą cewką) 200|iA (patrz
tekst)
Sl: przełącznik jedn obiegu nowy,
jedn opozycyjny
Bl: bateria W (PP3) złączówką
LI: indukcyjność 2,2mH (patrz
tekst)
niewielka obudowa z tworzywa
sztucznego (ok. 150mm x lOOmm
xóOmm), łączówka do baterii,
pokrętło 2szt., przewód plecionka,
cyna, kołki lutownicze itp.
Elektronika Praktyczna 6/98
15
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
dzie tańszy i w zupełności wystarczający. W prototypie użyto wskaźnika firmy Maplin, ale może to być dowolny inny miernik, o czułości zakresowej 200,.250uA.
Jeśli ktoś woli zastosować miernik wychyłowy, powinien to być miernik o czułości IOOuA, a wartość RIO trzeba wówczas zwiększyć do 18kQ.
Wskaźnik dostrojenia wymaga wykonania w obudowie otworu prostokątnego z dwoma zaokrąglonymi rogami. Najprościej jest go wykonać wiercąc otwór o średni-
cy 15,.16mm, a następnie usunąć resztę materiału przy pomocy pilnika. Miernik nie posiada otworów pod śruby i należy przykleić go do obudowy.
Okablowanie jest bardzo proste, może z wyjątkiem etapu lutowania rezystorów do potencjometrów VRl. Przed lutowaniem należy odpowiednio uformować, przyciąć i p ocynować wyprowadzenia tych rezystorów, a także pocynować końcówki p otencj ometró w.
Po ostatecznym sprawdzeniu prawidłowości montażu i okablowa-
nia, należy ustawić oba potencjometry w środkowych położeniach i włączyć zasilanie. Przy potencjometrze VRl przesuniętym w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara wskazanie powinno być duże. Obrót tego potencjometru w kierunku przeciwnym powinien zaowocować spadkiem wychylenia wskazówki do zera.
Przy VRl ustawionym nieco powyżej punktu spadku wskazania, regulując potencjometrem VR2 uzyskać wychylenie około połowy maksimum. Umieszczenie kawałka metalu obok cewki Li powinno spowodować spadek wychylenia.
Aby zapewnić prawidłowe działanie urządzenia, położenie potencjometru VR2 wymagać będzie okresowej regulacji. Przy zbyt słabym sprzężeniu układ nie będzie generował, a przy zbyt silnym jego czułość będzie bardzo mała. EPE
Artykuł publikujemy na podstawie umowy z redakcją miesięcznika "Everyday Practical Electronics".
NOTATNIK PRAKTYKA
Płytki drukowane w domu, część 2
Miesiąc temu zrobiliśmy
ekspresowy przegląd taniego
oprogramowania do
projektowania płytek
drukowanych. Ponieważ nie
wszyscy elektronicy mają
dostęp do komputerów lub
projekty przez nich realizowane
są na tyle proste, że
stosowanie komputera wydaje
się być "armatą na muchę",
postanowiliśmy przedstawić
inne możliwości wykonania
wzoru ścieżek. Rozpoczynamy
od prezentacji najprostszych
metod - ręcznego rysowania
ścieżek przy pomocy
specjalnego pisaka lub ich
wyklejania oraz sposobu
przeniesienia wzoru z wydruku
na powierzchnię miedzi.
Artykuł opracowaliśmy
w oparciu o katalog firmy
Elfa, która oferuje szeroki
wybór materiałów do
samodzielnej produkcji
obwodów drukowanych.
JV-.S23.US 1 ^
Fot.
WyHafmlibrywmk
UAntn* folii
Rys.
~~ Dwiuuanni tadrna Śamopraylapr*
Sposób pierwszy -wykorzystujesz umiejętności z przedszkola
Najprostszym sposobem wykonania wzoru ścieżek na powierzchni płytki drukowanej jest ich wyrysowanie przy pomocy pisaka (fot. lj napełnionego specjalną farbą, która doskonale znosi kąpiel trawiącą miedź.
Prsy pomocy tego pisaka mośna rysować dowolne wzory bezpośrednio na powierzchni laminatu. Bardzo waż-ne jest, aby przed użyciem pisaka bardso dokładnie oczyścić warstwę miedzi, na której rysowany będzie wzór. Do czyszczenia najlepiej jest użyć acetonu (np. zwykłego zmywacza do paznokci), rozpuszczalnika nitro lub spirytusu.
Dość dobre efekty daje także czyszczenie powierzchni miedzi gąbką ścierną lub drobnoziarnistym papierem ściernym (powyżej 150). Wadą mechanicznych metod czyszczenia jest konieczność zwrócenia uwagi na dokładne, równomierne przetarcie całej powierzchni miedzi. Niewielkie rysy powstające na powierzchni miedzi mogą stanowić dość istotną przeszkodę podczas rysowania ścieżek, ponieważ końcówka pisaka Dało ma tendencje do ,,poddawania" się im.
Technika rysowania ścieżek jest całkowicie dowolna. Jak wykazały doświadczenia prowadzone przez autora, technika rysowania pisakiem Dało jest taka sama, jak w przypadku standardowych flamastrów. Jako wzorzec ścieżek można wykorzystać np. matryce z EP, znacznie lepszej jakości wzory zamieszczone na płycie CD-EP4 można wykorzystać także dowolne inne opracowania, w zależności od potrzeb.
Przed rozpoczęciem pracy z pisakiem należy silnie wcisnąć jego końcówkę piszącą, co spowoduje nasączenie się jej farbą (ma ona kolor niebeskij. Podczas użytkowania pisaka należy pamiętać o tym, że farba na końcówce ma tendencje do szybkiego zasychania (ok. 2..4 minut), w związku z czym należy każdorazowo dbać o dokładne założenie kapturka zabezpieczającego. W przypadku zaschnięcia końcówki piszącej można wykorzystać drugą, która jest standardowo dołączana do pisaka.
Wzór ścieżek
- to nie takie trudne!
Korzystanie podczas projektowania układu ścieżek z pomocy komputera powoduje, że konstruktor może się skupić na realizacji głównego zadania, czyli optymalnym rozłożeniu ścieżek i elementów.
W przypadku ,,ręczego" projekto-
wania problem ten jest znacznie bardziej złożony, ponieważ trudno jest zachować takie rozłożenie punktów lutowniczych, które dokładnie pokrywa się ze standardowym rastrem (1,27 lub 2,54mm). Jeżeli podczas projektowania raster nie zostanie zachowany montaż urządzenia zwłaszcza, gdy stosowane są w nim układy scalone, nie będzie praktycznie możliwy.
Pomysłowi ludzie znaleźli oczywiście lekarstwo także i na ten problem - wymyślono bowiem folie rastrowe, które można wykorzystać jako wzorce podczas projektowania rozkładu ścieżek. Na fot. 2 przedstawiony został wycinek takiej folii (o rastrze 2,54mm). Czytelnicy potrafiący posługiwać się programami graficznymi będą w stanie samodzielnie wykonać sobie taki wzorzec, który można wydrukować na drukarce laserowej lub atramentowej i ewentualnie zafoliować. Ponieważ matryca rastrowa może być wykorzystywana wielokrotnie wydatek na zakup profesjonalnie wykonanej folii wydaje się być uzasadniony.
Jak zatem wykorzystać folię rastrową? Najprostszym sposobem jest naklejenie na jej powierzchnię warstwy przeźroczystej folii, stosowanej do przygotowywania prezentacji rzutnikowych (do kupienia w niemal każdym sklepie papierniczym) lub specjalnej folii z oferty firmy Elfa, Folie te należy skleić dwustronną taśmą samoprzylepną (rys. 1) - nie pozostawia ona po sobie śladów, dzięki czemu folię rastrową będzie można wykorzystać wiele razy.
Po sklejeniu folii ze sobą rozpoczynamy przenoszenie wzoru na folię przeźroczystą, wykorzystując podczas planowania rozkładu punktów lutowniczych raster widoczny na powierzchni folii rastrowej.
Wzór można wyrysować na folii przy pomocy dowolnego, czarnego pisaka przystosowanego do pisania po takim materiale. Jest to metoda stosunkowo prosta, ale nie gwarantuje najlepszych efektów. Znacznie lepszym wyjściem (przynajmniej w przypadku rozmieszczania układów scalonych) jest zastosowanie specjalnych wyklejek. Dostępne są dwie zasadnicze odmiany wyklejek - tzw. ,,wyciskane" (fot. 3)

.....
'I'Ii I..... ..::
Ś Ś � ł- 1 ł- TT 1
rtt ^t I r

:ot. 2. J--L.
Elektronika Praktyczna 6/98
17
NOTATNIK PRAKTYKA
Fot. 3.
oraz naklejane w rolkach o długości 16 metrów. W grupie "wyklejek "wyciska-nych" dostępna jest bardzo szeroka gama punktów, linii, tuków, itp. W drugiej grupie dostępne są tylko ścieżki (o szerokościach 0,38..5,08mm}. Próby prowadzone w naszym laboratorium dowiodły, że najbardziej optymalnym wyjściem jest ,,wyciskanie" punktów lutowniczych i wyki ej ani e ścieżek z "rolki". Korzystanie z "rolkowych" ścieżek ułatwia ostry noś (fot. 4).
Ponieważ gama oferowanych przez Elfę punktów lutowniczych i ścieżek jest bardzo duża (są wśród nich także litery i cyfryj, a ich dobór silnie uzależniony od wymagań użytkownika, Czytelników zainteresowanych tą ofertą zachęcamy do zamówienia sobie bezpłatnego katalogu z pełną ofertą Elfy (informacje o sposobie zamówienia katalogu znajdują się na końcu artykułuj.
O tym w jaki sposób przenieść wzór
płytki wykonany w opisany tutaj sposób na powierzchnię miedzi opowiemy w EP7/98.
Skomputeryzowani mają lepiej
Jak już wcześniej wspomniano, Czytelnicy ,,uzbrojeni" w komputer i odpowiednie oprogramowanie mają nieco mniej trudności do pokonania. Dzieje się tak przede wszystkim dzięki folii TES200. Jest to produkt znany w naszym kraju od dłuższego już czasu, ale stosunkowo mało popularny.
Folia TES200 umożliwia bezpośrednie przeniesienie na powierzchnię miedzi wzoru płytki, nadrukowanego na jej powierzchnię przy pomocy drukarki laserowej lub kserografu. Tak więc projekt wykonany przy pomocy dowolnego programu CAD można wydrukować na zwykłym papierze i zrobić jego kopię na folii TES na kserografie lub wydrukować wzór bezpośrednio na folii. W obydwu przypadkach bardzo ważne jest, aby toner i bęben były mało zużyte.
Podczas drukowania wzoru na folii należy pamiętać o tym, że należy wydrukować lustrzany widok warstwy, którą chcemy wykonać (wszystkie wzory płytek zamieszczone na CD-EP4 spełniają ten warunek). Na rys. 2 przedstawiono w pewnym uproszczeniu zasadę wykonywania płytek z wykorzystaniem procesu naświetlania (opiszemy go za miesiąc). Podobne zależności obowiązują podczas ,,wgrze-wania" wzoru w powierzchnię miedzi. Bowiem właśnie poprzez wgrzewanie wzór nadrukowany na folii TES przenoszony jest na laminat.
Zasada przenoszenia nadruku jest dość prosta, ale jego prawidłowe wykonanie wymaga dokładności od wykonawcy, no i posiadania... żelazka! Zadrukowaną folię kładziemy na powierzchni dokładnie oczyszczonej miedzi (zalecane czyszczenie chemicznej w taki sposób, aby warstwa wgrzanego w nią
toneru przylegała do laminatu. Następnie należy przyłożyć do folii żelazko (zalecana temperatura to 12O..15O�C) i silnie docisnąć na czas ok. 8..l5sek. Należy unikać przesuwania stopki żelazka po folii, ponieważ grozi to rozmyciem przenoszonego wzoru. W przypadku, gdy powierzchnia reprodukowanej płytki jest większa od powierzchni stopki żelazka należy ją przykładać w tyle miejsc, aby przenieść toner z całej powierzchni folii. Podczas transferu toneru powstają jego niewielkie ubytki, które można usunąć bezpośrednio na powierzchni miedzi, przy pomocy pisaka Dało. W ten sposób otrzymaliśmy gotową do trawienia płytkę, której jakość przy odpowiednio starannym wykonaniu jest naprawdę dobra. Piotr Zbysiński, AVT
W artykule wykorzystano materiały udosiępnione przez firmę Elfa.
Wszystkie przedstawione w artykule narzędzia i materiały są dostępne w firmie Elfa - poniżej podajemy ich numery katalogowe i ceny netto:
- numer katalogowy pisaka "Dało Marker" (z dodatkową końcówką): 49-523-05, cena: 30,07zl;
- numer katalogowy pisaka "Marker" do pisania po folii przeźroczystej: 49-524-20, cena: 7,10zł;
- numer katalogowy folii rastrowej l,27mm (grubość 0,lmm): 49-511-25, cena: 19,90zł;
- numer katalogowy folii rastrowej 2,54 (grubość 0,08mm): 49-511-58, cena: 13,74zi;
- numer katalogowy folii przeźroczystej A4 (w opakowaniu 5 arkuszy): 49-510-00, cena: 18,7 Izl;
- numer katalogowy folii TES200 (jeden arkusz A4): 49-516-38, cena: I5,89zł.
Bezpłatny kaiałog Ełfa można zamówić pod numerem iełefonu (0-22) 652-38-80 łub poprzez e-maił: obsługa.kłienia�ełfa.se.
TAK
NIE
Fot. 4.
Rys. 2.
18
Elektronika Praktyczna 6/9S
PODZESPOŁY
Niezwykłe pamięci firmy
Producenci pamięci
półprzewodnikowych rozpieszczają
konstruktorów urządzeń
elektronicznych. Współcześnie
produkowane układy pamięciowe
mają możliwości niewyobrażalne
jeszcze kilka lat temu i wydawać
by się mogło, że nic więcej w tej
dziedzinie nie da się zrobić. Nie
wiedzieli chyba o tym
konstruktorzy z firmy Xicor,
którzy opracowali pamięci
nieulotne o niezwykłych
m ożliwościach.
Jeżeli więc, drogi Czytelniku,
wykorzystujesz w swoich
opracowaniach mikrokontrolery
z rodziny MCS-51 lub HC11,
znajdź chwilę na przeczytanie
tego artykułuj
Pamięci nieulotne EEPROM są powszechnie wykorzystywane we współcześnie budowanych systemach mikroprocesorowych i to zarówno jako pamięci przechowujące program, jak i pamięci dla danych. Propozycja firmy Xicor pozwala w niezwykle prosty sposób wykorzystać zalety pamięci reprogramowalnych, przy minimalnej liczbie niezbędnych układów scalonych.
Tajemnico SLIC-a
Pamięci SLIC (z ang. Self Loa-ding Integrated Code) są zupełnie nowym zjawiskiem na rynku elektroniki. W rzeczywistości są to nieco bardziej rozbudowane od standardowych pamięci EEPROM, których niewielki fragment jest zajęty przez procedury opracowane i zapisane przez producenta. Zadaniem tych procedur jest umożliwienie wpisania programu i danych do wol-
? "Ljł
xz
no
PSI
POD P01 PD.2 PO* PD.4 PO*
poi
P0.7 P2.0 PSI
raz
PSS P24
PGEN
ALE FD
P2.7
XL.
Maohontrolar roddny MC&41
w pamięci X88C64, dokładnie w taki sam sposób, jak w systemach wykorzystujących standardowe pamięci ROM (lub EPROM, EEPROM, Flash). Dzięki wpisaniu w ściśle określone obszary pamięci X88C64 procedur obsługi interfejsu szeregowego oraz procedur umożliwiających wpisywanie do pamięci EEPROM odbieranych danych, projektant systemu może bez trudu zawrzeć w swoim programie możliwość "przeładowania" pamięci programu. Dzięki temu bez żadnego trudu możliwa jest wymiana programu na najnowszą wersję lub "wgranie" nowych parametrów działania programu.
Inaczej mówiąc, projektanci systemów mikroprocesorowych opartych na standardowych procesorach
SLIC-e w praktyce:
/ zastosowanie pamięci SLIC w systemie umożliwiana zyczem e użytkownika szybką wymianę zawartości re -programowalne] pamięci programu i danych, bez konieczności de montowania urządzę ma,
/ dzięki zastosowaniu interfejsów zoptymalizowanych pod kątem wybranych rodzin procesorów (MCS-51 i HC11) pozwalają ograniczyć liczbę układów scalonych stosowanych w system le (pamięci mająwbudo-wanysysterndernultipleksującyadresi danepodawa-nez szyny procesora),
/ w składrodzmyukladówSLICwchodzątakzestruktury rozbudowane o porty l/O, rejestry RAM oraz kontroler przerwań
nego obszaru pamięci poprzez port szeregowy procesora. Tak więc, konstruktorzy decydujący się na zastosowanie pamięci SLIC zyskują możliwość bezproblemowej wymiany jej zawartości.
Jak to się robi? Przykład typowej aplikacji jednej z pamięci SLIC przedstawiono na rys. 1. Program sterujący pracą procesora jest zapisany
GE WG I ŚA12
WH rd Lo^ka Zabezpłeczenle pizad 1

PSEN L X D A12 A1Z
-* 1KE*TH5
Aa"Ai1 p a t c n 1KBTTES M LI 1KBm

ALE c h d e r 1KBYTEG X 1KBYTE8
1 1KBTTE5 1KWTES
1 t t Ś
DekodwY 1

Lafch danych 1 ndmau

Rys. 2.
MM...A/D7
Elektronika Praktyczna 6/9S
PODZESPOŁY
Rys. 3.
(obecnie dostępne są wersje dla MCS-51 oraz HCll) uzyskują możliwość programowania zewnętrznej, reprogramowalnej pamięci procesora bezpośrednio w systemie ISP (z ang. In System Programmability), co dotychczas było zarezerwowane dla niektórych procesorów DSP oraz układów PLD.
Pamięci SLIC nie różnią się znacznie swoją budową wewnętrzną od standardowych pamięci EEPROM (rys. 2). Cechami je wyróżniającymi jest zastosowanie we wnętrzu pamięci układu rozdzielającego adres i dane (z szyny multipleksowanej) oraz podzielenie matrycy pamięciowej na dwa bloki (po 4kB), w których można niezależnie dokonywać wpisów lub odczytywać zawartość jednego z bloków podczas trwania zapisu do drugiego.
Układ ma dość ważne udoskonalenie, które podczas zapisu małych pakietów danych (do 32 bajtów) pozwala traktować pamięć SLIC jako pamięć RAM (pod względem czasu dostępu!).
SLIC i jeszcze więcej...
Konstruktorzy urządzeń elektronicznych lubią się czuć dopieszczeni przez producentów półprzewodników. Zdali sobie z tego sprawę także inżynierowie z firmy Xicor i szybko rozszerzyli rodzinę układów pochodnych standardowym pamięciom SLIC.
Układy X68C75 (dla procesorów HCll) i X88C75 (z interfesjem dla procesorów '51) integrują w jednej strukturze nie tylko 8kB reprogra-
ki temu bez trudu można włączyć do jednego systemu do 8 takich układów (rys. 4).
Jak widać, zastosowanie takiego układu w systemie mikroprocesorowym znacznie ułatwia pracę konstruktorowi - wszystkie niezbędne elementy peryferyjne systemu mikroprocesorowego znajdują się w jednym, łatwym w podłączeniu, układzie scalonym. Co więcej, dzięki zastosowaniu idei SLIC system jest łatwy w przeprogramowaniu, co w praktyce wymaga zastosowania tylko portu szeregowego RS232 i odpowiedniego programu sterującego pracą procesora, aby w określonych przez użytkownika sytuacjach oddawał on sterowanie do procedur zawartych w obszarach SLIC.
Na rys. 5 przedstawiono podział obszaru pamięci systemu mikropro-
1281/0
Rys. 4.
mowalnej pamięci SLIC, lecz także 16B rejestrów uniwersalnych (można je wykorzystać jako pamięć RAM) oraz dwa konfigurowalne, 8-bitowe porty 1/0. Bardzo praktycznym rozszerzeniem możliwości układów XxxC75 jest także kontroler przerwań, który ułatwia obsługę zdarzeń zewnętrznych w czasie rzeczywistym. Schemat blokowy układu X68C75 przedstawiono na rys. 3. Uniwersalność prezentowanych układów jest takża związana z faktem, że ich konstruktorzy przewidzieli możliwość programowanego mapowania pamięci oraz portów 1/ O zawartych w strukturze układu (poprzez odpowiedni wpis do jednego z rejestrów specjalnych). Dzię-
0000
0400
07FF
E000
FFFF
400
SFR

7FF
/ El 50/ / FFOO FCOO FFFF y////
USER APPLICATION CODE/DATA
/ / / / /

ISR/RESETVECTORS
Rys. 5.
Elektronika Praktyczna 6/98
PODZESPOŁY
Rys. ó.
39 11
38 12
37 13
36 15
as Ifi
34 17
aa Ifl
3? 19
21 25
22 24
23 21
24 23
25 2
26 26
27 1
28 20
17 22
16 27
-.29 4
J30 3
11
10
8051
cesorowego z kontrolerem HCll, w którym zastosowany został układ X68C75.
Mniej nie znaczy gorzej
Wszystkie układy przedstawione dotychczas w artykule mają także "uproszczone" wersje (tab. 1). "Uproszczenie" polega na pozostawieniu całej pamięci reprogramo-walnej wolnej dla użytkownika -procedury SLIC nie są po prostu
X88257
zapisywane przez producenta. Zarówno interfejs, jak i parametry czasowe i elektryczne są identyczna dla wersji SLIC i zwykłych. Jest to więc idealna pamięć do stosowania w typowych systemach z mikrokontrole-rami MCS-51 oraz HCll i pochodnymi.
Uzupełnieniem tej niezwykłej rodziny specjalizowanych pamięci nieulotnych są układy noszące oznaczenia Xx8257. W praktyce są to
standardowe pamięci nieulotne o znacznej pojemności (aż 32kB), zintegrowane z interfejsem umożliwiającym bezpośrednie podłączenie układu do multipleksowanej szyny danych i adresu. Jest to więc układ dopasowany idealnie do większości typowych aplikacji spotykanych w praktyce. Matryca pamięciowa nie jest dzielona na bloki ani strony.
Schemat aplikacyjny prezentujący sposób wykorzystania układów Xx8275 przedstawiono na rys. 6.
Oferta firmy Xicor nie ma na razie żadnego liczącego się konkurenta. Pomysł wykorzystany w pamięciach SLIC oraz ich wersjach bez kodu samoładującego wart jest upowszechnienia, ponieważ pozwala na znaczne uproszczenie konstrukcji systemów mikroprocesorowych bez wydatnego wzrostu ich ceny. Piotr Zbysiński, AVT
Więcej informacji na temat układów firmy Xicor można znaleźć w Internecie pod adresem www.xi-cor.com lub u krajowych dystrybutorów firmy Xicor: E2000-Setron oraz Elatec.
Oznaczenie Pojemność Napięcie Podział Zabezpieczenie Interfejs Procedury Inne
układu pamięci zasilania/pro- na bloki/ przed zapisem przystosowany SLIC
EEPROM gramowania strony sprzętowe/ dla procesora
[kB] [V] programowe
X68C64 8 5 8/2 +/+ 6801/3, 68HC11 Obudowy DIP24, S0IC24
X68C64 SLIC 8 5 8/2 +/+ 6801/3, 68HC11 + Obudowy DIP24, S0IC24.
X68C75 SLIC 8 5 8/2 +/+ 6801/3, 68HC11 + Dwa programowane porty 8-bitowe oraz 16B rejestr SRAM. Obudowy PDIP48, PLCC44, T0FP44.
X68257 32 5 -/- -/+ 6801/3, 68HC11 Obudowy PCIP28, DIP28, SOIC28, LCC32, PLCC32.
X88C64 8 5 8/2 +/+ MCS-51 Obudowy DIP24/S0IC24.
X88C64 SLIC 8 5 8/2 +/+ MCS-51 + Obudowy DIP24/S0IC24.
X88C75 SLIC 8 5 8/2 +/+ MCS-51 + Dwa programowane porty 8-bitowe oraz 16B rejestr SRAM. Obudowy PDIP48, PLCC44, T0FP44.
X88257 32 5 -/- -/+ MCS-51 Obudowy PCIP28, DIP28, SOIC28, LCC32, PLCC32.
Elektronika Praktyczna 6/98
21
PODZESPOŁY
Bezpieczne przekaźniki firmy NAIS Matsushita
Coraz wyższe wymagania
stawiane współcześnie
konstruowanym urządzeniom
elektronicznym, elektrycznym
i energetycznym powodują, że ich
twórcy sięgają po coraz
doskonalsze podzespoły.
"Doskonalsze" oznacza przede
wszystkim bardziej niezawodne
i bardziej bezpieczne.
Jednym z najnowszych osiągnięć
w podnoszeniu bezpieczeństwa
i niezawodności współczesnych
przekaźników
elektromechanicznych jest seria
SF produkowana przez firmę
NAIS Matsushita.
O ich możliwościach i zaletach
dowiecie się z artykułu.
SF4
Rys. 1.
Przekaźnik SF4 jest sztandarowym przekaźnikiem serii z wymuszonym przełączaniem styków. Jest to nowoczesny, spolaryzowany przekaźnik monostabilny. Część komutacyjna (iys. 1] składa się z ośmiu par sprężystych zestyków, po cztery wewnętrzne (5-6, 7-8, 9-10 i 11-12] i cztery zewnętrzne (13-14, 15-16, 17-18 i 19-20], obrotowej kotwicy (oznaczona literą ,,C"] oraz czterech elemen-tćw (oznaczonych literą ,,D"] wymuszających ruch wszystkich par zestyków. Kotwica służy jako napęd dla elementów uruchamiających, które otaczają zestyki i parami je uruchamiają. Elementy te nie są połączone z kotwicą na sztywno.
Każda para styków składa się z jednego zestyku roboczego (zwiernego] i jednego spoczynkowego (ro zwiernego], które są wzajemnie od siebie uzależnione w sposób mechaniczny.
Jak wynika z praktyki, najbardziej niezawodnym przełączaniem przymusowym jest pojedynczy zestyk przełączny. W razie jakiejkolwiek usterki występuje tylko jedno lub drugie położenie styku. Wykorzystując te doświadczenia w firmie NAIS Matsushita opracowano układ zestyków przekaźnika SF.
Para zestyków (na przykład 11-12, 19-20, rys. 2] jest wzajemnie od siebie uzależniona, przy pomocy wspólnego elementu uruchamiającego, a każda sprężyna (stanowiąca jednocześnie styk] znajduje się w oddzielnej, izolowanej komorze. Dzięki temu, w razie pęknięcia sprężyny, unika się zwarcia obydwu zestyków. Przełączane obwody (najczęściej obwód zabezpieczający i obwód kontrolny] są więc w pewny sposób izolowane galwanicznie. Powrót styków do pozycji spoczynkowej zapewnia magnes stały przyciągający kotwicę.
Przełączanie przymusowe zewnętrznych zestyków
Prześledźmy prosty przykład obrazujący zasadę działania przekaźnika SF4. W razie sklejenia się zewnętrznego zestyku zwiernego 19-20 rozwarty pozostaje wewnętrzny zestyk 11-12 uruchamiany w parze przez element uruchamiający ,,D". Pozostałe zestyki przełączają, to znaczy spełniają swoją funkcję łączenia lub rozłączania obwodów. Gdy tę właściwość przekaźnika SF4 odpowiednio wykorzysta się podczas opracowywania aplikacji, znacznie wzrasta bezpieczeństwo pracy przełączanych obwodów.
Przykładowo w przypadku je dno kanałowego wyjścia można połączyć szeregowo zestyki 19-20 i 13-14 (rys. 3). W razie zgrzania się pary styków 19-20 wyłączenie awaryjne zapewnia zestyk 13-14. Usterka jest rejestrowana przez rozwarty w takim przypadku zestyk kontrolny 11-12 lub 5-6.
Przekaźnik zachowuje się podobnie, gdy w układzie o naprzemiennym wysterowywa-niu dwóch przekaźników bezpieczeństwa zewnętrzne zestyki rozwierne 17-1S i 15-16 znajdują się w jednym obwodzie roboczym. Tak-
Podstawowe właściwości przekaźników serii SF.
/ zestyki przełączane przymusowo,
/ gwarantowany poziom ochrony -IP67,
/ płaska konstrukcja i wyprowadzenia do montażu na
płytce drukowane], / spolaryzowany, oszczędny pod względem poboru
energii (poniżej 500rnW), / oddzielne komory dl a każdej sprężyny stykowej i tym
samym niezawodne od dzielenie galwaniczne obwodu
prądowego nawet w razie pęknięcia sprężyny,
Z Matsushita >;Automation Rys. 2.
że wówczas sklejenie się jednego z tych zestyków nie blokuje kotwicy obrotowej, to znaczy pozostałe pary zestyków powracają do bezpiecznego stanu (bezpiecznym stanem jest w tym przypadku włączony przekaźnik]. Usterka jest rozpoznawana przez jeden z wewnętrznych, parami przełączanych przymusowo zestyków (9-10 lub 7-8).
Przymusowe przełączanie wewnętrznych zestyków
W razie sklejenia się wewnętrznego zestyku spoczynkowego (rozwiernego] 11-12 lub zestyku spoczynkowego 5-6, o padnięta kotwica ,,C" zostaje zablokowana w tym położeniu i wszystkie rozwarte zestyki 7-S, 9-10, 13-14 i 19-20 pozostają rozwarte. Podobnie zachowuje się przekaźnik włączony. W tym przypadku w razie sklejenia się zestyków zwiernych 7-S lub 9-10 zestyki 5-6, 11-12, 15-16 i 17-1S pozostają rozwarte. Zachowanie to odpowiada nieprzyciągnięciu lub nieopad-nięciu kotwicy zwykłych przekaźników z zestykami przełączanymi przymusowo.
Dzięki zastosowaniu tak prostego sposobu przełączania styków uzyskano dużą nieza-wodnośó przekaźników SF4 oraz gwarancję bezpiecznego dla użytkownika jego funkcjonowania. Potwierdzeniem tych walorów jest szereg świadectw bezpieczeństwa i atestów, jakimi uhonorowano przekaźniki serii SF. Są to m.in. niemieckie atesty specjalistyczne opisujące elementy stosowane w następujących aplikacjach:
- Elektryczne wyposażenie palenisk według VDE 0116/3.79,
- Elektryczne wyposażenie maszyn produkcyjnych i wytwórczych według VDE 0113/ 12.73,
- Instalacje sygnalizacyjne dla zapewnienia bezpieczeństwa ruchu drogowego według VDE 0832/7.81,
- Bezpieczeństwo aparatów elektromedycznych według VDE 0750/5.82,
- Reguły techniczne odnoszące się do dźwigów, wind osobowych i towarowych według TRA200,
- Ustalone przez związek zawodowy reguły bezpieczeństwa odnoszące się do układów sterowania pras według ZHl/2 81, ZHl/456, ZH1/457 i ZH1/50S.
Horst Kreile, NAIS Matsushita
Z-tyUhontrdn.
Rys. 3.
ZMlyM kontran
Elektronika Praktyczna 6/9S
RAPORT EP
W tym dzidę opisujemy wybrane kity oferowane przez różnych producentów. Przekazujemy uwagi dotyczące montażu, uruchamiania i działania zestawu. Wszystkie urządzenia były bowiem zmontowane i sprawdzone w laboratorium EP.
Tor zdalnego sterowania, część 2
Odbiornik kodowanego zamka szyfrowego Yelleman K6707
Przedstawiamy opis drugiej
części zestawu dwóch kitów
Vellemana - odbiornika
kodowanego zamka szyfrowego.
Zastosowanie zestawu zostało
omówione w pierwszej części
ańykuiu, tak więc teraz
wspomnimy tylko
o podstawowych parametrach
odbiornika.
Układ może współpracować z jednym lub wieloma, ustawionymi na ten sam kod, pilotami K6706. Odbiornik może włączać i wyłączać dowolne urządzenia elektryczne
0 poborze prądu nie przekraczającym 10A, w dwóch trybach:
1. Chwilowym, kiedy to sterowane urządzenie jest włączane tylko na czas naciskania przycisku pilota.
2. Przemiennym, w którym kolejne naciśnięcia przycisku pilota powodują na przemian włączanie
1 wyłączanie odbiornika prądu.
Układ odbiornika może być zasilany z transformatora sieciowego 2x9VAC lub z dowolnego źródła napięcia stałego o wartości 12..16Y i wydajności prądowej max. lOOmA.
Odbiornik wyposażony jest w wizualną sygnalizację natężenia odbieranego sygnału radiowego i aktualnego stanu (przekaźnik włączony lub wyłączony). Zasięg transmisji wynosi ok. 30m.
Opis działania układu
Schemat elektryczny układu odbiornika pokazany został na rys. 2. Można go podzielić na cztery podstawowe bloki funkcjonalne, które kolejno omówimy.
Odbiornik radiowy został zbudowany z wykorzystaniem tranzystora w.cz. Tl typu BF199. Jest to typowy odbiornik superreakcyjny, którego częstotliwość pracy możemy regulować za pomocą trymera CVI. Niektórych Czytelników zdziwił zapewne brak na schemacie ja-
kiejkolwiek anteny odbiorczej, charakterystycznego elementu każdego odbiornika radiowego. Zastosowano tu rozwiązanie podobne do znanego nam już z układu nadajnika: rolę anteny pełni cewka L2. I tu także nie musimy się obawiać żmudnego nawijania tej cewki: została ona wytrawiona na płytce jako owalna ścieżka.
Z odbiornika sygnał przekazywany jest do układu detekcyjnego pełniącego również rolę wzmacniacza m.cz. Został on zrealizowany na jednym ze wzmacniaczy operacyjnych wchodzących w skład struktury układu LM258. Drugi wzmacniacz operacyjny pracuje jako komparator, z którego wyjścia pobierany jest sygnał prostokątny i kierowany na wejście RX IN układu ICl - UM3758-120A. Dioda LED LD2 dołączona za pośrednictwem rezystora R21 do przewodu sygnałowego pozwala na wizualną obserwację przebiegi transmisji danych pomiędzy odbiornikiem a dekoderem.
Kolejnym blokiem, chyba najważniejszym dla funkcjonowania układu, jest dekoder. Układ UM3758 został ustawiony w tryb pracy dekodera przez połączenie wyprowadzenia MODĘ z masą zasilania. W tym trybie pracy układ odbiera dane przesyłane szeregowo na jego wejście i dokonuje ich porównania.
Jeżeli dwa kolejne odebrane słowa okażą się identyczne i jednocześnie zgodne z ustawionym kodem , to na wyjściu OUT pojawi
Elektronika Praktyczna 6/9S
23
RAPORT E P
IC1 (UM375B-120A) A1, A2 = IC2 (RV4558) FF1, FFZ - IC3 (CD4013) N1...N6 = IC4(CD4010S)
Rys. 2.
się stan niski i będzie trwał aż do momentu odebrania dwóch kolejnych, różniących się od siebie, lub niezgodnych z ustawionym kodem słów. Na rys. 3 przedstawiono format przesyłanego słowa danych oraz reakcję odbiornika na odebranie poprawnej transmisji.
Stan niski, świadczący o odebraniu poprawnej transmisji, zostaje po zanegowaniu przez inwerter N6 skierowany na wejście SET przerzutnika typu D - FFl IC3. Powoduje to natychmiastowe włączenie tego przerzutnika, a także zmianę stanu pracującego jako dwójka licząca drugiego przerzutnika zawartego w strukturze układu IC3 - FF2. Dość "pokrętna" kombinacja zbudowana z inwerterów N2, N3 i N4 służy wyzerowaniu przerzutnika FFl w chwilę po zakończeniu transmisji. Podczas jej odbierania, stan wysoki z wejścia SET przerzutnika FFl wymusza stan niski na wyjściu inwertera N2, co powoduje rozładowanie za pośrednictwem diody D4 kondensatora Cli. Po zmianie stanu na wyjściu dekodera, kondensator Cli zaczyna się ładować poprzez rezystor R15, o wartości dokładnie stokrotnie większej od R14. Kiedy napięcie
na tym kondensatorze osiągnie wartość równą 2/3 napięcia zasilania, na wyjściu inwertera N3 pojawi się stan niski, który po zanegowaniu przez inwerter N4 spowoduje wy-zerowanie przerzutnika FFl.
Układ z inwerterem Ni służy zerowaniu obydwóch przerzutni-ków w momencie włączenia zasilania. Czas impulsu zerującego, doprowadzonego bezpośrednio do wejścia RST FF2 i poprzez diodę D2 do analogicznego wejścia FFl, jest określony pojemnością Cl 2 i rezystancją R13.
Zajmijmy się teraz sterowaniem przekaźnika RYl. Jego cewka zasilana jest od strony masy za pośrednictwem tranzystora T2. Baza tego tranzystora polaryzowana jest przez rezystor R16, który może być dołączony do dwóch punktów w układzie. Połączenie oznaczone na schemacie jako Tryb Przemienny pozwala na włączanie i wyłączanie przekaźnika za pomocą kolejnych naciśnięć przycisku pilota. Jeżeli wykorzystamy połączenie oznaczone jako Tryb Chwilowy, to przekaźnik będzie się włączał jedynie na czas przytrzymywania przycisku pilota + czas określony pojemnością Cli i rezystancją R15.
Ostatnim blokiem układu jest, dość dziwacznie skonstruowany, układ sygnalizacji stanu przekaźnika. Jeżeli przekaźnik RYl jest wyłączony, to prąd płynący przez jego cewkę zasila za pośrednictwem rezystora R17 bazę tranzystora T3.
Tranzystor ten przewodzi i dioda LED LDl świeci światłem ciągłym. Jeżeli natomiast tranzystor T2 zewrze cewkę przekaźnika do masy, to baza tranzystora T3 będzie polaryzowana wyłącznie poprzez rezystor R18. Rezystor ten jest dołączony do wyjścia generatora asta-bilnego zbudowanego na inwerte-rze N5, co powodować będzie impulsowe włączania diody LED. Pozostała część układu to stabilizator napięcia wykorzystujący popularny układ 7809 - VR1.
Montaż i uruchomienie
Montaż wykonujemy w typowy sposób, rozpoczynając od elementów najmniejszych, a kończąc na wlutowaniu przekaźnika, kondensatorów elektrolitycznych i stabilizatora napięcia. Nie należy zapominać o wlutowaniu zwory oznaczonej na płytce symbolem "J".
Zmontowany układ będzie teraz wymagał dwóch zabiegów: ustawienia kodu i numeru kanału oraz zestrojenia nadajnika radiowego z odbiornikiem. Rozpoczniemy od ustawienia kodu, chociaż pozostawię-
Elektronika Praktyczna 6/98
RAPORT E P
IC1 16
IC1 17
IC3 1 D
Rys. 3.
nie wolnymi wszystkich wejść adresowych kodera w nadajniku i dekodera w odbiorniku też jest pewnym kodem.
Zarówno na płytce nadajnika jak i odbiornika, obok wejść adresowych UM3758 wykonane zostały dwa szeregi punktów lutowniczych: jeden połączony z masą, a drugi z dodatnim biegunem zasilania. Każde z wejść adresowych możemy za pomocą zworek wykonanych z krótkich odcinków srebrzanki połączyć z masą, z plusem zasilania lub też pozostawić nie podłączone. Kombinacja jest zupełnie dowolna, ważne jest jedynie, aby była identyczna w odbiorniku i w nadajniku.
Kolejną czynnością będzie ustalenie numeru kanału, na jakim pracować będzie układ odbiorczy. Za pomocą odcinków srebrzanki wykonujemy zworkę pomiędzy punktami oznaczonymi na płytce jako CH1 (kanał 1) lub CH2 (kanał 2). Jeżeli zewrzemy ze sobą punkty CHl to odbiornik będzie reagował na naciśnięcie przycisku SWl w pilocie. Połączenie punktów CH2 umożliwi sterowanie za pomocą przycisku SW2. Praca na dwóch kanałach może okazać się użyteczna w przypadku, kiedy np. chcemy zainstalować dwa odbiorniki w jednym pomieszczeniu. Możemy wtedy za pomocą jednego pilota sterować pracą dwóch urządzeń. Nie ma też oczywiście żadnych przeszkód, aby do sterowania jednym odbiornikiem wykorzystać dowolną liczbę nadajników - pilotów z ustawionym identycznym kodem.
Ostatnią czynnością, jaka nam pozostała do wykonania, będzie zestrojenie nadajnika z odbiornikiem. Na samą myśl o strojeniu obwodów radiowych wielu elektronikom cierpnie skóra (mnie także). Nie oba-
wiajcie się jednak, jak już wspomniałem, strojenie zostało wykonane w ciągu kilku minut przez trzynastoletnie dziecko!
Zanim jedna rozpoczniemy strojenie, wskazane byłoby dołączenie zasilania do obydwóch układów. Bateryjkę 12V wkładamy w przeznaczone dla niej miejsce w obudowie pilota i ustawiamy trymera CVI nadajnika w położeniu środkowym (w ustaleniu tego położenia pomocny będzie rysunek umieszczony w instrukcji montażu). Aby uniknąć dotykania podczas strojenia układu ręką, zamykamy obudowę pilota. Do układu odbiornika dołączamy zasilanie, najlepiej transformator sieciowy o uzwojeniach wtórnych 2x9V lub zasilacz prądu stałego, niekoniecznie stabilizowany, o napięciu 12..16VDC. Trymer CVI w odbiorniku także ustawiamy mniej więcej w środkowym położeniu. Dioda kontrolna LD2 nie powinna się w tym momencie świecić lub może świecić się bardzo słabo. Naciskamy teraz właściwy przycisk pilota umieszczonego w odległości ok. 1 m od odbiornika. Dioda LD powinna zacząć wyraźnie migotać, a przekaźnik powinien zareagować zgodnie z ustawionym dla niego trybem pracy. Jeżeli tak się nie stanie, to pokręcając delikatnie trymerem CVI w odbiorniku staramy się uzyskać prawidłowe działanie układu.
Do przeprowadzenia ostatecznej regulacji wskazana jest pomoc drugiej osoby. Wręczamy jej pilota i prosimy o naciśnięcie przycisku po odejściu od odbiornika na kilka metrów. Najprawdopodobniej układ nie zareaguje prawidłowo i konieczne będzie ponowne dostrojenie trymerem CVI. Operację strojenia w działającym układzie koniecznie należy wykonywać śrubokrętem z plastykowym ostrzem. I tu
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl: 270O
R2, R3: 18kQ
R4: 33kQ
R5: 5,ókQ
R6: 2,7kn
R7: 6,8kQ
R8: 6,8MO
R9, RIO: lkn
Rl 1: lOOkO
R12, R13: 47kQ
R14: 470O
R15: 470kQ
R16..R18: 10kO
R19: 220kQ
R20: 680O
R21: 2,2kQ
Kondensatory
Cl, C2: 2pF
C3: 22pF
C4: 82pF
C5..C7: 330pF
C8, C9: lOOnF
C10..C14: l|iF/16V
C15: 470^F/25V
CVI: 5pF
Półprzewodniki
D1..D5: 1N4148
D6, D7: 1N4000..07
ZD1: dioda Zenera 4,3V
ZD2: dioda Zenera 4,7V
IC1: UM3758-120A
IC2: LM258
IC3: 4013
IC4: 40106
LD1, LD2: diody LED
Tl: BF199
T2, T3: BC548
VR1: 7809
Różne
J1..J3: ARK2
RY1: przekaźnik VR10V12
miłą niespodzianka sprawiona nam przez Vellemana: śrubokręt taki znajduje się w zestawie! Tym właśnie śrubokrętem powtarzamy kilkukrotnie regulację, za każdy razem odsuwając nadajnik coraz dalej od odbiornika. W sprzyjających warunkach możemy w ten sposób osiągnąć zasięg do ok. 30m.
Na zakończenie jeszcze jedna uwaga przeznaczona dla tych Konstruktorów, którzy chcieliby wykorzystać zbudowane urządzenie do sterowania alarmem samochodowym. Po zamontowaniu odbiornika wewnątrz samochodu zasięg działania układu może znacznie się zmniejszyć, co jednak nie ma większego znaczenia praktycznego. Zbigniew Raabe, AVT Basia Raabe
Elektronika Praktyczna 6/98
25
TEST
W dzidę "TEST" przedstawiamy narzędzia, programy i oprzyrządowanie pomocnicze, wykorzystywane w pracowniach konstrukcyjnych i laboratoriach elektronicznych. Prezentacja jest poprzedzona badaniami prowadzonych w laboratorium AVT. Zadaniem działu jest dostarczanie pełnej i sprawdzonej informacji o aktuafnej ofercie krajowego rynku. Ceny podane w "Teście" sq cenami netto (bez 22% podatku VAT).
Przegląd narzędzi lutowniczych, część 3
Trzecią, ostatnią już część, przeglądu
___zędzi lutowniczych
poświęcamy sprzętowi bardziej
zaawansowanemu -stacjom lutowniczym. Ponieważ wśród eń dostarczonych do przeglądu znalazło się kilka, bardzo in teres u ją cych konstrukcji w cenie
założone przez nas
pierwotnie 1000 zl,
postanowiliśmy je także
przedstawić.
Pod koniec przygotowywania tej części przeglądu narzędzi lutowniczych okazało się, że nastąpiła istotna zmiana w ofercie firmy Wel-ler - trzy spośród czterech prezentowanych stacji lutowniczych zostały wycofane z produkcji i zastąpione nowymi modelami.
Ograniczona ilość czasu uniemożliwiła nam niestety przedstawienie zestawów nowej generacji. Ponieważ są one funkcjonalnie zbliżone dn nnnrzfidnikńw. nrmtann-
wiliśmy zamieścić opisy stacji dostępnych dotychczas. Według informacji udzielonych nam przez przedstawicieli firmy Weller stacja WECP-20 Antistaticz lutownicą MLR.21 została zastąpiona zestawem WS-50 (cena ok. 620 zł), a stacja WTCP-
50 (cena ok. 420 zł) zastąpiła produkowaną dotychczas WTCP-S.
Rozszerzeniu uległa także oferta sprzętu oferowanego przez firmy Den-On oraz Pace. Pierwsza z nich oprócz prezentowanego w artykule modelu SS-B100 oferuje także stację TL-B100D (cena ok. 688 zł) z wbudowanym cyfrowym miernikiem temperatury, funkcjonalnie zbliżoną do SS-8100. Firma Pace także oferuje nrnffi*iinnalna etanie lutowni-
czą z cyfrowym odczyte^ temperatury z wbudowanym mikroprocesorowym regulatorem. To rozbudowane urządzenie nosi oznaczenie ST-40ASP i kosztuje ok. 1200 zł.
Sprzęt przedstawiony przez nas w ciągu ostatnich
dwóch miesięcy nie wyczerpuje do końca możliwości oferowanych przez rynek. Prezentowane urządzenia (EP4, 5 i 6/98) stanowią reprezentację, charakteryzującą aktualne możliwości i wymagania krajowego rynku. Znalazły się wśród nich zarówno lutownice i stacje tanie, przeznaczone głównie na rynek amatorski, znalazły się także urządzenia znacznie droższe, przystosowane do pra-rv w zakładach nrndnkrvi-
Mamy nadzieję, że "Test" pomoże Czytelnikom zainteresowanym zakupem sprzętu lutowniczego w dokonaniu właściwego wyboru, co nie jest łatwe, biorąc pod uwagę jego ilość i różnorodne możliwości.
Stacje lutownicze
Elwik SE-220-1
Stacja lutownicza z wbudowanym regulatorem temperatury (regulacja w zakresie 100..400�C). Moc lutownicy wynosi 60W, zasilanie 24V. Standardowym wyposażeniem stacji jest podstawka do lutownicy i pudełko z gąbką do wycierania grota. Na płycie czołowej gniazdko uziemienia grota. Grot zewnętrzny mocowany sprężyną dociągającą.
Solomon SL-1O
Prosta stacja lutownicza z wbudowanym regulatorem temperatury o mocy wyjściowej 50W. Zakres regulacji mieści się pomiędzy 150 a 450�C. W obudowie regulatora znajduje się metalowy pojemnik na gąbkę do wycierania grota oraz podstawka pod lutownicę (wchodzą w skład zestawu).
Grzałka lutownicy ma moc ok. 50W. Grot jest wymienny, instalowany we wnętrzu obudowy grzałki, mocowany przy pomocy metalowej nakrętki. Opcjonalnie są dostępne groty o różnych kształtach i rozmiarach.
Urządzenie jest wyposażone w polską instrukcję obsługi.
Gwarancja: 1 rok Znak bezpieczeństwa B Cena: 184 zł
Gwarancja: 1 rok Znak bezpieczeństwa B Cena: 189 zł
Elektronika Praktyczna 6/9S
T E S T
Gwatancja: 1 rok Znak bezpieczeństwa B Cena: 201 zł
Gwarancja: 1 rok Znak bezpieczeństwa B Cena: 219 zł
Gwarancja: 1 rok Znak bezpieczeństwa B Cena: 297zł
Gwarancja: 1 rok Znak bezpieczeństwa B Cena: 313 zł
Elwik SE-220a
Stacja lutownicza z wbudowanym regulatorem temperatury regulacja w zakresie 100..400�C). Moc lutownicy wynosi 60W, zasilanie 24V. Standardowym wyposażeniem stacji jest podstawka do lutownicy i pudełko z gąbką do wycierania grota. Na płycie czołowej gniazdko uziemienia grota i gniazdo do podłączenia dowolnego urządzenia zewnętrznego o mocy do 20W ftygielek, odsysacz). Grot zewnętrzny mocowany sprężyną dociągającą.
Solomon SL-2O
Stacja lutownicza z wbudowanym termometrem i regulatorem temperatury. Moc wyjściowa stacji wynosi 50W. Zakres regulacji temperatury wynosi 15O..42O�C. Aktualną temperaturę grota wska-żuje pasek diod świecących. Przy pomocy diod świecących sygnalizowane jest także włączenie zasilania stacji oraz praca grzejnika lutownicy. W obudowie regulatora znajduje się metalowy pojemnik na gąbkę do wycierania grota oraz podstawka pod lutownicę (wchodzą w skład zestawu).
Grzałka lutownicy ma moc ok. 50W. Grot jest wymienny, instalowany we wnętrzu obudowy grzałki, mocowany przy pomocy metalowej nakrętki. Opcjonalnie są dostępne groty o różnych kształtach i rozmiarach.
Gwarancja: 1 rok Cena: 324/395 (ESD)zł
Elwik SEC-220-i
Stacja lutownicza z wbudowanym regulatorem temperatury (regulacja w zakresie 100..400�C) i termometrem cyfrowym. Na 3-pozycyjnym wyświetlaczu można odczytać temperaturę grota oraz aktualnie zadaną wartość temperatury. Moc lutownicy wynosi 60W. Standardowym wyposażeniem stacji jest podstawka do lutownicy i pudełko z gąbką do wycierania grota. Na płycie czołowej gniazdko uziemienia grota. Grot zewnętrzny mocowany sprężyną dociągającą.
Elwik SEC-220a
Stacja lutownicza z wbudowanym regulatorem temperatury (regulacja w zakresie 100..400�C) i termometrem cyfrowym. Na 3-pozycyjnym wyświetlaczu można odczytać temperaturę grota oraz zadaną wartość temperatury. Moc lutownicy wynosi 60W. Standardowym wyposażeniem stacji jest podstawka do lutownicy i pudełko z gąbką do wycierania grota. Na płycie czołowej gniazdko uziemienia grota oraz złącze do zasilania napięciem zmiennym 24V dodatkowego urządzenia zewnętrznego o mocy do 20W (tygla, odsysacza). Grot zewnętrzny mocowany sprężyną dociągającą.
Xytronie Auto-Temp 136/136ESD
Stacja lutownicza z wbudowanym regulatorem temperatury (15O..45O�C). Grzałka ceramiczna o krótkim czasie nagrzewania. Nakładany na grzałkę grot jest mocowany nakrętką. Lutownica o mocy 60W jest zasilana napięciem zmiennym 24V. Stację standardowo wyposażono w podstawkę dla lutownicy, metalową wkładkę na topnik i gąbkę do wycierania grota. Na płycie czołowej znajduje się wskaźnik stanu pracy regulatora (dioda LED), potencjometr do kalibracji oraz zamek uniemożliwiający zmianę nastawionej temperatury. W wersji 136ESD stacja i lutownica jest wykonana z materiałów antyelektrostatycznych.
Opcjonalnie dostępna szeroka gama grotów i przystawka do odsysania cyny.
Elektronika Praktyczna 6/9S
Go ot PX-501AS
Stacja lutownicza z r9gulator9rn t9mp9ratury fr9gulacja w za-kr9si9 25O..45O�C). Dzięki wyprowadz9niu na płytę czołową do-datkow9go pot9ncjom9tru możliwa jest kalibracja nastaw t9mp9-ratury. Lutownica o mocy 80W, zasilana napięci9rn 220V. Grot jest wymi9nny, mocowany nakrętką, grzałka C9ramicsna. Grzałkę można łatwo wymi9nić, poni9waż jest wyposażona w sp9cjaln9 złącz9. Zastosowano silikonową osłonę antybakt9ryjną. Sz9roka gama grotów. Z9staw jest wyposażony w polską instrukcję.
OK Industries SA534
Stacja lutownicza z wbudowanym r9gulator9m t9mp9ratury. Moc wyjściowa r9gulatora wynosi 90W fnapięci9 wyjściow9 24VAC). Zakr9s r9gulacji t9mp9ratury wynosi 32O..43O�C, Obudowa r9gulatora sp9łnia J9dnocz9Śni9 rolę podstawki pod lutownicę, wbudowano w nią takŻ9 m9talow9 pud9łko z gąbką do czyszcz9-nia grota fstandardow9 wyposaŻ9ni9 zestawu). W skład Z9stawu wchodzi lutownica o mocy 35W w obudowi9 z tworzywa anty-9l9ktrostatyczn9go. Grzałka lutownicy jest C9ramiczna. Grot mocowany nakrętką, zakładany b9zpośr9dnio na grzałkę. Wadą t9go Z9stawu jest brak wbudowan9go transformatora si9ciow9go.
Xytronic Auto-Temp 137ESD
Stacja zbliżona funkcjonalni9 do Auto-T9mp 136ESD. Ma ona wbudowany r9gulator t9mp9ratury (15O..45O�C) i jest wykonana z rna-t9riałów anty9l9ktrostatycznych. Odczyt nastawion9J lub aktualn9J t9mp9ratury grota jest możliwy dzięki wbudowan9mu 3-cyfrow9mu wyświ9tlaczowi LED. Lutownica jest wyposażona w grzałkę C9ra-miczną o krótkim czasi9 nagrz9wania. Nakładany na grzałkę grot jest mocowany nakrętką. Lutownica o mocy 60W jest zasilana napięci9m zmi9nnym 24V. Stacja jest standardowo wyposażona w podstawkę dla lutownicy, m9talową wkładkę na topnik i gąbkę do wyci9rania grota. Na płyci9 czołow9J znajduJ9 się wskaźnik stanu pracy r9gu-latora fdioda LED), pot9ncjom9tr do kalibracji oraz zam9k uni9moż-liwiający zmianę nastawion9J t9mp9ratury. Opcjonalni9 dostępna sz9roka gama grotów i przystawka do odsysania cyny.
DEN-ON SS-S1OO
Prosta stacja lutownicza z wbudowanym r9gulator9m tempe-ratury (zakr9s r9gulacji 200..450�C). Stan pracy r9gulatora sygna-lizuJ9 dioda świ9cąca, wmontowana w górną część obudowy. Lutownica jest wyposażona w grzałkę C9ramiczną o mocy 22W. Sp9cjalna konstrukcja grzałki umożliwia jej szybki d9montaż i wymianę, b9z koni9czności ing9r9ncji W9 wnętrz9 lutownicy. Obudowa lutownicy i kab9l połącz9niowy wykonany z mat9riałów anty9l9ktrostatycznych. Grot W9wnętrzny, wymi9nny, mocowany nakrętką. Z9staw jest wyposażony w instrukcję po polsku.
Pace ST-20ASP
Stacja lutownicza z r9gulator9m t9mp9ratury syst9mu Sensa-Temp fzakr9s r9gulacji 93..482�C). Moc grzałki lutownicy wynosi 54W, a maksymalna obciążalność zasilacza 80W. Obudowa lutownicy i stacji oraz kabl9 połącz9niow9 wykonan9 są z mat9riałów anty9l9ktrostatycznych. W tylnej części obudowy znajduJ9 się sp9cjaln9 gniazdo do podłącz9nia uzi9mi9nia. Dostępna jest sz9-roka gama wymi9nnych grotów, mocowanych śrubą. Stacja jest wyposażona w funkcję automatyczn9go odłączania grzałki, któr9 zap9wnia oszczędność 9n9rgii i ogranicz9ni9 stopnia ni9potrz9b-n9go zużycia grzałki i grota (jeżeli lutownica ni9 jest używana prz9z czas dłuższy niż 90 minut zasilani9 grzałki jest odłączane). Możliw9 jest m9chaniczn9 zablokowani9 połoŻ9nia gałki do re-gulacji t9mp9ratury. W skład Z9stawu wchodzą narzędzia pomoc-nicz9 fklucz do śrub blokujących nastawę t9mp9ratury, szczot9cz-ka do czyszcz9nia obudowy grzałki, itp.) oraz podstawka dla lutownicy fz gąbką do czyszcz9nia grota). Stacja jest wyposażon9 w złącz9 int9rf9Jsu Pac9Link, dzięki któr9mu jest możliw9 jej podłącz9ni9 do innych urządz9n lutowniczych firmy Pac9. Z9-l staw jest wyposażony w polską instrukcję.
Gwarancja: ł rok Znak bezpieczeństwa B Cena: 3 50 zł
Gwarancja: ł rok Znak bezpieczeństwa B Cena: 377zł
Gwarancja: ł rok Cena: 497zł
Gwarancja: ł rok Znak bezpieczeństwa B Cena: 553 zł
Gwarancja: ł rok
Znak bezpieczeństwa B
Cena: 865 zł
Elektronika Praktyczna 6/9S
Gwarancja: 1
Znak bezpieczeństwa B
Cena: 930 zt
Weller WSD8O z lutownicą WSP8O 24V/8OW
i reguł
i tei
lperatuiy
(zakres regulacji 450�C). W stację wbudowany jest układ cyfr
żeniem stacji jest podstawka do lutownicy i pudełko z gąbką do wycierania grota. Lutownica i kabel połączeniowy wykonane są z materiałów antyelektrostatycznych. Pomimo małych rozmiarów dużą moc. Kabel połączeniowy jest pokryty i ktk Ci
ą pąy j pyy
wnątrz teflonem. Groty są wymienne, mocowane nakrętką. Ciepło j kazywane do grota tylko przez powierzchnię styku. Op-
dta szeroka gama akcesoriów. W tylnej części i id żliij iii
jest prz
cjonalnie
obudowy
Gwarancja: 1 rok
Znak bezpieczeństwa B �
Cena: 1199 zt
Solomon SL-916
Rozbudowana stacja lutowniczo-rozlutownicza. Składa się ona
na paskach diod LED). Zakres regulacji temperatury lutownicy wynosi 15O..42O�C, a rozlutownicy 21O..48O�C. Wbudowany kom-presor umożliwia odciągnięcie cyny z punktu lutowniczego. ftio-ce grzałek lutownicy i rozlutownicy wynoszą po ok. 50W. Są zasilane napięciem 24V. Dzięki zastosowaniu niezależnych włączników zasilania możliwe jest używanie tylko lutownicy, tylko
odło;
my
Dzlutownicy. W skład standar isowe filcowe filtry powietrze
Weller WTCP-S
Standardowo lutownica jest wyposażona w groty Long Life stabilizację temperatury Magnastat. Doboru temperatury doko-poprzez dobór grota. Lutownica jest wyposażona
ałk
oprzez c
!4V/50W.
ibka d.
kac
wypro
Weli
. Do
static
Płynna regulacja temperatury w systemie Temtionic (15O..45O�C), możliwość mechanicznej blokady nastaw temperatury (w niektórych wersjach), wyprowadzenie uziemienia, zabezpieczenie antyelektrostatyczne, podstawka i gąbka w standardzie.
Lutownica 25W/24V z zewnętrznym grotem, wbudowany czujnik temperatury. Wymienne groty mocowane nakrętką, szeroka gama grotów, szybko się nagrzewa, antystatyczna, dobrze stabi-
z czujnikiem. Do prac precyzyjnych, lekka lutownica, kabel silikonowy.
Weller WECP-2O Antistatic z lutownicą LR21
(15O..45O�C), możliwość mechanicznej blokady nastaw temperatury (w niektórych wersjach), wyprowadzenie uziemienia, zabezpieczenie antyelektrostatyczne, podstawka i gąbka w standardzie.
Lutownica 24V/50W, grot wewnętrzny, mocowane nakrętką, I duży wybór grotów, wbudowany czujnik temperatury, kabel s
PODZESPOŁY
Przekaźniki firmy MEISEI
Przekaźniki
ało
yg ałej
dziej typowych wykonań wyno-
ypy y
PdRu, któ pogarsza prz
ze stopu AgPdAu zapewniaj
elektronicznych. Charakteryzuje dzo małych sygnałów już od łych sygnałów
się małym poborem mocy, bar- 0,01mA/10mV. (lmA/lV), ale
nictwem podstawek do układów małych prądach), Są to wielkości 125VAC ' lub
scalonych, wspólne dla wszystkich przekaż- 2A/30VDC.
Japońska firma MEISEI pro- ników MEISEI. Dla większości Kolejna seria
dukuje pięć głównych serii prze- przekaźników (prócz M4S i MlES) MlE/MlES - w
kaźnikow telekomunikacyjnych obciążalność trwała wynosi 0,5A/ rami zewnętrzny
oznaczonych symbolami P, M4, 120YAC lub lA/24VDC. metrami przypo
MlE, M3 i Li. W obrębie każdej Maksymalny prąd załączania M4S. Główna róż
firm, Dotyczy to awłaszcz
ą MlE. P, M4 i MlE.
nej I
binacje styków
wykłe, metry przekaźniki MEISEI zna-
styki przełączne. Cewki wyko- równaniu do serii P posiada prądy załączania to 2A na sty- cyjnych, systemach alarmowych,
cia5, 6, 8, 12 i 24VDC. Niektóre czania (2A), podobny pobór mo- rwowych. i audiowizualnym,' przyrządach
mogą ponadto posiadać sterowa- cy (150mW dla większości na- Wejścia wszystkich przekaż- pomiarowych, czujnikach senso-
nie 1,5, 3, 18 lub 4BVDC. pięć) oraz dłuższy czas przełą- ników posiadają bardzo dużą to- rowych czy systemach lotni-
Vv skład serii P wchodzą czania 4,5/1,5ms, Przekaźniki leranc]ę na poziom napięć steru- czych i zdalnego sterowania.
do montażu powierzchniowego M4S (odmiana M4) Przekaźniki te bardzo duse wahania sygnałów mcjrinż JsromirHssik
Pobór mocy przez cewkę najbar- posiadają styki wykonane ze stopu wejściowych. Nadużywanie tego RELPOL CENTRUM Sp. z o.o.
Elektronika Praktyczna 6/98
HEWLETT PACKARD
Nowe wyzwania... ...i nowe rozwiązania iiiiiiiiiiiiuuuuuiuiui
Oscyloskop analogowo-cyfrowy HPS464SD
łatwo byio podzielić urządzenia elektroniczne cyloskop z popularnymi oscyloskopami dostęp- prawdopodobieństwo aby sygnał "zaciął" sie
ioskop i po kilku ruchach jego'gaikami wie- cią lGSa/s, ale wyposażony jest w pamięć tylko sowana w oscyloskopach HP.
dowanie upraszcza budowę urządzenia - ob- w głęboką pamięć akwizycji. Zazwyczaj, w kla- Opisywaną technikę., jak
niżając jednocześnie koszt. Odpowiednie prze- sycznych oscyloskopach, podstawową niedo- ny, należy jednak stosoł-
Decymacja wygładzając
czy całego przebiegu). Technika ta odpowia-

jektu, Do niedawna jedynym sposobem rozwią- za sterowanie: Przedstawione techniki, jak się już uważny
oscyloskop cyfrowy HP54645D stanowi, w tej Czwarty procesor nadzoruje prace
skopu analogowego [klasyczne pokrętła do usta- Załóżmy, że typowa rozdzielczość pozio z możliwością jednoczesnej obserwacji sygna- ekranie oznacza wyświetlane 2000 pról
ai" czy "peak detect") stosowaną zawsze tt")

y

cyfro-
j wspo-czynać.
nałach cyfrowych, Analiza wymaga zatem ob- jatek od tej reguły Etanowi sytuacja, kiedy stępne operatory "i", ">" lub impuls o długości
Dla lepszi
głębokiej pa-
i. Jest to technika lepiej zabezpie- (ta)
PROJEKTY
Mikroprocesorowy system edukacyjny, część 4
kit AVT-353
Jest to ostatnia część
artykuiu prezentującego
konstrukcję mikrokomputera
edukacyjnego z procesorem
rodziny '51.
Omawiamy w niej dalsze
szczegóły związane
z oprogramowaniem
"zaszytym" w pamięci
procesora.
Elektronika Praktyczna 1/98
Kolejne procedury powodują Jeżeli użytkownik zamierza
inicjację oraz obsługę wymiany w swoich programach korzystać
danych łączem szeregowym z procedur obsługi łącza szerego-
RS232: wego, należy zwrócić uwagę na
INITrs - procedura inicjacji bit blokujący zgłoszenie przerwa-
układu UART oraz licznika/czaso- nia od lic znika/czas orni er z a Tl,
mierzą Tl określającego właściwą który generalnie powinien pozo-
prędkość transmisji. Można wy- stawać wyzerowany - co wyłącza
brać dwie prędkości zależne od korespondujące z nim przerwanie,
stanu wskaźnika CY: 2400Bd dla Oczywiście, można wykorzystać je
CY=O lub 4800Bd dla CY=1. w sposób celowy, jednak należy
Zasadniczo system operacyjny mieć na uwadze częstotliwość
z większą prędkością, np. podczas 76,8kHz, co stawia bardzo wyso-
komunikacji z programem kie wymagania czasowe dla pro-
recv51.exe. Możliwość pracy zniż- cedury jego obsługi. Bardziej sen-
szą częstotliwością pozostawiono sownym sposobem użycia prze-
użytkownikom dysponującym rwania od lic znika /czasomierz a Tl
większym doświadczeniem jest zaprogramowanie licznika/cza-
w dziedzinie programowania, gdyż somierza TO w trybie 3. (modę 3),
wymaga ona własnoręcznego op- gdyż został on wprowadzony ce-
rogramowania protokołu od strony lem obsługi powyżej opisywanego
z systemem uruchomieniowym. rostać lniciacii liczników oraz
Przy opisie procedury inicjacji systemu przerwań, realizowana na
zaznaczyć należy konieczność początku programu użytkownika,
umieszczenia jej wywołania do- powinna wyglądać następująco: piero po inicjacji licznika/czaso- H)ZYKŁAD_5: mierzą TO. Fakt ten tłumaczyć x inicjacja licznika to należy możliwością naruszenia pa- setę c rametrów konfiguracyjnych liczni- lcall INITrs
ka/czasomierza Tl używanego do inicjacja uaet, oraz licznika ti
określenia prędkości transmisji,
nieumiejętnie przeprowadzony za- ;przewijanie licznika Tl pozostaje
pis parametrów licznika/czasomie- x ; zablokowane
rza TO. W grupie procedur systemu
55
Mikroprocesorowy system edukacyjny
operacyjnego, realizujących elementarną komunikację szeregową znajdują się jeszcze:
RCHAR - odbiera pojedynczy znak, zwraca w znaczniku CY stan świadczący o braku (wyzero-wany) lub obecności (ustawiony) znaku w buforze odbiornika. W razie obecności znak przekazywany jest w rejestrze A.
Najprostszy sposób adaptacji tej informacji wyglądać będzie następująco:
PRZYKŁAD_6:
WAITchar:
LCALL RCHAR ;odbierz znak
JWC WAITchar ;brak znaku
;A - odebrany znak,
gdzie fragment programu, oznaczony jako WAITchar, pozostanie w pętli tak długo, aż odebrany zostanie znak, przekazany następnie w rejestrze akumulatora.
SSPC - bezparametrowa procedura nadająca łączem szeregowym znak spacji.
SCHAR - nadanie łączem szeregowym znaku o kodzie umieszczonym w rejestrze A.
RHEX - procedura odbiera łączem szeregowym dwa znaki ASCII traktowane jako cyfry heksa-decymalne, z których skompletowany zostanie bajt w postaci binarnej , w którym pierwszy znak odpowiada czterem najstarszym bitom, a drugi czterem najmłodszym bitom bajtu. Po kompletacji bajt zwrócony zostanie w rejestrze A - w razie przerwania transmisji w trakcie odbioru znaków procedura spowoduje zatrzymanie wykonywania programu użytkownika aż do czasu ponownego ustanowienia łączności.
Kolejna grupa procedur systemu operacyjnego jest przeznaczona do prezentacji wyników pracy programów użytkownika, ujętych w koncepcję strumieni danych:
SETdev - procedura w zależności od stanu wskaźnika CY określa urządzenie wyprowadzające, do którego przesyłane będą wypracowane przez program dane. Dla CY=0 strumień kierowany jest do łącza RS232, a dla CY=1 do panela LCD. Zmienną przechowującą stan logiczny określający aktualnie wybrane urządzenie wyjściowe jest bit GFO (rejestr specjalny PC ON).
PUTspc - bezparametrowa procedura wyprowadzająca znak spacji na aktualnie wybrane urządzenie.
PUTchar - wyprowadza znak o kodzie umieszczonym w rejestrze A. Jeżeli urządzeniem jest panel LCD, to znak o kodzie 10 (LF) przesunie kursor na pozycję początkową wyświetlacza (odpowiada <@02>), natomiast znak o kodzie 13 (CR) skasuje bieżącą zawartość wyświetlacza (obpowia-da <@01>).
SHEX - umieszczony w rejestrze A bajt zamieniony zostanie na dwa znaki ASCII reprezentujące heksadecymalną postać kolejno czterech starszych oraz czterech młodszych bitów, tak uformowany dwuznakowy ciąg zostanie następnie przesłany przez aktualnie wybrane urządzenie wy-prowadzjące.
Zawartość pary rejestrów R3,R2 przechowującej 16-bitową liczbę binarną, można zobrazować w postaci heksadecymalnej następująco:
PRZYKŁAD_7:
LCALL PUTspc
;przesłanie & o strumienia spacji
M0V A,R3 ;starszy bajt
LCALL SHEX ;przesłanie do strumienia
M0V A,R2 ;młodszy bajt
LCALL SHEX ;przesłanie
SMESS - wyprowadza ciąg znaków umieszczony za wywołaniem procedury na aktualnie wybrane urządzenie wyjściowe. Ciąg musi być zakończony bajtem o wartości 0 (zero). Zakończenie ciągu znaków bajtem o innej wartości spowoduje wyprowadzanie kolejnych bajtów treści programu, aż do napotkania komórki o zerowej wartości.
Poniższy przykład ilustruje poprawne wywołanie procedury:
PRZYKŁAD_8:
LCALL SMESS ;wywołanie procedury
DB 'Tekst przykładowy',0
; ciąg znaków zakończony zerem
; dalsza treść programu
SNUMmess - spośród kilku ciągów tekstowych, umieszczonych za wywołaniem procedury, wyprowadza ciąg określony numerem przekazywanym w rejestrze A. Podanie numeru przewyższającego zadeklarowaną liczbę, jak i podanie bezpośrednio po
wywołaniu procedury innej niż zdeklarowana, liczba ciągów spowoduje zawieszenie programu użytkownika, ciągi zakończone muszą być znakiem w wartości 0. Poniższy przykład ilustruje poprawne wywołanie procedury:
PRZYKŁAD_9:
M0V A,#2
;wyprowadzony zostanie ciąg numer 2 LCALL SNUMmess
DB 3 ;liczba zdeklarowanych ciągów ;deklaracje kolejnych trzech ciągów DB 'Tekst pierwszy',0 DB 'Tekst drugi',0 DB 'Tekst trzeci',0
; kontynuacja programu użytkownika
Sposób działania powyższych dwu procedur uniemożliwia wyprowadzenie na wyświetlacz LCD znaku definiowanego o numerze 0. Możliwe jest to tylko przez wywołanie procedury , po wcześniejszym zapisaniu do rejestru akumulatora (A) wartości zero, np. rozkazem . Pozostałe siedem znaków definiowanych jest dostępne po podaniu stosownego numeru (od 1 do 7).
Następne dwie procedury służą do formatowego wyprowadzania liczb dziesiętnych:
DIGIdispl - wyprowadza rozpakowaną liczbę dziesiętną umieszczoną w rejestrach R7, R6, R5, R4, przekazujących kolejno cyfry tysięcy, setek, dziesiątek oraz jednostek, według klucza określonego zawartością rejestru A, odpowiadającego bezpośrednio opisowi statusu wyświetlania DIGstat (adres 2 0h), do którego zapisana zostanie następnie zawartość rejestru akumulatora. Procedura realizuje wyprowadzenie liczby w formacie ustalonym, tj. wszystkie cztery cyfry, znak liczby, jak i separator zostaną wyprowadzone według wspomnianego klucza, gdzie kolejne linie odpowiadają bitom rejestru A:
01- pozycja separatora
11----------: cyfra wg wagi - 3 12 111 0
2 1- kształt separatora
31----------. 0-(.)/l-(i)/2-(-)/3-(_)
41- znak liczby : O-plus/1-minus
5 I - nieistotne
6 I - nieistotne
7 I - nieistotne;
Wpisanie do rejestru A wartości np.6 wyprowadzi liczbę w postaci: <_ts:dj>, a np. 19h spowoduje wyprowadzenie liczby w po-
56
Elektronika Praktyczna 1/98
Mikroprocesorowy system edukacyjny
staci: <-tsd-j>. Najprostszy przypadek ma miejsce po wpisaniu do rejestru A wartości zero, kiedy to liczba wyprowadzona zostanie w naturalnej postaci: <_tsdj.>. Powyższy symboliczny zapis określa kolejno cyfry ysięcy, etek, ziesiątek oraz ednostek. Dodatkowo znak <_> symbolizuje spację, znak <-> symbolizuje minus, bądź myślnik, a znak <.> kropkę dziesiętną. Nadmienić należy, że opisywana procedura wyposażona została także w funkcję wygaszania zer nieznaczących, tj. np. liczba 327 wyprowadzona zostanie jako <_327>, a nie jako <0327>. Działaniu jej towarzyszy zawsze wyprowadzenie sześciu znaków, co zostało zaznaczone w opisie jako przemieszczenie kursora o tyleż pozycji.
Opis powyższy nie wyczerpuje wszystkich możliwości procedury . Konieczne staje się więc przeprowadzenie własnych doświadczeń według wzoru:
PRZYKŁAD_10:
M0V R2,#xxh ;<--- młodszy bajt liczby
M0V R3,#0xh ;<--- starszy bajt liczby
LCALL BIW2BCD
; konwersja binarno/dziesiętna
M0V A,#xxh ;<--- klucz wyprowadzania
LCALL DIGIdispl
;wyprowadzenie do wcześniej określonego ;procedurą urządzenia ;kontynuacja programu,
lub:
PRZYKŁAD_11:
M0V R4,#0xh
;cyfra jednostek dec/hex tj. Oldo Fh
M0V R5,#0xh ;cyfra dziesiątek
M0V R6,#0xh ;cyfra setek
M0V R7,#0xh ;cyfra tysięcy
M0V A,#xxh ;<--- klucz wyprowadzania
LCALL DIGIdispl
;wyprowadzenie do wcześniej określonego ;procedurą urządzenia ;kontynuacja programu
Pamiętać jednak należy, że procedura formatowego wyprowadzania liczby obsługuje jedynie cztery cyfry. Tak więc liczba większa od 9999 przedstawiona zostanie, po odcięciu cyfry dziesiątek tysięcy, jako cztery mniej znaczące pozycje (np. 65535 jako 5535). Pozbawiona tej wady jest kolejna procedura:
DIGIdis - realizuje wyprowadzenie liczby według formatu nieokreślonego. Przed wywołaniem wymaga wpisania do rejestru statusu wyświetlania DIGstat (adres
20h) wartości określającej sposób prezentacji liczby. Wpisanie do rejestru Rl pozycji początkowej wskaźnika np. wartości 6 wyprowadzi liczbę przekazywaną kolejno w rejestrach: R6,R5,R4.
Przykładowe wyprowadzenie liczby większej od 9999 wyglądać będzie następująco:
PRZYKŁAD_12:
M0V R2,#6Eh ;młodszy bajt liczby 45678
M0V R3,#0B2h ;starszy bajt liczby 45678
LCALL BIW2BCD
;konwersja binarno/dziesiętna
JWC PRZ12_1 ;dla liczby <10000
M0V A,R2
;liczba >9999 - cyfra dziesiątek tysięcy
ADD A,#48
;przesunięcie cyfry do znaku ASCII
LCALL PUTchar
;wyprowadzenie cyfry dziesiątek tysięcy
M0V A,#40h
;kolejne zera znaczące, liczba bez znaku
SJMP PRZ12_2
PRZ12_1:
M0V A,#0
;znak liczby przedstawiony będzie jako ;spacja, analiza znaczenia zer PRZ12_2: M0V DIGstat,A
;rejestr statusu wyświetlania M0V Rl,#7
;od cyfry tysięcy (w rejestrze R7) LCALL DIGIdis
;wyprowadzenie pozostałych czterech cyfr ;kontynuacja programu
Zasadnicza różnica pomiędzy procedurą , a polega na implementacji dodatkowego, 6. bitu w rejestrze statusu . Jego wyzerowanie wyprowadzi kolejne cyfry o wartości zero, znajdujące się na pozycjach nieznaczących (z strony lewej pierwszej cyfry o wartości większej od zera) w postaci spacji. Dodatkowo przed pierwszą cyfrą większą od zera umieszczony zostanie znak liczby stosownie do stanu czwartego bitu rejestru . Cyfry o wartości większej od zera, lub zerowej, lecz występujące po prawej stronie pierwszej cyfry znaczącej zostaną wyprowadzone stosownie do swojej wartości. Ustawienie wyżej wymienionego bitu spowoduje, że wszystkie kolejne cyfry będą traktowane w sposób identyczny, tj. bez rozdziału na równe czy większe od zera - wszystkie zera przedstawione będą jako znaczące. Pominięty zostanie także zapis znaku liczby, dzięki czemu liczba
nie będzie poprzedzona spacją czy znakiem minus. Umożliwia to proste "sklejanie" liczb o większej niż cztery liczbie cyfr (uwidoczniono to w ostatnim przykładzie).
Procedura umożliwia wyprowadzenie mniejszej niż cztery liczby cyfr, co jest osiągane przez wpisanie do rejestru Rl wartości wskazującej na pierwszy interesujący nas rejestr. Przykładowo wpisanie np. 5 spowoduje wyprowadzenie cyfr dziesiątek oraz jednostek przechowywanych odpowiednio w rejestrach R5 i R4.
Ostatnią grupą procedur systemu operacyjnego są podprogramy współpracy z urządzeniami podłączonymi do magistrali I2C:
l2Copen - realizuje przesłanie jednego bajtu danych lub otwarcie połączenia przy przesyłaniu większej niż jeden liczby bajtów. Wymaga podania adresu urządzenia z wyzerowanym bitem najmniej znaczącym (w postaci binarnej: xxxxxxxO). Podanie adresu urządzenia nie odpowiadającego fizycznie podłączonemu do magistrali I2C układowi spowoduje zawieszenie programu użytkownika.
l2Cwrite - realizuje zapis kolejnych bajtów danych do urządzenia, dla którego uprzednio otwarto połączenie.
l2Cread - realizuje odczyt kolejnych bajtów danych z urządzenia, dla którego uprzednio otwarto połączenie.
Procedury obsługi łącza 12 C automatycznie dekrementują wskaźnik liczby pozostałych do przesłania bajtów (rejestr Rl) oraz inkrementują wskaźnik subadresu urządzenia (rejestr R3), ułatwijąc dostęp do kolejnych komórek, np. pamięci. Zapis jednego bajtu, do umieszczonej na druku systemu uruchomieniowego pamięci EEP-ROM (U5), zrealizuje sekwencja rozkazów:
PRZYKŁAD_13:
M0V A,nn ;dana do zapisania wlrejestrze A SETB bitDIR ;zapis do EEPROM M0V Rl,#l ;transmisja jednego bajtu
M0V R2,#0A0h ;adres grupowy pamięci U5 M0V R3,#nn ;subadres,czyli właściwa
;komórka pamięci ACALL I2Copen
;wybranie EEPROM, zapis bajtu ;kontynuacja
Analogicznie odczyt zrealizuje sekwencja:
PRZYKŁAD 14:
Elektronika Praktyczna 1/98
57
Mikroprocesorowy system edukacyjny
CLR bitDIR ;odczyt zlEEPROM M0V Rl,#l ;transmisja jednego "bajtu
M0V R2,#0A0h ;adres grupowy pamięci U5 M0V R3,#nn ;subadres,czyli właściwa
;komórka pamięci ACALL I2Copen ;wybranie EEPROM,
;odczyt bajtu
M0V nn,A ;odczytany bajt wlA
;kontynuacja
Aby przesłać większą niż jeden liczbę bajtów należy posłużyć się sekwencją:
PRZYKŁAD_15:
SETB bitDIR ;zapis danych do EEPROM M0V Rl,#0 ;otwarcie połączenia M0V R2,#0A0h ;adres grupowy pamięci M0V R3,#nn ;subadres, adres pierwszej
;komórki ACALL I2Copen ;otwarcie połączenia
;inne czynności, połączenie otwarte M0V Rl,#2 ;transmisja dwu bajtów M0VA,nn ;pierwszy ACALL I2Cwrite ;zapis
;inne czynności M0V A,nn ;drugi ACALL I2Cwrite ;zapis i I zerwanie
;połączenia
;kontynuacja
W treści powyższych przykładów zauważyć można konieczność każdorazowego określenia kierunku transmisji przed wywołaniem procedury . Jest to spowodowane wymaganiem przesłania, jako pierwszego, bajtu wybierającego dane urządzenie podłączone do magistrali I2C (w tym przypadku pamięć EEPROM - (U 5) - jest wybierana przez adres grupowy AOh) wraz z okreś-
leniem kierunku przyszłej transmisji danych. Jako kolejny bajt jest wysyłany subadres pamięci określający bezpośrednio komórkę pamięci, do (bądź z-) której realizowana będzie transmisja. Po przekazaniu bajtu danych połączenie zostanie samoczynnie zerwane.
Nieco odmienna sytuacja występuje przy realizacji transmisji kilku bajtów.
W pierwszej kolejności procedura wykonuje otwarcie połączenia, wybierając dane urządzenie. Kolejno zostanie przesłany subadres pamięci, określający dostęp do pierwszego bajtu, dla którego realizowana będzie transmisja. Następnie do rejestru Rl zostaje wpisana liczba transmitowanych bajtów. Sam proces przesyłania danych realizują procedury: dla zapisu do wybranego urządzenia oraz dla odczytu. Po przesłaniu zadanej liczby bajtów, połączenie zostanie automatycznie przerwane. Liczba transmitowanych w jednym połączeniu bajtów zależy od typu obsługiwanego w danej chwili układu i tak np. dla zastosowanej w systemie pamięci EEPROM wynosi ona maksymalnie 8 bajtów na cykl.
Oczywiście, dostęp do umieszczonej na płytce systemu pamięci nie wyczerpuje wszystkich możliwości interfejsu I2C. W zależności od aplikacji zastosowanych
podzespołów, odpowiednio skonfigurować należy przebieg transmisji łączem I2Ć. Wspomnieć należy jeszcze o występującym ograniczeniu, którym jest rezerwowanie tej samej komórki wewnęt-rzej pamięci RAM mikrokontrole-ra przez procedury formatowego wyprowadzania liczby (), jak i obsługi łącza (). Powoduje to konieczność rozdziału tych funkcji, tj. w trakcie otwarcia połączenia przy wielobaj-towej transmisji nie należy używać procedur formatowego wyprowadzania liczb. Jeżeli jednak konieczności tej nie da się uniknąć, przed wywołaniem procedur wyprowadzania liczb ochronić należy komórkę wspólną pamięci o adresie 20h, przy pomocy rozkazu:
M0V nn,I2Cstat,
natomiast po zrealizowanym wyprowadzeniu liczby komórkę tę należy odtworzyć:
M0V I2Cstat,nn,
gdzie: nn - dowolna inna komórka wewnętrznej pamięci RAM.
Ograniczenie powyższe nie dotyczy jednobajtowych transmisji łączem I2C.
Celem ilustracji niektórych procedur systemu operacyjnego, jak i sposobu ich użycia, na dostarczonej wraz z zestawem dyskietce znajduje się osiem programów przykładowych, umieszczonych w plikach oznaczonych kolejno do . Krzysztof Kuryłowicz
58
Elektronika Praktyczna 1/98
PROJEKTY
Interfejs I2C,
kit AVT-265
Zagadnienia związane
z interfejsem PC cieszą się
ogromną popularnością wśród
naszych Czytelników.
Wychodząc naprzeciw żądaniom
zgłaszanym listownie i poprzez
internetową "Listę Dyskusyjną",
przedstawiamy opis konstrukcji
uniwersalnego, programowalnego
interfejsu PC, który umożliwia
pracę w każdym trybie
dopuszczalnym przez normy
opisujące standard.
Stosunkowo niewielka liczba
zmian w specyfikacji standardu
PC od chwili wprowadzenia go
na rynek [1981 rok), świadczy
o doskonałości założeń
poczynionych na początku jego
tworzenia. Macie więc teraz
szansę dobrze poznać jedno
z najbardziej klasycznych
opracowań współczesnej
elektroniki, stoso wan e zaró wn o
w sprzęcie popularnym, jak
i w szeregu aplikacji
profe sjon a In ych.
Istnieje bardzo wiele możliwości wykonania interfejsu PC dla komputerów PC. W najprostszych realizacjach wystarcza jeden układ 7406 i kilka rezystorów, a najbardziej złożone wymagają zastosowania mikrokontiole-rów sterowanych rozbudowanym oprogramowaniem. My wybraliśmy rozwiązanie pośrednie wszystkie zadania związane z konwersją danych z postaci równoległej na szeregową i synchronizację transmisji wykonuje specjalizowany układ firmy Philips. Nosi on oznaczenie PCF8584. Za inicjali-zację tego układu oraz przesyłanie danych pomiędzy użytkownikiem i rejestrami układu PCF8584, odpowiada prosty program, który steruje pracą komputera PC.
Zanim przejdziemy do omawiania tajników konstrukcji interfejsu, pokrótce przypomnimy po co wymyślono PC i w jaki sposób następuje wymiana informacji pomiędzy układami dołączonymi do magistrali.
Bity, ramki, warunki...
Na rys. 1 przedstawiono schemat blokowy systemu mikroprocesorowego, w którym wymiana informacji pomiędzy wszystkimi układami odbywa się dwoma przewodami! W ten sposób, już na samym początku artykułu, znaleź-
liśmy odpowiedź na pytanie: po co wymyślono ten interfejs? Chodziło przede wszystkim o zminimalizowanie liczby przewodów (linii) łączących układy scalone w dużych systemach sterowania.
Ograniczenie liczby linii, oprócz uproszczenia połączeń na płytce drukowanej, umożliwia zminimalizowanie zakłóceń elektromagnetycznych generowanych przez system mikroprocesorowy. Obydwie wymienione cechy mają ogromne znaczenie przede wszystkim w sprzęcie audio, video i telefonicznym, a właśnie z myślą o tego typu urządzeniach powstał PC.
Już na pierwszy rzut oka można zauważyć, że sposób wymiany informacji pomiędzy elementami systemu ogranicza szybkość jej przepływu. Wynika to, po pierwsze, z charakteru przesyłania sze-
Cechy charakterystyczne, wymagana i możliwości iiterfejsi AVT-265.
/ wykonany jest w postaci 8-bitowej karty do PC
/ współpracuje z dowolnym komputerem PC,
/ rejestry interfejsu zajmują dwa adresy w przestrzeni 1/0,
/ istnieje możliwość wybrania jednej spośród pięciu par adresów (316/7h, 318/9h, 31A/Bh, 31C/ Dh,31E/Fh),
/ może pracować wtrybie MASTER, SLAVE lub MONITOR,
/jest wpelm programowalny, dzięki czemu bez większego trudu można go dostosować do indywidualnych wymagań użytkownika,
/ magistrala może być taktowana jedną z czterech częstotliwości 1,5kHz, 11 kHz. 45kHz, SOkHz
34
Elektronika Praktyczna 6/9S
Interfejs I2C
Mikrokontroler Wyświetlacz Pamięć SRAM
1 Dane LCD z lub EEPROM
\ drwererr
SDA --------------------------"*-----------------Ś
SCL ---------^.
Zegar/
Zegar czasu Mikrokontroler Pizetwornlk
rzeczywistego 2 A/C I C/A
Rys. 1. Przykładowy system z magistralą I2C.
Przetwornik Mikrokontroler Zegar czasu
A/Cl C/A Dane 1 rzeczywistego
\
SDA ----------^------"
SCL ---------^. V\
Zegar/ fyświetlacz
Pamięć SRAM Mikrokontroler LCD z
lub EEPROM 2 drwerem
Rys. 2. Przykład innego systemu z magistralą I2C.
regowego (bit po bicie), a po drugie, z negatywnego wpływu pojemności i indukcyjności pasożytniczych, które zniekształcają przesyłany sygnał (zwłaszcza przy transmisji na odległości większe niż kilkadziesiąt centymetrów). Wada ta nie ujawnia się w typowych aplikacjach PC, czyli w systemach sterowania i regulacji w odbiornikach telewizyjnych, sprzęcie elektroakustycznym, systemach nadzorczych w nowoczesnych komputerach PC i temu podobnych. Dla aplikacji wymagających większych szybkości transferu, Philips opracował rozszerzenie standardu PC, które pokrótce omówimy w dalszej części artykułu.
Kolejną zaletą interfejsu PC jest możliwość niezwykle prostej rekonfiguracji "sprzętu" wchodzącego w skład systemu. Oznacza to, że konieczność rozszerzenia systemu z rys. 1 np. o kolejny sterownik wyświetlacza LCD i przetwornik C/A nie wymaga żadnej jego przeróbki! Jedyną konieczną modyfikacją jest taka
Cechy charakterystyczne magistrali I2C.
przesyłanie 8-bitowych danych przy pomocy dwóch linii sygnałowych; łatwość modyfikacji sprzętowej urządzenia wykorzystującego szynę I?C;
jegopracą steruje przejrzysty prosty protokół, pozwalający na jegołatwą implementację sprzętową lub programową;
istnieje możliwość połączenia w jednym systemie kilku procesorów sterujących; możliwość generowania przerwań sprzętowych przez urządzenia dołączone do magistrali.
zmiana programu sterującego procesorem, aby adresował nowe układy i nie adresował np. zdemontowanego układu. Inną możliwością jest automatyczne diagnozowanie przez procesor, czy adresowany układ jest w danej chwili podłączony do szyny (jak to zrobić opowiemy za chwilę). Należy pamiętać, że adresowanie układu, który nie jest włączony w system nie zakłóca pracy pozostałych układów.
Kolejną, bardzo interesującą cechą PC jest fakt, że nie jest istotne miejsce włączenia poszczególnych układów w szynę PC. Z tego wynika, że systemy z rys. 1 i rys. 2 są z punktu widzenia PC identyczne!
Ponieważ do szyny PC można dołączyć wiele układów jednocześnie, niezbędne jest zastosowanie odpowiedniego protokołu, który zapewni poprawną wymianę informacji pomiędzy nimi. Kłopot jest o tyle duży, że w jednym systemie mogą się pojawić zarówno układy wyjściowe (informacja do nich jest tylko zapisywana, np. sterownik wyświetlacza LCD lub LED), wejściowe (np. dekodery klawiatur) oraz dwukierunkowe (zapis i odczyt danych, np. pamięci, przetworniki, czujniki temperatury). Co więcej, jak widać na rys. 1 i rys. 2, w jeden system można włączyć dwa (lub więcej) procesory! Zagadnienie jest naprawdę złożone, lecz inżyniero-
Jeż8llSCL=y
stan na linii
danych SDA
może się
zmieniać
Rys. 3. Sposób przesłania bitu magistralą I2C.
wie Philipsa poradzili sobie z nim doskonale.
Warunkiem pracy dowolnego systemu z szyną PC jest zastosowanie w nim minimum dwóch układów: jeden z nich spełnia rolę głównego układu sterującego i synchronizującego transmisję [Master), a drugi jest pomocniczy, zgodnie z angielską nomenklaturą nazywany niewolnikiem [Slave). Niezależnie od tego, czy dany układ spełnia rolę Mastera, czy też Slave'a, informacja może być przesyłana zarówno "do" niego, jak i "z" niego. Różnica pomiędzy Masterem i Slavem jest tylko
Rys. 4. Algorytm przesłania bitu magistralą I2C.
Elektronika Praktyczna 6/98
35
Interfejs I2C
SDA
SCL
Warunek START
(początek transmisji ramki")
Warunek STOP (zatrzymanie transmisji ramki)
Rys. 5. Ramki START i STOP synchronizujące transmisję danych.
taka, że Master zawsze inicjuje i kończy transmisję, a także wyznacza jej tempo. Układy Slave są zawsze adresowane przez Mastera, przez co może on wpływać na to, który z układów będzie w danej chwili "dopuszczony" do magistrali PC.
Podstawowym fragmentem informacji przesyłanej po szynie PC jest bit. Na rys. 3 pokazano, w jaki sposób jest to robione. Podczas trwania logicznej "1" na linii zegarowej SCL, stan linii danych SDA nie może się zmieniać. Na rys. 4 przedstawiono algorytm transmisji pojedynczego bitu danych. Można go zastosować dla każdego mikrokontrolera, należy tylko samodzielnie zaprojektować opóźnienia wynikające z wymogów standardu.
Start
Bajt = adres N=1
Transfer bitu N (wg rys. 3 i 4)
N+1
Nie
Nierozwiązany nadal pozo staje problem synchronizacji przesyłanego bloku informacji. Jednoznaczne wskazań ie p o c zątku i końca takiego bloku odbywa się poprzez wygenerowanie przez Mastera sygnałów początku (START) i końca [STOP) transmisji. Sposób ich przesłania przedstawiono na rys. 5. Algorytm z rys. 6 przedstawia zalecany sposób przesyłania każdego bajtu.
Sygnały START i STOP wyznaczają przesłanie kompletnego bloku informacji. Ponieważ transmisja po szynie PC jest z założenia 8-bitowa, konieczne jest synchroni-zowanie przesłania każdego bajtu. Odbywa się to na drodze potwierdzenia odebrania bajtu przez układ podrzędny [Slave), przy pomocy sygnału ACK (z ang. ACKNOW-LEDGE, czyli potwierdzenie). Aby uzyskać od Slave'a sygnał potwierdzenia, układ Master musi wygenerować kolejny, dziewiąty dla każdego bajtu impuls zegarowy. W tym czasie na linii danych SDA musi pojawić się stan logicznego "0" generowany przez Slavea (MASTER odłącza się od linii SDA, poprzez ustawienie bufora wyjściowego w stan "1"). Brak potwierdzenia od strony Slavea powoduje, że Master generuje sygnał STOP. Przebieg całego cyklu przesłania dwóch bajtów przedstawiono na rys. 7. Na rys. 8 przedstawiono najczęściej spotykaną ramkę danych przesyłaną poprzez PC. Każda transmisja jest inicjowana przez Mastera i rozpoczyna się od wygenerowania sygnału START. Następnie przesyłany jest (także przez Mastera) 7-bitowy adres układu Slave. Przy pomocy
SDA
SCL
ósmego bitu słowa adresowego sygnalizowany jest kierunek przesyłania informacji - jeżeli jest on równy "1" to Master będzie odczytywał dane ze Slave' a, a w przypadku gdy ósmy bit jest równy "0", Master będzie wpisywał kolejne bajty do Slave'a. Liczba bajtów przesłanych do Sla-ve'a jest dowolna (zależna od rodzaju odbiornika, w praktyce od typu układu), a koniec transmisji sygnalizowany jest warunkiem STOP.
W dość interesujący sposób rozwiązano interfejsy wejściowo-wy-jściowe w układach PC. Obydwie linie SDA i SCL są zazwyczaj dwukierunkowe, tzn. mogą pracować jako wejście lub wyjście (rys. 9). Jako bufory wyjściowe zastosowano tranzystory z otwartym drenem (w układach bipolarnych są to tranzystory z otwartym kolektorem). Dzięki zastosowaniu takiego rozwiązania możliwe jest jednoczesne podłączenie wielu układów do jednej linii magistrali.
Dla poprawnej pracy interfejsu PC niezbędne jest "podwieszenie" linii SCL i SDA do plusa zasilania (w inny sposób nie jest możliwe uzyskanie napięcia odpowiadającego logicznej "1"). Wartość rezystancji rezystorów "podwieszających" należy dobrać w zależności od fizycznej długości magistrali, pojemności pasożytniczych (w skład których należy wliczyć także pojemności wejściowe układów dołączonych do magistrali) i żądanej szybkości transmisji. Na rys. 10 przedstawiono wykres obrazujący zależność pomiędzy pojemnością pomiędzy liniami SCL i SDA i maksymalną wartością rezystancji rezystorów "podwieszających". Szybkość transmisji dla przedstawionego przykładu nie może przekraczać standardowo lOOkHz.
jeżeli SDA=1 MASTER
musi wygenerować,
sygnał STOP/
mnr"
MSB
bit potwierdzenia (z odbiornika)
bit potwierdzenia (z odbiornika)
dane odebrane, odbiornik zgłasza przerwanie
linia SCL ma stan '0' do chwili rozpoczęcia obsługi przerwania
Rys. 6. Algoryi sposób przesłcnia
m przg^Jawiajqc\ bajtu danych.
9 U___!_/1 \_/2\_/ � \_/9
ACK ACK I--J
Warunek Warunek
START STOP
Rys. 7. Wykres czasowy przedstawiający transfer dwóch bajtów danych.
36
Elektronika Praktyczna 6/98
Interfejs I2C
Wuunsk adras R/W ACK START SLAVEa
ACK Warunek STOP
Rys. 8. Format typowej ramki przesyłanej magistralą I2C.
Na tym zakończymy opis przybliżający podstawowe zasady przesyłania sygnałów z wykorzystaniem PC. Rozszerzenia i udoskonalenia tego standardu, a także sposób arbitrażu w systemach z kilkoma Masterami przedstawimy w ostatniej części artykułu.
Opis układu
Przechodzimy teraz do omówienia konstrukcji interfejsu. Schemat elektryczny proponowanego rozwiązania znajduje się na rys. 11. Jak widać, jest to urządzenie bardzo proste, co było możliwe do osiągnięcia dzięki zastosowaniu dwóch nowoczesnych układów scalonych.
Układ programowalny USl (GAL20V8) spełnia rolę dekodera adresowego, który pozwala dość swobodnie ustalić parę adresów, pod którymi interfejs będzie widoczny w przestrzeni I/O komputera PC. Na list. 1 przedstawiony został opis dekodera w języku CUPL, który po skompilowaniu i wygenerowaniu wynikowego pliku programującego umożliwił zaprogramowanie matrycy pamięciowej USl. Uważni Czytelnicy zauważą na list. 1, że sygnał z linii adresowej AO jest "przepuszczany" przez USl bez żadnych modyfikacji. Jest to pozostałość po próbach prowadzonych na egzemplarzu modelowym, bez większego znaczenia dla praktycznego działania karty. Dekoder jest tak
SDA (Szeregowa linia danych)
skonstruowany, że po pierwszym wpisie dowolnej danej pod adres wybrany przez użytkownika, układ PCF8584 jest automatycznie konfigurowany do pracy w trybie 80xx. Rozwiązanie takie oka-
zało się niezbędne, ponieważ wejściowy interfejs sterujący US2 można zaadaptować także do współpracy z procesorami firmy Motorola. O sposobie skonfigurowania decyduje pierwszy dostęp do układu po jego wyzerowaniu.
Selekcji adresu bazowego karty można dokonać na dwa sposoby: poprzez zmianę położenia jumpera na złączu JPl lub poprzez przeprogamowanie układu ispGDSl4. Na rys. 12 przedstawiona została taka modyfikacja układu z rys. 11, aby w miejsce złącza JPl zainstalować układ US3.
Ponieważ układy ispGDS są stosunkowo mało znane wśród elektroników w naszym kraju, pokrótce przedstawimy ich strukturę i możliwości.
20
I 1S
12

I
V
\
\
\ v
s
Vdi V ^,
Ś-* "-

0 100 200 300 400 [pF]
pojemność pomiędzy liniami SCL lub SDA i GND
Rys. 10. Wykres przedstawiający zależność pomiędzy wartością Rp i pojemnością linii magistrali.
WYKAZ ELEMENTÓW
Wersja podstawowa Rezystory
Rl: 2,7kn R2, R3: Ó8Q R4, R5: 5,lkn Kondensatory
CL C2, C3, C4: lOOnF
C5, Có: 10^F/10V
C7: 47^F/10V
Półprzewodniki
USl: GAL20V8B - zaprogramowany
AVT-2Ó5
US2: PCF8584P
DL D2: 1N4148 lub podobne
Różne
Xl: ÓMHz oscylator
JPl: podwójna, pięciopozycyjna
listwa gold-pin z jumperem
Gl: gniazdo Mini DINó
Swl: przycisk chwilowy
Śledź mocujący kartę
Opcje
US3: ispGDS14-7J zamiast JPl (z podstawką PLCC20) Xl: DS1075M-060ES lub -0Ó6ES zaprogramowany ÓMHz (zamiast standardowego generatora ÓMHz) G2: 8-stykowe gniazdo telefoniczne (stosować tylko w przypadku zastąpieniu JPl układem US3)
Układ 1 Układ 2
Rys. 9. Budowa portów l/O typowych układów I2C.
Listing 1.
NAME avt265;
REV 1.2;
DESIGNER Piotr Zbysin
COMPANY E T C;
DEVICE g20v8;
Dekoder adresowy do karty I2C
/� INPUTS �/
pin [1..10] = [A0..A9];
pin 11 = RES_IW;
pin 13 = IOWR;
pin 14 = WR_ENA;
pin 23 = AEN;
/� OUTPUTS �/
pin [17..21] = ![SEL4..0];
pin 15 = !RES_OUT;
pin 16 = !WR_OUT;
pin 22 = A0_OUT;
/� DECLARATIOWS AND INTERMEDIATE VARIAELE
/� DEFINITIOWS �/
field ADDRESS = [A0..A9];
/'LOGIC EQUATIOWS*/
SELO = ADDRESS:'h'31e # ADRES:
SEL1 = ADDRESS:'h'31c # ADRES:
SEL2 = ADDRESS:'h'31a # ADRES:
SEL3 = ADDRESS:'h'318 # ADRES:
SEL4 = ADDRESS:'h'316 # ADRES:
RES_OUT = RES_IW;
A0_OUT = AO;
WR_OUT = !WR_EWA & !IOWR;
h'31f; h'31d; h'31b; h'319; h'317;
Elektronika Praktyczna 6/98
37
Interfejs \2C
Rys. 11. Schemat elektryczny interfejsu.
Seria układów GDS (ang. Ge-neric Data Switch) jest autorskim opracowaniem firmy Lattice. Podobnie do innych układów programowalnych isp są one repro-gramowalne w systemie, poprzez prosty interfejs szeregowy.
Wewnętrzna struktura układów ispGDS przypomina matrycę przełączników, które można w dowolny sposób programować (włączone/wyłączone). Układ ispGDSl4 ma dwa porty I/O (Bank A i Bank B, rys. 13), których wyprowadzenia można ze sobą łączyć (programować) w dowolnym kierunku, możliwe jest negowanie łączonych sygnałów lub ustalanie na wybranym wyjściu poziomu logicznego "na stałe" (rys. 14). Tak więc układ ispGDSl4 doskonale nadaje się do zastąpienia kilku standardowych przełączników wykorzystywanych do konfiguracji lub programowania urządzenia, przy czym zmiana "poł ożenią" przełącznika wymaga każdorazowej zmiany pliku programującego wpisywanego do matrycy pamięciowej układu.
Rys. 12. Schemat elektryczny przedstawiajqcy sposób zastqpienia JP1 układem ispGDS14 (moduł A na schemacie z rys. 11).
38
Elektronika Praktyczna 6/9S
Interfejs I2C
Matryca
programowanych przełączników
BankB
Rys. 13. Budowa wewnętrzna układu ispGDS14.
Układ US2 musi być taktowany pro stokątnym sygnałem zegarowym, który jest generowany przez oscylator Xl. W egzemplarzu modelowym zastosowano oscylator kwarcowy o częstotliwości 6MHz, przeprowadzono także próbę zastąpienia tego oscylatora przez scalony, programowany generator DS1075 firmy Dallas. Sposób jego wykorzystania przedstawimy w kolejnej części artykułu.
Rezystor Rl "podciąga" do plusa zasilania wejście zerujące US2. Diody Dl i D2 tworzą funktor
logiczny AND, dzięki któremu układ US2 jest każdorazowo zerowany po włączeniu komputera i może być zerowany także ręcznie przy pomocy przycisku Swl. Rezystory R4 i R5 "podciągają" linie SCL i SDA do plusa zasilania, a R2 i R3 zapobiegają możliwości uszkodzenia obwodów wejściowych US2.
Wszystkie sygnały PC oraz linie zasilające wyprowadzone zostały na złącze Gl. Zastosowano typowe 6-stykowe gniazdo Mini-DIN, zalecane przez firmę Philips
Zma&ycy -------
programowalnej
Zmatrycy -------
programowalnej
programowalnej
Rys. 14. Możliwość skonfigurowania układu ispGDS14.
do stosowania w magistralach ACCESS.bus (pochodna PC). Umożliwia ono proste dołączenie dowolnego urządzenia zewnętrznego, bez konieczności ingerencji we wnętrze komputera. Piotr Zbysiński, AVT
W ańykule wykorzystano materiały firmy Philips, opublikowane w katalogu "PC Peripherals" z roku 1996.
Elektronika Praktyczna 6/98
39
Sterownik nagrzewnicy elektrycznej
Jeden z naszych Czytelników postanowił wzbogacić popularnego "farelka" o mikroprocesorowy sterownik, dzięki któremu możliwości tego prostego urzqdzenia stały się znacznie większe, str. 83. ;
Regulator temperatury dla fotografików
Kolejne urzqdzenie opracowane z myślq o fotografikach. Prosta konstrukcja termoregulatora i duże walory użytkowe powodu-jq, że znajdzie on z pew-nościq wiele zastosowań także w innych dziedzinach życia, str. 49.
. Inteligentny sterownik oświetlenia
Dzięki zastosowaniu w prezentowanym urzqdzeniu niezwykłego czujnika oświetlenia i nowoczesnego mikrokontrolera uczy się ono dość szybko i potrafi w bardzo zmyślny sposób zareagować na zmiany oświetlenia zewnętrznego, str. bb.
A Interfejs wejściowy do portu Centronics
To proste urzqdzenie pozwoli zapobiec uszkodzeniu obwodów wejściowych portu równoległego Centronics, podczas wykorzystywania go jako wejściowego portu do komputera PC, str. 41.
Ś4 Układ do ćwiczenia wymowy
Przy pomocy urzqdzenia prezentowanego w artykule można uprzyjemnić sobie naukę języków obcych, można także wykorzystać je do korygowania wad wymowy. Str. 45.
A Raport EP
W drugiej części artykułu prezentujemy odbiornik zdalnego sterowania z układem UM3758 firmy UMC.str. 23.
Mikroprocesorowy generator impulsów
Przykład nietypowego zastosowania miniaturowego mikrokontrolera firmy Microchip, str. 72.
Ą Interfejs MIDI do komputerów Atari
Sq jednak wśród naszych Czytelników
miłośnicy kompute-, rów Atari! Artykuł na str. 86 pokazuje, w jaki sposób można dołqczyć instrumenty z MIDI do Atari - rozwiqzanie proste lecz, jak zapewnia nas autor opracowania,
gwarantujqce ^ dobre efekty!
Elektroniczny układ zapłonowy świetlówki ^
Do niedawna mało kto zdawał sobie sprawę z tego, jak bardzo niedoskonałe sq bimeta-liczne startery do świetlówek. Wad pierwowzoru pozbawiona jest elektroniczna wersja startera, wykorzystujqca za-awansowanq technikę impulsowq, str. 61.
Przeglqd narzędzi lutowniczych... ^
...kończymy prezenta-cjq stacji lutowniczych dostępnych u dystrybu torów w naszym ._ kraju, str. 27.
Elektronika Praktyczna 6/9S
Muzykalny gadżet
Fajnie miga,ładnie gra... Słowem efektowny, l^ muzykalny H gadżet, który
z pewnościq nie \ jest niezbędny
każdemu elektronikowi, ale na pewno się przyda! Str. 71.
Nowe
przekaźniki firmy NAIS Matsushita
O nowej
"przekaźnikowej" propozycji firmy NAIS piszemy na str. 22.
Notatnik Praktyka
W drugiej części artykułu poświęconego prezentacji nowoczesnych metod domowej produkcji obwodów drukowanych omawiamy podstawowe środki narzędzia, które będq stanowiły podstawę osiqgnięcia wysokiej jakości. Szczegóły na str. 17.
Niezwykłe pamięci firmy Xicor
O tajnikach pamięci określanych mianem SLIC piszemy na str. 19.
| Świat hobby
I Projekty zagraniczn
Prosty detektor metali r Notatnik Praktyka
Płytki drukowane w domu, część 2 Test
Przeglgd narzędzi lutowniczych, część 3
L
.....27
Interfejs PC, część 1 ..............................................................
Interfejs wejściowy do portu Centronics............................
Układ do ćwiczenia wymowy.............................................
Uniwersalny regulator temperatury dla fotografików
Inteligentny sterownik oświetlenia......................................
Elektroniczny układ zapłonowy świetlówki.........................
Miniprojekty Muzykalny gadżet Mikroprocesorowy generator impulsów
F
34 41 45 49 55 ól
71 72
Niezwykłe pamięci firmy Xicor............................................. 19
Bezpieczne przekaźniki firmy NAIS Matsushita...................22
Nowe podzespoły.................................................................75
Kur* ""^^^^^^^^^^^^|
Procedury standardowe......................................................79
WBJSkty Czytelnik
Sterownik nagrzewnicy elektrycznej Interfejs MIDI do komputerów Atari
Raport EP
Tor zdalnego sterowania, część 2......................................23
Biblioteka EP...................................................................89
Forum................................................................................90
Info Świat.........................................................................91
InfoKraj............................................................................92
Listy...................................................................................94
Kramik+Rynek................................................................95 *
Wykaz reklamodawcow............................................110 m
Ekspresowy Informator Elektroniczny.....................111 flj
Wyniki konkursów........................................................109
Elektronika Praktyczna 6/9S
PROJEKTY
Interfejs wejściowy do portu Centronics
li
kit AYT-448
To proste urządzenie
pozwala kontrolować przy
pomocy dowolnego komputera
wyposażonego w interfejs
równoległy Centronics, stany
zewnętrznych czujników
dwustanowych. Dzięki
zastosowaniu optoizolatorów
nie występuje
niebezpieczeństwo uszkodzenia
obwodów wejściowych
komp u tera, co n abraio
obecnie dużego znaczenia,
ponieważ pony I/O
w komputerach PC są
zintegrowane z płytą główną.
Komputery Masy IBM PC zdominowały świat i na dobre zagościły w naszych domach. Udostępnienie tych maszyn praktycznie każdemu człowiekowi i związany z tym dostęp do Intemetu jest z pewnością jednym z największych przełomów w historii ludzkości. Bariera cenowa, będąca w naszym kraju istotną przeszkodą w popularyzacji komputerów osobistych, powoli zanika. Bez przesady można powiedzieć, że już w najbliższej przyszłości każdy, kto zajmuje się czymś więcej niż prostą pracą fizyczną będzie musiał korzystać z komputera i najczęściej takowy posiadać w domu.
Komputery klasy PC są najczęściej wykorzystywane do dwóch celów: do pracy i nauki oraz do zabawy. Tę ostatnią możliwość wykorzystania największego z wynalazków XX wieku najbardziej doceniają nasze dzieci. Istnieje jednak jeszcze jedna, mniej znana sfera zastosowań komputera: używanie go jako najwyższej klasy sterownika systemów peryferyjnych oraz jako potężnego narzędzia pomiarowego w laboratoriach.
Przeszkodą w stosowaniu komputera jako inteligentnego sterownika lub "mózgu" systemu pomiarowego jest bardzo często obawa właściciela przed uszko-
dzeniem cennego sprzętu. Obawa jak najbardziej uzasadniona w przypadku korzystania z własnoręcznie wykonanych urządzeń peryferyjnych. Można nawet powiedzieć, że obawy przed uszkodzeniem PC przez dołączenie wadliwie pracującego układu do któregoś z jego portów są coraz bardziej uzasadnione. W zamierzchłych czasach AT czy 386, efektem podłączenia do np. portu Centronics napięcia niezbyt "lubianego" przez ten interfejs było uszkodzenie względnie taniej karty multi I/O lub kontrolera dysku twardego. Obecnie porty służące komunikacji maszyny z otoczeniem wbudowane są z zasady w płytę główną i ich uszkodzenie związane jest z koniecznością wymiany całej płyty, kosztującej niejednokrotnie kilkaset złotych.
Warto więc pomyśleć o skonstruowaniu jakiejś "bariery nie do przebicia" dla ładunków elektrostatycznych i napięć przekraczających wytrzymałość portów PC. W jednym z poprzednich numerów EP opisany został moduł wyjściowy na przekaźnikach, dołączany do portu Centronics PC. Obecnie zajmiemy się problemem bezpiecznego dostarczania komputerowi danych z otaczającego go świata.
Elektronika Praktyczna 6/9S
41
Interfejs wejściowy do portu Centronics
Rys. 1. Schemat elektryczny układu.
Czy układ, który nie zawiera właściwie żadnych elementów czynnych i nie posiada zasilania jest urządzeniem elektronicznym? Nie wiem i pozostawiam Czytelnikom odpowiedź na to pytanie. Natomiast z całym przekonaniem twierdzę, że proponowany układ jest bardzo użytecznym drobiazgiem, który może uratować przed zniszczeniem płytę główną komputera.
Zastosowanie tego urządzenia ma także znaczenie psychologiczne: nawet mając dobrze skonstruowany układ przeznaczony do
współpracy z PC, świadomie lub podświadomie obawiamy się uszkodzenia cennego komputera, co zniechęca nas do dokonywania eksperymentów.
Proponowany układ jest banalnie prosty w zrozumieniu zasady działania i w wykonaniu. Do jego budowy nie będą potrzebne żadne trudno dostępne czy bardzo kosztowne elementy. Zresztą, inwestowanie w środki ostrożności zawsze się opłaca. Przypomnijmy sobie tylko, ile kosztuje na giełdzie płyta główna do PENTIUM!
Opis układu
Schemat elektryczny proponowanego układu zo stał p okazany na rys. 1. Rzeczywiście, nie ma tu żadnego układu zasilania, brak nawet kondensatorów blokujących, które nie miałyby co blokować. Barierę nie do przebicia dla szkodliwych dla komputera napięć stanowi osiem transoptorów IC1..IC8.
Transoptor jest niezwykle użytecznym elementem, którego zasada działania jest bardzo prosta: w strukturze układu scalonego są umieszczone naprzeciwko siebie nadawcza dioda LED i fototranzystor odbierający jej światło. Dioda zapala się i fototranzystor zaczyna przewodzić zasilając dołączone do niego obciążenie. Dla nas jednak najistotniejsze jest coś innego: pomiędzy fototranzystorem i diodą umieszczona jest warstwa przezroczystego tworzywa sztucznego o odporności na przebicie wielu kilowoltów. Zapewnia to całkowite bezpieczeństwo portowi wejściowemu komputera.
Katody wszystkich diod LED zawartych w strukturach transoptorów zostały dołączone do masy wejściowej, oznaczonej na schemacie COMMON. Natomiast ich anody dołączone są za pośrednictwem rezystorów ograniczających płynący przez nie prąd do zacisków wejściowych oznaczonych analogicznie do szyny danych interfejsu CENTRONICS jako D0..D7. Podanie na którekolwiek z tych wejść wysokiego stanu logicznego, lub po prostu napięcia stałego z przedziału 5..15VDC spowoduje zapalenie się odpowiedniej diody, a w konsekwencji przewodzenie połączonego z nią optycznie fototranzystora.
Zobaczmy teraz, jak nasz układ wygląda "od strony komputera". Emitery wszystkich fototranzystorów zostały dołączone do masy interfejsu, natomiast kolektory do wejść szyny danych D0..D7. Nie zaistniała konieczność stosowania rezystorów "podciągających" napięcie wejściowe do plusa zasilania, ponieważ rezystory takie wbudowane są już w port wejściowy interfejsu. To właśnie pozwoliło na niestosowanie jakiekolwiek zasilania naszego układu.
Jeżeli żadna z diod LED nie została włączona, to na wejściu szyny danych panuje stan logiczny
42
Elektronika Praktyczna 6/98
Interfejs wejściowy do portu Centronics
Rys. 2. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej.
llllllll(BIN). Warunkiem takiego stanu rzeczy jest jednak wysłanie do interfejsu odpowiedniego polecenia programowego, o czym powiemy za chwilę. Jeżeli teraz zostanie włączona którakolwiek z diod LED, to połączony z nią optycznie fototranzystor zacznie przewodzić i na odpowiednim wejściu szyny danych powstanie niski stan logiczny. Stan wszystkich bitów szyny danych może być w każdej chwili odczytany programowo i użyty do dalszego przetwarzania. To chyba wszystko, co można napisać o zasadzie działania tak prostego układu.
Montaż i uruchomienie
Na rys. 2 przedstawiono rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej wykonanej na laminacie jednostronnym. Widok ścieżek przedstawiono na wkładce wewnątrz numeru.
Montaż układu jest jak najbardziej typowy, a jedyną trudność
może Warn sprawić włożenie złącza CONl w odpowiadające mu punkty lutownicze. Czynność tę należy wykonać z dużą ostrożnością, aby nie skrzywić delikatnych wyprowadzeń tego elementu.
Połączenie naszego układu z komputerem PC lub innym wyposażonym w złącze standardu CENTRONICS zostało zrealizowane w chyba najwygodniejszy dla użytkownika sposób: za pomocą typowego kabla od drukarki.
Powiedzmy teraz sobie parę słów na temat posługiwania się wykonanym układem. Może on być użyty do najrozmaitszych celów, np. do zbierania informacji z układu lub układów peryferyjnych, którymi mogą być równie dobrze systemy alarmowe, jak i urządzenie przemysłowe. Można go także wykorzystać do budowy prostych przyrządów laboratoryjnych, np. analizatora stanów logicznych. W każdym jednak przypadku konieczne będzie odczytywanie informacji z szyny danych interfejsu CENTRONICS.
Interfejsów takich, oznaczanych w systemie operacyjnym jako porty LPTx, możemy mieć w komputerze od jednego do czterech. Tak więc może być konieczne ustalenie adresu wykorzystywanego portu, czego możemy dokonać za pomocą dowolnego programu informującego o zasobach systemu. Także popularny Norton Com-mander posiada opcję "System information" umożliwiającą ustalenie adresów portów drukarkowych. Najczęściej są to następujące adresy bazowe:
LPT1: 378H
LPT2: 278H
LPT3: 3BCH
Procedura odczytywania danych z szyny danych interfejsu
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
R1..R8: 560O Półprzewodniki
IC1..IC8: CNY17 Różne
CONl: złącze CENTRONICS lutowane w płytkę, kątowe CON2..CON4: ARK3 (miniaturowy, 3,5 mm)
CENTRONICS wygląda następująco (na przykładzie interpretera języka BASIC):
1. Jako pierwsze należy wydać polecenie "czyszczące" szynę danych. Przy założeniu, że żadna z diod w naszym układzie nie jest włączona, ustawić na liniach danych same "jedynki". Polecenie programowe powinno mieć postać:
OUT&H[adres wykorzystywanego portu],255
2. Następnie możemy już odczytać dane doprowadzone do interfejsu. Odpowiednie polecenie ma postać:
INP(&H[adres wykorzystywanego portu])
Zbigniew Raabe, AVT
UWAGA: Układ może znaleźć zastosowanie tylko w komputerach wyposażonych w dwukierunkowy interfejs Centronics. Starsze karty typ u Multi 110 nie p osią dają takiej możliwości, toteż układ nie będzie działał prawidłowo. Port drukarkowy nowego typu stosuje się przeważnie w płytach głównych komputerów PC produkowanych w ostatnich 2 latach. Przed instalowniem interfejsu należy upewnić się co do rodzaju posiadanego złącza Centronics przeglądając dokumentację płyty głównej lub program "Setup" komputera.
Elektronika Praktyczna 6/98
43
PROJEKTY
Układ do ćwiczenia wymowy
kit AVT-428
Prezentowany w artykule
układ może znaleźć
przynajmniej dwa
zastosowania: może być
użyteczny podczas nauki
języków obcych i w leczeniu
wad wymowy.
Powszechnie wiadomo, źe człowiek właściwie nie słyszy samego siebie. Częste są przypadki, kiedy ktoś w ogóle nie jest w stanie rozpoznać własnego głosu nagranego na taśmę magnetofonową. Nie wiem jakie są przyczyny takiego zjawiska i należałoby o nie zapytać fachowców znających anatomię i fizjologię ciała człowieka. Niemniej zjawisko to jest faktem i poważnie utrudnia uczenie się wymowy w obcym języku. Ćwicząc wymowę jakiegoś słowa, np. w języku angielskim, nie bardzo potrafimy stwierdzić, czy wymówiliśmy je poprawnie, czy też mówimy po angielsku z akcentem na dw iśl ańskim.
Można oczywiście nagrać wymawiane przez siebie słowa i zdania na taśmę magnetofonową, ale jest to czynność nieco kłopotliwa. Należy włączyć magnetofon na zapis, nagrać potrzebny tekst, przełączyć urządzenie na odczyt, cofnąć taśmę, z trudem trafiając na początek nagrania, i włączyć odtwarzanie. Sporo tego, prawda? Czynność nagrywania i natychmiastowego odtwarzania jest na tyle kłopotliwa, że często rezygnujemy z tej formy sprawdzenia poprawności wymowy w obcym języku.
Proponowane urządzenie posiada tylko jeden przycisk sterujący: "Nagrywanie". Jego naciśnięcie i przytrzymanie spowoduje nagranie za pośrednictwem wbudowanego mikrofonu tekstu o maksymalnej długości 20 s. Należy
sądzić, że jest to czas zupełnie wystarczający do ćwiczeń wymowy. Natychmiast po puszczeniu przycisku nagrywania nasz układ przechodzi w tryb odtwarzania. Nagrany tekst zostaje odtworzony i urządzenie przechodzi w stan oczekiwania na kolejne nagranie.
Tak więc do obsługi układu wystarczy posługiwać się jedną ręką, a właściwie tylko jednym palcem. Jeżeli dodamy do tego, że układ jest wręcz śmiesznie łatwy w wykonaniu nawet dla początkujących elektroników, to należy sądzić, że może on być prostą i tanią pomocą dla wszystkich, którzy uczą się języków obcych.
Jak już wspomniałem, drugim zastosowaniem proponowanego układu może być pomoc w leczeniu wad wymowy. Może być, ponieważ w tej sprawie mogą wypowiadać się jedynie osoby kompetentne, czyli lekarze i rehabilitanci. O ile mi jednak wiadomo, w terapii wad wymowy używa się powszechnie magnetofonów, a więc i nasz układ może znacznie uprościć rehabilitację osób cierpiących na takie dolegliwości.
Układ modelowy współpracował z niewielkim głośnikiem o rezystancji 8Li. Nie robiłem jakich-
Podstawowe parametry iizadzeiia:
Napięcie zasilania 5 6VDC, z baterii lub zasilacza.
sieciowego Pobór prądu 3 4rnApodczas nagrywania,
podczas odtwarzania zależny od
ustawionego poziomu głośności Zakres przenoszonych częstotliwości obejmujący całe
pasmo głosu przeciętnego
człowieka
Elektronika Praktyczna 6/9S
45
Układ do ćwiczenia wymowy
kolwiek prób z zastosowaniem słuchawek, ale nie ma najmniejszego powodu, aby urządzenie nie pracowało poprawnie także z takim przetwornikiem elektroakustycznym.
Opis działania układu
Na rys. 1 został pokazany schemat elektryczny naszego mag-netofoniku. Nihił novi sub sole -do budowy układu wykorzystano dobrze znane i powszechnie stosowane elementy, które juź wielokrotnie były używane przez kon-s truktor ów AVT .
Sercem układu jest nasz dobry znajomy: popularny i niezwykle atrakcyjny dla konstruktora cyfrowy "magnetofonik" - ISD1420. Jest to juź może kostka trochę przestarzała, firma Information Storage Devices wypuściła bowiem na rynek kolejne, znacznie ulepszone i dysponujące większą pamięcią generacje tego układu (np. seria ISD25XXX). Do naszych celów układ ISD1420 wydaje się być zupełnie wystarczający. Nie ma chyba potrzeby nagrywania podczas nauki języka tekstów dłuższych niż 20 sekund i wydawanie pieniędzy na układ umożliwiający dłuższy czas zapisu byłoby ekonomicznym nonsensem .
Nie mam najmniejszego zamiaru zanudzać Czytelników drobiazgowym opisem I SD 1420. Układ ten był już wielokrotnie stosowany w projektach publikowanych w EP, a także szczegółowo opisany w biuletynie USKA. Wystarczy tylko wspomnieć, że ISD1420 jest kompletnym magnetofonem cyfro-
wym umożliwiającym zapisywanie i odtwarzanie dowolnych komunikatów,
0 łącznym czasie trwania nie przekia-czającym 20 s, Układ posiada wbu-dow any przed-wzmacniacz mikrofonowy, układ ARW
1 wzmacniacz wyjściowy o niewielkiej mocy. Właśnie ta niewielka moc wyjściowa skłoniła mnie do zastosowania dodatkowego wzmacniacza.
Został on zbudowany z wykorzystaniem popularnego wzmacniacza m. cz. małej mocy LM386. Przy zastosowaniu głośnika dobrej j akości, wzmacniacz ten umożliwi uzyskanie dostatecznej siły głosu nawet w przypadku, kiedy z urządzenia miałyby korzystać osoby o słabym słuchu. LM386 pracuje w typowej, zalecanej przez producenta konfi gur a c ji.
Trzecim blokiem funkcjonalnym naszego magnetofoniku jest prosty układ cyfrowy realizujący funkcję automatycznego przełączania magnetofonu na odczyt po zakończeniu zapisu. Ten fragment układu został zbudowany z wy-
Schemat elektryczny układu.
46
Elektronika Praktyczna 6/9S
Układ do ćwiczenia wymowy
Rys. 2. Rozmieszczenie elementów na płytce układu.
korzystaniem trzech bramek NAND z histerezą, zawartych w układzie scalonym CMOS - 4093.
Omówmy teraz pokrótce działanie tego fragmentu układu. Naciśnięcie przycisku RECORD - Sl powoduje wymuszenie na wejściu REC ICl stanu niskiego, który jest sygnałem do rozpoczęcia nagrywania. Nagrywanie będzie trwało do momentu zwolnienia przycisku Sl lub do zapełnienia całego obszaru pamięci. Jednocześnie, po naciśnięciu przycisku, kondensator C14 rozładowuje się poprzez diodę Dl do napięcia ok. 0,6V. Po puszczeniu przycisku kondensator ładuje się poprzez rezystor R9 i po wystąpieniu na nim napięcia równego ok. 2/3 napięcia zasilania, bramka IC2A zmienia swój stan z wysokiego na niski.
Ujemny impuls zostaje przekazany za pośrednictwem kondensatora C6 na wejście bramki IC2B, a następnie, po podwójnym zanegowaniu na wejście PLAYE\ układu ICl. Wejście to reaguje na opadające zbocze impulsu wejściowego i powoduje rozpoczęcie odtwarzania nagranego komunikatu. Odtwarzanie będzie trwało aż do momentu pojawienia się znacznika EOM (ang. End of Message), lub do końca obszaru pamięci.
Montaż i uruchomienie
Na rys. 2 przedstawiono rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej. Widok ścieżek znajduje się na wkładce wewnątrz numeru.
Płytka została wykonana z laminatu jednostronnego i szczęśliwie udało mi się uniknąć jakichkolwiek zworek. Montaż wykonujemy w typowy sposób, rozpoczynając od rezystorów, a kończąc na wlutowaniu kondensatorów elektrolitycznych. Pod układy scalone warto zastosować podstawki, w szczególności pod stosunkowo drogi układ ISD.
Układ zmontowany ze sprawnych elementów nie wymaga ani uruchamiania ani jakiejkolwiek regulacji. Powinien być zasilany napięciem 5 6VDC. Ze względu na mały pobór prądu sugerowałbym zasilanie bateryjne.
A teraz, Drodzy Czytelnicy, uczcie się języków, a przede
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl: 3,3kQ
R2: 2,2kQ
R3: 12kQ
R4, R5, R6: lOOkO
R7: lOkO - potencjometr obrotowy
R8: 30Q
R9: 220kQ
Kondensatory
Cl, C3, CA, Cl, CIO: 470nF
C2, Cli: 47^F/10V
C5: 10|iF/10V
Có: lOnF
C8, C13: 100|iF/10V
C9: lOOnF
C12: 47nF
Cl4: l|iF/63V monolityczny
Półprzewodniki
Dl: 1N4148
ICl: ISD1420
IC2: 4093
IC3: LM386
Różne
Ml: mikrofon elektretowy,
dwukońcówkowy
Sl: przycisk typu RESET
S2: przełącznik dźwigienkowy
Gl: głośnik 8..40O
Obudowa KM-35
UWAGA! Głośnik LSI nie wchodzi
w skiad kitu AYT-428B,
wszystkim naszego międzynarodowego języka elektroników - angielskiego. Zbigniew Raabe, AVT
Elektronika Praktyczna 6/98
47
PROJEKTY
Uniwersalny regulator
temperatury
dla fotografików
kit AVT-427
Kon tyn u ujemy cykl opisó w
układów dedykowanych
fotografikom amatorom, którzy
wbrew naszym obawom
bynajmniej nie wymarli, ale
mają się dobrze i interesują
się przeznaczonymi dla nich
kon s tru kejami e lektron iczn ymi -
Dostali już od EP opis
konstrukcji zegara
ciemniowego, lampy
ciemniowej, a teraz przyszła
pora na stabilizator
temperatury kąpieli używanych
podczas obróbki materiałów
zarówno negatywowych, jak
i pozytywowych.
Zachowanie właściwej temperatury kąpieli fotochemicznych, a w szczególności wywoływacza, jest dla prawidłowego przeprowadzenia obróbki materiału fotograficznego sprawą najwyższej wagi. Ważna jest nie tylko wartość temperatury, ale także jej powtarzalność przez dłuższy czas. Bez stosowania odpowiednich układów elektronicznych zapewnienie właściwych warunków pracy w ciemni jest więc absolutnie niemożliwe.
Proponowany układ nazwaliśmy "regulatorem temperatury dla fotografików", bo takie jest jego podstawowe przeznaczenie. Nie oznacza to jednak, że naszego układu nie można zastosować do regulacji temperatury w akwarium czy w pomieszczeniach mieszkalnych, nie mówiąc o zastosowaniach przemysłowych. Proponowany układ może znaleźć zastosowanie wszędzie tam, gdzie do ogrzewania wykorzystuje się grzałki lub piecyki elektryczne.
Układ łączy w sobie precyzyjny termometr ze stabilizatorem temperatury o bardzo dobrych parametrach. A więc właściwie są to dwa urządzenia: termometr i termostat. Rozwiązanie takie pozwala uniknąć wielu problemów, takich jak np. tworzenie precyzyjnej skali do termostatu, Jak dotąd było to zadanie bardzo trudne: jeżeli zastosowaliśmy potencjometr jednoobrotowy, to wykonanie do niego skali o zakresie np. 50�C było praktycznie niemożliwe i taki
regulator musiałby w założeniu być obarczony dużym błędem stabilizowanej temperatury. Zastosowanie potencjometrów wieloobro-towych z wbudowaną skalą poprawiało wprawdzie precyzję działania termostatu, ale znacznie komplikowało posługiwanie się nim. W naszym układzie możemy bezpośrednio odczytać z wyświetlacza wartość stabilizowanej temperatury i ewentualnie ją skorygować.
Układ zaprojektowany został z zastosowaniem wyłącznie tanich i łatwo dostępnych w handlu elementów. Jego cena nie będzie wysoka, a i wykonanie nie przysporzy kłopotów nawet średnio zaawansowanym w sztuce konstruktorskiej Czytelnikom. Wielkie znaczenie ma fakt, że układ nie wymaga jakiejkolwiek, zwykle kłopotliwej kalibracji, z wyjątkiem ustawienia napięcia odniesienia miliw ol tomi er za.
Opis działania układu
Schemat elektryczny termostatu został przedstawiony na rys. 1. Układ możemy podzielić na pięć p o ds ta w owy ch bl oków funkc j o -nalnych:
l.Blok wzmacniacza błędu termostatu zrealizowany na układzie LMC6041 (IC5).
2.Układ pomiarowy termometru zbudowany z wykorzystaniem ICL7107. 3 .Układ wykonawczy termostatu
Elektronika Praktyczna 6/9S
Uniwersalny regulator temperatury dla fotografików
DPI
składający się z triaka Ql i sterującego nim optotiiaka Q2. 4>Układ regulujący jasność świecenia wyświetlaczy LED, niezbędny przy pracy w ciemni fotograficznej, zrealizowany na układzie NE555 (IC6). 5.Blok zasilania dostarczający napięcie dodatnie (IC4) i ujemne względem masy (IC2).
Dzięki zastosowaniu w układzie nowoczesnego, precyzyjnego scalonego czujnika temperatury typu LM35, układ termostatu został uproszczony do minimum. Minęły juź czasy, kiedy do budowy ter-
222222211111 11111
IS43Z1DIITII43Z10
222222211111 11111
6 4 3 H 1 OII7�G43!1OII7�&43!1
2 1111111111
Q ft 7 fl 5 4 1 31 0MTf541H
PAEFBDEFABCDEGFABCDV 1114 L 4
ICL7107
CCCRR
O- +EE B N NM F F T 000 UA MRR ESGS
BQACGVNFILHOEELH8CCC TFZO
1 ES4U71I01 I34IB7BID
Rys. 1. Schemat elektryczny układu.
50
Elektronika Praktyczna 6/9S
Uniwersalny regulator temperatury dla fotografików
mometrów i termostatów używało się w charakterze czujników ter-mistorów lub diod krzemowych włączonych w kierunku przewodzenia. Pierwsze z nich miały bardzo nieliniowe charakterystyki, co bardzo komplikowało budowę układu i powodowało konieczność przeprowadzania uciążliwej regulacji. Spadek napięcia na diodzie krzemowej jest wprawdzie liniowy w funkcji temperatury, ale
0 małym nachyleniu i trzeba wówczas stosować dodatkowy wzmacniacz i przeprowadzać kalibrację układu w dwóch dokładnie znanych punktach odniesienia, najczęściej temperatury zamarzania
1 wrzenia wody.
Zastosowanie czujnika LM35 eliminuje wszystkie problemy związane z kalibracją i regulacją przyrządów pomiarowych. Na wyjściu tego niezwykle użytecznego układu występuje napięcie, którego wartość jest proporcjonalna do temperatury otoczenia, przy czym 1�C = 10mV. Tak więc, jeżeli na wyjściu LM35 występuje napięcie 200mV to oznacza to, że układ znajduje się w środowisku o temperaturze 20�C. Napięcie 1500 mV oznacza maksymalną, dodatnią temperaturę jaką układ może mierzyć, czyli 150�C. Jak z tego wynika, budowa termometru wykorzystującego LM35 jako czujnik temperatury jest zadaniem dziecinnie prostym: wystarczy do jego wyjścia dołączyć miliwoltomierz
0 zakresie 1999mV i po sprawie!
Wyjście czujnika temperatury jest dołączone do wejść dwóch układów: wejścia miliwoltomierza
1 komparatora napięcia.
Czujnik temperatury został, za pośrednictwem rezystora R15 dołączony także do wejścia 2 komparatora napięcia, zbudowanego na wzmacniaczu operacyjnym LMC6041 (IC5). Cechą charakterystyczną tego wzmacniacza operacyjnego jest to, że umożliwia on pracę z napięciami wejściowymi bliskimi zeru, przy pojedynczym napięciu zasilania. Ta właśnie cecha zadecydowała o zastosowaniu tego elementu: umożliwi on stabilizację temperatur niewiele wyższych niż 0�C. Na drugie wejście komparatora napięcia podawane jest napięcie uzyskiwane z dzielnika napięcia zbudowanego z potencjometrów Pl i P2 oraz
rezy sto rów R13 i R14. Zastosowanie dwóch poten-cjometrów zamiast jednego jest kompromisem pomiędzy ceną podzespołów potrzebnych do zbudowania urządzenia, a komfortem jego obsługi. Roz-wiązaniem lepszym byłoby z pewnością zastosowanie jednego potencjometru wie-loobrotowego, tzw. Hellipo-ta.
Cena takiego potencjometru jest bardzo wysoka i dlatego zastosowałem w układzie potencjometr Pl o wartości 4,7kQ, służą-
2. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej.
cy do zgrubnej regulacji napięcia, a tym samym temperatury i P2 przeznaczony do regulacji precyzyjnej. Jeżeli jednak ktoś, nie licząc się z kosztami, chciałby uzyskać większy komfort obsługi termostatu, to może zastąpić te dwa elementy jednym potencjometrem wieloobrotowym o wartości 4,7kQ.
Jeżeli napięcie na wejściu 2 IC5 jest niższe od napięcia na wejściu 3, to na wyjściu wzmacniacza operacyjnego występuje stan niski (o ile można mówić o stanie niskim w kontekście wzmacniacza operacyjnego). Tranzystor Tl nie przewodzi i dioda LED zawarta w strukturze optotriaka nie jest włączona. Zmiana proporcji napięć na wejściach komparatora, wskazująca, że zmierzona temperatura jest niższa od ustawionej, spowoduje pojawienie się "stanu wysokiego" na wyjściu IC5. Baza tranzystora Tl zostanie spolaryzowana za pośrednictwem rezystora
Rll i przez diodę wewnątrz optotriaka popłynie prąd. Spowoduje to włączenie triaka Ql i tym samym zasilenie urządzenia ogrzewającego.
Zastosowanie optotriaka pozwoliło uniknąć dwóch problemów: odizolowania układu od napięcia sieci energetycznej i eliminację zakłóceń radioelektrycznych, które mogłyby powstawać w momentach włączania i wyłączania grzałek. Pomiędzy diodą nadawczą LED i strukturą optotriaka znajduje się warstwa tworzywa sztucznego o odporności na przebicie napięciem wielu kilo-woltów, co gwarantuje nam pełne bezpieczeństwo pracy nawet w wilgotnym pomieszczeniu. Op-totriak może włączyć triak jedynie przy napięciu rzędu kilku wolto w, co całkowicie eliminuje ewentualne zakłócenia.
Ważną rolę w układzie pełni generator impulsów o zmiennym wypełnieniu, zbudowany z wyko-
Elektronika Praktyczna 6/98
51
Uniwersalny regulator temperatury dla fotografików
rzystaniem, tak przeze mnie lubianego, NE555 (IC6). Podstawowym przeznaczeniem naszego układu jest praca w ciemni fotograficznej, gdzie jak sama nazwa wskazuje, powinno być raczej ciemno. Aby uchronić materiały pozytywowe przed zadymieniem, zastosowaliśmy dwa zabiegi zabezpieczające. Jak stwierdzono, pozytywowe materiały barwne są bardzo mało wrażliwe na światło emitowane przez żółte diody LED i w naszym układzie zastosujemy wyświetlacze siedmiosegmentowe o takiej właśnie barwie świecenia. Wyświetlacze zasilane będą ze źródła prądowego sterowanego z generatora o zmiennym wypełnieniu i podczas pracy w ciemni zasilane będą krótkim impulsami. Występujący przy krótkich czasach naświetlania efekt Schwartzchilda dodatkowo zabezpieczy papier fotograficzny przed naświetleniem.
Z elementami takimi, jak na schemacie generator z IC6 może wytwarzać przebieg o wypełnieniu od 99 do ok. 1%, tak więc wyświetlanie może być płynnie regulowane od prawie pełnej jasności do praktycznie całkowitego wyłączenia.
Pozostałą cześć urządzenia stanowią dwa układy zasilające. Zasilacz główny, dostarczający napięcia stabilizowanego o wartości +5VDC, zbudowany jest z wykorzystaniem popularnego, scalonego stabilizatora napięcia typu 7805. Drugi zasilacz dostarcza napięcia w wartości -5VDC. Napięcie to jest niezbędne do poprawnej pracy ICL7107 i do jego wytworzenia użyto scalonej przetwornicy napięcia ICL7660, która do działania potrzebuje zaledwie jednego elementu zewnętrznego: kondensatora o wartości IOjiF - C6.
Układ został zabezpieczony dwoma bezpiecznikami: część "elektroniczna" urządzenia bezpiecznikiem Fl o prądzie zadziałania lOOmA i bezpiecznikiem F2, zabezpieczającym obwody wykonawcze - grzałki. Wartość tego bezpiecznika zależy od maksymalnej mocy zastosowanych grzałek.
Rezystor R12 jest elementem opcjonalnym, nie zawsze potrzebnym. Wprowadza on do układu komparatora napięcia niewielką histerezę, zabezpieczając go przed wzbudzaniem i zbyt częstym prze-
łączaniem obciążenia. Jednak w większości przypadków bezwładność cieplna grzałek zapewni całkowitą stabilność pracy układu i rezystor R12 możemy pominąć.
Montaż i uruchomienie
Na rys. 2 przedstawiono rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej. Płytka bazowa, na której zamontowana zostanie większa część elementów, wykonana jest z laminatu jednostronnego, natomiast mniejsza płytka wyświetlaczy z laminatu dwustronnego z metalizacją obwodów. Montaż układu wykonujemy w typowy, wielokrotnie opisywany sposób. Ponieważ szczęśliwie udało mi się uniknąć stosowania jakichkolwiek paskudnych zworek na płytce bazowej, to montaż rozpoczniemy od wlutowania rezystorów, diod i innych elementów o małych gabarytach. Tutaj uwaga: kilka elementów zostało umieszczonych pod układem ICl, toteż stosowanie podstawki pod ten układ jest absolutnie niezbędne, a zalecane w stosunku do innych układów!
Do końcówek lutowniczych potencjometrów Pl i P2 lutujemy krótkie odcinki srebrzanki, przekładamy je przez otwory w punktach lutowniczych na płytce wyświetlaczy i przykręcamy potencjometry do płytki. Dopiero teraz lutujemy ich przedłużone wyprowadzenia do punktów lutowniczych.
Ostatnią czynnością będzie złączenie ze sobą dwóch płytek. Dokonamy tego za pomocą szeregu kątowych goldpinów, co zapewni mocne połączenie i zachowanie kąta prostego pomiędzy płytkami. Jedyną czynnością regulacyjną jaką powinniśmy wykonać będzie ustawienie napięcia 1000mV pomiędzy wyprowadzeniami REF HI i REF LO ICl. Powinniśmy posłużyć się woltomierzem dobrej klasy i delikatnie pokręcając potencjometrem montażowym ustawić wymagane napięcie.
Jedyną kłopotliwą czynnością, jaką będziemy mieli do wykonania, będzie obudowanie czujnika temperatury LM35. Jeżeli nasz układ będziemy wykorzystywać do regulacji temperatury w pomieszczeniach, to czujnik może-
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
PR1: lkO wieloobrotowy
potencjometr montażowy
Pl: 4,7kQ/A potencjometr
obrotowy
P2: 470O/A potencjometr
obrotowy
P3: 47ka/A potencjometr
obrotowy
Rl, R15: lOOka
R2, R12: 1MQ
R3: 470kO
R4, Ró, R16: lka
R5: 510O
R7, R8: 220O
R9, Rl 1, R19: 10kO
RIO: 5Ó0O
R18: 510O
R13: llkO
R14: 100O
Kondensatory
Cl: 220nF
C2: 47nF
C3: lOnF
C4, C7, Cli: lOOnF
C5: lOOpF
Có, C9: 10^F/10V
C8, CIO: 1000^F/16V
C12: 22nF
C13: 4,7nF
Półprzewodniki
BR1: mostek prostowniczy 1A
DPI, DP2, DP3: wyświetlacze
siedmiosegmentowe, żółte, wsp.
anoda (np. SA52-11YWA
Kingbright)
ICl: ICL7107
IC2: ICL76Ó0
IC3: LM35C
IC4: 7805
IC5: LMC6041
ICÓ: NE555
Ql: BT136
Q2: MOC3040
Tl: BC548 lub odpowiednik
T2: BD140 (136, 138)
Dl: patrz tekst
D2, D3: 1N4148
Różne
TRI: transformator sieciowy TS6/46
CON1, CON2: ARK2
Fl, F2: oprawka bezpiecznika,
bezpiecznik lOOmA i 4A
goldpiny kątowe 1x26
my umieścić w jakiejkolwiek małej rurce z dowolnego materiału. Jeżeli jednak zbudowany termostat będzie służył zgodnie z swoim podstawowym przeznaczeniem do
52
Elektronika Praktyczna 6/98
Uniwersalny regulator temperatury dla fotografików
regulacji temperatury wywoływacza, to konieczne będzie umieszczenie czujnika w obudowie odpornej na wpływy agresywnego środowiska chemicznego. Najlepszym rozwiązaniem będzie umieszczenie czujnika wewnątrz rurki ze stali kwasoodpornej, zalanej z obu stron klejem Distal lub podobnym. Rozwiązaniem gorszym, ale łatwiejszym ze względu na dostępność materiałów będzie zastosowanie rurki szklanej, także zalanej żywicą epoksydową.
Uważni Czytelnicy z pewnością zauważyli pewne rozbieżności pomiędzy schematem, a rysunkiem przedstawiającym płytkę drukowaną. Na płytce widoczna jest dioda LED, oznaczona jako Dl, której próżno szukać na schemacie i w wykazie elementów. Otóż ta dioda, połączona z wyprowadzeniem POL ICl została dodana jedynie "na wszelki wypadek", gdyby ktoś chciał zastosować nasz układ do pomiaru temperatur mniejszych od 0�C.
Po zmontowaniu naszego układu możemy go w łatwy i efektowny sposób wypróbować. Jako obciążenie dołączamy żarówkę o mo-
cy np. 100W i umieszczamy czujnik w odległości 10..15 cm od niej. Pokręcając potencjometrami regulacyjnymi powodujemy zapalenie się żarówki, a następnie podwyższamy zadaną temperaturę aż do uzyskania efektu migotania żarówki z częstotliwością ułamków herza. Możemy teraz zobaczyć na wyświetlaczach, jak wielka jest precyzja działania wykonanego układu: temperatura nie powinna się zmieniać o więcej niż 0,l�C!
Moc obciążenia dołączanego do wykonanego układu zależy wyłącznie od typu zastosowanego triaka i w wypadku BT136 wynosi ok. 100W, co do zastosowań w fotografii jest aż nadto wystarczające. Jeżeli jednak chcielibyśmy nasz termostat wykorzystać do celów wymagających większych mocy, to należy ten triak wymienić na inny, o większym dopuszczalnym prądzie i zamocować go na odpowiednim radiatorze.
Niestety, takie doskonałe wyniki osiągamy wyłącznie w warunkach laboratoryjnych, głównie dzięki małej bezwładności cieplnej żarówki. Musimy zdać sobie
fk
Gi akwarium
Wywoływacz
Silnik elekbyczny
Rys. 3. Zalecany sposób włączenia elementów wykonawczych i czujnika.
sprawę z jednego: nasz termostat jest doskonały, ale w wykonaniu praktycznym dokładność stabilizacji temperatury będzie zależeć od kilku czynników. Najważniejszymi są: mała bezwładność cieplna zastosowanego źródła ciepła i dobre mieszanie cieczy, której temperaturę chcemy stabilizować. Dawno, dawno temu, kiedy miałem jeszcze czas na spędzanie całych dni w ciemni fotograficznej, zbudowałem sobie prosty tank do obróbki papieru barwnego, który przez kilka lat zapewniał rni doskonałą stabilność temperatury wywoływacza. Szkic tego rozwiązania, pokazany na rys. 3, pozostawiam bez komentarza. Robert Zych, AVT
PROJEKTY
Inteligentny sterownik oświetlenia
kit AVT-445
Po raz pierwszy
w projekcie publikowanym
w EP sięgnęliśmy po bardzo
praktyczne czujniki światła
produkowane przez firmę
Texas Instruments. Dzięki
zastosowaniu w urządzeniu
układu TSL220
i mikrokontrolera z rodziny
MCS-51, jego możliwości są
bardzo duże, a budowa
bardzo prosta.
T8L220
Rys. 1. Schemat blokowy układu TSL22O.
Dziełem firmy Texas Instruments jest cała seria układów scalonych przeznaczonych do zastosowań optoelektronicznych. W skład rodziny wchodzą różnego typu konwertery natężenia światła na łatwo mierzalne wielkości elektryczne. Są to zarówno konwertery światło-napięcie, światło-częs-totliwość, jak i różnej wielkości op to sensory w kształcie linijek, z szeregowo rozmieszczonymi, miniaturowymi fotodiodami.
Element oznaczony symbolem TSL22O przetwarza natężenie światła, w zakresie widzialnym i bliskiej podczerwieni, na wyjściowy sygnał prostokątny o częstotliwości proprocjonalnej do natężenia światła. Układ może służyć jako prosty i wygodny konwerter dla systemu procesorowego. Aby procesor mógł współpracować z popularnymi elementami typu fotodioda, fototranzystor czy fotoopornik, w układzie trzeba jeszcze zastosować przetwornik sygnału analogowego na postać cyfrową. W przypadku TSL220 nie ma takiej konieczności. Procesor od razu uzyska informację o natężeniu padającego na foto element światła, poprzez zliczanie impulsów wy-jściowych w jednostce czasu lub poprzez pomiar okresu sygnału prostokątnego generowanego przez czujnik.
Jak na przyzwyczajenia elektroników, element wygląda trochę nietypowo. Standardowej wielkości obudowa DIP8 jest bowiem wykonana z przezroczystego materiału, dzięki czemu można zobaczyć jego wewnętrzną strukturę, składającą się z dużej krzemowej płytki fotodiody i małej struktury z pozostałą częścią układu. Widać także wyraźnie, dlaczego standardowe układy scalone są takie duże: najwięcej miejsca w obudowie zajmują wyprowadzenia układu.
Na rys. 1 pokazana została uproszczona struktura wewnętrzna TSL220. Składa się on z fotodiody, wzmacniacza operacyjnego pracującego w układzie integratora, obwodu histerezy i generatora monostabilnego impulsów wyjściowych. Układ zasilany jest napięciem o wartości od 4V do 10V.
Na rys. 2, 3 i 4 pokazane zostały najważniejsze charakterys-
1000
100
ID
0.01
27 F
*


47 0 3F


Ś



1 c 1 U'



10 100
natyżanto świata
1000
Rys. 2. Zależność pomiędzy należeniem oświetlenia i czesiotliwościq wyjściowq.
Elektronika Praktyczna 6/9S
55
Inteligentny sterownik oświetlenia
tyki elementu podawane przez producenta. Wynikają z nich dwa wnioski:
- Częstotliwość impulsów wyjściowych zależy od pojemności dołączonego do układu zewnętrznego kondensatora oraz od natężenia światła. Przy silniejszym oświetleniu częstotliwość impulsów się zwiększa, a zależność ta jest liniowa w szerokim zakresie natężenia światła.
- Fotodioda "widzi" w znacznie szerszym zakresie widma niż oko ludzkie. Oznacza to, że układ będzie sygnalizował większe natężenie światła niż może to wynikać z subiektywnych doznań człowieka.
Opisany układ można wykorzystać rozmaicie, m. in. w inteligentnym sterowniku reagującym na zmianę oświetlenia. Określenie "inteligentny" jest nieco na wyrost, układ można jednak nauczyć określonej reakcji, w zależności od natężenia padającego na foto-element światła.
Jeżeli steruje się tylko jednym urządzeniem, np. lampą, która ma



^.


0,1
0,01
0,001
0,001 0,01 0,1 1 10 100 1000
pojemność C [nF]
Rys. 3. Zależność pomiędzy pojemnością Cx i częstotliwością wyjściową.
i
0,9 0,8 0,7
fo.s
S 0,5 Śo
I 0,4 0,3 0,2 0,1
0
300 400 500 600 700 Q00 900 1000 1100
długość fali światła [nm]
Rys. 4. Czułość widmowa przetwornika TSL220.
T A = 2 / s \
/ \
/ \
/ \
/
i f \
/ \
/ \
i f \

0.iCO[9iLRys. 5. Schemat elektryczny układu.
56
Elektronika Praktyczna 6/98
Inteligentny sterownik oświetlenia
się automatycznie włączać, gdy zrobi się ciemno, sprawa nie jest skomplikowana. Najłatwiej użyć do realizacji takiego zadania fotodiodę i komparator, który poprzez urządzenia wykonawcze będzie włączał i wyłączał lampę. Sprawa się jednak komplikuje, jeżeli trzeba sterować kilkoma urządzeniami, które mają się włączać i wyłączać przy kilku różnych poziomach oświetlenia. Np. wraz z zapadającym zmierzchem powinna automatycznie włączyć się lampa nad stołem, gdy zrobi się jeszcze ciemniej powinno zapalić się światło nad akwarium, a z nadejściem nocy oba źródła mają się wyłączyć, a zapali się łagodne boczne oświetlenie. Opisywany sterownik można zaprogramować do obsługi sekwencji takich sytuacji.
Schemat urządzenia pokazuje rys. 5. Jak widać jest ono bardzo proste w budowie, gdyż składa się tylko z procesora, konwertera TSL220 i pamięci EEPROM do zapamiętania sekwencji działań, które ma wykonać sterownik. Konwerter pełni oczywiście rolę "oka" dostarczającego procesorowi informacji o panujących warunkach oświetlenia. W zależności od sytuacji, procesor może niezależnie sterować 5 wyjściami dołączonymi do JP3. Wyjścia te, poprzez układy pośredniczące, mogą włączać i wyłączać urządzenia zewnętrzne. Działaniem procesora sterują wejścia jego portów VIA..7 połączone z gniazdem JP2. Dołączona do JP4 dioda LED swoim świeceniem będzie sygnalizować stan pracy sterownika.
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl, R2: 3kQ R3: 220O Kondensatory
Cl, C2: 47pF
C3, C4: 47n.F/16V
C5: 47^F/10V
Có: lOOnF
C7: lOnF
Półprzewodniki
Ul: 89C2051 zaprogramowany
U2: 24C08
U3: 78L05
U4: TSL220
Różne
Xl: 12MHz
Na początku układ trzeba nauczyć, jak ma reagować w określonych sytuacjach, czyli po prostu zaprogramować. Wprowadzenie sterownika w tryb programowania następuje wówczas, gdy po włączeniu zasilania złącze gniazda JP2-4 pozostanie niep odłączone. Od tego momentu procesor obserwuje stan linii JP2-1. Jeżeli do tego wyprowadzenia podłączymy przycisk i naciskając go zewrzemy wyprowadzenie z masą, dla procesora będzie to sygnałem rozpoczęcia programowania kolejnego warunku.
Najpierw odczytywany jest okres impulsów generowanych przez przetwornik. Dla poprawienia stabilności wskazań, odczyt przeprowadzany jest 4 razy, a wynik uśredniany. Następnie procesor bada stan wyprowadzeń na gnieździe JP3, a wszystkie odczytane parametry zapamiętuje w pamięci EEPROM. Zapis do EEPROM sygnalizowany jest zapaleniem na 2s diody LED dołączonej do JP4. Od tej chwili, w czasie normalnej pracy, ilekroć poziom oświetlenia będzie zbliżony do zapamiętanego, procesor ustawi stan wyjść gniazda JP3 tak, jak został tego nauczony w trybie programowania. Np. jeżeli w czasie pracy, przy określonym poziomie oświetlenia wszystkie wyjścia JP3, z wyjątkiem 1, mają znaleźć się w stanie niskim, należy podczas programowania wymusić na nich taki stan. Najłatwiej to zrobić odłączając na czas programowania układy wykonawcze, a w to miejsce do JP3 dołączając 5 przełączników, które zależnie od sytuacji zewrą dane wyprowadzenie z masą lub pozostawią je w stanie wysokim.
Oprócz prostego powiązania wartości oświetlenia ze stanem wyjść sterujących, istnieje także drugi tryb programowania. Wyobraźmy sobie sytuację, gdy sterownik ma włączać oświetlenie nad wejściem do budynku, gdy zrobi się ciemniej. Jednak na poziom naturalnego oświetlenia ma wpływ nie tylko pora dnia ale i zjawiska krótkotrwałe, np. chmury. Nie byłoby dobrze gdyby światło zapalało się zawsze, gdy słońce zostanie na chwilę przysłonięte przez przesuwającą się chmurę. Aby tego uniknąć należy
zastosować programowanie z dyskryminacją czasową warunku. Mówiąc inaczej, chodzi o ponowne sprawdzenie poziomu oświetlenia po pewnym czasie i zmianę ustawień wyjść sterujących tylko wtedy, gdy oświetlenie np. trwale się zmniejsza. Taki sposób programowania jest możliwy wtedy, gdy w czasie naciskania klawisza zapisu dołączonego do JP2-1 wyjście 2 tego złącza będzie zwarte do masy. Rozpoczęte zostanie odliczanie czasu aż do momentu, kiedy klawisz zapisu naciśnięty zostanie ponownie. W tym momencie do pamięci EEPROM zapisane zostaną parametry oświetlenia, stan wyjść sterujących jakie mają zostać ustawione przy danym oświetleniu, a także czas, po którym nastąpić ma powtórna kontrola poziomu oświetlenia. Oprócz tego zapamiętany zostanie parametr, który informuje procesor, czy podczas powtórnej kontroli oświetlenia jego intensywność ma rosnąć, czy też maleć w stosunku do pierwszego pomiaru. Decyduje o tym poziom linii JP2-3 badany w czasie pierwszego naciśnięcia klawisza zapisu, gdy aktywna jest opcja programowania z dyskryminacją czasu. Jeżeli JP2-3 będzie zwarty z masą, sterownik w trybie pracy zmieni stan wyjść sterujących tylko wtedy, jeśli oświetlenie będzie się zmniejszać, sytuacja odwrotna nastąpi w przypadku pozostawienia JP2-3 na poziomie wysokim. Czas określający okienko dyskryminacji może mieć wartość od 2 s do ponad 8 minut. W trybie programowania, gdy odliczany jest czas, dioda LED będzie migotać.
Sterownik potrafi zapamiętać maksymalnie 3 2 warunki i związane z nimi ustawienia wyjść sterujących. Jeżeli po włączeniu zasilania wyprowadzenie JP2-3 będzie na poziomie wysokim, w czasie programowania kolejne warunki będą dopisywane do już zapamiętanych w pamięci EEPROM. Zwarcie do masy tego wyprowadzenia podczas włączenia zasilania spowoduje wykasowanie już zapamiętanych warunków i programowanie od początku.
Sterownik wchodzi w tryb pracy, jeżeli w czasie włączania zasilania wyprowadzenie JP2-4 ozna-
Elektronika Praktyczna 6/98
57
Inteligentny sterownik oświetlenia
~-l HA \-
O OOOOOOO
Ul
a a -a o ii !J> vi i y ii vi
c 1 CL
\ Xl Ci
' JP3
: 1
U2
C5 JPg
SB
ŁB
Rys. 6. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej.
czone na schemacie napisem PROGRAMOWANIE pozostanie zwarte do masy. Od tego momentu sterownik cyklicznie co 2s mierzy natężenie światła padającego na przetwornik. Następnie otrzymany wynik porównywany jest z wszystkimi aktualnie zapisanymi w pamięci warunkami. Uaktywniany jest stan portów związany z tym warunkiem, który jest najbliższy odczytanej ostatnio wartości oświetlenia. W przypadku, gdy z warunkiem związana jest dyskryminacja czasowa, odliczana jest zapamiętana w pamięci liczba sekund i ponownie przeprowadzane jest porównanie, czy aktualne oświetlenie jest mniejsze, czy też większe od wartości zapisanej w pamięci. Jeżeli wynik porównania wypada pomyślnie, stan wyjść zostaje zmieniony.
Montaż sterownika sprowadza się do wlutowania elementów do płytki drukowanej. Układy scalone powinny mieć podstawki. Ze względu na sposób programowania, wyprowadzenia steru-
jące JP3 powinny być połączone z układami wykonawczymi przy pomocy rozłączanego złącza. Wyprowadzenia procesora 89C2051 użytego do budowy sterownika, w stanie niskim potrafią przyjąć prąd do 20mA i mogą sterować diodami LED, transoptorem lub małym przekaźnikiem. Jednak łączny prąd dla wszystkich wyprowadzeń znajdujących się w stanie niskim nie może przekroczyć 80mA. Jeżeli kondensator C7 będzie miał wartość proponowaną na schemacie (lOnF), czas trwania impulsów na wyjściu przetwornika będzie wynosił ok. 3|is. Okres będzie oczywiście zależny od intensywności oświetlenia. Dla konwertera przysłoniętego jest on dłuższy od 200ms, zaś przy zbliżeniu fotoelementu do zapalonej żarówki 75W okres zmniejsza się do IOjis.
W układzie można także zastosować kwarc o mniejszej częstotliwości, jednak nie mniejszej niż 6MHz. Wszystkie podane w tekście czasy ulegną wtedy proporcjonalnie wydłużeniu.
Dla wygody montażu, układ konwertera wraz z fragmentem płytki drukowanej można zamontować pod kątem lub w innym miejscu obudowy niż reszta układu. W tym celu należy przeciąć płytkę drukowaną wzdłuż linii zaznaczonych na jej górnej stronie i trzema przewodami połączyć odpowiadające sobie otwory na obydwu częściach.
Jeżeli po uruchomieniu układu w trybie pracy, w podstawce nie będzie EEPROM-u, będzie on uszkodzony lub nie będą w nim zapisane żadne warunki, ciągłe świecenie diody zasygnalizuje błąd. Także w trybie programowania sygnalizowany jest błąd jeżeli z powodu uszkodzenia EEPROM-u zapamiętanie warunków będzie niemożliwe lub jeśli użytkownik będzie próbował zaprogramować większą niż 32 liczbę warunków. Ryszard Szymaniak, AVT
58
Elektronika Praktyczna 6/98
PROJEKTY
Elektroniczny układ zapłonowy świetlówki, część 1
kit AVT-441
Proponujemy wykonanie
elektronicznego układu
zapłon owego świetlówki,
zastęp ującego nie tylko
elektromechaniczny zapłonnik,
ale co ważn iejsze ciężki
i nieporęczny statecznik.
Mimo dużej prostoty, układ
charakteryzuje się dużymi
walorami użytkowymi, przede
wszystkim dużą
niezawodnością i sprawnością.
Koszt elementów
elektronicznych jest wyższy
niż cena układu klasycznego,
ale taka inwestycja jest
opłacalna - czas pracy lampy
pod kontrolą elektroniki jest
znacznie dłuższy.
Świetlówka jest lampą wyładowczą wykonaną w postaci szklanej rurki wypełnionej parami rtęci pod niskim ciśnieniem i pokrytą wewnątrz luminoforem. Na jej końcach umieszczone są żarniki -elektrody wolframowe pokryte dodatkowo substancją zwiększającą emisję elektronów. Wyładowanie w lampie zachodzi w zakresie nadfioletu, a zadaniem luminoforu jest jego zamiana na światło widzialne.
Charakterystyka prądowo napięciowa świetlówki przedstawiona jest na rys. 1. Przy zwiększaniu napięcia przyłożonego do świetlówki, aż do momentu zapłonu nic w zasadzie się nie dzieje i przez lampę płynie jedynie minimalny, szczątkowy prąd. Po osiągnięciu napięcia zapłonu pary rtęci ulegają jonizacji, zaczyna płynąć prąd i napięcie na lampie gwałtownie maleje. Wartość napięcia zapłonu zależy głównie od długości świetlówki i im jest ona dłuższa tym jest ono większe, w praktyce zawiera się w granicach 600..1200V. Oczywiście dotyczy to zapłonu z uprzednio podgrzanymi elektrodami, czyli tak zwany zapłon na "gorąco". Jeżeli elektrody nie zostaną podgrzane, zapłon również następuje, tyle tylko że wartość napięcia zapłonu jest istotnie wyższa (zaznaczono to linią przerywaną na wykresie
z rys. 1). Takie zapalanie nazywa się potocznie zapłonem "na zimno".
Zapłon "na zimno" jest dla świetlówki szkodliwy i w układach praktycznych należy się go wystrzegać. Substancja czynna znajdująca się na elektrodach ulega szybkiej degradacji, szybko paruje i osadza się na końcach rury szklanej tworząc charakterystyczne ciemne plamy na luminoforze już po kilkunastu zapłonach. Trwałość świetlówki zapalanej "na zimno" jest więc niewielka. Zapłon "na zimno" często można poznać po charakterystycznych niebieskawych błyskach w okolicy elektrod powstających w momencie zapłonu.
Po zapłonie rozpoczyna się normalna praca. Charakterystycznymi i ważnymi jej parametrami jest to, iż w szerokim zakresie prądów płynących przez świetlówkę napięcie panujące na niej jest prawie stałe i zachowuje się więc tak, jak specyficzna dioda Zenera. Wartość prądu nominalnego wynika z mocy "rurki", zaś napięcie odpowiadające prądowi nominalnemu zależy przede wszystkim od jej długości: krótkie świetlówki małej mocy pracują przy ok. 5 0V, na długich odkłada się nawet i 130V. Najważniejsze parametry popularnych świetlówek zostały zebrane w tab. 1.
Elektronika Praktyczna 6/98
61
Elektroniczny układ zapłonowy świetlówki
Prąd . nomimlny
Niplgcfe zapłon
Rys. 1. Charakterystyka prądowo -napięciowa typowej świetlówki.
Układ klasyczny i jego wady
Z zasady działania świetlówki wynika, że nie wolno jej zasilać bezpośrednio z sieci energetycznej. Układ sterujący lampą musi bowiem zapewnić realizację trzech faz:
- Bezpośrednio po włączeniu do sieci konieczne jest podgrzanie elektrod. Rezystancja zimnej elektrody wynosi około 2Q i szybko rośnie przy podgrzewaniu do około 10Q. Czas podgrzewania zależy od wartości przepływającego prądu, np. dla świetlówki o średnicy 36 mm można przyjąć parametry te jako 0,5..0,7A przez 1 sekundę.
- Po podgrzaniu do lampy trzeba przyłożyć wysokie napięcie, tak aby nastąpił zapłon.
- Po zapłonie wartość prądu płynącego przez lampę musi być stabilizowana (jasność świecenia zależy od wartości tego prądu).
Zadania te w układzie klasycznym realizowane są za pomocą dławika i zapłonnika (neonówki z przerywaczem bimetalicznym umieszczonym w tej samej bańce) włączonego w obwód jak na rys. 2. Po włączeniu układu do sieci, całe napięcie zostaje przyłożone do zapłonnika, neonówka zaczyna się świecić (przez elektrody lampy płynie już niewielki prąd), a energia cieplna tego wyładowania podgrzewa przerywacz bimetalowy (w stanie zimnym styki są otwarte). Po chwili zapłonnik zostaje zwarty, neonówka gaśnie co dodatkowo zwiększa prąd podgrzewający elektrody. Stygnący bimetal rozwiera obwód, duży prąd płynący przy podgrzewaniu przez dławik szybko zanika, co powo-
Tabela 1. Podstawowe parametry świetlówek TL.
Długość [mm] 600 Średnica [mm] 28 Moc [W] 18 Napięcie pracy [V] 58 Prąd nominalny [A] 0,38
600 36 20 58 0,38
900 28 30 101 0,36
1200 28 36 104 0,42
1200 36 40 104 0,42
1500 28 58 113 0,63
1500 36 65 113 0,64
1800 28 70 128 0,7
1800 36 75 131 0,64
1800 36 85 123 0,77
duje zaindukowanie się w tej cewce wysokiego napięcia i zapłon lampy. Po zapłonie niskie napięcie panujące na lampie nie pozwala ponownie zaświecić się neonówce zapłonnika, a wartość prądu płynącego przez świetlówkę jest ograniczona przez dużą in-dukcyjność dławika.
Pewny zapłon świetlówki następuje tylko wtedy, gdy w momencie rozwarcia bimetalu napięcie sieci przechodzi przez zero lub jest bliskie zera - tylko wtedy przepięcie ma dostateczną wartość. W innym przypadku zapłon nie następuje, cały proces się powtarza, aż układ "trafi" w okolice zera.
Mimo prostoty układ klasyczny ma sporo wad:
- prawie zawsze zapłon odbywa się na kilka razy, związane z tym oczekiwanie i migotanie bywa irytujące;
- elektrody są podgrzewane przez krótki moment dużym prądem, co negatywnie odbija się na trwałości świetlówki;
- podczas pracy lampa migocze w rytm napięcia sieci, co męczy wzrok;
- dławik jest elementem ciężkim, jego rdzeń często niemile brzęczy, a straty mocy w nim są dosyć duże;
- proces zapłonu jest źródłem zakłóceń radioelektrycznych.
Powyższych wad pozbawione są elektroniczne układy zapłonowe świetlówki (ang. elec tronie bal-last). Uproszczony schemat takiego układu przedstawiony został na rys. 3. Wyprostowane i odfil-trowane napięcie sieci jest zamieniane w układzie falownika pół-mostk owego (ang. half bridge) w szybkozmienną (kilkadziesiąt kHz) falę prostokątną o współczynniku wypełnienia bliskim 50%. Napięcie to podawane jest na elektrody świetlówki poprzez dławik L, zaś kondensatory Cp zamykają drogę dla prądu zmiennego realizując pozostałe dwa
pasywne ele- pyS 2. Klasyczny układ zapłonowy świetlówki ze menty mostka, starterem.
Funkcja dławika w układzie elektronicznym jest podobna jak w układzie klasycznym i tu również ogranicza on prąd świetlówki, ponieważ częstotliwość pracy układu jest wielokrotnie większa od 50Hz, jego indukcyjność i wymiary (a co najważniejsze straty mocy w nim) są niewielkie.
Za prawidłową realizację faz grzania elektrod i zapłonu odpowiedzialny jest kondensator C i termistor PTC, którego rezystancja rośnie z temperaturą. Po włączeniu układu do sieci rezystancja termistora jest niewielka (ok. 150Q) i dlatego przez żarniki płynie prąd i podgrzewa je. Nagrzewa się również termistor i jego rezystancja stopniowo rośnie. W miarę wzrostu rezystancji termistora rośnie również napięcie na kondensatorze C. Dzieje się tak dlatego, że jego pojemność jest tak dobrana, aby tworzył on szeregowy układ rezonansowy na częstotliwości nieco większej od częstotliwości pracy układu. Oczywiście termistor silnie tłumi ten obwód rezonansowy, ale właśnie o to chodzi. W miarę upływu czasu i wzrostu rezystancji termistora dobroć obwodu rezonansowego rośnie. Powiększa się więc napięcie na kondensatorze C. W pew-
220Y50HZ
62
Elektronika Praktyczna 6/98
Elektroniczny układ zapłonowy świetlówki
Rys. 3. Schemat blokowy elektronicznego układu zapłonowego.
nym momencie jest ono wystarczająco duże, aby nastąpił zapłon.
Maksymalna wartość napięcia zapłonu zależy od wielu czynników, między innymi rezystancji termistora po nagrzaniu i odstępie częstotliwości rezonansowej obwodu dławik i kondensator od częstotliwości pracy falownika. Oczywiście, jeśli zależy nam na dużym napięciu zapłonu, do układu powinien być montowany ter-mistor o jak największej rezystancji "na ciepło", zaś rezonans obwodu LC powinien leżeć dokładnie na częstotliwości pracy falownika. W układach praktycznych obu takich działań się nie stosuje i wręcz są one uważane za niepożądane. Ustawienie rezonansu dławik - kondensator na częstotliwości falownika lub bardzo blisko niej powoduje silne prądowe obciążenie elementów falownika. Z uwagi iż jest to rezonans szeregowy, prąd płynący w rezonansie jest w przybliżeniu większy od tego, jaki płynie przy normalnej pracy o wielokrotność wartości dobroci. Potrzebne wtedy będą silniejsze elementy mocy, co niepotrzebnie podroży konstrukcję. Wyszukiwanie specjalnych typów termistora również mija się z celem Na szczęście do pewnego zapalenia nawet starej, długiej świetlówki wystarczy, jeśli dobroć układu rezonansowego będzie rzędu 3..4, co uzyskuje się z zapasem nawet przy ustawieniu rezonansu LC na półtorej częstotliwości falownika.
Zapłon świetlówki i związany z nim dramatyczny spadek jej im-pedancji powoduje silne stłumienie obwodu rezonansowego i wygaszenie napięcia zapłonowego. W stosunku do układu klasycznego, układ powyższy ma szereg zalet:
- świetlówka podczas pracy nie migocze z uwagi na dużą częstotliwość pracy układu;
- sprawność pracy świetlówki jest istotnie wyższa (rys. 4), układ pobiera zatem mniej mocy z sieci;
- projektant ma możliwość kontroli prądu podgrzewającego elektrody poprzez dobór rezystancji PTC, nie ma tutaj szkodliwych skoków prądu wpływających na trwałość lampy;
- zapłon świetlówki jest szybki (1 sekunda) i pewny, nie ma migotania;
- napięcie zapłonu narasta płynnie aż do wartości koniecznej do jonizacji gazu, świetlówka nie jest "atakowana" impulsami zapłonowymi o przypadkowej (niekiedy bardzo wysokiej) wartości.
Ceną za te wszystkie dobrodziejstwa jest oczywiście spora komplikacja układu oraz wyższy poziom zakłóceń radioelektrycznych podczas pracy, zmuszający do stosowania dodatkowych filtrów na wejściu.
Słówko o termistorze
Termistor przeznaczony do układów zapłonowych świetlówek musi spełniać kilka istotnych parametrów. Aby proces podgrzewania elektrod był możliwie równomierny, jego rezystancja w stanie zimnym powinna rosnąć początkowo powoli, aż do temperatury 5O..6O�C (rys. 5). Dalszy wzrost temperatury powinien charakteryzować się szybkim wzrostem rezystancji, z początkowych 150Q, przy temperaturze 80�C opór wynosi już około lkQ.
W typowej temperaturze pracy 120�C rezystancja elementu przekracza 20kQ, a w nowych konstrukcjach specjalnie przygotowy-
wanych do pracy w tym charakterze nawet 100kQ.
Tak duże zmiany są potrzebne, aby wartość napięcia zapłonowego mogła być dostatecznie duża i, co ważniejsze, podczas normalnej pracy straty mocy w tym elemencie były jak najmniejsze. Trzeba bowiem pamiętać, że podczas pracy na świetlówce panuje napięcie rzędu 60..100V i pod tym napięciem element będzie znajdował się cały czas podczas pracy. Musi także być zdolnym wytrzymać krótkotrwałe impulsy zapłonowe o dużej wartości napięcia.
Na szczęście, dla produkowanych specjalnie do tego celu elementów straty mocy są na poziomie 0,5W, co jest wartością do przyjęcia. Termistory PTC do zapłonu świetlówek produkuje wiele firm, z uwagi na ogromną wielkość rynku powstały ostatnio nawet takie (np. CERA-MITE w USA), dla których są to wyroby główne. Podobny w działaniu jest termistor służący do rozmagneso-wywania kineskopu w telewizorach, tak zwany pozystor, jednak do tych celów ma on za małą rezystancję (15Q).
50Hz
10kHz
1MHz
Rys. 4. Sprawność typowej świetlówki w funkcji częstotliwości.
40 60 80 100 120 Temperatura
Rys. 5. Charakterystyka typowego termistora PTC do opisywanych zastosowań.
Elektronika Praktyczna 6/98
63
Elektroniczny układ zapłonowy świetlówki
Opis układu
Schemat elektryczny urządzenia przedstawiono na rys. 6. Aby zakłócenia wytwarzane przez układ w jak najmniejszym stopniu przedostawały się do sieci energetycznej, na wejściu układu zastosowany został "porządny" filtr składający się ze skompensowanego prądowo dławika Dli i dwóch kondensatorów Cl i C2. Rezystor Rl zapobiega możliwości porażenia od naładowanych pojemności filtru. Dalej napięcie sieci jest prostowane i filtrowane za pomocą kondensatora C3. Rezystor R2 ogranicza impuls prądu w momencie włączenia do sieci do wartości bezpiecznej dla diod mostka.
Falownik wykonany został w postaci oscylatora samowzbud-nego i pracuje na częstotliwości 20 kHz. Jego głównymi elementami są tranzystory Tl i T2 oraz transformator TRI. Dodatkowe elementy R7, C6 i R8, C7 tworzą znane z techniki impulsowej układy polepszające komutację tranzystorów, zaś kondensatory C5 i C8 dopasowują tranzystory do transformatora. Z kolei rezystory RIO i R9 umieszczone w emiterach niwelują rozrzut parametrów pomiędzy Tl i T2. Szybkie diody D6 i D7 zabezpieczają klucze przed odwrotną polaryzacją.
Częstotliwość pracy 20kHz została wybrana na tyle duża, aby elementy indukcyjne mogły mieć małe wymiary i układ nie generował szumów w paśmie akustycznym. Jest jednocześnie na tyle niska, iż straty mocy w dławiku i pojemnościach są jeszcze małe.
Aby zrozumieć działanie układu falownika (oczywiście w sposób mocno uproszczony i skrótowy), trzeba założyć, że np. tranzystor T2 właśnie zaczął przewodzić i jego napięcie na kolektorze jest bliskie zera. Od plusa zasilania, przez CIO i uzwojenie TRlC płynie więc prąd. Jego wartość narasta, rośnie też wartość strumienia magnetycznego w rdzeniu TRI. Uzwojenia TRI są włączone w takim porządku, że w takiej chwili prąd indukowany w części TRlD podtrzymuje przewodzenie T2 i jednocześnie w sposób pewny blokuje Tl. Stan taki trwa do momentu, aż prąd narośnie do
takiej wartości, że rdzeń transformatora się nasyci. W tej chwili zmieniają znak prądy płynące w uzwojeniach "D" i "B", T2 zatyka się i zaczyna przewodzić Tl. Prąd płynący przez uzwojenie TRlC znów zaczyna powoli narastać (płynąc tym razem w gałęzi od plusa poprzez Tl i TRlC i Cli do masy) aż do momentu nasycenia rdzenia. I w taki sposób proces ten się powtarza.
Należy koniecznie zapamiętać, że parametry TRI, a więc typ i materiał z jakiego został wykonany rdzeń, liczby zwojów (szczególnie w sekcji "C") decydują w głównej mierze o częstotliwości pracy układu. Uzyskanie dużych częstotliwości wymaga użycia łatwo nasycających się ferrytów, a zatem o dużej przenikalności magnetycznej (nawet 6000!).
Drugą, równie ważną, rzeczą jest to, że częstotliwość pracy układu nie jest stała. Nie wdając się w szczegóły dlaczego tak się dzieje, można jedynie powiedzieć, że częstotliwość pracy rośnie przy wzroście obciążenia (np. przy rezonansie w momencie zapalania lampy). Na szczęście w przypadku opisywanego układu jest to zjawisko korzystne i pozwalające z większym marginesem dobierać elementy układu współpracującego ze świetlówką.
Po włączeniu do sieci praca oscylatora wymaga zainicjowania za pomocą specjalnego układu startowego,
gdyż zarówno tranzys- RySi ó. Schemat elektryczny układu.
64
Elektronika Praktyczna 6/98
Elektroniczny układ zapłonowy świetlówki
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
(o mocy 0,25W o ile nie podano inaczej) Rl, R12: lMn R2: 2,2Q/5W R3: 330kQ/0,5W R4: 270kQ/0,5W R5: 22Q R6: lkn R7, R8: 5,60 R9, RIO: 2,2Q/0,5W Rl 1: 10kO Kondensatory
Cl, C2: 220nF/250VAC (400VDC) KMP-10
C3: 33jiF/350V (16 mm x 30 mm) C4: 100nF/63V C5, C8: lnF/63V Có, C7: 2,2 nF/63V C9: 470nF/63V
CIO, Cli: 470nF/250V KMP-30 C12: 8,2 nF/1200V (najlepiej KFMP) dla 20W, lub 10nF/1000V Półprzewodniki
Ml: mostek okrągły 1A/25OVAC/ np. B250C1000 DZ1: BZY 79C33 (33V Zener) DZ2: BZY 79C8V2 (8,2V Zener) DL D2, D3, D4: 1N4148
D5, Dó, D7: BA 159 Tl, T2: MJE 13005 T3: BC547B
DII: diak lub dynistor na napięcie z zakresu 3O..4OV, np. KR106, DB3C548 (SGS) Różne
Dłl: dławik przeciwzakłóceniowy Dps U21L21 (Polfer) TRI: oscylator -uzwojenia wg opisu w tekście (EP7/98), rdzeń pierścieniowy RP12.5x7.5x4.8 z materiału F2001 Dł2: dławik wg opisu w tekście (EP7/98), rdzeń E30/7 z materiału F807 i karkas E30/2010 PTC: termistor PTC o rezystancji ok. 150O w temperaturze 25�C, np. CERA-MITE nr 307C1306, Philips 2322-66193114 lub 2322-661-93102, SIEMENS B59150-J120-A20 lub B59200-J120-A20
Złącza ARK: jedno czterogniazdo-we o rastrze 5 mm i jedno dwugniazdowe o rastrze 7,5 mm. Radiatory dla Tl i T2: blaszka aluminiowa lub miedziana o grubości ok. 1 mm i o wymiarach 40 x 28 mm: 2 sztuki, żarówka 220V/100W do uruchomienia
tor Tl, jak i T2 nie przewodzą. Tworzą go rezystory R3 i R5, kondensator C4 oraz diak i dioda D5. W momencie włączenia układu do sieci rozpoczyna się ładowanie kondensatora C4 poprzez rezystor R3. W momencie, gdy napięcie na C4 przekroczy wartość progową, przełączania diaka (3O..4OV w zależności od typu), kondensator ten zostaje elektrycznie dołączony przez zwarty diak do bazy T2 wprowadzając go na krótką chwilę w stan przewodzenia i falownik startuje. Rezystor R5 ogranicza impuls prądu startowego do wartości bezpiecznej dla złącza BE T2.
Aby impuls startowy był tylko jeden, konieczne jest uniemożliwienie procesu ponownego ładowania kondensatora C4. Realizuje to dioda D5. W chwili, gdy napięcie na kolektorze spada do wartości bliskich zeru, D5 przewodzi i C4 zostaje rozładowany. Ponieważ stała czasowa R3, C4 jest wielokrotnie większa od okresu drgań falownika, średnie napięcie na C4 podczas pracy jest bliskie zera. Robert Magdziak. AVT
MINIPROJEKTY
Wspólną cechą układów opisywanych w dziale "Miniprojekty" jest łatwość ich praktycznej realizacji. Na zmontowanie i uruchomienie układu wystarcza zwykle kwadrans. Mogą to być układy stosunkowo skomplikowane funkcjonalnie, niemniej proste w montażu i uruchamianiu, gdyż ich złożoność i inteligencja jest zawarta w układach scalonych. Wszystkie projekty opisywane w tej rubryce są wykonywane i badane w laboratorium AVT. Większość z nich wchodzi do oferty kitów AVT jako wyodrębniona seria "Miniprojekty" o numeracji zaczynającej się od 1000.
Muzykalny gadżet
Marzeniem
większości, zwłaszcza
początkujących,
elektroników jest
samodzielne wykonanie
urządzenia które będzie
zarówno słychać, jak
i widać.
Nowoczesne
podzespoły ułatwiają
i przyspieszają
realizację takich
ambitnych pomysłów.
W ańykule
przedstawiamy projekt
prostego urządzenia,
które potrafi odegrać aż
8 melodyjek, dodatkowo
sygnalizując swoje
działanie przy pomocy
5 diod LED.
"Sercem" elektronicznego gadżetu jest układ scalony HT2884 firmy Holtek. Jego schemat blokowy przedstawiono na rys. 1. Układ jest bardzo rozbudowany - oprócz standardowego generatora tonów w jego wnętrzu znajduje się także generator szumu, który jest wykorzystywany do wytwarzania dźwięków symulujących instrumenty perkusyjne.
Schemat elektryczny kompletnego urządzenia przedstawiono na rys. 2. Diody LED Dl..5 sterowane są bezpośrednio z wyjść układu HT2884. Sposób ich świecenia jest zależny od wersji zastosowanego układu USl (w chwili pisania artykułu dostępne były układy w dwóch wersjach: HT2884Ai HT2884B). Rezys-
c*
Moduł
obsługi
przycisków
Generator taktu
Generator łonu
Generator szumu
Dekoder LED
Wzmacniacz LED
Multiplekser analogowy
Wzmacniacz wyjściowy
Generator sygnału
Rys. 1.
------------------_0-------o------_o---------------o---------
TEST1 TEST2 TEST3
HT2884 HOLTEK
tor Rl ogranicza prąd płynący przez diody LED, jego wartość należy dobrać indywidualnie, w zależności od zastosowanych diod (możliwe jest także zastosowanie zamiast Rl zwory). Rezystor R2 pozwala ustalić tempo odtwarzania melodii. Wartość podana na schemacie jest zalecana przez producenta. W urządzeniu modelowym zastosowano układ w wersji "B". W tab. I i LEm 1 zawarto tytuły od-[|g| twarzanych melodii. Lfg* Układ HT2884 jest [ wyposażony we
| wzmacniacz napięcio-9 out wy, przystosowany Śc ot/f do bezpośredniego | sterowania piezocera-
micznym przetwornikiem elektroakus-t y c z n y m . Wyjścia tego wzmacnia-
|D2
ID3
ID4 6
ID5
VSS SERIAL
END~ AUTO
LED1 OSC2
LED2 OSC1
LED3 TEST1
LED4 OJT
LED5 OJT
VDD TEST3
US1 HT2884
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl: 68Q R2: 750kQ R3: 150Q Kondensatory
Cl: 100^F/10V C2: lOOnF Półprzewodniki
USl: HT2884 (w zestawie
będq dostarczane układy
w wersji "B" - wykaz melodii
znajduje się w tab. 1)
Dl, D2, D3, D4, D5: LED
prostokgtne
Różne
przetwornik piezoceramiczny
SW1, SW2: mikroprzełgczniki
Kompletny układ i płytki drukowane są dostępne w AVT pod oznaczeniem AVT-1184.
czone OUT i !OUT (znak "!" oznacza negację). Urządzenie modelowe zostało przystosowane do sterowania głośni-
cza są ozna- RyS. 3.
Melodia 3
Melodia 4
Melodia 6
Melodia 7
I* 250ma
Otwarty dren J L32ma
Otwarty dren
Melodia i
Melodia 1
i 01 100uF
I
02
100nF
Rys. 2.
END
Rys. 4.
Otwarty dren
~^| L-32ms I I Otwarty dren I I I F
Elektronika Praktyczna 6/98
71
MINIPROJEKTY
ka elektromagnetycznego (dzięki zastosowaniu wzmacniacza z tranzystorem Tl), ale możliwe jest sterowanie przetwornika piezo - jego wyprowadzenia należy dołączyć pomiędzy wyjścia wzmacniacza wbudowanego w HT2884, lecz w takim wypadku nie wolno montować rezystora R3 i tranzystora Tl. Niezależnie od wersji wykonania, napięcie zasilania po-
winno się mieście w przedziale 2,4..3,3V (możliwe jest zasilanie z dwóch szeregowo połączonych baterii R3).
Na rys. 3 przedstawiono rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej, widok ścieżek znajduje się na wkładce wewnątrz numeru.
Sterowanie pracą układu HT2884 jest możliwe dzięki
dwóm przyciskom, oznaczonym SERIAL i AUTO. Przy pomocy przycisku SERIAL możliwe jest sekwencyjne uruchamianie odtwarzania kolejnych melodii, przycisk AUTO wyzwala odgrywanie wszystkich melodii kolejno. Na rys. 4 przedstawiono graficznie sposób sterowania układu HT2884 przy pomocy tych wejść. RW
Tabela 1. Tytuły melodii zapisanych w układzie HT2884B
1 London bridge is falling
down
2 Itcomeupona midnightclear
3 Clementine
4 Areyou sleeping?
5 Thecaissons go rolling on
6 Bee
7 Row,row,rowyourboat
8 Mary hada little lamb
Elektronika Praktyczna 6/98
MINIPROJEKTY
Mikroprocesorowy generator impulsów
W praktyce
elektro nika -praktyka
często występ ują
sytuacje, kiedy istnieje
potrzeba zastosowania
źródła impulsów
p ro stok ą tnych,
niekoniecznie
o wygórowanych
parametrach.
Nie każdego jest
stać na zbudowanie
dużego,
wi elo za kre so we go
generatora, a praktyka
dowodzi, że do
uruchomień
n ie sko mp lik o wa nych,
amatorskich układów
cyfrowych wystarczy
prosty generatorek. Oto
taka propozycja.
W czasie projektowania przyjęto założenie, że generator powinien być prosty, bardzo łatwy w uruchomieniu, oraz mieć możliwości odwrotnie proporcjonalne do wielkości zastosowanego układu scalonego.
Generator powinien spełniać następujące funkcje:
- generacja przebiegu prostokątnego o płynnie regulowanym wypełnieniu;
- umożliwiać zmianę częstotliwości przebiegu w możliwie dużym zakresie.
Po krótkiej analizie możliwości układów dostępnych na rynku, na "serce" urządzenia został wybrany 8-nóżkowy mikroprocesorek PIC12C508.
IC1
Schemat elektryczny generatora pokazano na rys. 1. Całe urządzenie składa się z jednego mikroprocesora PIC12C508, pięciu przycisków oraz stabilizatora zasilającego procesor. Wyjście
sygnału stanowi linia GPO, pozostałe pięć linii obsługuje klawiaturę. Wykorzystujemy tutaj tryb synchronizacji pracy mikrokontrolera z kalibrowanym, wewnętrznym generatorem zegaro-
JP2
GF4/OSC2 0P3/MCUWPP
GPO
GP1
GP2/TOCKI
PICI25O8
VCC
McnocHP
vcc
vcc
R1B &rfk7
R1A
SW1
SZYBCIEJ
WOLNIEJ
-o o-swa
o o-
BW3
MAŁE WYPEŁNIENIE
O O-9W4
DUŻE WYPEŁNIENIE
O O-SW5
90%
JP1
Rys. I.
_______ = = 26V J_
72
Elektronika Praktyczna 6/9S
MINIPROJEKTY
Rys. 2.
wym RC. Częstotliwość zegara jest stała i wynosi 4MHz. Wybrany tryb pracy pozwala poprawić możliwości "komunikacyjne" procesora o 50%! Tyle bowiem zyskujemy przez dostęp do kolejnych dwóch linii portu: GP5/OSC1 iGP4/OSC2, wobec czterech dotychczasowych.
Jak już widać, cała idea sterowania została "zaszyta" w programie, którego fragmenty pokrótce omówimy.
Mikrokontroler PIC12C508 nie posiada wbudowanego generatora PWM, należy więc stworzyć go na drodze programowej. Żeby było jeszcze trudniej, nie ma on również systemu przerwań, na szczęście posiada timer.
Algorytm działania generatora PWM (ang. Pulse Width Modulation - modula-
cyclo:=0
ł
wy:=1
V
w00:-w01

OpółnlenlewprowK&one przez tlmerTMRO 1 zależne od OpozTMRO
T
w00:=w00-1
Rys. 3.
cja szerokości impulsu) jest we wszystkich rozwiązaniach z grubsza ten sam, ale istnieją dwie szkoły jego wykonania. Według pierwszej z nich czas dla stanu wysokiego i niskiego jest odliczany niezależnie od siebie. Według drugiej szkoły niezależnymi wielkościami jest okres i jeden ze stanów przebiegu. W naszym rozwiązaniu przyjmiemy wariant drugi , tzn. będziemy zmieniać okres i czas trwania stanu wysokiego.
Wprowadzamy zatem dwie zmienne, które będą odliczać umowny czas trwania okresu i stanu wysokiego, nazywając je odpowiednio W00 i cycle. Algorytm działania tak zaprojektowanego generatora PWM pokazano na rys. 2. Przed wejściem w nieskończoną pętlę generacji ciągu zer i jedynek ustawiane są parametry początkowe generatora, czyli zmienna cycle zostanie wyzerowana, a W00 przyjmie wartość zmiennej W01, która określa wielkość wypełnienia przebiegu. Modyfikując zawartość zmiennej W01 określamy czas trwania stanu wysokiego. Zmienna cycle, jako 8-bitowa i nie modyfikowana, wyznacza stały okres trwania przebiegu Ś
Jak wspomniano wcześniej, użytkownik generatora powinien mieć wpływ na częstotliwość generowanego przebiegu. Wykorzystując wewnętrzny timer mikrokontroler a możemy spowodować spowolnienie odliczania czasu przez W00 i cycle. Czas odliczany przez timer TMRO też uzależnimy od zmiennej, powiedzmy o nazwie OpozTMRO.
W zmiennej OpozTMRO jest przechowywana wartość, jaka będzie zawsze wpisana do zmiennej TMRO (adres fizyczny 01 h) przed odliczeniem opóźnienia. Taką modyfikację podstawowego algorytmu przedstawiono na rys. 3. Od tej pory mamy więc możliwość sterowania wypełnieniem przebiegu prostokątnego oraz jego częstotliwością.
Na list. 1 przedstawiono program, jaki został użyty do zaprogramowania mikro-kontrolera PIC12C508. Podczas analizy programu można dojść do wniosku, że użyto nieznanych rozkazów
Listing 1.
clrwdt
moyff tmrOjOpozTttirO
main2:
moyf tmrO.w
skpz
goto main2
decfsz W00, f
goto mainl
bcf gpO
mainl:
decfsz cycle, f
goto main
bsf gpO
moyff w00,w01
btf ss Klszybciej
cali Szybciej
btf ss KIWolniej
cal 1 Wolniej
btf ss KIMaleWypel
cal 1 MaleWypel
btf ss KlDuzeWypel
cal 1 DuzeWypel
btf ss KIPolWypel
cali PolWypel
goto main
mikrokontrolera: movlf, movff i skpz. Movlf i movff są makrorozkazami przypisania zmiennej odpowiednio wartości literału i wartości innej zmiennej, zaś skpz jest warunkowym makrorozkazem skoku ze względu na ustawienie wskaźnika Z. Rozkazy te zostaną omówione w artykule, który opublikujemy w EP7/98.
Aby umożliwić zmiany wartości zmiennych
OpozTmrO i W01, zastosowano pięć przycisków regulacyjnych, bezpośrednio połączonych z wejściami mikrokontrolera, a w programie do nich przypisano zmienne Klxxxxxx. Po zakończeniu każdego cyklu przebiegu badany jest stan przycisków SW1..SW5. Jeśli którekolwiek z wejść wykaże stan niski, a to oznacza naciśnięcie odpowiadającego mu przycisku SWx, zostanie wywołany odpowiedni podprogram modyfikujący wartości w zmiennych OpozTmrO i W01. Przyjęto następujące znaczenie poszczególnych przycisków:
SW1 - "SZYBCIEJ" - wzrost częstotliwości generowanego przebiegu.
SW2 - "WOLNIEJ" - częstotliwość generowanego przebiegu coraz mniejsza. SW3 - "MAŁE WYPEŁNIENIE" - wypełnienie stanem wysokim maleje. SW4 - "DUŻE WYPEŁNIENIE" - wypełnienie stanem wysokim rośnie. SW5 - "50%" -wypełnienie wynosi 50%.
Na rys. 4 jest pokazana płytka
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl: 8x4,7kQ Kondensatory
Cl, C3, C4: lOOnF C2: 100^F/25V Półprzewodniki
IC1: PIC12C508 -
zaprogramowany
IC2: LM78L05 lub podobny
Różne
JP1, JP2: złgcza ARK2
SW1, SW2, SW3, SW4, SW5:
mikrowłgczniki
Kompletny układ i płytki drukowane są dostępne w AVT pod oznaczeniem AVT-1185.
drukowana i rozmieszczenie podzespołów. Montaż urządzenia jest banalny, nie będziemy go więc szczegółowo omawiać.
Uruchomienie układu nie powinno nastręczać większych problemów. Potrzebny będzie zasilacz 1O..16V oraz oscyloskop albo jakikolwiek licznik impulsów. Najpierw sprawdzamy, czy lokalny zasilacz płytki pracuje poprawnie. Należy to zrobić przed włożeniem procesora w płytkę. Wystarczy pomiędzy nóżkami 1 i 8 podstawki procesora zmierzyć napięcie, które musi wynosić 5V ą0,2V. Po włożeniu mikrokontrolera i włączeniu zasilania, na ekranie oscyloskopu dołączonego do wyjścia układu powinien pojawić się obraz przebiegu prostokątnego. Regulując odpowiednimi przyciskami SWx możemy dowiedzieć się o możliwościach generatorka przebiegu prostokątnego. Za pomocą licznika impulsów można sprawdzić jedynie częstotliwość generacji. Mirosław Lach, AVT [e-mail]
Plik PWM.ASM jest dostępny w Internecie pod adresem : www.avt.com.pl/avt/ ep/ftp
IC1
Ś GND
SUI1 SUIS sura SUI4 SUI5
SZYBCIE
J MAŁE WYPEŁNIENIE
UDLMIEJ DUZE WYPEŁNIENIE
Elektronika Praktyczna 6/98
73
NOWE PODZESPOŁY
Nowości firmy
Pierwszą z nowoSci Atmela, którą chcemy przedstawić, jest kolejny procesor rodziny AVR. Układ ten, mający oznaczenie AT90S8515, jest wyposażony w 8kB pamięci programu Flash, 512B pamięci danych RAM i 512B pamięci pomocniczej EEPROM. Standardowo (jak na rodzinę AVR) jest wyposażony w port ISP, przy pomocy którego można programować procesor bezpoSrednio
10-bitowy przetwornik A/C z 8-kanalowym multiplekserem analogowym, zegar czasu rzeczywistego, 3 timery-liczniki, UART i ti-mer-watchdog. Pierwsze układy ATmegalO3 będą montowane w obudowach PQFP64. Szczegóły konstrukcyjne układów Atmega603 zostaną ujawnione na początku maja '98.
Kolejną, bardzo interesującą nowoScią są nowe, nieulotne pamięci szeregowe serii Da-
Oznaczenie Pamięć Flash SRAM EEPROM UART Liczniki/timery Liczba wyprowadzeń
[kB] [B] [B]
AT90S1200 1 - 64 1 20
AT90S2313 2 128 128 + 2 20
AT90S4414 4 256 256 + 3 40/44
AT90S8515 8 512 512 + 3 40/44
w urządzeniu. Dodatkowym wyposażeniem jest port szeregowy UART oraz 3 programowane timery-liczniki. W tab. 1 znajduje się zestawienie układów serii AVR dostępnych w chwili obecnej.
Znacznemu rozszerzeniu ulegną możliwoS-ci procesorów AVR z chwilą wprowadzenia na rynek nowej rodziny, którą nazwano Me-gaAVR. Do produkcji wprowadzane są obecnie dwa układy tej serii - ATmegalO3 i ATmega603. Pierwszy z układów jest wyposażony w ogromną pamięć programu Flash o pojemnoSci 128kB
taFlash. Cechą charakterystyczną nowych opracowań jest bardzo szybki interfejs szeregowy, który można taktować z maksymalną częstotliwością do lOMHz. Także pojemnoSć nowych pamięci przekracza dotychczasowe standardy - mieSci się ona bowiem w zakresie 2..16Mb. W tab. 2 znajduje się zestawienie podstawowych niożliwoSci nowych układów.
oraz 4kB pamięci EEPROM programowanej w systemie i 4kB pamięci RAM,
Oznaczenie Szybkość [MHz] Pojemność [Mb]
Napięcie zasilania 2,7..3,6V
AT45DB021 AT45DB041 AT45DB081 AT45DB161
5 5
10 10
Napięcie zasilania 5 V
AT45D021
AT45D041
AT45D081
AT45D161
16
16
Opis
dwa bufory SRAM 264B, SPI dwa bufory SRAM 264B, SPI dwa bufory SRAM 264B, SPI dwa bufory SRAM 528B, SPI
dwa bufory SRAM 264B, SPI dwa bufory SRAM 264B, SPI dwa bufory SRAM 264B, SPI dwa bufory SRAM 528B, SPI
Przetwornica ładunkowa firmy
TECHNOUDGY
Układ LTC1515 jest prostą w stosowaniu (rys. 1) przetwornicą ładunkową, na wyjSciu której otrzymujemy stabilizowane napięcie (3/3,3 lub 5V), niezależnie od wartoSci napięcia wejSciowego, którego wartoSć powinna mieScić się w zakresie 2..10V. WydajnoSć prądowa tego układu wynosi 50mA, napięcie wyjSciowe reguluje się przy pomocy wejScia cyfrowego (rys. 8), możliwe jest także sprzętowe zablokowanie pracy, co wydatnie zmniejsza pobór prądu (poniżej luA w trybie
shut-down oraz 60uA podczas normalnej pracy). Na rys. 2 przedstawiono wykres ilustrujący jakoSć stabilizacji napięcia wyjScio-wego w funkcji zmian napięcia zasilającego. Układy LTC1515 dostępne są w obudowach SO-8.
= 3 3Vor5V
out = 50mA
ICH. 5/3 T = = 3 OmA
- ____ .------- ____Ś


4 5 6 7 8
Napięcie wejściowe \V\
Rys. 2.
Elektronika Praktyczna 6/98
75
NOWE PODZESPOŁY
Scalony konwerter RS232/0neWire
DS2480 |- DALLAS
MW SEMICONDUCTOR
Rys. 3.
CONFIGURATION REGISTER
PROTOCOL ANALYZER
PROTOCOL
CONVERTER
TIMING GENERATION
5VO
1-WIRE DRIVER
Układy pamięciowe serii Touch Memory (teraz nazywane iButton) cieszą się wSród użytkowników na całym Świecie nieustającym powodzeniem. Największym problemem, na jaki napotykają konstruktorzy chcący je stosować w swoich projektach, jest koniecznoSć samodzielnego budowania konwertera transmisyjnego, który zapewni poprawne przesyłanie informacji do i z układów Touch Memory - a są one zasilane i sterowane poprzez linię jednoprzewodową. Dal-las chcąc ułatwić rozwiązanie tego problemu opracował scalony konwerter poSredniczący w transmisji pomiędzy portem szeregowym zgodnym z RS232, a dowolnym układem sterowanym przez szynę OneWire. Schemat blokowy układu DS2480 przedstawiony został na rys. 3. Na rys. 4 znajduje się najprostsza aplikacja tego układu, w której pracuje on jako prosty, dwukierunkowy konwerter danych. W przypadku podania na wejScie ozna-
czone Vpp napięcia 12V możliwe jest programowanie pamięci EPROM, która wchodzi w skład niektórych układów serii Touch Me-
mory. Na rys. 5 przedstawiono nieco bardziej rozbudowaną aplikację układu DS2480, w której pracuje on jako konwerter danych dołączony bezpoSrednio do wyjSć buforów RS232 (zasilany napięciem ą12V).
5V
V
Rys. 5.
"Mała" logika z firmy
PAIRCHILD
SEMICaNDUCTDR1
WiększoSć konstruktorów urządzeń cyfrowych spotkała się podczas projektowania z problemem braku jednej lub dwóch prostych bramek, które wymuszały przeprojektowanie płytki drukowanej lub wręcz zmianę koncepcji projektu. Podobne trudnoSci napotykali projektanci urządzeń wymagających prostych elementów logicznych, gdy nieopłacalne było stosowanie standardowych układów serii CMOS lub TTL.
Lekarstwem na tego typu problemy może być najnowsze opracowanie firmy Fairchild
64mA
M. 24mA
12mA 8mA
4mA 1mA
Rys. 6.
NC7SZ384
ŚŚ ALS TTULS FAST FACT/QSLCX * LVT ABT FASTr
MGCMOS LVQ mc
HC LVX
W ------------------------to-
40ns
25ns
8ns Czas propagacji
- układy serii TinyLogic. Stanowią one kontynuację popularyzowanej przez firmę National Semiconductor rodziny układów analogowych serii Tiny, które są coraz częSciej stosowane w sprzęcie przenoSnym. Wszystkie układy serii Tiny montowane są w miniaturowych obudowach SOT23-5.
W ramach serii TinyLogic dostępnych jest 39 układów, podzielonych na trzy rodziny (rys. 6): / HS - stosunkowo wolne układy o małym poborze mocy. Mogą one pracować w szerokim zakresie napięć zasilających 2..6V.
/ HST - seria układów o p arame t-rach czasowych zbliżonych do serii HS, przystosowanych do pracy z napięciem zasi-
/ HSZ - ultraszybkie układy o dużej wydaj-noSci prądowej na wyjSciu. Mogą one być zasilane napięciem z zakresu 1,8..5,5V. Niezależnie od serii, wszystkie układy TinyLogic są energooszczędne - pojedynczy układ nie pobiera zazwyczaj więcej niż 10[iA (serie HS/HST) lub 20^A (seria HSZ).
Na rys. 7 przedstawiono kilka struktur dostępnych w ramach serii TinyLogic.
NC7S0O, NC7SZ00, NC7STO0 NC7S32, NC7SZ32, NC7ST32
NC7S86, NC7SZBB, NC7ST86
1ns
lania 5V.
NC7SZB6
7.
Elektronika Praktyczna 6/98
NOWE PODZESPOŁY
Układ nadzorujący �dallas dla zaawansowanych systemów komputerowych
Szybki rozwój komputerów i związany z tym wzrost wymagań jednostek centralnych w stosunku do elementów peryferyjnych zachęca producentów układów scalonych do wdrażania coraz doskonalszych, zintegrowanych systemów nadzorujących. Przy pomocy tych układów możliwa jest kontrola napięć zasilających, wykrywanie zbytniego nagrzewania się wybranych elementów systemu, a także weryfikacja popra-wnoSci pracy wentylatorów chłodzących procesor i zasilacz.
Największą dotychczas popularnoSć zdobył układ opracowany przez National Semicon-ductor, który nosi oznaczenie LM75. Rozwinięciem tej konstrukcji jest najnowszy produkt Dallasa - układ DS1780 (schemat blokowy przedstawiono na rys. 8).
Programowanie nastaw progowych oraz konfiguracja układu odbywa się poprzez szynę szeregową PC (podobnie jak LM75). Przetwornik A/C, który umożliwia mierzenie wszystkich wielkoSci analogowych, jest wyposażony na wejSciu w 7-kanałowy multiplekser analogowy. SzeSć wejSć wykorzystano do pomiaru napięć zasilających występujących w systemie (zarówno dodatnich, jak i ujemnych), jedno wejScie analogowe wykorzystano do pomiaru temperatury. Czujnik temperatury wbudowano w strukturę układu. Cyfrowy komparator nadzoruje aktualne wartoSci poszczególnych nastaw i w przypadku przekroczenia którejS z nich generuje przerwanie dla procesora.
Dopuszczalny zakres napięcia zasilającego dla układu DS1780 wynosi 2,8..5,5V.
CHASSISINTRUSION DETECTOn/LATCH
SYSTEM RESET AND
INITIALIZATION
Rys. 8.
3817SC
-IŁDALLAS
MW SEMICONDUCTOR
Procesor do telewizorów cyfrowych firmy fSPHILIPS
Rozwój technologii półprzewodnikowej jest jednym z najważniejszych stymulatorów szybkiego wdrażania telewizji cyfrowej.
Philips jest jednym z producentów specjalizowanych procesorów do obróbki sygnałów wizyjnych, audio oraz transmisji danych. Chyba właSnie ze względu na tak ogromną uniwersalność noszą one nazwę TriMedia. W odróżnieniu od dotychczas produkowanych układów tego typu, procesory TriMedia charakteryzuje znacznie większa uniwersal-noSć - możliwe jest na przykład przesyłanie
obrazu w jednym spoSród 18 formatów (wybieranych w zależnoSci od rodzaju przekazywanej informacji). Wybór formatu i sposobu dekompresji obrazu można wybrać przy pomocy odpowiedniego oprogramowania procesora.
Dzięki wbudowaniu w procesor Ścieżki logicznej dla obróbki danych procesor TriMedia może zastąpić także modem, a od tego już niedaleka droga do wbudowania kompletnej przeglądarki sieciowej w telewizor...
Elektronika Praktyczna 6/98
77
NOWE PODZESPOŁY
Nowe mikrokontrolery firmy
Zilog rozszerzy w najbliższym czasie rodzinę popularnych mikrokont-rolerów serii Z8 o układy oparte na nowym rdzeniu, noszącym nazwę ZSPlus Core. Naj-częSciej podkreślaną przez producenta zaletą nowych układów jest zwiększenie szybkoSci pracy jednostki centralnej - wszystkie instrukcje wykonywane są w ciągu l[is (zegar lOMHz). Nowe układy są kompatybilne programowo z dotychczas produkowanymi. W odróżnieniu od dotychczas produkowanych mikro-kontrolerów, wejScie zerujące wyprowadzono na zewnątrz (nie ma wbudowanego modułu Power On Reset).
Na rys. 10 przedstawiono schemat blokowy pierwszego układu no- * ' wej serii, który nosi oznaczenie Z8E001. Jest on wyposażony w lkB pamięci OTPPROM i 64B RAM. Rozbudowany układ przerwań, wbudowany komparator analogowy, 13 kon-figurowalnych pinów I/O oraz trzy progra-
VCC GND 1 1 XTAL /PESET It 1
Two 8-bitTimers or One 16-bit PWM Tlmer Machinę Timlng &lnst. Control
1
ALU -1
One 16-bit Std. Tlmer
FLAG
OTP Prg. Memory

Interrupt Control
t
Register Pointer Program Counter
One Analog Comparator
RAM Register File 1

*

Port A PortB ? por
l/O l/O
mowalne timery dopełniają atrakcyjny obraz nowych procesorów.
Dopuszczalny zakres napięcia zasilającego wynosi 3..5,5V. Dostępne będą układy w obudowach DIP i SOIC18 oraz SSOP20.
Miniaturowa przetwornica napięcia firmy
National Semiconductor
Najnowszą scaloną przetwornicą ładunkową małej mocy opracowano z mySlą o stosowaniu we wszelkiego rodzaju sprzęcie przenoSnym. Jest to układ ' "^ LM3550 firmy National Semiconductor. Możliwe jest skonfigurowanie do pracy w trybie podwyższania (rys. 11) lub obniżania (rys. 12) napięcia. Duża częstot-
liwoSć kluczowania (800kHz)
Rys. 12.
0,3ĄjF
0,33fiF
Rys. 11.
Vin = 5V
O
8
> -__�
7
LM 33SC 6 Z0,33łiF
5 ^0,33^F

oraz mała impedancja wyjScio-wa pozwalają osiągnąć wydaj-noSć prądową rzędu 50mA. Typowo układ stosuje się do konwersji napięcia zasilającego z 3,3/5V oraz 5/3,3V.
Układ LM3350 dostępny jest w obudowach SOS.
Elektronika Praktyczna 6/98
PROJEKTY
Programowany laboratoryjny,
lacz
2
kit AVT-366
W drugiej części ańykuiu
skupimy się na omówieniu
montażu i uruchomienia
zasilacza. Najtrudniejsza
w procesie uruchomienia jest
kalibracja, od której zależy
precyzja ustawienia napięcia
wyjściowego. Z tego powodu
gorąco zachęcamy wszystkich
potencjalnych wykonawców
zasilacza do wnikliwego
przeczytania tej części
artykułu.
Montaż i uruchomienie
Zasilacz jest montowany na dwóch dwustronnych płytkach drukowanych, wykonanych w technologii dwuwarstwowej z metalizacją. Widoki ścieżek na poszczególnych warstwach płytek przedstawiono na wkładce wewnątrz numeru.
Na rys. 6 (płytka nastawnika) i rys. 7 (płytka zasilacza) przedstawiono rozmieszczenie elementów na obydwu płytkach. Montaż przebiega w sposób tradycyjny: kolejność montażu elementów należy dobierać kierując się ich rozmiarami (począwszy od najmniejszych i leżących najbliżej powierzchni płytki). Należy zwrócić uwagę, że na płytce nastawnika przełącznik Swl, impulsator Impl oraz diody LED Dl..4 są montowane od strony lutowania. Pozostałe elementy należy zamontować od strony opisu. Pod układy scalone US1..4 warto zastosować podstawki, które ograniczają ryzyko ich przypadkowego uszkodzenia (wszystkie układy są wykonane w technologii CMOS).
N a sta wnik z a daj ą cy napi ę ci e wyjściowe i prąd zadziałania ogranicznika jest dość uniwersalny (możliwości zastosowanego
w nim
mikiokontrolera opisaliśmy w pierwszej części artykułu), a tryby jego pracy ustala się przy pomocy dwóch jumperów JPl iJP2. Zalecane położenie jumperów podczas sterowania zasilaczem przedstawiono na rys. 8. Jeżeli nastawnik nie będzie wykorzystywany do innych zadań, można w miejsce gold-pinów i jumperów wlutować z wory.
Montaż płytki zasilacza także nie jest zbyt trudny, wymaga jednak od montażysty pewnych umiejętności związanych z mechaniką - niezbędne będzie bowiem samodzielne wykonanie dwóch ra-diatorów. Jeden radiator należy
Parametry zasilacza AVT-266.
zakres napięć wyjściowych 3,5 24V, / rozdzielczość nastawnika napięcia 80rnV, / liczba kroków regulacji napięcia 256, / liczba zakresów ograniczania prądowego 4, / maksymalny prąd wyjściowy 1.43A, / pozostałe zakresy prądowe 100mA, 500mA,
1A
Rys. ó. Rozmieszczenie elementów na płytce nastawnika.
Elektronika Praktyczna 12/97
59
Programowany zasilacz laboratoryjny
Rys. 7. Rozmieszczenie elementów na płytce zasilacza.
przymocować, przy pomocy śrub z nakrętkami o średnicy 3mm, do metalowych fragmentów obudów stabilizatorów USlO iUSll. Drugi, znacznie większy radiator, stanowi niezbędny element chłodzenia tranzystora mocy T3. W egzemplarzu modelowym wykorzystano fragment aluminiowego profilu walcowanego, do którego został przykręcony tranzystor T3. Powierzchnię styku radiatora tego tranzystora z profilem pokryto warstwą pasty silikonowej, co zmniejsza rezystancję termiczną styku, poprawiając warunki chłodzenia.
Rezystor R5 należy zamontować w odległości minimum 5mm nad powierzchnią płytki drukowanej. Dopuszczalny jest montaż tego rezystora bezpośrednio na
płytce drukowanej, jednak zaleca się zastosowanie, jako elementów pośredniczących, miedzianych kołków lutowniczych pokrytych sreb-
rem.
Po zamontowaniu wszystkich elementów na płytkach drukowanych należy wykonać jeszcze przewód, którym zostaną połączone obydwa moduły. Najprostszym wyjściem jest zastosowanie dwóch wtyków zgodnych ze standardem FDC (np. ZWS-20), które należy zacisnąć na 10-cm odcinku płaskiego, 20-żyłowego kabla taśmowego. Kabel powinien być wykonany w taki sposób, aby zostały połączone ze sobą styki o takich samych numerach w obydwu wtykach.
Po wykonaniu kabla i sprawdzeniu jakości montażu można
przystąpić do wykonania niezbędnych połączeń pomiędzy obydwoma modułami i podzespołami zewnętrznymi. Uproszczony schemat tych połączeń przedstawiono na rys. 9.
Uruchomienie zasilacza można podzielić na dwa etapy, które przedstawiamy poniżej.
Rozpoczynamy od płytki nastawnika, którą można uruchomić bez konieczności podłączania do płytki mocy. Do sprawdzenia działania nastawnika niezbędny będzie zasilacz o stabilizowanym napięciu wyjściowym 5V i 8 diod LED. Diody dołączamy anodami do wyprowadzeń PA0..7 mikro-kontiolera, a ich katody z włączonymi w szereg rezystorami o rezystancji 470Li dołączamy do masy zasilania (rys. 10). Następnie należy dołączyć do płytki zaciski wyjściowe zasilacza, a zworki na złączach JPl i JP2 należy ustawić zgodnie z podanym wcześniej opisem. Po włączeniu napięcia powinna zaświecić się tylko dioda Dl, a diody dołączone do wyjścia mikrokontrolera (wg rys. 10) nie powinny się świecić.
Rys. S. Sposób konfiguracji procesora US4.
Naciskanie przycisku Swl wymusza kolejne zapalanie się diod D2..4. Następnie sprawdzamy, czy procesor reaguje na pokręcanie osią impulsatora Impl. Każdy wyczuwalny ręką przeskok osi impulsatora powinien spowodować zmianę stanu wyjść sterujących świeceniem diod LED w sposób charakterystyczny dla liczników binarnych.
.60
Elektronika Praktyczna 12/97
Programowany zasilacz laboratoryjny
Radlator tranzystora wyjściowego
Transformator toroidalny 50W/24YAC
Opis konfiguracji Radlator stabilizatorów procesom US4
ŚŚJ
Rys. 9. Schemat montażowy
Kierunek tych zmian jest zależny od kierunku obracania osi impulsatora.
Jeżeli obserwujemy opisane efekty, to możemy uznać, że płytka nastawnika pracuje poprawnie. Przechodzimy więc do uruchomienia i regulacji płytki zasilacza. Można ją przeprowadzić po dołączeniu płytki nastawnika lub można ją zastąpić DIP-switchem i jednym mikroprzełącznikiem. Obydwie metody są jednakowo skuteczne, wybór pozostawiamy więc Czytelnikom. Podczas regulacji zasilacza niezbędny będzie woltomierz cyfrowy lub analogowy o dużej dokładności.
Regulację rozpoczynamy od wpisania wartości OOh do rejestru danych przetwornika. Mikrokont-roler programatora robi to automatycznie po włączeniu zasilania, generując pojedynczy impuls zegarowy. Wpisanie takiej wartości do rejestru danych powoduje, że napięcie na wyjściu zasilacza jest minimalne.
Teraz, przy pomocy wkrętaka, należy ustawić następujące napięcia:
- na wyjściu wzmacniacza US6 (rys. 5) napięcie o wartości 4,0V; regulacji dokonujemy przy pomocy potencjometra wieloobro-towego Pl;
- na wyjściu wzmacniacza US7 (rys. 5) napięcie o wartości 0,583V; reguluje się je przy pomocy potencjometra P2.
Napięcia te wyznaczają zakres zmian napięcia na wyjściu wtórnika US8. Przy podanych wartościach napięć, najmniejszy skok napięcia wynosi 80mV. Czyli po każdym skoku obrotu impulsatora napięcie zmienia się o 80mV.
Napięcie z wyjścia wtórnika jest podawane na wejście nieod-wracające wzmacniacza operacyjnego, którego wzmocnienie jest zależne od położenia suwaka potencjometra P3. Elementy R8, R9 i P3 dobrano w taki sposób, że dla środkowego położenia suwaka potencjometra wzmocnienie wzmacniacza wynosi 6V/V. Regulację wzmocnienia należy przeprowadzić dwukrotnie: pierwszy raz po wpisaniu wartości OOh do rejestru danych przetwornika US5, drugi raz po wpisaniu wartości ffh do rejestru danych. Wartości napięć wyjściowych (na wyjściowym złączu ARK) w skrajnych przypadkach powinny wynosić odpowiednio: 3,5V i 24V.
Jeżeli wszystkie dotychczas opisane regulacje udało się przeprowadzić, to należy skontrolować działanie ogranicznika prądowego. Jeżeli obydwa przekaźniki mają styki rozwarte, wydajność prądowa zasilacza jest najmniejsza i wynosi lOOmA. Zwarcie styków przekaźnika Prz2 powoduje
zwiększenie wydajności prądowej do 500mA, zwarcie styków przekaźnika Przl podnosi ją do 1A, a zwarcie obydwu styków powoduje zadziałanie ogranicznika dopiero dla prądu wyjściowego ok. 1,43A. Sterowanie przekaźnikami jest możliwe przy pomocy płytki programatora lub przez bezpośrednie podawanie stanów "1" (lub napięcia 0/+5V) na styki 19 i 20 złącza Zl2.
Podczas instalowania zasilacza w obudowie należy pamiętać o konieczności zapewnienia dobrego chłodzenia radiatorom stabilizatorów US10, USll oraz tranzystora T3. W typowych zastosowaniach nie będzie konieczne stosowanie wymuszonego chłodzenia (np. przy pomocy wentylatora), warto jednak zadbać o to, aby w obudowie urządzenia wykonać otwory wentylacyjne w okolicy radiatorów. Piotr Zbysiński, AVT
US4
8xLED
8x470
Rys. 10. Układ pomocniczy do testowania płytki sterownika.
Elektronika Praktyczna 12/97
61
KURS
Biblioteki
mikroprocesorowych j procedur standardowych
Kolejkowana transmisja przez port szeregowy
Przedstawiamy kolejną
procedurę, która może być
przydatna w samodzielnie
tworzonych opracowaniach.
Zapewnia on a program ową
emulację kolejki FIFO dla
szeregowej transmisji danych
przez port szeregowy UART
procesorów pochodnych '51.
Wielu Czytelników stosujących w swoich opracowaniach mikro-kontrolery podchodzi z rezerwą do zagadnienia obsługi portu szeregowego w procesorze rodziny '51. Poniżej spróbujemy, przynajmniej częściowo, rozwiać ich obawy.
Niewątpliwą zaletą komunikacji szeregowej jest mała liczba wykorzystywanych linii sygnałowych, zaś jej wadą stosunkowo niska prędkość transmisji. Taki interfejs może więc być idealnym rozwiązaniem we współpracy z powolnymi urządzeniami mechanicznymi (np. drukarki termiczne), czy urządzeniami odległymi, relatywnie rzadko wymagającymi obsługi, np. czujnikami inteligentnymi, które samodzielnie gromadzą i wstępnie obrabiają dane pomiarowe.
Port szeregowy jest w procesorach '51 traktowany jako urządzenie zewnętrzne, czyli podobnie jak timer albo przerwania zewnętrzne. Wszystkie te urządzenia komunikują się z jednostką centralną przy pomocy procedury obsługi przerwań.
Interfejs szeregowy zapewnia transmisję dupleksową, czyli odbiór oraz nadawanie mogą być w pełni niezależe od siebie. Transmisja nie jest kolejkowana, co oznacza, że po odbiorze danej powinna ona być odebrana z interfejsu przed nadejściem kolejnej. Do komunikacji z interfejsem szeregowym służy rejestr specjalny oznaczony symbolicznie SBUF. W przypadku nadawania, transmisja jest inicjowana za pomocą dowolnej instrukcji adresującej ten rejestr jako docelowy, natomiast odbiór rozpoczyna się po zajściu określonych warunków zewnętrznych.
Jako linie komunikacyjne ze światem zewnętrznym wykorzystywane są dwie linie portu P3, oznaczone jako RxD (P3.0 - linia przeznaczona do odbioru) oraz TxD (P3.1 - linia przeznaczona do nadawania). Pierwszym bitem przesyłanych danych jest najmłodszy (LSB), ostatnim zaś najstarszy (MSB). Drugim rejestrem specjalnym skojarzonym z interfejsem szeregowym jest rejestr SCON, który steruje procesem transmisji.
Mamy do wyboru cztery tryby pracy interfejsu, oznaczone cyframi od 0 do 3. Oto ich skrócony opis działania:
- Tryb 0 - dane są odbierane i nadawane poprzez RxD, a na TxD panuje sygnał synchronizu-jący o częstotliwości wynoszącej 1/12 częstotliwości zegara procesora - transmisja jest synchroniczna. Długość słowa danych wynosi 8 bitów.
- Tryb 1 - dane są odbierane na linii RxD, nadawane poprzez linię TxD. Transmisja jest asyn-chroniczna, więc dodatkowo pojawiają się: synchronizujący bit startu (zawsze 0) na początku transmisji i na jej końcu bit stopu (zawsze 1). Pomiędzy tymi elementami synchronizujący-mi występuje 8 bitów danych. Prędkość transmisji jest zależna od ustawienia timera Tl, którego sygnały przepełnienia liczników wyznaczają impulsy syn-chronizujące całą transmisję. Dodatkowo, prędkość transmisji można spowolnić dwukrotnie, zerując bit SMOD, który jest najstarszym bitem w rejestrze specjalnym PCON (uwaga! rejestr PCON nie jest adresowany bitowo).
Elektronika Praktyczna 6/98
79
Biblioteki procedur standardowych
- Tryb 2 - dane są odbierane na linii RxD, nadawane przez linię TxD. Transmisja jest asynchro-niczna, ale pomiędzy bitami startu i stopu znajduje się 9 bitów, z czego 8 młodszych bitów to bity danych, bit ostatni jest pobierany z rejestru SCON (bit RB8). Bit RB8 może być bitem kontrolnym, np. wcześniej obliczonym bitem parzystości. Prędkość transmisji jest sztywna: 1/ 32 (SMOD = 0) albo 1/64 (SMOD=1) częstotliwości zegara.
- Tryb 3 - ten tryb różni się od trybu 2 tylko prędkością transmisji, która jest zależna od ustawienia timera Tl. Jego sygnały przepełnienia synchronizu-ją transmisję.
Informacje zawarte w rejestrze SCON rozkładają się na jego poszczególne bity w sposób następujący, poczynając od bitu najstarszego.
- SMO, SMl - dwa bity kodujące numer jednego z trybów pracy opisanych wyżej.
- SM2 - zapewnia komunikację wieloprocesorową w systemie.
- REN - programowa blokada odbioru.
- TB8 - dziewiąty bit nadawanego słowa w trybie 2 albo 3.
- RB8 - dziewiąty bit odebranego słowa w trybie 2 albo 3.
- TI - flaga przerwania ustawiana sprzętowo po zakończeniu nadawania, powinna być zerowana w procedurze obsługi przerwania interfejsu szeregowego.
- RI - flaga przerwania ustawiana sprzętowo po odebraniu pełnego słowa, powinna być zerowana w procedurze obsługi przerwania interfejsu szeregowego.
Twórcy rodziny '51 uznali, że nie ma istotnej potrzeby oddzielania obsługi przerwania dla danych przychodzących i nadawanych. Układ interfejsu szeregowego ma jedno przerwanie wspólne dla obu kierunków przesyłania danych i tylko na drodze programowej można rozróżnić, co jest przyczyną wywołania przerwania.
Spośród czterech trybów pracy układu transmisji szeregowej wybierzemy do naszych eksperymentów tryb 1. Łatwo to uzasadnić. Po pierwsze, interesuje nas osiem bitów danych i nie mamy istotnej potrzeby dokładania dziewiątego bitu jako bitu parzystości. Po
drugie - chcemy uzyskać jedną z przyjmowanych najczęściej prędkości transmisji, np. 1200 bitów na sekundę. Po trzecie - dobrze by było, żeby oprócz możliwości poprawnej transmisji szeregowej, nasz system miał jeszcze zdolność pomiaru czasu w jednostkach u nas przyjętych. Zapewni nam to w niezależny sposób kształtowaną częstotliwość synchronizacji portu szeregowego (timer Tl) i jednocześnie odliczanie czasu (timer TO).
Argument trzeci doprowadza nas do poważnej decyzji: wyboru częstotliwości zegara. Dobrym wyborem dla odliczania czasu jest typowa częstotliwość 12MHz. Cykl maszynowy wynosi dokładnie l|is, więc nie ma problemu z przeliczaniem. Gorzej sprawa ma się z doborem parametrów timera Tl. Weźmy dla przykładu prędkość 1200 bodów. Przyjmijmy, że timer Tl będzie pracował w trybie 2, czyli z automatycznym przeładowaniem. Wtedy wzór na obliczenie zawartości THl jest następujący:
TH1=256-(2SMOD * f/(32*12*BR)), gdzie:
SMOD - stan bitu SMOD, f - częstotliwość zegara w hercach,
BR - prędkość transmisji w bodach.
Dla 1200 bodów i SMOD=1, THl wynosi w przybliżeniu 203,92. Z konieczności musimy przyjąć wartość całkowitą, czyli 204. Jeśli SMOD=0, THl=229,96, to daje w efekcie THl=230. Obie wartości THl mogą nie zapewnić poprawnego odbioru i należy to sprawdzić. Po przekształceniu powyższego wzoru wartości prędkości transmisji dla SMOD=1 i SMOD = 0 wynoszą 1201,92. W porównaniu z prędkością dokładną wartość ta różni się o mniej niż 0,2%. Musimy zwrócić uwagę na charakter transmisji w trybie 1: jest to transmisja asynchroniczna, czyli proces synchronizacji zachodzi dla pojedynczego słowa. Ponieważ układ w procesorze '51 próbkuje stan bitów w domniemanym środku impulsu, a bitów mamy 10, dopuszczalna niedokładność odbioru wynosi 5%. Możemy być więc spokojni o poprawność odbioru. Dla większych prędkości transmisji problem doboru wartości
w THl zaczyna być coraz bardziej uciążliwy.
Oczywiście nic nie stoi na przeszkodzie w doborze takiej częstotliwości, która zapewni dokładną prędkość transmisji szeregowej i jednocześnie będą spełnione dogodne warunki do odliczania czasu. Bardzo dogodna z punktu widzenia układu transmisji szeregowej, proponowana przez producenta procesora, częstotliwość ll,05962MHz tylko z pozoru wydaje się niewdzięczną do pomiaru czasu. Rzeczywiście, czas cyklu nie jest liczbą całkowitą i wynosi około l,085|is. Tak naprawdę, w procesie odliczania czasu zliczamy cykle procesora. Dla tej częstotliwości w ciągu sekundy zostanie zliczonych dokładnie 1105962 0/12 = 921635 impulsów. Rozkładając tę liczbę na czynniki dostajemy: 921635 = 5*11*13*1289 = 143*6445
Wpisując do TH0=256-143=113, w każdej procedurze obsługi przerwania zwiększamy parę komórek pamięci modulo 6445 i po każdym przejściu z 6444 na 0 odliczyliśmy 1 sekundę.
Jeśli używamy timera Tl, nie możemy zapomnieć o zablokowaniu przerwania od niego. Dobrą zasadą jest zdefiniowanie wektora przerwania, a w procedurze obsługi przerwania powinien być tylko rozkaz powrotu z tej obsługi RETI.
Tak oto dobrnęliśmy do zasadniczej części artykułu, po drodze rozwiązując problem doboru parametrów interfejsu szeregowego i zegara, który go synchronizuje.
Kiedy uważniej przyjrzymy się specjalizowanym układom transmisji szeregowej, szybko zauważymy, że wspólną ich cechą jest posiadanie systemu kolejkowania odbieranych i nadawanych znaków. Wprawdzie nie są to stosunkowo długie kolejki (kilka..kilkanaście bajtów), jednak transmisja staje się dużo bardziej wygodna: procesor nie musi intensywnie sprawdzać stanu jednobajtowego bufora komunikacyjnego, a wystarczy, że będzie czynił to rzadziej i z równą skutecznością, bowiem przesłanie ich z/do pamięci operacyjnej może trwać krócej niż transmisja jednego bitu w interfejsie szeregowym. Trzeba bowiem wiedzieć, że nie zabrane z bufora w porę dane ulegną zatarciu przez
80
Elektronika Praktyczna 6/98
Biblioteki procedur standardowych
kolejne przysyłane bajty.
Doceniając dobrodziejstwa płynące z faktu kolejkowania danych w transmisji szeregowej, udostępnimy procedury tworzące i wykorzystujące taką kolejkę. Rozważmy kolejkę dla nadawania, przez analogię można zbudować kolejkę dla danych odbieranych.
Procesor nie posiada wbudowanych sprzętowo mechanizmów kolejkowania, zatem takie musimy stworzyć programowo. Przyjęta tu idea kolejkowania jest bardzo prosta:
1.Wydzielamy obszar pamięci danych, który będzie adresowany tylko pośrednio, przeznaczony na bufor kolejki i niezbędne wskaźniki.
2.Budujemy procedurę zapisu danej do kolejki w oparciu
0 wskaźnik początku kolejki
1 liczbę zapisanych tam znaków. 3. Budujemy procedurę odczytu
z kolejki w oparciu o wskaźnik początku kolejki i liczbę zapisanych tam znaków. 4.W obsłudze przerwania portu szeregowego, w części dotyczącej nadawania, umieszczamy procedurę odczytu z kolejki zdefiniowaną w p. 3, z jednoczesnym zapisem do SBUF. 5.Za pomocą procedury z p. 2 zapisujemy dane do wysłania. 6.Po zapełnieniu kolejki lub wyczerpaniu wszystkich znaków przeznaczonych do wysłania, uruchamiamy tylko jedną procedurę odczytu z kolejki i te dane wysyłamy do rejestru SBUF. 7.Jeśli tylko w kolejce będzie co najmniej jeden znak do wysłania, sprzężenie zwrotne utworzone w p. 4 zapewni ciągłą transmisję, aż do ich wyczerpania.
Przykład takiego rozwiązania przedstawiony został na list. 1. Mamy dwie podstawowe procedury: DoKolejki i Zkolejki. Rejestrem pośredniczącym z kolejką jest rejestr R3. Oprócz tego są dwie zmienne reprezentujące adres komórki zawierającej pierwszy, najwcześniej wprowadzony do kolejki znak [PoczatekKolejki) oraz liczbę znaków Kolejki [LZna-kowKo lejki). Te dwie zmienne muszą być wstępnie ustawione przed pierwszym użyciem kolejki. W obie procedury wbudowano prosty mechanizm ochrony kolejki
Listing 1.
rOreg equ 0 sjmp D0K0I6
rlreg equ 1 DoKol4:
r2reg equ 2 jnc DoKol5
r3reg equ 3 sjmp DoKol7
; czesc bitowa (20H-2fH) DoKoll:
jnc DoKol2
mov a,@rO
PoczNadawania equ 13h; ustawiana add a,@rl
podczas przesłania pierwszego cjne
; baj tu do kolejki portu szeregowego, 5,łKolej kaSzer+WielkoscKolej ki,D0K0I4
zerowana podczas zapisu DoKol5:
; pierwszego baj tu subb a,#WielkoscKolejki
; czesc bajtowa adresowana pośrednio (80H-FFH) DoKol7:
WielkoscKolejki equ 40h mov rO,a
PoczatekKolejki equ 80h; adres mov @r0, r3reg
pierwszego znaku w KolejkaSzer, tuz inc @rl
; przed wysłaniem clr c
LZnakowKolejki equ D0K0I6:
PoczatekKolejki+1; wskazuje ostatni znak w setb ES
; KolejkaSzer setb ETO
KolejkaSzer equ LZnakowKolejki+1; wektor ret
kolejki portu 3erialServis:
; szeregowego procedura obsługi przerwania od portu
szeregowego
ORG 0 00 0H zablokowana obsługa odbioru z portu
SJMP RESTART szeregowego
ORG 0 00EH clr Rl
JMP T0SERVIS jbc TI.SS1
ORG 2 3H reti
JMP SerialServis 3S1:
RESTART: push acc
push psw
push rOreg
push rlreg
; ustawienie parametrów systemu, w tym push r3reg
parametrów dla cali ZKolejki
; portu szeregowego je SS2
mov SEUF,r3
3S2:
pop r3reg
mov rO,ttPoczatekKolejki pop rlreg
mov @rO,łKolej kaSzer pop rOreg
mov rO ,łLZnakowKolej ki pop psw
mov @rO , #0 pop acc
reti
rOServis:
; przykład wysiania do kolejki OBSŁUGA PRZERWANIA TO
mov r3,'A' CHRONI UŻYWANE REJESTRY
cali DoKolejki PRZERWANIE CO 0.25ms
je S-5 PUSH ACC
mov r3,'1' PUSH PSW
cali DoKolejki push rOreg
je S-5 push dpi
mov r3,'a' push dph
cali DoKolejki
je S-5
mov r3,' '
cali DoKolejki ; odliczono czas 50ms
je S-5 - nb PoczNadawania.T0S16
mov r3,'m' ush r3reg
cali DoKolejki all ZKolejki
je S-5 nov SBUF,r3
mov r3,'a' op r3reg
cali DoKolejki lr PoczNadawania
je S-5 rosi :
mov r3,' '
cali DoKolejki
je S-5
mov r3,'k'
cali DoKolejki pop dph
je S-5 pop dpi
mov r3,'o' pop rOreg
cali DoKolejki POP PSW
je S-5 POP ACC
mov r3,'t' RETI
cali DoKolejki
je S-5 jKolejki:
mov r3,'a' podprogram odczytania pierwszego baj tu z
cali DoKolejki rektora KolejkaSzer
je S-5 Wejście: nic
mov r3,'.' wyjście:
cali DoKolejki r3 - odczytany znak
je S-5 flaga CY:
CY=1 - blad, zerowa liczba znaków W kolejce,
: -jartosc r3 nieokreślona
DoKolejki: CY=0 - znak odczytany poprawnie
podprogram zapisu baj tu do kolejki portu modyfikacja wektora KolejkaSzer,
zeregowego modyfikacja zmiennej PoczatekKolejki -
Wejście: zwiększenie 0 1
r3 - bajt do zapisu w kolejce modyfikacja zmiennej LZnakowKolejki -
wyjście: zmniejszenie 0 1
flaga CY poza tym używa zasobów:
CY=1 - blad, wektor kolejki zapełniony, zapis acc, rO, rl
ie został dokonany, mov rO,łPoczatekKolej ki
r3 nie uległ zmianie mov rl.łLZnakowKolejki
CY=0 - zapis jest poprawny mov a,@rl
na czas zapisu do wektora KolejkaSzer jest jnz ZKol3
alokowany dostęp setb c
do procedury obsługi przerwania od TO i portu ret
zeregowego jKo13:
modyfikacja wektora KolejkaSzer, mov rOreg,@r0
modyfikacja zmiennej LZnakowKolejki mov r3reg,@r0
ewentualna modyfikacja flagi PoczNadawania, dec @rl
esli jest to pierwszy mov rO ,łPoczatekKolej ki
znak w kolejce inc @r0
poza tym używa zasobów: mov a,@rO
ACC, rO, rl cjne
clr ES 5,#(KolejkaSzer+WielkoscKolejki).ZKoll
clr ETO jKo14:
mov rO,łPoczatekKolejki mov @r0,łKolej kaSzer
mov rl, łLZnakowKolejki ret
mov a,@rl jKoll:
jnz DoKol3 jnc ZKol4
setb PoczNadawania clr c
DoKol3: ret
cjne a.łWielkoscKolejki.DoKoll
DoKol2:
setb c
Elektronika Praktyczna 6/98
81
Biblioteki procedur standardowych
przed wykonaniem operacji błędnych, jakimi niewątpliwie jest zapis do kolejki zapełnionej i odczyt z kolejki pustej. W obydwu przypadkach operacje te nie dochodzą do skutku i jest to sygnalizowane ustawieniem flagi przepełnienia CY.
W tym rozwiązaniu zaproponowano zainicjowanie nadawania z kolejki poprzez przerwanie od TO. Co 50ms jest sprawdzany stan flagi PoczNadawania i w razie jej ustawienia zostanie wysłany pierwszy znak, uruchamiając proces wysyłania pozostałych znaków. Flaga PoczNadawania jest ustawiana przed zapisem do kolejki pustej. Ważnym jest, aby po wysłaniu pierwszego znaku z kolejki zerować tę flagę.
Dla programisty powyższe rozwiązanie jest wygodne: wystarczy wysłać daną do kolejki za pomocą procedury DoKolejki, a reszta będzie wykonana "w tle" programu. Ponieważ bufor kolejki ma skończoną długość (w naszym przykładzie przesadnie dużą, wystarczy 8..16bajtów), dobrze jest po wywołaniu procedury DoKolejki sprawdzić stan flagi CY.
Można oczywiście zrezygnować z przerwania od TO, przesuwając obowiązek inicjacji transmisji na program główny, co może wyglądać następująco (wysyłamy ciąg znaków 'Ala ma kota.'):
mov r3,'A'
cali DoKolejki
je $-5
mov r3,'1'
cali DoKolejki
je $-5
mov r3,'a'
cali DoKolejki
je $-5
mov r3,'
cali DoKolejki
je $-5
mov r3,'m'
cali DoKolejki
je $-5
mov r3,'a'
cali DoKolejki
je $-5
mov r3,'
cali DoKolejki
je $-5
mov r3,'k'
cali DoKolejki
je $-5
mov r3,'o'
cali DoKolejki
jc $-5
mov r3, 't '
cali DoKolejki
jc $-5
mov r3,'a1
cali DoKolejki
jc $-5
mov r3, ' . '
cali DoKolejki
jc $-5
jnb PoczNadawania,ET1
cali Zkolejki
clr PoczNadawania
mov SBUF,r3
ET1 :
Sprawdzenie flagi PoczNadawania ma na celu wyeliminowanie zbędnej inicjalizacji nadawania w czasie, kiedy trwał zapis do kolejki ze znakami, czyli nie zostało rozerwane sprzężenie zwrotne poprzez obsługę przerwania od portu szeregowego. Mirosław Lach, AVT [e-mail]
Kod źródłowy z list. 1 jest dostępny na internetowej stronie EP, pod adresem: www.avt.com.pl/ avt/ep/ftp.
82
Elektronika Praktyczna 6/98
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
DzioS "Projekty Czytelników" zawiera opisy projektów nadesłanych do redakcji EP przez Czytelników. Redakcja nie bierze
odpowiedzialności za prawidłowe działanie opisywanych układów, gdyż nie testujemy ich laboratoryjnie, chociaż sprawdzamy
poprawność konstrukcji.
Prosimy o nadsyłanie własnych projektów z modelami (do zwrotu). Do artykułu należy dołączyć podpisane oświadczenie, że
artykuł jest własnym opracowaniem autora i nie był dotychczas nigdzie pubfikowany. Honorarium za publikację
w tym dziale wynosi 200,- zł (brutto) za 1 stronę w EP. Przysyłanych tekstów nie zwracamy. Redakcja zastrzega sobie prawo
do dokonywania skrótów.
Sterownik nagrzewnicy elektrycznej
Temat na czasie.
U progu lata
przedstawiamy artykuł na
temat grzania. Mamy
na dzieję, że daliśmy
Czytelnikom dostatecznie
dużo czasu na
przygotowanie się do
zimy. A może przy okazji
sprowokujemy lato.
Urządzenie
przedstawione w artykule
jest dość ciekawe, ale
znacznie bardziej
zaskakujące jest
zastosowanie
przewidywane przez
autora.
Prezentowane w artykule urządzenie ma ogrzewać zgrabiałe palce operatora podczas pracy z klawiaturą komputera. Dzięki zastosowaniu komputerowego sterowania nagrzewnicą -dmuchawą elektryczną, jest możliwe ustalenie jaką moc zamierzamy do niej dostarczać, co oczywiście znajdzie odbicie w temperaturze wydmuchiwanego powietrza.
Urządzenie wykonawcze składa się z dwóch modułów:
- sterownika mikroprocesorowego (schemat na rys.
i);
- płytki przełączającej, wmontowanej w obudowę nagrzewnicy (schemat na rys. 2).
Rolę urządzenia wykonawczego spełnia nagrzewnica FAREL OW-3, która jest wyposażona grzałkę oporową o mocy lkW. Ten model nagrzewnicy nie jest wyposażony w termostat.
Podczas opracowywania projektu przyjęto następujące założenia realizacji sterowania:
- moż liwość włączenia i wyłączenia dmuchawy z poziomu Windows 95,
- możliwość regulacji temperatury powietrza (także z wykorzystaniem Windows 95),
- samoczynne wyłączenie w momencie wyłączenia komputera.
Włączanie i wyłączanie nagrzewnicy nie wymaga komentarza. Regulacja temperatury odbywa się poprzez zmianę średniej mocy dostarczanej do nagrzewnicy, ze skokiem co 100 W. Zrezygnowałem z pomiaru temperatury i układu automatyki, po pierwsze dlatego, że chciałem uprościć konstrukcję urządzenia, a po drugie
- ze względu na subiektywne i zmienne potrzeby podgrzania powietrza.
Tak wykonane urządzenie działa - jak dla mnie -wystarczająco dobrze. Regulacja mocy jest zrealizowana metodą sterowania grupowego: w okresach 1-sekundo-wych zmieniany jest czas wypełnienia, czyli włączenia spirali grzejnej. Samoczynne wyłączenie jest uzyskane dzięki zasilaniu sterownika z gniazda wyjściowego 220V komputera, które akurat miałem wolne (nie można stąd zasilić całej dmuchawy ze względu na zbyt duży pobór mocy).
W tym miejscu warto wtrącić kilka uwag "elektroenergetycznych": /Moc chwilowa nagrzewnicy zawsze wynosi ok. lkW, co odpowiada prądowi skutecznemu prawie
5A, a w przypadku chłodniejszej spirali prawdopodobnie więcej (nie mierzyłem jak zmienia się z temperaturą rezystancja zastosowanej spirali). W związku z tym elementy wykonawcze (przekaźnik i triak) muszą mieć odpowiedni zapas mocy (zastosowałem elementy o wartościach nadmiarowych parametrów granicznych, co przy stosunkowo niewielkiej cenie załatwia problem).
/Nie wolno zasilać nagrzewnicy z obwodów zasilania komputera (UPS, filtry). Najlepiej jest ją zasilić z oddzielnego punktu instalacji elektrycznej (wpływ cyklicznego włączania mocy na pracę instalacji zależy od jej stanu technicznego - może być np. widoczne przygasanie lamp, natomiast nie ma problemu zakłóceń ze względu na zastosowane włączanie w "zerze").
/Należy zdawać sobie sprawę, że przeróbka nagrzewnicy nie tylko powoduje utratę wszelkich uprawnień gwarancyjnych, ale także unieważnia atesty bezpieczeństwa urządzenia. Jego dalsze bezpieczne użytkowanie zależy od staranności wykonania modyfikacji (cho-
Elektronika Praktyczna 6/9S
83
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
_C5 100n
Rys. 1.
ciąż zastosowane elementy oraz druk spełniają wymogi bezpieczeństwa, to jakość montażu zależy już tylko od wykonawcy). Uwaga! W związku z powyższym montaż płytki przełączającej w nagrzewnicy powinien być wykonany, lub chociażby nadzorowany, przez elektryka o odpowiednich kwalifikacjach.
Opis działania
Ogólny schemat działania jest następujący: /Sterownik przyjmuje z komputera komendy wysyłane portem szeregowym (jak to wygląda od strony komputera podaję w opisie oprogramowania), sprawdza ich poprawność i dekoduje, a następnie formuje sygnały elektryczne kontrolujące pracę układu wykonawczego nagrzewnicy. Linia transmisji szeregowej jest
optoizolowana, co stanowi pierwszy stopień bariery bezpieczeństwa. / Układ wykonawczy odbiera sygnały sterujące i poprzez elementy separujące (drugi stopień bariery bezpieczeństwa) kontroluje obwody sieciowe nagrzewnicy.
Opis układu
Jako element sterujący zastosowałem "mały" procesor AT89C2051 ze sprzętowym portem szeregowym. Zegar jest typowy dla aplikacji wykorzystujących transmisję szeregową: ll,059MHz.
Zasilanie jest dwustopniowe: 12 V dla potrzeb przekaźnika i 5V dla zasilania części cyfrowej układu. Napięcie sieciowe 22OV jest pobierane z gniazda wyjściowego zasilacza komputera, co rzecz jasna nie jest warunkiem koniecznym.
W szereg z tym obwodem zasilania włączony został bezpiecznik lOOmA. W prototypie wstawiłem bezpiecznik multifuse o prądzie zadziałania 145mA. Ponieważ z dostępnością tych elementów bywa różnie, lepiej jest zastosować zwykły bezpiecznik topiko-wy, zamontowany w dowolnej oprawie mocowanej do obudowy.
Obwód odbiornika transmisji szeregowej obejmuje transoptor separujący i prze-rzutnik Schmitta, które regenerują sygnał i ustawiają jego właściwą fazę. Dioda LED transoptora jest zasilana bezpośrednio z linii TxD portu szeregowego komputera. Przy niewielkim prądzie tranzystora wyjściowego dla wysterowania transoptora wystarcza kilka mA.
Wyjścia sterujące to: zasilanie przekaźnika 12V podawane przez Q4 i pętla
PRZEKAŹNIK
prądowa dla triaka przez U4e. Bramki U4b i U4f zasilają LED-y sygnalizujące stan pracy sterownika. Dioda czerwona oznacza pracę bez odbioru komend, dioda zielona oznacza pracę z odbiorem. Wszystkie wyjścia procesora "na świat" są buforowane. Praktyka pokazuje, że tak jest bezpieczniej dla stabilności jego pracy, chociaż z parametrów elektrycznych wyjść wynikałaby możliwość bezpośredniego sterowania elementów zewnętrznych.
Ostatnim elementem peryferyjnym jest watchdog z układem Ul, R6 i Q2. Tu nasuwa mi się kilka ogólnych uwag. Mianowicie, w prezentowanych w literaturze rozwiązaniach rzadko stosuje się watchdogi. Wydaje się to nieco dziwne, ponieważ mikrokontrolery są z założenia przewidziane do realizacji samodzielnych zadań i każdy, nawet najprostszy układ powinien umieć - przynajmniej w podstawowym zakresie -poradzić sobie z "wypadnięciem" z programu lub jego zawieszeniem. Wydaje mi się, że także opisywanym ostatnio zestawom edukacyjnym przydałyby się watchdogi, co pozwoli-
84
Elektronika Praktyczna 6/98
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
1N414B . D1
PRZEKAŹNIK OPTOTWAK
O O O O O
x o o o o ,
GNIAZDO STEROWANIA ?B9M
O PRZEL MECH.
P8
-O Grzefrilk 1kW
Rys. 2.
łoby wytworzyć pożyteczne przyzwyczajenia programistyczne i konstruktorskie.
Wracając do sterownika zastosowałem tutaj moją ulubioną, 8-pinową kostkę - ADM699, która zapewnia prawidłowe zerowanie przy włączeniu zasilania oraz generuje, co około 1 s, impulsy zerujące w wypadku ustalenia się poziomu na wejściu WDI (program powinien odpowiednio często ten poziom zmieniać). Niedogodnością układu ADM699 w mariażu z MCS-51 jest fakt zerowania niskim poziomem. Dlatego niezbędny jest klucz odwracający Q2.
Zestaw ten także ma swoje mankamenty, z których dosyć istotnym jest brak rozróżnienia pomiędzy zerowaniem przypadkowym, a prawidłowym włączeniem zasilania (niektóre odmiany procesorów mają wspomaganie sprzętowe tej funkcji). Powstaje tutaj sprzeczność pomiędzy właściwą inicjali-zacją po włączeniu, a podtrzymaniem ustawień po przypadkowym zerowaniu -na drodze czysto programowej nie da się jej usunąć. W tym przypadku rozwiązanie jest kompromisowe: watchdog eliminuje konieczność ręcznego zerowania w razie zatrzymania programu, natomiast sygnał zerowania wyłącza dmuchawę i wymaga ponownego przesłania komendy ustawiającej wyjścia (jeżeli nie wykorzystujemy portu dla innej aplikacji i pozostawiamy
MA
eow
BTA 24/800
włączony serwer, to komenda jest ponawiana co 250ms i zerowania prawie nie zauważymy).
Jak zaznaczałem, elementy wykonawcze mają zapas mocy. Triak SGS-Thomson może przewodzić prąd do 24A, natomiast styki przekaźnika RM-81P do 16 A. Należy mieć to na względzie przy dobieraniu ewentualnych zamienni-ków. Wejście przekaźnika jest wyposażone w gasik przepięć (Dl, C2) i kontroler polaryzacji (D3). Wejście optotriaka jest dodatkowo odfiltrowane i także zabezpieczone przed odwrotnym zasileniem. Należy przy próbach uważać, aby nie zamienić wejść - optotriak nie ma ogranicznika prądu wejściowego i napięcie 12V, przeznaczone dla przekaźnika, może go uszkodzić (można też zwiększyć wartość rezystancji R3 zmniejszając R7 w sterowniku tak, aby utrzymać prąd sterowania na poziomie ok. 15mA).
Triak jest zabezpieczony transilem Zl przed impulsowymi zakłóceniami sieciowymi. Od strony obciążenia przepięcia nie grożą, gdyż ma ono charakter re-zystancyjny.
Opis montażu i podłączenia
Sterownik zamontowałem w popularne, tanie pudełko typu Z5. Zewnętrzne gniazda są dowolnego typu, zależnie od stanu zapasów szufladowych (w prototypie do połączenia po-
-O PRZEL MECH.
THANSIL 440V 1.5kVA
P6
-O N
między sterownikiem a nagrzewnicą zastosowałem DB-9, a jako wejście transmisji Jack-mono 3,5). Jedynym warunkiem jest lokacja gniazd zapewniająca bezpieczne odstępy (w praktyce 10..15mm) od elementów sieciowych. Przy składaniu wskazane jest najpierw wlutowanie zasilania i sprawdzenie napięć. Układ wykonawczy jest umieszczony na płytce dopasowanej do fabrycznego uchwytu wewnątrz obudowy, który w tym modelu nagrzewnicy jest wolny. Przy składaniu płytki należy pamiętać o wzmocnieniu wy-sokoprądowych odcinków ścieżek cyną lub srebrzanką. Połączenia silnoprądowe wewnątrz nagrzewnicy należy także wykonać odpowiednim przewodem - linką
0 przekroju min. lmm2.
Fabryczne podłączenia są następujące: przewód sieciowy dochodzi do kostki, do zacisku neutralnego podłączony jest silnik oraz obie sekcje spirali, natomiast faza wchodzi na silnik i sekcje spirali poprzez czteropołożeniowy przełącznik mechaniczny (stop, nadmuch, nadmuch +
1 sekcja, nadmuch + 2 sekcje). Faza i punkt neutralny są zaznaczone umownie, bo przy podłączeniu wtyczkowym mogą być zamienione, ale zasada działania pozostaje taka sama. Przekaźnik włączamy pomiędzy kostkę a przełącznik mechaniczny, natomiast triak pomiędzy przełącznik a pier-
wszą sekcję spirali. Płytkę umieszczamy triakiem w stronę wentylatora (zapewnia to znakomite wymuszone chłodzenie, niemniej dla pewności wyposażyłem triak w niewielki radiatorek) i przykręcamy, a linki połączeniowe lutujemy od strony druku. Przy montażu gniazda sterującego oraz przewodów sterujących należy zapewnić ich bezpieczny odstęp od elementów sieciowych.
Opis wstępnego uruchomienia
Układ wykonawczy sprawdzamy podając na wejścia sterujące odpowiednio: 12 V dla przekaźnika i 15mA dla triaka.
Zmontowany sterownik ze sprawdzonym zasilaniem i bez włożonego procesora dobrze jest wstępnie przetestować, podłączając do wyjść albo docelowy układ albo kontrolne LED-y (ten drugi sposób szczególnie polecam). Podając niskie poziomy napięcia na wejścia bufora '07 sprawdzamy sprawność elektryczną wyjść. Podając stały poziom
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl, R2: 180Q/0,5W
R3: 22Q
R4: 100kQ
R5, R9: 47 kQ
R6, R8: 10kQ
R7: 750Q
RIO, Rl 1: lkQ
Kondensatory
Cl, C2, C4, C5, Có, C7,
C9, CIO, Cli: lOOnF
C3: 470^F/25V
C8, Cl2: 33pF
Półprzewodniki
MP1: AT89C2051
(zaprogramowany)
Ul: ADM699
U2: 4093
U3: CNY17
U4 7407
ST1: 7812
ST 2: 7805
Ql: MOC3043
Q2, Q4: BC327
Dl, D2, D3, D5: 1N4148
D4: mostek 300mA/50V
Zl: transil l,5kW/440V
TH1: BTA24/600
Różne
Kl: RM-81P/12V
Tl: TS2/15
Xl: ll,059MHz
Złgcze DB-9
Elektronika Praktyczna 6/98
85
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
niski lub wysoki na wejście WDI watchdoga sprawdzamy obecność impulsów zerujących (WDI "pływające" nie generuje sygnału zerującego). Wprowadzając na wejście transmisyjne dowolną transmisję o zbliżonej prędkości, sprawdzamy poprawność formowania sygnału.
Ogólny opis programu sterującego
Program nie realizuje wielu funkcji, więc nie jest zbyt złożony. Przyjąłem technologię programowania zbliżoną do programowania obsługi zdarzeń, tzn. warunki i rozgałęzienia nie są sprawdzane w pętli głównej, ale zostały ulokowane w procedurach tematycznych, których reakcja zależy od flag będących rezultatem działania przerwań oraz innych procedur (dlatego główna pętla programu
wygląda nieprzyzwoicie skromnie). Drugim podstawowym założeniem jest maksymalne skrócenie obsługi przerwań - w ich ramach są wykonywane tylko podstawowe działania.
Dwie sprawy zasługują na więcej uwagi. Pierwsza to obsługa watchdoga. Musi być ona zlokalizowana tak, aby watchdog wyłapał możliwie wiele odstępstw od prawidłowego działania programu. Nie należy więc umieszczać jej w przerwaniach, które mogą być wywoływane, chociaż główna pętla "poszła w maliny". Dobrze też jest (i tak też to napisałem) sprawdzać, czy podstawowe ustawienia konfiguracyjne procesora przypadkiem się nie zmieniły.
Drugą sprawą jest organizacja odbioru danych przez port szeregowy. Musi ona - zwłaszcza przy wyko-
rzystaniu przesyłanych danych do sterowania procesem fizycznym - zapewnić bezbłędność i skuteczną eliminację zakłóceń. W tym przypadku dane są przesyłane jako 9-bajtowy blok, w którym bajty są traktowane binarnie, tzn. mogą mieć dowolną zawartość. Nie ma więc jak stosować nagłówka rozpoznawczego czy też znaków sterujących popularnych w transmisjach znakowych.
W zamian odbiornik rozpoznaje długość bloku, wykorzystując jednocześnie timeout dla przywrócenia stanu oczekiwania w przypadku zgubienia synchronizacji. Jak zaznaczono wyżej, obsługa przerwania portu jest zminimalizowana -ogranicza się do ustawienia flagi o nowej komendzie i ładowania znaku do bufora (można tu rozpoznać asemblerową implementację
znanego z języków wyższego poziomu wskaźnika na bufor). Kontrola poprawności jest realizowana z użyciem sumy kontrolnej mod. 256, co przy takich niewielkich i krótkozasięgo-wych transmisjach znakomicie się sprawdza.
Dobór elementów jest w znacznej mierze dowolny. Wartości rezystorów ustawiających prąd diod LED mogą być zmieniane w szerokich granicach -praktycznie nie ma różnicy, czy LED pracuje z prądem 8, czy 12mA. Podobnie tranzystory, mostek itd. Jerzy Szczesiul
Oprogramowanie (także kody źródłowe) do opisanego w artykule urządzenia jest dostępne do końca czerwca '98 na internetowej stronie EP, pod adresem: www.avi. com.plla vtf ep/ftp.
86
Elektronika Praktyczna 6/98
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
Interfejs MIDI do komputerów Atari XE/XL
Prezen towany
w artykule interfejs
umożliwia rejestrację
i odtwarzanie informacji
w standardzie MIDI przez
komputer typu Atari XE I
XL. Urządzenie to stanowi
zewnętrzną przystawkę
pozwalającą, bez ingerencji
do wnętrza komputera,
podłączyć dowolne
urządzenie MIDI
(syntezator, keyboard lub
modui brzmieniowy),
Dzięki wyposażeniu przystawki w dwa wyjścia i jedno wejście, istnieje możliwość łączenia rozbudowanych zestawów MIDI (patrz przykłady na rys. 1). Urządzenie przetestowano z keyboardem firmy YAMAHA typu PSR-220, posiadającym 16-kanałowy moduł brzmieniowy.
Schemat elektryczny przystawki przedstawiono na rys. 2. Jak widać, jest on bardzo prosty i oparty na powszechnie dostępnych elementach. Spełnia wszys-
Modut brzmieniowi | MIDI IN
Modut brzmieniowyj | MIDI IN |
Interfejs MIDI dla ATARI
Moduł brzmieniowyj | MIDI IN
Syntezator lub ksyboan^ | MIDI OLJT | | MIDI IN
Interfejs MIDI dla ATARI
Rys. 1.
tkie wymagania dla standardu MIDI w zakresie poziomów sygnałów i galwanicznej izolacji urządzeń wchodzących w skład systemu. Transoptor IC2 izoluje galwanicznie urządzenie MIDI od komputera. Tranzystory Tl i T2 zapewniają dopasowanie sygnału do szyny szeregowej komputera.
Część nadawczą stanowi układ ICl. Bramka IClc pracuje jako inwerter sygnału wysyłanego. Bramka ICld pracuje jako przełącznik wyjść kluczując bramki ICla i IClb, które spełniają rolę nadajników prądowych o wydajności 5mA.
Dioda D2 sygnalizuje włączenie zasilania interfejsu napięciem przeznaczonym normalnie do sterowania silnikiem magnetofonu. Przed podłączeniem układu do komputera należy bezwzględnie sprawdzić prawidłowość połączeń, a także pobór prądu, który powinien wynosić ok. 15mA. Niekiedy, przy pojawieniu się kłopotów w odbiorze danych, trzeba będzie do-borać rezystor R2 (w zakresie od 1 do 2kO). Do sterowania interfejsem przez komputer ATARI wykorzystano jego wewnętrzny układ POKEY, będący nadajnikiem i odbiornikiem
Projekt
047
szeregowym z programowaną szybkością transmisji. Układ ten wyposażony jest w 4 generatory bazowe umożliwiające nastawienie jednej z następujących częstotliwości: 15kHz, 64kHz (dokładnie 63920Hz) lub l,79MHz (l789760Hz) oraz jednobajtowe dzielniki częstotliwości (z możliwością łączenia w dwubajto-we). Z uwagi na wymaganą przez standard MIDI prędkość transmisji 31250 bitów/s, wykorzystać można tylko dwie wyższe szybkości. Do wyboru częstotliwości bazowej i łączenia dzielników jednobajtowych w podwójne służy rejestr AUDCtl (o adresie D2O8h). Jego bity posiadają następujące znaczenie:
bit 0 - wybór generatora bazowego (0=64 kHz, 1 = 15 kHz);
bit 1 - włącza filtr w generatorze 2 sterowany generatorem 4 (l=włączony);
bit 2 - włącza filtr w generatorze 1 sterowany generatorem 3 (l=włączony);
86
Elektronika Praktyczna 6/98
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
Listing 1.
Odczyt danych MIDI Luickas semliler 1 0
OPT OptRSM .luh OptDJS dla kaipilacji na dysk Fkran F#J Llt
MJDF1 #jL
MJDF? F#J SD202
MJDFi F#J SD204
MJDF4 F#JLD2"6
MJDCtl F#J SD208
#J L
f#j Sra oa Lerln f#J SD20D IR^EJl F#J LD2 HĘ IP&St F^jSKlE
pięło): f^j S1
5KOtl5 F^J L2
z adresem ekranu
adres procedury czyszczenia ekranu Cztery rejestry generatorów dla układu POKFY
Pejestr kontroli generatorów POKFY
Pejestr ostatnia naciśniętego klawisz*
Peset statusu zlacza szeregowego
Pejestr wejściowy szeregowy
Zezwolenia przerwań IP^
Status przerwań IP^
"?jestr kontroli zlacza szeregowego ?jestr statusu zlacza szeregowego ?jestr kontroli portu a ?jestr zezwoleń przerwań Ntn
cień IP^Fn
zegar
rejestr cień sKCtl
na NTD .dla wyczyszczenia ekranu
F$J * .Projram dla D0S'u kończyć ;
KTS .a W yuickassenihlerze KTs
Procedura MDIOn zaprogramowanie
diON Lim �tli|i|iilli liilli
gra MOFn .blokada przerwań Ntn
Lim #S2
gra pactl .włączenie zasilania interfejsu
Lim #401111 liilli .programowanie generatorów POKFY
6ti-zeg baz gen 1 =2 21TMHZ
Sh-zeg baz gen i =2 21TMHZ
ŚIh-lacz dz gen 1+2
ŚSti-lacz dz gen i+4
gra aijDctl
Lim �2i ,il2S0 hitow/sek
gra auDFi
gra aijDFi
Lim #o
gra aunF4
Lim Htiiiiiii mi ,o3czyt wg gen 4. zapis wg gen 2
gra sKCtls
gra sKCtl
sra sKSPes .reset statusu złącza szeregowego
JSP-Nowa .ustawienie adresu nowej procedury oiczytu
. ze zlacza szeregowego
Lim Utniiiii liilli .zezw na orzerwinia EPFaK klawiatury
.w pw . w
.i oiszytu ze zlacza szeregowego
sra IP^Fns sra ip^Fn
MIDlOf Lim #60 sra pactl Lim #tiiiiiiii sra ip^Fns sra ip^Fn Lim Htiiiiiiii sra MOFn .wyłączenie zasilania interfejsu
liilli .blokada przerwań ze zlacza szeregowego ul im .Włączenie przerwań NtO .przywrucenie starego adresu procedury ,o3czytu ze zlacza szeregowego
T Ustaw nowa ohsługe przerwania NiWi Lim Sli2iia .S2a -wektor z adresem procedury oiczy sra OldaUR .ze złącza szeregowego Lim L"2iia+i sra oldauRi-i Lim ^odczyt sra S2 a Lim >odczyt sra Sii2iia+i Lim � sra Pozyc
* Przywróć stara obsługę przerwania Stara Lim OldaDP. sra L"2 na Lim ołdauRi-i sra L"2iia+i
Oldaup. DTa a(ii| Pozyc DTa h(ii| TaU(ex DTa d'IH2i' ."Ś
Odczyt Lim Utllllil sra ip^Fn TYa pną Lim sKstat sra sKsPes Lim serln ijip #Sfe iiinii . zezwól na dal sze przerwania .właściwy o3zyt danej .Ignoruj actiye sensing
PHa aND Utlllll .Konwersja na liczte lEi iiinii
Lim TaU(ex. LDY Pozyc sra (Fkranl m; Pozyc PLa Y .Y .wyświetlenie starszego poi li a j tu
Lim TaU(ex. Y
LDY Pozyc sra (Fkran! m; Pozyc LDa #128 IIJY sra (Fkran! .Y .wyświetlenie młoSszego polhajtu .Y .znak '1' wskaże pozycje dla nowej .danej
FndOdc PLa TaY PLa .zakończenie procedury obsługi .przerwania dla oiczytu
RPl
END usunac te linie przy kaipilacji na dysk
OPJj Luit . JMP (L11 OPJj S2F" DTa a (start END zakończenie dla wersji poi DOS I
bit 3 - łączenie dzielników 3 i 4 w 16-bitowy (l=włączone);
bit 4 - łączenie dzielników 1 i 2 w 16-bitowy (l=włączone);
bit 5 - wybór zegara bazowego dla generatora 3 (O=wg bitu 0, 1=1,79 MHz);
bit 6 - wybór zegara bazowego dla generatora 1 (0=wg bitu 0, 1=1,79 MHz);
bit 7 - przełączanie rejestru przesuwającego.
Bity 1, 2, 7 w niniejszym zastosowaniu należy wyzerować. Rejestry dzielników częstotliwości znajdują się pod następującymi adresami:
AUDFl=D200h - dzielnik generatora 1;
AUDF2=D202h - dzielnik generatora 2;
AUDF3=D20ih - dzielnik generatora 3;
AUDF4=D206h - dzielnik generatora 4.
Wymaganą prędkość transmisji uzyskuje się wpi-
Elektronika Praktyczna 6/9S
sując do tych dzielników wartości określone z zależności
- w przypadku dzielników połączonych w 16-bitowy:
Prędkość =
czę sio śó_h a zo wa 12 /
(A UDF2 *256+A UDFl+7);
- w przypadku dzielników pojedynczych dla zegara 64kHz i 15 kHz:
Prędkość = częstość_hazo-wo/2/(AUDF2+l);
- w przypadku dzielników pojedynczych dla zegara 1,79 MHz:
Prędkość = częstość_hazo-wo/2/(AUDF2+4).
Identyczne wzory stosuje się dla dzielników AUDF3 iAUDF4.
W przygotowanych programach testowych wykorzystano dzielniki połączone. Wpisując do AUDFl i AUDF3 liczbę 21 oraz do AUDF2 i AUDF4 liczbę 0, uzyskano prędkość transmisji 31960 bitów/s. Jest to
wartość nieco inna od wymaganej standardem, jednak jak stwierdzono w praktycznych testach, błąd poniżej 2% nie wpływa na jakość transmisji. Poprawne działanie uzyskano także wpisując liczbę 22 do AUDFl i AUDF3 (30353 bitów/s).
Następnym ważnym rejestrem jest SKCiI (o adresie D20Fh). Jego bity mają następujące znaczenie: bit 0 i 1 - resetują PO-KEY;
bit 2 - obsługa klawiatury;
bit 3 - obsługa przetworników A/C;
bity 4 do 6 sterują szybkością transmisji:
000 - zewnętrznie;
001 - odczyt: wg generatora 4, zapis: zewnętrznie;
010 - wg generatora 4;
011 - kombinacja zabroniona;
100 - odczyt: zewnętrznie, zapis: wg generatora 4;
101 - kombinacja zabroniona;
110 - odczyt: wg generatora 4, zapis: wg generatora 2;
111 - jw., zablokowane wejście i wyjście taktujące;
bit 7 - nadanie sygnału SPACE.
Podczas prób okazało się, że poprawny odbiór uzyskuje się jedynie stosując blokadę wejścia i wyjścia taktującego (bity 4..6: 111). W czasie nadawania blokada ta nie ma znaczenia. Włączenie i wyłączenie urządzenia następuje przez zmianę bitu 3 rejestru PACtl (adres D302h). Bit ten steruje napięciem na końcówce 3 szeregowego gniazda we/wy komputera (^wyłączone, 0 = włączone). W przypadku obsługi dwóch urządzeń MIDI istnieje możliwość przełączania wyjść A i B. Steruje tym bit 3 rejestru PBCil (D303h). Normalnie jest on ustawiony, w wyniku czego na końcówce 7 napięcie wynosi 5V i dane przekazywane
87
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
D2 R6
CQFM41A 470
MIDI OLTTB
MIDI IN
Rys. 2.
T1, T2 - BC238, BF240, BF241
Listing 2.
TESIMID2 ASM BSQ *-2 DEY
ENE Waltl
* Wysyłanie danych MIDI * RTS
* równolegle na wyjścia A 1 B *
MldlON LDA #52
gjlckUssad: ler 1.0 STA PACtl ;Wla ser le zasilania
interfejsu LDA #L011110 0 pr xjr flCfOWanle
OptIOS EQIT L100101 generatorów POKFi
OptKAM EQIT L010111 STA AUDCtl
LDA #21 ;J125 0 t ltoW/sek
OFT CptRAM rlub OEtDCiS przy koit^ilacji STA AUDF3
na dysk STA AUDF1
LDA #0
Adres EQIT $60 Wskaźnik dla danych MIDI STA AUDF4
AUDF1 EQIT $D200 Cztery rejestry generatorów sta AUDF2
AUDF2 EQIT $D202 dla układu POKEY LDA #L011 00 1 cd syt wg gen. 4, zapis
AUDF3 EQIT $D204 Wg. gen. 2
AUDF4 EQIT $D206 STA SKCtlS
PCKEY EQU $D208 Rejestr kontroli generatorów STA SKCtl STA SKSRe re zet statusu zlacza
SKSRes EQIT $D20A Reset statusu zlacza szeregowego
szeregowego RTS
SerOUt EQIT $D20D Rejestr wyjściowy szeregowy
SKCtl EQIT $D20F Rejestr kontroli zlacza MIDIOf LDA #60 wylać enle zasilania
szeregowego interfejsu
SKStat EOU $D20F Rejestr statusu zlacza STA PACtl
szeregowego RTS
PACtl EQIT $D302 Rejestr kontroli portu A
PBCtl EQU $11303 Rejestr kontroli portu B
RTClck EQJJ $14 Zegar 1/50 sek. Dane MIDI *
.SKCtlS EQIT $232 Clen SKCtl * F8h - czekaj *
WSync EQIT $D40A Rejest oczekiwania na * Flh - koniec danych *
synchronizacje po lema * Inne dane sa wysylan *
Tenpo hyil J.0
Dane DTA
ORG $9000 b($F0),b($7E) ,b($7F ,b 9) b( ),b($F7) ;GM Sys
Start JSR MIDIOn DTA b($FS
LDA ilene ;Ustaw Wskaźnik na początek ;Odstęp
danych MIDI DTA b($90 ,b 59 ,b 53 ,b($F8)
STA Adres rNoteOn, odstęp
LDA >Dane DTA b($S0 ,b 59 ,b 0)
STA Adres+1 ;Note0f
DTA b($90 ,b 54 ,b 5J ,b($F8)
Play IDY #0 ;ltd.
LDA (Mres ,Y Wczytaj dana MIDI DTA b($S0 b 54 b 0)
CMP #$F1 Czy to koniec danych DTA b($90 b 59 b 53 ,b($F8)
BEQ Endlta DTA b($S0 b 59 b 0)
CMP #$F8 Czy to F8-cdczekanle DTA b($90 b 62 b 53 ,b($F8)
BNE CUtDat Jesll NIE wyślij dana DTA b($S0 b 62 b 0)
MIDI DTA b($90 b 61 b ,b($F8)
JSR Walt Jesll TAK czekaj DTA b($S0 b 61 b 0)
JMP Nastep Odczyt następnej danej DTA b($90 b 54 b 53 ,b($F8)
OutDat LIK #$3C Wlacz wyście A DTA b($S0 b 54 b
lnterf JSU DTA b($90 b 61 b 53 ,b($F8)
STS PECtl DTA b($S0 b 61 b 0)
STA SerOUt Wyślij dana na wyście A DTA b($90 b 64 b ,b($F8)
STA WSync Czekaj jnm. 5 llnll DTA b($S0 b 64 b 0)
ekranu DTA b($90 b 62 b 53 ,a($F8F8)
STA WSync tzn. na wysianie 10 DTA b($S0 b 62 b
bitew DTA b($90 b 66 b 53 ,a($F8F8)
STA WSync z prędkością 31250 DTA b($S0 b 66 b ")
bitew/ ek DTA b($90 b 58 b 53 ,a($F8F8)
STA WSync DTA b($S0 b 58 b ")
STA WSync DTA b($90 b 66 b 53 ,a($F8F8)
STA WSync DTA b($S0 b 66 b l))
LIK #$34 Wlacz wyjście B DTA b($90 b 59 b 53 ,b($F8)
lnterf JSU DTA b($S0 b 59 b 0)
STX PECtl DTA bj$90 b 54 b ,b($F8)
STA SerOUt Wyślij dana na wyjście B DTA b($S0 b 54 b 0)
STA WSync 1 poczekaj jtan. 5 llnll DTA b($90 b 59 b 53 ,b($F8)
ekranu DTA b($S0 b 59 b
STA WSync DTA b($90 b 62 b 53 ,b($F8)
STA WSync DTA b($S0 b 62 b 0)
STA WSync DTA bj$90 b 61 b 53 ,b($F8)
STA WSync DTA b($S0 b 61 b 0)
STA WSync DTA b($90 b 54 b 53 ,b($F8)
DTA b($S0 b 54 b 0)
Nastep IWC Mres ;Ustaw Wskaźnik na nowa DTA b($90 b 61 b 53 ,b($F8)
dana DTA b($S0 b 61 b 0)
BNE *+4 DTA bj$90 b 64 b ,b($F8)
INC Adres+1 DTA b($S0 b 64 b 0)
JMP Play DTA b($90 b 62 b 53 , a ($F8F8)
Endlta LDS #$3C ;Cdtworzenle typowej DTA b($S0 b 62 b 0)
Wartcs 1 DTA
STS FECtl ;dla PECtl b($90),b(59),b(5 ),a($F 8F ($F8F8) ,a($F8F8)
JSR MIDIOf ;W/lacz zasilanie DTA b($S0 ,b 59 ,b 0)
lnterf JSU MIDI DTA b($Fl
;Koniec danych
Quit EQU * ; Program dla DOS'U kończyć
JMP($A FJC sc te linie przy
RTS ;a w OulckAsseitklerze RTS konpllacjl do pliku
RTS
RTS CEG Quit akc nc en e dla wersji
RTS plikowej pod DOS
JMP ($A)
Walt IDY tTeit^o rCdczekanle TeitL>o*l/50 sec CEG $2E0
Waltl LDA RTClok DTA a (Start)
CMP RTClck ;CzekaJ 1/50 sec FMD
K4 wtyk gniazda szeregowego we/wy ATARI XUXE
Opis złącza
szeregowego ATARI:
3-we. danych
4-masa
5-wy. danych
8-masa
7-sterowanie
8 - sterowania
sllnlczklem magnat.
są na wyjście A. Wyjść A i B nie należy przełączać podczas wysyłania danej. Program obsługujący interfejs powinien zapewnić odbiór danych MIDI za pośrednictwem przerwań masko-walnych IRQ. Zapewnia to optymalne wykorzystanie niewielkiej mocy obliczeniowej mikroprocesora 6502. Ważne jest, by na czas odbioru komunikatów MIDI wyłączyć obsługę przerwań niemaskowalnych NMI (wpisując zero do rejestru NMIEn o adresie D40Eh). W przeciwnym razie nastąpią opóźnienia w obsłudze przerwań objawiające się gubieniem pojedynczych bajtów w czasie odbioru danych. Wysyłanie sekwencji MIDI jest znacznie prostsze, nie wymaga bowiem ingerencji w przerwania IRQ i NMI. Po zaprogramowaniu prędkości transmisji wpis dowolnej danej do rejestru SerOut (adres D20Dh) powoduje wysłanie jej przez złącze szeregowe. Przed wpisem kolejnej danej należy odczekać min. 1/3125 sekundy, tj. czas potrzebny na wysłanie 10 bitów (bit startu, 8 bitów danych i bit stopu). Najprościej uzyskać to przez 5-krotne wpisanie pod adres D40Ah (rejestr oczekiwania na synchronizację poziomą WSync) dowolnej danej. Spowoduje to odczekanie przez mikroprocesor wymaganego czasu. Efektywniejszą metodą byłoby wykorzystanie przerwań IRQ do poinformowania procesora o zakończeniu wysyłania danej. Z uwagi na obszerność problemu zainteresowanych odsyłam do literatury.
Dla ilustracji przedstawionych zasad programowania układu POKEY przedstawiono dwa listingi
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
R1..R5: 220Q
Ró: 470Q
R7: lktł
R8: 6,5kQ
R9: 68kQ
Kondensatory
Cl: lOOnF
Półprzewodniki
Tl, T2: BC547, BC237,
BC238 (lub BF241, BF240 -
zastosowano je
w modelowym urzgdzeniu)
Dl: BAVP17 lub podobna
D2: LED dowolna np.
CGP441A
IC1: UCY74LS00
IC2: CNY17-2, CNY17-3
Różne
Kl, K2, K3: gniazda DIN ^
stykowe
K4: 13-stykowy wtyk złgcza
szeregowego dla komputera
ATARI XL/XE
programów w asemblerze mikroprocesora 6502. Pierwszy program TESTMIDl.ASM (list. 1) pozwala na odbiór danych MIDI i wyświetlenie ich na ekranie monitora. Drugi TESTMID2.ASM (list. 2) odtwarza przykładową sekwencję MIDI jednocześnie na dwóch urządzeniach podłączonych do wyjść A i B w tempie określonym znacznikami F8h. Do obsługi przedstawionego interfejsu zostały opracowane również bardziej zaawansowane programy umożliwiające rejestrację i odtwarzanie sekwencji MIDI z możliwością zapisu na dyskietce lub kasecie a także odtwarzanie sekwencji z plików SMF (ang. Standard Midi Files). Programów tych nie zamieszczono z uwagi na ich obszerność.
Dla zainteresowanych problemem służę w miarę możliwości pomocą pod adresem e-mail: [e-mail] Ireneusz Kuczek, [e-mail]
Literatura:
[1] - W. Zientara, Mapa pamięci ATARI XL/XE procedury wejścia/wyjścia. SOETO W-wa 1988.
[2] - J. Ruszczyc, Asembler 6502. SOETO W-wa 1987.
[3] - Radioelektronik 12/88, Interfejs MIDI do komputera ZX Spectrum.
88
Elektronika Praktyczna 6/98
FORUM
"Forum" jest rubryką otwartą na pytania i uwagi Czytelników FP, w której chcemy pomagać w rozwiązywaniu problemów powstałych podczas uruchamiania oferowanych przez nas kitów, a także innych urządzeń elektronicznych. Drugim celem "Forum" jest korekta błędów, które pojawiły siew publikowanych przez nas artykułach. Pytania do "Forum" można zgłaszać listownie na adres redakcji lub poprzez internetową listę dyskusyjną Elektroniki Praktycznej, Szczegółowe informacje na temat tej listy można znaleźć pod adresem:
http://wwwjm. com.pl/klub-ep
&jBJB*ąLISTA DYSKUSYJNA
Adaptery do programowania procesorów ST62T/E60 i ST62T/E65 kitAVT-363A
Na rysunku prezentującym rozmieszczenie wyprowadzeń procesorów ST62T/E65 frys. 3, str. 51, EP4/98) był drobny błąd: wszystkie wyprowadzenia portu PC fz wyjątkiem PCO) oznaczone zostały jako PCl. Na rys. 1 fw ciemnym prosto-
kącie) przedstawiamy właściwe oznaczenia tych wyprowadzeń.
Błąd w artykule powstał z powodu błędnych informacji opublikowanych w katalogu firmy SGS-Thomson.
Przetwornik A/C i C/A kitAVT-444
Na schemacie elektrycznym przetwornika A/C i C/A, którego opis zamieściliśmy "w EP5/98 wystąpił błąd - anoda diody D2, zabezpieczającej wejście wzmacniacza programowanego US5, została na nim dołączona do masy zasilania. Poprawiony fragment schematu elektrycznego
przedstawiamy na rys. 2. Poprawne połączenie zaznaczono pogrubioną linią, skreślony został także symbol masy zasilania.
Błąd ten nie występuje na płytce drukowanej, której widok przedstawiliśmy na wkładce i udostępniliśmy na stronie www.avi.com.pl/avi/ep/pcb.
Immobilizer samochodowy Projekty Zagraniczne Ś
4/98
5/98
4/98
W EP4/98 na str. 14 frys. 3) wydrukował i śmy błędny wzór płytki drukowanej immobilizera samochodowego . Poprawny widok ścieżek oraz rozmieszczenie elementów przedstawiono na rys. 3.
Rys. 3.
90
Elektronika Praktyczna 6/9S
4 i
g Międzynarodowy m
lektroników hobbistów i
7/98
lipiec � 5 zł 90 gr
pw�\
EJ IDENTYFIKACJI
:YFRO
MIT
MJLn
IW :2051/1051
Indaks 3S7Ł77 * ISSN 1E3D-35EŁ
9 771230 352986 07>
Germany 4.5DM France 16FF
PROJEKTY ZAGRANICZNE
Przedwzmacniacz mikrofonowy
Tytuł artykułu jest
drobnym nadużyciem - nie
opisujemy bowiem
przedwzmacniacza do
kłasycznego mikrofon u, iecz
do specjałnego kabia, który
wykazuje właściwości
piezoełektryczne. Nosi on
nazwę Vibetek 13.
Tak więc, dzięki
prezentowanemu urządzeniu
możesz mówić do kawałka
przewodu, a Twój głos i tak
zostanie wzmocniony. Tyiko
co na to powiedzą
obserwatorzy...
Opis układu
Równoważnikiem elektrycznym kabla wykazującego własności piezoelektryczne jest źródło napięciowe połączone szeregowo z kondensatorem. Pojemność kondensatora stanowi wypadkowa pojemność przewodu, która w przypadku kabla Vibetek 13 wynosi około 700pF/m. Obecność szeregowej pojemności narzuca konieczność stosowania wzmacniacza napięciowego o wysokiej impedancji wejściowej lub czułego wzmacniacza ładunkowego.
Jak wynika ze schematu przedstawionego na rys. 1, układ ICl tworzy dwa stopnie odwracających wzmacniaczy napięciowych o wysokim wzmocnieniu. Pierwszy z nich zapewnia wysoką im-pedancję wejściową oraz wzmocnienie 330V/V. Kondensator C3 ogranicza pasmo układu.
Drugi stopień wzmacniający z układem IClb posiada wzmocnienie regulowane w przedziale 2,2V/V - 24V/V przy pomocy cermetowego potencjometru VRl. Wypadkowe wzmocnienie toru wynosi od 730V/V do 7900V/V. Wzmacniacz IC2 (741) wystero-wuje monofoniczne słuchawki lub - przez miniaturowy transformator dopasowujący - niewiel-
ki głośnik. Potencjometr VR2 służy do regulacji poziomu dźwięku.
Wykonanie
Układ należy zmontować na kawałku płytki uniwersalnej (34 paski po 2 9 otworów). Sposób rozmieszczenia elementów na płytce, okablowanie oraz miejsca wykonania przecięć pasków przedstawione są na rys. 2. Płytkę należy umieścić w metalowej obudowie (odlew ciśnieniowy), by zapewnić odpowiednie ekranowanie i ograniczyć wpływ zakłóceń sieciowych.
Przed przystąpieniem do montażu należy przeciąć paski miedzi używając specjalnego narzędzia lub kawałka wiertła. Następnie należy wywiercić cztery otwory pod śruby mocujące płytkę oraz dwa otwory, które posłużą do zamocowania transformatora. Z kolei należy wykonać otwór pod potencjometr regulacji poziomu VR2 oraz wycięcie pod włącznik Sl. Potencjometr VR2 montowany jest bezpośrednio do płytki, a włącznik Sl - do obudowy. Wycięcie pod włącznik zależne będzie od jego kształtu i można je wykonać wiercąc serię otworów i usuwając pozostały materiał pilnikiem.
Rys. 1. Schemat ideowy wzmacniacza mikrofonu o stałych rozproszonych.
Elektronika Praktyczna 7/98
13
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
Na bieżącym etapie dobrze jest wykorzystać pozbawioną jeszcze elementów płytkę jako szablon i zaznaczyć miejsca wiercenia otworów w pokrywie obudowy. Po ich wykonaniu można chwilowo przestać interesować się pokrywą. Płytka zostanie zamocowana do pokrywy przy pomocy czterech samoprzylepnych nylonowych kołków dystansowych.
Montaż elementów na płytce drukowanej
Montaż należy rozpocząć od licznych w układzie zworek, za każdym razem upewniając się, że przewód znajduje się we właściwym otworze. Następne lutowane elementy to rezystory (niektóre z nich montowane są pionowo) i kondensatory (uwaga na polaryzację elektrolitów).
Z kolei należy montować podstawki pod układy scalone (nie wkładając układów), potencjometr VRl, złączkę przewodową, potencjometr VR2 i transformator Tl, przewody łączące z gniazdem słuchawkowym oraz z bateriami (z łączówką) oraz połączenie masy z obudową.
Montaż w obudowie rozpocząć należy od zamocowania do pokrywy przełącznika. Następnie przy pomocy samoprzylepnych kołków dystansowych zamocować do pokrywy płytkę układu. Teraz można przystąpić do lutowania przewodów łączących z gniazdem SKl oraz bateriami. Gniazdo należy zamocować do bocznej ściany obudowy, natomiast dwa połączone ze sobą pojemniki z bateriami wcisnąć w kawałek pianki z tworzywa sztucznego w dolnej części obudowy.
Pozostaje wykonanie w ścianie bocznej obudowy otworu pod przewód czujnika, przeprowadzenie przewodu i przymocowanie go w złączce przewodowej. Po zdjęciu zewnętrznej warstwy grafitowej z dielektryka wewnętrzny przewodnik kabla połączony zostaje przez złączkę TBl/1 z rezystorem Rl.
Warstwa grafitowa ma zapobiegać szumom i można ją łatwo usunąć przy pomocy szmatki nasyconej rozpuszczalnikiem, np. alkoholem metylowym, alkoholem do odkażania lub zmywaczem do paznokci. Gdyby środki te zawiodły, można także użyć dżinu!
3 5 7 9 4 6 8 10
11 13 12
15
U 16
17 19 18 20
21 23 25 27 29 22 24 26 2B
HH
GG
FF
EE
DD
CC
BB
AA
Z
Y
X
W
V
u
T
s
R Q
P O N M L K J I
H G F E D C B A
ooooooooooooooooooooooooooooo
o o o o o o
o o o o o
ooooooooooooooooooooooooooooo
OODOOOOOOOOOOOOOOOOOOO
ooooooooooooooooooooooooooooo
i-oooo*ODaooooooooo�DoooocH
0 0 0 0 0 0 0
JL
JL
JL
JL
.2.
o o o o o
oooooooo
ooooooooo*
o o o o o o
JL
o o o o o
ooooooooooooo
JL
ooooooooo
* o o o o
JL
o o o o o o
ooooooooo
ooooooooooooooooooooooooooo
JL
ooooooooooooooooooooo
SL
JL
OOODOOOOOOOOOOOO
SL
JL
o o o o o
OOOOOłOOOOO
o o o o o
SL
o o o � �
o o o o o
JL
JL
JL
ooooooooo
o o o o o o
ooooooooooo
oooooooooooooo
ooooooooooooooooooooooooooooo
Wycięcie
na
włącznik
ooooooooooooooooooooo
OOOOOOOOOOOOO
o o o o o
iOOOOOOOOOOOOO
OOOOOOOOOOOOO
OOOOOOOOOOOOODOOOOOOO
ooooooooooooooooooooooooooooo
ooooooooooooooooooooooooooo
oooooooo
ooooooooooooooooo
o o o o o o
oooooooo
o o o o o
OOOOOŁOOOOOOOOOOOOOOOOOH
ooooooooooooooooooooooooooooo
Podłączenie do Obudowy
B1-/B2+
wspólna
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 2B
Rys. 2. Schemat rozmieszczenia elementów oraz sposób przecięcia pasków miedzi płytki wzmacniacza mikrofonu.
Uruchomienie
Przed zamknięciem obudowy należy przeprowadzić kilka testów funkcjonowania urządzenia. Po wstawieniu układów scalonych w podstawki i po podłączeniu kabla Vibetek należy włączyć zasilanie.
Dotknięcie kabla powinno spowodować szumy w słuchawkach.
Przy pomocy potencjometru VR2 można właściwie ustawić poziom. Jeśli sygnał jest zniekształcony, oznacza to, że prawdopodobnie przesterowane są wzmacniacze i należy ograniczyć wzmocnienie przy pomocy potencjometru VRl. Kabel Vibetek stanowiący przetwornik można oddalić od urządzenia wykorzystując odcinek
14
Elektronika Praktyczna 7/98
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
(0,25W, 5%, warstwowe
metalizowane)
Rl, R3, R4, R6..R8: 10kO
R2: 3,3MO
R5: 240kQ
R9: 1MO
VR1: 100kQ, cermetowy,
montażowy, liniowy
VR2: 4,7kQ, węglowy, obrotowy,
logarytmiczny
Kondensatory
Cl, C2: 47|iF/35V, wyprowadzenia
jednostronne
C3: 10pF/50V, ceramiczny
C4: 10|iF/16V, wyprowadzenia
jednostronne, elektrolityczny
niepolarny
C5: l|iF/16V, wyprowadzenia
jednostronne, elektrolityczny
niepolarny
Półprzewodniki
IC1: TL072C
IC2: 741
Różne
Tl: LT7OO (wyjściowy transformator
do układów tranzystorowych)
Sl: miniaturowy przełącznik
dwubiegunowy podwójny
SK1: gniazdo monofoniczne jack
ó,35mm
Bl, B2: zestaw baterii 6V
(4xogniwo AA)
Płytka uniwersalna (34 paski x 29
otworów), Im piezoelektrycznego
kabla Vibetek 13, podstawka 8-
nóżkowa 2szt., złączka
przewodowa podwójna do
montażu na płytce (raster 5mm),
obudowa (odlew ciśnieniowy, ok.
120mm x 95mm x 60mm), pokrętło
z tworzywa, słuchawki o niskiej
impedancji (lepiej) lub
miniaturowy głośnik, przewód
plecionka, samoprzylepne kołki
dystansowe 4szt., cyna itp.
przewodu koncentrycznego. Przewód taki łatwo jest przylutować - jego części przewodzące stanowi pocynowana miedź. Należy jednak unikać przegrzewania kabla Vibetek powyżej 70O,, ponieważ PVDF zaczyna wtedy tracić swe własności piezoelektryczne.
Próby eksploatacyjne
Po pomyślnym przeprowadzeniu pierwszych testów przyrząd jest gotowy do prób eksploatacyjnych. Przymocowanie kabla Vibe-tek do szyby pozwoli zbudować mikrofon, który umożliwi odsłuch mowy przez szybę (będzie działać tylko w przypadku okien z pojedynczą szybą). Podczas testów z szybą samochodową słychać było słowa dochodzące z odległości do lOm.
Kabel Vibetek można wykorzystać także jako przetwornik do instrumentu muzycznego. Np. jeśli kabel Vibetek zostanie przymocowany (taśmą samoprzylepną) do pudła rezonansowego fortepianu, po starannym dobraniu wzmocnienia, by uniknąć przesterowa-nia, można podłączyć wyjście urządzenia z wejściem magnetofonu.
Korzyść płynąca z wykorzystania kabla Vibetek jak przetwornika leży w tym, że eliminuje on szumy otoczenia. Takiego kabla używano także do współpracy ze wzmacniaczem keyboardu.
Aby kabel mógł skutecznie spełniać rolę przetwornika, musi znajdować się w kontakcie z drgającą powierzchnią, np. szybą, sklejką lub nawet tekturą falistą (można go wsunąć do wnętrza fałdy). Metoda prób i błędów po-
zwoli znaleźć najbardziej odpowiedni sposób mocowania kabla do konkretnego zastosowania. EPE
Artykuł publikujemy na podstawie umowy z redakcją miesięcznika "Everyday Practical Electronics".
Elektronika Praktyczna 7/98
15
PODZESPOŁY
Scalony sterownik tranzystorów IGBT firmy (JĄ) MOTOROLA
W artykule przedstawiamy
szereg zagadnień związanych
z projektowaniem nowoczesnych
systemów sterowania tranzystorami
dużej mocy IGBT, w oparciu
o zintegrowane sterowniki firmy
Motorola.
MOTOROLA
Układ MC 33153 firmy Motorola został specjalnie zaprojektowany do sterowania tranzystorem IGBT w przekształtnikach dużej mocy stosowanych w napędach silników indukcyjnych, bezszczotkowych silników prądu stałego i układach zasilania bezawaryjnego.
Chociaż został przewidziany do sterowania dyskretnych i modułowych tranzystorów IGBT, układ ten stanowi interesującą, nie tylko z ekonomiczne-jfflh S� punktu widzenia, pro-
�jw|ff pozycję sterowania tran-
^ŚJ zystorów MOSFET i bipo-
larnych. Najistotniejsza właściwość układu to możliwość zabezpieczenia tranzystora w stanie przeciążenia lub zwarcia: desaturacja i pomiar prądu.
Inne ważne cechy charakterystyczne układu MC 33153 to:
- duży prąd stopnia wyjściowego: 1A przy włą-
DMindan czaniu Ś[ 2A przy wyłączaniu;
- obwód ochronny przystosowany zarówno do konwencjonalnego IGBT, jak i IGBT z czujnikiem prądowym;
- ochrona przed przeciążeniem i zwarciem;
- kontrola napięcia zasilania zoptymalizowana dla IGBT;
- możliwość zasilania także napięciem ujemnym, jeżeli sterowanie IGBT tego wymaga.
Schemat blokowy i rozkład wyprowadzeń przedstawiono na rys. 1 i 2. Układ MC33153, zawierający 133 tranzystory, posiada trzy wejścia: INPUT (4], CURRENT SENSE (1] i FAULT BLANKING/DESATURATION (8] oraz dwa wyjścia: DRIVE (5] i FAULT (7). Ponadto, końcówki zasilające oznaczone są jako: Vcc (6] - plus napięcia zasilającego, KELVIN GROUND (2] - masa i Vpe (3] - minus napięcia zasilającego układ. Sygnał sterujący pracą IGBT powinien byc podany na wejście 4 (INPUT], podczas gdy bramka tran-
Current San* rr Input U_ -71 Fault Blwiklrtf _rJ Dsła&wtłon Input
i TJFaultOulput
vtE|T
Input [a_ ~b\ DrtraOutput
Rys. 2.
zystora jest połączona z wyjściem 5 (DRIVE OUTPUT). Szczegóły połączeń układu, jak również przykłady aplikacji opisane są w dalszej części artykułu.
Specyfika sterowania tranzystorów z izolowaną bramką (IGBT)
Najbardziej istotnym aspektem projektowania układu sterowania IGBT jest optymalizacja charakterystyk jego przełączania. Charakterystyki te są szczególnie ważne w zastosowaniach do napędu elektrycznego, w których tranzystory sterowane sygnałem z modulacją szerokości impulsów (PWM] połączone są w układ mostka. W tych aplikacjach elementy w obwodach sterowania bramką tranzystora powinny byc tak dobrane, by zoptymatylizowac proces załączania, wyłączania tranzystora i jego impedancję w stanie blokowania.
Rys. 3.
W celu kontrolowania procesu komutacyjnego można wykorzystać pojedynczy rezystor (rys. 3], ale dobór wartości jego rezystancji będzie wynikał z kompromisu pomiędzy szybkością załączania tranzystora i strat wyłączenia. Stosowanie takiego rozwiązania powinno byc ograniczone do niskich częstotliwości komutacyjnych tranzystora. Sterowanie bramką tranzystora można zoptymalizować poprzez nieznaczną rozbudowę stopnia końcowego układu (rys. 4], w którym procesy załączania i wyłączania tranzystora można kontrolować niezależnie. Rezystor odpowiedzialny za załączenie tranzystora Ron zapewnia kontrolę szybkości IGBT w tym procesie. W zastosowaniach napędowych rezystor ten określa prędkość narastania prądu (di/dt] w tranzystorze w procesie komutacji, z przewodzącą diodą sąsiadującego tranzystora w gałęzi.
Wzajemna relacja załączanego tranzystora i pozbywającej się prądu diody decyduje o szybkości narastania napięcia (dv/dt] w procesie załączania. Zbyt duża prędkość narastania napięcia w gałęzi mostka, podczas procesu załączania tranzystora, stanowi istotny problem dla projektantów układów energoelektronicznych.
17
PODZESPOŁY
Rys. 4.
Natomiast rezystor odpowiedzialny za wyłączenie tranzystora Roff decyduje o szybkości procesu i zapewnia utrzymanie elementu w stanie blokowania w czasie zakłóceń komutacyjnych występujących w przekształtniku. Kontrolowanie procesu wyłączania IGBT umożliwia uzyskanie niskich strat komutacyjnych. W sytuacji, gdy IGBT charakteryzują się ustalonymi minimalnymi stratami, ze względu na rekombinację nośników mniejszościowych, wolne sterowanie bramką tranzystora decyduje o stratach przy wyłączaniu. Ma to szczególnie znaczenie dla szybkich IGBT. Możliwe jest również zbyt szybkie sterowanie bramką, co powoduje generację przepięcia. Zwykle opornik odpowiedzialny za wyłączenie stanowi małą część opornika decydującego o szybkości załączania tranzystora.
Stopień końcowy MC 33153 stanowi para tranzystorów bipolarnych (rys. 3, 4), pozwalających na uzyskanie lA prądu wypływającego i 2A prądu dopływającego do układu. Ponadto, stopień ten zawiera rezystor ścigający sygnał wyjściowy do zera, zapewniając w ten sposób utrzymanie tranzystora w stanie wyłączonym, niezależnie od poziomu napięcia zasilającego układ.
W gałęziach mostka falowników z modulacją szerokości impulsów, co najmniej jeden tranzystor jest wyłączony. Podlega on wówczas zmianom napięcia powodowanym przez sąsiadujący tranzystor w gałęzi. Problem staje się krytyczny, gdy tranzystor ten jest załączany i związana z tym wysoka stromość opadania napięcia pojawia się równocześnie na wyłączonym tranzystorze. W celu uniknięcia przebicia tego tranzystora, wywołanego wspomnianą stromością napięcia, niezbędne jest zapewnienie niskiej impedancji w obwodzie jego wyłączania. W większości zastosowań rezystor odpowiedzialny za wyłączanie tranzystora może mieć wystarczająco małą wartość by utrzymać IGBT w stanie wyłączenia w trakcie komutacji sąsiada w gałęzi bez potrzeby nadmiernego zwiększenia szybkości wyłączania.
Do wyłączania IGBT można też wykorzystać napięcie ujemne. Jest to praktyka przeniesiona wprost ze sterowania tranzys-
Vee
Rys. 5.
torów bipolarnych w układzie Darlingtona, ale w IGBT nie jest wymagana. Tym niemniej, ujemne napięcie polaryzacji bramki tranzystora zmniejsza możliwość jego przebicia w stanie wyłączenia. Dlatego też w układzie MC33153 przewidziano niezależne zasilanie poprzez końcówki Vee i masę (Kelvin Ground), co pozwala na jego pracę przy zasilaniu napięciem +15/-5V.
Izolacja optyczna układu
Izolowane wejście
Układ MC33153 może być wykorzystywany z optycznie izolowanymi wejściami. Użyte w tym celu transporty zapewniają przesunięcie poziomów sterujących i, jeżeli jest to wymagane, izolację od napięć zasilających przekształtnik. Ze względu na duże stromości zmian napięć występujące w przekształtnikach, użyte transoptory, np. HCPL4053, powinny charakteryzować się odpowiednio wysoką wartością dv/dt. Pewne możliwości kontroli stromości opadania napięcia na IGBT daje rezystor odpowiedzialny za jego załączanie. Jak większość transoptorów, HCPL4053 wykazuje aktywny niski stan na wyjściu typu otwarty kolektor. Dlatego też układ MC33153 posiada odwracające wejście, z podciągającym do plusa zasilania rezystorem, pozwalające na bezpośrednie połączenie z transoptorem. Wejście to może być również bezpośrednio połączone z 5 wlotowymi układami logiką CMOS lub mikrokontrolerem.
Sygnalizacja błędu poprzez wyjście transoptor o we
Układ MC33153 posiada wyjście sygnalizacji błędu o aktywnym stanie wysokim. Dzięki temu do wyjścia tego można bezpośrednio podłączyć transoptor. Istotna jest bowiem nie tylko sygnalizacja wszystkich błędów, ale również uniemożliwienie wnikania zakłóceń w ten tor.
Wyjście sygnalizacji błędu (rys. 5) umożliwia, poprzez dobór rezystora, uzyskanie prądów sterowania transoptorem od 10 do 20mA, jak również zapewnia niską impe-dancję w stanie jego wyłączenia.
Również i w tym przypadku należy dobrać transoptor wytrzymujący duże szybkości zmian napięcia (dv/dt).
Układy zabezpieczające
Zabezpieczenie przed zbyt niskim napięciem zasilania
Kontrola poziomu napięcia zasilania układu wysterowania IGBT jest jedną z jego ważnych właściwości. Podczas gdy IGBT wymaga ok. 15V napięcia na bramce by osiągnąć niskie napięcie przewodzenia, obniżenie tego poziomu poniżej 13V powoduje jego znaczne zwiększenie, szczególnie przy dużych prądach. Przy bardzo niskich napięciach na bramce (poniżej 10V), IGBT może wejść w obszar liniowej pracy i szybko się przegrzać. Kontrola poziomu napięcia zasilania układu MC33153 nabiera szczególnego znaczenia w tych przekształceniach, w których napięcie zasilające układ sterowania "gór- +-1 nym" tranzystorem jest wytwarzane ; I poprzez pompę napięciową ładującą i
kondensator. Układ kontroli pozio- '------
mu napięcia na bramce zabezpiecza
Rys. 7
Rys. 6.
IGBT przed nadmiernymi startami w przypadku rozładowania się kondensatora.
Układ MC33153 rozpoczyna pracę przy napięciu ok. 12V, ale dzięki histerezie zapewnionej przez omawiany obwód równej ok. IV, już przy napięciu ok. 11V sterowanie tranzystora zostaje zablokowane.
Zabezpieczenie przed wyjściem z nasycenia
Bipolarne tranzystory mocy powszechnie wykorzystywały układy zabezpieczenia przed wyjściem z nasycenia, których zadaniem jest monitorowanie napięcia przewodzenia tranzystora i jego wyłączanie, w przypadku wzrostu napięcia powyżej określonego poziomu. Wzrost napięcia przewodzenia tranzystora jest ściśle związany ze wzrostem prądu kolektora, co ma miejsce w zakresie prądów wyższych od nominalnych. W związku z tym, że prąd wyjściowy w IGBT jest funkcją napięcia na bramce, jego maksymalna wartość zależy od napięcia na bramce i typu przyrządu.
W przypadku wyższych prądów, a w szczególności prądów zwarcia, IGBT wykazują znacznie wyższą transkonduktan-cję i gęstość prądu niż tranzystory bipolarne. Ma to istotne znaczenie w przypadku aplikacji napędowych, w których w nominalnych warunkach gęstości prądu są niewielkie, a w przypadku przeciążenia lub zwarcia gęstość prądu znacznie wzrasta, ale tylko do poziomu nie powodującego uszkodzenia tranzystora.
Najlepszą metodą wykrywania wyjścia IGBT z nasycenia jest użycie wysokonapięciowej diody, pracującej w układzie kom-paracji. W układzie MC33153 zastosowano komparator wykrywający ten stan i obwód sygnalizujący. Dioda Dl jest zewnętrzną diodą o klasie napięciowej porównywalnej z IGBT. Gdy tranzystor jest załączony i nasycony, Dl ściąga napięcie na wejściu 8 (rys. 6).
W przypadku, gdy IGBT wychodzi z nasycenia lub jest wyłączony, źródło prądowe podciąga napięcie na wejściu 8 i wyzwala komparator. Próg wyzwalania komparatora jest ustalony na poziomie 6,5V, zezwalając
18V
18
Elektronika Praktyczna 7/98
PODZESPOŁY
15V
Rys. 8.
na napięcie przewodzenia tranzystora nie większe niż 5,8V. Sygnał błędu pojawia się, gdy stan bramki tranzystora jest wysoki, a napięcie Vce jest wyższe od dopuszczalnego (5,8V).
Wyjście komparatora wykrywającego stan desaturacji jest iloczynowane z sygnałem podawanym na wejściu bramki. Wynik tej operacji jest następnie podawany na wejście zatrzasków pamiętających stan zwarcia lub przeciążenia prądowego. Zatrzask przeciążenia prądowego wyłącza IGBT na resztę cyklu przewodzenia w przypadku wystąpienia błędu. W momencie zmiany stanu na bramce na wysoki, oba zatrzaski są zerowane. Napięcie odniesienia jest połączone z masą (Kelvin Ground) zamiast do Vee, by uniezależnić poziom komparacji od wielkości ujemnego napięcia zasilania. Należy zwrócić uwagę, że dla prawidłowej pracy komparatora desaturacji, jak i układu sygnalizacji błędu, obwód pomiaru prądu powinien mieć wejście podciągnięte do poziomu wyższego niż napięcie komparacji dla obwodów przeciążenia prądowego i zwarcia. Można to uzyskać poprzez połączenia wejścia 1 z Vcc.
Układ MC33153 ma również możliwość programowania czasu nieczułości układu zabezpieczenia przed wyjściem z nasycenia. Jest to spowodowane potrzebą zablokowania działania układu na czas trwania komutacji załączającego się IGBT z wyłączaną diodą. Po przejęciu prądu diody przez tranzystor, napięcie na kolektorze szybko opada do poziomu Vce(sat). Po załączeniu tranzystora na jego kolektorze pojawiają się jednakże oscylacje wynikające z pojemności Coss i indukcyjności pasożytniczej połączeń. Czas nieczułości układu zabezpieczenia przed wyjściem z nasycenia powinien być dłuższy od sumy czasu komutacji i oscylacji. Funkcja ta wykorzystuje tranzystor NPN do zwierania wejścia komparatora,
18V
Rys. 9.
gdy poziom napięcia na bramce jest niski (rys. 6). W momencie załączenia IGBT, zwierający tranzystor zostaje wyłączony, pozwalając wewnętrznemu źródłu prądowemu na ładowanie kondensatora odpowiedzialnego za czas nieczułości. Czas ładowania kondensatora dołączonego na zewnątrz do wyjścia 8 określa przedział nieczułości układu.
Jeżeli zwarcie pojawi się po załączeniu i wejściu w nasycenie IGBT, czas opóźnienia zadziałania układu wynika z czasu potrzebnego na doła-dowanie kondensatora z poziomu napięcia Vce(sat) do poziomu powodującego zadziałanie zabezpieczenia (5,8V). Funkcja zabezpieczenia IGBT przed wyjściem z nasycenia może być zablokowana przez pozostawienie wyjścia 8 nie podłączonego.
Zabezpieczenie IGBT z wbudowanym czujnikiem prądu
Innym sposobem zabezpieczenia prądowego IGBT jest pomiar prądu emitera przy pomocy bocznika lub wykorzystanie tranzystora z wbudowanym czujnikiem prądu. Istotną zaletą tej metody jest użycie IGBT o dużym wzmocnieniu, lecz o małej odporności na zwarcie. IGBT z wbudowanym czujnikiem prądu zachowuje się w większości przypadków jak MOSFET, pozwalający na bezpośredni pomiar wielkości prądu. Jednakże w tym przypadku problem pomiaru prądu poprzez pomiar niskich napięć wciąż istnieje. Pomiar prądu w IGBT z wbudowanym czujnikiem prądu polega na pomiarze napięcia w kanale tranzystora, które jest liniowo zależne od prądu kolektora. Napięcie wyjściowe z wbudowanego czujnika prądu jest bardzo niskie, zwykle poniżej 100mV.
Korzystanie z wyżej opisanej funkcji IGBT wymaga jej blokowania w trakcie załączania tranzystora, jak również ignorowanie sygnału pomiaru napięcia, gdy poziom napięcia na bramce jest niski. Wynika to z właściwości lustrzanego wyjścia tranzystora, która polega na generacji dużych chwilowych napięć, zarówno w trakcie jego załączenia jak i wyłączenia, ze względu na pojemność pomiędzy kolektorem i wyjściem.
Dla standardowych IGBT (bez wbudowanego czujnika prądu) można skorzystać z niskorezystancyjnego bocznika (od 5 do 50mQ), by mierzyć prąd emitera. W trakcie zwarcia, ze względu na niską impedancję obwodu, prąd może narosnąć do dużych wartości. Dzieje się tak dlatego, że tranzystor jest załączany na minimalny czas, wymagany do poprawnego działania zabezpieczeń, w trakcie którego prąd może narosnąć do dużych wartości. Do realizacji funkcji detekcji zwarcia wykorzystano drugi komparator, który ma wyższy zakres napięć wejściowych. Sygnał zwarcia jest zatrzaskiwany i pojawia się na wyjściu błędu (Fault Output). Po wykryciu zwarcia IGBT zostaje włączony na kilka milisekund, pozwalając w ten sposób na wyrównanie temperatury w jego strukturze, zanim ponownie może być za-
Rys. 10.
Tabela 1.
Rs [0] tp(on) [ns] tt [ns] tp(off) [ns] tr [ns]
4 30 20 60 40
15 40 30 160 40
łączony. Obwód czujnika prądu jest bardzo podobny do układu zabezpieczenia tranzystora przed wyjściem z nasycenia. Możliwe jest również zbudowanie obwodu pozwalającego na zabezpieczenie IGBT wyposażonego w czujniki prądu, jak i bazującego na pomiarze prądu na boczniku.
Wskazówki aplikacyjne
Na rys. 7 przedstawiono podstawowy schemat aplikacyjny sterownika. W przypadku przesłania sygnału sterującego przez transoptor, należy uwzględnić rezystor podciągający na wejściu sterownika, którego wartość powinna wynikać z zakresu prądowego tranzystora transoptora. Ponadto należy pamiętać o kondensatorze odkłócają-cym zasilanie, który powinien być ulokowany możliwie blisko sterownika, zmniejszając w ten sposób ryzyko wniknięcia w układ zakłóceń komutacyjnych.
W przypadku, gdy układy zabezpieczenia prądowego tranzystora nie są wymagane, zarówno wejście czujnika desaturacji (8), jak i pomiaru prądu z bocznika (l) powinny być podłączone do masy (Kelvin Ground (2)). W celu zbuforowania zasilania układu można zastosować diodę podciągającą (bootstrap). Dla zasilania pojedynczym napięciem, końcówki masy (Kel-vin Ground) i Vee powinny być ze sobą połączone. W przypadku aplikacji z dwoma napięciami zasilającymi (rys. 8), masa układu powinna być połączona z emiterem IGBT, podczas gdy wejście czujnika desaturacji (8) i pomiaru prądu z bocznika (l) powinny być połączone masą. Zgodnie z wcześniejszą analizą, zaleca się użycie oddzielnych rezystorów w obwodzie bramki IGBT, odpowiedzialnych za załączanie i wyłączanie tranzystora. W przypadku wykorzystywania obwodu czujnika desaturacji, do końcówki 8 (Desat/Blank) należy podłączyć wysokonapięciową diodę. Dodatkowy rezystor włączony szeregowo z diodą zabezpiecza sterownik przed zbyt dużymi szybkościami zmian napięcia na IGBT. Natomiast kondensator odpowiedzialny za czas nieczułości obwodu powinien być włączony pomiędzy końcówkę 8 i napięcie Vee. Dla układu z dwoma napięciami zasilającymi, kondensator ten po-
1BV
1*.
Fautt Blank Output
MC33153
Sense Input v= Gnd
Elektronika Praktyczna 7/98
19
PODZESPOŁY
1 2�P 2500? r-S1ZI O.Oł Ś 1 sm
'-----s

*Ś�Ś Ś Ś____


/I
J

ti - -4.400� tz - aasons ii - noom Mit - is.obmhz
Rys. 11.

.,_^-


ł1-UJjIj- łJ-tJ-iJ-i-U. Ś I-MiIj


Ś------------Ś Ś Ś .

ti - 1.200IW t2 - 67B0n dt - 66.40� 1/At - 16.0�*Hz
Rys. 12.
-a.oet 5001, m vi stop
Rys. 13.
1 10.01 2 5O.DV -216! 100! i m

f H
"J
�\
\

L

ti - -4OOora E - Se.OOnt ii - 40.00n 1/At - ZSOOMHi
Rys. 14.
winien być połączony z masą. Ponadto, wejście pomiaru prądu z bocznika powinno być podciągnięte do plusa zasilania, gdyż oba wyjścia komparatorów są zilo-czynowane.
W sytuacji, gdy wykorzystywane jest wejście pomiaru prądu bądź to z bocznika, bądź z wyjścia specjalnego IGBT z wbudowanym czujnikiem prądu, uzyskane napięcie powinno być odniesione do masy (Kel-vin Ground). W związku z tym, że poziom napięcia z czujnika prądu jest bardzo niski (zwykle ok. 65mV), jest ono podatne na zakłócenia. Dlatego też ścieżki przewodzące sygnał powinny być zaprojektowane jako para różnicowa. Zalecane jest również zastosowanie filtru RC w celu wyeliminowania zakłóceń o wysokiej częstotliwości. Kondensator filtrujący jest wówczas włączony między wejście czujnika prądu i końcówkę zasilania Vee. Niestety pojemność pasożytnicza istniejąca na tym wejściu nie jest wystarczająca, by skutecznie odfiltro-wać zakłócenia. W przypadku niewykorzystywania pomiaru prądu istotne jest, by nie łączyć tego wejścia z plusem zasilania, gdyż wówczas tranzystor pozostałby na stałe wyłączony.
Test sterownika MC33153
Test sterownika przeprowadzono przy pojedynczym napięciu zasilania równym +15V. W celu uproszczenia układu pomiarowego pominięto separujący transoptor. Sygnał prostokątny TTL z generatora podawano bezpośrednio na wejściu (Input). W obwodzie bramki umieszczono pojedynczy rezystor R6=15Q. Z przebiegów na rys. 11 i 12 odczytano czasy narastania i opadania oraz czasy propagacji definiowane jako czasy między zboczami sygnału wejściowego i wyjściowego, w chwili gdy osiągają one 50% swoich wartości.
Zamierzone czasy wynoszą:
tpm = 88ns
tpm = 66ns
tr = 20ns
tf = 14ns
Są to czasy zbliżone do parametrów znamionowych sterownika.
Zabezpieczenie zwarciowe układu sprawdzono symulując zwarcie. W tym celu odłączono wejście (8) od tranzystora IGBT i podłączono bezpośrednio do Vcc, pozostawiając kondensator Cbiank =120pF ustalający czas tuip zabezpieczenia. Po wysterowaniu układu, sterownik spowodował wyłączenie tranzystora po czasie ttriP = 3,3jis, co widać na rys. 13. Zależności między Cbiank a ttriP, wyznaczono doświadczalnie. W najbardziej istotnym dla użytkownika przedziale od O..12jj.s otrzymano liniową zależność. tuipUis] = 0,0024*Cbiank [pF]
Przy braku Cbiank opisany wyżej układ w ogóle nie włącza tranzystora, co oznacza, że w układzie rzeczywistym zwarcie zostanie wyłączone natychmiast w chwili stwierdzenia go. Zbadano również wpływ wartości rezystancji w obwodzie bramki (R6) na szybkość przełączenia tranzystora.
Dla wartości 4, 15 i 40Q zmierzono opóźnienie między sygnałem wyjściowym sterownika, a napięciem Ucę. Wyniki umieszczono w tab. 1, zaś przebiegi dwóch przykładowych procesów przełączania na rys. 15 i 16.
Jak wynika z danych zawartych w tab. 1, zmniejszenie wartości R6 powoduje przyspieszenie przełączania, natomiast nie ma wpływu na czas narastania napięcia Uce przy wyłączaniu.
Próby zwarciowe wykonywano kontrolując narastanie prądu zwarciowego przy obciążeniu L = 70jiH. Użyto pojemności Cbiank = 68pF, co daje czas ttriP ok. 2jis. Na rys. 17 przedstawione są przebiegi kontrolowane zwarcia przy zasilaniu obwodu mocy napięciem 40V. Sterownik wykrył zwarcie w chwili, gdy Uce(sat) wynosiło ok. 6V, zaś prąd 27A. Po czasie tuip nastąpiło wyłączenie. Rys. 18 przedstawia przebiegi dla tych samych warunków, ale przy zasilaniu napięciem 200V. Wystąpiła sytuacja na tyle krytyczna, że już w chwili włączenia napięcie nasycenia tranzystora wyniosło ok. 7,5V, czyli było wyższe od progu wyzwolenia zabezpieczenia. Sterownik zareagował prawidłowo, spowodował wyłączenie po czasie tuip od chwili włączenia na zwarcie. Prąd wyłączenia wynosił ok. 100A. W obu przypadkach widoczne są znaczne przepięcia i oscylacje wynikające z szybkiego wyłączenia dużego prądu. Ochronę zwarciową sprawdzono również sterując tranzystorem MOSFET (6OV/17A). Próbę robiono przy bra-
ku Cbiank i napięciu zasilania układu mocy 20V. Zabezpieczenie zadziałało w chwili, gdy Uds osiągnęło wartość ok. 6V, zaś prąd ok. 60A. Widać więc, że sterownik MC33153 w pełni można wykorzystać do sterowania tranzystorem MOSFET, pod warunkiem, że przy normalnej pracy tranzystora jego napięcie Uosion) nie jest wyższe od progu zadziałania zabezpieczenia.
Podsumowanie
Sterownik MC33153 łączy w sobie wiele najlepszych cech. Jest bardzo szybkim układem przy odpowiednio dużej wydajności prądowej w impulsie oraz dużej uniwersalności układu ochronnego i wejściowego. Stanowi więc atrakcyjny kompromis pomiędzy właściwościami i ceną. Jerzy Jelonkiewicz
Literatura
1. Single IGBT Gate Driver - dane techniczne sterownika MC33153 firmy Motorola nr MX33153/D.
2. Jacek Szewczyk: ,,Analiza i test układów wysterowania tranzystorów IGBT" praca dyplomowa, Wydział Elektryczny Politechniki Częstochowskiej, marzec 1997.




-1 -1 h -1 11 -1 1 K

\

ti - -4.000nt tL - SB.OOnt ii - BO.OOn* 1tol - 1BB7MHz
Rys. 15.
............;!
...........:I^VW�~-_-_


-i1:1-:

r Ś :-:-?tYWv .-Śiii .
VI (1) - 0.000 V V2(1) - 6.562 V iV(1) - 6562 V
Rys. 16.
owa ioor________ti stop
V1(1) - 0.000V V2(1) - 7.500V 4V(1) - 7S0DV
Rys. 17.
i 10 w gm.ow
VI (1) = -�2G,0rriV V2(1) = 6,260 V
ńV(1) = B,BTGV
Rys. 18.
Elektronika Praktyczna 7/98
NOTATNIK PRAKTYKA
Płytki drukowane w domu, część 3
Jest to ostatnia część
artykułu poświęconego
prezentacji najnowszych
środków dla domowej produkcji
płytek drukowanych.
Tym razem prezentujemy
zasady obowiązujące podczas
wykonywania płytek metodą
naświetlania, prezentujemy
gamę niezbędnych środków
chemicznych oraz podstawowe
narzędzia, które w znacznym
stopniu ułatwiają wykonanie tej
pracy.
ŹródtoftwtaUa
Fblto TtarwrsflW
Papłar lub hiny^-^ _ mptorU z nadnidam
Rys. 3.
Dowolny nadrtA
Jak wykorzystać gotowe wzory...
...które zostały wydrukowane w książce, na wkładce EP, itp? Oczywiście jest to możliwe! Niezbędna do tego celu będzie specjalna folia "Transrelfex", przy pomocy której możliwe jest stykowe kopiowanie dowolnego rysunku. Zaletą tej metody kopiowania jest niezależność od nadruków znajdujących się na drugiej strony kartki-matrycy (rys. 3). Wywołanie i utrwalenie wświet-lonego obrazu umożliwia specj ny zestaw sproszkowanych śroo ków chemicznych (fot. 6).
Po skopiowaniu otrzymujemy jej obraz pozytywowy. Jeżeli kopiowany wzór płytki został wydrukowany jako negatyw, można go "odwrócić" przy pomocy folii negatywowej (rys. 4). Dość istotną wadą tej folii jest konieczność stosowania do naświetlania promiennika
ultrafioletu, a do wywołania i utrwalenia obrazu - specjalnych substancji
wzórfctażek
Sposób przygotowania wywoływacza i utrwalacza do folii "Transreflex" oraz folii negatywowej
W opakowaniu znajdują się trzy torebki:
- ze składnikiem wywoływacza oznaczonym literą ,,A",
- se składnikiem wywoływacza oznaczonym literą ,,B",
- ze specjalną solą, spełniająca rolę utrwalacza.
Zawartość każdej z torebek wywoływacza należy rozpuścić w 0,5l lekko ogrzanej wody. Przed użyciem obydwa roztwory należy ze sobą wymieszać w stosunku 1:1. Tak przygotowany roztwór można wykorzystywać przez ok. 30 godzin (w zależności od temperatury otoczenia). Utrwalacz (całą zawartość torebki} należy rozpuścić w li wody.
chemicznych. Na szczęście są to te same substancje, w których obrabiana jest folia "Transreflex".
Wzór na folii i co dalej?
Jak wspomniałem w poprzedniej części artykułu, przeniesienie wzoru połączeń na powierzchnię płytki drukowanej wymaga zastosowania
Fot. 5.
jednego z dwóch podstawowych rodzajów folii:
- standardowej, na której nanoszony jest wzór ścieżek, który stanowi matrycę fotograficzną do przeniesienia na powierzchnię miedzi,
- folii TES, która umożliwia łatwe przeniesienie nadrukowanych połączeń na powierzchnię miedzi kryjącej laminat.
O ile przeniesienie wzoru z folii TES wymaga tylko żelazka, wykorzystanie standardowych folii jest znacznie bardziej skomplikowane. "Skomplikowane" oznacza niestety "droższe", ale - jak pokazała praktyka - warte swojej ceny, bowiem
Fot. ó.
Elektronika Praktyczna 7/98
21
NOTATNIK PRAKTYKA
Nfllpratazym domowym ^ranbom wybrania nsgitywu Jett zMioaowanb folii negtfywowe],
Rys. 5.
jakość wykonywanych płytek jest bliska standardom profesjonalnym. Po przeniesieniu wzoru płytki na przeźroczystą folię należy przygotować odpowiedni kawałek laminatu i pokryć go warstwą światłoczułą. Elfa ma w swojej ofercie specjalną emulsję światłoczułą
Fot. 7.
"Positiv fotoresist", którą można pokrywać miedź przyklejoną do powierzchni laminatu. Doświadczenia przeprowadzone przez autora wykazały, że równomierne pokrycie powierzchni płytki tą emulsją nie jest zadaniem prostym (znacznie trudniejszym, niż w przypadku emulsji "Positiv" firmy Kontakt Chemie). Co więcej cena takiej emulsji jest bardzo wysoka.
Wobec tych, dość ważkich, argumentów znacznie lepszym i tańszym rozwiązaniem okazuje się wykorzystanie kawałków laminatu fabrycznie pokrytych emulsją światłoczułą (fot. 7). Jest ona uczulona na promienio-
wanie ultrafioletowe o długości fali 35 0..3 70nm. Żaden ze standardowych promienników (zwłaszcza lampy kwarcowe używane do sztucznego opalania w warunkach domowych) nie emituje promieniowania o tej długości, w związku z czym zalecane jest zakupienie specjalnej lampy do tego celu. Podczas posługiwania się promiennikiem należy zwrócić szczególną uwagę, na konieczność przestrzegania zasad bezpieczeństwa - promieniowanie Ul- jj trafioletowe ma . bardzo negatywny j wpływ na wzrok ludzki. Piekące ; i łzawiące oczy są dowodem na to, że niezbyt uważ-
Aby móc korzystać z folii ,,Tran-sreflex" wystarczy zwykła lampka z żarówką o mocy minimum 100W.
tra fioł et owej. Zastosowanie naświet-larki zapewnia dokładny i równomierny docisk folii z naniesionym wzorem, do pokrytej emulsją światłoczułą powierzchni laminatu.
Na zakup naświetlarki będzie mogło pozwolić sobie z pewnością niewielu Czytelników. Przy odrobinie ostrożności naświetlarkę można zastąpić świetlówkami ultrafioleto-
Jeżeli chcesz szybko wykonać negatyw wzoru płytki możesz wykorzystać specjalną folię negatywową. Do jej obróbki niezbędne są środki chemiczne identyczne, jak dla folii MTransreflex". Do naświetlania folii negatywowej niezbędny jest promiennik ultrafioletu.
Fot. S.
nie posługiwaliśmy się lampą. Z tego właśnie powodu warto jest zainwestować dobrej jakości naświetlarkę (fot. 8) lub samodzielnie wykonać szczelną obudowę, która uniemożliwi bezpośrednią obserwację włączonej lampy lub świetlówki ul-
wymi przymocowanymi do prostokątnej płyty, dwoma szybami i niewielkim pudełkiem wykonanym z plastyku, drewna lub dowolnego innego materiału, który nie przepuszcza światła (rys. 5) . Pomiędzy szyby należy włożyć laminat z przy-
22
Elektronika Praktyczna 7/98
NOTATNIK PRAKTYKA
Pudełko ze nczelnym wieczkiem
SwiflUówki ultrAfiolstowe
Folia z naniesionym o brsram płytki
LnmhHt połayty
Uiiiwyty dadiłaJqcB Kyby
emulsją światfoćnJą / Szyba dolna
Rys. 5.
łożoną od strony emsulsji światłoczułej folią ze wzorem druku. Szyby trzeba ścisnąć np. przy pomocy
Podczas korzystania z naświetlar-ki ultrafioletowej naleśy bardso uważać na wzrok!
spinaczy bieliźnianych i włożyć do pudełka w taki sposób, aby nad, lub pod nimi, zmieściła się płyta ze świetlówkami. Rozwiązanie to spisuje się bardzo dobrze, pod warunkiem zapewnienia równomiernego oświetlenia po-
1,5% roztwór. Czas wywoływania nie przekracza zazwyczaj 3..4 minut, ale w pewnych sytuacjach wystarcza kąpiel trwająca 30 sekund. Dlatego należy uważnie obserwować zjawiska zachodzące na powierzchni płytki drukowanej. Podczas wywoływania dobrze jest przecierać powierzchnię płytki delikatnym pędzlem, co przyspieszy usuwanie wywołanej emulsji.
Fot. 9.
wierzchni płytki drukowanej.
W katalogu Elfy dostępne jest wiele wersji "surowych" płytek o różnych wymiarach i grubości pokrycia miedzią. Dostępne są także kawałki laminatu dwustronnie pokrytego miedzią i emulsją światłoczułą. Dzięki temu każdy poten-
Zalecanyrn roztworem do wywoływania emulsji światłoczułej pokrywającej powierzchnię płytki drukowanej jest soda żrąca (kaustyczna).
Po zakończeniu procesu wywoływania płytkę należy przemyć pod bieżącą wodą i można przejść do ostatniego
Fot.
cjalny wykonawca płytki znajdzie odpowiednią propozycję dla siebie. Naświetlona płytka wymaga wywołania wzoru druku. Zalecanym środkiem wywołującym jest dostępna w sklepach chemicznych soda żrąca, z której należy przygotować
" c h e -
micznego" etapu wytwarzania -trawienia. W poprzedniej edycji katalogu Elfy znajdowały się środki trawiące, w aktualnej ich już nie ma. Trzeba więc spróbować poradzić sobie innymi dostępnymi na rynku środkami. Doskonale spisuje się w roli wytrawiacza nadsiarczan sodu lub chlorek żelazowy. Ponieważ tra-
wienie trwa znacznie krócej, jeżeli temperatura środka trawiącego wynosi ok. 50�C, zalecane jest ciągłe jej podgrzewanie podczas trawienia. Najłatwiej zadanie to można zrealizować, korzystając ze specjalnej tra-wiarki wyposażonej w termometr, elektryczną grzałkę (fot. 9) i ewentualnie pompę powietrza (fot. 10), która przyspiesza usunięcie zbędnych fragmentów powierzchni miedzi.
Po wytrawieniu pozostaje nam ponownie umyć płytkę, przesuszyć ją, wywiercić otwory i rozpocząć montaż. To się naprawdę da zrobić! Piotr Zbysiński, AVT
Wszystkie przedstawione w artykule materiały i narzędzia udostępniła redakcji firma Elfa. Poniżej podajemy ich numery katalogowe i ceny netto;
- numer katalogowy folii "Tran-sreflex" A4 (w opakowaniu 2 arkusze): 49-516-20, cena; 30,80zł;
- numer katalogowy zestawu do obróbki folii "Transreflex" oraz negatywowej (wywoływacz i utrwalacz); 49-5 77-83, cena; 37,43zi;
- numer katalogowy folii negatywowej (w opakowaniu 2 arkusze A4); 49-516-12, cena; 30,80zi;
- numer katalogowy emulsji "Po-siiiv foioresisi"; 49-815-51, cena;
86, 62 zł;
- numer katalogowy naświeilarki ultrafioletowej (250xl60mm, 8W); 49-821-04, cena; 1419,33zł;
- numer katalogowy irawiarki;
49-578-58, cena; 239,76zł;
- numer katalogowy pompy powietrza; 49-824-35, cena; 116,10zł;
- numer katalogowy grzałki elektrycznej; 49-825-83, cena; 149,27zl
Bezpłatny katalog Elfa można zamówić pod numerem telefonu [0-22) 652-38-80 lub poprzez e-mail; [e-mail].
Elektronika Praktyczna 7/98
23
Nowoczesne interfejsy linii telefonicznych
Koniec ery transformatorów? JJT1
SPOŁ Y
MITEL
W czerwcowym numerze EP
opisaliśmy rodzinę pamięci
produkowanych przez firmę
Kicor, które noszą nazwę SLIC
(od ang. Self Loading Integrated
Co de).
W tym miesiącu przedstawimy
zupełnie inną rodzinę układów,
także określanych akronimem
SLIC. Tym razem są to układy
interfejsowe, przeznaczone do
stosowania w sprzęcie
telekomunikacyjnym. Nazwa tych
układów wywodzi się od
angielskich słów: Subscriber
Linę Interface Circuit.
Jednym z najpoważniejszych problemów, na jaki napotykają konstruktorzy urządzeń telekomunikacyjnych, jest zaprojektowanie dobrej jakości, spełniającego wymagania wszystkich norm, modułu sprzęgającego linię telefoniczną z dołączanym do niej urządzeniem. Problemy wiążą się przede wszystkim z koniecznością pogodzenia ze sobą wielu przeciwstawnych warunków, tzn. zapewnienia separacji galwanicznej, maksymalnie szerokiego pasma przenoszonych częstotliwości i odporności na przepięcia powstające w linii.
Najbardziej powszechnie dotychczas stosowanym elementem sprzęgającym były transformatory. Ich zaletą jest niski koszt wykonania, skuteczna izolacja, odporność na przepięcia (przy odpowiednim zabezpieczeniu dodatkowym] i łatwość "wplatania" w standardowe opracowania inżynierskie. Największymi, z punktu widzenia konstruktorów, wadami transformatorów są: duże tłumienie, silna zależność współczynnika tłumienia od częstotliwości przenoszonego sygnału, stosunkowo duże wymiary oraz konieczność stosowania złożonych układów sterujących transformator.
TIP RING
tcin
Separator gal wanhany^
MITEL
MH33422
Żrótito prtfowa
RVLC
Rys. 1.
U nli abonencka
Izolowany Wartej! uzytłmwnlka
MITEL
MH3342Z
O Otaow**) dołkami Wm abdątmli cfc liii ubanencłdij
Rys. 2.
SLIC-e z separacją galwaniczną
Ponieważ wymagania rynku telekomunikacyjnego nieustannie rosły, kanadyjska firma Mitel wprowadziła na początku 1995 roku do swojej oferty produkcyjnej układy hybrydowe, przy pomocy których można zastąpić transformator, uzyskując przy okazji szereg dodatkowych możliwości funkcjonalnych. Układy te nazwano SLIC (od ang. Subscriber Linę Interface Circuit, czyli Interfejs Linii Abonenckiej].
Układy SLIC zapewniają separację galwaniczną linii od dołączanego urządzenia, dopasowanie impedancyjne do linii, możliwość przekazywania dowolnych sygnałów przekazywanych liniami telefonicznymi (głos, fax, dane cyfrowe kodowane w którymś ze standardów modemowych, sygnały sterujące Bell, itp.]. Schemat blokowy prezentujący budowę jednego z najbardziej popularnych układów SLIC z ofert firmy Mitel (układ nosi oznaczenie MH88422] znajduje się na rys. 1.
Izolację galwaniczną uzyskano dzięki zastosowaniu dwukierunkowego sprzężenia optycznego pomiędzy linią telefoniczną i dołączanym urządzeniem. Dzięki odpowiedniej konstrukcji ceramicznej płytki nośnej układu oraz przemyślanemu rozmieszczeniu elementów, transoptorowa bariera optyczna zapewnia odporność na przebicia 3kV (napięcia zmiennego!]. Standardowa różnica napięć pomiędzy modułem linii abonenckiej a interfejsem użytkownika może wynosić 250V (wartość skuteczna].
Od strony linii abonenckiej układ MH8842 2 posiada dwukierunkowe złącze TIP/RING, które spełnia rolę obciążenia linii (po podniesieniu słuchawki], interfejs wejściowy audio TXIN/TF oraz wejście detektora pętli prądowej i sygnału dzwonka RLS. Elementy dołączone do wyprowadzeń TIP/RING spełniają rolę klucza sterowanego stanem logicznym podawanym na wejście !LC. Dzięki temu istnieje możliwość wykorzystania układu MH88422 jako inter-
Elektronika Praktyczna 7/98
25
PODZESPOŁY
i/MHi a m IZZh ITEL-W625C n __r^1_ HP
r min
r u I RINO


Rys. 3.
fejsu wybierania impulsowego. Wejście VR umożliwia przesyłanie sygnału audio w kierunku "do" linii abonenckiej.
Na wyjściu RVLC sygnalizowany jest fakt pojawienia się w linii sygnału dzwonka oraz dołączenia do linii obciążenia prądowego (znajdującego się pomiędzy wyprowadzeniami TIP i RING]. Wyjście VX jest standardowym wyjściem audio z prostym układem antylokalnym, który pozwala uniknąć wielokrotnego nakładania się echa przekazywanego sygnału. Część układu, do której dołączane są urządzenia użytkownika wymaga dostarczenia zasilania +5V. Linia zasilająca jest także całkowicie odizolowana od łącza telefonicznego. Na rys. 2 przedstawiono najprostszy schemat aplikacyjny układu MH88422. Zbliżony konstrukcyjnie do tego układu jest MH88400.
VA1
Ze względu na specyfikę aplikacji dość często ta grupa układów SLIC wyposażona jest w wewnętrzny zestaw elementów, które gwarantują ich kompatybilność ze specyfikacją BORSH (ang. Battery, Overvolta-ge, Ringing, Supervision, Hybrid]. Oznacza to, że poprzez SLIC-a można zasilać poprzez linię telefoniczną telefon (Battery], jest on zabezpieczony przed przepięciami (Overvoltage], może dostarczać do linii sygnał dzwonienia (Ringing], zapewnia możliwość nadzorowania stanu linii (Supervi-sion] oraz, że zapewnia konwersję symetrycznego sygnału z linii na sygnał niesymetryczny i odwrotnie (Hybrid]. Przykładem konstrukcji spełniającej założenia BORSH są układy MH88510 oraz MH88511.
Kolejnym, istotnym problemem na jaki napotykają konstruktorzy urządzeń elektronicznych jest konieczność dopasowania impedancji wyjściowej (wejściowej] do wymagań standardów. Ponieważ w różnych krajach wymagania te są odmienne niezbędne okazało się opracowanie wielu wersji tych samych układów, w zależności od rynku, na jaki były kierowane. Układ MH88600 (rys. 5] pozwoli uniknąć takich
VA2
VB
VC1
GTO
TIP RING RING FEED
RD | *
RCI RGTO
Pftls prądom omz dzwon kfl
LJWnd rozmowny
przBłaMla
* |JUNCTOR
VA2
VB
*+ąrMH33500
llnl
MUTE
Rys. 4.
Ponieważ zazwyczaj układy SLIC (np. MH88400, MH88422] nie są wewnętrznie zabezpieczone przed przepięciami mogącymi się pojawić pomiędzy przewodami linii telefonicznej, niezbędne jest zastosowanie dodatkowego elementu zabezpieczającego jego wejście. W najprostszym przypadku może to być transil (rys. 2], można także zastosować specjalne zabezpieczające układy hybrydowe firmy Mitel (np. MH80625C]. Uproszczony schemat prezentujący sposób włączenia w linię układu zabezpieczającego przedstawiono na rys. 3.
SLIC-e standardowe
Ponieważ nie we wszystkich aplikacjach warunek separacji galwanicznej pomiędzy linią abonencką a dołączanym do niej urządzeniem musi być spełniony dostępne są także interfejsy SLIC bez separacji. Budowę wewnętrzną jednego z najbardziej popularnych układów tego typu przedstawiono na rys. 4. Podstawowym obszarem aplikacyjnym układów zbliżonych do MH88500 są lokalne centralki abonenckie, w których SLIC-e spełniają rolę kluczowanych (przez cyfrowe obwody centrali] interfejsów, do których podłączane są telefony.
problemów, możliwe jest bowiem samodzielne dobieranie impedancji jego obwodów wyjściowych. Selekcji dokonuje się poprzez odpowiednie połączenie końcówek ZN0..ZN14. Producent przewidział 7 standardowych impedancji. W przypadku konieczności ich modyfikacji jest to możliwe poprzez dobranie wartości elementów zewnętrznych. Układ MH88600
jest zgodny ze specyfikacją BORSH, co powoduje, że jest to najbardziej uniwersalny układ spośród dostępnych w chwili obecnej na rynku.
Podsumowanie
W artykule bardzo skrótowo przedstawiliśmy rodzinę interfejsów telekomunikacyjnych SLIC. Całkowicie zostały pominięte układy współpracujące z telefonami cyfrowymi, co wynika z faktu ich niewielkiej popularności na naszym rynku.
Firma Mitel cały czas wprowadza na rynek nowe opracowania, które w znacznym stopniu rozszerzają możliwości układów SLIC. Dostępny już jest pierwszy układ wykonany w technologii monolitycznej (MT91600], pojawiły się także układy przeznaczone do stosowania w szybkich modemach lub faxach (MH88434].
Piotr Zbysiński, AVT
Artykuł opracowano na bazie materiałów dostarczonych przez firmę Iwanejko Electronics, polskiego przedstawiciela firmy Mitel.
Szczegółowe informacje są dostępne w Intern ecie pod adresem: www.semi-con.mitel.com
ZN14 ZN13....... ZNB ZN7 ...........ZN ZNU
1 T T TTT...........
7F1 I Moduł doboru lmpBdanc| J
TF2 I SbIbMot ŻnWło pudowe
1
71P | RING I ZAbozplsczenk* zwarciowe 1 przMłwprzap, Kbnwartar 2->4lhłs Ragulacja wzmocnienia


1___ ----
Rltrmodutu
Wzmacniacz 1 dzmnłfB n
dzwonka 1 1
RJ=L | ___1 Pytodutnadzon Etanu IŁnll Sterownik pnBkBfnlka
1 1 111.....
PQ2 PG+ TX
PQ3 PG1
EGB SHK
Rys. 5.
26
Elektronika Praktyczna 7/98
ŚSPRZĘT
ALL-11
- nowy programator firmy Hi-Lo Systems
Programatory serii ALL są
dobrze znane wśród konstruktorów
w naszym kraju. Legendarny już
ALL-03A i nieco nowszy ALL-07
zostały niedawno zastąpione
nowocześniejszą konstrukcją,
o oznaczeniu ALL-11.
O zaletach tego programatora
firmy Hi-Lo piszemy w artykule.
E Prograromef
dot Fc moi
g
Waccess 3eup
|Bołtów63-l
Rys. 1.
Rys. 3.
Największą wadą programatorów starszych generacji, produkowanych przez Hi-Lo Systems, jest nie zawsze poprawna współpraca z systemami operacyjnymi Windows , 95 i NT. Ponieważ wprowadzenie modyfikacji likwidujących te niedogodności j-okazało się trudne, projektanci Hi-Lo Systems opracowali zupełnie nową konstrukcję, pozbawioną wad poprzedników. Nowy programator nosi nazwę ALL-11.
Jak sugeruje nazwa urządzenia, przy jego pomocy można programować niemal wszystkie układy programowalne dostępne na świecie. Lista obsługiwanych układów jest rzeczywiście bardzo długa, ale po bliższym przyjrzeniu się, traci nieco na atrakcyjności. Dlaczego? Otóż niezbędnym dodatkiem do programowania wielu, nieco mniej popularnych układów są niezbędne dodatkowe adaptery. I tak na przykład, żaden z mi kro kont role rów firm Motorola, Mitsubishi, Hitachi, Cypress, Siemens, Toshiba, WSI oraz większość procesorów NECa i Texas Instruments obsługiwanych przez programator nie może być programowanych bez dodatkowych adapterów.
Pocieszeniem może być fakt, że ALL-11 doskonale radzi sobie z większością rnikro-kontrolerów, które są popularne w naszym kraju. Bez konieczności ponoszenia dodatkowych nakładów można programować układy Ziloga, większość wersji ST62 (SGS-Thom-sonj, procesory rodziny '51 (Philips, Intel, AtmelJ, popularne PICe Microchipa (w tym wersje S-nóżkoweJ, procesory rodziny COPS (National Serniconductorsj oraz zdobywające nasz rynek AVR (AtmelJ. Bardzo bogata jest Lista programowalnych układów PLD i CPLD, pamięci EPROM, EEPROM (szeregowych i równoległych), BPROM oraz Flash. Tak więc, pomimo konieczności stosowania wielu adapterów, można śmiało stwierdzić, że jest to programator dobrze dostosowany do specyfiki krajowego rynku.
W obudowie programatora zintegrowany został impulsowy zasilacz sieciowy, który automatycznie dopasowuje się do napięcia wejściowego (w zakresie 90..2451/}. W przedniej części obudowy znajduje się gniazdo przeznaczone do zainstalowania modułu pamięci o pojemności do 12SMB, która rozszerza wewnętrzną pamięć buforową o standardowej pojemności 1MB.
Współpraca z komputerem PC odbywa się poprzez złącze szeregowe (szybkość transmisji danych do 115kb/sJ. Opcjonalnie jest dostępne także szeregowe złącze USB.
Programator jest dostarczany użytkownikowi ze standardowo zainstalowanym adapterem DIP4 0. Wszystkie opcjonalne adaptery instalowane są bezpośrednio w tę podstawkę. W przypadku korzystania z adaptera do programowania wielu (do ośmiuj układów jednocześnie, należy zdjąć cały moduł z podstawką DIP40 i w to miejsce zainstalować moduł GANG. Reinstalacji wymagać będzie także oprogramowanie sterujące pracą programatora (program Setup, rys. lj.
Dzięki temu, że program sterujący wykorzystuje standardowy interfejs Windows (3. lx lub 95} jego obsługa jest bardzo prosta i przejrzysta (iys. 2j, także dla mniej zaawansowanych użytkowników.
Oprócz funkcji programatora ALL-11 można wykorzystać także jako tester cyfrowych układów scalonych oraz pamięci RAM (rys. 3). Ciekawą możliwością oferowaną przez
urządzenie jest automatyczne określanie typu układu włożonego w podstawkę. Jak się okazało podczas intensywnych prób "oszukania" programatora, algorytm poszukiwania opracowany przez inżynierów z firmy Hi-Lo jest bardzo niezawodny. Dzięki możliwości definiowania własnych wzorców testowana (rys. 4j, każdy użytkownik może bez trudu stworzyć własną bibliotekę testów. Bardzo cenną cechą oprogramowania sterującego pracą programatora jest zintegrowanie z nim podstawowych programów narzędziowych, które umożliwiają konwersję, podział i łączenie plików wykorzystywanych do programowania układów. Wbudowane procedury testujące wewnętrzne bloki programatora (rys. 5} ułatwiają jego diagnostykę i zwiększają komfort pracy. Robert Jaworski
Programator ALL-11 udostępniła redakcji firma Eimark.

HH
mil -t n K hihiH mm ' ii ii .n
n i* >ta Ś I vfiv Ś** Ś� If

Rys. 4.

Lmx al
P|HB�4 riL di1 lv**- inl a* '

i:p driił#- t*nl ai t
p VHHł�1 r*ł drii^łr tefit ot �
'?" tfrŁuv Italią r*o*
VłJ ^ W dTLv*r E*al ak t
PY0PXTnl


Rys. 5.
Elektronika Praktyczna 7/98
27
MINIPROJEKTY
Wspólną cechą układów opisywanych w dziale "Mlnlprojekty" jest łatwość Ich praktycznej realizacji. Na zmontowanie i uruchomienie układu wystarcza zwykle kwadrans. Mogą to być układy stosunkowo skomplikowane funkcjonalnie, niemniej proste w montażu i uruchamianiu, gdyż Ich złożoność i Inteligencja jest zawarta w układach scalonych. Wszystkie projekty opisywane w tej rubryce są wykonywane i badane w laboratorium AVT. Większość z nich wchodzi do oferty kitów AVT jako wyodrębniona seria "Mlnlprojekty" o numeracji zaczynającej się od 1000.
Miniaturowe inwertery napięcia
W niektórych
urządzeniach istnieje
potrzeba zasilenia kilku
analogowych układów
scalonych napięciem
symetrycznym. Wymaga
to budowy zasilacza
napięć symetrycznych,
co nie zawsze jest
możliwe. Ponadto, taki
za siła cz sym etryczny
ma zazwyczaj
n i esym etryc zne
obciążenie, z reguły
większe dła napięć
dodatnich niż
ujemnych.
A co ma zrobić
konstruktor urządzenia
bateryjnego?
our I
IN wcaa unozs
C1-
4 GND
Rys. 1.
Rys. 4.
Firma MAXIM opracowała dwa układy inwertera napięcia MAX323 i MAX329 przedstawione na rys. 1. Zostały one umieszczone w miniaturowej obudowie SOT23-5.
Podstawowe zastosowania tych układów to panele LC D, t el efony kom ór kow e, aparatura medyczna oraz pozostały sprzęt zasilany bate-ryjnie lub akumulatorowo. Cechy charakterystyczne tych układów są następujące:
- mała obudowa predestynująca układ do zastosowań w urządzeniach kieszonkowych i miniaturowych,
- wysoka sprawność przetwornicy, dochodząca do 95%,
- zmienia znak napięcia wejściowego,
- tylko 60uA (MAXS2S) albo 150uA (MAX329) prądu pobieranego na własne potrzeby,
- zakres przetwarzanych napięć od 1,5V do 5,5V,
- prąd obciążenia wynosi 25mA przy spadku napięcia na przetwornicy nie przekraczającym 500mV,
- wymaga tylko dwóch zewnętrznych pojemności.
Zasada działania układów MAX828/9
Funkcjonalnie układ jest zbudowany z generatora przebiegu prostokątnego, pokazanego na rysunku w postaci fali prostokątnej oraz czterech kluczy, które są tranzystorami mocy MOSFET. Częstotliwość generatora w układzie
MAX323 wynosi 12kHz, a w układzie MAXS29 -35kHz. Sygnał z generatora fali prostokątnej jest doprowadzony do bramek kluczy. Układ inwertera w torze sterującym bramki kluczy służy do odwrócenia fazy. Klucze są włączane stanem wysokim, zatem w wyniku zastosowania inwertera odwracającego fazę są włączane parami, na zmianę: raz Sl i S3, raz S2 i S4. Schematycznie na rys. 2 i rys. 3 przedstawiono sposób zamiany GND vout napięcia z dodat-Rys. 5. niego na ujemne.
Na rys. 2 pokazano przypadek stanu wysokiego generatora (kropka na fali prostokątnej). Załączone są klucze Sl i S3, a klucze S2 i S4 są otwarte, czyli pojemność Cl jest ładowana do napięcia VM, bowiem jest połączona z masą i napięciem wejściowym VM. Po zmianie stanu wysokiego na niski sygnału z generatora fali prostokątnej, klucze Sl i S3 zostaną otwarte, natomiast wskutek działania inwertera zaczną przewodzić klucze S2 i S4 (przypadek na rys. 3). Ładunek zgromadzony w pojemności Cl jest przekazywany do pojemności C2. Należy jednak zauważyć, że tym razem pojemność Cl została połączona odwrotnie: dodatnią okładziną do masy, czyli napięcie Vo� będzie ujemne. Po kilku, kilkunastu okresach działania pojemność C2 zostanie naładowana do napięcia występującego na Cl oraz będzie doładowywana
w miarę odbierania przez obciążenie tego ładunku w postaci prądu wyjściowego.
Pojemności Cl i C2 są pojemnościami dołączanymi z zewnątrz.
Rozwiązanie układowe
Schemat elektryczny układu przedstawiono na rys. 4. Właściwie trudno tutaj cokolwiek komentować, bowiem cały układ składa się raptem z trzech podzespołów. Płytka drukowana (rys. 5) jest wielkości obudowy stabilizatora LM7SXX. Układ nóżek wyjściowych przypomina również ten stabilizator (rys. 5).
Producent zaleca stosować kondensatory elektroli-
tyczne o małym parametrze ESR, czyli zastępczej rezystancji szeregowej (ang. eqi-valent series resistance). Jest to rezystancja, która decyduje o prędkości ładowania pojemności ze źródła energii
0 nieskończonej wydajności. Im ta rezystancja jest mniejsza, tym lepiej, nie powstają bowiem straty na niej oraz maleje rezystancja wyjściowa tak zbudowanej przetwornicy.
Sposoby połączeń wielu układów
Układy MAXS2S
1 MAXS29 mogą być łączone kaskadowo w celu zwielokrotnienia wartości odwróco-
T
Vout
T
Vout
T
Rys. 7.
nego napięcia. Ideę połączenia kaskadowego za pomocą proponowanej tu płytki przedstawiono na rys. 6. W celu zwiększenia wydajności inwertera napięcia można te płytki łączyć równolegle (rys. 7). Mirosław Lach, AVT j lach� i si. wa t. wa w. pl
WYKAZ ELEMENTÓW
Kondensatory
Cl, C2: 10nF/lóV miniolurowe Półprzewodniki
Ul: MM828EUK SMD
Kompletny układ i płytki drukowane są dostępne w AVT pod oznaczeniem AYT-1163.
Elektronika Praktyczna 1/98
67
SPRZĘT
Emulator
mikrokontrolerów
AT89CxO51
Trudno jest sobie wyobrazić
współczesną elektroniczną
pracownię konstrukcyjną bez
odpowiednich narzędzi, które
wspomagają proces
projektowania. W artykule
przedstawiamy jedno z takich
narzędzi - emulator bardzo
popularnych mikrokontrolerów
firmy Atmel AT89C1051
i AT89C2051.
W skład zestawi SIM2051 wchodzą:
/ emulator SIM2051.
/ dyskietka 3,5 z programem sterującym sitn205i exe orazprograrnerntestowym test105i bm,
/ kabel emulacyiny zakończony złączem DIP20,
/ kabel RS232 (9pin/9pin).
/ instrukcja obsługi,
/ karta gwarancyjna
wy, Ś
/
t
Prezentowany w artykule emulator jest nowością na rynku. Dzięki "świeżości" konstrukcji charakteryzują go doskonale parametry użytkowe, niewielkie wymiary i at- J rakcyjna cena. Wiele problemów stwarza projektantom emulatorów mikrokontrolerów AT89CxO5l wbudowany w nie komparator analogowy. W praktyce stosowane są bardzo różne sposoby ominięcia tego problemu - najprostszy z nich polega na przełączaniu jumperami trybu pracy. Konstruktorzy z firmy Astar ABR wybrali rozwiązanie bardziej przyjazne użytkownikowi, które polega na programowym (przez zewnętrzny program sterujący] przełączaniu trybu pracy komparatora. Rozwiązanie to nie jest jednak całkowicie pozbawione wad, o czym wspomnimy w dalszej części artykułu.
Program sterujący pracą emulowanego procesora zapisywany jest w nieulotnej pamięci emulatora SIM2051 i jest każdorazowo, automatycznie wykonywany po włączeniu zasilania emulatora. Dzięki temu można potraktować emulator jako "przenośny" reprogramo-walny procesor, którą to właściwość można wykorzystać w serwisie samodzielnie budowanego sprzętu (zwłaszcza sterowników dla automatyki].
Przyjęte przez konstruktorów rozwiązania sprzętowe powodują, że włączenie zasilania jest jednoznaczne z uaktywnieniem komparatora analogowego, niezależnie od tego, czy użytkownik tego sobie życzy, czy też nie. Jeżeli więc w aplikacji użytkownika komparator nie jest wykorzystywany, konieczne jest uruchomienie programu sterującego z parametrem, który powoduje przełączenie portu w cyfrowy tryb pracy. Fakt włączenia komparatora sygnalizowany jest przy pomocy diody świecącej (jednej z czterech], która znajduje się w górnej części obudowy.
W celu ułatwienia obserwacji reakcji programu na stan wyjściowy komparatora zastosowana została druga dioda świecąca, przy pomocy której użytkownik może monitorować poziom logiczny na wyjściu komparatora. Dwie kolejne diody świecące sygnalizują fakt dołączenia zasilania do emulatora oraz jego gotowość do pracy. Warto tutaj podkreślić ogromną funkcjonalność przyjętego przez konstruktorów sposobu sygnalizowania użytkownikowi stanu pracy emulatora.
Bardzo ważnym elementem uzpełniającym panel operatorski jest przycisk zerujący emulator. Jego wciśnięcie powoduje wykonywanie wpisanego uprzednio programu od początku. Zerowanie emulatora możliwe jest także z zewnątrz, poprzez wewnętrzny procesor nadzorujący transmisję danych (po przeładowaniu zawartości pamięci emulatora] lub przez stan-
dardowy sygnał zerujący podany na pierwszy pin wtyku emulatora.
Wymiana informacji pomiędzy emulatorem i komputerem PC możliwa jest poprzez złącze szeregowe RS232. Producent dostarcza wraz z emulatorem program (na razie w wersji DOS], przy pomocy którego możliwa jest konfiguracja emulatora, ładowanie i weryfikacja zawartości jego pamięci. Szybkość transmisji danych wynosi 57600bd, dzięki czemu czas przesyłania informacji do emulatora nie jest długi.
Obsługa programu jestbardzo prosta zwłaszcza, że w przejrzyście opracowanej dokumentacji podano szereg przykładów wywołań programu. Komunikacja z użytkownikiem odbywa się w języku angielskim, co wynika z trudności z prawidłowym dekodowaniem polskich znaków diaktrycznych w trybie DOS. Ponieważ wszystkie komunikaty programu zostały szczegółowo omówione w instrukcji obsługi, osoby nie znające języka angielskiego poradzą sobie bez większego trudu z obsługą emulatora.
Ogromną zaletą programu sterującego jest wbudowany w niego automatyczny konwerter plików zapisanych w formacie szesnastko-wym na postać binarną. Nie ma więc znaczenia, czy program wynikowy ma postać szes-nastkową, czy też binarną. Piotr Zbysiński,AVT
Emulator udostępniła redakcji firma Astar ABR.
Podstawowe cechy i właściwości emilatora SIM2051.
pełna emulacja procesorów AT89C1 051 oraz
AT39C2051 (w tym emulacja komparatora
analogowego),
maksym aln a częstothwo ść taktów an la
emulowanego procesora 20MHz (kwarc
zewnętrzny), / napięcie zasilania 5V (brane z systemu, w którym
ernulowanyjest procesor), / pobór prądu ok SOrnA, / współpraca z PC poprzez złącze RS232, / szybkośćtransrnisji 57600bd
28
Elektronika Praktyczna 7/98
Koniec hegemonii Intela?
(SPRZĘT
Potantaci rynku komputerów osobistych (mam tu na myśli Intela i Microsoft) J
zamiawm i głośnym zapowiedziom Intda dotychczasowy standard ustanowiony przez procesory Pentium MMX cieszy si= ^T WŚfÓd uż^�*ikow, , k procesorów konkuren
że w r ze wśr
swoich komputerów bez konieczności wv -any płyty głównej. Jednym * ciekawszych"
tlhVrvm'ai� "nanyCh �Pracowań tworzą^ cych ten "buntowniczy" trend jest firma IDT
(Centaur)6 pr�CeSMÓW IDT WinChip Ca Rozwiązanie równie interesującP lecz ad
SCi^f ^t W ^^ownikow przedstawiły firmy Digital i Samsung. W la-
Taw\?ńlgiUla P�WStala bowi� Płyta w której zamiast procesora Dochód
nflow;7)est uFtbki
Przez 4m Pr�dukratly na """'J1 Dig^la przez .amsunga. Aby w pełni wykorzystać
L -. w... PC-ta! L.^ęKi wyposażeniu płyty głÓWllej w zlącza ń C|raz PL:I niożna stosować do wsDÓłnra� z mą standardowe układy peryferyjne PC Tak pokazy doświadczenia" prowaZne w L szyrn aboratorturn komputer PC ^ proc, r m Alpha 21164 ma wszelkie atrybuty stać się "maszyna rnarypfi" l-a*^� "_ Ś cza L
pc
Poniża] przedstawiamy krótki opi& pnice-ra opracowanego pr^ez IDT. Kolejne .trony Śsw.ęcamy ultra.zybkiemu PC-towi Y
IOT Wl"chip centaur ce - tanio, szybko, pewnie,
i Tilt 1 i 1
Czytelnicy, którzy doświadczyli na swojej skórze kłopotów z procesorami AMD i Cyri^ xa które nie zawsze potrafią "godnie" zasta P"! prawdziwe Pentium podejdl z pewność?a z niedowierzaniem do raweladi JakVEv sie podzidiS w artykule. Zna/eżtul proc?
MM/^W11^1? ^daJ-'clą zYPePn um MMX, lecz kilkakrotnie tańszy! Do tPstów oteyrnaUśmy 200MHz wersj, p^cesor Cen taur, który jest produkowany p^ez firmę IDT Procesory Centaur mają'wbudowany kop! ocesor arytmetyczny ora, jednostkę MMX ą *iec z punktu widz.nia użytkownika zbh' zone możliwościami do Pentium MMX Prze
Pentium zrealizował wciągu 14 mi nut 12 sekund. Centaur wypadł nieco słabiej, wykonując tę urną pracę wciągu 15 minut sekund.
Ostatni test polegał na porównaniu czasów eksportu do postaci EPS (postscriptowe) plików schematów kitu AVT-2250 z programu Corel Draw 7.0. Komputer z Pentium poradził sobie z zdaniem w ciągu 1 minuty 2 sekund, Centaur zakończył pracę po 1 minucie i s sekundach.
Przeprowadzone przez nas testy nie umożliwiają dokładnej oceny wydajności
grafiki z chip-
nm- w "Ś "z,adań Połgało na kompilacji projektu miernika AYT-267 przy pomocy sy temu projektowego MAX+Plus II. Jest te, oW ~�ijący projekt, mieszczący się z nle ^zapasem w układzie MAX7i2S (133 procesorem Pentium
.........ruiQUi" ^ut)ie z zadaniem w ciaun
I minuty 27 sekund, Centaur wymagał cŻa-u dłuższego ? 6 sekund. * S �U
Kolejny te.t polegał na porównaniu czasu pracy autoroutera Specctra współpracujace-n z pakietem Protel 3.0. Projekt układu cvfrn wago C, łą,zn,j liczbie 1S20 pinów, łaczor na dwóch warstwach kornputsr z proces
isma znacznie lepie] "osadzone
]we Porównania wydajności są manipulacje, a ich wyniki rzadko
-omputery zaprzęgliśmj z^m ^do" Ś r---j:- prac wykonywanych często w la boratonum AVT, podczas przygotowywania projektów do publikacji. Okazało^ ^ -?' raca pomiędzy opracowaniami IDt' i
dotyczy to z pewnością giCr
neracji, ktOre bezwzględnie "wysysają1
autom0'"' ale nle Z0&talD t0 &Prawdzone
CentaWu^ ^lu^0^ ^ na ^'^) ^entaura 200UHz j.st mało stabilna praca
podwyższonymi częstotliwościami taktowa na zewnętrzny s.yny. Dobre efekty udało się osiągnąć z częstotliwościami 66 6H i 7^^ częstotliwości taktowania rdzenia procesora odpowiednio: 200MHz, 205MHz 2l5MHzf fraca z częstotliwością zewnętrzną 83MHa lwewnętrzna 250MHzj nie była moż-liwa przez dłuższy cza.. Procesor Pentium 200 MMX bez trudu radził sobie z tak wysoką częstotliwością taktowania.
Za poważną zaletę należy
z kolei uznać fakt, że WinChip jest zasilany ^pięciem 3,3 lub 3|5SVl dzi.kfczemu m /a go wykorzystać w wielu starszych płytach głównych. Jest to więc idealne rozj dla posiadaczy standardowych płyt sorarni Pentium, którzy ch b nakWow wkroczy, I
Piotr Zbysiński, AVT
r WT WinChip C6 w wersji 200MHz eprata redakcji firma E-2OOOSetrola cornpany of AYNET fpatrz takte infoKraj).
Na stronie vsww.winchip.com można zna-lszc komplet informacji o pl
ze
I & ^mp^tjbilności ze
owymi procesorami Pentium oraz oprogamowaniem diQ DOS i Windows
Częstotliwość nominalna
1 SOMHz
200MHZ
Częstotliwość szyny
60MHz 66MHz 75MHz 60MHz
Napięcie zasilania
3,3/3,5?V 3,3/3,5?V 3,3/3,5?V 3,3V
k
SPRZĘT
AlphaPC 164LX - stacja robocza w cenie PC
Komputery z procesorami Alpha, produkowanymi przez Digitala, są znane na rynku od wielu lat. Jednak ze względu na cenę krąg odbiorców tych wyrafinowanych komputerów był ograniczony. Dotychczas hasło Alpha kojarzono przede wszystkim z zaawansowanym serwerem jedno- lub wielo-procesorowym. Sytuacja zmieniła się, gdy na podstawie umowy licencyjnej, Samsung Electronic rozpoczął produkcję płyt głównych i procesorów rodziny Alpha. Samsung produkuje między innymi płytę główną o oznaczeniu AlphaPC 164LX. Płyta ta pracuje z 64-bitowymi procesorami Alpha serii 21164
0 częstotliwości taktowania 466 MHz, 533 MHz i 600 MHz. Ze względu na korzystną cenę jest możliwa budowa wysokowydajnej stacji roboczej, pracującej pod kontrolą systemów operacyjnych Windows NT lub Li-nux, przy koszcie zbliżonym do ceny komputera z procesorem o architekturze x86.
Płyta główna
Płyta główna AlphaPC 164LX jest przeznaczona do budowy komputerów bazujących na procesorze Alpha 21164. Płyta jest wykonana w standardzie ATX i może współpracować z szeroko dostępnymi standardowymi komponentami komputerów PC (karty graficzne, karty muzyczne, obudowa ATX i inne]. Tak więc dobór odpowiednich kart dla konkretnego zastosowania nie powinien sprawie kłopotu. Na płycie zainstalowano 2 MB pamięci ca-che, dwa słoty ISA, dwa złącza PCI 32-bitowe i dwa złącza PCI 64-bi-towe. Jako mostek PCI-to-ISA zastosowano układ Intel 82378B. Na płycie głównej zainstalowano również kontrolery klawiatury, myszy, dwóch portów szeregowych, portu równoległego, stacji dyskietek, dysków EIDE. Pojemność pamięci może wynosić od 32 MB do 512 MB. Należy zwrocie uwagę, że pamięci DIMM muszą pracować z szyną o częstotliwości taktowania 100 MHz i muszą zawierać bity parzystości (72 bity]. Na płycie znajduje się szeregowa pamięć ROM (Xilinx XCl7l25D] wykorzystywana podczas ini-cjalizacji procesora po włączeniu zasilania. Całością "zarządza" układ sterujący DEC 21174.
W pamięci ROM typu flash o pojemności
1 MB jest zapisany AlphaBIOS, umożliwiający ustawienie konfiguracji płyty. Odpowiednie procedury AlphaBIOS-u wspomagają instalację systemu Windows NT (od wersji 3.51].
Ustawienie zworek na płycie głównej ogranicza się w zasadzie do wybrania odpowiedniej częstotliwości pracy procesora. Dodatkowo można ustawie zworkę zmuszającą system do wczytania zawartości BIOS-u z dyskietki, jeżeli zostanie on zamazany.
Do płyty głównej są dołączone dwie dyskietki:
/ AlphaPC 184LXAlphaBIOS Firmware z oprogramowaniem umożliwiającym odtworzenie zawartości pamięci flash. / AlphaPC 1S4LX Windows NT 4.0 Installa-tion ze sterownikami wymaganymi podczas instalacji systemu Windows NT 4.0. Do płyty głównej był dołączony wenty-
Procesor
Procesor Alpha 21164 jest wydajnym 64-bitowym procesorem typu RISC. Jest to su-perskalarny procesor wykonany w technologii CMOS 0,35 |Xm. Obecnie jest dostępnych wiele wersji częstotliwościowych tego procesora z czego trzy mogą pracować z płytą AlphaPC 164LX. Są to: KP21164-466CN, KP21164-533CN i KP21164-600CN (liczba po
lator z radiatorem do procesora. Jak widać na fotografii radiator jest pokaźnych rozmiarów, lecz straty mocy w procesorze sięgają 40 W. Zainstalowanie radiatora wymaga użycia specjalnych narzędzi, gdyż jest on przykręcany do procesora śrubami, do których jest utrudniony dostęp. Dodatkowo pomiędzy procesor a radiator jest wkładana specjalna podkładka polepszająca wymianę ciepła. Na pochwalę zasługuje fakt, że system nie uruchomi się, jeżeli nie zostanie wykryty dołączony wentylator procesora.
Dołączona do płyty instrukcja zawiera informacje wystarczające do prawidłowego zainstalowania płyty z procesorem. Dodatkowo w instrukcji znajdują się opisy wyprowadzeń złącz: ISA, PCI, pamięci DIMM, złącza zasilającego oraz wstępny opis instalacji systemu Windows NT 4.0.
Do płyty dostarczonej do redakcji był dołączony CD-ROM na którym znajdowała się obszerna (kilkaset stron] dokumentacja płyty głównej i procesora w formacie PDF.
myślniku oznacza częstotliwość taktowania]. Procesor jest umieszczony w 499-końcówkowej obudowie IPGA [irdsistitial pin grid airay). Struktura wewnętrzna o wymiarach 664 x 7 32 mils (zmienić] zawiera około 10 milionów tranzystorów i jest zasilana dwoma napięciami: 2,5 V ą0,1 Vi 3,3 V ą5%. Wewnątrz obudowy umieszczono trzy rodzaje pamięci ca-che: / pamięć cache pierwszego poziomu:
pamięć danych o pojemności 8 kB ; pamięć instrukcji o pojemności 8 kB; / pamięć cache drugiego poziomu o pojemności 96 kB dla danych i instrukcji. Najmniejszą porcją danych adresowanych przez procesor 21164 jest 8 bitów. Procesor używa 43-bitowego adresu wirtualnego, który przez układ zarządzania pamięcią jest przeliczany na fizyczny adres 40-bitowy. Wszystkie rejestry wewnętrzne procesora są 64-b i to we.
Odpowiednikiem rozkazów inultimedialnych (MMX] procesorów Pentium, dla procesorów Alpha 21164 jest MVI {Motion Video Irisiiuctiori). Według testów przeprowadzonych w firmie In Chiest przy stosowaniu technologii MMX można uzyskać około 40%
30
Elektronika Praktyczna 7/98
ŚSPRZĘT
wzrost wydajności aplikacji multimedialnych. Natomiast przy stosowaniu technologii MVI następuje wzrost około 20-krotny, czyli procesor Alpha 21164 (533 MHz] jest około 12-krotnie szybszy niż procesor Pentium II (266 MHz].
Wrażenia użytkowe
Wyniki porównania wydajności przedstawionego wcześniej z pewnością są zależne od rodzaju używanych aplikacji, jednak nie sposób nie zauważyć olbrzymiej mocy tkwiącej w procesorze Alpha 21164. Często spotykane, w materiałach reklamowych, stwierdzenie, że komputer oparty na Alphie 21164 600 MHz jest czterokrotnie szybszy niż zbudowany z podobnych komponentów komputer z procesorem Penium II 300 MHz jest raczej przesadzone. Z pewnością wynik taki jest możliwy do uzyskania w pewnych zastosowaniach, jednak nie jest to reguła. Uruchomienie jednocześnie kilku aplikacji nie powoduje zatkania systemu jednak, do pełniejszego wykorzystania możliwości oferowanych przez sprzęt, wskazane jest zastosowanie dysków SCSI.
Możliwość pracy pod kontrolą Linuxa umożliwia przede wszystkim korzystanie z bardzo bogatego oprogramowania sieciowego. Głównym zastosowaniem wydaje się tutaj rynek serwerów Internetu i serwerów poczto-
wych. Programów do innych zastosowań pracujących pod kontrolą Linuxa, a opracowanych z myślą o Alphie jest dosyć dużo. Więcej informacji można znaleźć na stronie poświęconej użytkownikom Linuxa pod adresem: h ttp ://www. azstarnet.com/~axplinux/.
Praca na Alphie jest możliwa również pod kontrolą MS Windows NT. Dla procesora Alpha opracowano już blisko trzy tysiące aplikacji pracujących pod kontrolą tego systemu. W trybie emulacji można uruchomić programy przygotowane dla procesorówx86 z takimi ograniczeniami, jakie ma system Windows NT dla procesorów x86. Dzięki darmowemu oprogramowaniu FX !32 jest możliwe uruchomienie dowolnej 32-bitowej aplikacji przygotowanej dla procesorów x86. FX !32 to nie tylko emulator lecz również translator, gdyż aplikacja jest tłumaczona na kod procesora Alpha i następnie uruchamiana. Należy jednak podkreślić, że programy pracujące przy wykorzystaniu FX !32 nie wykorzystują w pełni możliwości procesora 21164.
Jako obszar zastosowań należy z pewnością uznać obliczenia inżynierskie. Oferowany przez Digitala Visual Fortran z pewnością zaspokoi potrzeby szerokiej rzeszy inżynierów, posiadających obszerne biblioteki napisane w Fortranie. Połączenie tak mocnego komputera z wydajnym kompilatorem stanowi z pewnością ciekawą propozycję dla ośrodków obliczeniowych. AlphaPC 164LX znajdzie przede wszystkim zastosowanie przy zadaniach wymagających dużych mocy obliczeniowych takich jak programy CAD, aplikacje graficzne, aplikacje finansowe, animacja, zastosowania DTP. Dzięki dużej przepustowości magistrali jest to również dobry sprzęt do budowy serwerów sieciowych, internetowych itp.
Komputer zbudowany w oparciu o płytę główną AlphaPC 164LX jest idealnym rozwiązaniem dla zastosowań wymagających dużej mocy obliczeniowej. Nie jest to komputer, który każdy fan komputerów powinien mieć na swoim biurku, gdyż ograniczenia wynikające z założeń systemu Windows NT ograniczają jego zastosowanie w domu.
Jako ciekawostkę można zasygnalizować, że z serwera ftp firmy Digital można ściągnąć dokumentację produkcyjną do płyty głównej, zawierającą pliki w formacie gerbera, pliki z wierceniami, pliki posiscripiowe zawierające schematy i inne. Paweł Zbysiński
Szersze informacje o rodzinie procesorów Alpha są dostępne w Intemecie pod adresami;
h ttp; ffwww. se c. sam s ung. com
http 'J/samsungsemi. com
h ttp ;//www. digi tal. c om
h ttp 'J/www. alph ap owere d. c om
http ',11 alph ant.c om
h ttp 'J/www. alph a. digi tal. com
http://www.azstarnst.coin/axplinux/
Redakcja sHada podziękowania firmie TCH z Warszawy za udostępnienie pamięci do testowanego zestawu {http://www.tch.com.plj.
PSytę $ówną AlphaPC 1S4LK i procesor K21184-533CN do testu udostępniła firma Eltron z Wrocławia {http://www.emit.com.pl/ eltronj.
łWUphaPomed
Elektronika Praktyczna 7/98
31
SPRZĘT
Przetwornik A/C do PC firmy ASA
Po raz pierwszy na łamach
EP prezentujemy specjalizowaną
kartę przetwornikową,
przeznaczoną do stosowania
w profesjonalnych systemach
pomiarowych. Możliwości
urządzenia powiększa proste
w obsłudze, a przy tym bardzo
funkcjonalne oprogramowanie
sterujące oraz procedury
obsługi, które zostały zapisane
w kilku, najbardziej
popularnych językach
program o wa ni a.
Podstawowe parametry i cechy charaktervstvczie kartv ASA-AD8:
y 1 2-bitowy (+ bit znaku) przetwornik A/C z 8-
kanałowyrn, różnicowym multiplekserem na
wejściu,
y czas przetwarzania przetwornika ok 100ms, y zakres mierzonych napięć wejściowych ą2,5V, y błąd pomiaru ą2LSB, y możliwość sekwencyjnego lub programowanego
przeglądania kanałów, y programowa lub wykorzystująca przerwania
obsługa przetwornika, y 1 6-bitowe wyjście cyfrowe, o dużej obciążalności
prądowej,
y. 1 6-bitowe wejście cyfrowe TTL, y wyprowadzone na zewnątrz linie zasilania +5
I +12V. y karta przystosowana do pracy w 16-bitowym słocie
ISA, y projektanci karty wykonali ją zgodnie z zaleceniami
standardów przemysłowych, dzięki czemu może
ona współpracować z niemal dowolnym
oprogramowaniem pomiarowym oraz wieloma
Interfejsami innych producentów
W skład zestawi ASA-AD8 wchodzą:
/ karta przetwornika,
/ moduł ASA-MST20 (umożliwia dołączenie łatwe
przewodów pomiarowych oraz zainstalowanie
zaprojektowanego przez użytkownika filtru lub
dzielnika napięcia), / program sterujący (wersja dla DOS) oraz gotowe
procedury obsługi karty na dyskietce 3,5", / kabel ze złączami, do połączenia karty z modułem
ASA-MST20, / instrukcja po polsku__________________________
Karty przetworników A/C są podstawowymi elementami zaawansowanych systemów pomiarowych. Karta ASA-ADS jest urządzeniem, którego parametry pozwalają zaliczyć do grupy precyzyjnych. Rozdzielczość przetwornika wykorzystanego przez konstruktorów karty (ICL7109J wynosi 12 bitów plus bit sygnalizujący polaryzacje, sygnału mierzonego.
Na wejściu przetwornika zastosowano podwójny, S-kanałowy multiplekser analogowy, dzięki któremu można śledzić sygnały różnicowe lub asymetryczne. Na wejściach multiplekserów zastosowano proste filtry dolno-przepustowe. Mierzone napięcia powinny mieścić się w przedziale ą2,5V. Złącze wejściowe przetwornika A/C wyprowadzono na wspornik mocujący kartę, do obudowy, dzięki czemu jest ono zawsze dostępne dla użytkownika. Obok złącza umieszczono diodę LED, która sygnalizuje stan przetwornika (gotowość/przetwarzani ej.
Przetwornik można obsługiwać na dwa sposoby:
- poprzez programowe śledzenie stanu gotowości układu ICL7109 (ang. poolingj,
- przy pomocy przerwań sprzętowych IRQ. Aby ułatwić dobór przerwania do konfiguracji komputera zastosowano 10-pozycyjny jurnper. Dla użytkownika dostępne są wszystkie przerwania wyprowadzone na 16-bitową szynę ISA.
Często podczas konstruowania systemu pomiarowego okazuje się, że niezbędne są dodatkowe sygnały sterujące. Z tego też powodu karta jest wyposażona w 16-liniowe wyjście oraz wejście cyfrowe, które mogą być programowane i odczytywane przez użytkownika poprzez szynę komputera. Złącza umożliwiające wyprowadzenie kabli wejść i wyjść cyfrowych znajdują się w tylnej części karty, co powoduje, że dołączenie lub odłączenia kabli wymaga każdorazowo zdjęcia obudowy komputera. Na tych złączach dostępne są dwa napięcia zasilające [+5 i +12VJ. Każda z linii zabezpieczona jest bezpiecznikiem topiko-wym, którego spalenie sygnalizowane jest zgaśnięciem jednej z diod LED.
Kartę zaprojektowano jako urządzenie 16-bitowe, przystosowane do montowania w "długim" złączu ISA. Po zainstalowaniu karta zajmuje osiem kolejnych adresów w przestrzeni I/O, począwszy od 200h, aż do 3FSh. Adres bazowy można wybrać przy pomocy DIP-switcha.
Wraz z kartą producent dostarcza dyskietkę z oprogramowaniem sterującym jej pracą,
w wersji dla DOS. Program iads.exe umożliwia dokładne przetestowanie pracy karty, można je także wykorzystać do prostej analizy mierzonych sygnałów. Znacznie większe możliwości ma program daak_dl.exe, który pozwala na bardzo elastyczne konfigurowanie nastaw użytkownika (m. in. nadawanie nazw i jednostek mierzonym sygnałom). Przydatność tego programu zwiększa fakt, że możliwa jest graficzna analiza i śledzenie zmian sygnałów na wejściach analogowych i cyfrowych. Charakterystyki realizowanych pomiarów można samodzielnie definiować, dzięki czemu możliwe jest zastąpienie dość kosztownych, sprzętowych układów linearyzujących czujniki nieliniowe, prostą operacją programową. Wersja daak_dl.exe dostarcza w zestawie wraz z kartą ma drobne ograniczenia (brak możliwości archiwizowania danych, współpraca tylko z kartą ASA-ADS), które nie są przeszkodą w zgłębianiu możliwości programu.
Bardzo istotnym uzupełnieniem zawartości dyskietki są procedury i źródłowe wersje przykładowych programów, które użytkownik może wykorzystać podczas pisania oprogramowania dla własnej aplikacji. Procedury obsługi przygotowano w języku C oraz Pascal, zamieszczono także prosty przykład obsługi karty w języku Basic.
Na koniec warto krótko wspomnieć o instrukcji, która zaskakuje użytkownika swoją przejrzystością i kompetencją. Jest to naprawdę rzadkie zjawisko na naszym rynku! Autor instrukcji prowadzi nas po tajnikach instalacji i konfiguracji ,,za rękę", dzięki czemu poznanie możliwości i wymagań karty zajmuje niewiele czasu. Szczegółowo opisane zostały funkcje wszystkich złącz i rejestrów karty. Bardzo przejrzysta instrukcja ułatwi zastosowanie udostępnionych procedur we własnych programach użytkownika. Nieco miejsca poświęcono także na omówienie zasad tworzenia własnych filtrów i dzielników napięciowych, które mogą być potrzebne w specyficznych aplikacjach karty. Słowem, jest to encyklopedia wiedzy na temat prezentowanego urządzenia, co trzeba potraktować jako zachętę do korzystania z niego. Andrzej Ross
Urządzenie prezentowane w artykule udostępniła redakcji firma ASA.
Na zdjęciu jest pokazane oprogramowanie, które opiszemy w EPS/93.
32
Elektronika Praktyczna 7/98
ŚSPRZĘT
Zestaw uruchomieniowy
dla transponderów HCS410 firmy
Trans pondery bez stykowe
zdobywają coraz większą
popularność wśród konstruktorów
systemów automatycznej
identyfikacji i alarmowych.
W artykule przedstawiamy
zestaw uruchomieniowy dla
najnowszych układów
tran spond er owych firmy Microchip
- HCS410, które łączą w sobie
zalety rozwiązań standardowych
z najnowszymi osiągnięciami
w technologii półprzewodników.
Rys. 1.
Rys. 2.
h

ta
Rys. 3.
Jeszcze do niedawna w większości systemów identyfikacji stosowano układy wymagające styku elektrycznego, poprzez który centrala odczytywała informacje o osobie posługującej się układem-kluczem. Rozwój technologii umożliwił dość szybkie powstanie transponderów bezstykowych, które są znacznie łatwiejsze w stosowaniu, charakteryzuje je także większa trwałość i niezawodność.
Microchip połączył zalety obydwu sposobów wymiany informacji, w wyniku czego powstał układ HCS410 (patrz także EP5/98). Może on pracować zarówno jako standardowy klucz ze stykiem elektrycznym (wymaga wtedy zasilania bateryjnego i jest kompatybilny z dotychczas produkowanymi układami serii HCS3xx], może być także stosowany w systemach bezstykowych.
Specjalnie z myślą o konstruktorach, pragnących poznać możliwości i sposób pracy układów HCS410, Microchip opracował prezentowany w artykule zestaw uruchomieniowy. Składa się on ze stacji bazowej z wbudowaną anteną w postaci niewielkiej cewki oraz systemu mikroprocesorowego współpracującego z komputerem PC. Oprogramowanie, które należy zainstalować na komputerze (rys. 1], umożliwia programowanie, identyfikację, odczyt zawartości pamięci EEPROM oraz tablic z identyfikatorami transponderów. Wymiana informacji pomiędzy stacją bazową i komputerem odbywa się poprzez złącze RS232.
Jeden z kluczy wchodzących w skład zestawu wykonano na układzie HCS410 w wersji SMD. Jest on przystosowany do pracy jako transponder bez własnego zasilania. Drugi klucz, o znacznie większych wymiarach , można testować w trybie transponderowym z własnym zasilaniem lub bez niego. Jest możliwe także wykorzystanie go jako standardowego klucza stykowego. Połączenie elektryczne ze stacją bazową zapewnia specjalne złącze znajdujące się na krawędzi płytki. Diody LED informują użytkownika o stanie stacji bazowej, sygnalizują także pracę trans-pondera.
Układy HCS410 można wykorzystać jako proste transpondery z identyfikacją opartą na statycznym numerze seryjnym, można także wykorzystać wbudowany w jego strukturę sarno synchronizujący generator kodu dynamicznego. Oprogramowanie sterujące pracą stacji bazowej umożliwia dowolne programowanie tych układów (rys. 2 i rys. 3], łącznie z przypisywaniem funkcji poszczególnym wejściom HCS410.
HIP
Standardowo, jak w każdym zestawie opracowanym przez firmę Microchip, w jego skład wchodzą wszystkie elementy niezbędne do natychmiastowego rozpoczęcia pracy - zasilacz z kablem zasilającym, kabel RS232, próbki układów w obudowach DIPS oraz SOICS, a także oprogramowanie sterujące pracą stacji bazowej (na dyskietce 3,5"]. Skromna, lecz kompletna dokumentacja książkowa jest uzupełniona płytą CD-ROM, zawierającą komplet informacji katalogowych i aplikacyjnych o wszystkich układach oferowanych przez Micro chipa. KK
Zestaw HCS410 EV KIT udostępniła redakcji prma Elbatem-Pol.
Elektronika Praktyczna 7/98
33
PROJEKTY
Świetlny efekt dyskotekowy
Prezentowane urządzenie
umożliwia zbudowanie
ciekawego efektu świetlnego,
sterowanego muzyką w rytm
niskich częstotliwości, poprzez
wbudowany mikrofon. Efekt ten
można wykorzystać np.
w dyskotece, klubie osiedlowym
lub po prostu w domu
podczas imprez towarzyskich.
Działanie efektu polega na
cyklicznym przełączaniu
kolorowych filtrów wykonanych
z folii rosco. Przez filtry te
przechodzi wiązka światła,
która następnie zostaje
skupiona w układzie
optycznym i pada na lusterko
zamocowane na osi silnika,
który z kolei sterowany jest
układem elektronicznym
w rytm muzyki.
Opis części elektronicznej
Urządzenie składa się z dwóch prostych modułów elektronicznych. Schemat elektryczny sterownika silnika głowicy z lustrami przedstawiono na rys. 1. Rys. 2 przedstawia schemat elektryczny sterownika koła z kolorowymi filtrami.
Sygnał z mikrofonu elektieto-wego podawany jest na wejście odwracające wzmacniacza operacyjnego USl, objętego pętlą ujemnego sprzężenia zwrotnego, którego głębokość (a zatem i wzmocnienie stopnia) wyznaczane jest rezystancją potencjometru P4. Ponieważ układ zasilany jest z pojedynczego źródła na wejściu nie-odwracającym wymuszone jest napięcie równe połowie napięcia zasilającego poprzez dzielnik R2, R3. Poprzez kondensator C2 sygnał akustyczny trafia na regulator czułości Pl. Z wyjścia potencjometru przez kon-C3 sygnał poda-
densator
wany jest na filtr dolnoprzepus-towy składający się z elementów R4, R5, C4, Tl.
Z kolektora tranzystora Tl, poprzez rezystor R6 sygnał akustyczny podawany jest na bazę tranzystora T2, którego zadanie polega na kluczowaniu do masy wejścia układu US2. Układ ten jest generatorem o regulowanym wypełnieniu impulsu wyjściowego, które uzależnione jest od rezystancji P2. Z wyjścia US2, sygnał przez rezystor R8 i tranzystor T3 sygnał prostokątny trafia na wejście prze-rzutnika US3, którego wyjścia Q, !Q sterują pracą układu mostkowego. Do wyjścia tego układu dołączony jest silnik napędzający lustro głowicy. Wy sterowanie tranzystora T4 spowoduje zwarcie wyprowadzenia S2, silnika z masą. Umożliwi to przepływ prądu przez rezystor Rl5 i wysterowanie tranzystora T6, doprowadzając dodatnie napięcie do wyprowadzenia Sl silnika. Silnik zacznie obracać się w prawą stronę (kierunek określony umownie). Wysterowanie tranzystora T5 spowoduje zwarcie wyprowadzenia Sl silnika z masą. Umożliwi to przepływ prądu przez rezystor Rl6 i wysterowanie tranzystora T7, doprowadzając dodatnie napięcie do wyprowadzenia S2 silnika. Silnik zacznie obracać się w lewą stronę.
34
Elektronika Praktyczna 7/98
Świetlny efekt dyskotekowy
Rys. 1. Schemat elektryczny sterownika napędu głowicy z lustrami.
Ze względu na napięcie znamionowe silnika w układzie zastosowano zasilacz o regulowanym napięciu wyjściowym, zbudowany przy użyciu stabilizatora US5, pracującego w typowym układzie aplikacyjnym.
Nieco prostszy układowo jest sterownik kółka z filtrami (rys. 2). Układ USl jest generatorem impulsów prostokątnych o skokowo (przy pomocy jumperów dołączonych do wyjść dzielników, piny 1..7) wybieranej częstotliwości. Impulsy z wyjścia tego układu wyzwalają monowibrator US2, na którego wyjściu (pin 1) pojawiają się impulsy o czasie trwania ustalonym przy pomocy elementów R4, C3.
Zmieniacz kolorów napędzany jest poprzez przekładnię, w której wykorzystany jest pasek, stosowany w magnetofonach kasetowych. Przekładnię tę napędza silniczek Ml, sterowany przez stopień wyjściowy impulsatora. Silnik jest zasilany bezpośrednio z wyjścia stabilizatora napięcia zasilającego US3, lub z wyjścia wtórnika emi-terowego Tl. Zależy to od położenia styków przełącznika Wll. Dioda Dl zabezpiecza tranzystor Tl przed przepięciami, które mogą spowodować jego uszkodzenie.
Wyobraźmy sobie sytuację, w której rolka krańcówki znajduje się we wgłębieniu zmieniacza kolorów. Krańcówka posiada dwa styki NO i NC, które z jednej strony są zwarte i ten właśnie koniec połączony jest z wyprowadzeniem silnika, drugie wyprowadzenie silnika połączone jest z masą układu. W sytuacji, kiedy rolka krańcówki znajduje się we wgłębieniu, z emitera tranzystora Tl podawany jest impuls, który powoduje wyciągnięcie rolki z wgłębienia i wtedy zostaje zwarty drugi styk krańcówki, dzięki któremu rolka krańcówki wędruje do następującego wgłębienia. W tej sytuacji mamy do czynienia z tzw. przejściem na samo zasilanie. Czas pomiędzy zmianami kolorów wybieramy za pomocą jumpera, zmieniając tym samym stopień podziału licznika.
Opis części mechanicznej
Czytelnikom zamierzającym samodzielnie wykonać prezentowane urządzenie, przedstawiamy ry-
Elektronika Praktyczna 7/98
35
Świetlny efekt dyskotekowy
ARKL
Rys. 2. Schemat elektryczny sterownika napędu koła z filtrami.
sunki poszczególnych detali mechanicznych wraz z ich wymiarami.
Najważniejszym elementem układu mechanicznego jest zmieniacz kolorów pokazany na rys. 3. Zmieniacz kolorów jest kółkiem o średnicy 80mm, którym należy wytrasować i wywiercić osiem otworów iJłMmm. Następnie na wprost każdego otworu, okrągłym pilnikiem trzeba wypiłowac wgłębienia, w które będzie "wpadała" rolka wyłącznika krańcowego,
B-B
Pod łożysko +10 pasowanie ciasne HB +10HB-+10T"
Rys. 3. Sposób wykonania koła z filtrami.
dzięki któremu będzie możliwe centiyczne ustawienie kolorowego filtru na wprost źródła światła jakim jest żarówka halogenowa "Master linę" o mocy 35W i na-pię ciu za sil ania 12 V .
Na rys. 4 pokazana jest konstrukcja nośna, do której za pomocą wkrętu M4 należy przykręcić kółko zmieniacza kolorów. Do tej samej podstawy, przy pomocy metalowych tulejek, pokazanych na rys. 5 należy przykręcić detal, pokazany na rys. 6.
Omówienia wymaga optyka naszego urządzenia, w której zastosowana została soczewka będąca szkłem okularowym o $65mm i ogniskowej +8. Soczewka potrzebna jest do skupienia wiązki światła, padającej na lustro głowicy.
Montaż układu elektronicznego przeprowadzamy wg ogólnie znanych zasad, pamiętając o właś-ci w ej p ol ary z a ej i kond ens a tor ów elektrolitycznych i mon-
36
Elektronika Praktyczna 7/98
Świetlny efekt dyskotekowy
Rys. 4. Konstrukcja nośna kołazmieniacza koloru.
tażu podstawek pod układy scalone. Przed ostatecznym uruchomieniem należy sprawdzić poprawność montażu i napięcie wyjściowe zasilacza, które powinno wynosić 5V. Jeżeli wszystko jest w porządku można włożyć układy scalone w podstawki i przystąpić do regulacji układu, pole-
A-A
gającego na wyznaczeniu wzmocnienia stopnia za pomocą P4 i regulacji czułości za pomocą Pl. Do zasilania całego urządzenia zastosowałem transformator TS50/26, ale nic nie stoi na przeszkodzie, aby zastosować TsT 5 0/12 lub zasilacz impulsowy stosowany do zasilania żarówek halogenowych.
Czytelnikom chcącym zbudować urządzenie o większej mocy niż opisane polecam zastosowanie obudowy metalowej dostępnej w ofercie handlowej AVT, żarówki lustrzanki OSRAM 100W/12V i transformatora toroi-dalnego o mocy minimum 150VA.
Bardzo istotną sprawą jest chłodzenie urządzenia. Do tego celu został użyty wentylator stosowany w zasilaczach komputerów. Do sterowania lusterkiem w głowicy zastosowałem mikro-motor typ B138F 12.36 z wbudowanym reduktorem. W przypadku trudności związanych z jego zakupem, w przyszłości będzie opisany sposób sterowania muzyką silnika krokowego 4-fazowego stosowanego w stacjach dysków 360kB. Silnik z powodzeniem można będzie zastosować w zastępstwie wspomnianego wcześniej mikromotoru.
Należy wspomnieć, że wszystkie elementy mechaniczne należy wykonać starannie, ponieważ od tego zależy efekt końcowy wykonanej pracy. W przypadku trudności ze zdobyciem odpowiednich łożysk, potrzebnych do zmieniacza kolorów, można zastosować inne o podobnych wymiarach. Dariusz Kulis
TULEJKA DYSTANSOWA - 2 szt
Rys. 5. Sposób wykonania tulejki dystansowej.
Rys. 6. Sposób wykonania wspornika żarówki.
WYKAZ ELEMENTÓW
Sterownik silnika napędzającego
głowicę z lusterkami Rezystory
Rl: 10kO
R2, R3: 15kO
R4: 47kO
R5: 2,2kQ
Ró, R7, R8, R17: l,2kQ
R9, RIO, R15, R16: 620O
Rl 1, R12, R13, R14: 10kO
R18: 240O
Pl: 100ka/B (potencjometr)
P2, P4: lOOka
P3: 4,7kQ
Kondensatory
Cl, Có, C8, C9, Cli: 100nF/63V
C2: 10uF/16V
C3: 47uF/16V
C4: 220nF/63V
C5: 3,3uF/16V
C7: 1000uF/lóV
CIO: 2200uF/25V
Półprzewodniki
US1: ULY7741 lub podobny
US2: NE555
US3: CD4013
US4: 7805
US5: LM317
T1..T3: BC237 lub podobne
T4, T5: BD135
Tó, T7: BD136
DL D2, D3, D4: diody 2A/50V
Różne
Ml: dowolny l,5A/50V
ARK-2 4 szt.
Mic: mikrofon elektretowy
Sterownik silnika napędzającego
tarczę filtrów Rezystory
Rl: lOOkO
R2: 470kO
R3: 10kO
R4: 47kO
R5: lka
R6: 240O
Pl: 4,7kQ
Kondensatory
Cl, C2: 220nF
C3: l|iF/16V
C4, C5: lOOnF
Półprzewodniki
US1: CD4060
US2: 74121
US3: LM317
TO1: CNMP67 lub podobny
Tl: BD135
Dl: 1N4001
Różne
Wll: przełącznik krańcowy z rolką
ARK-2: 3 szt.
7 podwójnych jumperów
Elektronika Praktyczna 7/98
37
PROJEKTY
Bezstykowa identyfikacja z układami PIT
kit AVT-454
Urządzenia elektronicznej
identyfikacji cieszą się wśród
Czytelników EP dużym
powodzeniem- Dotychczas
przebojami hyły immohilizery
opańe na układach iButton
(Touch Memory) firmy Dallas.
Urządzenia te, oprócz szeregu
zalet, cechowała dość istotna
wada - identyfikacja
następowała po przytknięciu
pastylki do specjalnego
czytnika.
W ańykule prezentujemy
rozwiązanie pozbawione tej
wady, opańe na stosunkowo
nowoczesnych transponderach
firmy Philips.
W artykule nie opisujemy dekodera do formularza zeznania podatkowego PIT, przy wypełnianiu którego przynajmniej raz w roku trudzi się większość dorosłych Polaków. Zajmujemy się produkowanymi przez firmę Philips układami PIT (Programmable Identification Transponder), co w niezbyt zręcznym tłumaczeniu na język polski oznacza programowalny układ odzewowy dla identyfikacji bezdotykowej. W taki sposób firma Philips opisała grupę elementów, do której należy PCF7930. Jak na układ scalony, PCF7930 wygląda bardzo dziwnie (rys. 1). W swej najmniejszej wersji mierzy on 12x6x3mm, waży zaledwie 0,43g i zupełnie pozbawiony jest wyprowadzeń do przylutowania do płytki drukowanej. I o to właśnie chodzi! Układy te, mające pełnić rolę elektronicznej wizytówki lub plakietki, wymieniają dane z otoczeniem bez pośrednictwa przewodów, a na dodatek obywają się bez stałego źródła zasilania.
PIT-y należą to tej samej, rozległej i wciąż powiększającej się, grupy elementów, co karty chipowe, elektroniczne portmonetki, układy i-Button firmy Dallas, czy też wszelkiego typu elektroniczne karty identyfikacyjne. Ich zadaniem jest automatyczne, szybkie i bezbłędne rozpoznawanie osoby lub obiektu,
do którego są przypisane, a także wymiana i przechowywanie danych związanych z tym obiektem. Tę samą funkcję pełnią popularne już karty telefoniczne i plastykowe karty do bankomatów. Zmienia się tylko sposób wymiany informacji między chipem lub kartą i urządzeniem odczytującym, a zwłaszcza pewność i bezpieczeństwo transmisji danych. Obszar zastosowania takich układów wciąż się powiększa, szczególnie we współczesnym stechnicyzowanym środowisku człowieka. W przypadku ograniczonego dostępu do pewnych obszarów, takich jak laboratoria, biura czy fabryki, łatwiej jest wyposażyć osoby uprawnione w inteligentne karty identyfikacyjne i weryfikować tożsamość wchodzących osób automatycznie. To samo dotyczy identyfikacji przedmiotów np. paczek na poczcie. Dołączenie do każdej paczki elektronicznego adresu, który mógłby być automatycznie odczytywany, przyspieszyłoby ich selekcję i prawdopodobnie zmniejszyło liczbę pomyłek.
W krajach Europy Zachodniej istnieją już normy związane z elektronicznymi plakietkami dla zwierząt, a wiele firm chciałoby wyposażyć ludzi w chipowe dokumenty i paszporty. Taka cyfrowa uniformizacja sprawia trochę niepokojące wrażenie, ale wobec
Elektronika Praktyczna 7/98
Bezstykowa identyfikacja z układami PIT

D-D- InM* =

Rys. 1. Uproszczony schemat blokowy transpondera PIT.
korzyści jakie ze sobą niesie jesteśmy pewnie na nią skazani.
PIT od środka
Jak to juź zostało nadmienione, PCF7930 pozbawione są nóżek czy złącz. Wymiana danych z czytnikiem następuje przy pomocy pola elektromagnetycznego. Ogólna zasada działania jest podobna jak w przypadku wykrywaczy metali. Emitują one, przy pomocy powietrznej cewki o kil-kudziesięciocentymetiowej średnicy zmienne pole, a obecność metalowych przedmiotów zakłócając to pole demaskuje ich bliskość. Podobnie działają w sklepach samoobsługowych bramki alarmujące w przypadku próby wyniesienia towaru bez zapłaty. Różnica polega na tym, że bramki reagują nie na każde zakłócenie pola -w takim przypadku alarm byłby wywoływany przez klucze w kieszeni każdego kupującego - lecz tylko na sygnały o określonej częstotliwości. Emitują je elementy dyskretnie dołączone do wyłożonych w sklepie towarów, które ulegają dezaktywacji dopiero po zapłaceniu w kasie za towar. Podobnie działa element PIT. Przesyłając dane moduluje on pole emitowane przez odbiornik, który potrafi dekodować te zakłócenia na ciąg impulsów zero-jedynko-wych. Dodatkowo, element PIT potrzebną do swojej pracy energię pobiera także z pola elektromagnetycznego, które pobudza go do transmisji. Jest to możliwe dzięki zminimalizowaniu mocy potrzebnej do funkcjonowania elementu. W efekcie PCF7930 może mieć małe wymiary i masę. Także sposób wymiany informacji jest wygodniejszy niż w przypadku kart
chip owych, które wymagają galwanicznego połączenia swoich wyprowadzeń z gniazdem dekodera.
Na rys. 1 przedstawiono w uproszczeniu wewnętrzną budowę PCF793O. Pierwszą z dwóch głównych części składowych stanowi antena, nawinięta na miniaturowym rdzeniu ferrytowym. Antena wraz z kondensatorem tworzy układ rezonansowy, zarówno gromadzący energię potrzebną do pracy elektronicznej części układu, jak i modulujący zewnętrzne pole elektromagnetyczne podczas transmisji danych do odbiornika. Drugą część układu stanowi płytka krzemowa z obwodami kontrolującymi pracę urządzenia oraz matryca 128, 8-bitowych komórek EEPROM do zapisu i odczytu informacji. Bajty EEPROM-u podzielone są na 8 bloków. Dane zapisane w pierwszych dwóch blokach sterują pracą PCF793O, pozostałe mogą być dowolnie zapisywane i odczytywane. Mogą zawierać np. unikatowy numer seryjny, dane o obiekcie itp. PIT ożywa w polu magnetycznym
0 częstotliwości 125kHz i natężeniu 18uWb/m2 (1 Weber - jednostka strumienia indukcji magnetycznej). Po wewnętrznym zerowaniu, w zależności od ustawionych bitów sterujących, cyklicznie transmitowana będzie zawartość 1 lub większej liczby bloków, do momentu zachowania przez pole odpowiedniego natężenia
1 częstotliwości. W przesadny sposób co do skali, modulacja pola pokazana została na rys. 2.
Sposób kodowania pojedynczych bitów jest następujący. Jeżeli w czasie ok. 500us stan pola pozostanie niezmienny, tzn. będzie ono tłumione bądź nie, taka sytuacja będzie oznaczać transmisję logicznej "1". Jeśli zaś stan pola zmieni się po 250us na przeciwny, będzie to znaczyć wysłanie bitu "0". Dodatkowo PIT transmituje jeszcze impuls RySi 2. Przebiegi charakterystyczne dla "0" i "1" PMC, na który składa logicznej.
się okres tłumienia pola przez czas ok. lms i czas bez tłumienia pola przez ok. l,7ms. Impulsy te rozdzielają kolejne transmisje bloków danych i umożliwiają wprowadzenie układu w tryb programowania pamięci EEPROM.
Dekoder PIT-ów
Na rys. 3 przedstawiony został schemat dekodera, który potrafi odczytywać zaprogramowane układy PCF7930, porównywać odczytany unikatowy numer elementu z wcześniej zapamiętanym numerem i w przypadku zgodności informuje o tym fakcie operatora lub steruje dołączonymi peryferiami.
Do generacji impulsów o częstotliwości 125kHz służy układ generator a-dzielnika U2. Częstotliwość wytworzona w stabilizowanym kwarcem generatorze 4MHz dzielona jest w wielostopniowym liczniku dwójkowym. Sygnał o pożądanej częstotliwości pobierany jest z wyjścia Q5 i wzmacniany w układzie Tl, T2. Z wyjścia wzmacniacza sygnał podawany jest na gniazdo JPl, do którego dołączana jest cewka powietrzna wytwarzająca pole elektromagnetyczne, które zasili zbliżonego do cewki PIT-a. Cewka składa się z 40 zwojów drutu. Wygląd cewki wraz z wymiarami i dołączeniem wyprowadzeń do JPl pokazuje rys. 4. Cewka razem z C7 tworzy nadawczo-odbiorczy obwód rezo-
Vup
[maj
40
Elektronika Praktyczna 7/98
Bezstykowa identyfikacja z układami PIT
i
nansowy. Modulowany przez PIT sygnał z cewki podawany jest na wejście detektora UlA. W układzie tym następuje taka sama detekcja sygnału, jak w przypadku radiowych odbiorników AM. Sygnał z wyjścia detektora UlA-1 podawany jest do układu komparatora UlD, gdzie odtwarzane są impulsy prostokątne o amplitudzie TTL. Tak przetworzony sygnał może być dekodowany przez zaprogramowany procesor U3. Program procesora spośród odbieranych impulsów selekcjonuje naj-
Rys. 3. Schemat elektryczny układu.
pierw sygnał PMC określający początek transmisji bloków. Następnie odbierane impulsy przekształcane są na bajty tworzące kod transmitowany przez PIT. Prawidłowo odebrany kod porównywany jest z kodem zapisanym wcześniej w pamięci U5. W przypadku wystąpienia zgodności, procesor zapala diodę LED dołączoną do JP3 i na czas ls załącza tranzystor T3. Jeżeli uprawniony PIT będzie pozostawał w zasięgu pola wytwarzanego przez cewkę, procesor cyklicznie będzie zapalał LED-a i załączał tranzystor T3.
Montaż, uruchomienie i zastosowanie dekodera
Układ dekodera montuje się na jednostronnej płytce drukowanej, której wygląd pokazany został na wkładce. Rozmieszczenie elementów przedstawiono na rys. 5.
Na płytce znajdują się dwie zwory, które trzeba poprowadzić jako pierwsze, a potem wlutować oporniki, kondensatory i pozostałe elementy. Procesor U3 i pamięć U5 najlepiej osadzić w podstawkach. Cewkę antenową najwygodniej jest połączyć z płytką przy pomocy złącza. Wykonanie tej cewki nie jest trudne, choć wymaga nieco cierpliwości. Na karkasie lub rurce o średnicy 4..6cm należy nawinąć 40 zwojów drutu <|)0,1.-0,3mm (rys. 4). Zabezpieczoną przed rozwinięciem cewkę należy zsunąć z karkasu. Potem do końcówek drutu cewki trzeba przylutować dwie żyły przewodu ekranowanego (ekran z tej strony nie musi być połączony i można go obciąć). Uzwojenie cewki oraz miejsce dołączenia z przewodu ekranowanego należy zabezpieczyć przez owinięcie plastrem lub taśmą izolacyjną. Z drugiej strony przewód będzie dołączony do gniazda JPl na płytce drukowanej. Ekran przewodu trzeba połączyć z JPl-3, a żyły z JPl-1,2.
Urządzenie jest zasilane napięciem 6..12V. Pierwszym etapem uruchomienia jest sprawdzenie, czy w czasie montażu nie doszło do przypadkowych zwarć i czy na wyjściu stabilizatora U4 jest napięcie +5V. Następnie po wluto-waniu U2 na złączu JPl-1 powinien pojawić się mocno zniekształcony przebieg prostokątny
Elektronika Praktyczna 7/98
41
Bezstykowa identyfikacja z układami PIT
40 zwojów drutu 4 0.1-0.3
4>4O-BOmm
3 2 1
Rys. 4. Budowa cewki antenowej.
o częstotliwości 125kHz. Jeżeli do płytki dekodera dołączona jest prawidłowo wykonana cewka, na anodzie diody Dl pojawi się sinusoida o amplitudzie wielokrotnie przewyższającej napięcie zasilania układu. Po umieszczeniu zaprogramowanego elementu PIT prostopadle do obwodu cewki lub pionowo w jej centrum, na wyjściu UlA-1 powinny pojawić się impulsy prostokątne o amplitudzie 0,3Vpp lub większej, a na wyjściu Ul A-14 impulsy o amplitudzie TTL. Pobór prądu poprawnie działającego dekodera zasilanego napięciem 12V wynosi ok. 70mA. Żeby układ dekodera mógł rozpoznawać uprawnione PIT-y, ich numery muszą być najpierw zapamiętane. Zapamiętanie nowego numeru polega na zbliżeniu elementu do cewki a następnie rozwarciu jumpera JP5 i JP4. Prawidłowy odczyt i zapamiętanie danych nowego transpondera zostanie zasygnalizowane dwoma krótkimi błyskami diody. Zwarcie jumpera JP5 wprowadzi dekoder w normalny stan pracy. Od tej
Rys. 5. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej.
chwili zapamiętany PIT będzie rozpoznawany 1-sekundowym świeceniem diody i załączeniem tranzystora T3. Maksymalnie układ może zapamiętać 4 trans-p on dery. Rejestracje kolejnych przeprowadza się w sposób identyczny z opisanym. Możliwe jest także wyrejestrowywanie pojedynczych transponderów. Procesem tym także steruje ustawienie jum-perów. Najpierw zwiera się jum-per JP4, a następnie rozwiera JP5. Jeżeli do cewki zbliżony zostanie PIT o numerze uprzednio zapamiętanym, układ go rozpozna, poczym usunie z pamięci jego dane. Potwierdzeniem wykasowania danych będą 4 krótkie błyski diody. Należy wtedy zewrzeć jumper JP5.
W czasie odczytu dane odbierane z transpondera poddawane są kontroli, żeby wyeliminować błędy powstające podczas transmisji. Może jednak zdążyć się w czasie rejestracji nowego PCF7930, że jego kod zostanie odczytany z błędem. W takim przypadku dekoder oczywiście nie będzie widział nowego transpondera, a zapamiętany numer nie da się usunąć ponieważ transponder o takim, fałszywym, numerze nie istnieje. W tej sytuacji jedynym rozwiązaniem jest wymazanie wszystkich danych zapisanych w pamięci. Należy wyłączyć zasilanie, zewrzeć JP4 i rozewrzeć JP5. Po włączeniu zasilania procesor rozpoznając taki układ jum-perów, skasuje pamięć i poinformuje o tym fakcie operatora czterema błyskami diody LED. Następnie układ może w normalny sposób dokonać rejestracji właściwych PIT-ów i przejść do trybu pracy.
Zasięg transmisji danych między dekoderem i PCF7930 zależy od jakości wykonania cewki, jej kształtu, napięcia zasilającego dekoder. Zwykle odległość ta wynosi kilka centymetrów. Zasięg można trochę zwiększyć dobierając C7 tak, aby
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
RL R4, R5: 470O R2, Rl 1: 10kO R6, R3: 220kQ R7: 18Q R8: 39kQ
R9, R13, R14: lOOkO RIO, R17: 4,7kQ R12: 1MO R15, R16: 330O R18: 270O R19: 220O Kondensatory CL C3: 4,7nF C2, C5, C15: lOOnF C4, C7: lOnF Có, C9: lOOpF C8: lnF CIO: 68pF
Cli, C16, C17: 27pF C12: 470pF C13: 4,7n.F/10V C14: 47^F/10V Półprzewodniki Ul: LM324 U2: 4060
U3: 89C2051, zaprogramowany U4: 78L05 U5: 24C02 Tl: BC548 T2, T3: BC558 DL D2, D3: 1N4148 PCF7930: transponder zaprogramowany Różne
JP4, JP5, JP6: Jumpery Xl: 4MHz X2: 12MHz
układ rezonansowy LC maksymalnie dostroić do częstotliwości 125kHz. Świadczyć o tym będzie zwiększenie się amplitudy sygnału sinusoidalnego na anodzie diody Dl.
Firma Philips produkuje trans-pondery PIT także w innych wykonaniach: pastylki, dysku i karty, a odległość z jakiej mogą być odczytywane jest zdecydowanie większa. Wynika to z możliwości umieszczenia w większej obudowie wydajniejszej anteny transpondera. Dodatkowo, rozwijana rodzina transponderów ma większą pojemność pamięci EEPROM, ale większość z nich potrafi także pracować w trybie emulacji PCF7930. Ryszard Szymaniak, AVT
42
Elektronika Praktyczna 7/98
I I 1 t I ttfM
Elektroniczny układ zapłonowy do świetlówki, część 2 ^
Kończymy prezentację tej bardzo interesujqcej i nowoczesnej konstrukcji, str. 67.
A Wielkogabarytowy wyświetlacz siedmiosegmentowy...
...opracowaliśmy z myślq o stosowaniu razem z projektami dla szkolnych sal sportowych, które będziemy sukcesywnie publikować w EP. Wyświetlacz może oczywiście znaleźć szereg innych zastosowań - szczegóły w artykule na str. 79.
Wzmacniacz do walkmana
Urzqdzenie dość proste, lecz bardzo głośne... Str. 57.
'r1
Zabawka - pojazd z radarem
Coś dla miłośników mocnych wrażeń. "Rabowóz" jest idealnq zabawkq dla dzieci, a przede wszystkim dla ojców! Str. 45.
Elektroniczny "ptak"...
...czyli, jak wykonać efektowny dzwonek do drzwi, str. 81.
Klawiatura do elektronicznego instrumentu muzycznego
Niezwykły projekt jednego z naszych Czytelników, który własnoręcznie wykonał bardzo efektownq klawiaturę, str. 87. ^^^^j i
Emulator mikrokont-rolerów AT89CX051
Na str. 28 przedstawiamy jedno z najnowszych opracowań polskiej firmy Astar ABR.
Monitor linii telefonicznej
Przy pomocy tego urzqdzenia bez trudu
sprawdzisz, jaki numer został wybrany
z Twojego telefonu niezależnie od tego,
czy korzystasz z wybierania tonowego,
czy impulsowego. Str. 63. Interfejs I2C
Druga część artykułu BezsWkowa � in^er^eJsoweJ karcie do
identyfikacja z układami PIT
Bezstykowa wersja immobilizera, w której pastylki iButton zastqpiono miniaturowymi transponderami,' str. 39.
PC, str. 71
Przetwornik A/C do PC A
Prezentacja możliwości 8-kanałowe-go przetwornika A/C, który jest produkowany przez gliwickq firmę ASA, str. 32.
Zestaw uruchomieniowy dla układów HCS410
Prezentacja *gorqcej" nowości -zestawu narzędziowego dla najnowszych transponderów z generatorem kodu dynamicznego firmy Micro-chip, str. 33.
**: i
Czterokanałowy ^ termometr cyfrowy
Urzqdzenie opisane w artykule umożliwia sekwencyjny pomiar temperatury w czterech miejscach jednocześnie, str, 51,
Elektronika Praktyczna 7/98
Nowoczesne interfejsy linii telefonicznych
W artykule
przedstawiamy nowoczesne, specjalizowane układy hybrydowe, które opracowano z myślq o zastqpieniu skomplikowanych i często zawodnych interfejsów telefonicznych, wykonywanych dotychczas zazwyczaj w technologii dyskretnej. Str. 25.
Koniec hegemonii Intela?
Tym prowokacyjnym tytułem chcemy zachęcić Was do przeczytania dwóch artykułów, w których przedstawiamy rozwiqzania alternatywne w stosunku do najnowszych propozycji Intela. Jedno z nich (str. 29) jest rozwiqzaniem "domowym", drugie (str. 30) ultraprofesjonalnym.
AALL-11 - nowy programator firmy HiLo Systems
Zalety najnowszego opracowania firmy HiLo Systems przedstawiamy na str. 27.
Scalony sterownik tranzysto-V rów IGBT firmy Motorola
Autor artykułu przybliża tajniki optymalnych sposobów sterowania nowoczesnych tranzystorów mocy IGBT, str. 17.
IKA
Nr 67
lipiec '9&
Świat hobby
Projekty zagraniczn
Przedwzmacniacz mikrofonowy Notatnik Praktyka
Płytki drukowane w domu, część 3
ALL-11 -nowy programator firmy Hi-Lo Systems ,,,
Emulator mikrokontrolerów AT89CxO51 ..................
IDT WinChip Centaur Có - tanio, szybko, pewnie!
AlphaPC Ió4 LX - stacja robocza w cenie PC......
Przetwornik A/C do PC firmy ASA...........................
Zestaw uruchomieniowy dla transponderów HCS410 firmy Microchip...........................................
Projekty
Świetlny efekt dyskotekowy........................................
Bezstykowa identyfikacja z układami PIT..................
Zabawka - pojazd z radarem.....................................
Czterokanałowy termometr cyfrowy.........................
Wzmacniacz do walkmana........................................
Monitor linii telefonicznej.............................................
Elektroniczny układ zapłonowy świetlówki, część 2, Interfejs PC, część 2
21
27 28 29 30 32
34 39 45 51
,,,57 63 67 71
Wielkogabarytowy wyświetlacz siedmiosegmentowy.....79
Elektroniczny "ptak
Podzespoły
Scalony sterownik tranzystorów IGBT firmy Motorola ....... 17
Nowoczesne interfejsy linii telefonicznych.........................25
Nowe podzespoły...........................,..................,,.................83
Projekty Czytelń i ków^^^^^^^^^^^^^^^^^^H
Klawiatura elektronicznego instrumentu muzycznego ,,,, 87 Biblioteka EP...................................................................89 "
Forum................................................................................90 Ś
Info Świat.........................................................................91
Info Kraj............................................................................92
Listy...................................................................................98
Kramik+Rynek................................................................93 I
Wykaz reklamodawcow............................................1
Ekspresowy Informator Elektroniczny.....................1
Wyniki ankiety..................................................................8
Wyniki konkursów........................................................109
Elektronika Praktyczna 7/98
PROJEKTY
Zabawka - pojazd z
kit AVT-429
Tym razem chciałbym
zaproponować Czytelnikom EP
coś zupełnie innego od
dotychczasowych, bardzo
poważnych i wielce
użytecznych konstrukcji:
budowę prostej i bardzo
efektownej w działaniu
zabawki o niezwykle prostej
konstrukcji mechanicznej
i elektrycznej.
radarem
Myli się ten kto twierdzi, źe budowanie zabawek dla dzieci jest zajęciem niepoważnym i niegodnym prawdziwego konstruktora czy hobbysty. Jest zupełnie przeciwnie: przemysł zabawkarski to wielki business, traktowany niezwykle serio przez ludzi interesu. Ponadto, kogo jak kogo, ale dzieci należy zawsze traktować z należną im powagą. Między innymi od tego, jakimi zabawkami będą bawić się w dzieciństwie zależy to, jacy z nich w przyszłości wyrosną konstruktorzy.
Muszę się Warn także do czegoś przyznać, drodzy Czytelnicy: ja sam bardzo lubię, wieczorem, kiedy nikt nie widzi, pobawić się czasem jakąś ciekawą zabawką mechaniczną i jestem zupełnie pewien, że podobne zamiłowanie przejawia wielu z Was. Wiadomo przecież dla kogo ojcowie kupują np. kolejki elektryczne. Może dla dzieci, co...? Przeznaczenie opisanego w artykule układu jest typowo rozrywkowe, ale (niejako przy okazji) może on służyć także całkiem poważnym celom.
Doskonale wiem, jak bardzo my, elektronicy nie lubimy wszelkich prac mechanicznych. Z pewnością wielu Czytelników z nie-
chęcią spojrzało na nazwę proponowanego układu: pojazd. No tak, z pewnością trzeba będzie wykonać jakąś skomplikowaną konstrukcję mechaniczną. Przecież każdy pojazd, obojętne czy jest to zabawka czy też nowoczesny samochód, musi posiadać jakieś zawieszenie, jakąś płytę nośną i mechaniczny układ napędowy.
Nie obawiajcie się, w naszym urządzeniu rolę płyty nośnej spełnia płytka drukowana układu elektronicznego zabawki, a wykonanie układu napędowego zostało uproszczone do minimum przez zastosowanie gotowych, łatwych do nabycia elementów. Nie będziemy więc musieli niczego przycinać, wyginać czy wykonywać innych, nielubianych prac mechanicznych, a w każdym razie nie będzie ich więcej niż przy montażu typowego układu elektronicznego.
Zabawka została zaprojektowana z wykorzystaniem typowych, łatwych do kupienia i tanich podzespołów. Jedynymi bardziej kosztownymi elementami są przekładnie mechaniczne, a właściwie trochę pr z er obi one s er w om e ch ani z -my modelarskie. Nie musimy jednak wykorzystywać pełnowartoś-
Elektronika Praktyczna 7/98
45
Zabawka - pojazd z radarem
ciowych, kupionych w sklepie serw. Do budowy prototypu użyłem serw podarowanych mi przez kolegę. Nieco już zużyte serwomechanizmy, zupełnie bezwartościowe dla modelarza mogą okazać się cennymi elementami konstrukcyjnymi dla nas. Urządzenie zostało wyposażone w radar,
a właściwie IRDAR (ang. Infra Red Detecting and Ranging, a radar to akronim od Radio Detecting and Ranging) pracujący na modulowanej podczerwieni. IRDAR pozwala naszemu pojazdowi na bezpieczne omijanie przeszkód, oczywiście nawet w całkowitej ciemności.
Zabawka posiada jednak pewną wadę: panicznie boi się pilotów do sterowania sprzętem wideo lub audio i używanie w bliskim sąsiedztwie pojazdu takich urządzeń może fatalnie wpłynąć na jej psychikę.
Zastosowanie do budowy pojazdu przerobionych serwomecha-
Rys. 1. Schemat elektryczny robota.
46
Elektronika Praktyczna 7/98
Zabawka - pojazd z radarem
SERWD 1
Rys. 2. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej.
nizmów modelarskich jest rozwiązaniem najlepszym i najprostszym, ale bynajmniej nie jedynym. Jeżeli ktoś posiada lub potrafi wykonać proste przekładnie mechaniczne, redukujące obroty silnika elektrycznego i zwiększające moment obrotowy układu napędowego, to może je z powodzeniem wykorzystać do budowy pojazdu. Jakimś rozwiązaniem może też okazać się zastosowanie przekładni i silników z popsutej czy nawet celowo w tym celu zakupionej taniej zabawki.
Korzystając z okazji chciałbym zaapelować do Czytelników będących dobrymi radiotechnikami. Ja sam nie mam najmniejszego pojęcia o budowie nadajników czy odbiorników radiowych i sama myśl o wykonaniu cewek czy strojonych indukcyj-ności napawa mnie przerażeniem. Może ktoś z Was potrafiłby zaprojektować i wykonać układ aparatury do radiowego sterowania modeli i opublikować go w dziale "Projekty Czytelników"? Chodzi tylko o radiowy kanał łączności z wejściem i wyjściem cyfrowym, pozostała część to już błahostka! Taki układ, możliwy do odtworzenia w warunkach amatorskich, byłby podstawą do skonstruowania całej serii urządzeń do zdalnego sterowania modeli, o jaki od dawna upominają się Czytelnicy.
Po tym nieco przydługim wstępie zajmijmy się wreszcie naszą zabawką.
Opis działania układu
Schemat elektryczny proponowanego układu został pokazany na rys. 1. Z pozoru może wydać się on nieco skomplikowany, ale po przyjrzeniu się rysunkowi z łatwością zauważymy, że na schemacie powtarzają się dwa identyczne bloki funkcjonalne, co znakomicie uprości jego analizę. Urządzenie zbudowane jest z dwóch kanałów zawierających odbiornik podczerwieni, wzmacniacz z układem detekcyjnym i przekaźnik wykonawczy oraz z układu nadajnika modulowanej podczerwieni. Nadajnik skonstruowany został z wykorzystaniem układu NE555, pracującego w typowej dla siebie aplikacji generatora astabilnego. Częstotliwość jego pracy określona jest wartościami elementów R16, R15 i C14 i z wartościami podanymi na schemacie wynosi ok. 3 0kHz. Z wyjścia generatora zasilane są dwie diody nadawcze D3 i D6 emitujące wiązki podczerwieni, które mogą zostać odbite przez napotkaną na drodze pojazdu przeszkodę.
Omówimy teraz budowę tylko jednego z kanałów odbiorczych, ponieważ budowa dru-
giego jest zupełnie identyczna. Odbita od przeszkody wiązka podczerwieni odbierana jest przez fototranzystor T3 i po wzmocnieniu przez wzmacniacz operacyjny IClA poddawana detekcji w układzie z diodami Dl i D2. Jeżeli sygnał jest wystarczająco silny, to kondensator Cl zaczyna się ładować i w pewnym momencie baza tranzystora Tl zostaje spolaryzowana. Tranzystor ten włącza przekaźnik RLl zasilający mechanizm napędowy umieszczony z tej samej strony pojazdu, co fototranzystor T3. Efektem zadziałania przekaźnika będzie zmiana polaryzacji napięcia zasilającego silnik mechanizmu napędowego i w konsekwencji gwałtowny skręt pojazdu (właściwie obrót dookoła osi) i odsunięcie się od przeszkody. Znaczna pojemność kondensatora Cl i histereza wprowadzana przez przekaźnik RLl spowoduje, że obrót pojazdu będzie trwał nieco dłużej niż czas odbierania sygnału odbitego od przeszkody, co zapewni skuteczne jej ominięcie.
Po odebraniu odbitego sygnału przez fototranzystor T4, umieszczony z drugiej strony pojazdu, zajdą identyczne zjawiska, z tym że pojazd skręci w przeciwną stronę. To chyba wszystko, co można powiedzieć o budowie tak prostego układu.
Elektronika Praktyczna 7/98
47
Zabawka - pojazd z radarem
Montaż i uruchomienie
Zmontowany i gotowy do akcji prototyp pojazdu widoczny jest na fotografiach. Jak widać, kształt jego nadwozia jest wyjątkowo piękny i może wzbudzić zawiść nawet włoskich stylistów nadwozi samochodowych. Układ napędowo - kierujący jest bardzo nietypowy, ponieważ nasz pojazd jest trójkołowcem z napędzanymi dwoma kołami przednimi. Wynika z tego, że zasada kierowania pojazdem jest identyczna jak w czołgach czy innych pojazdach gąsienicowych: zmianę kierunku jazdy uzyskujemy przez zmniejszenie prędkości obrotowej, zatrzymanie lub włączenie w odwrotnym kierunku jednego z kół napędowych.
Na rys. 2 przedstawiono rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej, której widok znajduje się na wkładce wewnątrz numeru. Tak dziwnych płytek jeszcze chyba nie było w projektach AVT! Jak widać, jedna z nich posiada dziwaczny, pozornie bezsensowny kształt, a druga to po prostu cztery prostokątne punkty lutownicze o monstrualnych rozmiarach. Cierpliwości, zaraz wszystko sobie wyjaśnimy!
Zacznijmy od spraw prostych i nie budzących wątpliwości. Montaż części "elektronicznej" układu wykonujemy w typowy sposób, rozpoczynając od rezystorów i diod, a kończąc na kondensatorach elektrolitycznych. Pod układy scalone warto zastosować podstawki. Nadawcze diody IRED i fototranzystory montujemy w pewnej odległości od płytki, z wyprowadzeniami wygiętymi pod kątem prostym. Szczegóły montażu tych elementów są wyraźnie widoczne na fotografii i należy tylko zwrócić uwagę, aby diody nadawcze zostały umieszczone za fototranzystorami. Na fototranzystory nakładamy osłony zabezpieczające przed "łapaniem" impulsów nadchodzących z niewłaściwej strony. Osłonki należy wykonać z rurek o średnicy wewnętrznej 5mm i długości ok. 20 mm. Idealnym materiałem na nie są kawałki czarnej koszulki termokurczliwej, i takie też zastosowano w układzie modelowym.
Nadeszła wreszcie pora na montaż układu napędowego. Jak już wspomniano, do jego budowy
wykorzystano dwa standardowe serwa modelarskie. Mogą to być serwomechanizmy częściowo uszkodzone, np. z niesprawną częścią elektroniczną. Konstrukcja mechaniczna serwa uniemożliwia jego obrót o kąt większy niż ok. 270� i dlatego musimy przeznaczony do pracy w naszej zabawce serwomechanizm trochę przerobić . Mechanizm rozkładamy na części, zapamiętując wzajemne położenie kółek zębatych i usuwamy występ na wale napędowym, ograniczający kąt jego obrotu. Blokada ta występuje w większości serwomechanizmów i realizowana jest w różny sposób, jednak zawsze możemy ją bez większego trudu usunąć. Z wnętrza serwa usuwamy także niepotrzebną już część sterującą. Jeżeli jest ona sprawna, to warto zapamiętać rozmieszczenie wyprowadzeń na płytce drukowanej, ponieważ element ten może nam się przydać do rozmaitych eksperymentów z serwomechanizmami własnej konstrukcji. Przewody zasilające lutujemy bezpośrednio do wyprowadzeń silnika i składamy z powrotem serwo. Następną czynnością będzie zamocowanie kółek do wału napędowego serwomechanizmu. Można zastosować kółka od popsutej zabawki, ale z pewnością najlepsze będą kółka produkowane specjalnie na potrzeby modelarzy. Takie zastosowano w układzie modelowym. Sposób zamocowania kółek do wałów napędowych serwomechanizmów zależy od ich rodzaju i powinien być rozwiązany indywidualnie przez Czytelników.
Serwomechanizmy z zamocowanymi kółkami napędowymi przyklejamy w oznaczonych miejscach do płytki obwodu drukowanego - płyty nośnej naszego pojazdu. Do klejenia najlepiej użyć kleju Superglue lub popularnego Poxipolu czy Distalu.
Zajmijmy się teraz drugą płytką o zagadkowym przeznaczeniu. Zagadka zostanie zresztą natychmiast rozwiązana: płytka ta służy jednocześnie trzem celom: dociśnięciu serwomechanizmów do płyty nośnej pojazdu i zabezpieczeniu ich przed odklejeniem, zamocowaniu za pomocą lutowania koszyczka z czterema bateryjkami R4 zasilającymi zabawkę i elektrycznemu
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl, R7: 22kQ
R2, R8: llkO
R3, R9: lOOk
R4, RIO: l,2kQ
R5, Rl 1: 2,2kQ
R13, R14: 100O
R16, R15: 22kQ
R17, R18, R19, R20: 220kQ
Kondensatory
CL Có: 100|iF/10V
C2, C5, Cl, CIO: 470nF
C3, C8, C12, C13: lOOnF
C4, C9: 47^F/10V
Cli: 220|iF/10V
C14: 4,7nF
Półprzewodniki
DL D2, D4, D5: 1N4148
Dó, D3: IRED
IC1: LM358
IC2: NE555
T2, Tl: BC548 lub odpowiednik
T3, T4: fototranzystor dowolnego
typu o średnicy 5mm
Różne
JP1, JP2: 2xgoldpin + wtyk
RL1, RL2: OMRON 5V
Koszyczek na 4 baterie LR6
Serwomechanizmy modelarskie
(nie wchodzą w skład kitu)
połączeniu obydwóch płytek. Koszyk na baterie lutujemy do dużych punktów lutowniczych, zwracając uwagę na właściwą polaryzację. Koszyk posiada wyprowadzenia z pasków blachy, które lutujemy do płytki w jak najkrótszym czasie, aby nie uszkodzić jego plastykowej części. Ostatnią czynnością będzie skręcenie ze sobą obydwóch płytek za pomocą czterech śrubek M3 o długości ok. 30mm. Warto zauważyć, że dwie z nich zapewnią kontakt elektryczny pomiędzy bateriami i układem elektronicznym pojazdu.
Przewody zasilające silniki napędowe lutujemy do punktów oznaczonych na płytce Ml i M2 po uprzednim sprawdzeniu prawidłowej polaryzacji. W przypadku niewłaściwego połączenia pojazd będzie "atakował" napotkane przeszkody zamiast je omijać. Ponieważ sprawdzić polaryzację możemy jedynie doświadczalnie po uruchomieniu układu, zalecam przewody idące do silników zakończyć wtyczkami pasującymi do
48
Elektronika Praktyczna 7/98
Zabawka - pojazd z radarem
goldpinów wlutowanych w punk- takie rozwiązanie okazało się za- ka pozostawiam więc inwencji ty Ml i M2. dawalające podczas poruszania się Czytelników.
Zmontowany ze sprawdzonych zabawki po gładkim podłożu. Roz- Na zakończenie bardzo proszę
elementów układ nie wymaga ani wiązaniem perfekcyjnym byłoby Szanownych Czytelników o nie uruchamiania ani, poza sprawdzę- zastosowanie małego kółeczka osa- straszenie wykonanego pojazdu za niem polaryzacji napięcia zasila- dzonego na elemencie obrotowym, pomocą pilotów od telewizorów, jącego silniki, jakiejkolwiek regu- podobnym do widelca przedniego On bardzo tego nie lubi. lacji. Można jedynie poekspery- koła roweru. Sprawę tylnego kół- Zbigniew Raabe, AVT mentować z doborem kondensatorów Cl i C6, uzyskując różne charakterystyki dynamiki ruchu zabawki.
Nie rozwiązana pozostała jeszcze sprawa tylnego kółka napędowego. W układzie modelowym zastosowałem po prostu płozę wykonaną z kawałka szprychy rowerowej. Wobec małej masy pojazdu
Elektronika Praktyczna 7/98 49
PROJEKTY
Czterokanałowy cyfrowy
termometr
kit AVT-460
Przy pomocy termometru
opisanego w artykule można
bez trudu zmierzyć
temperaturę w czterech
pomieszczeniach bez ruszania
się z przytulnego pokoju.
Dzięki zastosowaniu cyfrowej
metody prezentacji wyników
pomiarów wskazania są
jednoznaczne i dokładne.
Ze wszystkich pomiarów wartości nieelektrycznych pomiar temperatury jest dokonywany chyba najczęściej. Jednocześnie, w żadnej chyba technice pomiarowej cyfrowe zobrazowanie wyników pomiarów nie ma tak dużej przewagi nad zobrazowaniem analogowym. Odczytywanie zmierzonej temperatury przez obserwację słupka rtęci lub alkoholu w klasycznym termometrze analogowym to prawdziwe utrapienie, które znają wszyscy ci, którzy kiedykolwiek próbowali odczytać w nocy temperaturę na z a okiennym termometrze. Odczyt wskazań termometru lekarskiego także do łatwych nie należy, a ponadto zawsze może być obarczony pewnym błędem wynikającym z para-laksy. Jeżeli dwie osoby obserwują jeden termometr wskazujący np. 20�C, to jedna odczyta 19,5 a druga 20,5 stopnia.
Tych wad nie posiadają elektroniczne termometry z odczytem cyfrowym, a ponadto mają kilka innych zalet. Należy do nich krótki czas pomiaru, z zasady znacznie krótszy od pomiaru dokonywanego za pomocą termometrów cieczowych, a przy zastosowaniu nowoczesnych podzespołów znacznie większa dokładność i powtarzalność wskazań.
Wszystko to powoduje, że termometry elektroniczne są jednymi z urządzeń najczęściej budowanych przez hobbystów.
Układ, który mam nadzieję znajdzie uznanie Czytelników EP, jest elektronicznym termometrem cyfrowym, do którego możemy dołączyć jednocześnie cztery czujniki pomiarowe. Czujniki mogą być przełączane zarówno ręcznie - naciśnięciem przycisku, jak i automatycznie, kolejno jeden po drugim. Informacja o tym, który z czujników jest aktualnie dołączony do układu pomiarowego jest wyświetlana w polu odczytowym na wyświetlaczu siedmio-s e gm ento w y m.
Wielu konstruktorów z pewną obawą myśli o budowie termometrów cyfrowych. Zniechęca ich do niej kłopotliwa procedura kalibracji przyrządu: konieczność umieszczania czujnika we wrzącej wodzie i topniejącym lodzie. Obliczanie poprawki na aktualne ciśnienie powietrza podczas regulacji wskazania 100�C także do przyjemności nie należy, a ponadto sam układ wzmacniacza pomiarowego jest najczęściej dość rozbudowany. Takie kłopoty występowały przy budowie termometrów wykorzystujących jako czujniki diody krzemowe i należą już dzisiaj do przeszłości. W naszym
Elektronika Praktyczna 7/98
51
Czterokanalowy termometr cyfrowy
przyrządzie wykorzystamy gotowy i skalibrowany element pomiarowy, który należy jedynie dołączyć do miliwoltomierza ustawionego na zakres 1,999V. Element ten, którym jest już znany naszym Czytelnikom układ LM35C, pozwala na pomiar temperatury w zakresie od -40 do +110�C. Zastosowanie czujnika typu LM35
może rozszerzyć ten zakres do -55..+150�C. Dokładność pomiaru jest dość dobra, a w każdym razie zupełnie wystarczająca do zastosowań amatorskich i wynosi ą0,25�C w zakresie temperatur zbliżonych do pokojowej.
Zastosowanie przyrządu może być bardzo szerokie. Najprostszym będzie z pewnością pomiar tem-
peratury na użytek "domowy", kiedy to jeden czujnik może być umieszczony na zewnątrz pomieszczenia, a pozostałe wewnątrz niego.
Kolejnym zastosowaniem może być pomiar temperatury w naszym laboratorium elektronicznym. Skończy się ocena temperatury radiatora przeprowadzona na zasadzie "można go jeszcze dotknąć palcem, czy już parzy?".
Możliwość szybkiego i dokładnego pomiaru temperatury elementów konstruowanego urządzenia i jego otoczenia może w zna-czym stopniu polepszyć jego parametry i pozwolić na optymalne dobranie elementów chłodzących podzespoły elektroniczne.
Rys. 1. Schemat elektryczny układu
52
Elektronika Praktyczna 7/98
Czterokanałowy termometr cyfrowy
c +1, +Z5VDC
damtarnlki ______ii
Uou Q OUT H D
<>
LMH 1
c Pomlifwzłkrwte-B...+i500C +i..+zftiDC
U� _ OLJT G N D n
p '-j
LMH Ś Ok ]

Rys. 2 skali. Sposót przesunięcia "zera
Należy jeszcze postawić sobie pytanie, czy nasz termometr można wykorzystywać do pomiaru temperatury ciała człowieka, czyli do celów medycznych. Odpowiedź jest twierdząca. Przeprowadziłem stosowne próby i po dodatkowej kalibracji przyrządu uzyskałem w przedziale 36..42�C zgodność wskazań z termometrem lekarskim.
Kolejnym atutem przemawiającym za wykonaniem proponowanego układu jest jego niezwykła prostota, niska cena i łatwa dostępność zastosowanych do jego budów y el em entó w. W y s tar c zy chyba wspomnieć, że "sercem" układu i najważniejszym elementem jest, znany chyba nawet elektronicznym "przedszkolakom", popularny układ ICL7107.
Opis działania
Schemat elektryczny termometru pokazany został na rys. 1. Urządzenie możemy podzielić na następujące bloki funkcjonalne: l.Blok wyświetlaczy i przełączników sterujących, który zbudowany zostanie na osobnej płytce drukowanej. 2.Blok miliwoltomierza i układów
wspomagających.
3.Blok przełącznika kanałów pomiarowych i przekaźników.
Wyjaśnianie zasady działania bloku miliwoltomierza byłoby chyba obrazą dla większości Czytelników EP. Zasadę działania 1CL7107 zna prawdopodobnie każdy elektronik i wystarczy powiedzieć, że w naszym układzie pracuje ona w typowej konfiguracji miliwoltomierza o zakresie pomiarowym do 1,999V.
Jako źródło napięcia ujemnego potrzebnego do poprawnego funkcjonowania ICL7107 zastosowano scaloną przetwornicę napięcia +5/ -5V - ICL7660, układ także wyprodukowany przez firmę HAR-R1S. ICL7660 jest prawdziwym skarbem dla konstruktora, ponieważ potrzebuje do prawidłowego działania tylko jednego kondensatora, w naszym układzie jest to C8. Ujemne względem masy układu napięcie okaże się jeszcze potrzebne do dodatkowego spolaryzowania wejścia układu pomiarowego.
W podstawowej konfiguracji, z przyczyn oczywistych, LM35 nadaje się jedynie do pomiarów temperatury większej od 0�C. Zastosowaliśmy więc prosty chwyt, zalecany także przez producenta: dodatkowe spolaryzowanie wyjścia układu ujemnym napięciem za pośrednictwem rezystora R5. Dla jasności uproszczony schemat tego fragmentu układu pokazano na rys. 2.
Ważną rolę w mierniku spełnia blok przełączania kanałów pomiarowych. Zbudowany został z dwóch przerzutników typu D -IC3A i IC3B pracujących jako licznik dwubitowy, bramek de-kodujących stan tego licznika, tranzystorów zasilających cewki przekaźników i z czterech (lub w wersji z dwoma czujnikami z jednego) miniaturowych przekaźników. Licznik steruje dekoderem kodu BCD na kod wyświetlacza siedmiosegmentowego IC5, zapewniając wyświetlanie numeru aktualnie aktywnego kanału pomiarowego (kanały 0..3). Układ z bramkami NAND zawartymi w strukturze układu IC4 dekodują stany logiczne z wyjść licznika IC3A i IC3B w taki sposób, aby przy każdym kolejnym stanie licznika tylko na jednym z wyjść tych bramek był stan niski (kod 1 z 4 z negacją) wysterowują-cy jeden z tranzystorów włączających przekaźniki. Działanie układu bramek dekodera pokazano na rys. 3.
Sygnał zegarowy przekazywany jest do licznika IC3 poprzez
IC7A3
IC3A1
IC3A2
IC3B13
IC3B12 IC4A3
IC4B4 IC4C1D
przełącznik S2. W stanie tego przełącznika takim jak na schemacie, sygnał pobierany jest z wyjścia generatora stabilnego zbudowanego na bramce Schmit-ta IC7A. Częstotliwość pracy tego generatora określona jest rezystancją Rl2 oraz pojemnością Cl 3 i może być zmieniana w szerokich granicach przez dobór wartości tych elementów. Z wartościami takimi jak na schemacie wynosi ona ok. 0,5Hz, co wydaje się być wartością zupełnie wystarczającą do odczytywania kolejnych wyników pomiarów. W pozycji przełącznika S2 przeciwnej od pokazanej na schemacie, przełączanie kanałów pomiarowych może odbywać się ręcznie, przez naciśnięcie przycisku S3. Układ z bramką IC7B, kondensatorem Cl4 oraz rezystorami R13 i R14 służy likwidowaniu skutków wielokrotnych odbić styków włącznika S3.
Omówienia wymaga jeszcze przełącznik Sl. W pozycji takiej jak na schemacie, wejścia zerujące przerzutników IC3A i IC3B są trwale zwarte do masy i licznik pracuje w trybie modulo 4, przełączając wszystkie 4 kanały. Często jednak taka liczba kanałów pomiarowych może okazać się zbyt duża i wystarczą nam tylko dwa kanały. Przełączając Sl w przeciwną pozycję, przestawiamy licznik w tryb pracy modulo 2, co spowoduje wybieranie tylko dwóch kanałów dołączonych do przekaźników RELl i REL2. Dioda LED Dl wskazuje swoim świeceniem pomiar temperatury mniejszej od 0�C.
Pozostała część układu to typowy zasilacz, zbudowany z wykorzystaniem popularnego scalonego stabilizatora typu 7805. Układ może być zasilany napię-
IC4D11
Rys. 3. Wykres przedstawiajqcy działanie dekodera.
Elektronika Praktyczna 7/98
53
Czterokanalowy termometr cyfrowy
g �-r__3-�
C0M3
tmo
oo
Ma
?3 Q3
BVO JD
33 Q3
8VD JD
?3 Q3
8VD JD
Tda
2M ear
a
ra
MO3
# SC G^ Jjj.
cL>(&
"^ cc^1^
REL2
Rys. 4. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej.
ciem stałym z przedziału 7..16VDC, czyli takim jakie jest dopuszczalne dla układu 7805.
Montaż i uruchomienie
Na rys. 4 przedstawiono rozmieszczenie elementów na płytkach drukowanych miernika (widok ścieżek znajduje się na wkładce wewnątrz numeru). Płytki zostały wykonane z laminatu dwustronnego z metalizacją otworów. Mniejsza służy do zamontowania wyświetlaczy, przełączników sterujących pracą układu (z wyjątkiem Sl) i dekodera wyświetlacza DP4, a większa pozostałej części układu. Montaż wykonujemy w typowy sposób, rozpoczynając od elementów
0 najmniejszych gabarytach, a kończąc na kondensatorach elektrolitycznych i wyświetlaczach. DP4 o takich samych rozmiarach jak pozostałe utrudnia odczyt wyników pomiarów. Dlatego też zastosowano wyświetlacz DP4 o znacznie mniejszych rozmiarach, co poprawiło czytelność wyświetlanej informacji i podniosło estetykę wykonanego przyrządu.
Termometr możemy zmontować w dwóch wersjach: dwu
1 czterokanałowej, z tym że liczbę kanałów w drugiej wersji może-
my zawsze ograniczyć za pomocą jumpera Sl. Jeżeli jednak jesteśmy całkowicie pewni, że wystarczą nam dwa kanały pomiarowe, to przekaźni ków REL2, REL3 i REL4 nie musimy montować. Po zwarciu ze sobą dw ó c h punktów oznacz o nyc h na schemacie i płytce znakiem "X", przekaźnik REL1 będzie pracował jako przełącznik, obsługując jednocześnie dwa kanały termometru. W kicie będzie dostarczany
zestaw elementów potrzebny do zbudowania właśnie takiej wersji termometru.
Po zmontowaniu płytek należy je ze sobą połączyć za pomocą szeregu kątowych goldpinów. Taki sposób montażu gwarantuje ustawienie płytek względem siebie idealnie pod kątem prostym, dając mocne i pewne połączenie. Jedyną czynnością regulacyjną, jaką musimy wykonać, będzie ustawienie za pomocą potencjometru montażowego PRl napięcia 1000mV pomiędzy wyprowadzeniami REF HI i REF LO ICl.
Warto jeszcze zająć się przez chwilę sprawą obudowania czujników pomiarowych - układów LM35. Układ ten produkowany jest w dwóch rodzajach obudów: plastykowych TO-92 i metalowych TO-46. Ze względu na znacznie lepszą przewodność cieplną do naszych celów zdecydowanie lepiej nadają się te ostatnie. Jeżeli będziemy dokonywać pomiarów temperatury powietrza, to wystarczy czujnik zasłonić przed ewentualnymi wpływami czynników atmosferycznych lub uszkodzeniem mechanicznym. Sprawa komplikuje się jednak w przypadku pomiaru temperatury płynów lub przedmiotów, np. radiatorów. Udało mi się opracować prosty
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
PRl: lkO potencjometr
montażowy wieloobrotowy
Rl, R14: lOOka
R2: lkn
R3, R12, R13: 470kO
R4: lMn
R5: 10kO
Ró, R7, R8, R9: 2,2kQ
RIO, Rl 1: 510O
Kondensatory
Cl: lOOpF
C2, C8, C13: 10jiF/10V
C4: 220nF
C5: 47nF
Có, CIO, C12, C14: lOOnF
C7: lOnF
Cli, C9: 220^F/16V
Półprzewodniki
ICl: ICL7107
IC2: ICL76Ó0
IC3: 4013
IC4: 4011
IC5: 4543
ICÓ: 7805
IC7: 4093
Tl, T2, T3, T4: BC557 lub
odpowiednik
DPI, DP2, DP3: wyświetlacze 7-
segm. LED, wspólna anoda 14mm
(np. SA52-11)
DP4: miniaturowy wyświetlacz 7-
segm. LED, wspólna anoda
Dl: dioda LED, prostokątna
w kolorze wyświetlaczy
czujniki LM35C 2 szt.
Różne
CON1, CON2: ARK3 (3,5 mm)
CON3, CON4: goldpin kątowy
1x30 pin
CON5: ARK2 (3,5 mm)
REL1, REL2, REL3, REL4: przekaźnik
TQ2-5V (NAiS) (w zestawie tylko
REL1)
Sl: 1x3 goldpin + jumper
S2: miniaturowy przełącznik
hebelkowy
S3: przycisk RESET do wlutowania
w płytkę (mikroswitch)
sposób obudowania czujników, zapewniający wygodny pomiar temperatury przedmiotów i nieagre-sywnych chemicznie płynów. Obudowa została wykonana z kawałka chromowanej rurki, odciętej z uszkodzonej anteny teleskopowej. Jeden z jej końców został zamknięty za pomocą cyny. Zamknięcie rurki najlepiej wykonać w następujący sposób: odcinek
54
Elektronika Praktyczna 7/98
Czterokanalowy termometr cyfrowy
-Przewody
- Klej Distal
Stop Wooda Ą- Rurka od anteny
- Czujnik -Cyna
Rys. 5. Zalecany sposób wykonania czujnika temperatury.
rurki, dokładnie oczyszczony wewnątrz papierem ściernym, stawiamy na kawałku blachy dura-lowej i całość umieszczamy na palniku kuchenki gazowej. Do rurki wrzucamy parę kawałków cyny do lutowania i całość podgrzewamy do momentu stopienie się cyny, a następnie, nie ruszając z miejsca, studzimy. Stopiona cyna powinna utworzyć w rurce warstwę o grubości ok. 2..3mm. Można teraz umieścić czujnik w rurce i zalać klejem Distal. Takie rozwiązanie nie jest jednak najlepsze ze względu na słabą
przewodność cieplną zastygnięte-go kleju. Ja wybrałem inne rozwiązanie, chyba optymalne. Wnętrze rurki z umieszczonym w niej czujnikiem i dobrze zaizolowanymi przewodami wypełniłem, podgrzewając w gotującej się wodzie, stopem Wooda. Być może niektórzy Czytelnicy nie znają tego wielce użytecznego w wielu sytuacjach metalu, a właściwie, jak sama nazwa wskazuje, stopu metali. Jego szczególną cechą, jedyną wyróżniającą go spośród innych stopów jest temperatura topnienia wynosząca 96�C! Poza tym stop Wooda posiada wszystkie cechy metali, w tym bardzo dobrą przewodność cieplną i elektryczną. Natomiast kontakt z roztopionym stopem nie grozi uszkodzeniem elementów półprzewodnikowych. Tak więc zastosowane rozwiązanie można uznać za idealne, czujnik LM35 ma doskonały kontakt termiczny z otoczeniem. Pamiętajcie tylko o wypełnieniu po-
zostałej części rurki klejem Distal lub innym podobnym, ponieważ bez tego zabezpieczenia, przy pomiarze temperatur większych od 96�C stop mógłby po prostu wypłynąć z rurki. Budowę opisanego czujnika przedstawia rys. 5.
Warto jeszcze wspomnieć o dodatkowej kalibracji termometru przy wykorzystywaniu go jako np. termometru lekarskiego. Kalibrację taką wykonałem posługując się bardzo dokładnym termometrem laboratoryjnym. Czujniki obydwóch termometrów umieszczone zostały w wodzie o dokładnie stabilizowanej temperaturze 3 8�C. Pokręcając potencjometrem montażowym PRl uzyskałem idealną zgodność odczytu. Po wyłączeniu stabilizacji temperatury woda zaczęła stygnąć i okazało się, że dokładność wskazań naszego termometru była lepsza niż O,1�C, co predestuynuje go do zastosowania jako termometru lekarskiego. Robert Zych, AVT
Elektronika Praktyczna 7/98
55
MINIPROJEKTY
Trójtonowy gong drzwiowy
Prezentowane
w artykule urządzenie
spełnia rolę
elektronicznego
sygnalizatora
akustycznego, który
można wykorzystać np.
jako gong drzwiowy,
jako sygn aliza tor
przeciążeń w zasilaczu
lub w sytuacjach
awaryjnych
w samochodzie. Jego
oszałamiająco prosta
konstrukcja jest oparta
na specjalizowanym
układzie tajwańskiej
firmy Holtek.
Rys. 1.
Budowę wnętrza układu HT2823, który stanowi "serce" prezentowanej konstrukcji przedstawiono na rys. 1. W strukturze tego, niewielkiego, układu scalono wiele skomplikowanych elementów - generator wzorcowy, dzielnik częstotliwości, trzy generatory tonów, trzy przetworniki C/A oraz układ sterujący wyzwalaniem.
Na rys. 2 znajduje się schemat elektryczny proponowanego rozwiązania. Rezystor Rl ustala częstotliwość taktowania generatora wzorcowego (dla Rl=430kQ f =65kHz). Rolę wzmacniacza wyjściowego pełni tranzystor Tl. Prąd bazy tego tranzystora jest ograniczony przez ogranicznik napięcia na wyjściu OUT zrealizowany przez połączony diodowo tranzystor T2.
Układ wyzwalania jest wyposażony w dwa wejścia, oznaczone KEYl i KEY2. Na rys. 2 narysowano trzy przełączniki sterujące tymi wejściami. Dzięki zastosowaniu dwóch diod impulsowych Dl i D2, układ USl może być wyzwalany z trzech różnych miejsc, za każdym razem generując inny sygnał akustyczny. Na rys. 3 przedstawiono efekt wyzwolenia układu USl przyciskiem Sl (dołączonym do wejścia KEYl). Rys. 4 przedstawia reakcję układu na pobudzenie wejścia KEY2, a na rys. 5 reakcję na jednoczesne pobudzenie obydwu wejść. Układ wyzwalania reaguje na pobu-
Rys. 3.
Rys. 2.
dzenie wejść KEYl i/lub KEY2 tylko w sytuacji, gdy trwa ono dłużej niż 8ms. Krótsze impulsy są ignorowane, co zapobiega przypadkowemu wyzwoleniu układu.
Układ modelowy zmontowano na miniaturowej, jednostronnej płytce drukowanej , której widok przedstawiono na wkładce wewnątrz numeru. Rozmieszczenie elementów znajduje się na rys. 6.
Z montażem sygnalizatora poradzą sobie nawet najmniej wprawni Czytelnicy. Rezystor Rl jest montowany pionowo; pod układ USl warto zastosować podstawkę 8-nóżkową. Dopuszczalny zakres napięć zasilających sygnalizator wynosi 2,4..5V. Zwiększenie napięcia zasilającego powyżej 3V wymusza konieczność zastosowania rezystora ograniczającego prąd wyjściowy układu USl. Jego wartość powinna się mieścić w zakresie 560Q..lkQ.
Obszar zastosowań tego sygnalizatora jest bardzo sze-roki: począwszy od sygnalizacji gospodarzowi domu, do drzwi którego pukają goście, poprzez sygnalizację w komputerze następujących faktów: niebez-piecznego wzrostu tempe-
�yguI
ratury procesora, obniżenia lub zwiększenia Ś�"I się napięć zasilających, aż po Rys samochód gdzie kierowca może zostać ostrzeżony np. przed jazdą z otwartymi drzwiami, bagażnikiem i pozostawieniem włączonych świateł. PiotrZbysiński,AVT
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl: 430kQ Kondensatory
Cl: lOOnF Półprzewodniki
USl: HT2823
Tl: BC547C/548C itp.
T2: BC547 itp.
Dl, D2: 1N4148
Różne
Sl, S2, S3: dowolne
przełgczniki chwilowe
Kompletny układ i płytki drukowane są dostępne w AVT pod oznaczeniem AYT-1167.
L






KEYl

OSC

Śygiudi-MMte
OUT i*
�y0IMl2-550Hz
ą 4.6 K
t
nys









------1111111II .
Rys. 6.
68
Elektronika Praktyczna 1/98
PROJEKTY
Wzmacniacz do walkmana
kit AVT-446
Na łamach Elektroniki
Praktycznej opublikowano
dotychczas wiele opisów
wzmacniaczy akustycznych.
Najczęściej były to układy
o dużej mocy wyjściowej
i znakomitych parametrach,
kwalifikujących je do klasy
Hi-Fi czy też Hi-End.
Dzisiaj chciałbym
zaproponować Czytelnikom
budowę wzmacniacza bardzo
prostego, o niewielkiej mocy
wyjściowej, ale o zupełnie
przyzwoitych parametrach,
które podaję w dalszej części
ańykułu. Proponowany układ
został w zasadzie pomyślany
jako dodatkowy wzmacniacz
do walkmana lub discmana
czy też innych
"kieszonkowych" urządzeń do
odtwarzania dźwięku.
Parametry charakterystyczne
/ Zakres napięć zasilania 8 18VDC
/ Spoczynkowy prąd zasilania (bez włączania trybu STAND BY) maks 150mA
/ Maksymalna moc wyjściowa 4x10,5W (przy zasilaniu 14VDC)
/ Wzmocnienie napięciowe 26dB
/ Zniekształcenia 0,1% przy 10W mocy wyjściowej
/ Impedancja wejściowa 10kn
/ Prąd w stanie oczekiwania \\xk
Wzmacniacz przystosowany jest do zasilania z akumulatora samochodowego, co umożliwia zastosowanie go do słuchania muzyki na działce czy w domku letniskowym pozbawionym instalacji 22OV. Wbudowany prostownik pozwala także na zasilanie układu z odpowiedniego transformatora sieciowego i tym samym zastosowanie go jako urządzenia stacjonarnego. Wzmacniacz może być także użyty jako "dopalacz" do radia samochodowego o niewielkiej mocy wyjściowej, a także do słuchania muzyki pochodzącej praktycznie z dowolnego źródła, w tym z karty dźwiękowej komputera PC.
Ponieważ głównym przeznaczeniem wzmacniacza jest współpraca z różnego rodzaju kieszonkowymi odtwarzaczami, układ ma możliwość zasilania takich urządzeń napięciem 3VDC lub innym, ustawianym przy pomocy potencjometru montażowego.
Do budowy układu zastosowano tanie i łatwo dostępne elementy. Brak jakichkolwiek czynności uruchomieniowych pozwala mieć nadzieję, że nawet początkujący konstruktorzy nie napotkają na żadne trudności podczas budowy tego wzmacniacza.
Opis działania
Schemat elektryczny proponowanego układu został pokazany na rys. 1. Schemat możemy podzielić na trzy bloki funkcjonalne, które kolejno omówimy.
Stopień wyjściowy mocy
Ten fragment układu został zrealizowany z wykorzystaniem popularnego układu scalonego typu TDA73 74. Jest to poczwórny wzmacniacz mocy, pracujący w klasie AB. Układ scalony wzmacniacza umieszczony jest w typowej dla tej klasy układów obudowie MULTIWATT15. Podstawowym zastosowaniem układu jest praca w radioodbiornikach i radio-odtwarzaczach samochodowych.
Wzmacniacz umożliwia uzyskiwanie dużych mocy bez stosowania kondensatorów sprzężenia bo-otstiap. Jest to więc bardzo interesująca kostka i warto powiedzieć o niej parę słów. Z konieczności będą to informacje o charakterze skrótowym, ponieważ pełny opis układu zajmuje w biuletynie USKA RTV iAV 4/1995 aż 10 stron formatu A4! Do lektury tego biuletynu (znajdującego się w naszej ofercie handlowej) zapraszam Czytelników, którzy chcieliby lepiej poznać zastosowany w naszym wzmacniaczu układ scalony.
Z opisu podstawowych właściwości wzmacniacza (zamieszczonych w ramce) można wyciągnąć wniosek, że układ TDA7374 jest wzmacniaczem prawie idealnym, zabezpieczonym przed wszelkimi pomyłkami w montażu i awariami instalacji nagłaśniającej. Jednak do niektórych danych katalogowych należy podchodzić z dużą ostrożnością i zabierać się za dokony-
Elektronika Praktyczna 7/98
57
Wzmacniacz do walkmana
Rys. 1. Schemat elektryczny układu.
wanie ryzykownych eksperymentów dopiero po zapoznaniu się z treścią całej karty katalogowej. Jako przykład może posłużyć podana przez producenta, umieszczona dużymi literami na początku karty katalogowej informacja o tym, że wzmacniacz jest odporny na omyłkowe odwrócenie polaryzacji zasilania.
Podstawowe właściwości wzmacniacza:
x Cztery niezależne kanały
x Minimalna liczba wymaganych elementów
zewnętrznych x Rozwiązanie układowe bez sprzężenia
zwrotnego bootstrap x Możliwość pracy w układzie BTL (dwa kanały
w połączeniu mostkowym o podwyższonej
mocy wyjściowej)
x Detektor przesterowania wzmacniacza x Stałe wzmocnienie x Bardzo mały prąd w stanie oczekiwania
(typowo 1jjA) x Zabezpieczenie przed zwarciem wyjść do
masy i napięcia zasilania x Wbudowane zabezpieczenie przed
przekroczeniem bezpiecznej temperatury
pracy x Wbudowane zabezpieczenie przed
impulsowymi przepięciami zasilania x Wbudowane zabezpieczenie przed
odłączeniem obwodu masy x Wbudowane zabezpieczenie przed odwrotną
polaryzacją zasilania x Wbudowane zabezpieczenie przed
wyładowywaniami elektrostatycznymi
Czy oznacza to, że możemy bez najmniejszych obaw dołączyć nasz wzmacniacz "odwrotnie" do zasilania i spokojnie obserwować zachowanie się tak torturowanego układu? Bynajmniej, ponieważ w dalszej części katalogu, w szczegółowym opisie kostki TDA7374 czytamy co następuje: "Układ może bez obawy uszkodzenia przewodzić prąd nawet do 10A o odwróconej polaryzacji przez czas dłuższy, niż potrzebny do przepalenia szybkiego bezpiecznika". Tak więc eksperyment polegający na prostym odwróceniu polaryzacji zasilania w układzie nie zabezpieczonym bezpiecznikiem topikowym z pewnością skończyłby się natychmiastowym uszkodzeniem kostki!
Wzmacniacz TDA7374 wyposażony został w wewnętrzny układ wykrywający nasycenie jednego z czterech stopni wyjściowych, czyli przesterowanie wzmacniacza objawiające się silnymi zniekształceniami. Do informowania o tym służy wyjście oznaczone CD (ang. Clip Detection). Jest to wyjście typu otwarty kolektor, którego stanem aktywnym jest przewodzenie tranzystora wyjściowego
w momencie osiągnięcia przez którekolwiek z wyjść określonego poziomu zniekształceń. Wyprowadzenie to może być wykorzystane do realizacji współpracy układu wzmacniacza z kompresorem wzmocnienia, co zapewni wysoką jakość dźwięku przy wszystkich poziomach odsłuchu. W najprostszym przypadku wyjście to może zostać wykorzystane do włączania diody LED w momencie przesterowania wzmacniacza.
Drugim wyprowadzeniem układu, które może zainteresować wielu Czytelników jest wejście SBY (ang. Stand-by). Podczas normalnej pracy wzmacniacza jest ono dołączone do plusa zasilania za pośrednictwem rezystora R7. Podanie na wejście SBY poziomu niskiego (zwarcie go do masy) spowoduje natychmiastowe wyłączenie wzmacniacza i przejście w stan oczekiwania, przy którym pobór prądu spada do pomijalnie małej wartości. W urządzeniach zasilanych z baterii może ono oddać nieocenione usługi.
W naszym układzie TDA7374 pracuje w konfiguracji podwójnego wzmacniacza BTL (mostkowe-
58
Elektronika Praktyczna 7/98
Wzmacniacz do walkmana
6OSVR
Rys. 2. Budowa układu TDA7374.
go). Jak widać, informacja producenta o minimalnej liczbie elementów zewnętrznych, potrzebnych do pracy TDA7374 nie była bynajmniej czczą przechwałką. Do zbudowania niezłej klasy końcówki mocy 2x21 W potrzebne są zaledwie 4 kondensatory (nie licząc kondensatorów blokujących zasilanie) i jeden rezystor!
Na rys. 2 pokazano schemat układu, a na rys. 3 rozkład i opis jego wyprowadzeń.
Stopień regulacji wzmocnienia, balansu i barwy tonu
Regulacja wzmocnienia i charakterystyki dźwięku została także rozwiązana w nowoczesny sposób, w oparciu o układ scalony typu LM1035. Był on już stosowany w projektach AVT, a także opisany w biuletynie USKA RTV i AV 5/96, gdzie bardziej dociekliwi Czytelnicy mogą znaleźć wiele informacji na jego temat. Układ LM103 5 jest, sterowanym stało-prądowo, regulatorem barwy tonu oraz wzmocnienia. Sterowanie sta-łoprądowe pozwala uniknąć trzasków pochodzących ze zużytych lub kiepskiej jakości potencjometrów, tak dokuczliwych w rozwiązaniach klasycznych. Potencjometry stosowane w naszym układzie nie muszą więc być najwyższej klasy, co zdecydowanie wpływa
na obniżenie kosztów wykonania układu.
Z wartościami ele-ounmentów podanymi na ^ schemacie, układ umożliwia regulację tonów wysokich i niskich w zakresie od -o0UT215dB do +15dB, głoś-2 ności 80dB i balansu 1 - 26dB. Całkowite zniekształcenia nieli-niowe nie przekracza-o ją typowo 0,05%. Jak więc widać, parametry układu są aż nadto dobre do stosowania out4 go we wzmacniaczu ^4 klasy popularnej.
clipdet Układ ]0 sterowania chłodzeniem stopnia końcowego wzmacniacza Każdy wzmacniacz mocy wydziela podczas pracy duże ilości ciepła, które muszą być odprowadzone do otoczenia. Wprawdzie zastosowany układ scalony jest zabezpieczony przed uszkodzeniem wynikającym z ewentualnego przegrzania, ale nadmierny wzrost temperatury może uniemożliwić jego poprawną pracę. Przy pracy wzmacniacza z pełną mocą (ponad 40W) do przegrzania doszłoby już po kilku sekundach! Tak więc zastosowanie odpowiedniego radiatora okazało się absolutnie konieczne.
Najczęściej jednak nie wykorzystujemy pełnej mocy wzmacniaczy akustycznych. W większości przypadków pracują one wykorzystując jedynie ułamek swoich możliwości. Jednak musimy także umożliwić układowi długotrwałą pracę na "maksymalnych obrotach". Wiąże się to z koniecznością zastosowania radiatora o bardzo dużych wymiarach, kosztownego i wykorzystywanego jedynie sporadycznie. Nie ma to większego sensu technicznego i ekonomicznego i dlatego zdecydowałem się na zastosowanie nowoczesnego i sku-
nia, jakim niewątpliwie jest chłodzenie wymuszone, jak pewnie zauważyliście, stosowane przez niżej podpisanego w wielu konstrukcjach. Użycie radiatora z wentylatorkiem od CPU pozwoliło na radykalne zmniejszenie wymiarów wzmacniacza, bez ponoszenia większych kosztów. Oferowane obecnie "wiatraczki" do procesorów i wentylatory są tak tanie i łatwo dostępne, że ich stosowanie zamiast dość kosztownych radiatorów ma także sens ekonomiczny.
Być może niektórzy Czytelnicy zaniepokoili się tym, obawiając się szumu generowanego przez wentylator (dobrze znanego posiadaczom komputerów PC), który mógłby przeszkadzać w słuchaniu muzyki. Obawy takie są jednak całkowicie nieuzasadnione. Jeżeli wzmacniacz zastosujemy w domowej instalacji nagłaśniającej, to pamiętajmy, że wymuszone chłodzenie włącza się dopiero po przekroczeniu pewnej mocy wyjściowej, tak że odgłosy pracy układu chłodzenia mogą być słabo słyszalne jedynie podczas krótkich przerw w odtwarzaniu muzyki.
W układzie zastosowano najprostszy i najtańszy wzmacniacz operacyjny typu TL081, pracujący w układzie komparatora napięcia. Porównuje on napięcie uzyskiwane z dzielnika z termistorem RTl z napięciem regulowanym za pomocą potencjometru montażowego PRl. Jeżeli oporność termistora RTl zmniejszy się pod wpływem temperatury poniżej wartości powodującej powstanie na wejściu 2 wzmacniacza napięcia mniejszego od ustawionego na wejściu 3, to na wyjściu wzmacniacza postanie stan "wysoki". Tranzystor Tl zacznie przewodzić, włączając wenty-latorek Fl. Po zmniejszeniu się temperatury wymuszone chłodzenie wyłączy się. Tak więc układ pracuje jako regulator temperatury,
(15)OUT3(WyjsCie3)
(14)OUT4(WyjsCie4)
(13) Vbc (Napięcie zasilenia)
(12) IN3 (Wejście 3)
(11) IN4 {Wejścia 4)
(10) CLIP DET (Wyjście detektora przesterowania)
(9) SIGNAL GND (Masa obwodu wejściowego)
(B) POWER GND (Masa obwodu wyjściowego)
(7) STAND BY (Widzenie stanu oczekiwania)
(6) SVR (Tłumienie tętnień zasilania)
(5) IN2 (Wejście 2)
(4)IN1 (Wejście 1)
(3) vcc (Napięcie zasilania)
(2) OUT 2 (Wyjście 2)
(1)OUT1 (Wyjście 1)
tecznego rozwiążą- RySi 3. Opis wyprowadzeń układu TDA7374.
Elektronika Praktyczna 7/98
59
Wzmacniacz do walkmana
Zuoro od 2 f strony dolnej
Rys. 4. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej.
zapewniając kostce TDA7374 stabilne warunki pracy. Rezystor Rl wprowadza do układu niewielką histerezę, zabezpieczając go przed ewentualnym wzbudzaniem się.
Ostatnim fragmentem układu, wymagającym choćby kilku słów opisu, jest układ zasilania urządzenia odtwarzającego, np. walkmana. Kieszonkowe magnetofony wymagają najczęściej napięcia zasilającego 3VDC i takie właśnie napięcie może do nich być dostarczone z wyjścia scalonego stabilizatora napięcia IC5 - LM317. Ponieważ jednak należy się liczyć z koniecznością stosowania innych napięć (np. do zasilania przenośnych odtwarzaczy płyt kompaktowych), przewidziano możliwość regulacji tego napięcia za pomocą potencjometru montażowego PR2. Dla wartości elementów podanych na schemacie, napięcie wyjściowe może wynosić od 1,5 do 6VDC, co powinno być wystarczającym zakresem dka większości zastosowań.
Montaż i uruchomienie
Na rys. 4 przedstawiono rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej (wzór ścieżek znajduje się na wkładce wewnątrz numeru). Płytkę zaprojektowano na laminacie jednostronnym, co przy sporej komplikacji połączeń spowodowało konieczność zastosowania kilku, tak przez nas nie lubianych, zworek. Od nich właśnie rozpoczniemy montaż układu, wlutowując następnie elementy o coraz większych gabarytach.
Podczas montażu nie napotkamy na jakiekolwiek trudności, może z wyjątkiem zamocowania radiatora. Dlatego tę czynność opiszemy bardziej szczegółowo. Pierwszą operacją podczas montażu radiatora będzie chwilowe zdjęcie z niego wentylatora, który mógłby zostać uszkodzony podczas wiercenia otworu pod śrubkę mocującą układ scalony. W radiatorze wiercimy otworek o średnicy 2mm, uważając, aby wypadł on dokładnie pomiędzy jego żeberkami . Następnie przykręcamy do radiatora układ TDA7374, nie zapominając o zastosowaniu silikonowej pasty polepszającej odprowadzania ciepła. Kolejną czynnością będzie ponowne zamontowanie wentylatorka na radiatorze, a następnie wlutowanie układu IC1 w płytkę.
Otwarta pozostaje sprawa przymocowania radiatora do płytki. "Zawieszenie" go na wyprowadzeniach ICl z pewnością skończyłoby się ich uszkodzeniem! W układach modelowych radiator został po prostu przyklejony do płytki za pomocą znacznej ilości kleju Poxipol. Możemy także zastosować klej Di stal. Dobre rezultaty można także osiągnąć stosując poliestrową szpachlówkę do naprawiania karoserii samochodowych. Sposób montażu radiatora zależy także od jego typu i z pewnością w wielu przypadkach można będzie zastosować połączenia śrubowe.
Zmontowany układ wzmacniacza nie wymaga ani uruchamiania
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
PR1: 4,7kQ miniaturowy potencjometr montażowy 4,7kQ PR2: lkO miniaturowy potencjometr montażowy Pl, P2, P3, P4: 47kQ/A, potencjometry obrotowe RT1: termistor 20kQ/25�C Rl: lMn R5, R2: l,2kn R3: 3,3kQ R4: 5,ókQ R6: 6,8kQ R7: 10kO
R8, R9, RIO, Rl 1: 47kQ R12: 220O Kondensatory Cl, C8: 47^F/25V C2, C3, C18, C19: 470nF C4, C5: 330nF C7, Có: lOnF CIO, C9: 10|iF/25V Cli, C12, C13, C15: 220nF C14, C17, C21: lOOnF Cl6: 3300^F/25V C20: 220|iF/10V Półprzewodniki
BR1: mostek prostowniczy 3A ICl: TL081 IC2: TDA7374 IC3: LM1035 IC4: 7812 IC5: LM317 Tl: BC548 Różne
CON1: ARK2
CON2, CON3, CON5: ARK2 (3,5mm)
CON4: ARK3 (3,5mm) Fl: radiator z wentylatorem od CPU Sl: przełącznik dźwigienkowy
ani jakiejkolwiek regulacji i "odpala" natychmiast po włączeniu zasilania. Natomiast układ sterowania wentylatorem radiatora wymaga prostej regulacji. W tym celu należy termistor RTl podgrzać do temperatury np. ok. 60�C. Następnie pokręcając potencjometrem regulacyjnym PRl "łapiemy" punkt włączenia się wentylatora. Termistor RTl należy docisnąć do radiatora i najlepiej przykleić za pomocą kropli dobrze przewodzącego ciepło kleju silikonowego.
Kolejną czynnością regulacyjną jest ustawienie napięcia zasilającego układ odtwarzający (o ile będziemy z tej możliwości korzys-
60
Elektronika Praktyczna 7/98
Wzmacniacz do walkmana
tac). Regulacji dokonujemy za pomocą potencjometru montażowego PR2.
Układ może być zasilany napięciem przemiennym o wartości 8..12VAC, a także napięciem stałym o wartości 12..18VDC. Napięcia zasilania doprowadzamy do złącza CONl. Ponieważ układ wyposażony jest w prostownik, biegunowość napięcia w przypadku zasilania układu prądem stałym nie ma najmniejszego znaczenia.
Sposób dołączenia głośników i sygnału wejściowego został pokazany na rys. 5. Dołączenie sygnału wejściowego nie wymaga komentarza, pozostańmy natomiast chwilę przy sprawie podłączenia głośników do układu. Ponieważ wzmacniacz pracuje w układzie BTL (mostkowym), żaden z przewodów zasilających głośniki nie może być połączony
1,5 6VDC GND-
z masą. W przypadku dołączania do układu kolumn głośnikowych, nie sprawia to problemu. Natomiast W przypadku wyjicle zasilania współpracy wzmacniacza z uprzednio wykonaną samochodową instalacją nagłaśniającą należy koniecznie sprawdzić, czy żaden z przewodów prowadzących do głośników nie został dołączony do masy pojazdu.
Stosowane głośniki powinny mieć oporność 4Q. Dopuszcza się stosowanie głośników o większej oporności, lecz ich zastosowanie spowoduje spadek, i tak niewielkiej, mocy wyjściowej wzmacniacza. Zbigniew Raabe, AVT
Wejście zasilania -Wejście zasilania -
Wejście L-
GND
Wejście P
CON3
Głośnik P
Rys. 5. Sposób dołączenia elementów zewnętrznych do płytki wzmacniacza.
Elektronika Praktyczna 7/98
61
PROJEKTY
Monitor linii telefonicznej
kit AVT-453
Nowoczesne telefony są
często wyposażone
w ciekłokrystaliczny
wyświetlacz wybieranego
numeru. W naszych domach
pracuje jednak nadal sporo
aparatów telefonicznych
starszego typu, z tarczą
numerową lub klawiaturą.
Przy wybieraniu numeru
warto mieć możliwość
sprawdzenia chociażby
ostatniej cyfry. Opisany
poniżej monitor wyświetla
właśnie tylko jedną, ostatnio
wybraną cyfrę. Ma przy tym
nietypowy wyświetlacz
i poprawnie współpracuje
z każdym typem telefonu.
Opis układu
Schemat elektryczny przedstawiono na rys. 1. Układ monitora włącza się szeregowo z aparatem telefonicznym. Zasilanie jest pobierane z linii telefonicznej. Przy podniesionym mikrotelefonie w linii telefonicznej płynie prąd o natężeniu kilkudziesięciu miliam-perów. Prąd ten po przejściu przez mostek prostowniczy MDl i dławik Li płynie przez diodę Zenera D4. Mostek prostowniczy MDl uniezależnia układ od aktualnej polaryzacji napięcia z centrali telefonicznej. Napięcie z diody D4 jest podawane przez diodę Schot-tky'ego Dl na kondensatory C2 i C5. Kondensator C5 o znacznej pojemności podtrzymuje zasilanie w czasie przerw przy impulsowym wybieraniu numeru.
Napięcie z diody D4 jest podane na wejście Pl.O procesora Ul (AT89C2051). Tym wejściem procesor wczytuje informację o stanie pętli abonenckiej. Jeśli w pętli płynie prąd, na diodzie
pojawia się napięcie. Przy rozwartej pętli rezystor Rl wymusza niski stan. Wartość rezystora dobrano tak, aby nie był wykrywany prąd o wartości mniejszej niż lmA. Dzięki diodzie Dl napięcie na D4 może się obniżać bez rozładowywania kondensatora C5.
Składowa zmienna prądu linii abonenckiej, odseparowana przez dławik Li, jest podawana przez kondensator Cl na wejście odbiornika DTMF U2 (MT3170). Diody D2 i D3 zabezpieczają wejście odbiornika przed przepięciami mogącymi pojawić się w linii telefonicznej .
Układ odbiornika wymaga taktowania sygnałem o częstotliwości
Ji Ji Ji
Rys. I. Schemat elektryczny układu.
Elektronika Praktyczna 7/98
63
Monitor linii telefonicznej
Rys. 2. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej.
4,19430MHz. Rezonator kwarcowy o takiej częstotliwości podłączono do procesora, a wyjście XTAL2 taktuje wejście zegarowe odbiorni-
ka. Procesor odczytuje odbiornik przez szeregową, trójprzewodową magistralę. Wysoki stan logiczny na wyjściu EST (ang. Early Ste-ering Output) informuje procesor o obecności sygnału DTMF na wejściu odbiornika. Procesor odczytuje kod cyfry podając cztery impulsy na wejście ACK (Ack-nowledge Pulse Input). Po każdym impulsie odczytuje z wyjścia SD (ang. Serial Data Output) kolejny bit cyfry DTMF. Obwód zerowania procesora: Tl, R5, R6, D5 i R7 powoduje uruchomienie procesora dopiero po osiągnięciu przez napięcie zasilające poziomu około 3,5V. Zapewnia to pewny start procesora, pomimo stosunkowo wolnego narastania napięcia zasilającego.
Rys. 3. Algorytm działania programu sterującego pracą mikrokontrolera.
Listing 1.
łłin -ludę /Ś je śli ję st cisza Ś/
#de inę PRĄD P1.0 / węjśc ię d tęk ora pętli 1-pynię prąd Ś/ ton = TON_MIN + 1; /Ś zablokuj odlicza nię cz as u tonu '/
ftdę inę SD P1.2 /Ś węj ścię danyc 1 SZęręg owych Ś/ if( cisza < CISZA_MIN )
#de inę ACK P1.3 /Ś wyj śc ię t aktującę < anę szęr ęgowę Ś/ cisza++; /' zwięks zaj cz as ciszy '/
#de inę EST P1.4 /Ś wę jścię wsk azujac ę na obęcn ość tonu DTMF Ś/ ęlsę
#de inę WYŚWIETLACZ P3 /Ś wyj ścię na wyświetlać z LED Ś/ ton = 0;/' jeśli dostateczn ie długa cisza - odblokuj Uczę ni ę tonu Ś/
#de inę ZWAR_ MIN 2 /Ś min czas zwarcia w cyfrze ŚlOms Ś/ }
#de inę PRZER _MIN 4 /Ś min czas przerwy w cyfrze ŚlOms Ś/ /Ś .................... o D B I O R N I K D E K A D O W Y ŚŚŚ ...... .. ......../
#de inę CYFRA _MIN 10 /Ś min odstęp między cy f r am i ŚlOms Ś/ if( PRĄD ) li pły ni ę pr ąd ' /
#de inę SPOCZ _MIN 10 {
WYŚWIETLACZ = LED[cyfra]; /Ś wyświetl odębra ną cyfrę Ś/
#de inę TON_MIN 3 /' m in. c zas tonu DTMF ŚlOms + 13 ms Ś/ if( zwarcie < CYFRA_MIN )
#de inę CISZA _MIN 4 /Ś m in. zas ciszy DTMF ŚlOms + 3 ms Ś/ zwarcie++;
#de inę KWARC 41943 04 /' częstotliwość kwarcu Ś/ if( impulsy != 0 ) / Ś koni ęC cyfry Ś/
#de inę CZAS_ 10MS (int) (-KWARC/12 Ś 10/1000) cyfra = (impulsy < 11) ? impulsy; OxOf; /Ś zapam iętaj po prawną Ś/
impulsy = 0; /Ś cyfrę lub OxOf Ś/
#de inę LOW( liczba ) ( char)( (i nt) (li czb a) ) ) j
#de inę HIGHI liczba ) ( ( char)( ( (i nt) (li czb t! ) 8 ) ) ' / if ( (przerwa > PRZER_MIN) && z ezwol )
/Ś S T A L E G L OBA L N E Ś/ zezwól = 0;
/.. ............. ......... .. ...... ... .. .... .......... ........ ...... Ś/ impulsy++; )
con 3t char LED[] = przerwa = 0;
xff, Oxcę , 0x6ę, 0x5ę, else
xcd, 0x6d , 0x5d, 0xcb, {
x6b, 0x5b , 0x67, 0xc7, WYŚWIETLACZ = Oxff; /Ś wyg aś wyś Wl ętlacz Ś/
x57, Oxff , Oxff, Oxff if( przerwa < SPCCZ_MIN )
); przerwa++; else
/Ś Z M I E N N E G L O B A L N E """" .... .. Ś/ Ś/ impulsy = 0;
/.. ............. ......... .. ...... ... .. .... .......... ........ ...... Ś/ zezwól = 0;
cha cyfra; /Ś o yfra odebrana jako ost atnia Ś/ if( zwarcie > ZWAR_MIN )
cha impulsy; /' liczn ik impulsó w wybięr czych Ś/ zezwól = 1;
cha dtmf; / Ś cyfra o< ębrana w DTMF Ś/ zwarcie = 0;
cha przerwa, zwarcie; /Ś liczn iki c zasu przerwy, zwarcia pętli Ś/ j
cha ton, cis Za; /Ś li cz nikł czasu ton u, ciszy DTMF Ś/ )
bit zezwól; /Ś Zę ZWOlenię na dolic zęn ię imp ulsu do cyfry deka do węj Ś/ /Ś .................................. ........ ................. ...... ..
/Ś PROGRAM G L O W N Y '/
/.. ............. ......... .. ...... ... .. .... .......... ........ ...... Ś/ /Ś .................................. ........ ................. ...... ..
/Ś O B S f U G A R Z R W A N I A Ś/
/.. ............. ......... .. ...... ... .. .... .......... ........ ...... Ś/ yo id main (yoid)
int rrupt [0x OB] yoid odb_ imp(yoid) /Ś o usługa prz ęrwania od TO Ś/ 1 ACK = 0;
{ zezwól = 0;
FRO = 0; /' przeładuj timęr Ś/ cyfra = 10;
FFO = 0; impulsy = 0;
FLO = LOW( CZAS_10MS ); zwarcie = 0;
FHO = HIGHI CZAS_10MS ) przerwa = 0;
FRO = 1; ton = TON_MIN + 1;
cisza = 0;
/.. ......... o D B I O R N I K D T M F �� .......... ........ ...... Ś/
f( EST ) /Ś jeśli jest ton DTMF Ś/ TMOD &= Oxfl; /' ustawienie i uruchom ię nię TO Ś/
TMOD 1= 0x01;
cisza = 0; /Ś kas uj czas ciszy Ś/ TRO = 0;
if( ton < TON_MIN ) ton++; /Ś zwięks zaj czas tonu Ś/ TFO = 0;
if( ton == TON_MIN ) /Ś 3 eśll dostatęcz nię długi ton Ś/ TLO = Oxff;
{ THO = Oxff;
ton = TON_MIN + 1 /Ś cz ękaj na ciszę Ś/ PTO = 0;
dtmf = 0; IE 1= 0x82;
ACK = 1; if( SD ) dtmf += 1; ACK = 0; /Ś odczyt aj cyfrę DTMF Ś/ TRO = 1;
ACK = 1; if( SD ) dtmf += 2; ACK = 0;
ACK = 1; if( SD ) dtmf += 4; ACK = 0; fort;;) /Ś główna pętla pr ogramu '/
ACK = 1; if( SD ) dtmf += 8; ACK = 0; PCON 1= 0x01;
cyfr a = dtmf; 1 za pamiętaj o dębraną cyfrę Ś/ }
64
Elektronika Praktyczna 7/98
Monitor linii telefonicznej
Rys. 4. Algorytm pracy odbiornika DTMF.
Wyświetlacz zrealizowano jako pojawić matrycę diod świecących o trzech kolumnach i 4 wierszach, w układzie klawiatury telefonicznej. W wyświetlaczu zastosowano nis-koprądowe diody LED, które osiągają pełną jasność świecenia przy 2mA. Rezystory: R2, R3 i R4 zwiększają prąd zasilający diody LED, gdyż prąd, jaki może dostarczyć wyjście procesora w stanie wysokim jest zbyt mały.
Montaż i uruchomienie
Monitor zmontowano na dwustronnej płytce drukowanej, której widok przedstawiono na wkładce wewnątrz numeru. Rozmieszczenie elementów przedstawia rys. 2.
Pod procesor (Ul) i odbiornik (U2) należy zamontować podstawki. Uruchomienie należy rozpocząć od dokładnego sprawdzenia poprawności montażu. Następnym krokiem jest włączenie monitora szeregowo z aparatem telefonicznym.
Po podniesieniu mikrotelefonu na kondensatorze C5 powinno
Podstawowe cechy i właściwości monitora
/ współpracuje z telefonami z wybieraniem impulsowym i tonowym;
/sygnalizuje stan pętli abonenckiej (zwarcie/ przerwa);
/ sygnalizuje wygaszeniem wszystkich diod:
? zbyt dużą liczbę impulsów (uszkodzona tarcza numerowa);
? odebranie normalnie nie używanych cyfr A, B,C, DwDTMF;
/ jest wyposażony w wyświetlacz matrycowy z 12 diod LED w standardowym układzie klawiatury telefonicznej;
/ nie wymaga zewnętrznego źródła zasilania.
się napięcie około 5,5V oraz powinna zapalić się dioda odpowiadająca cyfrze "0". Wybranie dowolnej cyfry impulsowo powinno spowodować gaśniecie i zapalanie ostatnio świecącej dio-
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl, R7: lkn
R2, R3, R4: l,8kQ
R5: 10kO
R6: lOOkO
Kondensatory
Cl, C2: lOOnF
C3, C4: 33pF
C5: 2200^F/16V
Półprzewodniki
Ul: AT89C2051, zaprogramowany
U2: MT3170BE
Tl: BC547
MDI: mostek 1A/1OOV
DL D2, D3: 1N5817
D4: C5V6 L3W
D5: C3V3 0,4W
LED_1, LED_2, LED_3, LED_4, LED_5,
LED_Ó, LED_7, LED_8, LED_9, LED_*,
LED_O, LED_#: LED <|>3
Różne
Kwarc Ql: 4,194304MHz
Złącze IV. ARK2
Dławik Dl: lOmH/lOOmA
Rys. 5. Algorytm pracy odbiornika impulsowego.
Elektronika Praktyczna 7/98
65
Monitor linii telefonicznej
dy, a po zakończeniu impulsowa- piłowaniu program zajmuje około Odbiornik impulsowy (sygnali-
nia zaświecenie diody odpowiada- 500 bajtów pamięci programu zacji dekadowej) jest bardziej roz-
jącej tej cyfrze. Przy wybieraniu i kilkadziesiąt bajtów wewnętrznej budowany. Wynika to z faktu, że
tonowym, wyświetlacz jest aktu- pamięci danych. Algorytm działa- musi zliczać i analizować czasy
alizowany niemal natychmiast. nia programu monitora przedsta- wielu zdarzeń, takich jak: podnie-
wiono na rys. 3. Prosty odbiornik sienie mikrotelefonu, przerwa
Oprogramowanie sygnalizacji DTMF zapewnia igno- i zwarcie podczas wybierania i
Program monitora napisano rowanie sygnałów zbyt krótkich odstęp między cyframi. Sposób
w języku C (IAR Systems). Zród- i nie poprzedzonych ciszą. Algo- działania tego odbiornika można
łowa wersja programu przedsta- rytm pracy odbiornika tonowego prześledzić na rys. 5.
wioną jest na list. 1. Po skom- ilustruje rys. 4. Tomasz Gumny, AVT
66 Elektronika Praktyczna 7/98
PROJEKTY
Elektroniczny układ zapłonowy świetlówki, część 2
kit AVT-441
Koń czy my opis
elektronicznego układu
zapłonowego do świetlówek.
W tej części artykułu autor
przybliża zagadnienia
związane z systemami
zabezpieczeń stosowanymi
w falownikach, omawia także
sposób wykonania
i uruchomienia układu.
Zagrożenia * i obwody zabezpieczeń
Wybrany układ falownika, w którym musi popłynąć prąd poprzez uzwojenie TRlC aby układ generował, ma w opisywanym zastosowaniu jedną kapitalną zaletę - wyjęcie świetlówki z oprawek lub też jej uszkodzenie polegające na przepaleniu się żarnika unieruchamia trwale układ. Nie trzeba się zatem obawiać, iż powstaną tu jakieś stany zagrażające trwałości układu.
Układ może jednak ulec uszkodzeniu w innej sytuacji. Najcięższe warunki pracy, a więc duży pobór prądu połączony jednocześnie z dużymi wartościami napięć na elementach Dł2 i C12 występuje w końcowej fazie grzania elektrod, wtedy gdy świetlówka powinna się zaświecić. Co jednak będzie jeśli zapłon nie nastąpi? Jest to przecież naturalny koniec pracy takiej lampy. Nic! Układ pozostanie w stanie rezonansu generując maksymalnie duże napięcia. O ile nawet taka kilkusekundowa faza jest niegroźna i naturalna, o tyle nie wolno pozwolić, aby trwała ona bez ograniczeń.
Dlatego układ zawiera układ zabezpieczenia wyłączający falownik. Jego zasadniczym elementem jest dodatkowe uzwojenie "A" nawinięte na rdzeniu oscylatora. Działanie układu zabezpieczenia sprowadza się do zwarcia tego uzwojenia w przypadku detekcji stanu alarmowego - dzięki silnemu sprzężeniu magnetycznemu
z uzwojeniami wtórnymi "B" i "D" stan taki powoduje natychmiastowe wygaszenie przebiegów sterujących i zatrzymanie drgań falownika.
Ponieważ napięcie pojawiające się na zaciskach uzwojenia zabezpieczającego ma charakter przemienny, konieczne jest użycie dodatkowych czterech diod D1..D4 w układzie mostka Graetza, umożliwiających proste zwarcie uzwojenia za pomocą pracującego jako klucz tranzystora T3. Podczas normalnej pracy na kolektorze T3 utrzymywany jest dość wysoki (z uwagi na straty mocy) potencjał 33V generowany przez układ R4 i DZl. Podczas normalnej pracy utrzymuje on diody D1..D4 w pewnym stanie nieprzewodze-nia i dodatkowo umożliwia użycie zamiast tranzystora tyrystora małej mocy. W takim przypadku układ po wykryciu stanu alarmowego blokuje się aż do wyłączenia zasilania.
40W 20W
Rys. 7. Wyprowadzenia dławika Dł2.
Elektronika Praktyczna 7/98
67
Elektroniczny układ zapłonowy świetlówki
Uzwojenie bazowe T2 "D" , BzwoJówwJedneJ waistwis
Uzwojenie bazowe T1 "B" B zwojów w Jedne)
warstwie
Rys. 8. Sposób wykonania transformatora TRI.
Układ zabezpieczenia sprawdza wartość napięcia w punkcie "D" lampy. Podłączony jest tam dzielnik R12/R11 współpracujący z eliminującym fałszywe zadziałania kondensatorem C9 i diodą Zenera DZ2. W momencie, gdy napięcie na lampie osiągnie 1000V, po krótkiej chwili napięcie na C9 przekroczy próg 10V, co odblokowuje Tl.
Wydajność prądowa falownika pozwala mu sterować świetlówką
0 mocy do 60W. Ponieważ na rynku polskim najpopularniejsze są świetlówki o średnicy 36 mm
1 mocy 20 i 40W, układ przystosowano do sterowania zarówno jednej jak i drugiej lampy, do wyboru. Dodatkowo zamiast "rurki" 20-watowej można spokojnie użyć modelu 18-watowego, a w opcji 40W rurki 36-watowej. Należy jednak bezstronnie przyznać iż zasilając z omawianego układu małą lampę pozostawiamy nie wykorzystane rezerwy mocy.
Wybór mocy świetlówki następuje poprzez wykonanie dławika Dł2 w postaci cewki z odczepem (rys. 7). Indukcyjność uzwojenia zawartego pomiędzy końcówkami 8 i 5 dobrana jest dla mocy 40W, poprzez dołączenie dodatkowych zwojów pomiędzy nóżki 5 i 12 wzrasta ona do wartości koniecznej dla obsługi lampy 20W. Przełączenia dokonuje się poprzez odpowiednie ustawienie zwór na płytce drukowanej i ewentualną zmianę wartości kondensatora C12 (układ działa również i bez tej optymalizującej zmiany). Standardowo układ ma ustawione zwory dla świetlówki 40W.
Elementy indukcyjne
Jak to zwykł e w przypadku układów impulsowych bywa, dokładne i prawidłowe wykonanie elementów 12 zwojów w jednej indukcyjnych jest wa-
ub dwóch warstwach , . ,
runkiem powodzenia w budowie urządzenia. Najmniej problemów jest z dławikiem przeciwzakłóceniowym, gdyż jest on dostępny w postaci gotowej. Pozostałe elementy trzeba niestety samodzielnie wykonać.
Rozpoczniemy od transformatora TRI. Do jego wykonania potrzebny będzie rdzeń według wykazu elementów, niecały metr cienkiego przewodu miedzianego w izolacji (najlepszy jest tzw. cy-nar) i klej błyskawicznie schnący (Cyjanopan, Super-Atak itp.). Rozkład uzwojeń, wraz z zaznaczeniem początków i końców, przedstawiony jest na rys. 8. Mozaika płytki drukowanej została wykonana pod kątem maksymalnego uporządkowania uzwojeń, początki i końce występują dokładnie na przemian, przez co pomyłki powinny należeć do absolutnych wyjątków.
Nawijanie rozpoczyna się od uzwojenia pierwotnego "C" - liczy ono sobie jedynie 2 zwoje. Zwoje należy liczyć bardzo dokładnie, gdyż ewentualne pomyłki mogą istotnie zakłócić symetrię mostka falownika. Na szczęście nawijania jest na tyle niewiele, iż z liczeniem nie może być problemu. Po przewleczeniu cy-naru przez otwór w rdzeniu naciągamy go i doginamy tak, aby jak najdokładniej opasywał on ferryt. Naciągnięty przewód kleimy odrobiną kleju.
W podobny sposób postępuje się przy nawijaniu drugich w kolejności uzwojeń "B" i "D" każde po 8 zwojów. Z uwagi na ich większą liczbę, proces naciągania i klejenia można rozłożyć na 2-3 etapy. Ważne jest, aby uzwojenia bazowe były jak najbardziej symetryczne względem siebie i względem pierwotnego. Oczywiście kolejne zwoje należy układać ciasno, jeden obok drugiego. Inaczej będą problemy
z miejscem, a akurat te uzwojenia powinny być nawinięte w jednej warstwie. Najmniej problemów przysparza uzwojenie zabezpieczające "A". Nawijamy je w jednej lub dwóch warstwach, mniej lub bardziej starannie, jak się uda (12 zwojów).
Kolejnym elementem indukcyjnym jest dławik Dł2. Do jego wykonania oprócz karkasu i rdze-
310
DLS
QSs
Rys. 9. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej.
68
Elektronika Praktyczna 7/98
Elektroniczny układ zapłonowy świetlówki
Tabela 1. Podstawowe parametry świetlówek TL.
Długość [mm] Średnica [mm] Moc [W] Napięcie pracy [V] Prąd nominalny [A]
600 28 18 58 0,38
600 36 20 58 0,38
900 28 30 101 0,36
1200 28 36 104 0,42
1200 36 40 104 0,42
1500 28 58 113 0,63
1500 36 65 113 0,64
1800 28 70 128 0,7
1800 36 75 131 0,64
1800 36 85 123 0,77
nia potrzebny będzie drut nawojowy o średnicy około 0,35 mm oraz dobrej jakości taśma izolacyjna, najlepiej folia styroflekso-wa. Nawijanie dławika jest proste, a z uwagi na dużą ilość miejsca również niekłopotliwe. Ponieważ szczytowe napięcie na dławiku może przekraczać 1000V, jedynym problemem jest staranne izolowanie poszczególnych warstw uzwojenia. Nawijanie rozpoczyna się od końcówki 8 karkasu a kończy na 5. Uzwojenie należy podzielić na kilka warstw np. cztery po 25 zwojów lub pięć po 20. W sumie nawijamy więc 100 zwojów.
Następnie nawijamy jeszcze jedną, 28-zwojową warstwę (do obsługi lampy 2 0W), zaczynając od wyprowadzenia 5 i kończąc na 12. Koniecznie trzeba zachować ten sam kierunek nawijania, tak aby indukcyjności tych dwóch części dodawały się. W gotową cewkę wkładamy rdzeń, jego kolumny boczne należy przedzielić przekładkami. Obecność przekładek jest konieczna, gdyż w przeciwnym przypadku rdzeń będzie się nasycał. Grubość przekładek wynosi około 0,35 mm, jako materiał można wykorzystać jedną lub dwie warstwy folii sty-rofleksowej w zależności od jej grubości. Grubość przekładek należy mierzyć mikrometrem, jednak lepiej dobrać eksperymentalnie korzystając z poniższych dwóch metod.
Najdokładniejszą metodą na dobranie właściwej grubości jest pomiar indukcyjności. Po zgrubnym zmontowaniu dławika (z mniej więcej dobrymi przekład-
kami) i dociśnięciu połówek rdzenia indukcyjność pomiędzy wyprowadzeniami 8 i 5 (dla mocy 40W) powinna wynosić 2mH, zaś pomiędzy wyprowadzeniami 8 i 12 (dla 20W) - 3,3mH. Gdy miernik wskaże za dużo, należy zwiększyć grubość przekładek i odwrotnie.
Druga metoda polega również na zgrubnym zmontowaniu rdzenia, uruchomieniu układu i pomiarze prądu płynącego przez świetlówkę, przez końcówkę D. Trzeba jednak dysponować mul-timetrem umożliwiającym pomiar prądu zmiennego o częstotliwości 20kHz z opcją True RMS. Gdy prąd jest za mały (zgodnie z tab. l) oznacza to, że indukcyjność jest zbyt duża. Podczas eksperymentów należy jednak bardzo uważać, aby podczas pracy rdzeń nie wysunął się z karkasu, gdyż wówczas świetlówka ulegnie zniszczeniu. Gotowy i sprawdzony dławik trzeba porządnie skleić klejem epoksydowym.
Montaż i uruchomienie
Układ elektroniczny montuje się według typowych reguł na płytce drukowanej, której widok przedstawiono na wkładce wewnątrz numeru. Rozmieszczenie na niej elementów widać na rys. 9. Podczas uruchamiania należy zachować szczególną ostrożność i uwagę, gdyż całość elektroniki jest galwanicznie połączona z siecią energetyczną, a napięcie na świetlówce może przekraczać lkV!
Na początku montujemy elementy filtru przeciwzakłóceniowego, mostek prostowniczy i kondensator C3. Następnie włączamy układ do sieci poprzez szeregowy rezystor-bezpiecznik o wartości około 100Q/2W. Napięcie na C3 powinno wynosić około 310V.
W drugiej kolejności montujemy wszystkie pozostałe elementy oprócz diod D1..D4 i dławika Dł2. Cewkę oscylatora TRI należy po wlutowaniu przykleić do płytki drukowanej kroplą kleju, a tranzystory Tl i T2 wyposażyć w niewielkie radiatorki z blachy. Zamiast świetlówki, pomiędzy wyprowadzenie "A" i początek uzwojenia "C" oscylatora (nóżka 8 Dł2) podłączamy zwykłą żarówkę 220V/100W. Ponownie włączamy
układ do sieci przez rezystor bezpiecznikowy. Jeśli elementy były sprawne i transformator TRI został poprawnie wykonany, żarówka powinna się zaświecić, ponieważ napięcie na niej będzie rzędu 150V, nie będzie to jednak jasność normalna lecz istotnie słabsza.
Gdy żarówka się nie zaświeci, przede wszystkim trzeba sprawdzić działanie układu startowego: na kondensatorze C4 napięcie powinno być rzędu 25..35V i na rezystorze R5 powinny pojawić się szpilkowe impulsy startowe. W drugiej kolejności można próbować odłączyć jeden koniec uzwojenia TRIA.
Na tym falownik można uznać za uruchomiony, kolejny krok polega na wlutowaniu dławika Dł2 i podłączeniu świetlówki. Po włączeniu układu powinna się ona zaświecić w czasie krótszym niż 1 sekunda. Podczas pracy ter-mistor PTC jest gorący i jest to zjawisko całkowicie normalne. W ostatnim kroku montujemy diody D1..D4, dołączamy równolegle do R12 rezystor 100kQ, aby obniżyć znacznie próg zadziałania zabezpieczenia i ponownie, na krótka chwilę włączamy zasilanie. Tym razem układ powinien milczeć. Robert Magdziak. AVT
Elektronika Praktyczna 7/98
69
PROJEKTY
Interfejs
kit AVT-265
Drugą część ańykuiu
poświęcamy przybliżeniu
sposobu montażu
i uruchomienia kańy interfejsu,
a także podstawowym zasadom
konfigurowania układu 8584.
Poznanie i zrozumienie tych
zasad jest bardzo ważne dla
wykorzystania wszystkich
możliwości oferowanych przez
prezentowane w ańykule
urządzenie.
Moduł AutozamnnlB
Ś LhtoiHjmdnw
Lhla itaufeca _ Bzym duiyah
Rys. 15. Schemat blokowy układu DS1075.
Montaż i uruchomienie
Przed rozpoczęciem montażu układu należy zdecydować się na jedną z możliwych wersji. Do wyboru są następujące możliwości:
- Zastąpienie jumpera JPl układem ispGDSl4 (US3, rys.12 w pierwszej części artykułu). Zastosowanie tego układu wymaga zamontowania w płytce drukowanej złącza G2 (MinIDIN6). Rozwiązanie to jest interesujące technicznie, lecz droższe w wykonaniu, wymaga ponadto zastosowania odpowiedniego oprogramowania.
- Wykorzystanie zamiast generato-Ta Xl układu DS1O75. W układzie tym zintegrowano oscylator z układem wzbudzającym oraz programowanym preskalerem (patrz schemat blokowy na rys. 15). W zależności od wersji zastosowanego układu DS1O75 należy go zaprogramować w taki sposób, aby generowany na wyjściu przebieg miał częstotliwość 6MHz. Czytelnikom zainteresowanym lepszym poznaniem możliwości układu DS1075 i narzędzi projektowych do niego polecamy artykuł, który został opublikowany w EP7/97. Na rys. 16 zaznaczono charakterystyczne punkty interfejsu, w których możliwe są istotne zmiany typów montowanych elementów.
Elektronika Praktyczna 7/98
71
Interfejs \2C
Programowany ganeratorDSIOTB zamiast generatora kwarcowego
UWad lapGDSU zamiast
Junpera JP1 oraz zfącze Q2| (wykorzystywane do nawania U83)
Rys. 16. Możliwe wersje interfejsu.
Decyzja o konfiguracji sprzętowej karty interfejsu wiąże się z wycięciem odpowiedniej ilości otworów w śledziu mocującym. Najprostszym sposobem ich wykonania jest przymierzenie śledzia do płytki z zamontowanymi gniazdami Gl i ewentualnie G2, a następnie późniejsze wycięcie odpowiednich otworów.
Po podjęciu decyzji o wyborze konkretnej konfiguracji i skompletowaniu elementów można rozpocząć montaż płytki. Podczas montażu pomocny będzie rys. 17, na którym przedstawiono rozmieszczenie elementów. Widok ścieżek na każdej z warstw płytki drukowanej znajdował się na wkładce wewnątrz czerwcowego numeru EP.
Ze względu na zastosowanie standardowych elementów i ich niezbyt gęste upakowanie można zastosować klasyczne reguły montażu. Rozpoczynamy od windowania elementów najbardziej płaskich, na końcu należy wlutować
podstawki dla układów scalonych i przykręcić śledzia do otworów znajdujących się na skraju płytki drukowanej. Podczas montażu należy unikać kontaktu rozgrzanego grota lutownicy ze złoconą krawędzią złącza ISA. Dzięki pokryciu punktów styku szlachetnym metalem trwałość złącza jest bar-
dzo duża. Karta jest wyposażona w układ samoczynnego zerowania, ale istnieje możliwość wyprowadzenia na śledzia przycisku zerującego Swl. W egzemplarzach modelowych przycisk ten nie został wyprowadzony, ponieważ - jak pokazała praktyka - nie zdarzyła się konieczność zerowania kontrolera.
Uruchomienie układu sprowadza się do ustawienia przy pomocy jumpera JPl adresu karty i sprawdzeniu poprawności pracy generatora Xl lub US3 (w zależności od wersji). Dokładne przetestowanie karty wymagać będzie wykorzystania programu sterującego, który przedstawimy w dalszej części artykułu. Testowanie karty można przeprowadzić także przy pomocy programu narzędziowego PTEST.EXE, lecz wymaga to naprawdę dużo cierpliwości.
Konfiguracja układu 8584
Dzięki zastosowaniu w prezentowanym urządzeniu scalonego sterownika I2C, oprogramowanie całości jest stosunkowo proste. Na rys. 18 przedstawiony został schemat blokowy wnętrza układu PCF8584, który będzie pomocny podczas omawiania sposobów ini-cjalizacji układu. Rozpoczniemy od przybliżenia funkcji rejestrów układu PCF8584.
Rejestr SO (możliwy zapis i odczyt) spełnia rolę bufora danych, które są wysyłane i odbierane. Dostęp do niego jest możliwy
SELO
4 1*19 1
� MlfBM t Uli
US3 BME ADOR>
SELO SELJ SEL8 SEL3 SEL4 pIE/F 31C/B 31A/B 318/9 316/71
ooooo
SEL4
OOOOOOOOi
12C M/S CONTRŁLER
AVT~265
Rys. 17. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej.
72
Elektronika Praktyczna 7/98
Interfejs I2C
Szyna równoległa
DB7lDB6lDB5lDB4lDB3lDB2lDB1 iDBO
15 +14 +13 +12 +11 +9
Butar odczytu Raltrl/OSO Rejestr przesuwający
tylko odczyt
tylko
zapis
Komparator S0,S0'
X
PCF 85S4n
-PHILIPS
LSB\
Ralettr adratu tokatnwgo SO
Rm/natr waMsn obsfugf przwmiifa 53
domyślnie: 00H dla BDXX 0FHdlaS8XXX
S24 S23 I S22 I S21 I S20 fle/Mtr zegar* S2
PIN I E80 I E81 I ES2 I ENI I STA I STO I ACK
STSl BERi
AASl LABl BB
tylko zapis
tylko odczyt
Blok współpracy z szyną równoległą
i .16
WR (R/W)
1CS{DTACK)
i.4
INT IACK CLK
SCLOUT SDAIN
(O.C.)
Rys. 18. Schemat blokowy układu PCF8584.
Ze względu na założenia przyjęte przez producenta układu PCF8584 procedura jego konfiguracji i programowania musi przebiegać według określonych algorytmów. Pierwszym krokiem po wyzerowaniu układu jest ustalenie sposobu wymiany informacji z otoczeniem. Dzięki zastosowaniu prostego "chwytu" w układzie dekodera adresowego USl każdy pierwszy wpis dowolnej danej, pod wybrany przez użytkownika adres, powoduje automatyczne skonfigurowanie bloku wejściowego US2 do pracy w trybie 80xx. Dzięki temu pierwszy krok inicjalizacji jest niemal całkowicie "przezroczysty" dla użytkownika.
Kolejny krok to ustalenie trybu pracy oraz dostosowanie stopnia podziału wewnętrznych dzielników do częstotliwości oscylatora i oczekiwanej częstotliwości taktowania szyny I2C. Zalecana kolejność czynności wykonywanych podczas tego etapu inicjowania układu została przedstawiona na rys. 19. W przedstawionym przykładzie częstotliwość taktowania szyny I2C wynosi 45kHz, przy
dopiero po wybraniu go jako rejestru aktywnego (poprzez zapis bitów ESI i ES2 w Sl).
Rejestr Sl (podzielony na dwie niezależne części - jedna tylko do zapisu, druga tylko do odczytu) jest rejestrem kontrolnym, przy pomocy którego możliwa jest konfiguracja trybu pracy układu, nadzór nad stanem linii I2C, obsługa przerwań itp.
Rejestr S2 (zapis i odczyt) jest odpowiedzialny za ustalenie szybkości przesyłu danych przez szynę I2C oraz ustawienie współczynnika podziału dzielników częstotliwości wzorcowej, w zależności od częstotliwości dołączonego do układu generatora kwarcowego.
Rejestr S3 (adres obsługi przerwania) oraz SO nie są wykorzystywane w prezentowanej aplikacji, nie będziemy więc ich omawiać. Szczegółowe informacje oraz notę katalogową układu PCF8584 można znaleźć w Inter-necie pod adresem www-us2.sernico nductors.philips.com/acrobat/ datasheetsZPCF8584_4.pdf.
r Stan llnll adresowe] AO AO = HIGH zapis/odczyt rejestru Sl
zerowanie trwające minimum 30 taktów zegara HIGH AO = LOW dostęp możliwy do innych rejestrów, która wybiera się poprzez wpis do ESI/2
i r AO =
wyślij daną 80H 1 A0 = LOW
r
wyślij daną 55H 1 A0 = HIGH Zapis bajtu S5H do rejestru SO, co dają efektywny ad res AAH.
r
wyślij daną AOH 1 r Zapis bajtu AOH do rejestru S1 Jastępny bajt będzie zapisany do rejestru [onflguracjl zegara taktującego S2,
i r A0 = LOW
wyślij daną 15H Zapis bajtu 15H do rejestru S2 Oznacza to, że częstotliwość taktowania wynosi GMHz, a częstotliwość szyny l2C45kHz, Zapis bajtu C1H do rejestru S1, ntarfejs Jest uaktywniony 1 znajduje sle w stanie 1DLE .lnie SDA1SCL są w stanie wysokim Jastępna operacja zapis lub odczyt będzie dotyczyć ejestru SO, jeżeli A0=LOW,
f A0 = HGH
wyślij daną C1H
f
KONIEC
^-____-^
Rys. 19. Algorytm inicjalizacji układu PCF8584.
Elektronika Praktyczna 7/98
73
Interfejs \2C
podstawowej częstotliwości zega-lowej 6MHz.
Na rys. 20 przedstawiono algorytm przesyłania danych przez układ PCF8584, który pracuje jako nadajnik-master szyny komunikacyjnej. Kolejny algorytm (rys. 21) przedstawia przebieg wymiany informacji pomiędzy układem PCF8584, który pracuje w trybie odbioinik-master, a nadajnikiem-slave. Piotr Zbysiński, AVT
Dokończenie artykułu opublikujemy w EP8/98.
Szczegółowe informacje o układzie PCF8584 firmy Philips można znaleźć w Internecie pod adresem: www-us2 .semiconduc-tors.philips.com/acrobat/da-tasheetsZPCF8584_4.pdf
n-0 (iknrfk bajtów danyoh); n= iioid b^UwdoodocytMnli
Odtfytnimnai
Rys. 21. Algorytm opisujqcy transfer danych w trybie odbiornik-master.
Rys. 20. Algorytm opisujqcy transfer danych w trybie nadajnik-master.
74
Elektronika Praktyczna 7/98
MINIPROJEKTY
Wspólną cechą układów opisywanych w dziale "Miniprojekty" jest łatwość ich praktycznej realizacji. Na zmontowanie i uruchomienie układu wystarcza zwykle kwadrans. Mogą to być układy stosunkowo skomplikowane funkcjonalnie, niemniej proste w montażu i uruchamianiu, gdyż ich złożoność i inteligencja jest zawarta w układach scalonych. Wszystkie projekty opisywane w tej rubryce są wykonywane i badane w laboratorium AVT. Większość z nich wchodzi do oferty kitów AVT jako wyodrębniona seria "Miniprojekty" o numeracji zaczynającej się od 1000.
Wielkogabarytowy wyświetlacz siedmiosegmentowy
Ten prosty układ,
którego wykonanie
chciałbym
zaproponować
Czytelnikom EP, jest
przeznaczony do
wszelkiego rodzaju
aplikacji wymagających
wyświetlania cyfr
o dużej wysokości.
Jedno z możliwych
zastosowań
przedstawimy
w sierpniowym
n um erze EP - będzie
to elektroniczny stoper,
który można
wykorzystać podczas
zawodów sportowych
w czasie wakacji.
Inną, nie mniej
interesującą
możliwością
wyko rzystani a
wyświetlacza jest
bardzo efektowny,
świecący numer domu.
Nieco uproszczony schemat elektryczny wyświetlacza został przedstawiony na rys. 1. Niewiele można napisać na temat zasady jego działania, tak prosta jest ta konstrukcja. Układ zawiera zaledwie jeden czynny element elektroniczny: dekoder kodu BCD na kod wyświetlacza siedmiosegmentowego, zrealizowany z wykorzystaniem popularnego układu typu 4543. Ponieważ w układzie zastosowano po dziesięć diod LED połączonych
szeregowo w każdym segmencie, wytrzymałość napięciowa wyjść dekodera 4543 okazała się stanowczo za mała. Dlatego też wyjścia dekodera sterują siedmioma dri-verami zawartymi w strukturze układu ULN2OO3 - IC2. Każdy z driverów zasila od strony minusa zasilania pojedynczy segment wyświetlacza, a rezystory R1..R7 ograniczają prąd płynący przez diody LED.
Minimalne napięcie potrzebne do zasilania 10 sze-
regowo połączonych diod LED wynosi ok. 24V. Dlatego też w naszym wyświetlaczu zastosowano dwa, rozdzielone obwody zasilania połączone ze sobą wspólną masą. Na wejście CMOS musimy dostarczyć napięcie ze sterującego wyświetlaczem układu. Napięcie to może wynosić od 5 do 15VDC. Natomiast do wejścia oznaczonego LED doprowadzone zostanie napięcie właściwe dla typu zastosowanych diod LED.
Rys. 1.
Elektronika Praktyczna 7/98
79
MINIPROJEKTY
ui iiiiiii
Montaż i uruchomienie
Na rys. 2 pokazano (w zmniejszeniu) rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej. Widok płytki znajduje się na wkładce wewnątrz numeru.
Stoi przed nami teraz trudne zadane: musimy wlutować w płytkę aż 70 diod LED i w dodatku uczynić to idealnie równo! Ponadto, w większości wypadków będziemy potrzebować więcej niż jednego wyświetlacza. Np. do wykonania opisanego w tym numerze EP stopera potrzebne będzie aż 6 identycznych wyświetlaczy, czyli będziemy musieli w sumie wlutować aż 420 diod! To iście galernicza praca, ale ja też musiałem ją wykonać!
Zanim jednak przystąpimy do montażu wyświetlaczy, musimy dokładnie przemyśleć sobie sposób ich zamocowania. W zasadzie mamy trzy możliwości:
1. Przymocować wyświetlacze do jakiejś deseczki i nie stosować żadnej obudowy. Jest to metoda szybka i wygodna, ale uzyskany efekt będzie wyjątkowo mało estetyczny.
2. Zamocować wyświetlacze na desce lub kawałku blachy duralowej, a następnie wykonać obudowę w formie skrzynki przykrytej odpowiedniego rozmiaru filtrem w kolorze odpowiadającym zastosowanym diodom LED. Jest to chyba rozwiązanie najlepsze, lecz dość pracochłonne. Ponadto, mogą wystąpić trudności z nabyciem filtru z ple-xiglasu o odpowiednim zabarwieniu.
3. Trzecią metodą jest wykonanie płyty czołowej na wyświetlacze, w której należy wywiercić otwory na
LED-y. Jest to sposób niezwykle pracochłonny, ale dający bardzo dobre efekty przy minimalnych nakładach materiałowych. Płyta czołowa może być wykonana z blachy, sklejki lub tworzywa sztucznego i pomalowana, najlepiej na kolor czarny. Tylko jak idealnie równo wywiercić 420 otworów w płycie czołowej? Otóż ta właśnie czynność może okazać się wyjątkowo prosta! Kolejność postępowania powinna być następująca.
a. Wszystkie płytki wyświetlaczy przykręcamy do płyty czołowej za pomocą np. wkręta i|)3. Równe ustawienie wyświetlaczy jest łatwe i nie sprawi nikomu najmniejszego kłopotu.
b. Z pewnością zauważyliście małe otworki umieszczone na płytce drukowanej wyświetlacza pomiędzy punktami lutowniczymi każdej diody LED, pozornie niczemu nie służące. Te właśnie otwory pozwolą nam wytrasować w płycie czołowej otwory na LED-y, domyślamy się, że z tego powodu nie powinniśmy wcześniej wlutow-ywać w płytkę żadnych elementów. Płytki posłużą bowiem najpierw jako matryce do napunktowa-nia otworów w płycie czołowej, czego łatwo możemy dokonać za pomocą cienkiego wiertła lub nawet igły krawieckiej.
c. Po napunktowaniu otworów odkręcamy płytki drukowane od płyty czołowej i otwory roz-wiercamy do średnicy 5mm. To wszystko kosztowało nas trochę pracy, ale za to mamy idealnie równo wykonaną płytę czołową, która powinna wyglądać wyjątkowo estetycznie.
Montaż układu wyświetlacza przeprowadzamy początkowo w typowy sposób, wlu-towując rezystory i podstawki pod układy scalone. Problemy powstaną dopiero przy montażu diod LED. Jeżeli zastosowaliśmy trzecią metodę obudowania wyświetlaczy, to montaż diod okaże się wyjątkowo prosty. Wszystkie diody włożymy w przeznaczone na nie punkty lutownicze, nałożymy na wyświetlacz pły-
tę czołową i po odwróceniu całości lutujemy diody, mając całkowitą pewność, że zostaną umieszczone idealnie równo. Jeżeli zastosujemy 1 lub 2 metodę obudowania wyświetlaczy i będziemy potrzebować ich więcej, to warto będzie wykonać matrycę do montażu diod. Wykonanie matrycy będzie identyczne jak płyty czołowej, z tym, że wiercimy otwory tylko dla jednego wyświetlacza i matryca może być wykonana z dowolnego, sztywnego materiału, nawet z kawałka grubej tektury. Matrycą taką posłużymy się podczas lutowania diod w sposób identyczny jak płytą czołową.
Należy teraz omówić spo-
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
R1..R7: 22O/U5W Kondensatory
Cl: 22O^F/1ÓV C2: lOOnF Półprzewodniki
D1..D70: LED 4>5 (opcjonalnie $&) nie wchodzg w skład kitu IC1: 4543 IC2: ULN2003 Różne
CON1: 4xgoldpin CON2: ARK3 (3^rnm) podstawka pod IC1
Kompletny układ i płytki drukowane są dostępne w AVT pod oznaczeniem AYT-1136.
sób dołączenia wyświetlaczy
do układu nimi sterującego, a napięcie zasilania segmen-
np. do elektronicznego sto- tów do złącza "LED". Pozo-
pera. Potrzebne będą dwa staje nam już tylko połączyć
źródła zasilania: jedno o na- wejścia, oznaczone na płytce
pięciu 8..16 VDC i drugie, do- jako A, B, C i D, z odpowia-
starczające napięcia min. dającymi im wyjściami licz-
24VDC do zasilania diod LED ników w układzie stopera
wyświetlaczy. I tu jedna, (lub innego układu sterują-
ważna uwaga: przyzwyczai- cego wyświetlaczami).
liśmy się lekceważyć diody
Jeszcze ostatnia informa-
O fflffii ffl El
LED, które "pobierają bardzo cja: ponieważ w żaden spo-mało prądu". Mało? Policz- sób nie można przewidzieć, my trochę: do układu stopera jakiego koloru diody zechce-potrzebować będziemy sześć cie zastosować w Waszych wyświetlaczy, co daje w su- wyświetlaczach, nie będą one mie 6x7 = 42 segmenty po w ogóle wchodziły w skład dziesięć diod każdy. Diody kitu i należy je zakupić. w segmencie połączone są SR szeregowo i prąd płynący przez segment będzie wynosił 20..30mA. Tak więc przy jednoczesnym zapaleniu wszystkich segmentów pobierany przez układ prąd wyniesie maksymalnie 1260mA,
czyli wcale nie tak mało! Zasilacz diod LED musi więc dostarczać mocy ponad 30W.
Do wyświetlaczy doprowadzamy wspólny dla obydwóch zasilaczy biegun masy (złącze "GND") . Napięcie 5 VDC (w przypadku współpracy wyświetlaczy ze stoperem) doprowadzamy do złącza "CMOS",
Q Q ? Q
O
Q
Q
O
O Cl ffl O
QQQQDQ
O
o o
o
O S Q G)
O dl O O
O
Rys. 2.
80
Elektronika Praktyczna 7/98
MINIPROJEKTY
Elektroniczny "ptak"
Prezentowany projekt
jest kolejnym
przykładem niezwykłych
możliwości układów
oferowanych przez firmę
Roltek.
Tym razem
proponujemy wykonanie
prostego sygnalizatora
akustycznego, który
można wykorzystać np.
jako efektowny dzwonek
do drzwi. W zależności
od wersji zastosowanego
układu możemy mieć
w dom u dzwonek
ćwierkający, muczący
lub straszący...
Na rys. 1 przedstawiono schemat blokowy układu HT2313, który jest "sercem" opisywanego urządzenia. Czytelnicy, którzy śledzą opracowania oparte na układach firmy Holtek, bez trudu zauważą podobieństwo układu HT2313 do wielu wcześniej opisanych w EP układów scalonych tego rodzaj u.
Na rys. 2 znajduje się schemat elektryczny proponowanego urządzenia. Jest to typowa, zalecana przez producenta aplikacja układu HT2S13. Tranzystor Tl spełnia rolę wzmacniacza mocy, dzięki któremu możliwe jest wysterowanie głośnika o im-pedancji cewki S..40Ll Rezystor Rl ogranicza prąd bazy tranzystora Tl. Rezystor
HOLTEK
OSC1
Owylutar
KEYi
Układ
�UirimuJ
Ddbtt

Dztolnlk
G*r*r*ior trttu
Wzmaertaez
Rys. 1.
o-o- __
TE9T1 TE9T2 TEST3
ENV
VDD
VS9
VDDO
Rys. 2.
R2 odpowiada za szybkość odt w ar za n ia zap r ogra m owa -nych przez producenta dźwięków. Układ HT2S13 jest dostępny w kilku wersjach oznaczonych literami (np. HT2313D -głos ducha, HT2313E oraz F - symulacje głosu ptaków, HT2313G - symulacja głosu krowy, HT2313H - symulacja głosu małego psa). W egzemplarzu modelowym sprawdzono działanie układu w wersji F, która doskonale nadaje się do stosowania w elektronicz-nym sygnalizatorze, który można stosować zamiast klasycznego dzwonka. Eksperymentalnie dobrano pojemność kondensatora Cl, który odpowiada za kształtowanie obwiedni sygnału wyjściowego.
W niektórych wersjach układu HT2313 może okazać się niezbędne zastosowanie dodatkowego rezystora R2 (uwaga ta nie dotyczy egzemplarza modelowego)-
Wzmacniacz wyjściowy układu HT2313 jest przystosowany do bezpośredniego sterowania przetwornika pie-zoceramicznego. Dzięki zastosowaniu takiego przetwornika zamiast standardowego głośnika możliwe jest znaczne ograniczenie poboru prądu przez urządzenie. Płytka drukowana została zaprojektowana w taki sposób, że możliwe jest zastosowanie zarówno wzmacniacza tranzystorowego, jak i przetwornika piezoceramicznego. Przetwornik piezoceramicz-ny należy podłączyć do punktów na płytce, które oznaczono "C" i "D". Przy zastosowaniu tego przetwornika można nie montować na płytce rezystora Rl oraz tranzystora Tl.
Widok ścieżek na płytce drukowanej przedstawiono na wkładce wewnątrz numeru, a rozmieszczenie elementów przedstawia rys. 3. Na płytce przewidziano miejsce na wlutowanie opcjonalnego transoptora TOl oraz diody Dl zabezpieczającej jego wejście. Przy pomocy tych elementów można zastąpić przełącznik uruchamiający odtwarzanie dźwięku przez układ US1.
Na rys. 4 znajduje się wykres przedstawiający reakcję układu HT2313F na pobudzenie wejścia KEY. Inne wersje układu mogą zachowywać się odmiennie. Do-
Rys. 3.
kładne informacje są dostępne w katalogu firmy Holtek, który znajduje się na płycie CD-EP4. SR
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl: 120O
R2: 5ÓOkO
R3: nie wchodzi w skłod kitu
Kondensatory
Cl: 47l.F/10V
C2: 1OOl.F/1OV
C3: lOOnF
Półprzewodniki
US1: HT2813F
Tl: BC547
Różne
Sl: przełącznik chwilowy
Uwaga! Opcjonalnie można zastosować transoptor TOl (np. CNY63) i diodę Dl (1N4148). Elementy te nie wchodzę wskiad kitu.
Kompletny układ i płytki drukowane są dostępne w AVTpod oznaczeniem AYT-1139.
Emr
LED
Rys. 4.
Elektronika Praktyczna 7/98
Sl
NOWE PODZESPOŁY
Miniaturowe generatory
Firma Raltron wprowadziła do swojej oferty produkcyjnej nową rodzinę scalonych generatorów sygnałów sinusoidalnych o bardzo wysokiej stabilności i dokładności. Nosi ona nazwę RTXO-113.
Nowe, ze względu na bardzo małe rozmiary (7x9 mm, wysokość 2mm] i niewielki pobór prądu (poniżej l,5mA przy 3V], generatory są przeznaczone do stosowania w sprzęcie przenośnym. Zakres temperatur pracy wynosi -3O..+8O�C. Stabilność generowanej częstotliwości w całym zakresie temperatur wynosi ą2,5ppm. Generatory mają wyprowadzone na zewnątrz wejście, przy
pomocy którego można zmieniać podstawową częstotliwość generowanego sygnału. Regulacja jest możliwa w granicach ą36ppm.
Nowe układy dla telekomunikacji firmy SIEMENS
Układ PSB2170 jest niezwykle zaawansowanym układem DSP, opracowanym specjalnie dla aplikacji telekomunikacyjnych. Zadaniem tego układu jest likwidacja echa w przesyłanym sygnale (nadawanym oraz odbieranym] akustycznym. Dzięki zastosowaniu nowoczesnej technologii obróbki sygnałów akustycznych układ potrafi sam zaadaptować parametry filtracji do zmieniających się warunków otoczenia. Specjalny tryb pracy pozwala stosować ten układ także w pomieszczeniach o dużym poziomie hałasu (samochody, hale przemysłowe].
Drugim interesującym układem telekomunika-
cyjnym jest PSB4600. Układ ten jest interfejsem pomiędzy powszechnie stosowanym w komputerach osobistych złączem PCI, a kartą ISDN lub modemem. Układ PSB4600 jest kompatybilny z zaleceniami zawartymi w PC98 oraz PCI 2.1, dzięki czemu może pracować jednocześnie jako Master i Slave szyny I PCI. Standardowym wypo-Jsażeniem układu PSB4600 są:
- cztery programowalne ^ porty I/O, * - kontroler DMA,
- cztery bufory FIFO,
- interfejs do zewnętrznej pamięci EPROM lub EEPROM,
- system zarządzania poborem energii.
Elektronika Praktyczna 7/98
83
NOWE PODZESPOŁY
Niezwykły wzmacniacz firmy
Tak naprawdę, to układ, którego schemat blokowy przedstawiamy na rys. 1, spełnia funkcję wzmacniacza niejako "przy okazji". Jest to bowiem kompletny przedwzmacniacz audio zintegrowany z regulatorami balansu, głoSnoSci i barwy dźwięku, przedwzmacnia-czem mikrofonowym (z dwoma wejSciami) i modułem 3D Sound, który odpowiada za poszerzenie bazy stereo. Wszystkich regulacji i przełączeń dokonuje się poprzez dwulinio-wą magistralę PC. Na wyjSciu toru akustycz-
8200pF
Tone_||__ Loop
outrln in
National Semiconductor
nego znajdują się dwa wzmacniacze o mocy ok. 400mW/kanał. Taka moc jest w zupeł-noSci wystarczająca w typowych, domowych aplikacjach multimedialnych.
Układ LM4832 jest oferowany w obudowach DIP28 i SO28.
8200pF
Tono _||__ Loop
outrln in
Czytelników, których zainteresowała ta informacja, zachęcamy do sięgnięcia po październikowy numer EP - przedstawimy w nim opis multimedialnego wzmacniacza do komputera PC!
811 Of32Q
Rys. 1.
Programowany włącznik mocy
TECHNOLOGY
Układ LTC1623 opracowano z mySlą o aplikacjach wymagających zastosowania zdalnie programowanych włączników mocy. Użytkownik może sterować włączaniem i wyłączaniem dwóch niezależnych obciążeń przy pomocy dwuprzewodowej szyny danych (rys. 2). Szyna ta jest zgodna ze standardem I2C i jego rozszerzeniem nazywanym SMBUS.
Zalecanym przez producenta elementem wyjSciowym są polowe tranzystory mocy.
Tranzystory tego typu wymagają wysokich (rzędu 1O..15V) napięć sterujących bramkę. Z tego powodu układ LTC1623 ma wbudowaną przetwornicę ładunkową, która zapewnia odpowiednie warunki sterowania tranzystorów, już przy napięciu zasilania 2,7V. Jest to o tyle ważne, że układ może być zasilany napięciem z przedziału 2,7..5,5V.
(progi
Rys. 2.
84
Elektronika Praktyczna 7/98
NOWE PODZESPOŁY
Stabilizator impulsowy dużej mocy firmy
Jedną ze specjalnoSci firmy Micrel są układy stabilizatorów impulsowych dużej mocy. Przykładem nowoczesnego układu tego typu jest MIC2177. Jest to uniwersalny stabilizator
Układy MIC2177 są dostępne w trzech wersjach napięciowych: 3,3 oraz 5V i w wersji z napięciem ustalanym przez użytkownika. Wszystkie wymienione wersje układów
Rys. 3.
0 maksymalnym prądzie wyjSciowym 2,5A
1 konfigurowalnych trybach pracy, które pozwalają uzyskać dużą sprawnoSć energetyczną stabilizacji niezależnie od prądu wyjSciowego.
Schemat blokowy tego układu przedstawiono na rys. 3. Dzięki zastosowaniu wejScia synchronizującego, w generatorze taktującym możliwe jest sprzężenie jego pracy z innymi elementami systemu, co pozwala m.in. na obniżenie poziomu zakłóceń elektromagnetycznych generowanych do otoczenia. Wejście sterujące oznaczone EN umożliwia włączanie i wyłączanie przetwornicy bez ko-niecznoSci stosowania wysokoprądowych włączników mechanicznych. Sposób stabilizacji napięcia wyjSciowego wybierany jest stanem logicznym na wejSciu AUTO. Na rys. 4 przedstawiono wykres sprawnoSci przetwornicy w zależnoSci od wybranego sposobu stabilizacji, przy stałym napięciu na wyjSciu układu.
są dostępne w miniaturowych obudowach mocy SOIC20.
100
95
90
2 a. co
85
80
75
70


\
\
f VlN-DV

/
/
/
/
/ s \ N p-------

10
100
1000 2500
Prąd wyjściowy (mA)
Rys. 4.
Elektronika Praktyczna 7/98
85
NOWE PODZESPOŁY
Nowy wzmacniacz mocy firmy (0
National Semiconductor
WeB
o
Układ LM4755 jest najnowszym opracowaniem z serii uniwersalnych, stereofonicznych wzmacniaczy akustycznych firmy National Semiconductor. Na rys. 5 przedstawiono jego schemat blokowy.
Układ montowany jest w obudowie TO-220 z dziewięcioma wyprowadzeniami. Moc wyjSciowa każdego wzmacniacza wynosi UW, przy impedancji obciążenia 4H i napięciu zasilania 24V. Tak duża moc wyjSciowa okupiona została wysokim poziomem zniekształceń nieliniowych (aż 10%). Zmniejszenie mocy wy-jSciowej do 8W powoduje zmniejszenie poziomu zniekształceń do 1%. Stopnie wyjSciowe wzmacniaczy są zabezpieczone przed przekroczeniem dopuszczalnej temperatury złącza i zbyt dużą wartoScią prądu wyjSciowego.
WyB
Wy A
Wyciszanie
Rys. 5.
GND
Wyjściowy port mocy z szyną szeregową
Układ MC33291 (rys. 6) jest uniwersalnym 8-bitowym portem wyjSciowym dużej mocy, przeznaczonym do stosowania w systemach cyfrowych. Programowanie aktywnoSci wyjSć możliwe jest dzięki szynie szeregowej SPI, której maksymalna częstotliwość taktowania wynosi 3MHz. Rolę wyjSciowych elementów mocy spełniają tranzystory DMOS. Obwody wyjSciowe są zabezpieczone przed przekroczeniem tempera- SFPD tury, dopuszczalnego prądu wyjSciowego (1..3A) oraz pojawieniem się przepięć. Dzięki diodom impulsowym, wbudowanym w strukturę układu, możliwe jest bezpoSrednie sterowanie obciążeń indukcyjnych. Rezystancja włączonego kanału tranzystora wyjSciowego nie przekracza 1,4H. Dodatkowym wyposażeniem stopni końcowych są detektory odłączenia obciążenia.
Szeroki zakres napięć zasilających (5,5..26,5V), mały spoczynkowy pobór prądu (4mA) oraz ekonomiczna, miniaturowa obudowa (SOP24) oraz RYS. 6.
MOTOROLA
szeroki zakres temperatur pracy (-4O..+125�C) predestynują układ MC33291 do pracy w aplikacjach samochodowych oraz przemysłowych.
86
Elektronika Praktyczna 7/98
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
DzioS "Projekty Czytelników" zawiera opisy projektów nadesłanych do redakcji EP przez Czytelników. Redakcja nie bierze
odpowiedzialności za prawidłowe działanie opisywanych układów, gdyż nie testujemy ich laboratoryjnie, chociaż sprawdzamy
poprawność konstrukcji.
Prosimy o nadsyłanie własnych projektów z modelami (do zwrotu). Do artykułu należy dołączyć podpisane oświadczenie, że
artykuł jest własnym opracowaniem autora i nie był dotychczas nigdzie pubfikowany. Honorarium za publikację
w tym dziale wynosi 200,- zł (brutto) za 1 stronę w EP. Przysyłanych tekstów nie zwracamy. Redakcja zastrzega sobie prawo
do dokonywania skrótów.
Klawiatura elektronicznego instrumentu muzyczne
Kilko miesięcy temu
na łamach "listów"
odbyło się dyskusjo no
temat elektronicznych
instrumentów muzycznych
i kłopotów związanych
z samodzielnym
wykonaniem klawiatury.
Jak się okazało
problem ten jest trudny,
ale jednak możliwy do
rozwiązania w warunkach
domowych. W artykule
prze dsiawia my
najciekawsze z trzech
nadesłanych do redakcji
rozwiązań.
05
Rys. 1.
Projekt
048
Klawiatura wykonana została w warunkach amatorskich, przy pomocy uniwersalnych, łatwo dostępnych narzędzi. Do jej budowy można wykorzystać zestaw poliestrowych, pełń owy m iar owy c h kla w i s zy produkcji rzemieślniczej. Można je także samodzielnie wykonać z drewna.
W modelu klawisze zostały wycięte z drewnianych listew o identycznych, jak w pierwowzorze, wymiarach głównych (przekroje: 30xl0mm - klawisze białe i 20xl0mm -klawisze czarne). Po wycięciu, klawisze oklejone zostały kartonem, zaim-pregnowane i pomalowane. Przy odpowiedniej dozie dokładności, technologia taka daje zadawalające efekty.
Cechą charakterystyczną proponowanej konstrukcji jest zastosowanie w kontak-
turze przełączników "Isos-tat". Zaakceptowanie takiego rozwiązania powoduje, że klawiatura nie będzie w stanie osiągnąć parametrów koncertowych, ale nada się do wielu ciekawych eksperymentów elektroniczno-mu-zycznych.
Klawiaturę można wykonać w wersji 4- lub 5-okta-wowej. Wymiary zastosowanych klawiszy: l53x22xl0mm - klawisz biały, 105xllx20mm - klawisz czarny oraz przyjęty odstęp międzyklawiszowy lmm określają wymiary manuału (rys. 1). Dla czterech oktaw jego rozpiętość wynosi 666mm, a dla 5 oktaw - 827mm. Oktawę najwyższą uzupełnia klawisz "C" oktawy następnej.
Szczegóły konstrukcyjne zaznaczono na rys. 1. Fragment klawiatury przedstawia w złożeniu rys. 2. Rysunek ten wyjaśnia również sposób działania klawiatury. Nacisk na klawisz powoduje przeniesienie ruchu na trzpień przełącznika i zwarcie jego zestyków. Po zwolnieniu klawisza, napięta sprężyna przełącznika unosi trzpień i klawisz do połóż enia pierwotnego. Styki zostają rozwarte.
Klawisze białe (1) oraz czarne (2) przykręcone zostały dwoma krótkimi wkrętami (15) do grzebienia resorującego (3) wykonanego z tekstolitu zbrojonego włókniną. Grzebień ten grupuje klawisze jednej oktawy. Posiada on 12, a dla
22
160
666
183
827
Elektronika Praktyczna 7/98
87
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
oktawy najwyższej 13 jednakowych zębów. Wręby międzyzębne są niejednakowe, zależne od szerokości trzonu resorowanego klawisza białego.
Grzebienie resorujące wszystkich oktaw przykręcone są wkrętami do jednej listwy klawiszowej (4), nieco dłuższej od rozpiętości manuału.
Czoła tej listwy przykręcone są (dwoma wkrętami każde) do wsporników klawiatury (5), prawego i lewego, wiążących elementy konstrukcji w całość. Otwory w dolnych narożach tych wsporników mogą służyć do mocowania klawiatury w obudowie. Do wsporników mocowana jest także, dwoma długimi wkrętami (16) z każdej strony, podstawa kontaktury (6). Do podstawy tej przykręcone są pionowe płytki drukowane kontaktury (7) z wlutowa-nymi przełącznikami typu ,,Isostat"[8]. Każda z płytek grupuje 12 przełączników jednej oktawy - w oktawie najwyższej 13 przełączników. W razie potrzeby zastosowania przełączników o większej liczbie zestyków (wyższych) zwiększone muszą być odpowiednio wymiary części nadwsporniko-
d -L ayk Ś A. ' A. A. 9 A. Ś*
Rys. 2.
wej płytek kontaktury oraz wysokość wsporników klawiatury. Przy zastosowaniu np. przełączników podwójnych (12 kołkowych), wymiary te zwiększą się o 12mm. Ze względu na nieznajomość rozwiązań elektronicznych, płytki drukowane kontaktury zostały w modelu jedynie zamarko-
P odstawa kontaktury służy również, wraz z przykręconą w tylnej dolnej części wsporników klawiatury podpórką (9) do mocowania płytki (płytek) drukowanej instrumentu (13). Przykręcone długimi wkrętami, poprzez tulejki dystansowe (14), płytki mają szerokość 72mm. Ich łączna długość nie może przekro-
Tab. 1. Wykaz części i materiałów niezbędnych do wykonania klawiatury
Lp. 1. Nazwa części Klawi szbiaty Ilość komplet Materiał drewno Wymiar 158x22x10 Uwagi oklejony-7 szt./okt.,w okt. najwyższej 8 szt.
2. Klawiszczarny 5/okt. drewno 105x11x20 oklejony
3. Grzebień resorujący 1/okt. tekstolit w oktawie najwyższej-dł. 171 mm
4. Listwa klawiszowa 1 drewno dla 4 oktaw -dł.674mm
5. Wspornik boczny klawiatury 2 sklejka 130x50x5 prawy i lewy
6. Podstawa kontaktury 1 drewno 835x30x10 dla 4 oktaw -dł.674mm
7. Płytka drukowana kontaktury 1/okt. laminat 157x29 w oktawie najwyższej-dł. 171mm
8. Przełącznik "Isosat" 12/okt. X X w handlu w oktawie najwyższej-13 szt.
9. Podpórka płytki instrumentu 1 drewno 835x10x10 dla 4 oktaw -dł.674mm
10. Listwa zderzakowa 1 drewno 835x20x10 dla 4 oktaw -dł.674mm
11. Wykładzina tłumiąca 2 mikro-guma 830x8x4 górna i dolna, dla 4 oktaw-dł. 670mm
12. Ogranicznik odbicia klawisza 12/okt. stal i|)2, 5x30x10 w handlu, w oktawie najwyższej-13 szt.
13. Płytka drukowana instrumentu X laminat X szerokość -72mm
14. Tulejka dystansowa X X i|)8/4x8 tworzywo sztuczne
15. Wkręt krótki 37/okt. stal i|)2,5x10 w handlu, w najwyższej oktawie-39 szt.
16. Wkręt długi >14 stal i|)2, 5x15 w handlu, także do mocowania płytki instrumentu
17. Podkładka 4 X 4>10 metal, tworzywo
czyć rozpiętości manuału.
Dwoma długimi wkrętami z każdej strony, poprzez podkładki (17), przykręcona jest do wsporników zderzakowa listwa klawiatury (10), oklejona z góry i dołu wykładziną tłumiącą. Położenie tej listwy jest regulowane. Służy ona do kasowania luzów pionowych klawiszy i ustalenia wstępnego naciągu sprężyn przełączników. O dolną wykładzinę tłumiącą listwy zderzakowej opiera się wkręcony w przednią część klawisza ogranicznik odbicia (12). Ustalone listwą zderzakową położenie tego ogranicznika przenoszone jest poprzez klawisz na przełącznik, napinając wstępnie jego sprężynę.
Wykaz części klawiatury oraz materiałów potrzebnych do jej budowy zawiera tab. 1.
W zakresie zastosowanych materiałów, zarówno model jak i prezentowana dokumentacja, odbiegają od pierwowzoru.
Dotyczy to zastosowania w miejsce profili aluminiowych łatwiej dostępnych listew drewnianych. Upraszcza to również konstrukcję eliminując kilka elementów. Listwy o wszystkich potrzebnych do budowy klawiatury przekrojach zakupione zostały bez kłopotu w sklepie z listwami bo-azeryjnymi. Marek A. Kulczycki
88
Elektronika Praktyczna 7/98
FORUM
"Forum" jest rubryką otwartą na pytania I uwagi Czytelników EP, w której chcemy pomagać w rozwiązywaniu problemów powstałych podczas uruchamiania oferowanych przeznas kitów, a także innych urządzeń elektronicznych. Drugim celem "Forum" jest korekta błędów, które pojawiły się w publikowanych przeznas artykułach. Pytania do "Forum" można zgłaszać listownie na adres redakcji lub poprzez internetowa listę dyskusyjną Elektroniki Praktycznej. Szczegółowe informacje na temat tej listy można znaleźć pod adresem:
http://www.jm. com.pl/klub-ep
DYSKUSYJNA
Zasilacz laboratoryjny z potencjometrem cyfrowym kitAVT-349
8/97
Na płytce drukowanej, której widok zamieszczono na wkładce w EP8/97 znalazły się następujące błędy:
- kondensator C5 nie jest podłączony do wejścia stabilizatora US7,
- wyjście stabilizatora US7 nie zostało podłączone do wejścia stabilizatora US8,
- błędnie podłączono wyprowadzenia 15 i 16 US4 (poprawna wersja na rys. 1),
- w miejsce C25 należy wluto-
Echo cyfrowe kitAVT-211
Na płytce drukowanej należy dokonać niewielkiej poprawki, która polega na połą-
Elektroniczny licznik impulsów kitAVT-1029L
Na płytce drukowanej zamieniono miejscami wyprowadzenia wejściowej diody trans-
Tester pilotów kitAVT-319
wać kondensator o pojemności 47nF (czyli C24), a w miejsce C24 kondensator o pojemności 220nF (czyli C25), - wyprowadzenia łączące płytkę bazową zasilacza z płytką wyświetlacza, poprzez które sterowane są punkty dziesiętne we wskaźniku LED należy zamienić ze sobą miejscami.
Na rys. 1 przedstawiono poprawioną wersję płytki drukowanej.
IKA
6/94
czeniu wyprowadzenia 7 układu U5 z wyprowadzeniem 10 układu scalonego U8.
IKA 8/96
optora. Plus zasilania należy dołączyć do rezystora R3 (l,2kn).
IKA
Rys. 1.
11/96
Na płytce drukowanej występuje błąd, polegający na braku ścieżki łączącej emitery tranzystorów Tl i T2, co powoduje, że część układów scalonych nie jest zasilana poprawnie. Na rys. 2 przedstawiono sposób skorygowania tego błędu.
Rys. 2.
90
Elektronika Praktyczna 7/98
8/98
sierpień � 5 zł 90 gr
NOWE PODZESPOŁY
Niskoszumny wzmacniacz stereo o mocy 5W fc
W ofercie firmy Te-xas I nstrum en ts p oj a-wiły się dwa nowe układy niskoszum-nych wzmacniaczy mocy o oznaczeniach TPA0102 i TPA1517. Moc wyjściowa może wynosić od 300mW do 6W w każdym kanale. Układ TPA0102 jest kompletnym wzmacniaczem stereofonicznym mającym dwa wyjścia o mocy 1,5W, obciążane głośnikami o impedancji 4Q (iys. 1). Poziom zniekształceń nie przekracza 0,05% THD+N. Wbudowany multiplekser pozwala na podłączenie dwóch źródeł sygnału. Układ TPA0102 pozwala również na podłączenie słuchawek zewnętrznych. Jest on w stanie sam zastąpić trzy dotychczas używane układy TPA4860, TPA4861 i TPA302.
Układ TPA1517 zawiera dwa jednakowe wzmacniacze o mocy 5W każdy i poziomie zniekształceń nie przekraczającym 1% THD+N. Jest on układem przeznaczonym do pracy w komputerowych kartach dźwiękowych, multimedialnych i telefonicznych układach głośnomówiących.
Tabela 1.
Oznaczenie Napięcie zasilania [V] Moc wyj ści owa [W] Wyjście słuchawkowe Opis
TPA01 02 3 5,5 1,5 tak Wzmacn lacz ste re oto mczny
TPA1517 9,5 18 5 nie Wzmacniacz monofoniczny
TPA302 2,7 5,5 0,3 me Wzmacniacz stereofoniczny
TPA4860 2,7 5,5 1 tak Wzmacniacz monofoniczny
TPA4861 2,7 5,5 1 me Wzmacniacz monofoniczny
W tab. 1 zawarto zestawienie podstawowych parametrów nowych wzmacniaczy audio firmy Texas Instruments.
TPA0102
ST-PC Consumer ^tsgs
thomson
Co to jest ST-PC Consumer? SGS-Thomson nazywa to krokiem milowym w kierunku wy-sokowydajnych systemów multimedialnych klasy PC. Bardzo duży i skomplikowany układ zawiera w sobie standardową jednostkę centralną piątej generacji klasy x86, układy logiki kontrolerów PCI, ISA, IDE, DMA oraz przerwań, a także podsystem grafiki. Układ zaprojektowano w pięciowarstwowej technologii 0,35|lm.
Sercem układu jest nowoczesny 64-bitowy blok procesorowy znany pod nazwą 5ST86. Zawiera on:
- 64-bitowy kontroler pamięci dynamicznej (DRAM],
- 64-bitowy akcelerator grafiki z szybką magistralą PCI,
- 32-bitowy procesor klasy x86 w pełni zgodny z PC.____
5ST86 jest odpowiedzią SGS-Thomson na zapotrzebowanie na scalone układy integrujące w jednej strukturze niemal cały komputer PC, przeznaczony do aplikacji, w których klasyczny komputer nie sprawdza się najlepiej.
Układ może obsłużyć do 128MB pamięci, a dzięki wprowadzeniu systemu uwspólnionej pamięci (UMA = Unified Memory Architecture] można tę samą pamięć zainsta- Rys. 2.
lowaną przy PC Consumer wykorzystać zarówno jako pamięć główną komputera jak i pamięć karty grafiki.
Kontroler pamięci dynamicznej oferowany jest w dwóch wersjach: EDO/FPM lub SDRAM. Karta grafiki wbudowana w 5ST86 jest klasycznym akceleratorem Windows, a dodatkowo jest w stanie obsłużyć standard MPEG lub podobne systemy cyfrowego zapisu sygnału wizyjnego. Co ciekawe, w układ wbudowano cyfrowy enkoder telewizyjny, pozwalający wyświetlać obraz ekranu komputerowego VGA na klasycznym telewizorze. Dodatkowo, dzięki przewidzianemu wejściu wideo (cyfrowemu] można sygnał po obróbce wyświetlić na ekranie telewizora w standardzie PAL lub NTSC! Oczywiście konstruktorzy nie zapomnieli o układzie redukcji migotania, powodującym generację stabilnego obrazu na ekranie telewizora.
Elektronika Praktyczna 1/98
NOWE PODZESPOŁY
Przetwornica dla pamięci Flash
SGS-Thomson proponuje kolejne rozwiązanie bezindukcyjnych przetwornic napięcia z 5V na 12V dla potrzeb programowania pamięci Flash. Układ oznaczono ST662A.
Stabilność napięcia wyjściowego producent określa na ą5%, przy czym z układu można "wycisnąć" 30mA prądu, nawet jeżeli napięcie wejściowe wynosi jedynie 4,75V! Standardowo prąd spoczynkowy układu nie przekracza 100|xA i można go oczywiście zmniejszyć aż do l|xA, wysterowując wejście "uśpienia" układu bezpośrednio z wyjścia dowolnego mikrokontrolera. Miejsca za dużo nie zajmuje: dostępny jest w obudowie DIP-8 i SO-8. Producent oferuje wersje zarówno na standardowy zakres temperatur pracy, jak i na rozszerzony: od -40 do +85 stopni Celsjusza. Rys. 3.
sn.
SGS-THOMSON
Wielozadaniowy układ analogowy
sn.
Rys. 4.
Najnowszym "dzieckiem" w rodzinie standardowych układów liniowych firmy SGS-Thomson jest x ^ X układ oznaczony TSM2 21. ^v * ^ł - Zaprojektowano go z myślą
s^ 7S o standardowych aplikacjach motoryzacyjnych i telekomunikacyjnych. W jego strukturze zintegrowano dwa niskonapięciowe wzmacniacze operacyjne oraz dwa niezależne komparatory. Wszystko to jest zamknięte w 14-wyprowadzeniowej obudowie DIP lub SO. Układ można zasilać na-. pięciem niesymetrycznym w za-
kresie 2,7V do 16V. Minimalny pobór prądu (500|xA@5V] wy-
Antena do odbiorników GPS-Oncore firmy
Ciągle rozwijana i ulepszana przez producenta - firmę Motorola - rodzina odbiorników nawigacji satelitarnej GPS Oncore wzbogaciła się o nową, aktywną antenę GPS w plastykowej obudowie o wymiarach: długość 49 ,6mm, szerokość 43 ,0mm , wysokość lB.Omm.
Antena ta jest przystosowana do zastosowań nawigacyjnych tam, gdzie może być narażona na działanie zewnętrznych czynników atmosferycznych. Do aplikacji wymagających ukrycia anteny oraz dla producentów odbiorników przenośnych jest oferowana antena bez obudowy w formie płytki ceramicznej o wymiarach: długość 33,3mm, szerokość 29,8mm, wysokość 8,8mm. Oby-
dwa typy anten są dostarczane przez producenta z czterema rodzajami końcówek kabli o długości 6 metrów (do zastosowań np. w samochodach, autobusach] lub 20 centymetrów (do zastosowań w urządzeniach przenośnych]. W zależności od typu jest ona wyposażona w magnes mocujący ją do części metalowych pojazdu lub w metalowy uchwyt.
Antena aktywna jest zasilana przez jej kabel koncentryczny napięciem 5V i pobiera około 20mA prądu. Może być stosowana nie tylko do rodziny odbiorników Motorola Oncore, ale również do wielu produkowanych obecnie przez inne firmy odbiorników nawigacji satelitarnej.
SGS-THOMSON
raźnie wskazuje na możliwość aplikacji w urządzeniach przenośnych, zasilanych ba-teryjnie. Oba wzmacniacze pracują w trybie lail-to-iail, zarówno od strony wejściowej jak i wyjściowej, a do ich wysterowania wystarcza prąd rzędu lpA! Pasmo może nie jest rewelacyjne (lMHz], lecz jest wystarczające do większości typowych zastosowań. Stopnie wyjściowe komparatorów zrealizowano w układzie push-pull, eliminując potrzebę stosowania dodatkowego rezystora polaryzującego, a do wysterowania wejścia wystarcza prąd różnicowy na poziomie lpA. Dla typowego przyrostu poziomu napięcia wejściowego o 5mV, czas reakcji komparatora wynosi 2|Xs. Układ przystosowano do pracy w rozszerzonym zakresie temperatur.
MOTOROLA
43mm
Rys. 5.
70
Elektronika Praktyczna 1/98
NOWE PODZESPOŁY
Czy IV wystarczy do zasilania DSP?
Firma Texas Instruments przedstawiła w końcu 1997 roku nowy procesor DSP przeznaczony dla telefonów komórkowych. Jest to przełom w dążeniu do budowania super-oszczędnych urządzeń. Produkt ten jest pierwszym na Świecie procesorem DSP zasilanym napięciem IV, zdolnym do wykonywania wszystkich operacji klasycznego procesora DSP. Pracuje z częstotliwością 60MHz (przy IV), zużywa piętnastą częSć prądu zużywanego przez procesor zasilany napięciem 3,3V. Gdy zależy nam na dalej posuniętej oszczędnoSci, wystarczy zmniejszyć napięcie zasilania do 0,6V! Mamy do czynienia z dużą liczbą obliczeń - nic prostszego - należy zwiększyć częstotliwość zegara do lOOMHz, podnosząc jednoczeSnie napięcie zasilania do 1,35V.
Gdyby producenci samochodów zdołali w takim stopniu zmniejszyć zużycie paliwa w samochodach, jak TI zmniejszyło pobór prądu procesora DSP, to można by pokonać w poprzek kontynent amerykański na jednym kuflu benzyny! W przemySle związanym z telefonią komórkową zmniejszenie poboru prądu procesora można bezpoSrednio przełożyć na zwiększenie żywotnoSci baterii, co pozwoli na wydłużenie czasu rozmowy lub, patrząc z drugiej strony, można by zmniejszyć baterię, co pozwoli na zbudowanie mniejszych i lżejszych telefonów. Dla porównania, gdyby w dzisiejszym telefonie komórkowym "podmienić" procesor na 1-
woltowy, można by rozmawiać 7 godzin dziennie przez cały tydzień.
Aby stworzyć taki produkt, projektanci TI dokonali przeskalowania swojego produktu - procesora TMS320LC545 wykonanego w technologii 0,6[im (CMOS) do technologii 0,35[im, z bramkami tranzystorowymi w technologii 0,25[im. Tak "przemodelowany" procesor ma w swoim wnętrzu aż 1,6 miliona tranzystorów i jest dokładnym, funkcjonalnym odpowiednikiem swojego starszego "brata" - LC545.
Ponieważ układ dedykowano telefonom komórkowym, na jego "pokładzie" umieszczono niezbędne do pracy pamięci RAM i ROM w celu zmniejszenia liczby układów zewnętrznych i niezbędnych transmisji danych poza chip. Wiele magistrali wewnętrznych procesora zapewnia poza tym prawdziwie równoległe wykonywanie rozmaitych zadań, a specjalnie zaprojektowane struktury logiczne zmniejszają do minimum liczbę niezbędnych do wykonania operacji związanych z transmisją bezprzewodową. Do zmniejszenia ogólnego poboru prądu przyczyniają się również wielopoziomowe, sterowane programowo tryby usypiania procesora, jak również sprytnie zaprojektowany system kluczowania poszczególnych bloków częstotliwością zegarową.
Tak zaprojektowany procesor jest prekursorem zapowiadanej przez TI technologii 0,18[im Tlmeline (125 milionów tranzystorów!).
Nowe rodziny stabilizatorów napięcia o małym prądzie strat firmy
Coraz większa obecnoSć w naszym życiu przenoSnych urządzeń o zasilaniu bateryj-nym zmusza ich producentów do jak najbardziej efektywnego wykorzystania źródeł zasilania. Cóż z tego, że w tych urządzeniach wykorzystamy układy o bardzo małym poborze prądu, skoro sam zasilacz będzie wprowadzał duże straty? W celu zmniejszenia prądu upływu powodującego wymierne straty energii, producenci scalonych regulatorów napięcia wprowadzają szereg udoskonaleń technologicznych i aplikacyjnych do nowych generacji stabilizatorów.
Firma Motorola wprowadziła do produkcji dwa nowe układy regulatorów napięcia o ultraniskim poborze prądu. Są to układy o oznaczeniach MC78FCXX oraz MC78LCXX, gdzie XX=30 dla Uwyj=3,0V, XX=33 dla Uwyj=3,3V, XX=40 dla Uwyj=4,0V i XX=50 dla Uwyj=5,0V.
Obydwa układy charakteryzują się prądem upływu wynoszącym l,l[iA. Posiadają one wewnętrzne źródło napięcia odniesienia oraz
MOTOROLA
wzmacniacz błędu, co zapewnia bardzo dużą dokładnoSć wynosząca ą2,5%, przy bardzo szerokim zakresie napięć wyjSciowych (rys. 6). Oba układy mogą być zasilane napięciem wejSciowym od 2,0V do 10,0V, co czyni je uniwersalnymi dla wielu zastosowań. Różnią się one maksymalnym prądem wyjScio-wym, który dla układu MC78FCXX wynosi do 120mA, a dla MC78LCXX wynosi 80mA. Oba układy są dostępne w obudowach SMD typu SOT-89, a układ MC78LCXX dodatkowo w obudowie SMD typu SOT-23.
OGND
Rys. 6.
Elektronika Praktyczna 1/98
71
NOWE PODZESPOŁY
"Inteligent" w telefonie
onuni
Układ FX663 firmy Consumer Microcir-cuits Limited rozpoznaje rodzaj nawiązanego połączenia telefonicznego. Robi to inteligentnie, co oznacza, że jest w stanie rozpoznać różne sygnały występujące w linii telefonicznej, które są zgodne z dowolnym standardem występującym praktycznie w dowolnym miejscu świata.
Rozpoznaje m.in.:
- pojedyncze i podwójne sygnały tonowe,
- sygnały rozpoznawcze fax/modem,
- specjalne sygnały informacyjne,
- sygnał zajętości (,,US Busy" - szybki dekoder 620Hz wbudowano w układ],
- transmisję mowy.
Dzięki swojej wszechstronności potrafi jednoznacznie określić, na jakim etapie jest
połączenie (wybieranie numeru, dzwonienie, zajęty]. Układ przeznaczono do w pełni automatycznych systemów telefonicznych (modemy, faksy, rozbudowane wielofunkcyjne aparaty telefoniczne, symulatory i wyposażenie testowe, itp.].
Dodatkowe zalety układu FX663 to:
- niski pobór prądu i zasilanie 3V,
- regulowany poziom detekcji,
- standardowa, wzorcowa częstotliwość pracy 3,58MHz.
Status linii można odczytać z układu FX663 dzięki 4-bitowemu wyjściu (z generowaniem przerwania],
Układ pobiera zaledwie 30|jA w trybie uśpienia i 500|xA przy pracy.
Nowe moduły
Siemens wraz z firmą SanDisk wprowadził na rynek nowy standard przenośnych pamięci, który nosi nazwę MultiMsdiaCard. Są to miniaturowe (32x24x1,4mm] moduły, wyposażone w proste 7-stykowe złącze, które opracowano z myślą o zastąpieniu dotychczas stosowanych nośników danych w aplikacjach multimedialnych i telekomunikacyjnych (rys. 7 Obecnie są dostępne moduły 2 i 8MB ROM oraz 2/4/8/ 10MB pamięci Flash. W końcu roku 1998 spodziewane jest uruchomienie masowej produkcji modułów Flash o pojemności 32MB, a w roku 2001 mają być dostępne pamięci 128MB.
Standard MMC wsparły firmy Ericsson, Motorola oraz Qualcomm.
Rys. 7.
pamięci
SIEMENS
72
Elektronika Praktyczna 1/98
PROJEKTY ZAGRANICZNE
Elektroniczny miernik przyspieszenia
Po raz pierwszy na
łamach EP przedstawiamy
projekt opracowany
w laboratoriach Elektora, jest
to prosty przyrząd do
pomiaru przyspieszenia,
którego "sercem" jest czujnik
ADXL05, produkowany przez
firmę Analog Devices.
Być może pamiętasz drogi Czytelniku z lekcji fizyki, źe przyspieszenie mierzone jest w metrach na sekundę kwadrat. Przyspieszenie spowodowane przez ziemską siłę grawitacji najczęściej oznaczane jest symbolem g, a jego wartość, przyjęta do stosowania na całym świecie, wynosi 9,80665m/s^ Wszelkie siły, które wywołują przyspieszenia większe od lg, powodują rozległe sensacje w ludzkich organizmach - dużo na ten temat mogą powiedzieć piloci samolotów odrzutowych i kosmonauci. Żeby tego doświadczyć, wystarczy pojeździć szybką windą w wieżowcu.
Ale wracajmy do elektroniki. Dla tych spośród naszych Czytelników, którzy nie czytali nic na temat czujnika ADXL05 i nie znają go, zamieszczamy zwięzły opis podstawowych bloków tego głównego elementu składowego naszego projektu. Tym składnikiem jest ADXL05.
Jak widać na rys. 1, czujnik przyspieszenia jest zamknięty w metalowej obudowie o 10 wyprowadzeniach. Składa się on z elementu wrażliwego na przys-
pieszenie (sensora), oscylatora, demodulatora, źródła napięcia odniesienia i wzmacniacza buforowego. Przyrząd ten mierzy przyspieszenia od ąbg do ąlg i mniejszych. Typowy poziom szumów własnych wynosi 500 Hg/Hz, dzięki czemu możliwe są pomiary przyspieszeń mniejszych od 5mg. ADXL05 potrafi mierzyć przyspieszenie stałe, jak choćby spowodowane grawitacją, lecz także przyspieszenia zmienne, na przykład wibracje.
Ponieważ przyspieszenie jest wielkością wektorową, to przyrząd ma trzy osie: oś czułości (X) określoną zgodnie z rys. 1; oś poprzeczną (Y), która jest prostopadła do X i leży w płaszczyźnie podstawy obudowy; oraz oś poprzeczną (Z), która jest prostopadła zarówno do X, jak i do Y. Czułość w kierunkach poprzecznych jest praktycznie zerowa. Opis urządzenia
Jak widać na schemacie elektrycznym (rys. 2), miernik przyspieszenia jest zasilany z baterii, a wyświetlacz LCD służy do cyfrowego wyświetlenia wyników pomiarów.
Jeżeli przyspieszenie ma wartość Og, na wyjściu czujnika istnieje nominalne napięcie 1,8V. Na temat tej wartości musimy powiedzieć dwie uwagi. Po pierwsze, jest ustalona z tolerancją ą0,3V. Po drugie, umożliwia pomiar przyspieszeń i dodatnich, i ujemnych. Dla zapewnienia, wskazań Og przy sygnale wyjściowym z czujnika równym 1,8V, musimy podnieść potencjał wejścia odwracającego w stosunku do masy. Inaczej mówiąc, musimy dodać napięcie o stałej wartości 1,8V. Uczynimy to przy pomocy napięcia odniesienia 3,4V (które jest wytwarzane przez ADXL05) oraz elementów: Rl, R2 i potencjometru montażowego Pl. Potencjometr montażowy P3 i rezystor R6 umożliwiają korekcję napięcia
Elektronika Praktyczna S/9S
13
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
Rys. 1. Schemat blokowy (a) oraz kierunki czułości (b) sensora ADXL05.
w dowolną stronę od nominalnego poziomu, generowanego przez układ scalony.
Moduł woltomierza (DVM) 3,5 cyfry, który umożliwia odczyt wartości ą200mV (a dokładniej: ą199,9mV), pozwala na zbudowanie przyrządu zwartego i w najnowszej technice, lecz jednocześnie powoduje kilka sprzecznych wymagań. Jeżeli chcemy całkowicie wykorzystać czułość i dokładność miernika, musimy go dopasować do typowej czułości sensora, która ma wartość około 200mV/g. Nie jest to trudne zadani e: wy s tar czy z apr oj ekto w a ć bufor ze wzmocnieniem 0,5 i w ten sposób stworzyć zakres pomiarowy ą2g, korespondujący z zakresem miernika (ą200mV).
Z drugiej strony, nie możemy wówczas skorzystać z pełnych możliwości sensora, mającego zakres bg. Jeżeli wybierzemy wzmocnienie l/20x (0,05x), to maksymalne przyspieszenie spowoduje wskazanie zaledwie 50mV. Przyznajmy, że, ze względu na parametry czujnika (dokładność), odczyt taki nie będzie wiele wart Przyjmujemy zatem rozwiązanie kompromisowe między dokładnością wyświetlacza, a dokładnością czujnika: dwa zakresy wybierane przełącznikiem: ą2g oraz ą5g> Ponieważ czułość sensora również wykazuje tole-
rancję ą25mV/g, zastosowaliśmy regulację wzmocnienia bufora przy pomocy potencjometru montażowego P2.
Miernik przyspieszenia jest zasilany z baterii 9V typu PP3. Ostateczną wartość napięcia zasilania ustala stabilizator 78L05 (ICl). Pobór prądu wynosi około 15mA, z których moduł DVM pobiera niecałe 2mA. W krytycznych punktach układu umieściliśmy kondensatory odprzęgające.
Montaż
Dla miernika przyspieszenia zaprojektowaliśmy kwadratową płytkę, której widok znajduje się na wkładce wewnątrz numeru, a rozmieszczenie elementów przedstawiono na rys. 3. Na temat montażu elementów mamy tylko jedną, lecz za to bardzo istotną uwagę: czujnik powinien być przy lutowany bezpośrednio na płytce, bez pośrednictwa podstawki. Jest to podstawowy warunek dla zapewnienia dokładności pomiaru, a wynika on stąd, że czujnik musi zachować położenie dokładnie równoległe do płytki.
Elementy zewnętrzne (wyłącznik zasilania, bateria, przełącznik zakresów, moduł DYM) połączone są z płytką przy pomocy przewodów zgodnie z rys. 4. Radzimy nie montować woltomierza zbyt szybko, gdyż najpierw należy wyregulować układ miernika przyspieszeń.
Regulacja
1. Dołączyć cyfrowy multimetr do zacisków masy miernika (0 DVM) oraz + DVM; potencjometrem Pl ustawić wskazanie na l,80V. Z kolei dołączyć multimetr do zacisków masy miernika (0 DYM) oraz -DYM.
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl, R2: 22kn
R3: 3,lókn 1% (Philips seria MRS25)
R4: 28,7kn 1% (Philips seria MRS25) R5: 47kn Ró: 270kft
Pl: 5kn potencjometr 10-obrotowy poziomy
P2: 20kft potencjometr 10-obrotowy poziomy P3: 50kn potencjometr 10-obrotowy poziomy Kondensatory
Cl: 100[iF/lóV promieniowy C2: lOOnF Sibatit (Siemens) C3, C4: 22nF MKT (Siemens) C5: 4,7^F/10V Có: l^F MKT (Siemens) C7: lOOnF MKT (Siemens) Półprzewodniki Dl: 1N4001 IC1: 7SL05
IC2: ADXL05JH (Analog Devices) Różne
BT1; bateria 9V typu PP3 (ÓF22) Sl: przełqcznik dźwigniowy pojedynczy
S2: przełqcznik dźwigniowy pojedynczy (albo potrójny dla przesuwania punktu dziesiętnego na wyświetlaczu modułu DVM) DVM: moduł woltomierza np. DPM951 (Conrad)
Sprawdzić, czy płytka ustawiona jest w poziomie (Og) i potencjometrem P3 ustawić wskazanie na l,80V. Teraz juź można dołączyć do miernika moduł DVM.
2. Kilkakrotnie przełączyć zakres pomiarowy miernika. Wyświetlana wartość nie powinna się zmieniać. Jeżeli jednak zmienia się, dokonać regulacji potencjometrem P3, a następnie przy pomocy potencjometru Pl ustawić odczyt Og. Powtarzać te czynności aż do osiągnięcia rozsądnego optimum.
3. Przełączyć miernik na zakres ą2g i ustawić płytkę pionowo (nóżka 10 układu IC2 na górze). Potencjometrem P2 ustawić odczyt 1.000 (ig). Teraz przekręcić płytkę tak, żeby nóżka 10 znalazła się w dole. DYM powinien wskazać -1.000. Jeżeli nie, potencjometr P2 obrócić do takiego położenia, żeby odchył-
14
Elektronika Praktyczna S/9S
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
S1
980047- 11
Rys. 2. Schemat ideowy miernika przyspieszeń. Małą liczbę elementów zawdzięczamy użyciu monolitycznego czujnika oraz modułu DVM (cyfrowego woltomierza).
ka dla przyspieszenia +lg była taka sama, jak dla -Ig. Odchyłka ta jest spowodowana przez wspomnianą wcześniej (prawie zerową) poprzeczną składową czułości sensora ADXL05. Na tym kończy się proces regulacji miernika przyspieszenia. Po dokonaniu "zapudełko-wania" miernika, czyli wstawienia go i zamocowania wewnątrz obudowy, Czytelnik powinien przygotować się do pomiaru przyspieszeń w realnym świecie. Oto dwie propozycje: szybka winda w jakimś wieżowcu albo jedno z tych urządzeń w wesołym miasteczku, których zadaniem jest wywrócenie żołądka na drugą stronę.
Na koniec kilka słów w sprawie modułu DVM, zastosowanego w naszym projekcie. Moduł ten wyposażony jest w opcję "pływających" pomiarów, która umożliwia zasilanie przez pojedynczą baterię. Płytka miernika przyśpieszeń zawiera punkt lutowniczy dla zasilania modułu napięciem 5V. Zwracamy uwagę, że ujemne połączenie z modułem przedstawia niską rezystancję, a z tego względu nie może być połączone z ujemnym zaciskiem na płytce miernika. Jest więc, zamiast tego, połączone z (buforowanym) dodatnim zaciskiem. Jedyna różnica, jaką powoduje to połączenie, to odwrócenie kierunku czułości sensora o 180 stopni.
Jeżeli zastosujemy potrójny (trój sekcyjny) przełącznik S2, możliwe będzie przełączanie punktu dziesiętnego (przecinka) na wyświetlaczu odpowiednio do wybranego zakresu. J. Wilkes, EE
Artykuł publikujemy na podstawie umowy z redakcją miesięcznika "Elektor Electronics".
DVM
Rys. 3. Rysunek ścieżek
i rozmieszczenie elementów na
płytce drukowanej.
Rys. 4. Proponowany schemat okablowania. Dwie sekcje przełącznika S2 służą do przesuwania przecinka na wyświetlaczu modułu DVM.
S2C
NHI
NLO VDD Q ^ł
VSS
COMMON UL DDE J ^5
REFLO D J
REFHI 1
BP D D 1
BP O 3
D
DP3 nr 3
DP2 nin
i..
DPM951
980047-12
Elektronika Praktyczna 8/98
15
NOTATNIK PRAKTYKA
Pamięci EEPROM w systemach mikroprocesorowych, część 1
Artykuł ten został
zainspirowany Ustami
docierającymi do redakcji EP.
Wie!u naszych Czytelników ma
szereg wątpliwości i pytań
związanych z pamięciami
EEPROM.
Postanowiliśmy zatem w zwięzły
sposób, bez wnikania w szczegóły
technologiczne, przedstawić
właściwości tej grupy układów
scalonych oraz możliwości ich
praktycznego wykorzystania we
własnych konstrukcjach.
vcc
GND
OE WE ĆE
Wejścia adresowe
Rys. 2.
Zacznijmy od początku, czyli od nazwy. "EEPROM" to akronim od Electrically Erasable and Program-mable Read Only Memory. W niedokładnym, lecz oddającym istotę tych pamięci tłumaczeniu, są to pamięci stale, czyli przechowujące zapisaną informację nawet po zaniku napięcia zasilającego, kasowane impulsami elektrycznymi.
A8C A5C A4C
A1C AOC
I/OOC 1/01C I/02C GNDC
1 24
2 23
3 22
4 21
5 20
6 19
7 18
8 17
9 16
10 15
11 14
12 13
1 VCC 1 AB
OE Alp CE
1/07 I/O8 1/05 1/04 I/O3
28C16
A6C A5C
Ale AOc
I/OOC
1/01 e
I/O2C GNDC
1 2B
2 27
3 26
4 25
5 24
6 23
7 22
8 21
9 20
10 19
11 16
12 17
13 16
14 15
J VCC J WE 3 A13 J AB J AS JĄ11 3 CE Ą10 CE I/O7 I/O6 I/OS I/O4 I/O3
Rys. 1.
28C256
Jest to modyfikacja pamięci EP-ROM, także pamięci stałych, w których wymazanie uprzednio zapisanych informacji wymaga naświetlania promieniami ultrafioletowymi.
Pamięci EEPROM są stosowane do przechowywania niezbyt często modyfikowanych informacji, których nie można utracić w czasie odłączenia urządzenia od zasilania. Dobrym przykładem są odbiorniki telewizyjne. Standardem w nowoczesnym telewizorze jest możliwość przypisania odbieranym stacjom kolejnych numerów i szybka zmiana kanału przez naciśnięcie na pilocie jednego lub dwóch klawiszy. Parametry związane z odbiorem kolejnego kanału telewizyjnego przechowywane są właśnie w pamięci EEPROM. Dzięki temu, po wyłączeniu telewizora, nie trzeba każdorazowo powtarzać operacji programowania.
Wejścia/wyjścia danych I/O0-I/O7
Dekoder sygnałów CE, CE i WE *Ś *Ś *Ś ^- Rejestr danych
Bufory l/O
Dekoder Y Bramkowanie Y
DekodBr X *Ś *� Matryca pamięciowa

Przechowywana w EEPROM-ie informacja ma charakter cyfrowy. Najczęściej składa się z bajtów (8-bi-towych paczek informacji), zapisywanych w pamięci pod jednoznacznie określonymi adresami. Pojemność pamięci, czyli maksymalna ilość informacji jaka może być przechowana, jest główną cechą charakteryzującą każdy EEPROM. Drugą jest sposób w jaki pamięć wymienia dane z resztą systemu, w którym pracuje.
Do najczęściej spotykanych i używanych pamięci należą EEPROM-y równoległe, z magistralą szeregową 3-przewodową i z magistralą szeregową standardu PC.
EEPROM-y z równoległą magistralą danych
Układy równoległe (ang. parallel EEPROM's) pod względem wyprowadzeń obudowy, sposobu komunikacji i oznaczeń, bardzo przypominają statyczne pamięci RAM. Wynika to z przestrzegania przez większość producentów Pierwszej Zasady czyli maksymalnej kompatybilności wyrobów. A wszystko to dlatego, abyś drogi Czytelniku mógł łatwo i bezboleśnie wymienić "stary" układ na nową, rewelacyjną kostkę reklamującej się konkurencyjnej firmy.
Tak jak w przypadku statycznych pamięci RAM, na zewnątrz kostki EEPROM-u wyprowadzonych jest 8 linii danych, linie adresowe i sterujące. Także sposób oznaczania typu pamięci bezpośrednio nawiązuje do oznaczeń pamięci RAM i EP-ROM. Po literowym prefiksie, określającym producenta układu (np. X -Xicor, AT -Atmel), występuje liczba 28, określająca układ jako równoległy EEPROM. Pojawiająca się litera
Wyjścia
Rys. 3.
Elektronika Praktyczna 8/98
17
NOTATNIK PRAKTYKA
tOES
CE
WE
Dane wejściowe
tCS
tAH
tWP
Rys. 4.
C informuje ogólnie o technologii (CMOS). Kolejne liczby określają pojemność pamięci w tysiącach kilo-bitów (np. 16 oznacza, że pamięć ma pojemność 2 kilobajtów). Występująca na końcu liczba określa czas dostępu. Np. liczba 25 mówi, że czas odczytu kolejnych bajtów może być nie krótszy niż 250ns.
Pokazane na rys. 1 przykłady obudów dwóch pamięci 28C16 i 28C256 pokazują, jak bardzo producenci starali się zachować jednakową pozycję dla odpowiadających sobie wyprowadzeń obydwu typów pamięci. Patrząc od strony masy (GND) dotyczy to wyprowadzeń linii danych oraz adresów A0..A7. W pamięciach o większych pojemnościach dodat-
tDS
tOEH
tCH
tDH
twe
kowe linie adresowe dodawane są od góry obudowy. Dzięki temu zmiana pamięci na większą wymaga dodania tylko kilku nowych połączeń zamiast opracowania płytki drukowanej zupełnie od początku.
Strukturę wewnętrzną pamięci równoległej EEPROM pokazuje rys. 2. Komórki pamięci ułożone są w formie matrycy i wybierane przez linie adresowe. Linie sterujące /CE, /WE, /OE kontrolują pracę układów wyjściowych pamięci. Linia /CE uaktywnia pamięć. Jeżeli jest w stanie wysokim, to układ, nawet podłączony do zasilania, pozostaje nieaktywny, pobiera minimalny prąd, a linie danych mają wysoką impe-dancję nie wpływając w żaden spo-
sób na dołączoną do nich magistralę danych. Linia /WE określa czy pamięć ma zapisać do swojej matrycy nowe informacje czy je odczytać. Stan niski oznacza zapis. Stan wysoki linii /OE powoduje wyłączenie buforów wyjściowych, co sprawia, że nawet aktywna pamięć w stanie odczytu nie wysyła informacji magistralą danych.
Przebiegi czasowe na liniach danych, adresowych i sterujących pokazano na rys. 3 i 4. Odczyt danych z pamięci EEPROM nastąpi po podaniu liniami adresowymi numeru komórki do odczytu. Następnie na liniach sterujących /CE i /OE musi pojawić się stan niski. Po krótkim czasie opóźnienia (zwykle do lOOns) na liniach danych DO..7 pojawi się odczytany z matrycy pamięci układu EEPROM bajt danych. Zapis do układu przebiega podobnie, chociaż wiąże się z ograniczeniami specyficznymi dla pamięci EEPROM. Przed rozpoczęciem zapisu linia / OE powinna być ustawiona w stan wysoki. Następnie ustawiany jest adres komórki do zapisu, a na liniach sterujących /CE i /WE pojawia się stan niski. Opadające zbocza tych impulsów powodują zapamiętanie adresu w wewnętrznym rejestrze pamięci i od tego momentu stan magistrali adresowej może się zmieniać, a dane zostaną zapisane pod
VCCc-
19
18
EA/VP
X1
X2
RESET
IWTO INT1 TO T1
P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7
PO.0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7
P2.0 P2.1 P2.2 P2.3 P2.4 P2.S P2.6 P2.7
_RD
WR
PSEN
ALE/P
TXD
RXD
8051
Rys. 5.
38
DO
38
Dl
37
D2
36
D3
35
D4
34
DS
33 D6
32
D7
17
16
D1 D2 D3 D4 D5 06 D7 D8
C 00
19
18
17
16
15
14
13
12
74ALS537
18
20
AO A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10
OE WE
AT28C16
18
Elektronika Praktyczna 8/98
NOTATNIK PRAKTYKA
List. 1.
MOV RO.łBUFOR
;adr es wlpamie ci RAM procesora
MOV DPTR,#EEP_ BUFOR
;adr es wlpamie ci EEPEOM
MOV Rl.łlO
;ilo ść bajtów do wysłania
LCOP:
MOV A,@R0
;bajt do wysła ni a umieszczony
; Wl a tumulatorz e
MOVX @DPTR,A
; wys łanie bajtu do EEPROM-U
CALL PAUZA lOm s
;pauza lOms
INC RO
;adr es kolejne go bajtu do wysłania
INC DPTR
;adr es kolejne ] komórki EEPROM
DJNZ Rl,LOOP
;pętla kolejne ] "ransmisj i
uprzednio zapamiętanym adresem. Następnym krokiem jest ustawienie na magistrali danych bajtu informacji do zapisu. Po czasie zależnym od parametrów układu (zwykle 100ns..l000ns), na liniach /CE i / WE powinien pojawić się stan wysoki, a narastające zbocze tych impulsów spowoduje zapamiętanie informacji z magistrali danych do kolejnego rejestru pomocniczego w pamięci EEPROM. Od tej chwili magistrala danych może dowolnie zmieniać swój stan.
Dlaczego jednak adres i dane zapamiętywane są w rejestrach pośrednich pamięci EEPROM? Dlatego, żeby można było zwolnić magistralę danych i adresową, ponieważ cykl zapisu do EEPROM-u jest stosunkowo długi i blokowanie magistral byłoby poważnym utrudnieniem. Zwykle bowiem zapis w pamięci EEPROM może trwać do lOms. Wynika to stąd, że układ pamięci wewnętrznie realizuje procedurę kasowania, zapisu i weryfikacji wybranej komórki w matrycy danych.
Właśnie procedury zapisu najbardziej rozróżniają pamięci różnych producentów. Stosują się oni bowiem do Zasady Drugiej, mówiącej, że układ powinien być choć trochę lepszy od produktu konkurencji. W przypadku EEPROM-ów oznacza to skrócenie czasu zapisu do pamięci i dodanie pewnych sprzętowych udogodnień związanych z tym procesem. Najważniejszym z nich jest tzw. poolling, umożliwiający programowe stwierdzenie, czy procedura zapisu została zakończona i układ może zapamiętać kolejny bajt danych. Poolling polega na odczycie danych pod adresem ostatniego wpisu do EEPROM-u. Jeżeli pamięć nie zakończyła jeszcze cyklu zapisu, to odczytany bajt lub najstarszy bit odczytywanego bajtu będzie zanegowany. Dopiero kiedy EEPROM jest
gotowy do kolejnego zapisu, odczytany bajt będzie miał wartość zgodną z tą, która była zapisywana do pamięci. Innym udogodnieniem jest stronicowy zapis danych do pamięci.
Najczęściej dane są zapisywane w postaci bloku kolejnych bajtów. W EEPROM-ie znajduje się bufor przyjmujący dane, a zapis do matrycy jest dokonywany "hurtowo", w czasie jednego cyklu. Dzięki temu łączny czas zapisu danych do pamięci wydatnie się skraca. Niestety, rozmiary bufora dla różnych typów pamięci są różne. Dodatkowo, stronicowy zapis do pamięci wiąże się z pewnymi ograniczeniami. Jeżeli wymiar bufora wynosi np. 16 bajtów, a programista wpisze np. 20, to kolejne bajty ponad pierwsze 16 nadpisane zostaną na pierwsze wysłane do pamięci.
Innym udogodnieniem stosowanym przez producentów EEPROM-ów równoległych jest możliwość programowej blokady zapisu lub automatyczna identyfikacja typu pamięci. Jednak bez dokładnych danych katalogowych układu, bezpiecznie jest przyjąć minimalne założenia procedury programowania: bajt po bajcie, z czasem zapisu co najmniej lOms.
Układy EEPROM nie są nieśmiertelne! W nowoczesnych pamięciach każda komórka matrycy pamięci powinna dać się zaprogramować więcej niż 10000 razy, a prognozowany czas utrzymywania informacji wynosi ponad 10 lat.
Najprostszym sposobem dołączenia równoległej pamięci EEPROM do popularnego mikrokontrolera z rodziny 8051 jest potraktowanie jej jak zewnętrznej pamięci RAM i skorzystanie z ułatwień sprzętowych, jakie daje procesor w czasie współpracy z tego typu pamięcią. Na rys. 5 został pokazany schemat połączeń pomiędzy mikrokontrole-rem, a dołączaną pamięcią 28C16. Obecność dodatkowego rejestru ALS573 jest konieczna ze względu na sposób pracy portu PO i pełnioną przez niego podwójną rolą. Gdy na wyjściu procesora, oznaczonym symbolem ALE/P, pojawi się stan wysoki, PO wysyła 8 najmłodszych bitów adresu. Po zmianie poziomu na wyjściu ALE/P, port PO pełni rolę wejścia/wyjścia danych. Żeby móc prawidłowo zaadresować pamięć EEPROM, w rejestrze ALS573
zatrzaskiwana jest właśnie ta najmłodsza część adresu. W celu zapisu bajtu danych do pamięci wystarczy użyć jednego rozkazu M0VX @DPTR,A, a odczyt z pamięci następuje po rozkazie M0VX A,@DPTR. Rozkazy te powodują automatyczne wygenerowanie impulsów sterujących na wyjściach /RD i /WR procesora, ustawienie adresu w porcie PO i P2, a następnie wysłanie lub odbiór danych przez port PO. Programista musi tylko zadbać o ustawienie w rejestrze DPTR procesora adresu komórki pamięci EEPROM, do której dane będą zapisywane lub odczytywane.
Przykładowy program (list. 1) pokazuje, w jaki sposób do równoległej pamięci EEPROM zapisać 10 bajtów danych. Dane do wysłania są zapisane w pamięci RAM procesora od adresu "bufor". Adres w pamięci EEPROM oznaczony jest symbolicznym skrótem "eep_bufor" (oczywiście za tymi nazwami w programie kryć się będą konkretne adresy). Program w pętli pobiera do akumulatora dane z "bufora", wysyła je do pamięci pod adres "eep_bufor", a następnie czeka lOms (podprogram Pauza_10ms) na zakończenie cyklu zapisu pamięci EEPROM. Następnie wysyłany jest kolejny bajt.
Podczas odczytu danych z EEPROM-u program będzie bardzo podobny. Należy tylko zastąpić instrukcję zapisu do pamięci zewnętrznej instrukcją odczytu. Można także zrezygnować z pętli opóź-nienia lOms. Podprogram Pauza_10ms należy napisać uwzględniając zastosowany zegar taktujący procesor.
W taki sam sposób do systemu można podłączyć pamięci o większej pojemności. Trzeba tylko poprowadzić dodatkowe połączenia między kolejnymi bitami adresowymi pamięci (Ali, A12 itd.), a kolejnymi bitami portu P2, na który podawana jest starsza część adresu.
Schemat przedstawiony na rys. 5 dotyczy sytuacji, gdy procesor pracuje z wewnętrzną pamięcią programu. W przypadku, gdy program procesora będzie zapisany w zewnętrznej pamięci EPROM, to rejestr ALS5 73 będzie pełnił rolę wspólnego rejestru zatrzaskowego dla obu typów dołączonych do procesora (pamięci programu i EEPROM-u). Ryszard Szymaniak, AVT
Elektronika Praktyczna 8/98
19
RAPORT EP
W tym dziale oplsujomy wybrane kity oferowane przez różnych producentów. Przekazujemy uwagi dotyczące montażu, uruchamiania I działania zestawu. Wszystkie urządzenia byty bowiem zmontowane i sprawdzone w iaboratorium EP.
Programowany termostat, część 1 Yelleman K6004
Z wielka satysfakcją
przedstawiam Czytelnikom EP
kolejny zestaw do
samodzielnego montażu, znanej
z takiej produkcji, firmy
VELLEMAN. Satysfakcja ta
spowodowana jest dwoma
przyczynami- Po pierwsze, milo
jest pisać na temat porządnie
skonstruowanych urządzeń
elektronicznych. Po drugie,
"spadła mi z gtowy" znaczna
część pracy potrzebnej do
rzetelnego przetestowania
opisywanego w artykule kitu.
Cechy charakterystyczne układu.
Pamięć czasu włączania dwóch dowolnie ustawionych Temperatur Minimalny czas pomiędzy dwoma przełączeniami Temperatury 4s Zakres temperatur 5�C 30�C Obciązalnośćwyjścia przekaźnikowego' 10A/250VAC Wyjście alarmowe Tranzystor z wyjściem OPEN COLLECTOR (zawarTy w strukturze Transoptora) max 50mA/70V (zadziałanie przy5�C) Dokładność zegara zależna od stabilności częstotliwości sieci energetycznej 50Hz Histereza regulowana 0,2�C lub 0,4�C Zasilanie 8 12VAC
Po pierwszym udanym eksperymencie, mającym potwierdzić tezę, źe kity YELLEMANa może montować nawet małe dziecko, oddałem wszystkie prace związane z ich montażem i uruchamianiem w ręce właśnie dziecka - mojej 13-letniej córki Basi.
Jak dotąd Basia wywiązuje się z postawionego jej zadania doskonale, a mnie pozostaje tylko napisanie artykułu o zmontowanym i gotowym do pracy urządzeniu (oraz podzielenie się honorarium autorskim, i to wcale nie po połowie!).
Celem, jaki przyświecał konstruktorom YELLEMANa przy projektowaniu opisywanego układu, było zbudowanie urządzenia, które posiadałoby duże możliwości użytkowe, przy łatwej obsłudze i niskim koszcie wykonania.
To zdanie, przetłumaczone dosłownie z instrukcji dołączonej do kitu, nie jest gołosłowne. Rzeczywiście, układ jest zadziwiająco użyteczny i funkcjonalny pomimo zastosowania niewielkiej liczby łatwo dostępnych elementów.
Urządzenie, które możemy zmontować z kitu K6004, jest termostatem programowanym w cyklu 24-godzinnym. Możemy ustawić dwie temperatury, które mogą być zmieniane do 19 razy w dowolnych porach dnia i nocy. Narzuca to podstawowe zastosowanie układu, jakim jest nadzorowanie temperatury w pomieszczeniach, w których
przebywamy stosunkowo rzadko, ale o stałych porach. Takim pomieszczeniem może być np. łazienka, z której korzystamy tylko rano i wieczorem. Jeżeli w takim pomieszczeniu mamy zainstalowane ogrzewanie elektryczne, to utrzymywanie w nim stałej temperatury przez całą dobę byłoby zwykłym marnotrawstwem energii elektrycznej. Programowany termostat może znaleźć zastosowania także w sklepach i firmach ogrzewanych elektrycznie, w których poza godzinami pracy temperatura może być znacznie niższa od wymaganej w czasie, kiedy w pomieszczeniach przebywają pracownicy. Dodatkową zaletą proponowanego układu jest to, że może on współpracować z urządzeniem do zdalnego sterowania za pośrednictwem linii telefonicznej -K6501.
Zarówno budowa, jak i programowanie układu są wyjątkowo łatwe i jeżeli dodamy jeszcze do tego, że urządzenie zostało umieszczone w wyjątkowo, nawet jak na kity VELLEMANa, estetycznej obudowie, to z pewnością opłaca się taki termostat zbudować.
Opis działania układu
Schemat elektryczny układu termostatu został przedstawiony na rys. 1. Sercem układu jest kostka oznaczona w wykazie elementów dołączonym do kitu jako YK6004. W zestawie części także znajduje się 20-końcówkowy układ z nalepką "VK6004", natomiast takiego elementu z pewnością nie znajdziemy w żadnym katalogu półprzewodników. Jedynym wyjściem okazało się
Elektronika Praktyczna S/9S
RAPORT E P
O
SW3-1 OPEN HISTEREZA 0.2 STOPNIA
SW3-1 CLOSED HISTEREZA 0.4 STOPNIA
SW3-2 OPEN TERMOSTAT PROGRAMOWANY
SW3-2 CLOSED ZDALNE STEROWANIE
SW3-3 OPEN SIEC 50Hz
SW3-3 CLOSED SIEC 60Hz
COM
X
REMOTE
Rys. 1.
więc przeprowadzenie śledztwa, polegającego na zajrzeniu pod nalepkę. No i co się okazało? Tajemnicza kostka "VK6004" to po prostu zaprogramowany procesor typu ST6210! Jak widać, YELLEMAN
konsekwentnie realizuje swoją politykę polegającą na niezaznajamia-niu klientów z zasadą działania swoich układów! Jest to polityka dyskusyjna: wszystkie kity VELLE-MANa działają po zmontowaniu
doskonale, ale trudno się czegokolwiek nowego nauczyć podczas ich budowy. To działa i nie zadawajcie żadnych pytań!
My jednak postaramy się przeanalizować zasadę działania opisywanego układu, realizując naszą politykę polegającą na chęci nie tylko przekazania Czytelnikom nowego, działającego układu, ale i nauczenia Ich czegoś nowego. Tym razem będę miał jednak utrudnione zadanie, ponieważ nie posiadam żadnych informacji o programie procesora. Będziemy więc musieli przyjąć, że realizuje on za-
Elektronika Praktyczna 8/98
RAPORT E P
8 10VAC
O O
AC AC NO NC COM
OBCIĄŻENIE
220VAC
-------O
K6004
GND SW C E
Rys. 2.
łożone funkcje i traktować go jako "czarną skrzynkę", której szczegółów zasady działania nie znamy.
Jak już wspomniano, sercem układu jest zaprogramowany nieznanym kodem procesor typu ST6210. Do procesora doprowadzone są trzy sygnału analogowe: dwa pochodzące z potencjometrów regulacyjnych RV2 i RV3, za pomocą których możemy dokonać ustawienia dwóch potrzebnych temperatur i trzeci, będący rezultatem wzmocnienia przez wzmacniacz operacyjny ICl napięcia pochodzącego z czujnika temperatury. Czujnik ten, oznaczony dość dziwacznie na schemacie, jest w istocie dobrze nam znanym układem scalonym typu LM35. Napięcie na wyjściu tego układu wyraża aktualną temperaturę w stopniach Celsjusza, np. 200mV - 20�C, 1200mV - 120�C. Program procesora dokonuje porównania aktualnej temperatury otoczenia z napięciem ustawionym potencjometrem RV2 lub RV3 i odpowiednio steruje układem wykonawczym.
Nasuwa się w tym miejscu jedna refleksja: z uwagi na dość nietypowy sposób włączenia układu LM35, jak i na zastosowanie układu wzmacniającego sądzę, że układ termostatu został zaprojektowany z myślą o zastosowaniu czujnika temperatury innego rodzaju, np. diody krzemowej lub termistora. Następnie został bez większych przeróbek adaptowany do współpracy z LM35.
Układ jest synchronizowany z czasem rzeczywistym za pomocą
ciągu impulsów prostokątnych o częstotliwości lOOHz podawanych na wejście TIMER. Impulsy te pochodzą z układu zbudowanego na tranzystorze T2, którego zdaniem jest odpowiednie uformowanie ich z przebiegu sinusoidalnego, pobieranego z uzwojenia wtórnego transformatora sieciowego. Najwidoczniej konstruktorzy VELLEMANa uznali, że taka metoda uzyskiwania sygnału zegarowego zapewni układowi lepszą dokładność niż wykorzystywanie częstotliwości zegara procesora. W krajach Europy Zachodniej z pewnością jest to prawda, natomiast w Polsce może być różnie. Wprawdzie częstotliwość sieci energetycznej ostatnio coraz bardziej zbliża się do wymarzonych od dawna 50Hz, ale zdarzają się jeszcze niewielkie odchylenia, które mogą zakłócać pracę programatora i powodować konieczność jego ponownego ustawiania.
Do osobnej grupy wejść układu są dołączone trzy jumpery służące do programowania trybu pracy. Jumper SW3-1 służy do ustawiania wielkości histerezy, z jaką programator będzie regulował temperaturę. Zwarcie tego jumpera daje przedział temperatury wynoszący 0,4�C, a rozwarcie 0,2�C. Jumperem SW3-2 ustawia się dwa tryby pracy termostatu: jego rozwarcie wprowadza układ w podstawowy tryb termostatu programowanego w cyklu 24-godzinnym, a zwarcie daje nam możliwość zdalnego ustawiania temperatury, np. za pośrednictwem linii telefonicznej (o sposobie dołączenia do układu modułu zdalnego sterowania wspomnimy w dalszej części artykułu). Trzeci z jumperów - SW3-3 -dostosowuje układ do częstotliwości sieci energetycznej i na terenie Polski (50HZ) musi zawsze być rozwarty.
Dołączony do wejścia PB5 procesora przycisk SWl - MAN/ AUTO - umożliwia zmianę trybu pracy termostatu i okresowe wstrzymywanie wykonywania programu. Jego rola zostanie także omówiona w dalszej części artykułu. Rys. 3.
Ważną rolę pełni w układzie termostatu przycisk SW2 - PROC Umożliwia on wprowadzanie danych do pamięci procesora. Obwód z tranzystorem T3 i towarzyszącymi mu elementami dyskretnymi stanowi zabezpieczenie przed przekłamaniami wnoszonymi przez wielokrotne odbijanie styków przycisku SW2.
Do wyjścia PAl procesora jest dołączona za pośrednictwem rezystora R9 baza tranzystora Tl, który zasila cewkę przekaźnika wykonawczego RYl. Przekaźnik ten włącza i wyłącza układy wykonawcze zasilane napięciem przemiennym z sieci energetycznej, najczęściej urządzenia nagrzewające. Do cewki przekaźnika dołączona jest równolegle dioda LED (LDl), która swoim świeceniem sygnalizuje włączenie przekaźnika, a tym samym układów wykonawczych.
Do wyjścia PA3 procesora dołączona została dioda świecąca zawarta w strukturze transoptora IC3. Jeżeli temperatura w pomieszczeniu spadnie poniżej wartości krytycznej (ok. 5�C), procesor ustawia na tym wyjściu stan niski, co powoduje włączenie diody i przewodzenie tranzystora wewnątrz struktury transoptora. W najprostszym przypadku, do wyprowadzeń C, E może być dołączony przetwornik pie-zo z generatorem, który sygnałem akustycznym będzie sygnalizował nienormalną sytuację, spowodowaną np. uszkodzeniem grzejnika elektrycznego.
O O
8...10VAC
Elektronika Praktyczna 8/98
23
RAPORT E P
Rys. 4.
Stan niski na wyjściach PAO lub PA2 procesora powoduje włączenie jednej z diod świecących LD2 i LD3, które sygnalizują włączenie lub wyłączenie układów wykonawczych.
Rola pozostałych przełączników zostanie omówiona w dalszej części artykułu, we fragmencie poświęconym regulacji i eksploatacji urządzenia. Warto jeszcze wspomnieć, że układ jest zasilany z typowego, monolitycznego stabilizatora napięcia stałego, zrealizowanego na popularnym układzie typu 78L05.
Montaż i uruchomienie
Jak zwykle w przypadku kitów VELLEMANa, montaż układu okazał się dosłownie dziecinnie prosty i dlatego nie poświęcimy jego opisowi zbyt wiele uwagi, skupiając się na regulacji urządzenia i instrukcji użytkowania. Wystarczy wspomnieć, że montaż przeprowadzamy w zasadzie w typowy sposób, rozpoczynając od elementów
0 najmniejszych gabarytach, a kończąc na wlutowaniu przekaźnika
1 złącz typu ARK2 i ARK3. Jedynym "haczykiem", na jaki można się natknąć podczas montażu układu, jest zamocowanie potencjometru regulacyjnego RV2. Dostarczony w kicie element jest przeznaczony do wlutowania w płytkę w pozycji poziomej. Dołączona jest do niego plastykowa ośka będąca jednocześnie pokrętłem, zakończona zaczepami zapewniającymi jej pewne połączenie z potencjometrem. Połączenie to jest aż tak pewne, że nie-
możliwe jest rozłączenie obydwu elementów bez konieczności wylu-towywania potencjometru z płytki, a tym samym wyjęcie układu z obudowy (np. w celu naprawy lub wymiany elementów). Tak więc, zaczepy na ośce potencjometru należy bezwzględnie usunąć za pomocą ostrego noża lub pilnika.
Zmontowaną płytkę musimy poddać wstępnemu testowi, którego celem ma być sprawdzenie poprawności montażu i funkcjonowania urządzenia. W tym celu dołączamy źródło napięcia przemiennego o wartości 9..12VAC do złącza oznaczonego na płytce drukowanej jako AC. Następnie ustawiamy potencjometr montażowy RV3 mniej więcej w położeniu centralnem i kręcąc potencjometrem RVl doprowadzamy do włączenia przekaźnika, co zostanie zasygnalizowane zapaleniem się diody LDl. Pozostawiając przekaźnik włączony dotykamy palcem czujnika temperatury, co powinno spowodować wyłączenie przekaźnika po paru sekundach. Jeżeli wszystko przebiegło pomyślnie, to możemy uznać układ naszego termostatu za sprawny, przygotowany do okablowania i umieszczenia w obudowie.
Dołączona do kitu obudowa wykonana z eloksalowanego na szaro aluminium jest, nawet jak na standardy VELLEMANa, wyjątkowo elegancka. Zanim jednak umieścimy w niej płytkę termostatu, a całość zamocujemy na ścianie, musimy wykonać niezbędne okablowanie.
Na rys. 2 pokazano schemat okablowania termostatu w wersji podstawowej. Do płytki należy doprowadzić przewody zasilające i przewód doprowadzający energię elektryczną 220VAC do odbiornika, którym najczęściej będzie piec elektryczny. Po dołączeniu przewodów do płytki możemy już umieścić ją w obudowie, na którą uprzednio naklejamy dostarczoną w kicie folię samoprzylepną z napisami informacyjnymi. Po zamknięciu obudowy i założeniu pokrętła regulacyjnego na potencjometr RVl, możemy wreszcie przystąpić do ostatniego etapu uruchamiania urządzenia: jego kalibracji. Kolejność postępowania będzie następująca:
- Przekręcamy potencjometr RVl do oporu w stronę obrotu wskazówek zegara.
- Naciskamy przycisk PRÓG do momentu zaświecenia się diody LED2, sygnalizującej włączenie temperatury "dziennej", odpowiedniej przy korzystaniu z pomieszczenia.
- Umieszczamy pomocniczy termometr z właściwym zakresem pomiarowym w bezpośrednim sąsiedztwie czujnika i na skali potencjometru RV2 ustawiamy temperaturę taką, jaką odczytaliśmy z termometru.
- Za pomocą potencjometru RVl "łapiemy" punkt zadziałania przekaźnika. Pomocna w tym będzie dioda LDl, zapalająca się podczas włączenia przekaźnika.
Na tym kończymy kalibrację układu i możemy przystąpić do jego programowania. Za pomocą potencjometrów RV2 i RV3 ustawiamy dwie żądane temperatury. Potencjometr RV2 posiada wygodną gałkę służącą do tego celu, natomiast do ustawienia RV3 potrzebny będzie niewielki śrubokręt. Po ustawieniu temperatur włączamy zasilanie i rozpoczynamy programowania urządzenia. Na wszelki wypadek przed rozpoczęciem procedury programowania warto "wyczyścić" pamięć procesora. Dokonujemy tego naciskając (za pomocą jakiegoś cienkiego przedmiotu, np. końca długopisu) przycisk PRÓG i trzymając go tak długo, aż obydwie diody LED zaświecą się na moment równocześnie, a następnie dioda LD3 zacznie
Elektronika Praktyczna 8/98
RAPORT EP
migotać. Od tego momentu możemy zacząć programowanie termostatu. Niestety, będzie to czynność dość żmudna i trwająca dokładnie 24 godziny, ponieważ programowanie odbywa się w czasie rzeczywistym. Na szczęście, nie musimy cały czas pilnować naszego termostatu. W zupełności wystarczy, jeżeli w momencie, kiedy życzymy sobie zmiany temperatury podejdziemy do niego i naciśniemy przycisk PRÓG. Zapalenie diody LD3 sygnalizuje, że włączona została niższa temperatura "nocna". Natomiast dioda LD2 komunikuje o włączeniu wyższej, "dziennej" temperatury. Zmianę temperatur możemy przeprowadzić 19 razy i po zakończeniu całego cyklu dobowego układ jest zaprogramowany i gotowy do pracy.
Funkcje specjalne układu
Kasowanie zawartości pamięci zostało już omówione wyżej. Warto jedynie dodać, że pamięć programu jest kasowana także po wyłączeniu napięcia zasilania, co jest dość poważną wadą proponowanej przez VELLEMANa konstrukcji.
Przełączanie układu w tryb ręcznego sterowania. W każdej chwili możemy zawiesić wykonywanie przez procesor programu i ręcznie ustawić jedną z dwóch zaprogramowanych temperatur. Dokonujemy tego naciskając kilkakrotnie przycisk SWl, aż do momentu, kiedy dioda odpowiadająca żądanej temperaturze zacznie migotać. Od tego momentu działanie programu zostaje wstrzymane (zegar pracuje nadal), aż do momentu kolejnego naciśnięcia przycisku SWl.
Funkcja timera. Kolejne naciśnięcia przycisku SWl mogą doprowadzić do sytuacji, w której dioda LD2 świeci się światłem ciągłym, a dioda LD3 przerywanym. Oznacza to wprowadzenie układu w tryb pracy timera, w którym wyższa temperatura będzie włączona przez godzinę od czasu ostatniego naciśnięcia SWl, a następnie układ powróci do wykonywania programu.
Na rys. 3 został pokazany sposób dołączenia do termostatu układu ostrzegającego przed spadkiem temperatury poniżej 5�C. Sytuacja taka może się zdarzyć np. w przy-
padku awarii grzejnika elektrycznego, zainstalowanego jako jedyne źródło ciepła w pomieszczeniu. Jako element sygnalizacyjny najprościej jest zastosować przetwornik piezo z wbudowanym generatorem lub inny sygnalizator akustyczny o mocy określonej wytrzymałością prądową i napięciową fototranzystora zawartego w strukturze trans-optora IC3.
Na rys. 4 pokazano sposób połączenia termostatu z układem zdalnego sterowania przez telefon - kit VELLEMANa K6501. Układ zdalnego sterowania przejmuje wszystkie funkcje normalnie realizowane za pomocą przycisku SW2, a szczegóły dotyczące sposobu współpracy obydwu urządzeń zawarte są instrukcji do kitu K6501. Basia Raabe Zbigniew Raabe, AVT
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
RV1: lkO
Ró, R7: lkO
RV3, RV2: 5kQ
Rl: 2,7kQ
R2, R3: 560O
R4: 2,2kQ
R5: l,8kQ
R8: l,5kQ
R9, RIO, Rl 1: 4,7kQ
R12: 330O
R13: 47kQ
R14: 180kQ
R15: 20kQ
Kondensatory
CL C2: 18pF
C4, C3: 470pF
C5, C6, C7: lOOnF
C9, C8: l|iF/10V
CIO: 200^F/10V
Półprzewodniki
DL D2, D3: 1N4148
D4..D5: 1N4001
IC1: CA3160
IC3: CNY17
LD1, LD2, LD3: LED
T2, Tl: BC547
T3: BC557
VR1: 78L05
SENSOR: LM35
Różne
Xl: rezonator kwarcowy 8MHz
Przełączniki, złącza wg opisu
w tekście
Elektronika Praktyczna 8/98
25
PROGRAMY
Pakiet projektowy EDWin
Profesjonalne możliwości za "amatorską" cenę
Mało jest na polskim rynku
tanich i dobrych programów
narzędziowych dla elektroników.
Dotychczas prawdziwym
przebojem był EasyTrax, którego
największymi zaletami były:
łatwość obsługi, małe wymagania
sprzętowe i możliwość
bezpłatnego korzystania z niego.
Najistotniejszą wadą EasyTraxa
był brak kompatybilnego z nim
edytora schematów, co
praktycznie uniemożliwiało
automatyczną weryfikację
realizowanych projektów.
Nadszedł jednak przełom na
rynku - niemal jednocześnie
pojawiły się dwa bardzo ciekawe
pakiety narzędziowe - skrótowo
prezentowany już na łamach EP
(w majowym numerze z tego
roku) WinDraftfWinBoard oraz
niezwykle rozbudowany EDWin.
Obydwa programy oferują bardzo
duże możliwości, przy
zachowaniu bardzo rozsądnej
ceny!
W artykule przedstawimy
pokrótce możliwości EDWina,
a w kolejnym numerze pokażemy
szczegółowo w jaki sposób można
wykorzystać jego możliwości.
L1 fOWin - Untrtlr-d (W UAUMP Mutor
Łapcie
Rys. 1.
Przewodnikiem po realizowanym projekcie jest prosty shell, który wygląda bardzo niepozornie (rys. 1] - jest to po prostu pasek narzędziowy, umożliwiający swobodne przechodzenie pomiędzy poszczególnymi modularni EDWina. Specjalnie z myślą o mniej wprawnych użytkownikach twórcy systemu przewidzieli możliwość włączania kontekstowej pomocy (rys. 2], która na bieżąco śledzi ruchy użytkownika i wyświetla adekwatne do sytuacji okno pomocy.
Realizację projektu rozpoczyna się zazwyczaj od narysowania jego schematu elektrycznego. Wskazującw pasku narzędziowym shel-la "Capture" uruchamiamy prosty w obsłudze edytor schematów, którego okno podczas pracy przedstawiono na rys. 3. W lewej część okna edytora schematów znajduje się podwójny pasek narzędziowy, na którym wyświetlane są ikony symbolizujące narzędzia wykorzystywane podczas tworzenia schematu. Schematy rysowane są w oparciu o przygotowane przez producenta biblioteki elementów (rys. 4], które można swobodnie modyfikować oraz dodawać nowe elementy, możliwe jest także definiowanie typu obudowy dla wybranego elementu.
W przeciwieństwie do wielu programów tego typu EDWin nie zapisuje w sposób widoczny dla użytkownika listy połączeń. Wynika to z faktu, że baza danych jest wspólna dla edytora schematów i płytek drukowanych. Tak więc od razu po narysowaniu i sprawdzeniu schematu można przejść do edytora płytek wskazując myszką "Layout" na pasku narzędziowym shella.
Na rys. 5 przedstawiono okno działającego programu do edycji płytek, w którym projektowana jest płytka do prostego układu cyfrowego. Dzięki wspólnej bazie danych wprowadzenie dowolnej modyfikacji na schemacie jest automatycznie przenoszone na płytkę drukowaną i odwrotnie. Takie rozwiązanie zapobiega powstawaniu błędów wynikających z przeoczeń projektanta, który nie musi pamiętać o konieczności ręcznego uaktualniania innych części projektu.
y kompleksowa realizacja projektów elektronicznych,
y wbudowany doskonały program pomocy,
y wbudowanyprosty autorouter,
y możliwość sporządzania kompletnej dokumentacji produkcyjnej projektu,
y możliwość edycji i tworzenia elementów i ich obudów,
y możliwość współpracy z autorouterami zewnętrznymi,
y możliwość współpracy z programem do analizy i symulacji pracy układów elektronicznych,
y możliwość współpracy z programem analizy termicznej obwodów drukowanych,
y doskonała integracja ze środowiskiem Windows (dostęp do większości standardowych zasobów systemu)
L"iiiBion Hp
Sprzętowe wymaga i ia EDWiia:
/ pracuje z Windows 3 1x/95/
NT,
/ pamięć RAM16MB, / zalecany kolorowy monitor
SVGA, / procesor 486DX2/66 lub
lepszy / ok 40MBwolnego miejsca
na dysku twardym, / napęd CD-ROM (niezbędny
podczas instalacji)
fotmete
t* C^ 1^ łM -
t ~� TO
Rys. 2.
Elektronika Praktyczna S/9S
27
PROGRAMY
Drrics
------------ Fnrcul DlmatukM ł
Ś-o o -1 � Ś 0 '1 min
FMWfl S/lft �


r
li **** ii id

Rys. ó.
Rys. 4.
Projektant płytki ma oczywiście możliwość bardzo elastycznego dostosowywania reguł budowania płytki do wymagań producenta lub odbiorcy. Na rys. 6 przedstawiono jedno z okien konfiguracyjnych, gdzie można dowolnie zdefiniować sposób obrysowywania punktów lutowniczych.
EDWin jest wyposażony w dwa proste au-toroutery oraz możliwość współpracy z dwoma zewnętrznymi auto ro u teram i znaczniewy-ższej klasy (rys. 7). Jak wykazały przeprowadzone przez nas próby autorouter Arizona radzi sobie całkiem nieźle z płytkami dwustronnymi. Ostateczny efekt zależy w znacznym stopniu od skonfigurowania programu łączącego, ale po kilku próbach można zmusić go do wykonania całkiem dobrze wyglądającej płytki (rys. 3]. Biorąc pod uwagę fakt, że Arizona jest dodatkiem do EDWina należy uznać za sukces, że autorouter ten potrafi automatycznie zrealizować projekt w tak elegancki sposób.
Po zaprojektowaniu druku i wprowadzeniu do niego autorskich poprawek można przejść do programu umożliwiającego stworzenie dokumentacji produkcyjnej PCB. Program ten wywołuje się z poziomu shella poprzez wskazanie "Postpro". Program ten ma bardzo duże możliwości, z których najczęściej będzie wykorzystywany (w profesjonalnych zastosowaniach] interfejs dla fotoplotera (Gerber] oraz wiertarki numerycznej. Podobnie jak pozostałe moduły EDWina, także ten program można bardzo elastycznie dostosować do swoich potrzeb, na co pozwalają okna konfiguracyjne. Jedno z nich przedstawiono na rys. 9. Dzięki udostępnieniu użytkownikowi interfejsu drukarki Windows można przygotowywać także pliki dla naświetlarek postscriptowych lub ploterów pisakowych.
Rys. 8.
Kolejnym, bardzo interesującym narzędziem, jest program do analizy termicznej zaprojektowanego obwodu drukowanego. Wynik analizy próbnej płytki przedstawiono na rys. 10 - jest to, jak widać dość efektowna graficzna mapa rozkładu temperatur wokół elementów. Jak widać na rys. 11 użytkownik może zbadać m.in. wpływ wprowadzenia wymuszonego obiegu powietrza wokół płytki drukowanej na rozkład temperatur. Możliwe jest także indywidualne określanie rezystancji cieplnej obudów zastosowanych podzespołów.
Rys. 9.
Dlaczego warto...
...zainteresować się EDWinem? Przede wszystkim z powodu ceny. Podstawowa wersja tego programu (licencja NC, czyli Non Commercial] kosztuje ok. 350 zł! Biorąc pod uwagę możliwości pakietu jest to naprawdę ogromna atrakcja. Zwłaszcza, że program ma stosunkowo małe wymagania sprzętowe - standardowy komputer dla Windows 95 w pełni wystarcza do tworzenia także rozbudowanych projektów.
Wszystkich Czytelników zainteresowanych poznaniem możliwości EDWina zachęcamy do sięgnięcia na początek po płytę CD-EP4 - znajduje się na niej ewaluacyjna wersja tego pakietu. Tomasz Gawryluk
Pakiet EDWin w wersji DL4 udostępniła redakcji firma RK-System.
Co więcej?
EDWin może być ponadto wyposażony w zintegrowany analizator analogo-wo-cyfrowy, dzięki czemu można locie" śledzić wpływ modyfikacji wprowadzanych do projektu na działa-
I
Rys. 10.
nie urządzenia. Sposób posługiwania się symulatorem i efekty jego pracy przedstawimy w jednym z kolejnych numerów EP.
Rys. 5.
Rys. 11.
28
Elektronika Praktyczna S/9S
Monitor zasilania PM-22
SPRZĘT
* V
Temat oszczędzania energii był
bardzo rzadko poruszany na
łamach Elektroniki Praktycznej.
Jako wkład redakcji
w upowszechnianie rozwiązań
energooszczędnych można chyba
jedynie uznać "Ekologiczny
zasilacz impulsowy dużej mocy"
opublikowany w EP7/97. I na tym
niestety koniec.
ir. ^
3S
Monitor zasilania o oznaczeniu PM-22, produkowany przez firmę So-lalight, nie jest urządzeniem "energooszczędnym". Umożliwia on jednak oszczędzanie energii poprzez kontrolę poboru mocy urządzeń do niego podłączonych. Urządzenie jest umieszczone w obudowie z twardego tworzywa sztucznego o kształcie zasilacza wtyczkowego. Po podłączeniu do gniazdka sieciowego urządzenie automatycznie włącza się. Wszystkie informacje są prezentowane na wyświetlaczu LCD. Do obsługi przeznaczono jeden przycisk umieszczony pod wyświetlaczem, którego przyciśnięcie jest potwierdzane sygnałem akustycznym. Możliwości funkcjonalne monitora PM-22 są dosyć duże, umożliwia on pomiar następujących parametrów:
- moc czynna;
- moc pozorna;
- współczynnik mocy;
- koszt chwilowy;
- koszt na godzinę;
- koszt całkowity;
- czas pracy urządzenia;
- napięcie sieci;
- częstotliwość sieci;
- pobór prądu.
Jak więc widać, jest możliwa wszechstronna kontrola kosztów eksploatacji różnorakich odbiorników energii. Dużą zaletą monitora zasilania jest możliwość wyboru waluty w jakiej są wyświetlane koszty poboru energii elektrycznej (do wyboru jest szesnaście walut, w tym polski złoty). Wszystkich zmian nastaw i ustawień trybu pracy monitora zasilania PM-22 dokonuje się za pomocą jednego przycisku. Przyciśnięcie tego przycisku powoduje przestawienie urządzenia w kolejny tryb pracy. Przytrzymanie przycisku wciśniętego powoduje wejście w funkcje ustawiające koszt kWh, dzięki czemu można określić koszty użytkowania dowolnego urządzenia (np. komputera). Oprócz możliwości
techniczne monitora nia PM-22.
Napięcie wejściowe 220 240V/50Hz, / Prąd wyjściowy
10A(ciągły),
16 A (wartość chwilowa), /Maksyrnalnarnoc 3500VA, / Ternperaturapracy 0 40�C
kontrolowania poboru energii przez odbiorniki energii elektrycznej, urządzenie umożliwia również kontrolę parametrów sieci (napięcie sieci, częstotliwość).
Monitor zasilania PM-22 jest dostarczany w estetycznym pudełku kartonowym. Po wyjęciu z pudełka jest on gotowy do pracy. Za dużą wadę należy uznać brak instrukcji czy jakiejkolwiek dokumentacji w języku polskim. Ponadto na urządzeniu nie widnieje znak bezpieczeństwa, a jest to przecież urządzenie zasilane z sieci. Nie dostosowane do polskiego rynku jest jednak zastosowanie w urządzeniu wtyczki i gniazdka zgodnych ze standardem obowiązującym w Niemczech. Uniemożliwia to bezpośrednie podłączenie monitora zasilania do gniazd wyposażonych w bolec uziemienia, a jest to poważna wada. Wszystkie bowiem urządzenia elektryczne stosowane w gospodarstwie domowym powinny być dołączane do obwodu ochronnego (uziemienie, zerowanie). Paweł Zbysiński
Urządzenie do testu udostępniła redakcji firma Labimed.
Elektronika Praktyczna S/9S
29
AUTOMATYKA
Sterowniki w sieci
Starter Kit dla systemu akwizycji danych i sterowania ADAM-5000
Sterowniki rodziny ADAM
produkowane przez tajwańską
firmę Advantech nie są już
nowością na naszym rynku. Do
grupy zupełnie nowych rozwiązań
można natomiast zaliczyć jej
rozszerzenie - moduły serii
ADAM-5000. O ich możliwościach
piszemy w artykule.
W skład zestawi ADAM-5K485-STR wchodzą Śastepijące elemeity:
/ jednostka centralna ADAM-5000/435
/ rnodułADAM-5018 (7-kanałowy przetwornik A/C z opcjonalną Imearyzacją charakterystyki przetwarzania dlatermopar),
/ moduł ADAM-5 060 (6-kanałowy rnoduł wyjść przekaźnikowych),
/ zasilacz impulsowy 220VAC/24VDC (3A) przeznaczony do zasilania całego systemu,
/ oprogramowanie dla DOS, umożliwiające konfigurację i kalibrację systemu,
/ biblioteki DLL dla Windows do wykorzystania we własnym oprogramowaniu użytkownika Do pakietu bibliotek dołączono szereg przykładów ich wykorzystania,
/ kabel połączeniowy RS232,
/ dokumentacja zestawu w opisem poleceń sterujących
Jeżeli zamierzasz zbudować inteligentny system akwizycji danych i automatycznego sterowania, zastosowanie urządzeń serii ADAM-5000 jest jedną z możliwości, którą powinieneś wziąć pod uwagę. Dlaczego?
Po pierwsze, ze względu na ogromną elastyczność systemu. Buduje się go w oparciu o jednostki centralne wyposażone w silny mikroprocesor 80C188. Każda z takich jednostek może bezpośrednio współpracować z czterema modularni wejść/wyjść, montowanymi w specjalnych słotach obudowy (widoczne na zdjęciu]. W przypadku konieczności zastosowania większej liczby modułów wejścia/wyjścia konieczne jest zastosowanie większej liczby jednostek centralnych, połączonych między sobą poprzez szybki interfejs prądowy RS485. W jednym systemie można łączyć ze sobą do 256 jednostek centralnych, które są identyfikowane indywidualnymi numerami nadawanymi przez użytkownika.
Po drugie, ze względu na ciągle rozrastającą się gamę dostępnych wersji modułów wejściowych i wyjściowych. Obecnie są dostępne moduły:
- ADAM-5017 - wielowejściowego, 16-bito-wego przetwornika A/C, wyposażonego w wejścia różnicowe. Tryb pracy każdego z kanałów (pomiar prądu lub napięcia] oraz zakres pomiarowy można dowolnie programować. Częstotliwość próbkowania każdego z kanałów wynosi lOHz.
- ADAM-5018 - 7-kanałowy moduł A/C z li-nearyzacją dla termopar typu J, K, T, R, S, E oraz B. Moduł ten można wykorzystać także jako standardowy, 16-bitowy przetwornik A/C.
- ADAM-5025 - 4-kanałowy, analogowy moduł wyjściowy. Sygnał na wyjściu może mieć postać prądu (0..20, 2..40mA] lub napięcia (O..1OV|.
- ADAM-5050 - 16-kanałowy programowany port wejściowo-wyjściowy. Kierunek przekazywania informacji ustala się przy pomocy DIP-switcha znajdującego się na płytce modułu.
- ADAM-5051 - 16-wejściowy port cyfrowy, przystosowany do współpracy z sygnałami wejściowymi o poziomach TTL.
- ADAM-5052 - 8-kanałowy moduł wejściowy dla sygnałów cyfrowych z optoizolacją i sterowaniem różnicowym.
- ADAM-5056 - 16-wyjściowy port cyfrowy z wyjściami typu otwarty kolektor. Obciążenie każdego z wyjść może być dołączone do napięcia max. 30V, a prąd przez nie płynący nie może przekraczać lOOmA.
- ADAM-5060 - 6-kanałowy moduł wyjść przekaźnikowych z wyprowadzonymi stykami przełączanymi.
Jak widać, gama dostępnych obecnie modułów jest duża i tak dobrana, aby umożliwić spełnienie wymagań każdej aplikacji.
Po trzecie, ze względu na możliwość łatwej rozbudowy lub przebudowy systemu sterowania, która może być niezbędna w przypadku zmiany wymagań stawianych systemowi sterowania.
Po czwarte, ze względu na doskonałe dopasowanie konstrukcji mechanicznej sterowników do wymagań większości aplikacji (możliwy jest montaż zestawu na szynie standardu DIN lub wprost na ścianie]. Przyłącza wejściowe i wyjściowe są wykonane w postaci zacisków śrubowych, które można w całości odłączyć od sterowników. Dzięki temu testowanie systemu można wykonać bez konieczności likwidowania połączeń zewnętrznych.
Po piąte, ze względu na możliwość łatwego programowania systemu. Każdy sterownik jest wyposażony w złącze RS232, poprzez które może wymieniać informacje z komputerem nadrzędnym. Oprogramowanie wchodzące w skład Starter Kitu (w wersji na PC] umożliwia kalibrację i konfigurowanie wszystkich modułów wchodzących w skład systemu, a dzięki wbudowanemu emulatorowi terminala znakowego możliwe jest także dowolne programowanie poszczególnych elementów systemu.
Pięć przedstawionych tutaj argumentów, wskazujących zalety systemu, jest wynikiem kilkudniowych prób przeprowadzonych w laboratorium AVT. Nie są to z pewnością wszystkie zalety oferowane przez sterownik ADAM-5000, dlatego gorąco zachęcamy do wypróbowania jego możliwości, co znakomicie ułatwi widoczny na zdjęciu Starter Kit. Andrzej Jasik
Zestaw udostępniła redakcji firma Elniark.
30
Elektronika Praktyczna S/9S
SPRZĘT
Zestaw uruchomieniowy
dla procesorów COP8SA firmy
National Semico njj, u
Mikrokontrolery rodziny COP8
nie są zbyt popularne w naszym
kraju. Postanowiliśmy "załatać" tę
dziurę, ponieważ stanowią one
niezwykle atrakcyjną alternatywę
dla niezmiennie popularnych
mikrokontrolerów rodziny '51.
Rozpoczynamy od prezentacji
podstawowego narzędzia
uruchomieniowego - starter kitu,
przy pomocy którego można
programować oraz emulować
wybrane układy.
Możliwości i cechy charakterystyczie zestawi CO P8SA-EPU:
/ możliwość sprzętowe] emulacji wybranych procesorów (częstotliwość zegara procesora ok 20kHz).
/ możliwość programowania procesorów serii COPSSAw obudowach DIP16, 20, 28 i 40 oraz PLCC/TOFP44 (niezbędny dodatkowy adapter), / pamięć emulacji w PC (rozmiar bufora 32kB), / wymiana informacji z PC poprzez złącze RS232
(115kbd),
/ możliwość zdefiniowania do 8 pułapek, / oprogramowanie wymaga DOS (pracuje także wsesjiDOSWmdows95/98)
W skład zestawi COP8SA-EPU wchodzą:
x płytka sprzętowego emulatora-programatora, x dwa procesory COP8SAC740 (w wersji EPROM
OTP),
x zasilacz sieciowy, x kabel RS232,
x kabel emulacyjnyz końcówką DIP40. x dyskietki z oprogramowaniem narzędziowym
(DOS), x przykładowe programy (przeglądarka w wersji dla
Wmdows3 1x), x dokumentacja zestawu oraz karta katalogowa
procesorów COP8S/U
Do testów otrzymaliśmy zestaw oznaczony COP8SA-EPU. Jest to jedno z najprostszych narzędzi uruchomieniowych dedykowanych rodzinie COP8SA. Umożliwia ono sprzętową emulację procesorów, a przy pomocy oprogramowania wcho- Ś dzącego w skład zestawu można symulować pracę wybranych mikrokontrolerów. Dodatkową atrakcją dla użytkowników jest możliwość programowania procesorów przy pomocy tego samego urządzenia, które spełnia rolę emulatora.
Ponieważ prezentowany zestaw należy do narzędzi stosunkowo tanich, sprzętowy emulator nie jest pozbawiony dość istotnych ograniczeń. Jednym z najbardziej dokuczliwych jest znaczne ograniczenie częstotliwości zegarowej emu-lowanego procesora - wynosi ona w praktyce ok. 18..20kHz (cykl maszynowy 5OO|Xs], a maksymalna częstotliwość taktowania "oryginału" wynosi lOMHz. Ograniczenie to znacznie utrudnia, czasami wręcz uniemożliwia testowanie realizowanych projektów w czasie rzeczywistym. Biorąc jednak pod uwagę, że jest to narzędzie z założenia bardzo proste i stosunkowo tanie, wspomniane ograniczenie trudno uznać za wadę.
Miłą niespodzianką dla użytkownika jest wyposażenie zestawu. Producent zawarł w nim wszystkie niezbędne do natychmiastowego rozpoczęcia pracy elementy, w tym: zasilacz sieciowy, kabel RS232 do połączenia płytki emulatora z komputerem PC, kabel emulacyjny zakończony 40-końcówkowym złączem DIP, dyskietki z oprogramowaniem narzędziowym (asembler, linker, program obsługi bibliotek] i wieloma gotowymi przykładami oraz płytkę programatora-emulatora. Oprogramowanie narzędziowe jest przystosowane do pracy w DOSie. Wyjątkiem jest oprogramowanie do prezentacji programów przykładowych, który wymaga Windows 3.lx. Jak sprawdzono, możliwe jest uruchomienie tego programu w Windows 95/98, ale działa on nieprawdopodobnie wolno. Dzięki przejrzystej strukturze katalogów zawierających programy przykładowe możliwe jest proste prze-
glądanie ich zawartości bez konieczności uruchamiania przeglądarki.
Bardzo ważnym uzupełnieniem wyposażenia zestawu jest doskonale opracowana dokumentacja oraz dwa mikrokontrolery COP8SAC740 w wersji EPROM (z okienkiem]. Są to zewnętrznie największe układy tej grupy (w obudowie typu DIL; są dostępne także wersje w obudowach PLCC44 i PQFP44]. Programator obsługuje także pozostałe układy serii COP8SA w obudowach 16, 20 i 28-pi-n owych.
Reasumując tą krótką prezentację należy stwierdzić, że firma National Semiconductors przygotowała doskonałe narzędzie dla tych konstruktorów, którzy chcą szybko poznać możliwości procesorów COP8. Jakość wykonania i wyposażenia zestawu COP8SA-EPU jest porównywalna z zestawami firmy Motorola (JICS] oraz SGS-Thomson (zestawy dla procesorów ST6 2], które prezentowaliśmy już na łamach EP. Piotr Zbysiński,AVT
Zestaw udostępniła redakcji firma EBV.
Elektronika Praktyczna S/9S
31
SPRZĘT
ZaMACHowy zestaw
Przygotowała go firma Yantis
dla konstruktorów pragnących
rozpocząć przygodę z układami
programowalnym serii MACH.
Szczegóły w artykule.
Trudności na jakie najczęściej napotykają konstruktorzy rozpoczynającymi pracę z nowymi układami programowalnymi są związane ze zgromadzeniem odpowiedniego oprogramowania narzędziowego i zdobyciem sprzętu umożliwiającego programowanie tych układów. Ten drugi problem stał się, co prawda, mniej istotny w chwili pojawienia się na rynku układów programowalnych w systemie (ISP), ale nie wszyscy konstruktorzy chcą rozpocząć "now4 drogę" od żmudnego budowania sobie, mniej lub bardziej skomplikowanych, adapterów JTAG.
wtfrtfil-Trt
Rys. 1.
Wzięła to pod uwagę firma Vantis, czego konsekwencją jest wprowadzenie na rynek Starter Kitu dla układów MACH. W skład zestawu wchodzą:
- Płytka z laboratoryjną podstawką h PLCC44 oraz wyprowadzonymi złą-\ czarni szpilkowymi. Można ją wykorzystać do programowania ukła-
i<.V AUU łtlj
PALCE! EVHW-Z5P PALCLZIV1DH-5J
Śi rF7?vini+in,i
Rys. 2.
dów MACHlll i MACH211 w obudowach PLCC44. Możliwe jest także zastosowanie jej do budowy prostego urządzenia wykorzystującego układ programowalny.
- Adapter - programator JTAG. Ma on postać wtyczki DB25, zamkniętej w niewielkiej obudowie, z wyprowadzonym kablem zakończonym złączem ZFlO. W obudowie wtyczki znajdują się elementy elektroniczne, z których zbudowany jest prosty interfejs-bufor JTAG. Jego konstrukcja opisano w dokumentacji wchodzącej w skład zestawu.
- Próbki układów MACHlll i MACH211 w obudowach PLCC44.
- Dwużyłowy kabel służący do doprowadzenia zasilania do płytki programatora.
- Dokumentacja w postaci doskonale opracowanej książki oraz płyty kompaktowej. Na płycie znajduje się dokumentacja katalogowa oraz noty aplikacyjne do układów rodziny MACH, kompletna dokumentacja zestawu, informacje o pozostałych produktach Vantisa oraz oprogramowanie narzędziowe Sy-nario umożliwiające tworzenie projektów dla układów MACHlll/211 (rys. 1) oraz PALCEl6V8 (funkcjonalny odpowiednik GALl6V8) i 22VlO (funkcjonalny odpowiednik GAL22VlO - rys. 2). Autorzy płyty zalecają zastosowanie do przeglądania jej zawartości internetowej przeglądarki HTML (rys. 3).
Oprogramowanie Synario umożliwia tworzenie projektów zapisanych
Rys. 4.
32
Elektronika Praktyczna S/9S
SPRZĘT
-J u


1F !ŚŚ! FufcL
Mri m
WHM
Rys. 5.
w języku ABEL (tekstowo - rys. 4), lub - metodą o wiele bardziej lubianą wśród mniej wprawnych projektantów - opisanych przy pomocy
Rys. ó.
Tak więc jest to zestaw, przy pomocy którego można niemal natychmiast rozpocząć prace konstruktorskie. Oprogramowanie znajdujące się na płycie zainteresu-^^^^^ŚUffUJ )e z pewnością także konstruktorów wykorzysta jących standar-
dowe układy PLD (PALCEl6V8/ 22VlO) - można je ściągnąć z In-ternetu: http://www.vantis.com/soft-ware/software.html. Krzysztof Jasik
Zestaw MACH Starter Kit udostępniła redakcji firma Macropol.
Śr
Rys. 7.
schematu logicznego (rys. 5). Sterowanie strukturą projektu oraz pokonywanie jego poszczególnych etapów ułatwia przejrzysty program zarządzający (rys. 6). Ponieważ układy menu i logiczne ścieżki zarządzania projektem są w tym pakiecie identyczne, jak w przypadku oprogramowania Synario dla układów programowalnych innych producentów (m.in. Xilinx, Cypress, Lattice), osoby znające tamte pakiety bez trudu "odnajdą" się w środowisku "MA-CHowym".
Osobnym narzędziem jest program umożliwiający programowanie układów ISP łączonych w łańcuchy logiczne (rys. 7). Dane wynikowe projektów, czyli pliki w formacie JEDEC konfigurujące dany układ programowalny, są przesyłane do układów MACH poprzez interfejs sprzętowy, sterowany programem MACHPro.
Elektronika Praktyczna S/9S
33
MINIPROJEKTY
Wspólną cechę układów opisywanych w działo "Mlnlprojekty" josf łatwość ich praktycznej realizacji. Na zmontowanie i uruchomienie układu wystarcza zwykłe kwadrans. Mogą to być układy stosunkowo skomplikowane funkcjonalnie, niemniej proste w montażu i uruchamianiu, gdyż ich złożoność i inteligencja jest zawarta w układach scalonych. Wszystkie projekty opisywane w tej rubryce sq wykonywane i badane w laboratorium AVT. Większość z nich wchodzi do oferty kitów AVT jako wyodrębniona seria "Mlnlprojekty" o numeracji zaczynającej się od 1000.
Czterokanałowy wzmacniacz samochodowy
Ogromnym
powodzeniem wśród
naszych Czytelników
cieszą się konstrukcje
audiofilskie, opracowane
z myślą o stosowaniu
w samochodach.
Wych odząc
naprzeciw tym
oczekiwaniom (bardzo
licznie sygnalizowanym
w ankietach)
prezentujemy opis
konstrukcji 4-
kanał owego
wzmacniacza
samochodowego o mocy
wyjściowej 2lW
w każdym kanale.
Prezentowany w artykule wzmacniacz zawdzięcza doskonałe parametry i dużą moc wyjściową nowoczesnemu układowi scalonemu firmy SGS-Thomson, który nosi oznaczenie TDA73S4. Integruje on w swojej strukturze cztero kanałową końcówkę mocy, niezwykle skuteczny bezpiecznik termiczny, zabezpieczenie przeciwzwar-ciowe oraz diody zabezpieczające stopnie wyjściowe przed uszkodzeniem wywołanym przepięciami indukowanymi w głośnikach.
Schemat elektryczny wzmacniacza przedstawiono na rys. 1. Dużą moc wyjściową można uzyskać w nim dzięki zastosowaniu mostkowych stopni mocy (ang. Bridge Tied Load), w których głośniki są dołączone bezpośrednio do wyjść poszczególnych wzmacniaczy kanałowych. Aby uniknąć wzajemnego wpływu stop ni wyjściowych na siebie, każdy z nich ma niezależne wyprowadzenie masy. Ma to tym większe znaczenie, że przy niskim napięciu zasilania (w instalacji samochodowej maks. 14,4V), aby dostarczyć
odpowiednio dużą moc do obciążenia, niezbędne są duże prądy. Kondensatory C9..11 blokują linię zasilającą dla sygnałów zmiennych, zapewniając jednocześnie bufor prądowy dla sygnałów wyjściowych o dużej amplitudzie. Stopnie końcowe pracują w klasie AB. Dzięki zastosowaniu komplementarnych tranzystorów na wyjściu, amplitu-
Rys. 1.
da napięcia wyjściowego jest bardzo duża, bliska napięciu zasilania.
Sygnał dostarczany na każde z czterech wejść wzmacniacza (INA..D) jest podawany przez kondensatory Cl..4. Za-
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl: 47kQ R2: 10kQ R3: lkQ Kondensatory
CL C2, C3, C4: lOOnF
CS: 470nF
CÓ:
C7:
C3:
C9, CIO, Cli: 1000^F/25V
Półprzewodniki
US1: TDA7334
Dl: LED
Różne
Radiator KS143.1-50E (lub
100E) - ELFA (opcjo,
dostępny no zamówienie)
Zll, ZI2: podwójne złqcza
Cinch
wycięty i powiercony lominot
no boki i przód obudowy
Kompletny układ i płytki drukowane są dostępne w AVTpod oznaczeniem AYT-1200.
34
Elektronika Praktyczna S/9S
MINIPROJEKTY
pobiega to przedostawaniu się na wejście składowej stałej, która mogłaby spowodować zniszczenie głośników. 15 Kondensator C8 filtruje we- 10 wnętrzne napięcie odniesienia.
W z m a c -
P [W]

1L=4 f=1k THD=10%
H7
y
THD= = 1%

<** ***

8 9 10 11 12 13 14 15 18 17 18
Rys. 2.
niacz wyposażono w wejście oznaczone MUTE, które umożliwia zdalne sterowanie włączaniem i wyłączaniem wzmacniacza. Dzięki temu wejściu możliwe jest wykorzystanie prezentowanego wzmacniacza jako dodatkowego "dopalać za" do sprzętu zainstalowanego w samochodzie. Wzmacniacz jest włączany przez dołączenie wyprowadzenia MUTE do plusa napięcia zasilającego. Odłączenie napięcia zasilającego od wejścia MUTE spowoduje nie tylko wyciszenie sygnału wyjściowego, lecz także przełączenie
Liny
wzmacniacza w tryb
j . ŚŚ Rys. 3.
oszczędzania energii.
Na rys. 2 został przedstawiony wykres prezentujący zależność pomiędzy wartością napięcia zasilającego układ TDA7384, a mocą wyjściową. Szarym kolorem zaznaczono typowy obszar napięć zasilających dostępnych w samochodzie. Jak widać, zależność pomiędzy wartością napięcia zasilającego i maksymalną mocą wyjściową jest bardzo silna. Podczas instalowania
wzmacniacza w samochodzie należy zwrócić szczególną uwagę na to, aby re-
zystancja kabli zasilających była mała.
Rozmieszczenie elementów na płytce wzmacniacza przedstawiono na rys. 3. Płytka została zaprojektowana w wersji dwustronnej z metalizacją otworów. Widok mozaiki ścieżek przedstawiono na wkładce wewnątrz numeru. Nietypowy kształt płytki drukowanej wynika z faktu, że jej montaż przewidziano w specjalnej kształtce radiatorowej, która doskonale spełnia rolę obudowy i jednocześnie elemen-
tu odprowadzającego ciepło. Wycięte i nawiercone kawałki laminatu tworzące przód oraz górną i dolną część obudowy (elementy te wchodzą w skład kitu) można pokryć czarnym lakierem w sprayu, dzięki czemu małym nakładem sił i środków uzyskujemy efektowną obudowę. Należy pamiętać
0 przykręceniu układu USl do powierzchni radiatora
1 uprzednim posmarowaniu powierzchni styku pastą silikonową.
PZ
Elektronika Praktyczna 8/98
35
MINIPROJEKTY
Prosty sonar
Proponowany układ
jest prostym
w wykonaniu sonarem,
czyli urządzeniem
pozwalającym na
wykrywanie obiektów
za pomocą fal
d z wi ęk o wych,
a konkretnie
ultra dźwiękó w.
Jest to układ próbny, typowo eksperymentalny, co nie oznacza, że nie można znaleźć dla niego konkretnego zastosowania. Może być np. użyty jako prymitywny, ale w miarę skuteczny "radar" do parkowania samochodów, jako detektor wykrywający przeszkody lub w prostych zabawkach. Jednak pierwszą i podstawową przyczyną jego skonstruowania była chęć rozpoznania nowej tematyki, której, jak do tej pory, nie opisywano w EP. Tematyka ta, obca także autorowi, dotyczy tak dobrze znanego każdemu małemu nietoperzowi "żywiołu" - ultradźwięków.
Schemat elektryczny naszego, eksperymentalnego minisonaru pokazano na rys. 1. Układ można podzielić na dwa bloki funkcjonalne: nadajnik, zrealizowany na in-werterach zawartych w układzie IC1 - 40106 i odbiornika zbudowanego z wykorzystaniem popularnego wzmacniacza operacyjnego TL081.
Generator astabilny, zbudowany na inwerterze IClF, generuje ciąg impulsów
prostokątnych o częstotliwości określonej pojemnością kondensatora Cl i rezystancją połączonych szeregowo rezystorów Rl i PRl. Ciąg impulsów jest podawany na wejścia dwóch połączonych równolegle inwerterów IC1C i IC1D oraz na wejście trzeciego inwertera IC1E, skąd po zanegowaniu dostaje się na wejścia dwóch pozostałych inwerterów IC1A i IC1B. Nadajnik ultradźwięków dołączony jest do wyjść dwóch par inwerterów, tworzących swojego rodzaju
wzmacniacz BTL, czyli mostkowy.
Odbity od przeszkody sygnał akustyczny jest odbierany przez odbiornik ultradźwięków Q2 i kierowany na wejście wzmacniacza IC2. Wzmocnienie układu dla sygnału zmiennego można regulować (od około 45 do 2200) w szerokich granicach za pomocą potencjometru montażowego PR2
Elektronika Praktyczna S/9S
35
MINIPROJEKTY
Rys. 2.
do
prze-
II
C2
10nF
ODBIORNIK
l Q2
1.
i w ten sposób dobierać czułość układu. Odbierany sygnał jest poddawany detekcji w układzie z diodami Dl i D2, a napięcie do jakiego naładuje się kondensator C4 jest proporcjonalne do amplitudy sygnału dochodzącego do mikrofonu.
W momencie, kiedy napięcie na kondensatorze C4 wzrośnie do ok. 1,2V, to baza tranzystora Tl zostanie spolaryzowana i tranzystor włączy przetwornik piezo Q3 z wbudowanym generatorem. Sygnał akustyczny będzie informował
CTD40R
o zbliżaniu się szkody.
Na rys. 2 pokazano rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej. Widok ścieżek przedstawiamy na wkładce wewnątrz numeru. Montaż wykonujemy w typowy sposób, rozpoczynając od elementów o najmniejszych gabarytach. Zm o nt o w any układ wymaga jedynie prostej regulacji polegającej na ustawieniu za pomocą potencjometru montażowego PRl częstotliwości właściwej dla zastosowanych przetworników ultra-dźwiękowych. W przypadku zastosowania przetworników takich, jakie podane są w wykazie elementów, częstotliwość ta powinna wynosić dokładnie 40kHz. Układ powinien być zasilany napięciem właściwym dla u-kładów scalonych CMOS z rodziny 4000. SR
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
PRl: 200kQ potencjometr
montażowy miniaturowy
PR2: 4,7kQ potencjometr
montażowy miniaturowy
Rl: 24kQ
R2, R3, R4: 220kQ
R5: 100Q
R7, R6: 5,6kQ
Kondensatory
Cl: 270pF
C2: lOnF
C3, Có: lOOnF
C4: ljif/16V
C5: 1000^F/16V
C7: 470nF
Półprzewodniki
D2, Dl: 1N4148 lub
odpowiednik
IC1: 40106
IC2: TL081
Tl: BC548 lub odpowiednik
Różne
Ql: nadajnik ultradźwiękowy
CTD40T lub zamiennik
Q2: odbiornik ultradźwiękowy
CTD40R lub zamiennik
Q3: piezo z generatorem
Sl: miniaturowy włgcznik
hebelkowy
Kompletny układ i płytki drukowane są dostępne w AVT pod oznaczeniem AYT-1191.
36
Elektronika Praktyczna 8/98
KURS
Komponenty Delphi sy m u I u j ące diody LED
Prezentujemy dwa kolejne
komponenty napisane
w Delphi, które uproszczą
pracę programistów tworzących
" elektroniczne" aplikacje dla
Windows. Tym razem są to
elementy symulujące diody
LED, które stosuje się często
do sygnalizacji
w urządzeniach
e lektron iczn ych.
Wersja freeware
prezen to wan ego
oprogramowania jest dostępna
w Internecie, pod adresem:
www. atm. com.pl/-avt/ep/
dwonload.htm.
O J
O' J
Rys. 2.
Komponent TMLLed
Komponent TMLLed pozwala na zobrazowanie diody LED w oknie aplikacji. Oto jego właściwości:
Własność LedState
Własność LedState określa stan diody LED i przyjmuje dwie wartości: LedOn (dioda włączona) i LedOff (dioda wyłączona) (rys. 1). Domyślną wartością LedState jest Led On.
Własność Fiame
Własność Franie przyjmuje wartości logiczne True albo Fal-se. Określa ona istnienie obrysu symulującego oprawkę diody LED (rys. 2). Wartość Fra-me=True oznacza istnienie obrysu, zaś Frame=False jego brak. Kolor obrysu jest definiowany we własności FrameColor. Domyślną wartością Franie jest Fal-se.
Własność FrameColor
Własność FrameColor określa kolor włączonego obrysu. Domyślną wartością FrameColor jest clBlack.
Własnść OffColoi
Własność OffColor definiuje kolor diody wyłączonej. Wartością domyślną jest clBtnFace.
Własność OnColoi
Własność OnColor definiuje kolor diody włączonej. Wartością domyślną jest clRed.
Własność Piopoitional
Własność Proportional przyjmuje wartości True albo False.
Rys. 3.
Rys. 4.
Jeśli jest ona równa True, dioda LED ma kształt koła, natomiast Proportional=False oznacza, źe dioda ma kształt elipsy. Wartością domyślną jest True.
Własność ReflexonOffLed
Własność ReflexonOffLed przyjmuje wartości True albo False. Jeśli ReflexonOffLed=True, to świetlny refleks istnieje dla wyłączonej diody (LedState=Le-dOff), jeśli RefLexonOffLed=Fal-se, to świetlny refleks nie występuje na wyłączonej diodzie.
Wł a sno ś ć Refl exC oloi
Własność ReflexColor decyduje o kolorze świetlnego refleksu na diodzie.
Komponent TTxtLed
Komponent TTxtLed różni się od komponentu TMLLed tylko dodatkowym napisem występującym w nim (rys. 3). Poza powyższymi własnościami ma on również dwie dodatkowe własności dotyczące napisu.
Własność Caption
Własność Caption określa treść napisu.
Własność CaptionPos
Własność CaptionPos definiuje wzajemne położenie diody i napisu. Może ona przybierać następujące wartości (rys. 4):
- poRight - napis znajduje się po prawej stronie diody LED,
- poLeft - napis znajduje się po lewej stronie diody LED,
- poTop - napis znajduje się ponad diodą LED,
- poBottom - napis znajduje się poniżej diody LED.
Wartością domyślną jest poRight.
Mirosław Lach, AVT [e-mail]
Elektronika Praktyczna 1/98
73
MINIPROJEKTY
Miniaturowy generator szumu
Prezentowany
w artykule generator
szumu jest interesujący
ze względu na
nietypową konstrukcję
i zastosowanie
zapomnianego już
układu scalonego.
Dzięki temu wykonanie
generatora jest proste
i bardzo tanie.
Źródłem szumu jest każda rezystancja i każde złącze półprzewodnikowe. W codziennej praktyce spotykamy się nieustannie z szumem, i zwykle nie stanowi to powodu do radości. Ale są i tacy, którym tego mało i sami konstruują własne źródła szumu wszelakiego rodzaju. "Szumofile" dzielą się z grubsza na białych, różowych i całą resztę. Dla szumu białego widmowa
C3
Rys. 1.
gęstość mocy jest niezależna od częstotliwości. Szum biały jest efektem cieplnego, chaotycznego ruchu elektronów, a różowy powstaje z poddania białego wyrafinowanej filtracji. Jest wykorzystywany w technice audio. Po takim zabiegu amplituda napięcia szumu w każdej następnej oktawie wynosi 70% (czyli minus 3dB) poprzedniej. Oktawa to przedział częstotliwości, w którym stosunek częstotliwości końcowej do począt-
Rys. 2.
kowej wynosi 2.
Prezentowany generator jest tak mały, że nie potrzebuje obudowy, ponieważ mieści się w pudełku po zapałkach. Układ TBA120U był kiedyś stosowany w torze fonicznym odbiorników TV. Kostka ta zawiera wielostopniowy wzmacniacz -ogranicznik pośredniej częstotliwości (p.cz.) 5,5MHz z wejściem różnicowym (pin 2 i 14) i detektor koincydencyjny FM z zewnętrznym obwodem rezonansowym (pin 7 i 9). Znalazło się jeszcze miejsce na wzmacniacz małej częstotliwości (m.cz.) z napięciową regulacją wzmocnienia (pin 4 i 5). Wyjście m.cz. o regulowanym poziomie jest dostępne na pinie 8, natomiast wyjście nieregulo-wane na pinie 12. Pasmo przenoszenia toru fonii wynosi lOMHz.
Schemat urządzenia przedstawiono na rys. 1. Nie wykorzystywane wyprowadzenia należy pozostawić nie podłączone. Pomysł przekształcenia demodulatora FM w generator szumu polegał na połączeniu poprzez kondensator Cl wejść różnicowych wzmacniacza p.cz. Do wypadkowego szumu całego toru o wzmocnieniu aż 68dB dodaje się szum wewnętrznej rezystancji 50kLi, dostępnej na wyprowadzeniu 13. Rezystancja ta pracuje także w obwodzie stabilizującym stałoprądowy punkt pracy. Napięcie szumu
0 amplitudzie l50mV odkłada się na rezystorze Rl. Kondensator C2 separuje składową stałą z wyprowadzenia 12.
Wyłącznik służy do odłączania zasilania, gdy korzystamy z baterii 9V. Kondensator C3 jest niezbędny do odsprzężenia zasilania (pin 11 - plus zasilania, pin
1 - masa). Pobór prądu dla napięć 6..12V wynosi 12mA. Minimalne, katalogowe Uzas=10V można w praktyce obniżyć nawet do 5,6V, lecz 5V to już za mało.
Urządzenie można zmontować na miniaturowej płytce drukowanej, której widok przedstawiono na wkładce wewnątrz numeru, a rozmieszczenie elementów na rys. 2. Wykonywanie obwodu drukowanego nie zawsze jest uzasadnione, przede wszystkim ze względu na ogromną prostotę urządzenia. Kawałek płytki uniwersalnej w zupełności wystarczy - zwłaszcza, gdy będzie nawiercona.
Uruchomienie sprowadza się do zmierzenia składowej stałej na pin 12. W zależności od napięcia zasilania, poprawna wartość będzie się mieściła w przedziale
3,5..6V. Od wartości pojemności kondensatora Cl zależy amplituda i widmo szumu. Powyżej lOOnF uzyskuje się już pracę z maksymalnym pasmem (wykraczającym poza zakres akustyczny). Na wyprowadzeniu 4 jest dostępne napięcie precyzyjnego źródła odniesienia 4,8V, które można wykorzystać w dowolny sposób. Andrzej Kowalczyk, AVT
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl: lOOkO Kondensatory
Cl: 470nF/ó3V C2: 1000nF/ó3V C3: 33^F/1ÓV Półprzewodniki
Ul: TBA120U (lub odpowiedniki A223D, UL1244)
Kompletny układ i płytki drukowane są dostępne w AVTpod oznaczeniem AYT-1201.
36
Elektronika Praktyczna S/9S
MINIPROJEKTY
Elektroniczny gong drzwiowy
Opublikowaliśmy już
na łamach EP opisy
wielu urządzeń do
generacji i obróbki
dźwięku, w których
zastosowano układy
produkowane przez
tajwańską firmę Holtek.
Urządzenie
przedstawione
w artykule może
idealnie zastąpić
standardowy dzwonek
lub gong
el ektr om ech a ni c zny.
Elektromechaniczne gongi drzwiowe są bardzo często wykorzystywane w naszych domach, przede wszystkim ze względu na łagodny i bardzo przyjemny dźwięk.
Elektronika takie rozwiązanie elektromechaniczne z pewnością nie zadowoli -aż się prosi, aby zwoje drutu, metalowe płytki i całą resztę przeróżnych elementów zastąpić urządzeniem elektronicznym. Najprostszym sposobem osiągnięcia celu jest sięgnięcie po jeden z układów produkowanych przez tajwańską firmę Holtek - nosi on oznaczenie HT2320D.
Rys.
Na rys. 1 przedstawiono
L ogniwa 1,5V
Rys. 2.
schemat elektryczny proponowanego gongu. Ponieważ zastosowano w nim specjalizowany układ scalony, w jego otoczeniu znajduje się bardzo mała liczba dodatkowych elementów. Przez zmianę wartości elementów R4, Cl można zmienić kształt obwiedni sygnału wyjściowego. Rezystor R3 ma z kolei wpływ na brzmienie dźwięku, ponieważ od jego wartości zależy częstotliwość taktowania generatora wzorcowego. Tranzystory Tl i T2 pracują w układzie prostego wzmacniacza mocy, który steruje bezpośrednio głośnik elektromagnetyczny GL
Istotną rolę spełnia w urządzeniu kondensator oznaczony na schemacie elektrycznym jako Cd. Należy go stosować w wypadkach, kiedy układ będzie wyzwalany przyciskiem dołączonym przewodami o znacznej długości. Zadaniem tego kondensatora jest likwidacja wpływu zakłóceń elektromagnetycznych na działanie układu HT2320D. W pewnych sytuacjach (które można łatwo wykryć podczas eksploatacji dzwonka) może okazać się niezbędne powiększenie jego pojemności nawet do l[iF.
Z powodu ogromnej prostoty układowej, dla gongu zaprojektowano jednostronną płytkę drukowaną o niewielkich wymiarach. Rozmieszczenie elementów na niej przedstawiono na rys. 2. Widok mozaiki ścieżek znajduje się na wkładce wewnątrz numeru.
Na rys. 2 przedstawiono ponadto sposób dołączenia elementów zewnętrznych do płytki gongu. W podanym przykładzie jako źródła zasilania zastosowano dwa ogniwa 1,5V, ale w praktyce możliwe jest zasilanie gongu dowolnym napięciem z przedziału 2,7..4,5V. Dość długo testowano pracę gongu zasilanego napięciem 5V i, jak się okazało, układ HT2320D zniósł to bardzo dobrze. Nie jest to jednak zgodne z danymi katalogowymi producenta. RR
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl; 5Ó0D
R2, R4: lOkO
R3: 150kO
Kondensatory
CL C2: 47^F/10V
Półprzewodniki
US1: HT2820D
Tl: BCS47 lub podobny
T2: BCS57 lub podobny
Różne
Gl: miniaturowy głośnik
o impedancji 8..40D
Kompletny układ i płytki drukowane są dostępne w AVT pod oznaczeniem AYT-1202.
Elektronika Praktyczna S/9S
37
MINIPROJEKTY
Wskaźnik wysterowania
Chciałbym
zaproponować
Czytelnikom budowę
kolejnego wskaźnika
wysterowania. Zdaję
sobie sprawę, że jest to
temat nieco
wyeksploatowany, ale
z drugiej strony wiem
także, że tego typu
układy, spotykają się
z Waszym
zaintereso waniem.
Chciałem także
do ś wi a dc zol n ie
sprawdzić, czy można
jeszcze zaprojekto wać
ciekawy układ
wyłącznie na
tranzystorach. Okazuje
się, że można.
Właściwie nie wymyśliłem tego urządzenia. Jest to układ znany od dawna, budowany w wielu wersjach i odmianach oraz publikowany w wielu pismach i książkach dla elektroników. Jego wersje różniły się jedynie liczbą tranzystorów i diod świecących, a zasada działania pozostawała zawsze taka sama.
Moją jedyną zasługą jest więc zaprojektowanie ciekawej (mam nadzieję, że Czytelnicy to potwierdzą) płytki, na której zmontujemy nasz wskaźnik. Tego chyba jeszcze nie było: wskaźnik wysterowania do wzmacniacza dużej mocy w formie tarczy prędkościomierza samochodowego!
Proponowany układ wyróżnia się wielką prostotą, a koszt zastosowanych do jego budowy elementów z pewnością nie nadszarpnie niczyjego budżetu domowego.
Dodatkowym atutem przemawiającym za wykonaniem wskaźnika jest fakt, że nie potrzebuje on do działania oddzielnego źródła zasilania.
Schemat elektryczny układu wskaźnika wysterowania został pokazany na rys. 1. Układ zasilany jest z prostownika zbudowanego z diod D1..D4 i dołączonego bezpośrednio do wyjścia wzmacniacza mocy, równolegle do kolumny głośnikowej. Wyprostowane napięcie wygładzane jest przez kondensator C2 i następnie stabilizowane w układzie z tranzystorem T20. Zadaniem stabilizatora jest nie tylko dodatkowe wygładzenia napięcia, ale ochrona układu przed uszkodzeniem w przypadku dołączenia do wzmacniacza o zbyt dużej mocy wyjściowej.
Dziewiętnaście diod LED D29..D48 jest zasilanych przez tranzystory T1..19, których bazy są polaryzowane przez szeregowo połączone diody D6..28. Łatwo zauważyć, że do wysterowania każdego kolejnego tranzystora, i co za tym idzie zaświecenia kolejnej diody, potrzebne jest napięcie o ok. 0,5..0,6V wyższe niż poprzednie. W ten sposób otrzymujemy świecący słupek, o wysokości proporcjonalnej do mocy aktualnie oddawanej przez wzmacniacz.
Montaż i uruchomienie
Na rys. 2 pokazano rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej układu (widok płytki znajduje się na wkładce wewnątrz numeru).
Płytka została wykonana na laminacie jednostronnym i szczęśliwie udało się uniknąć stosowania zwór. Zanim jednak wlutujemy jakiekolwiek elementy w płytkę, zastanówmy się, jak obudujemy nasz wskaźnik. W układzie prototypowym jako płytę czołową wskaźnika wykorzystano... uszkodzoną płytę CD-ROM. Oczywiście, nie jest to jedyne możliwe rozwiązania i jako płytę czołową możemy zastosować dowolny inny materiał, arkusik przezroczystego tworzywa sztucznego, albo w ogóle nie obudowywać układu. Jeżeli jednak zastosujemy taki rodzaj płyty czołowej, w którym należy wykonać otwory na diody LED, to najpierw musimy posłużyć się płytką drukowaną jako matrycą. Z pewnością zauważyliście, że wewnątrz obrysu każdej z diod LED jest umieszczony dodatkowy otworek, pozornie do niczego nie służący. Właśnie dzięki tym otworkom będziemy mogli precyzyjnie wywiercić otwory na diody. Płytkę drukowaną musimy dokładnie przy kleić za pomocą taśmy samoprzylepnej do przyszłej płyty czołowej wskaźnika. Następnie wiertłem o małej średnicy (0,6..0,8mm) lub igłą krawiecką punktujemy otwory na diody, które później rozwiercimy do wymaganej (5mm) średnicy-
Pozostała część montażu przebiegnie już w całkowi-
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl, R2: 270D
R3, R4: 220O
R5: 200D
Ró, R7: 180O
R8, R9: 150D
RIO: 120D
Rll, R12: 100D
R13: 75D
R14: Ó8O
R15: 47D
Rló: 39O
R17: 27D
R18: 22D
R19: 1SQ
R20: 20D/2W
R21: 470D
R22: lkG
Kondensatory
Cl, C3: 220^F/25V
C2: 100^F/lóV
Półprzewodniki
DL D2, D3, D4: 1N4001 lub
odpowiednik
D5: diodo Zenera 1IV
DÓ..D28: 1N4148 lub
odpowiednik
D29..D48: LED i|>5mm,
2 żółte, 2 czerwone,
pozostałe zielone
T1..T19: BC548 lub
odpowiednik
T20: BD139 lub
odpowiednik
Różne
CON1: ARK2
Kompletny układ i pfyiki drukowane są dostępne w AVT pod oznaczeniem AYT-1190.
38
Elektronika Praktyczna S/9S
MINIPROJEKTY
JU-

IX
sl sl sl
-HN*
Rys. 2.
cie typowy sposób. Diody LED wlutujemy na samym końcu, lutując najpierw po jednej nóżce każdej diody. Następnie wyrównujemy okrąg tworzony przez diody i lutujemy pozostałe nóżki. Zmontowany ze sprawdzonych elementów układ wskaźnika nie wymaga uruchamiania ani regulacji. Przeznaczony jest do wzmacniaczy akus-
tycznych o mocy wyjściowej do 100W.
Uwaga: na płytce drukowanej, z braku miejsca, nie oznaczono numerów diod D29..D48. Ponieważ jednak wszystkie te diody są tego samego typu, to ich wluto-wanie nie powinno nastręczać kłopotów. SR
Rys. 1.
Elektronika Praktyczna 8/98
39
Miniprojekty
Mamy nadzieję, że liczba "13" nie będzie tym
razem dla nikogo pechowa - bo właśnie 13 Minipro-
jektów przygotowaliśmy dla Was w tegorocznym,
wakacyjnym wydaniu EP.
Gorqco zachęcamy do przejrzenia naszych propozycji gdyż w ich różnorodności każdy może znaleźć coś dla
siebie. Mamy przynajmniej takq nadzieję...
Zapraszamy więc na str. 34, gdzie znajduje się
pierwsza z naszych propozycji.
(Nie)parzyste utwory z płyty CD
Jedna z pierwszych na łamach EP prób przerobienia fabrycznego sprzętu HiFi. Odtwarzacz wyposażony w takq przystawkę nie będzie odtwarzał płyt z większq szybkościq, ale w pewnych sytuacjach może okazać się, że jest ona bardzo przydatna. Str. 59.
T Stoper na szkolnq olimpiadę...
Prezentacja konstrukcji mikroprocesorowego termostatu, którego "sercem" jest proce sor rodziny ST62, str. 21.
...przyda się wszystkim
"usportowionym" elektronikom, dla których będzie dużq pomocq podczas zawodów lekkoatletycznych. Pierwszq część opisu projektu przedstawiamy na str. 63.
Projekty Czytelników
Otrzymujemy od Was coraz więcej projektów i - co ciekawe - coraz bardziej złożonych. W tym numerze prezentujemy dwa niebanalne opracowania, których silnq strona jest dobrze napisane oprogramowanie. ^ Zapraszamy na str. 79.
Rozdzielacz telefoniczny
Pomimo widocznej na zdjęciu prostoty jest to bardzo "mqdre" urzqdzenie, znacznie ułatwiajqce podłqczenie dwóch telefonów do jednej linii telefonicznej, str. bb.
Elektronika Praktyczna S/9S
Zestaw > uruchomieniowy dla procesorów COP8SA
Procesory COP8 nie były do tej pory prezentowane w żadnym krajowym piśmie dla elektroników. W tym miesiqcu przedstawiamy jedno z podstawowych narzędzi, dzięki któremu można szybko rozpoczqć pracę z tymi bardzo interesujqcymi układami. Za miesiqc opublikujemy artykuł przybliża-jqcy tajniki architektury rodziny COP8. Str. 31.
Starter Kit dla systemu akwizycji danych i sterowania ADAM-5000
Zestaw prezentowany w artykule V można krótko
omówić w następu-jqcy sposób: "automatyka w pigułce". Wszystkich zainteresowanych zapraszamy na str. 30.
ZaMACHowy zestaw v
Yantis przygo- j * tował nie lada / gratkę dla użytkowników układów
programowanych w systemie MACH -zestaw zawie-rajqcy prosty programator, interfejs, dokumentację oraz doskonałe oprogramowanie narzędziowe. Str. 32.
Pakiet projektowy EDWin
Przyzwyczailiśmy się już do tego, że dobre programy narzędziowe muszq być drogie. Pakiet opisany w artykule zaprzecza temu twierdzeniu, o czym łatwo się przekonać
,zaglqdajqc na str. 27.
IKA
Nr 68
sierpień '98
Swiat hobby
^^ojekty zagraniczne
Elektroniczny miernik przyspieszenia........................................13
Notatnik Praktyka ^^^^^^^^^^^^^^^^^H
Pamięci EEPROM w systemach mikroprocesorowych..........17
T Raport ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^H
Programowany termostat, część 1 ..........................................21
[ Programy I^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^H
Pakiet projektowy EDWin...........................................................24
Monitor zasilania PM-22..............................................................29
Zestaw uruchomieniowy dla procesorów COP8SA...............31
ZaMACHowy zestaw...................................................................32
Automatyka
Sterowniki w sieci
Czterokanałowy wzmacniacz samochodowy
Prosty sonar..................................................................................
Miniaturowy generator szumu
Elektroniczny gong drzwiowy
Wskaźnik wysterowania
Elektroniczna perkusja
Tester układów cyfrowych
Układ sygnału alarmowego
Sterownik serwomechanizmu
Tor transmisji danych w podczerwieni
Wahadełko do zegara pseudoanalogowego
Sterownik reflektora dyskotekowego
Inteligentna czujka podczerwieni
'iiiniily ^^^^^^^^^^
Rozdzielacz telefoniczny
(Nie)parzyste utwory z płyty CD
Stoper na szkolnq olimpiadę, część 1
Interfejs PC, część 3....................................................................
34 35 36 37 38 40 41 43 45 46 49 51 53
55 59 63 óó
Nowe podzespoły.......................................................................75
Projekty Czytelń i kóv/^^^^^^^^^^^^^^^^^|
Tester7qcza RS-232......................................................................79
Stacja lutownicza........................................................................82
Forum................................................................................87
Biblioteka EP...................................................................88
Info Świat.........................................................................89
Info Kraj............................................................................91
Listy...................................................................................94
Kramik+Rynek................................................................95
Wykaz reklamodawców............................................110
h)&m$mm JLflfgrmator Elektroniczny.....................]
Wyniki konkursów..........................................................94
Elektronika Praktyczna S/9S
MINIPROJEKTY
Elektroniczna perkusja
Pr ez en t ujemy
kolejny, bardzo
efektowny elektroniczny
gadżet, który
wykonaliśmy w oparciu
o układ scalony firmy
Holtek. Tym razem jest
to symulator prostej
w wykonaniu
i uruchomieniu
perkusji, która może
pracować jako
automatyczny generator
rytmu lub jako zestaw
ręcznie wyzwalanych
instrumentów.
Prezentowane w artykule urządzenie mieści się idealnie w formule Miniprojekty -pojedynczy układ scalony potrafi zastąpić rozbudowane urządzenie wykonane w technice dyskretnej, zapewniając równie dobre brzmienie. Tak efektowny sukces konstrukcyjny można było odnieść dzięki znakomitemu układowi produkowanemu przez tajwańską firmę Holtek (kompletny katalog układów produkowanych przez tę firmę znajduje się na płycie CD-EP4). Schemat blokowy układu HT3012 przedstawiono na rys. 1.
Podobnie jak wszystkie inne układy Holteka, integruje on wszystkie moduły niezbędne do poprawnej pracy "perkusji". Próbki dźwięków są zapisane w wewnętrznej pamięci ROM, której zawartość jest przetwarzana do postaci analogowej w przetwór-
ALJD
o-RHM DEMO TEST2 TEST1 OLJTlB OJT2B THST3
Rys. 1.
Rys. 3.
niku C/A. Minimalizację liczby zewnętrznych elementów osiągnięto dzięki wbudowaniu >~ w strukturę układu generatora wzorcowego (częstotliwość jego pracy dobiera się przy pomocy zewnętrznego rezystora) oraz układu odczytu 6-przyciskówej klawiatury.
Na rys. 2 znajduje się schemat elektryczny "perkusji". Rezystor Rl odpowiada za częstotliwość taktowania (wzorcową), od której zależy brzmienie instrumentów. Zalecana wartość rezystancji tego rezystora (dla układu HT3012A) wynosi 32kTl Rezystor R2 ogranicza prąd bazy tranzystora Tl, który spełnia w urządzeniu rolę prostego wzmacniacza akustycznego.
Jak można zauważyć na schemacie elektrycznym, układ HT3012 został wyposażony w dwa dodatkowe wyjścia (OUTlB, 0UT2B), które nie zostały wykorzystane w prezentowanym urządzeniu. Można je wykorzystać do sterowania dwoma diodami LED, z których jedna - dołączona do OUTlB -jest prostym wskaźnikiem rytmu (migacza z częstotliwością 4Hz), druga natomiast spełnia rolę wskaźnika poziomu sygnału analogowego na wyjściu AVD. W przypadku stosowania diod LED, ich katody należy dołączyć do wyjść OUT1/2B, a anody (przez rezystor ok. 100Li) do plusa zasilania.
Sposób pracy układu kon-figurowany jest przy pomocy przycisków SW6 (RHM) i SW4 (DEMO). Przebieg "ścieżki" logicznej sterowania przedstawiono na rys. 3. Przyciski dołączone do wejść K1..4 umożliwiają, w trybie ręcznym, uruchamianie odtwarzania każdego instrumentu osobno. W trybie automatycznym te same przyciski powodują uruchomienie na stałe odpowiedniego generatora rytmu.
W układzie HT3012A przyciskom dołączonym do wejść K1..4 odpowiadają dźwięki następujących instrumentów: cymbałki, bęben taktowy, konga, werbel.
Dzięki ogromnej prostocie urządzenia możliwe było zmontowanie go na niewielkiej, jednostronnej płytce drukowanej, której mozaikę ścieżek przedstawiono na wkładce wewnątrz numeru. Na rys. 4 przedstawiono rozmieszczenie na niej elementów. Montaż jest bardzo prosty i nie wymaga szczególnego omawiania. Zalecane jest zastosowanie podstawki pod układ US1.
Urządzenie można zasilać z baterii lub zasilacza o napięciu wyjściowym 3..4,5V. Pobór prądu jest zależny od impedancji zastosowanego głośnika. RR
Rys. 4.
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl: 82kO R2: 100O Kondensatory
Cl: lOOnF C2: 47^F/lOV Półprzewodniki
USl: HT3012A
Tl: BC548 lub podobny
Różne
SW1..6: mikroprzełqczniki do
druku
SPK: głośnik miniaturowy
8.,40D
Kompletny układ i płytki drukowane są dostępne w AVT pod oznaczeniem AYT-1203.
40
Elektronika Praktyczna S/9S
MINIPROJEKTY
Tester układów cyfrowych
Chciałbym
zapropono wa ć
Czytelnikom EP
budowę kolejnego,
bardzo prostego
urządzenia
ułatwiającego
uruchamianie
i testowanie układów
cyfro wych. Jest
wyją tko wo proste
i łatwe do wykonania,
nawet dla
początk ują cych
kon str uktoró w.
Fakt, że tester zawiera tylko dwa łatwo dostępne i tanie układy scalone pozytywnie rzutuje na koszt jego wykonania. Jedynym ograniczeniem jest to, że proponowany układ będzie użyteczny jedynie dla właścicieli komputerów PC lub innych, z wbudowanym dwukierunkowym interfejsem CENTRONICS, tzn. pracującym w trybie BIDIRECTIONAL. W taki interfejs są wyposażone wszystkie obecnie produkowane komputery standardu PC, a i większość starszych modeli (począwszy od 486) posiada interfejs CENTRONICS umożliwiający dwukierunkową transmisję danych.
Jakie kłopoty sprawiają cyfrowe układy podczas ich uruchamiania wie każdy, kto kiedykolwiek zaprojektował i wykonał taki układ. Teoretycznie kłopotów nie powinno być wcale: jeżeli urządzenie zostało zaprojektowane poprawnie, a następnie układ połączeń został bezbłędnie przeniesiony na płytkę obwodu drukowanego, to urządzenie powinno "odpalić" natychmiast, nie przysparzając żadnych kłopotów konstruktorowi. Rzeczywistość bywa czasem inna. Widok elektronika wpat-
rzonego z obłędem w oczach w leżącą przed nim płytkę i dołączającego do niej coraz to nowe p r ób n i k i stanów lo-g iczny ch i diody LED mające zastąpić takie próbniki, których nie mamy w laboratorium zbyt wiele, jest
czymś codziennym w pracowni ko nstrukcyj nej. Nawet w prostym układzie cyfrowym występuje najczęściej wielka liczba zmiennych czynników, od których zależy poprawne działanie układu. Nie tylko jednoczesne analizowanie stanów logicznych w wielu punktach badanego układu jest czynnością niezwykle uciążliwą. Także wymuszanie na różnych wejściach określonych poziomów logicznych, za pomocą prowizorycznie dołączanych przełączników czy przez zwieranie ścieżek do masy lub plusa zasilania, jest niewygodne i niepraktyczne. Proponowany układ eli-
minuje wszystkie te kłopoty. Pozwala na ustawienie w ośmiu punktach uruchamianego układu dowolnych stanów logicznych, a także na odczytanie z ośmiu punktów układu panujących na nich stanów. Sposób działania testera zależeć będzie od aktualnych potrzeb użytkownika i jego inwencji. W zasadzie nie ma żadnych ograniczeń co do liczby przekazywanych do badanego urządzenia sekwencji stanów logicznych. Może ich być tyle, ile pomieści pamięć komputera, czyli sporo.
Schemat elektryczny układu testera pokazano na rys. 1. Układ został zbudowany z wykorzystaniem zaledwie dwóch układów scalonych. Układ IC1 -74LS244 pełni rolę bufora wejściowego, a IC2 - 74LS374 wyjściowego. Wszystkie funkcje pełnione przez te układy są sterowane z komputera, za pośrednictwem portu dwukierunkowego. Dlatego też jakąkolwiek analizę pracy układu można przeprowadzić jedynie w połączeniu z poleceniami wysyłanymi do niego przez komputer. Opis podzielimy na dwie części: wy-
Elektronika Praktyczna S/9S
41
MINIPROJEKTY
Rys. 2.
syłanie sekwencji stanów logicznych do badanego urządzenia i ich odbieranie.
Wejście zezwolenia układu IC2 zostało na stałe zwarte do masy, co powoduje, że wpisane do niego dane są po każdym impulsie zegarowym przekazywane na jego wyjścia Q0..Q7. Załóżmy, że potrzebujemy wysłać do badanego urządzenia kolejną sekwencję stanów logicznych. W tym celu musimy wykonać następujące czynności:
1. Wysłać na szynę danych interfejsu CENTRONICS liczbę odpowiadającą potrzebnej kombinacji stanów logicznych. Liczba ta może być dziesiętną lub szesnastkową reprezentacją słowa binarnego tej kombinacji. Dla przykładu: jeżeli na wyjściu naszego testera chcemy uzyskać stany 11001100, to na szynę danych musimy wysłać liczbę 204 (szestnastkowo &HCC). Czynimy to za pomocą polecenia (BASIC):
OUT &H [adres bazowy interfejsu], 204
Jeżeli do sterowania naszym układem wykorzystamy port LPTl, to jego adres bazowy najczęściej wynosi 378
miało postać: OUT&H378, 204
Po wysłaniu do interfejsu danej liczby, na wyjściu szyny danych i na wejściach bufora IC2 występuje żądana sekwencja stanów logicznych.
2. Kolejnym krokiem będzie przepisanie danych z wejść bufora IC2 na jego wyjście i dalej, do badanego urządzenia. Wejście zegaro-
HEX) i polecenie będzie
we bufora dołączone zostało do wyjścia STROBE rejestru dwukierunkowego interfejsu CENTRONICS. Rejestr ten posiada cztery wejścia - wyjścia, z których w naszym układzie wykorzystujemy dwa. Rejestr dwukierunkowy posiada jedną cechę, nieco utrudniającą posługiwanie się nim: bity 0, 1 i 3 są poddawane inwersji. Aby uniknąć kłopotów podczas programowania tego rejestru, w tab. 1 zawarto kombinacje stanów logicznych na wyjściach rejestru dwukierunkowego, odpowiadające kolejnym liczbom z zakresu 0..15 podanym na jego wejście. Interesujące nas kombinacje zawarte są w zacieniowa-nych polach.
Aby przepisać informacje z wejścia ICl na jego wyjście konieczne będzie zatem wysłanie następujących liczb pod adres o 2 wyższy od adresu bazowego portu LPTl (lub innego):
- OUT &H3 7A, 2
- OUT &H3 7A, 1
Wysłanie tych liczb spowoduje powstanie na wejściu zegarowym CLK IC2 krótkiego impulsu, którego dodatnie zbocze spowoduje przepisanie informacji z wejść na wyjścia i ich "zatrzaśnięcie" do czasu wpisania nowych danych. Z wyjść IC2 stany logiczne zostają przekazywane za pośrednictwem złącza JPl do badanego układu.
Warto zauważyć, że podczas wykonywania operacji przepisywania danych w układzie IC2, na wejściu zezwolenia bufora ICl panował zawsze stan wysoki, powodujący ustawienie wszystkich wyjść tego układu w stan wysokiej impedancji.
Aby dokonać odczytu stanu wszystkich wejść układu IV+Cl, wystarczy wysłać do rejestru dwukierunkowego liczbę 9. Spowoduje to wystąpienie niskiego stanu logicznego na wyjściu SELECT i w konsekwencji tego układ ICl stanie się "przezroczysty" umożliwiając odczytanie stanu z ośmiu punktów badanego urządzenia, dołączonych do złącza JP2.
Na rys. 2 została pokazana mozaika ścieżek płytki drukowanej wykonanej na la-
Tab. 1
OUTSELECT 0 1 NIT AUTO STROBE 0 1 1
1 1 0 1 0
2 1 0 0 1
3 1 0 0 0
4 1 1 1 1
5 1 1 1 0
6 1 1 0 1
7 1 1 0 0
8 0 0 1 1
9 0 0 1 0
10 0 0 0 1
11 0 0 0 0
12 0 1 1 1
13 0 1 1 0
14 0 1 0 1
15 0 1 0 0
BIT 3 2 1 0
minacie dwustronnym oraz rozmieszczenie na niej elementów. Z montażem układu nikt nie będzie miał z pewnością najmniejszego kłopotu. Jedynie włożenie w płytkę złącza CONl wymaga nieco zręczności, ze względu na znaczną liczbę cienkich wyprowadzeń. Zmontowany ze sprawdzonych elementów układ nie wymaga, oczywiście jakiegokolwiek uruchamiania i od razu jest gotowy do pracy.
Aby sprawdzić poprawność jego działania warto napisać króciutki program w BASIC-u, który przedstawiono na list. 1. Program ten wysyła kolejne liczby od 0 do 255 na wyjście szyny danych, przepisuje je do bufora wyjściowego i następnie odczytuje dla sprawdzenia dane z jego wyjść. Dla dokonania sprawdzenia działania układu jest niezbędne wykonanie krótkiego kabla taśmowego, którym połączymy ze sobą złącza JPl i JP2.
WYKAZ ELEMENTÓW
Kondensatory
Cl: 220^F/10V C2: lOOnF Półprzewodniki
ICl: 74LS244
IC2: 74LS374
Różne
CONl: złqcze standardu
CENTRONICS lutowane
w płytkę
JPl, JP2: 2x5 goldpin
Dwa odcinki ok. 15cm
przewodu taśmowego 10-
żyłowego
18 chwytaków
miniaturowych
2 miniaturowe krokodylki
2 złgcza zaciskane 10 pinów
1 złgcze ZFC10
Kompletny układ i płytki drukowane są dostępne w AVT pod oznaczeniem AVT-1181.
Układ powinien być zasilany stabilizowanym napięciem +5V. Dla ułatwienia sobie pracy warto wykonać dwa komplety przewodów zakończonych z jednej strony zaciskanym wtykiem 10-pinowym, a z drugiej miniaturowymi chwytakami pozwalającymi na łatwe dołączenie końcówek pomiarowych do badanego układu. Konieczne będzie także połączenie masy testera z masą badanego urządzenia i w tym celu przewód doprowadzony do pinów 2 JPl i JP2 warto zakończyć małym krokodylkiem. Warto zauważyć, że do pinów 4 złącz JPl i JP2 został doprowadzony dodatni biegun zasilania testera. Umożliwi to łatwe zasilenie przyrządu z badanego układu. Zbigniew Raabe, AVT
List. 1.
OUT &H3 7A, 1
FOR R|= II TO 255
OUT &H378, R
REM Wysłanie danych na wyjście szyny danych interfejsu
CENTRONICS
PRINT R,
REM Wydrukowanie wysłanej liczby na ekranie
OUT &H3 7A, 2
REM Przepisanie danych na wyjścia IC2
FOR XI= II TO 10 0: NEXT X
REM Pętla opóźniająca
OUT &H3 7A, 1
OUT &H3 7A, 9
REM Zezwolenie na odczyt danych zlwyjść ICl
Al= INP(&H378)
REM Odczytanie danych zlwyjść ICl
PRINT A
REM Wydrukowanie odczytanych danych na ekranie wlcelu
porównania
FOR XI= II TO 10 0: NEXT X
REM Pętla opóźniająca
OUT &H3 7A, 1
FOR Tl= II TO 50000: NEXT T
Elektronika Praktyczna 8/98
MINIPROJEKTY
Układ sygnału alarmowego
Większość syren
alarmowych działała
w dość podobny
sposób. Po dołączeniu
napięcia zasilającego
lub podaniu na układ
sygnału wyzwalającego
syrena od razu "rusza
pełną parą" i od
początku działania
generuje przeraźliwy
sygnał alarmowy. Nie
zawsze jest to
korzystne, a na wet
bezpieczne.
W przypadku fałszywego alarmu, wywołanego niechcący przez użytkownika, nagły sygnał o dużym natężeniu wywołuje niepotrzebne stresy, a wiele osób zniechęca do stosowania układów alarmowych. Syreny alarmowe nie są stosowane wyłącznie w systemach prze-ciww łamani owych. Stosujemy je także jako urządzenia sygnalizacyjne w urządzeniach nadzorujących procesy technologiczne czy też w najróżniejszych systemach dozoru. I tu także zbyt donośny sygnał najczęściej nie jest potrzebny od razu. W zupełności wystarczy wstępne ostrzeżenie sygnałem o małym
natężeniu i dopiero w przypadku braku reakcji ze strony obsługi urządzenia czy systemu nadzoru sygnał powinien stopniowo zwiększać moc aż do osiągnięcia maksimum głośności.
Stopniowanie głośności sygnału zostało w propono-
wanym układzie rozwiązane dość nietypowo. Jako źródło sygnału zastosowano przetwornik piezoceramicz-
ny w obudowie tubowej, mogący generować sygnał o bardzo dużym (do HOdB) natężeniu dźwięku. Po-
P1EZ0
Rys. 1.
Elektronika Praktyczna S/9S
43
MINIPROJEKTY
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
PR1..PR8: 200kQ
potencjometr montażowy
miniaturowy
Rl: 24kQ
R2: 47kQ
R3..R10: 3,3kQ
Rl 1: lOOka
R12: 220kQ
R13: 1,5MQ
Kondensatory
Cl: lnF
C2: 22nF
C3: 10jiF/16V
C4, Có: 47^F/1ÓV
C5: 680 nF
C7: lOOnF
Półprzewodniki
IC1: 4049
IC2: NE555
IC3: 4520
IC4: 4028
IC5: 4093
T1..T8: BC548 lub
odpowiednik
Różne
CON1: ARK2 (3,5mm)
Ql: przetwornik piezo
z obudowg tubowg (np.
typu PCA-105 Cerad)
Kompletny układ i płytki drukowane są dostępne w AVT pod oznaczeniem AVT-1188.
wszechnie wiadomo, że przetworniki pie-
zoceramiczne osiągają pełną sprawność jedynie przy podaniu na nie sygnału o częstotliwości równej częstotliwości rezonansowej przetwornika. Zasilenie elementu piezo sygnałem o innej częstotliwości spowoduje znaczne osłabienie generowanego sygnału i właśnie to zjawisko wykorzystano w proponowanym układzie sygnalizatora.
Do budowy urządzenia wykorzystano wyłącznie tanie i łatwe do nabycia elementy - typowe układy scalone CMOS i jeden układ typu NE555. Także wykonanie układu nie przysporzy najmniejszych kłopotów nawet niezbyt wprawnym konstruktorom.
Generowany przez układ dźwięk jest dość nietypowy, nie tylko ze względu na stopniowanie jego głośnoś-
ci. W niczym nie przypomina on typowych syren, których dźwięk jest podobny do sygnału syreny karetki Pogotowia Ratunkowego czy Policji. Każdy alarm może niekiedy włączyć się bez powodu. Obiekty z instalacją alarmową są często zlokalizowane blisko jezdni, co niejednokrotnie powoduje fałszywe alarmy. Sam kilkukrotnie znalazłem się w sytuacji, kiedy jadąc samochodem usłyszałem dźwięk syreny. W takiej sytuacji pierwszym obowiązkiem każdego kierowcy jest natychmiastowe ustąpienie z drogi pojazdowi uprzywilejowanemu. Tymczasem nerwowe rozglądanie się w poszukiwaniu takiego pojazdu, gdy włączył się zwykły alarm, spowoduje znaczne zamieszanie na jezdni. Z tych właśnie powodów zdecydowałem się na zastosowanie sygnału przerywanego.
Na rys. 1 pokazano schemat elektryczny układu sygnalizatora. Analizę schematu rozpoczniemy od momentu włączenia zasilania, który jest jednocześnie początkiem aktywnego działania sygnalizatora. Sygnał dźwiękowy jest wytwarzany przez generator a-stabilny zbudowany z wykorzystaniem układu NE555 (IC2). Częstotliwość pracy tego generatora jest określona pojemnością kondensatora Cl i wartością rezystancji rezystora R2, Rl i jednego z aktualnie dołączonych do plusa zasilania potencjometrów montażowych PR1..PR8. Każdy z potencjometrów może być połączony z dodatnim biegunem zasilania za pośrednictwem jednego z tranzystorów T1..T8.
Wejście RST licznika 4520 (IC3B) jest początkowo zwarte do plusa zasilania za pośrednictwem kondensatora C3 i dopiero po jego naładowaniu licznik uzyskuje możliwość zliczania impulsów. Wyjścia licznika są połączone z wejściami dekodera kodu BCD na kod 1 z 10 (IC4 -4028). Na wejście zegarowe (w naszym układzie jako wejście zegarowe wykorzys-
tano wejście zezwolenia EN, co jest całkowicie zgodne z zasadami
stosowania kostki 4520) podawany jest ciąg impulsów tworzonych przez generator zbudowany na bramce NAND z histerezą - IC5C. W miarę docierania na wejście EN kolejnych impulsów, licznik IC3B zmienia swój stan i jednocześnie stan wysoki na wyjściach dekodera IC4 "przesuwa się" na coraz wyższe pozycje. Powoduje to kolejne włączanie (tylko jednego) tranzystorów T1..T8 i dołączanie do plusa zasilania kolejnych potencjometrów montażowych, określających częstotliwość pracy generatora IC2. Druga połówka kostki 4520 została wykorzystana jako dodatkowy dzielnik częstotliwości, zapewniający dostarczanie na wejścia wzmacniacza mocy BTL (mostkowego), zbudowanego z inwerterów zawartych w strukturze układu scalonego 4049 -ICl, impulsów o wypełnieniu równym dokładnie 50%.
Decydującym momentem będzie osiągnięcie przez licznik IC3B stanu 0111BIN, co spowoduje powstanie stanu wysokiego na wyjściu Q7 dekodera IC4. Stan ten, po zanegowaniu przez bramkę IC5D, zostanie doprowadzony do jednego z wejść bramki IC5C i natychmiastowe wstrzymanie pracy generatora taktującego. Od tego momentu licznik IC3B przestaje pracować i częstotliwość pracy generatora IC2 zależy już tylko od ustawionej wartości potencjometru montażowego PR5. Oczywiste jest, że musi to być częstotliwość dwukrotnie większa od częstotliwości rezonan-
sowej zastosowanego przetwornika piezo - Ql.
Przez cały czas działania układu sygnalizatora generator z bramką IC5B wytwarza sygnał częstotliwości ok. lHz kluczujący pracę generatora IC2. Powoduje to przerywania generowanego sygnału akustycznego.
Na rys. 2 pokazano rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej. Montaż wykonujemy w typowy sposób, rozpoczynając od elementów o najmniejszych gabarytach, a kończąc na wlu-towaniu kondensatorów elektrolitycznych. Pod układy scalone warto zastosować podstawki.
Układ zbudowany ze sprawdzonych elementów nie wymaga uruchamiania, ale jedynie prostej regulacji polegającej na ustawieniu za pomocą potencjometrów montażowych żądanych częstotliwości pracy generatora IC2. Tylko jedna z tych częstotliwości, ostatnia w kolejności, jest krytyczna i powinna być dwukrotnie większa od częstotliwości rezonansowej przetwornika. Jej wartość ustalamy doświadczalnie, regulując potencjometr PR5 tak, aby uzyskać największe natężenie dźwięku. Wartości pozostałych częstotliwości, ustawianych za pomocą potencjometrów montażowych innych niż PR5, są w zasadzie dość dowolne i powinny zostać dobrane tak, aby generowany przez nasz układ sygnał dźwiękowy stawał się coraz głośniejszy i bardziej słyszalny. Częstotliwości te mogą być zarówno wyższe jak i niższe od częstotliwości rezonansowej przetwornika piezo. SR
44
Elektronika Praktyczna 8/98
MINIPROJEKTY
Sterownik serwomechanizmu
Z serwomechanizmami,
urządzeniami
el ek tro m ech a ni cz nym i
stanowiącymi
znakomite
"przełożenie" pomiędzy
układem
el ektr oni cznym,
a mechanicznym,
spotkaliśmy się już na
łamach EP. Tym razem
prezentujemy opis
konstrukcji
elektronicznego układu
sprzężenia zwrotnego,
który może znaleźć
zastosowanie
w amatorskich
ko n str uk cja ch
serwomech a nizm ów.
Nietypowy serwomechanizm, wykorzystujący gotowe elementy przekładni mechanicznych i silniki o mocy większej od stosowanych w modelarstwie, jest możliwy do wykonania nawet przez zupełnego profana mechaniki precyzyjnej. Jeżeli posiadamy gotową przekładnię z zamontowanym do niej silnikiem elektrycznym prądu stałego, to czynności potrzebne do wykonania ograniczą się w zasadzie do zamocowania potencjometru sprzężenia zwrotnego i przeprowadzenia potrzebnych przewodów.
Do czego jednak taki serwomechanizm może być użyteczny? Sądzę, że zastosowań można znaleźć setki. Posłużmy się prostym przykładem, jednym z wielu możliwych. Posiadamy dachową antenę telewizyjną, ale mieszkamy w takim rejonie kraju, że odbiór wszystkich możliwych do odebrania programów telewizyjnych wymaga zmiany skierowania anteny, a więc częstego obracania jej o różne, zależne od azymutu odbieranej stacji kąty. Wchodzenie na dach raczej odpada i dobrze byłoby mieć
w mieszkaniu małe pokrętło, którego obroty antena mogłaby naśladować. W ten sposób, siedząc wygodnie w fotelu moglibyśmy obracać anteną umieszczoną daleko od nas, na dachu wysokiego budynku. Zastosowanie ser-wa modelarskiego nie jest możliwe, ponieważ jego moment obrotowy jest wprawdzie dość duży, ale z pewnością niewystarczający do poruszenia ciężkiej anteny
(produkowane są wprawdzie serwa o wystarczającej do tego celu mocy, ale ze względu na cenę lepiej o nich zapomnieć).
A może dałoby się wykorzystać do poruszania anteny np. stary silnik od wycieraczek samochodowych, który można nabyć na złomowisku za kilka złotych? Potrzebny byłby jedynie prosty układ elektroniczny, który badałby aktualny kąt
CON1
Rys. 1.
Elektronika Praktyczna S/9S
45
MINIPROJEKTY
ustawienia anteny i korygował go względem kąta ustawienia manipulatora. Budowę takiego właśnie układu chciałbym dzisiaj zaproponować moim Czytelnikom.
Proponowany układ, pomimo że może spełniać niezwykle pożyteczne funkcje, jest wręcz śmiesznie prosty i tani, a jego budowa nie nastręczy kłopotów nawet zupełnie początkującym konstruktorom.
Schemat elektryczny proponowanego układu pokazano na rys. 1. Jak widać, wzmianka o prostocie układu nie była pozbawiona podstaw: na schemacie widzimy zaledwie jeden podwójny wzmacniacz operacyjny i cztery tranzystory, nie licząc garstki rezystorów i kilku kondensatorów.
Zadaniem układu jest porównywanie ze sobą dwóch napięć: podawanego na wejście CON2 i uzyskiwanego ze środkowego wyprowadzenia potencjometru Pl oraz dążenie do wyrównania tych napięć. Potencjometr Pl jest połączony z wałem napędowym mechanizmu wykonawczego i wraz z nim obraca się o pewien kąt. Zresztą, niekoniecznie się obraca, można także zastosować potencjometr suwakowy, śledzący wzdłużne poruszenia układu wykonawczego, a nawet potencjometr wieloobro-towy (serwa z takimi potencjometrami są stosowane przez modelarzy budujących pływające modele żaglowców).
Dwa wzmacniacze operacyjne pracują w typowym i często stosowanym w naszych konstrukcjach układzie komparatora okienkowego. Zastosowanie "okienka" na-
pięciowego jest konieczne do zmniejszenia precyzji działania układu. Gdybyśmy nie zastosowali takiego rozwiązania, to silnik układu wykonawczego, na skutek jego bezwładności, nigdy by się nie zatrzymywał, nieustannie korygując nieistotne dla działania urządzenia, bardzo małe różnice napięć.
Silnik elektryczny układu wykonawczego został włączony na przekątnej mostka utworzonego z czterech tranzystorów mocy T1..T4. Pojawienie się "stanu wysokiego" na wyjściu wzmacniacza IClB powoduje spolaryzowanie bazy tranzystora T2, a w konsekwencji także bazy tranzystora T3. Prąd elektryczny zaczyna płynąć w obwodzie T3 - silnik - T2, powodując obracanie się silnika w kierunku wskazówek zegara (oczywiście, wyłącznie umownie). Wraz z silnikiem obraca się suwak potencjometru i w momencie, kiedy napięcie na suwaku znajdzie się w okienku napięciowym określonym wartością R4 i R5, na wyjściu wzmacniacza IClB powstanie "stan niski". Tranzystory T2 i T3 przestaną przewodzić i silnik zatrzyma się w stabilnej pozycji. Jeżeli teraz napięcie na wejściu układu ulegnie zmianie (na skutek celowej regulacji), to konsekwencją wystąpienia "stanu wysokiego" na wyjściu jednego ze wzmacniaczy będzie przewodzenie jednej z par tranzystorów w mostku i obracanie się silnika aż do momentu wyrównania napięć.
Na rys. 2 pokazano rozmieszczenie elementów na płytce obwodu drukowanego. Widok mozaiki ścieżek
znajduje się na wkładce wewnątrz numeru.
Montaż układu wykonamy w typowy sposób, rozpoczynając od elementów o najmniejszych gabarytach. Zmontowane urządzenie nie wymaga uruchamiania, ale za to potrzeba je dokładnie wyregulować. Wartości elementów oznaczone na schemacie są w zasadzie zupełnie przypadkowe. Po prostu takie elementy zostały zastosowane, aby w warunkach laboratoryjnych sprawdzić poprawność pracy układu. W konstrukcji praktycznej będą ściśle zależały od rodzaju wykonywanego urządzenia.
Ponieważ nie wiem, jakie to będzie urządzenie, mogę podać Warn tylko ogólne wskazówki dotyczące doboru wartości elementów oznaczonych na schemacie gwiazdkami. Maksymalny kąt obrotu potencjometru Pl może być w praktyce bardzo różny i zawierać się pomiędzy ok. 270�, a nawet kilku stopniami. Wartości rezystancji tego potencjometru także jeszcze nie znamy i dlatego także rezystory Rl i R2 będzie trzeba dobrać doświadczalnie. Najmniej problemów będzie ze źródłem napięcia wejściowego dostarczanego na złącze CON2 (pin 3). Najprawdopodobniej zastosujecie potencjometr, być może także z dołączonymi rezystorami ograniczającymi zmianę napięcia na jego środkowym wyprowadzeniu. W każdym razie nasz układ jest właściwie dopiero półfabrykatem, przy pomocy którego możecie wykonać użytkowe urządzenie.
W układzie modelowym zastosowane zostały tranzys-
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Pl: 470kQO
Rl, R2: 20kQ O
R3, R6, R7, R8, R9, RIO:
510Q
R4: 15kQ O
R5: 150kQ (*)
Kondensatory
Cl: 1 nJ=/16V
C2: 100^F/25V
C3: lOOnF
Półprzewodniki
IC1: LM358
Tl, T2: BD139
T3, T4: BD140
Pozostałe
CON1: ARK2 (3,5mm)
(*) patrz uwagi w tekście
Kompletny układ i płytki drukowane są dostępne w AVT pod oznaczeniem AYT-1189.
Rys. 2.
tory mocy typu BD139 i BD140 i takie elementy będą dostarczane w kicie. Nic jednak nie stoi na przeszkodzie, aby wymienić je na "mocniejsze" tranzystory, a nawet, licząc się z dużymi obciążeniami zastosować tranzystory MOSFET. AR
46
Elektronika Praktyczna 8/98
MINIPROJEKTY
Tor transmisji danych w podczerwieni
Proponujemy
uniwersalny układ do
przesyłania sygnałów
cyfro wych
z wykorzystaniem
promienio wania
podczerwonego.
Umożliwia on
transmisję danych na
odległość kilku -
kilkunastu metrów,
jednak raczej wewnątrz
pomieszczeń.
Zdalne sterowanie na otwartej przestrzeni za pomocą naszego układu jest także możliwe, ale z zasady otrzymamy wtedy mniejszy zasięg sterowania.
Prawdę mówiąc, proponowany układ jest pewnego rodzaju namiastką toru transmisyjnego z prawdziwego zdarzenia, wykorzystującego do przenoszenia danych fale radiowe. Niestety, zbudowanie nadajnika i odbiornika, które mogłyby spełnić surowe wymagania aparatury RC do sterowania modeli nie jest na razie możliwe (choć próby i eksperymenty dokonywane w pracowni konstrukcyjnej AVT trwają nadal) i opisany poniżej układ może stanowić ich skromną namiastkę. Nadaje się on do kierowania prostymi modelami i zabawkami poruszającymi się na zamkniętym obszarze, w domu lub nawet w sporej szkolnej sali gimnastycznej. Należy sądzić, że układ będzie pracował poprawnie także przy użyciu go do kierowania modeli pływających, testowanych w krytych basenach.
Zdalne sterowanie w trybie proporcjonalnym nie
ogranicza się jednak wyłącznie do kierowania modelami. Sterować możemy także wszelkiego rodzaju makietami, stosowanymi do celów reklamowych czy roz-rywkow yc h , a nawet urzą- L. dzeniami prze- ' myślowymi. Wszędzie tam, gdzie kierowane urządzenie jest nieruchome, nasz układ spełni pokładane w nim nadzieje, umożliwiając pewną transmisję danych na podane wyżej odległości. W przypadku sterowania obiektów będących w ruchu, zasięg z zasady będzie mniejszy, lecz w wielu przypadkach całkowicie wystarczający.
Zastosowanie naszego układu nie ogranicza się tylko do współpracy z koderem - dekoderem zdalnego sterowania w systemie proporcjonalnym. Może on być wykorzystany wszędzie tam, gdzie będziemy potrzebowali przesłać informację na odległość kilkunastu metrów. Można go zastosować w bardziej lub mniej rozbudowa-
Ucc
Input
QND
nych układach pilotów zdalnego sterowania, przy kierowaniu centralami alarmowymi i innymi urządzeniami.
Schemat elektryczny układu został pokazany na rys. 1. Układ składa się z dwóch części: nadajnika i odbiornika, pracujących z falą nośną modulowanej podczerwieni. Nadajnik, którego schemat zajmuje górną część rysunku został zbudowany w oparciu o scalony multiwibrator NE555. Częstotliwość pracy generatora jest określona pojemnością kondensatora Cl i rezystancją rezystorów Rl, R2 i PRl. Z wyjścia generatora Qjest
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
PRl: 200kO
Rl: 24kO
R2: 120kO
R3: 24O/U5W
R4: 120D
R5: 3,3kO
Ró: 15kO
Kondensatory
Cl: lOOpF
C2: 22nF
C3: 47^F/1ÓV
C4, CÓ: lOOnF
C5: 47^F/10V
Półprzewodniki
IC1: TFMS5360
IC2: NE555
IC3: 78L05
Tl: BUZ11, BUZ10
T2: BCS48 lub odpowiednik
DL D2, D3, D4: diody
nadawcze IRED
Różne
CON1, CON2: ARK3
(3,5171171)
Kompletny układ i płytki drukowane są dostępne w AVT pod oznaczeniem AYT-1137.
Rys. 1.
46
Elektronika Praktyczna S/9S
MINIPROJEKTY
Rys. 2.
sterowana bramka tranzystora MOSFET - Tl, który zasila cztery połączone szeregowo diody IRED D1..D4.
Zastosowanie tranzystora MOSFET daje nam możliwość zastosowania relatywnie dużego prądu płynącego przez diody nadawcze, co z kolei pozwala na zwiększenie zasięgu działania urządzenia.
Sygnał kluczujący pracę nadajnika jest podawany Z układu sterującego na wejście INPUT, a następnie doprowadzany jest do wejścia zezwolenia generatora. Stanem aktywnym wejścia jest stan wysoki, przy stanie niskim generator wstrzymuje pracę. Nadajnik musi być zasilany napięciem stałym z przedziału 5..15VDC.
Odbiornik toru transmisyjnego został zbudowany z zastosowaniem jednego, dobrze nam znanego układu scalonego, którym jest popularny odbiornik podczerwieni typu TFMS5360. Układ zawiera w swojej strukturze fotodiodę odbiorczą, wzmacniacz wstępny, układ ARW (Automatycznej Regulacji Wzmocnienia), filtr o bardzo stromej charakterystyce przepuszczający jedynie sygnał o właściwej częstotliwości oraz układ detekcyjny. Na
wyjściu układu znajduje się tranzystor z kolektorem dołączonym do plusa zasilania poprzez rezystor lOOkD. Po odebraniu ciągu impulsów o właściwej częstotliwości, tranzystor ten zwiera wyjście układu do masy.
Do naszych celów układ ten nadaje się wiec idealnie: jest absolutnie nieczuły na światło widzialne, ani nawet na podczerwień niemo-dulowaną lub modulowaną niewłaściwą częstotliwością. Zastosowanie tego podzespołu nie tylko więc znakomicie upraszcza projekt, ale daje pełną gwarancję, że układ będzie pracował poprawnie przy prawie każdych warunkach zewnętrznych.
Układ TFMS5360 ma jedną, na szczęście łatwą do skompensowania wadę. Mianowicie sygnał wyjściowy jest, w stosunku do sygnału sterującego pracą nadajnika zanegowany. Dlatego też w naszym układzie zastosowaliśmy tranzystor T2, który pełni jednocześnie funkcję inwertera i wzmacniacza wyjściowego.
W układzie zastosowano scalony stabilizator napięcia typu 78L05, który zapewnia właściwe napięcia dla układu TFMS, niezależnie od napięcia zasilania układu, do którego odbiornik będzie dołączony. Jeżeli jednak napięcie zasilania układu współpracującego będzie mniejsze niż 7V, to zamiast scalonego stabilizatora IC3 musimy zastosować rezystor o wartości 100..200D, oznaczony na schemacie i na płytce jako Ralt(ern a tywny).
Na rys. 2 pokazano rozmieszczenie elementów na płytkach drukowanych, których mozaiki ścieżek znajdują się na wkładce wewnątrz numeru. Płytki zostały zaprojektowane na laminacie jednostronnym, a ich zmontowanie nie wymaga szczegółowego komentarza. Jak zwykle, zalecam zastosowa-
nia podstawki pod układ scalony, a montaż rozpocząć od elementów o najmniejszych gabarytach.
Zmontowany z dobrych elementów układ nie wymaga jakiegokolwiek uruchamiania, ale jedynie prostej regulacji polegającej na ustawieniu za pomocą potencjometru montażowego PRl częstotliwości fali nośnej generowanej przez IC2. Jeżeli posiadamy miernik częstotliwości, to regulacja będzie polegała wyłącznie na ustawieniu, za pomocą potencjometru montażowego PRl, częstotliwości pracy generatora (częstotliwości nośnej). Częstotliwość ta zależy od typu zastosowanego układu TFMS (najczęściej stosujemy układ TFMS5360 o częstotliwości roboczej 3 6kHz). W przypadku braku miernika częstotliwości możemy poradzić sobie w następujący sposób:
1. Włączamy odbiornik i doprowadzamy na jego wejście sygnał sterujący. Może to być sygnał pobierany z wyjścia kodera sterowania proporcjonalnego lub dowolny inny przebieg prostokątny o częstotliwości ok. 500Hz i amplitudzie zbliżonej do napięcia zasilania testowanego nadajnika. Następnie pokręcając potencjometrem montażowym PRl staramy się uzyskać poprawny odbiór sygnału. Możemy to stwierdzić na podstawie poprawnego działania układu sterowanego przez odbiornik, albo zapalania się diody LED dołączonej prowizorycznie pomiędzy kolektor tranzystora T2 i napięcie zasilania (oczywiście, z rezystorem ograniczającym prąd tej diody).
2. Następnie odsuwamy odbiornik od nadajnika aż do momentu zaniku transmisji. Po kolejnej regulacji częstotliwości fali nośnej powinniśmy ponownie uzyskać poprawny odbiór.
3. Omówioną wyżej czynność powtarzamy kilkakrotnie aż do uzyskania optymalnego dostrojenia częstotliwości nośnej nadajnika.
Na zakończenie kilka uwag praktycznych. Istotną sprawą jest właściwe umiejscowienie odbiornika względem nadajnika. Jeżeli będziemy sterować urządzeniem , które nie będzie się poruszać, to odbiornik TFMS musi być ustawiony tak, aby jak najlepiej "widział" układ nadajnika. Jeżeli jednak nasz tor transmisji danych wykorzystamy do kierowania np. modelem pojazdu, to odbiornik lepiej zamocować tak, aby układ TFMS był skierowany w górę, na sufit pomieszczenia. Nadajnik także można skierować w stronę sufitu, co pozwoli na wykorzystanie światła odbitego, równomiernie rozproszonego w pomieszczeniu.
Na płytce drukowanej odbiornika umieszczone zostało jeszcze jedno, nie pokazane na schemacie złącze. Są to po prostu 3 goldpiny połączone równolegle ze złączem CON2. Umożliwiają one dołączenie odbiornika do części wykonawczej układu zdalnego sterowania za pomocą typowego, trójżyłowego kabla stosowanego w aparatach RC. Prawidłowo zestrojony tor przenosi sygnały o częstotliwości 0..800Hz. Zbigniew Raabe, AVT
Elektronika Praktyczna 8/98
47
MINIPROJEKTY
Wahadełko do zegara pseudoanalogowego
W jednym
z poprzednich
numerów EP opisaliśmy
konstrukcję zegara
p seudoanalogo wego,
wykorzystującego diody
LED jako wskazówki.
Wtedy obiecałem
swoim Czytelnikom
dalszą rozbudowę tej
konstrukcji
i uzupełnienie
o elementy dodatkowe,
podnoszące jej
atrakcyjność. Bardzo
się cieszę, że tak
szybko mogę dotrzymać
słowa i dostarczyć
Warn opis
interesującego "bajeru",
który dołączony do
wykonanego wcześniej
zegara, z pewnością
sprawi, że ta trochę
dziwna konstrukcja
stanie się jeszcze
bardziej ekscentryczna.
Proponowanym układem jest proste urządzenie symulujące ruch wahadła w staroświeckim zegarze mechanicznym. Klasyczne, majestatycznie poruszające się wahadło zostało zastąpione, podobnie jak wskazówki zegara, rzędem diod LED. Układ ma charakter zabawki, ale nie widzę powodu, dla którego zmęczeni kłopotami codziennego życia nie moglibyśmy się trochę pobawić. Im bowiem więcej zostało dziecka w dorosłym człowieku, tym lepiej dla jego charakteru.
Układ, który za chwilę opiszę, nie symuluje ruchu wahadła mechanicznego zbyt dobrze. Wahadło, jak łatwo stwierdzić doświadczalnie, nie porusza się ze stałą prędkością, ale nieustannie ją zmienia, zgodnie z wzorami, których uczyliśmy się w szkole. Ruch punktu świetlnego symulującego wahadło zegara odbywa się ze stałą prędkością.
Mam nadzieję, że Czytelnicy wybaczą mi to uproszczenie, mające na celu potanienie konstrukcji i ułatwienie jej wykonania.
Na rys. 1 pokazano schemat elektryczny elektronicznego wahadła. Jak widać, układ jest banalnie prosty i zrozumienie jego działania nie sprawi nikomu większego kłopotu. Wyświetlanie
przesuwającego się punktu zostało zrealizowane za pomocą 15 diod LED sterowanych przez 2 dekodery BCD - 1 z 10 typu 74LS145. Dekodery są sterowane z wyjść re-wersyjnego licznika binarnego typu 4516. Trzy młodsze wejścia dekoderów zostały
Rys. 1.
Elektronika Praktyczna S/9S
MINIPROJEKTY
�ooooooo�
Rys. 2.
połączone ze sobą równolegle, natomiast najstarsze wejście dekodera IC2 zostało połączone z najstarszym wejściem układu ICl za pośrednictwem inwertera zrealizowanego na tranzystorze Tl.
Analizę pozostałej części układu rozpoczniemy od momentu włączenia zasilania. Zawartość liczników może być w tym momencie zupełnie dowolna, a nasze wahadełko może wykonywać dziwne "ruchy", pozornie zupełnie niekontrolowane. Na wejście kaskadowo połączonych liczników binarnych IC4A i IC4B jest podawany ciąg impulsów pochodzących z układu zegara pseudoanalogowego. Liczniki zliczają te impulsy i w pewnym momencie na wyjściu Ql licznika IC4B pojawia się stan wysoki i od tej chwili nasz układ zaczyna pracować normalnie.
Dlaczego tak się stało? Stan wysoki podany na wej-
ście U/D licznika IC3 ustawił go w tryb zliczanie w górę. Jednocześnie na wejście zerujące RST tego licznika został doprowadzony, poprzez kondensator C3, krótki impuls dodatni powodujący jego wyzerowanie i ostateczne uporządkowanie panującego w układzie bałaganu. Powstanie stanu niskiego na wejściu U/D IC3 odwraca kierunek zliczania i świecący punkt zaczyna przesuwać się w odwrotnym kierunku.
Na rys. 2 pokazano rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej. Widok mozaiki ścieżek przedstawiono na wkładce wewnątrz numeru.
Płytkę zaprojektowano na laminacie jednostronnym i niestety nie udało mi się uniknąć konieczności zastosowania dwóch, tak nielu-bianych przez wszystkich, zworek. Od nich właśnie rozpoczniemy montaż układu.
Wszystkie elementy montujemy w typowy sposób, rozpoczynając od rezystorów, a kończąc na diodach LED, które powinny zostać przylu-towane bez skracania końcówek, na jak najdłuższych wyprowadzeniach. Nie trzeba chyba zaznaczać, że zmontowany ze sprawdzonych elementów układ nie potrzebuje jakiegokolwiek uruchamiania ani regulacji. Trzeba jednak powiedzieć parę słów na temat dołączenia wykonanego wahadełka do zegara pseudoanalogowego .
Na płytce wahadełka znajdują się dwa otwory odpowiadające identycznie rozmieszczonym otworom w płytce zegara. Obie płytki należy połączyć ze sobą za pomocą dwóch śrubek M3
0 odpowiedniej długości
1 tulejek dystansowych. W przypadku braku tulejek o odpowiedniej długości można je wykonać samemu, np. z wypisanego długopisu.
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl: 5,ókQ
R4, R2: 10kQ
R3: 220Q
Kondensatory
Cl: 22O^F/1OV
C2, C3: lOOnF
Półprzewodniki
D1..D15: LED fl.5 (nie
wchodzg w skład kitu)
ICl, IC2: 74LS145
IC3: 4516
IC4: 4520
Tl: BC548 lub odpowiednik
Różne
CON1: ARK3
Kompletny układ i płytki drukowane są dostępne w AVT pod oznaczeniem AVT-1204.
Warto zastosować śrubki dłuższe o około 2 cm. Będą mogły wtedy posłużyć do zamontowania kolejnej płytki z układem do wygrywania kurantów i wybijania godzin, który obecnie jest opracowywany w pracowni konstrukcyjnej AVT.
Napięcie zasilające wahadełko doprowadzamy z układu zegara do złącza CONl. Sygnał zegarowy musi być pobierany z nóżki 15 układu IC8 zegara. Wobec braku odpowiednich złącz na płycie zegara, przewody prowadzące do złącza CONl muszą być przylutowane od spodu płytki zegara.
Na zakończenie jeszcze jedna uwaga: ponieważ nie sposób przewidzieć jakiego koloru diody zastosowaliście w już wykonanych zegarach pseudoanalogowych i jakie zechcecie zastosować w wahadełku, diody LED nie będą wchodziły w skład kitu. Zbigniew Raabe, AVT
50
Elektronika Praktyczna 8/98
SPRZĘT
JTAG - światowy standard testowania i programowania układów cyfrowych, część 1
Przedstawiamy pierwszy
w krajowej prasie technicznej, tak
szczegółowy opis standardu JTAG.
Standard ten nabiera coraz
większego znaczenia praktycznego,
gdyż większość aktualnie
produkowanych cyfrowych
układów scalonych zawiera
w swoim wnętrzu elementy
architektury JTAG. Dotyczy to
zarówno struktur PLD, jak
i FPGA, mikroprocesorów,
m ikrokon trolerów, a także
układów serii 74.
W ciągu kilku najbliższych lat
JTAG stanie się zapewne
powszechnie uznawanym
standardem, ponieważ jego
elastyczność pozwala na
wykorzystanie go do
programowania układów ISP
(zwłaszcza struktur PLD
i m ikrokon trolerów}.
Na początku lat 90, organizacja IEEE (ang. Institute of Electrical and Electronic Engineers - Instytut Inżynierów Elektryków i Elektroników] przedstawiła nową normę standaryzującą sposób testowania układów scalonych. Nosi ona nazwę IEEE 1149.1 ,,The Test Access Port and Boundary Scan Architecture", co można przetłumaczyć jako "Port dostępu dla testów i architektura testowania ścieżką krawędziową". Norma ta dotyczy metody umożliwiającej wprowadzanie i odczyt danych testowych do dowolnego układu cyfrowego (wykonanego zgodnie z normą JTAG] za pośrednictwem specjalnej ścieżki testowej. Pojęcie "ścieżki testowej" odpowiada pewnemu fizycznemu i logicznemu fragmentowi wnętrza układu, wydzielonemu specjalnie do celów testowania i/lub programowania układu.
Do czego jest potrzebny JTAG?
Złożoność współcześnie konstruowanych urządzeń cyfrowych rośnie w ogromnym tempie. Miliony tranzystorów integrowanych w strukturach układów scalonych tworzą bardzo rozbudowane struktury logiczne, których sprawdzenie standardowymi metodami testowymi (analiza sygnatur, kontrola reakcji urządzenia na wymuszone pobudzenia logiczne] wymaga ogromnej wiedzy od inżynierów, dużego doświadczenia, zabiera bardzo dużo czasu i nie daje zbyt dużej pewności co do otrzymanych wyników. Co więcej, współczesne procesory i układy PLD
NORMALNE WEJŚCIE DAN
IE DANYCH
NORMALNE WEJŚCIE DANYCH
NORMALNE WEJŚCIE DAN
IE DANYCH
WEJŚCIE DANYCH TESTOWYCH (TDI)
WEJŚCIE ZEGARA TESTOWEGO fTCK)
Rys. 1.
DOWOLNE MODUŁY
WEWNĘTRZNE (ZALEŻNE OD RODZAJU UKŁADU)
STEROWAŃ I ETAP
NORMALNE WYJŚCIE DANYCH
NORMALNE WYJŚCIE DANYCH
NORMALNE WYJŚCIE DANYCH
WYJŚCIE DANYCH TESTOWYCH (TDO)
_ WYBÓR TRYBU TESTOWEGO CTUS)
UKŁAD SCALONY
dużej skali integracji trudno jest dokładnie przetestować, ze względu na ograniczoną możliwość wyprowadzenia na zewnątrz struktury dużej liczby punktów logicznych. Do dokładnego sprawdzenia takich układów niezbędne są specjalne przyrządy pomiarowe, których ceny (ze względu na specyfikę działania] osiągają poziom setek tysięcy, a nawet milionów USD.
Alternatywą testowania "ręcznego" jest JTAG - zamiast analizy setek lub tysięcy punktów pomiarowych testowanego układu wystarczy wpisać poprzez złącze szeregowe JTAG (układy są łączone w łańcuch] odpowiedni program testowy. Wyniki działania tego programu analizuje komputer wyposażony w odpowiednie (lecz tanie, ze względu na uniwersalność] oprogramowanie. Wyniki testu można otrzymać po kilkunastu sekundach lub co najwyżej kilku minutach działania programu! W przypadku wykrycia błędu wskazywany jest nie tylko uszkodzony układ, lecz także jego wyprowadzenie, co niezwykle upraszcza usuwanie usterek.
Jest to chyba wystarczający powód, aby uznać JTAG za zjawisko przełomowe w testowaniu układów programowalnych.
Powstanie standardu
Idea standardu JTAG powstała w 1985 roku, kiedy to Frans Beenker, pracownik Philips Research Laboratories opublikował artykuł, w którym wyraził potrzebę opracowania lepszego, szybszego, w większym stopniu opartego na strukturalnym podejściu sposobu testowania złożonych układów cyfrowych. Wyraził zdecydowane przekonanie, że to właśnie na technikę testowania ścieżką krawędziową padnie wybór, gdyż umożliwia rozwiązanie wielu współczesnych i przyszłych problemów związanych z przeprowadzaniem testów.
Wkrótce po pojawieniu się artykułu Be-enkera, grupa europejskich producentów poparła szybkie utworzenie standardu opisującego sposób naprawy i testowania układów cyfrowych. W wyniku tych działań powstała organizacja/oinf Etfropean Test Aciion Group (JETAG - w wolnym przekładzie "Połączona europejska grupa na rzecz opracowania testu"]. Wkrótce dołączyły do niej firmy amerykańskie, tworząc Joirrt Test Aciion Group (JTAG).
Pierwsza wersja standardu JTAG zaproponowana została w roku 1986 przez Been-kera, Chantal Vivier (Buli Systems] i Colina Maundera (British Telcom Research Labs]. Później pojawiły się następne propozycje. W roku 1988 wersja 2.0 standardu JTAG została przedłożona IEEE jako propozycja międzynarodowego standardu. Organizacja
Elektronika Praktyczna 1/98
75
S P R Z Ę Ti
KROPLA CYNY
TEOTNOUiULNY PRZESUŃ/ŁADUJ WEJŚCIE OANYCH
WEJŚCIE
SZEREGOWE
WEJŚCIE
ZEGAROWE
Rys 2.
IEEE przyjęła go w dniu 15 lutego 1990, nadając mu numer 1149.1 i nazwę "The Test Access Port and Bonn dary Scan Architec-iure",
Jak są testowane układy?
Testowanie przy pomocy ścieżki krawędziowej nie wymaga fizycznego dostępu do każdego wyprowadzenia układu scalonego, aby przeprowadzić test lub zlokalizować uszkodzenie. Układ scalony, zgodny z tym standardem, posiada w swoim wnętrzu zestaw bramek logicznych tworzących specjalny łańcuch. Bramki te ulokowane są między wyprowadzeniami układu a jego wewnętrznymi układami logicznymi - stąd nazwa i,testowanie krawędziowe".
Podstawowa architektura ścieżki krawędziowej przedstawiona została na rys.l. Prostokąty ulokowane między wyprowadzeniami układu i logiką wewnętrzną noszą nazwę komórek ścieżki krawędziowej (ang. Boundary Scan Cells - BSC). Komórki te są połączone w taki sposób, by powstała ścieżka między wejściem [TDI] i wyjściem danych testowych układu {TDO}.
Podczas normalnej pracy sygnały wejściowe i wyjściowe są przekazywane od standardowych wejść do standardowych wyjść układu. W trybie testowania krawędziowego komórki BSC są sterowane w taki sposób, że z wejścia TDI można wprowadzić do układów wewnętrznych dane testowe przez dowolną z komórek BSC, znajdującą się od strony wejścia. Wejścia TCK i TMS umożliwiają równoległe sterowanie komórkami BSC. Sygnały wyjściowe logiki wewnętrznej zostają następnie wyprowadzone przez odpowiednie komórki BSC na wyjście TDO. Taka metoda jest przydatna do testowania wewnętrznych układów logicznych elementu scalonego.
Zewnętrzne testowanie połączeń układ-ścieżka, znajdowanie niesprawnych połączeń lutowanych lub uszkodzeń sąsiadujących układów scalonych jest dokonywane przez

[ pa|-/ V p12]
[ [mW -H-
[ TisM -TioU
[ piel\ i ~L_!_r
ZWARCIE DO MASY
ą

1
| 13 | i \Iia I
M4J-
TisT- J-Tio]
M&T- A h\ � r~
BSC#
SEKWENCJA WE
SEKWENCJA WY
1 0 1
X X X
X X X
0 1 0
Uwaga: SekwsnGjB rozpoczynają slg od LSB
-TEST DATA IN CTDI) UWAGA: SEKWENCJE ROZPOCZYNAJĄ SIĘ OD LSB
TEST DATA OUT{TDO)
BSC#
SEKWENCJA
WEJŚCIOWA
SEKWENCJA OCZEKIWANA
SEKWENCJA
OTRZYMANA
Rys. 4.
SEKWENCJA
WEJŚCIOWA
SEKWENCJA OCZEKIWANA
SEKWENCJA
OTRZYMANA
1S 15 14 13

X X X X
X X X X
X X X X

X X X X
X X X X
X X X X
Rys. 3.
wyprowadzenie sygnału testowego z wyjściowych komórek BSC jednego układu i analizę sygnału pojawiającego się na wejściu komórek BSC współpracującego układu scalonego. Taki sposób testowania pozwala uniknąć wielu problemów związanych z fizycznym dostępem do wyprowadzeń układów.
Komórka BSC
Komórka BSC stanowi podstawowy element umożliwiający testowanie krawędziowe. Schemat takiej komórki przedstawia rys.2. Jak z niego wynika, zawiera ona prze-rzutnik D typu zatrzask oraz bufory trójsta-nowe. Bufory sterowane są sygnałami przez port dostępu testowego (TAP), którego działanie zostanie bardziej szczegółowo omówione dalej.
Oczywiście, struktura typowej komórki BSC jest zazwyczaj daleko bardziej złożona niż wynikałoby to z rys. 2. Jest tak dlatego, że wyprowadzenia układów scalonych mogą być dwukierunkowe, trójstanowe itd. Ilustracja ta ma jedynie ułatwić Czytelnikowi zrozumienie idei i sposobu wykorzystania komórki BSC.
Komórki BSC - normalny tryb pracy
Dla celów niniejszej dyskusji załóżmy, że rys. 2 przedstawia schemat dowolnej komórki BSC z rys.l. Podczas normalnej pracy układu dane pochodzące z wewnętrznych układów są podawane na linię DATA INPUT komórki. Stan linii sterującej TEST/NOR-MAL jest niski, natomiast linii sterującej SHIFT/LOAD - wysoki. Takie warunki umożliwiają niezakłóconą transmisję danych do wyjścia DATA OUT. Cały układ scalony funkcjonuje tak, jakby komórki BSC nie istniały.
Podczas gdy układ scalony realizuje swe zwykłe funkcje, do komórki BSC można wprowadzić dane testowe lub je z niej wy-
12 11 10 9

1 0 1 X
X X X X
X X X X

0 1 D X
X X X X
X X X X
8 7 e 5

X X X X
1 X 0 1
0 X 1 1

X X X X
0 X 1 0
X X 1 1
4 3 z 1

X X X X
X X X X
X X X X

X X X X
X X X X
X X X X
prowadzić. Wejście zegarowe jest wykorzystywane do wprowadzenia do przerzutnika D danych obecnych na linii Wejście szeregowe. W przedstawianym przykładzie linię Wejście szeregowe na rys.l stanowi linia Wejście danych testowych. Ponieważ linie sterowania komórek BSC są połączone równolegle, kolejne impulsy zegarowe będą powodować przesuwanie danych z komórki BSC do komórki o niższym numerze w łańcuchu komórek BSC. Istnieje także możliwość zapamiętania danych występujących na wejściach komórek BSC. Jeśli do układu BSC zostaną wprowadzone takie dane lub dane testowe zostaną z niego wyprowadzone lub doń wprowadzone, mówi się, że układ BSC jest w trybie Sample (próbkowania] lub Preload (ładowania danych].
Komórki BSC - tryb pracy podczas testów
Omawiając tryb testowy trzeba zdawać sobie przede wszystkim sprawę z tego, że linie sterujące wszystkich komórek są połączone równolegle. Innymi słowy, podanie impulsu zegarowego na jedną z komórek BSC jest równoważne podaniu go na wszystkie komórki, które mogą być albo w trybie testowym, albo w trybie zwykłym. Pamiętając o tym, można wyobrazić sobie następujące działanie układu.
Dane szeregowe są wprowadzane przez wejście Szeregowe wejście danych do komórek BSC o numerach 6, 5 i 4 podczas zwykłej pracy układu. Na linię sterującą Wybór trybu testowego jest podawany następnie stan wysoki. Powoduje to, że dane wprowadzone do komórek 6, 5 i 4 podawane są na wewnętrzne układy przez linie Wyjście danych. Następnie stan linii Przesuń/ Ładuj zostanie zmieniony na niski, co spowoduje podanie sygnałów wyjściowych układów wewnętrznych na wejścia D przerzut-
76
Elektronika Praktyczna 1/98
SPRZĘT
TDO
TD1
REJESTR INSTRUKCJI
REJESTR DANYCH TESTOWYCH
REJESTR OBEJŚCIOWY
REJESTR IDENTYFIKACJI UKŁADU
TMS
TCK
TOST
Rys. 5.
MUX
BUFOR WYJŚCIOWY
ZEGAR I UKŁADY STERUJĄCE
ników komórek BSC 1, 2 i 3. Impuls zegarowy powoduje zapisanie tych sygnałów w przerzutnikach komórek. Z kolei na linii Prze suń /Ładuj ponownie pojawia się stan 1, a na linii Wybór trybu testowego stan 0. Trzy kolejne impulsy zegarowe powodują wyprowadzenie informacji zawartej w komórkach, a więc informacji pobranej z wyjść uldadów wewnętrznych.
Mechanizm ten dobrze ilustruje następujący przyldad - uldad scalony z rys. 1 zawiera trzy inwertery, których wejścia i wyjścia znajdują się odpowiednio po lewej i prawej stronie schematu. Jeśli przez wejście TDI wprowadzona zostanie sekwencja 101xkx (sekwencja wprowadzana jest poczynając od LSB, x - stany nieistotne] przedstawiona na rys. 3, to na wejściach dolnego
1 górnego inwertera pojawią się "1" logiczne, natomiast na wejściu środkowego - "0" logiczne.
Po wygenerowaniu przez układ TAP sekwencji testowania, w komórkach BSC 1,
2 i 3 znajdą się uzupełnienia stanów poprzednio wprowadzonych do komórek 4, 5 i 6. Jeśli układy wewnętrzne dokonały poprawnej operacji, po odpowiednich sygnałach sterujących z układu TAP sekwencja wyjściowa będzie miała postać xxx010 (bit LSB sekwencji wyprowadzany jest pierwszy, x - stany nieistotne]. Jakakolwiek inna sekwencja oznacza, że układ nie działa prawidłowo. Zgodnie z normą IEEE 1149.1 taka funkcja testowa nosi nazwę INTEST.
Inny, przydatny rodzaj testu, który można przeprowadzić wykorzystując układy BSC, nosi nazwę EXTEST. Wykorzystywany jest do testowania zewnętrznych połączeń między układami wyposażonymi w BSC. Test ten polega na załadowaniu do komórek sekwencji i sprawdzeniu czy w połączeniach między układami nie ma zwarć ani rozwarć.
Na rys. 4 przedstawiono dwa połączone ze sobą układy wyposażone w ścieżkę BSC. Dwa z połączeń zostały zwarte kroplą cyny, a trzecie jest zwarte do masy. Są to przypadki często spotykane w procesie produkcji i przy usuwaniu usterek układów. Oto jak system BSC może wykryć te błędy,
KONTROLER TAP
wykorzystując funkcje SAMPLE/PRELOAD i EXTEST: do komórek BSC przy pomocy funkcji SAMPLE/PRELOAD ładowana jest sekwencja testowa o postaci xxxx 101x xxxx xxxx [x - stan nieistotny]. Po uruchomieniu funkcji EXTEST na wyjściach komórek BSC 11 i 10 pojawiają się "1" logiczne, natomiast na wyjściu komórki BSC 11 - logiczne "0". Funkcja EXTEST zbiera następnie dane doprowadzone do wejść komórek 5, 6 i 7 drugiego układu. Dane te są następnie analizowane. Wyjściowa sekwencja testowa powinna mieć postać xxxx xxxx 1x01 xxxxx, ale z zebranych danych wynika, że jest to xxxx xxxx 0x11 xxxx. Logiczna "1", której obecność stwier-
dzono na wejściu komórki 6 jest nieprawidłowa, ponieważ wejście tej komórki zostało zwarte z wejściem komórki 5. Logiczne "0" na wejściu komórki 8 oznacza, że wejście to zostało zwarte z masą. Następnie na wejście komórek BSC jest podawana sekwencja testowa o postaci xxxx 010x xxxx xxxx. Wykonanie funkcji EX-TEST pozwala stwierdzić, że sekwencja na wejściach drugiego układu ma postać xxxx xxxx 0x11 xxxx. Krótka analiza pozwala znaleźć rozstrzygnięcie: połączenie komórek 10 i 8 jest zwarte z masą, natomiast połączenia komórek 5, 6, 11 i 12 zostały zwarte ze sobą.
Organizacja układów BSC i kontroler TAP
Po przyjrzeniu się podstawom koncepcji testowania krawędziowego, kolejnym krokiem jest poznanie organizacji układów BSC. Schemat architektury układów BSC, zgodny z normą IEEE 1149.1, przedstawiono na rys. 5.
Zawiera ona trzy podstawowe bloki funkcjonalne:
- Kontroler TAP: jest to 16-stanowy automat, zrealizowany z użyciem mikrokon-trolera, reagujący na sygnały podawane na Test Access Port i generujący podstawowe sygnały zegarowe i sterujące dla pozostałych bloków funkcjonalnych.
- Rejestr instrukcji: jest to szeregowy rejestr FIFO, do którego ładowany jest kod polecenia BSC. Kod ten wskazuje kontrolerowi TAP, jaki test należy przeprowadzić.
- Rejestry danych testowych: są to także szeregowe rejestry FIFO. Rejestr ten za-
ZEROWAMIE UKŁADU TESTOWEGO
TEST/OCZEKIWANIE
WYBÓR REJESTRU DR DO SKANOWANIA
y-
wybór rejestru ir do skanowania
ŁADOWANIE DANYCH-DR
WYPROWADZENIE/ WPROWADZENIE-DR
I>
WYJŚCIE 1 - DR
PRZERWA-DR
i>
WYJŚCIE 2-DR
UAKTYWNIENIE-DR
ŁADOWANIE DANYCH-IR
WYPROWADZENIE/ WPROWADZENIE-IR
D
WYJŚCIE 1 - IR
PRZERWA-IR
D
WYJŚCIE 2 - IR
UAKTYWNIENIE - IR
Rys. 6.
Elektronika Praktyczna 1/98
77
S P R Z Ę Ti
wiera wszystkie połączone łańcuchowo komórki BSC. Pozostałe rejestry z tej grupy to Rejestr obejściowy oraz Rejestr identyfikacji układu.
Trzy wyżej wymienione bloki współpracują ze światem zewnętrznym za pośrednictwem czterech (ewentualnie pięciu] linii we/ wy. Są to: sygnał zegarowy [TOK], sygnał wyboru trybu pracy [TMS], testowe dane wejściowe (TDI], testowe dane wyjściowe [TDO] oraz - opcjonalnie - zerowanie testu [TRST].
Oto skrócony opis poszczególnych sygnałów:
- Sygnał zegarowy [TCK], taktujący kontroler TAP, jest całkowicie niezależny od wszystkich innych sygnałów zegarowych, które mogą byc doprowadzane do układów wewnętrznych układu zgodnego z normą IEEE 1149.1. Zbocze narastające TGK inicjuje ładowanie informacji znajdujących się na wejściach TMS i TDI, natomiast zbocze opadające powoduje wyprowadzenie informacji na wyjście TDO. Inaczej mówiąc, dane są wprowadzane do komórek BSC zboczem narastającym sygnału TCK, wyprowadzane zaś zboczem opadającym tego sygnału.
- Sygnał selekcji trybu testowego [TMS] -na wejście to jest podawana sekwencja zer i jedynek, wprowadzana następnie do kontrolera TAP. Na podstawie sekwencji kontroler przyjmuje jeden z 16 stanów, i generuje odpowiadające temu stanowi sygnały taktujące i sterujące wszystkie pozostałe części układu BSC.
- Wejście danych testowych [TDI]\ jest to szeregowe wejście danych, którymi mogą byc instrukcje lub informacje przeznaczona do załadowania do układów BSC. Wprowadzanie odbywa się poczynając od LSB. Liczba wprowadzanych bitów jest zależna od liczby komórek BSC oraz kodu wprowadzanej instrukcji. Dane są zatrzaskiwane w rejestrze zboczem narastającym TCK.
- Wyjście danych testowych [TDO}\ jest to szeregowe wyjście danych, na które kontroler TAP wyprowadza wyniki testowania lub instrukcję. Dane taktowane są zboczem opadającym sygnału TCK, a ich sekwencję rozpoczyna LSB. Jeśli nie jest dokonywana operacja wyprowadzania danych, wyjście to jest wprowadzane w stan wysokiej impedancji.
- Wejście zerowania testu [TRST, opcjonalnej norma IEEE 1149.1 stawia wymaganie, by układ z nią zgodny był inicjalizowany przez wprowadzenie w konkretny stan. Jest to stan Test Logic Reset State (stan wyzerowania logicznych układów testujących]. Stan ten można wymusić podając na wejście TCK pięć impulsów zegarowych i utrzymując na wejściu TMS stan wysoki. Jednak norma przewiduje także możliwość wyzerowania układów niezależnie od stanu wejść TCK i TMS. Można to zrealizować dodając obwód zerowania układów testujących po włączeniu zasilania. Inna możliwość to uzupełnienie układu o wejście TRST,
-Ta ol ] C -i p c r
z 71- /\-[a ~\-/ y-H
z |-|igj ] C 1 C [TV r[T]
z -|a|- f-|~1BJ ] C nri- b c \t\- (-[T]
z \ r\17 r~ ] C b c [TV\ /-TT]
TDI i i TDO TDI ___r-L_: Ś TDO TDI n r ___r-L_:
___r i____i J L ____i
TDO
UAKTYWNIONY REJESTR BSFl
UAKTYWNIONY REJESTR BSR
UAKTYWNIONY REJESTR BSR
UAKTYWNiONY REJESTR BYPA8S
UAKTYWNIONY REJESTR BSR
UAKTYWNiONY REJESTR BYPASS
Rys. 7.
Kontroler TAP
Kontroler TAP jest, jak już wcześniej wspomniano, 16-stanowym automatem skończonym (ma określone wszystkie możliwe stany], który działa zgodnie ze schematem przedstawionym na rys. 6. Stany, których nazwy zawierają znaki ,,-DR" dotyczą operacji na rejestrach danych. Oznacza to, że kontroler dokonuje pewnej operacji, określonej przez zawartość rejestru instrukcji, na jednym z rejestrów danych. Stany, których nazwy zawierają znaki ,,-IR" dotyczą operacji na rejestrze instrukcji.
Warunek logiczny podany obok nazwy stanu ("1" lub "0"] wskazuje, jaką wartość musi mieć linia TMS w momencie wystąpienia następnego zbocza narastającego sygnału TCK, by doszło do przejścia do następnego stanu automatu. Cykl taktowania kontrolera TAP obejmuje czas od pojawienia się zbocza narastającego TCK do zbocza opadającego tego sygnału.
Diagram stanów zawiera sześć stanów stabilnych: Test-Logic-Reset (zerowanie testowych układów logicznych], Run-Test/Idle (Test/Oczekiwanie], Shift-DR (przesunięcie zawartości rejestru danych], Paiise-DR, Shift-IR (przesunięcie zawartości rejestru instrukcji], Pause-IR. Należy zwrocie uwagę na to, że gdy na linii TMS panuje stan wysoki, możliwy jest tylko jeden stan stabilny - jest to stan Test-Logic-Reset. Oznacza to, że jeśli na linii TMS panuje stan wysoki, wyzero-wanie układów ścieżki krawędziowej nastąpi po podaniu pięciu impulsów TCK.
Po włączeniu zasilania lub podczas normalnej pracy układu scalonego kontroler TAP jest wprowadzany w stan wyzerowania przez podanie 1 na linię TMS oraz pięciu impulsów na linię TCK. Następnie kontroler generuje sygnał, który wprowadza układy ścieżki krawędziowej w stan umożliwiający normalną pracę układu. Gdy powstaje po-
trzeba przeprowadzenia testu, na wejścia TMS i TCK jest podawana sekwencja powodująca przejście kontrolera TAP przez pożądane stany.
Stany bloków odnoszących się do rejestrów danych [DR] lub rejestru instrukcji [IR] są takie same. Pierwsza operacja po wejściu do dowolnego z tych bloków to załadowanie informacji. W stanie Gapture-DR kontroler dokonuje załadowania danych do wybranej ścieżki danych. Jeśli wybranym rejestrem jest rejestr BSR, wprowadzane są do niego stany wejść danych układu. W stanie Cap-ture-IR kontroler dokonuje wprowadzenia stanu układów ścieżki krawędziowej do rejestru instrukcji.
Ze stanu Gapture kontroler TAP przechodzi do stanu Sit j/i (Przesuwanie] lub Exiil (Wyjście 1]. Na ogół stan Shift następuje po stanie Gapture i dane testowe lub informacja o statusie mogą byc wyprowadzone na zewnątrz celem analizy, a nowe dane wprowadzone do układu. Po przeprowadzeniu operacji właściwych stanowi Shift, kontroler przez stany Exitl i Update powraca do stanu Ruri-Testfldle lub przez stan Exitl przechodzi do stanu Pause. W stanie Pailse zatrzymano przesuwanie informacji przez rejestry danych lub instrukcji, w celu przeprowadzenia innej wymaganej operacji, np. ładowania pamięci buforowej testera. Przesuwanie może byc następnie ponownie zainicjowane po przejściu ze stanu Pause do stanu Shift przez stan Exii2 lub zaniechane przez przejście do stanu Run-Test/Idle przez stany Exit2 i Update.
Rejestry wymagane przez standard
Norma IEEE 1149.1 narzuca obecność kilku rejestrów, a kilka innych proponuje jako opcjonalne: Instnlction Register (Rejestr instrukcji], Boundary Scan Register (Rejestr ścieżki krawędziowej], Bypass Register (Re-
78
Elektronika Praktyczna 1/98
SPRZĘT
jestr obejścia] i Dsvics Indsntification Register (Rejestr identyfikacji u Id ad u].
Instruction Register (obowiązkowy] zawiera adresy i sygnały, sterujące niezbędne do włączenia wybranego rejestru danych w ścieżkę testową. Kontroler TAP dokonuje operacji na tym rejestrze znajdując się w dowolnym ze stanów IR.
Instruction Register zawiera rejestr przesuwny FIFO i rejestr instrukcji typu zatrzask. Jeśli kontroler otrzymuje sygnał Reset, ustawia w rejestrze instrukcji stany ,,1". Wymusza to na układach ścieżki krawędziowej normalny tryb pracy i włącza Bypass Register (lub Device Indsntification Register) między wejście TDI i wyjście TDO. Układ zgodny z normą IEEE 1149.1 posiada dwa rejestry danych. Są to Bypass Register i Boun-dary Scan Register. Opcjonalny jest trzeci rejestr o nazwie Device Indsntification Register. Rejestry te włączane są między wejście TDI a wyjście TDO.
Rejestr Instrukcji podaje adres umożliwiający dostęp do jednego z rejestrów danych, gdy kontroler TAP znajduje się w stanie skanowania rejestrów danych. Na podstawie sygnału sterującego z kontrolera TAP jest dokonywana selekcja wyjścia rejestru danych, które zostanie dołączone do wyjścia TDO. Selekcja jednej z linii rejestrów danych oznacza, że wszystkie inne linie pozostają w swych dotychczasowych stanach.
Rejestr Boundary Scan Register zawiera komórki zorganizowane w ścieżkę wokół wejść i wyjść funkcjonalnej części układu scalonego.
Bypass Register (obowiązkowy] zawiera tylko 1 bit. Po otrzymaniu sygnału zezwolenia rejestr ten tworzy jednobitowe połączenie między TDI i TDO. Rejestr ten pozwala na ominięcie ścieżki krawędziowej układów, które nie są objęte danym testem.
Załóżmy, że mamy do czynienia z układami scalonymi połączonymi jak na rys. 7a. Jeśli wszystkie komórki ścieżki krawędziowej zostaną uaktywnione, cała długość ścieżki wyniesie 24 bity. Jeśli jednak testowi powinien zostać poddany tylko układ znajdujący się w środku, należy tak skonfigurować ścieżkę testu, by pierwszy i ostatni układ scalony wprowadzały do tej ścieżki tylko jeden bit (rys. 7b). W efekcie ścieżka
będzie zawierać tylko 10 bitów (8 w środkowym i po 2 w układach zewnętrznych], a nie 24. Czas testowania staje się dzięki temu o 58% krótszy. Problem nabiera innego wymiaru w przypadku procesora Pentium, którego ścieżka krawędziowa zawiera około 170 komórek. Rejestr Bypass jest wybierany, gdy w Rejestrze instrukcji znajdują się same jedynki.
Rejestr identyfikacji układu (opcjonalny] zawiera informację o producencie układu, numerze układu, jego wersji i inne dane dotyczące układu. Po zaadresowaniu zawartość tego rejestru może oczywiście byc wyprowadzona na zewnątrz układu. Jest to bardzo przydatne dla stwierdzenia czy w danym gnieździe karty znajduje się właściwy układ.
Instrukcje standardu
Norma IEEE 1149.1 wymienia dziewięć instrukcji wykorzystywanych przez kontroler TAP, z których trzy winny byc zaim-plementowane w układzie, a pozostałych sześć jest opcjonalnych. Trzy pierwsze to instrukcje: BYPASS, SAMPLE/PRELOAD i EXTEST. Instrukcje opcjonalne to: IN-TEST, RUN-BIST, CLAMP, HIGHZ, IDCODE i USERCODE. Dokładniej przedstawione zostaną tylko instrukcje wymagane przez normę.
Instrukcja BYPASS pozwala układowi funkcjonować normalnie i włącza rejestr BYPASS między linie TDI i TDO. Dane testowe są przekazywane przez układ nie wpływając na jego działanie. Kod tej instrukcji składa się z samych jedynek.
Instrukcja SAMPLE/PRELOAD pozwala układowi funkcjonować normalnie i włącza Rejestr ścieżki krawędziowej między linie TDI i TDO. Instrukcja ta umożliwia zanalizowanie zawartości tego rejestru po wprowadzeniu kontrolera TAP w stan przeglądania danych. Instrukcja ta jest wykorzystywana także do załadowania danych testowych do rejestru Boundary Scan Register przed wykonaniem polecenia EXTEST Kod instrukcji SAMPLE/PRELOAD określony jest przez producenta układu i podany w danych technicznych.
Instrukcja EKTEST wprowadza układ w tryb testu zewnętrznego i włącza Rejestr
ścieżki krawędziowej między linie TDI i TDO. Dane zawarte w rejestrze są wyprowadzane na fizyczne wyprowadzenia układu scalonego, ewentualnie zewnętrzne dane testowe są wprowadzane do rejestru. Kod instrukcji EXTEST składa się z samych zer.
Tylko testowanie?
Po przeczytaniu tego artykułu można odnieść wrażenie, że JTAG jest wysokospecja-lizowanym interfejsem służącym tylko do testowania układów cyfrowych. Pierwotnie rzeczywiście tak było.
W chwili obecnej JTAG jest wykorzystywany także do programowania układów programowanych w systemie ISP. Od dłuższego czasu dostępne są programowane w systemie programowalne struktury logiczne (FPGA i CPLD], a także coraz większa liczba procesorów i mi kro kontrolerów, które mogą programować się same, bez konieczności stosowania dodatkowych, często drogich narzędzi.
Ze względu na rosnące znaczenie na rynku elektroniki nowoczesnych struktur logicznych ISP, coraz większego znaczenia będzie nabierało maksymalne ułatwienie ich programowania. Tak więc, dzięki interfejsowi JTAG nie trzeba będzie już wkrótce kupować specjalizowanego programatora (często z szeregiem przystawek]. Co więcej - po zmontowaniu urządzenia składającego się z wielu układów ISP z wbudowanym interfejsem JTAG (ich typ i możliwości są bez znaczenia] można je zaprogramować jednocześnie, co znacznie skraca czas produkcji! Piotr Zbysiński, AVT
Artykuł napisano w oparciu o materiały firm:
- Aliera (JTAG standard on ELEX devices},
- Intel [JTAG inierface in Pentium iesiingj,
- Tsxas Instruments (JTAG Supportj,
- Xilinx (CPLD Data Book 1997}.
Literatura dodatkowa:
1. "The Test Access Port & Boundary Scan Architecture" M. Maunder i Rodham E.Tul-losa (IEEE Computer Society Press 1996].
2. "Standard Access Test Port and Boundary Scan Architecture", IEEE Std 1149.1 (1994].
Elektronika Praktyczna 1/98
MINIPROJEKTY
Sterownik reflektora dyskotekowego
No nie, moi Drodzy
Czytelnicy, tego jeszcze
w EP nie było!
Serwomechanizm,
przeznaczony
w założeniu do
sterowania modeli,
znalazł zastosowanie
w sprzęcie
upiększającym szkolne
potańcówki i małe
dyskoteki! Takie
zastosowanie tego
użytecznego elementu
zapewni nam
wyją tko wo cieką we
efeky świetlne, trudne
do wykonania innymi
metodami.
Zadaniem naszym jest skonstruowanie analogowego wskaźnika wysterowania. Dodatkowo wskaźnik ten będzie miał pewne szczególne cechy. Jak każdy wskaźnik analogowy będzie posiadał wskazówkę, tylko że wskazówką tą będzie snop światła emitowanego przez reflektor punktowy, laser lub inne źródło światła.
Z pewnością obserwowaliśmy wszyscy, najczęściej podczas świąt i festynów, efektowne działanie reflektorów przeciwlotniczych. W epoce F-117 reflektory takie nie mają już, co prawda, większego zastosowania w obronie przeciwlotniczej, ale za to nadają się doskonale do realizowania ciekawych efektów świetlnych. Podobno podczas koncertu Jean Michela Jarre'a w Lyonie, obrona p.lot. południowej Francji została doszczętnie ogołocona ze swoich reflektorów, ale za to wszyscy z pewnością pamiętają jedno z najwspanialszych i najkosztowniejszych widowisk w historii muzyki rozrywkowej. Pozostaje nam tylko żałować , że nie widzieliśmy tego "na żywo", jedynie na ekranie telewizora.
Podobne efekty świetlne są realizowane w dyskotekach, najczęściej za pomocą laserów, ale ich charakter jest zupełnie inny od uzyskiwanych za pomocą reflektorów. Do sterowania promieniem lasera używa się wyspecjalizowanych układów elektromechanicznych zmieniających położenie i kąt ustawienia lusterka, od którego odbija się promień lasera.
Stosując opisane w artykule urządzenie będziemy mieli dwie możliwości kierowania snopem światła emitowanego przez reflektor punktowy. Podstawowym
Serwomechanizm z zamocowanym nawale lusterkiem
sposobem jest użycie serwomechanizmu do zmiany kąta ustawienia lusterka, od którego odbija się strumień światła. Mała masa lusterka pozwoli na wykonywanie przez serwo szybkich ruchów i unikniecie przedwczesnego zużycia kółek zębatych przekładni mechanicznej serwomechanizmu.
Zasada działania układu z lusterkiem przedstawiona jest na rys. 1. W pewnych przypadkach, stosując reflektor o bardzo małej masie, będziemy mogli zamocować go bezpośrednio do wału napędowego serwomechanizmu. Takie rozwiązanie zwiększy jednak bezwładność układu i może być stosowane wyłącznie z reflektorami o niewielkich gabarytach. W tym drugim rozwiązaniu można pomyśleć o zastosowaniu jako reflektora latarki dobrej jakości, oczywiście z wyjętymi dla zmniejszenia ciężaru bateriami i zasilaniem doprowadzonym z zewnątrz za pośrednictwem elastycznego przewodu.
Najlepsze efekty uzyskamy w pomieszczeniach o zadymionym powietrzu lub w otwartym terenie podczas mgły. O ile mi wiadomo, są produkowane specjalne urządzenia wchodzące w skład wyposażenia dyskotek, wytwarzające efekty "sztucznego dymu", których zastosowanie podczas posługiwania się proponowanym układem może okazać się bardzo wskazane.
Schemat elektryczny proponowanego układu przedstawiono na rys. 1. Omówienie zasady działania części elektronicznej rozpoczniemy od przypomnienia podstawowych zasad pracy serwa. Położenie wału napędowego serwomechanizmu ściśle zależy od szerokości doprowadzanych na jego wejście impulsów prostokątnych. Szerokość ta może się zmieniać (w typowych zastosowaniach modelarskich) w granicach 1..2ms, co powoduje obrót wału napędowego serwa o 60, lub w innych wykonaniach,
0 90�. Z praktyki jednak wiemy, że kąt obrotu wału napędowego serw modelarskich może być znacznie większy
1 przy stosowaniu impulsów
sterujących o szerokości 0,5..3ms może przekraczać nawet 180�. Impulsy sterujące pracą serwomechanizmu są generowane przez multi-wibrator monostabilny zbudowany z wykorzystaniem układu ICl typu NE555. Czas trwania tych impulsów jest określony wartościami rezystancji PR2 i Rl, pojemnością kondensatora C2 oraz, co bardzo ważne, napięciem panującym na wejściu 5 ICl. Generator astabilny, zbudowany z wykorzystaniem drugiego układu NE555 - IC2, ma za zadania cykliczne wyzwalanie generatora ICl. Krótkie impulsy ujemne doprowadzane do wejścia TR ICl powodują wyzwalanie tego układu z częstotliwością określoną pojemnością kondensatora C4 i rezystancjami rezystorów R3 i R4. Wartość tej częstotliwości nie jest krytyczna: czas przerwy pomiędzy kolejnymi wyzwoleniami uniwibratora ICl może zawierać się pomiędzy lms, a 30ms.
Przejdźmy teraz do kolejnego fragmentu układu, jakim jest wzmacniacz IC4A, którego zadaniem jest wytwarzanie na kondensatorze Cl napięcia proporcjonalnego do natężenia panującego w otoczeniu dźwięku. Sygnał akustyczny wytwarzany przez mikrofon elektretowy Ml jest poddawany wzmocnieniu w wyspecjalizowanym przed-wzmacniaczu m.cz. typu UL1321. Wzmocnienie układu jest zależne od wartości rezystancji R5 i może być zmieniane w szerokich granicach przez zmianę tej wartości. Wzmocniony sygnał jest poddawany detekcji w układzie z diodami Dl i D2, a kondensator Cl ładuje się do napięcia proporcjonalnego do natężenia dźwięku sygnału akustycznego docierającego do mikrofonu.
Zakładamy, że wartości rezystorów Rl+ PR2 i pojemność kondensatora C2 zostały dobrane tak, że czas trwania impulsu generowanego przez ICl wynosi około 0,5ms. Wał napędowy serwomechanizmu, dołączonego do wyjścia JPl, ustawi się więc w jednym ze skrajnych położeń (wykorzystujemy tu tryb sterowania niestandardowego, zapewniający uzyskiwanie kąta obrotu wału serwa do-
Elektronika Praktyczna 8/98
51
MINIPROJEKTY
Do swwomochanlzmu
Rys. 2.
chodzącego do 180�). Jeżeli teraz mikrofon Ml odbierze sygnały akustyczne o wystarczającym natężeniu, to kondensator Cl zacznie się ładować i w konsekwencji tranzystory Tl i T2 zaczną przewodzić. Spowoduje to zwiększenie napięcia panującego na wejściu sterującym ICl -CV i wydłużenie czasu trwania impulsów generowanych przez ten układ. Wał napędowy serwomechanizmu przyjmie inną pozycję, obracając się o kąt proporcjonalny do natężenia dźwięku odbieranego sygnału akustycznego.
Tak więc osiągnęliśmy nasz cel: strumień światła, ukierunkowywany przez lustro zamocowane na wale napędowy serwomechanizmu, tworzy jakby wskazówkę ogromnego, zawieszonego w powietrzu VU-metru.
Pozostała część układu to typowo skonstruowany zasilacz stabilizowany, wykorzystujący popularny stabilizator napięcia typu 7805. Ponieważ przedział napięć zasilających serwomechanizm wynosi 4,8..6VDC, można zastosować także stabilizator typu 7806.
Na rys. 3 pokazano rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej, a widok mozaiki ścieżek znajduje się na wkładce wewnątrz numeru. Montaż wykonujemy w typowy sposób, rozpoczynając od elementów o najmniejszych gabarytach, a kończąc na wlutowaniu kondensatorów elektrolitycznych i stabilizatora napięcia. Jak zwykle, radzę zastosować podstawki pod układy scalone. Zanim jednak wlutujemy je w płytkę musimy wykonać dodatkowe połączenie -zworkę umieszczoną pod układem scalonym IC2.
Zmontowany ze sprawdzonych elementów układ nie wymaga uruchamiania, ale otwiera szerokie pole do eksperymentowania podczas jego regulacji. Z wartościami elementów podanymi na schemacie, kąt obrotu wału napędowego serwomechanizmu będzie przekraczał 180�, przy
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
PR1, PR2: 200kQ
potencjometr montażowy
miniaturowy
Rl, R7: 8,2kQ
R2, R3: 3,3kQ
R4: 240kQ
R5: 510QO
R6: 2kQ
R9, R8: lOOka
RIO: 3kQ O
Kondensatory
Cl: 1^F/1ÓVO
C2: 22nF(*)
C3, C5: lOnF
C4, CIO, C13: lOOnF
Có: l(iF bipolarny
C8, C7: 470nF
C9: 100^F/16V
Cli: 220^F/16V
C12: 1000^F/16V
Cl4: 680pF
Półprzewodniki
Dl, D2: 1N4148 lub
odpowiednik
ICl, IC2: NE555
IC3: 7805
IC4: UL1321
Tl: BC557 lub odpowiednik
T2: BC548 lub odpowiednik
Różne
CON1: ARK2 (3,5mm)
JP1: 3goldpin
Ml: mikrofon elektretowy
Kompletny układ i płytki drukowane są dostępne w AVT pod oznaczeniem AYT-1205.
średnim natężeniu dźwięku odbieranego przez mikrofon. Tak duży kąt obrotu może w wielu przypadkach okazać się zbędny lub wręcz niepożądany i możemy go zmienić, a także ukształtować odpowiednio dynamikę układu, dobierając wartości elementów oznaczone na schemacie gwiazdką. Krzysztof Rokosz
Elektronika Praktyczna 8/98
MINIPROJEKTY
Inteligentna czujka podczerwieni
Muszę przyznać, że
było mi trudno
wymyśleć nazwę dla
projektu
prezentowanego
w artykule. Nie jestem
w tak komfortowej
sytuacji jak np.
muzycy, którzy mogą
swojej kolejnej płycie
nie dawać żadnej
nazwy, albo oznaczyć
ją po prostu cyfrą
(patrz nowy, świetny
Lenny Kravitz: "5").
Wybrany przeze
mnie tytuł nie jest
może najlepiej
dobrany, ale autor całą
energię intelektualną
spożytkował na
wykonanie tego projekt
i nie miał skąd
czerpać natchnienia
podczas wymyślania
tytułu. Mamy nadzieję,
że projekt obroni się
merytorycznie, a nie
tytularnie. Wychodząc
z tego założenia
p rzęch o dzimy
niezwłocznie do
meritum.
Odpowiednio wykorzystując taki ciekawy element jak czujkę (detektor) podczerwieni pasywnej małym nakładem sił i środków można zbudować prosty i skuteczny system alarmowy. Wystarczy mały czujnik umieszczony pod sufitem i już całe pomieszczenie jest pod kontrolą. Syrena z przetwornikiem piezo _--*
0 wysokiej efektywności zaalarmuje sąsiadów, a nieproszonego gościa przynajmniej nastraszy.
Aby taki system wykonać koniecznie trzeba coś wstawić między czujkę, a syrenę, aby alarm nie był wywoływany natychmiast. Pojawia się jeszcze kwestia opóźnienia uaktywnienia alarmu po opuszczeniu pomieszczenia. Prezentowany układ jest wystarczająco prosty, by mógł go wykonać prawie każ dy elektronik
1 zarazem wystarczająco funkcjonalny, by zaspokoił potrzeby tych, którzy nie chcą biernie czekać na wizytę bandziora.
Układ zajmuje całą logistyką, co oznacza, iż nie generuje fałszywych alarmów oraz maksymalnie upraszcza obsługę przez jednoznaczną wizualizację stanu pracy. Jedna dwuko-lorowa dioda LED służy do sygnalizowania czterech stanów.

Schemat elektryczny urządzenia przedstawiono na rys. 1. Po włączeniu zasilania kondensator C3 zeruje licznik Ul przez podanie dodatniej szpilki na wejście MR (ang. master reset) - wyprowadzenie nr 15 (pin 15). Wyzerowany 4017 przyjmuje na wyjściu Q0 (pin 3) stan H. Pozostałe Ql..Q9 są w stanie niskim. Wysoki poziom z Q0 Ul przez rezystor R4 zeruje również U2. Rezystor R5 zapewnia świecenie czerwonej połowy LED D7. Klucz A układu U3 jest otwarty (droga dla prądu jest otwarta). Nazwiemy taki stan FAZĄ GOTOWOŚCI.
Po wykryciu zmiany temperatury o parę stopni

względem tła czujka podczerwieni zwiera styki swojego przekaźnika i plus zasilania przez diodę zabezpieczającą D2 i przewodzący klucz A przedostaje się na wejście zliczające Ul (pin 14). Następuje przesunięcie jedynki logicznej z Q0 na Ql układu Ul. Jednoczenie dzieje się teraz kilka rzeczy. Mianowicie: klucz A zostaje zamknięty, dzięki czemu wejście Ul staje się niewrażliwe na wszystkie następne sygnały alarmowe czujki. Uaktywniony zostaje generator - licznik U2 (stan L na pin 12). Przez otwarty klucz D i rezystor R6 płyną do czerwonej LED impulsy prądu o częstotliwości 0,7Hz.
PASYWNA
CZUJKA
POOCZBWIENI

Rys. 1.
SW1
FL1 10k
D1 Cl
M T \\~
Fffifl 1KM 1M
R14
14
na 13
00 CM 02 03 Q4
Ul 401T MR
GND
15
10Gn
R13 1M
Elektronika Praktyczna S/9S
53
MINIPROJEKTY
+Ś -
Rys. 2.
Jest to FAZA ZWŁOCZNA, w której legalny użytkownik chronionego pomieszczenia ma 11 sekund na naciśnięcie dobrze ukrytego przycisku SWl i uniknięcie załączenia alarmu akustycznego.
Jeśli tego nie zrobi, to układ przejdzie w FAZĘ głośnego ALARMU. Poziom H na Qll U2 wprowadza tranzystor Tl w przewodzenie. Czas trwania alarmu jest równy potrojonemu czasowi zwłoki - czyli 3 3 sekundy. Potem na Ql3 U 2 wystąpi poziom H i przez diodę separującą D5 wyze-ruje Ul. Przywrócony zostanie STAN GOTOWOŚCI.
Gdy odpowiednio wcześnie zostanie wciśnięty SWl odliczanie czasu zostanie wstrzymane, a czerwona LED D7 przestanie pulsować i zacznie się świecić jej zielona część. Urządzenie znajdzie się w FAZIE BLOKADY. Stanie się tak dlatego, że jedynka logiczna przesunie się z Ql Ul na Q2 i poziom H przez diodę D4 wyzeruje licznik U2. Szkodliwe drgania styków przycisku SWl zignoruje obwód różniczkujący na elementach R2, Cl i R3.
Faza blokady może trwać dowolnie długo, tzn. do momentu, kiedy zdecydujemy się opuścić pomieszczenie. W tym celu wciskamy jeden raz przycisk SWl, co zostanie potwierdzone miganiem zielonej LED. Układ alarmowy przechodzi w FAZĘ
OPÓŹNIONEGO UAKTYWNIENIA i daje nam szansę opuszczenia pomieszczenia bez wszczynania alarmu. Mamy na to aż 45 sekund -tak, że pośpiech podczas wychodzenia nie jest potrzebny. System czuwania uaktywni się sam. W fazie opóźnionego uaktywniania jedynka z wyjścia Q3 Ul załącza dwa klucze: B i C. Klucz B zwiera bramkę Tl z masą, uniemożliwiając załączenie syreny. Prąd zwarcia ograniczają rezystory Rll i R12, pełniące jednocześnie funkcję logiczną OR. Klucz C natomiast zapewnia mruganie zielonej LED (podobnie jak poprzednio klucz D).
Jak wynika z powyższego opisu, kolejne wciskanie SWl skutkuje sekwencyjnym przełączaniem faz pracy układu. Jest to rozwiązanie spotykane dość rzadko, a łączy przecież prostotę obsługi z doskonałym działaniem.
Nie opisane dotychczas wyjście Q4 Ul powoduje au-tozerowanie licznika Ul w przypadku omyłkowego wciśnięcia o jeden raz więcej niż potrzeba i znalezienia się w niewłaściwej fazie. Wystarczy wtedy obserwować diodę LED i kolejnymi przyciśnięciami przywrócić pożądany stan. Rezystor RIO łączący Q4 z MR zamienia zatem Ul w licznik pierścieniowy.
Poniżej omówiono kolejne fazy działania urządze-
nia:
1. FAZA GOTOWOŚCI: świeci czerwona LED (stan H na pin 3 Ul).
2. FAZA ZWŁOCZNA: pulsuje czerwona LED (H na pin 2 Ul).
4. FAZA ALARMU: stan diody LED j.w., alarm akustyczny po czasie (H j.w.).
3. FAZA BLOKADY: świeci LED zielona (H na pin 4 Ul).
4. FAZA OPÓŹNIONEGO UAKTYWNIENIA: pulsuje LED zielona (H na pin 7 Ul). Kolejne wciśnięcie SWl spowoduje natychmiastowy skok do fazy gotowości.
Montaż i uruchomienie
Układ można zmontować na płytce według projektu przedstawionego na wkładce wewnątrz numeru. Rozmieszczenie elementów przedstawiono na rys. 2.
Zalecane jest zastosowanie podstawek pod układy scalone. Tych Czytelników, którzy mają zwyczaj kończyć montaż umyciem ścieżek denaturatem uczulam na kolejność działań: nigdy nie myjemy przy nieobsadzonych podstawkach. Rozpuszczona spirytusem kalafonia wnika we wszystkie szczeliny - a jest doskonałym izolatorem! Podwójną diodę świecącą D7 należy umieścić w widocznym miejscu, poza obudową układu sterującego. Pozostawiona w obrębie obudowy ułatwi sprawę włamywaczowi, który bez większych ceregieli zdemoluje układ i w ten sposób wyłączy alarm. Samo urządzenie, jak i przycisk sterujący trzeba ukryć. Przewody także - np. pod boazerią lub wzdłuż półek (w garażu bądź w piwnicy).
Oscylator kostki U2 jest maksymalnie uproszczony -nie zawiera dodatkowego rezystora przy wyprowadzeniu nr 11. W praktyce jest to do-
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl, Rll, R12: 10kQ
R2, R9, R13: 1MQ
R3, R5, R8: 2,2kQ
R4, RIO, R14: 100kQ
R6, R7: lkQ
Kondensatory
Cl, C3: 100nF/25V
C2: 3,3nF
C4: 100^F/16V
Półprzewodniki
Dl, D2, D3, D5, D6: 1N4148
D4: BAT85 (lub podobna
Schottky)
Tl: BUZ1O (N-MosFet)
Ul: 4017
U2: 4060
U3: 4066
Kompletny układ i płytki drukowane są dostępne w AVT pod oznaczeniem AVT-1206.
puszczalne, o ile pojemność C2 nie przekracza ok. lOnF. Taka oszczędność wiąże się z podwyższeniem częstotliwości generatora o 20% względem wartości teoretycznej (1/2,2RC).
Stosowanie specjalnej procedury podczas uruchamiania urządzenia nie jest potrzebne. Po prostu nie ma powodu, żeby po podaniu zasilania nie zapaliła się czerwona LED. To niewątpliwy walor tego układu - prostota idąca w parze z niezawodnością. Drobnych regulacji wymaga czujka podczerwieni. Należy posłużyć się oryginalną instrukcją i ustawić czas zwarcia styków przekaźnika na minimum - najwyżej parę sekund. Jest to konieczne - nasz układ powinien skupić w sobie maksimum "inteligencji" gwarantującej pewne działanie. Długość przewodów połączeniowych (wszystkich) nie odgrywa większej roli. Andrzej Kowalczyk, AVT
54
Elektronika Praktyczna 8/98
PROJEKTY
Rozdzielacz telefoniczny
kit AVT-461
Wielu Czytelników
Elektroniki Praktycznej ma
w domu zainstalowany
telefon. Sądzę jednak, że
niewielu z nas pogodziło się
z uciążliwościami związanymi
z koniecznością korzystania
z jednego aparatu. Co
w takiej sytuacji robimy?
Układamy odcinek kabla
i dołączamy równolegle drugi
telefon.
Takie rozwiązanie ma
jedną zaletę - jest tanie.
Poza tym są tylko wady,
które zna każdy korzystający
z takiego połączenia.
Wymienię dwie najważniejsze:
brak poufności rozmów
i kłopoty z wybieraniem
(zwłaszcza impulsowym).
Koszmar zaczyna się, gdy
jednym z aparatów jest
modem lub telefaks. Rzadko
które urządzenie nie zerwie
połączenia po podniesieniu
słuchawki w równoległym
telefonie. Co to oznacza dla
Internauty nie będę tłumaczył.
Przy okazji warto wspomnieć, źe potrzebę łączenia dwóch telefonów zauważono juź dość dawno. Niektóre wersje starych telefonów miały specjalne, dodatkowe styki w przełączniku widełkowym, odłączające drugi telefon.
Czy zastanowiło Was kiedyś, dlaczego gniazdko telefoniczne "standardu polskiego" jest takie skompliko w ane ? C z tery, czas em sześć kontaktów, dwa styki rozwierane przy wkładaniu wtyczki i do tego jeszcze kondensator.
Nie lepiej wyglądają kable w starszych telefonach polskiej produkcji. Sznur takiego telefonu ma dwie, trzy, czasem nawet pięć źył. W dodatku niektóre z nich są połączone mostkiem we wtyczce.
Na rys. 1 przedstawiono najbardziej rozbudowaną wersję gniazda telefonicznego na tynkowego 6-stykowego z kondensatorem - GTN6C. Poniżej zestawiono funkcje poszczególnych styków i odpowiadające im kolory przewodu w sznurze telefonu: nr
kolor (kod) zastosowanie
żyły
biały (b) obwód sygnalizacyjny
(dzwonek)
zielony (t) obwód sygnalizacyjny
i rozmowny
czerwony (k) obwód rozmowny
niebieski (n) zasilanie podświetlenia
tarczy, doziermenie
brązowy (o) zasilanie podświetlenia
tarczy
Jeśli posiadany telefon ma wyprowadzone dwie żyły, nic nie można zmienić. Jeśli ma trzy żyły (zieloną, czerwoną, białą) i nie musi dzwonić, możemy odłączyć dzwonek usuwając z wtyczki mostek zwierający styki 3 i 4. W ten sposób odetniemy dzwonek wraz z szeregowym kondensatorem. Powinno to w znaczący sposób poprawić słyszalność rozmów prowadzonych z pozostałych aparatów. Poprawią się też parametry sygnalizacji wybierczej, zwłaszcza impulsowej. Uwaga: należy pamiętać, żeby zostawić chociaż jeden telefon z działającym dzwonkiem!
Z tego samego powodu warto usunąć kondensatory ze wszystkich wolnych gniazd. Kondensatory te symulują pojemność obwodu dzwonka, gdy nie jest podłączony telefon. Dzięki temu urządzenia pomiarowe centrali nie sygnalizują uszkodzenia linii przy okresowych pomiarach. Jeśli nasz telefon ma wyprowadzony przewód niebieski i brązowy, możemy podłączyć do nich źródło napięcia 4..6V. Po podniesieniu mikrotelefonu powinna zostać podświetlona tarcza numerowa.
Przewód niebieski w telefonie wyposażonym w dodatkowy przycisk podłączano do uziemienia. Naciśnięcie przycisku powodowało doziemienie obu żył linii abo-
Elektronika Praktyczna S/9S
55
Rozdzielacz telefoniczny
rsn
Rys. 1. Rozmieszczenie styków w gnieździe natynkowym.
nenckiej. W niektórych centralach można było w ten sposób zawiesić jedną rozmowę i odebrać drugą. Uwaga: nowoczesne centrale elektroniczne bardzo nie lubią takich doziemień.
Na rys. 2 przedstawiono wzorcową sieć gniazdek rozłącznych. Linią przerywaną zaznaczono na rysunku obwód podświetlania tarczy numerowej i uziemienia. W tak poprowadzonej sieci działa zawsze tylko jeden telefon, ten podłączony najbliżej gniazda początkowego. Odłączenie wszystkich telefonów powoduje zamknięcie linii kondensatorem w gniazdku końcowym.
Obecnie wielu producentów modemów i telefaksów przewiduje możliwość dołączenia do swoich urządzeń dodatkowego telefonu. Stosowane są dwa rozwiązania:
/Montowanie dwóch gniazdek: jedno dla linii telefonicznej (WALL, LINĘ) i drugie do podłączenia dodatkowego telefonu (PHONE, AUX).
/Gniazdo typu Modular Jack o czterech stykach. Wewnętrzne styki (przewody czerwony i zielony) służą do podłączenia linii centralowej, do zewnętrznych (przewody żółty i czarny) przyłącza się dodatkowy telefon. W obu przypadkach dodatkowy aparat telefoniczny jest odłączany, gdy linię zajmuje telefaks (modem).
Obydwa rozwiązania zakładają wyższy priorytet pierwszego urządzenia, dlatego rozmowa prowadzona z dodatkowego telefonu może zostać przypadkowo przerwana lub przejęta. Wobec tego proponujemy wykonanie prostego rozdzielacza telefonicznego, który jest pozbawiony tych wad.
Opis układu
Schemat rozdzielacza przedstawiono na rys. 3. Prześledzimy drogę prądu w gałęzi telefonu Abl - gałąź telefonu Ab2 jest identyczna. Dla uproszczenia po-
miniemy nieistotne w tym momencie kondensatory. Z żyły a linii miejskiej prąd płynie przez zwarte styki (5-6) przekaźnika Pl, diodę w mostku prostowniczym, diodę LED (1-2) przekaźnika Pl, diodę mostka, telefon Abl. Przekaźniki OptoMos Pl mają styki normalnie zwarte (opis przekaźników tego typu zamieszczono w EP11 i 12/95, oraz 1, 2, 3, 4/ 96). Zastosowanie mostka prostowniczego uniezależnia działanie układu od polaryzacji napięcia z centrali telefonicznej. Jest to konieczne, ponieważ wiele central odwraca biegunowość na czas trwania połączenia.
W stanie spoczynku telefon stanowi przerwę dla prądu stałego. Diody LED przekaźników nie świecą. Podniesienie mikrotelefonu w aparacie Abl zamyka omówiony wyżej obwód. Dioda LED (1-2) przekaźnika świeci odłączając stykami (7-8) telefon Ab2 od żyły a linii telefonicznej. Podniesienie słuchawki telefonu Ab2 nic nie zmienia, gdyż jego obwód jest przerwany. Dopiero odłożenie słuchawki telefonu Abl powoduje zanik prądu w pętli Abl i dołączenie Ab2 do żyły a. To by było już wszystko, gdyby nie fakt, że telefony muszą jeszcze dzwonić i wybierać numer.
Pojawienie się zmiennego prądu w linii miejskiej spowoduje okresowe zaświecanie diod LED w obu przekaźnikach i przypadkowe odłączanie telefonów w czasie sygnału dzwonienia. Aby temu zapobiec, równolegle do mostka włączono kondensator Cl. Przy najwyższym napięciu dzwonienia i największym obciążeniu, spadek napięcia na tym kondensatorze nie może przekroczyć około 2 V (napięcie diody LED i dwóch diod mostka). Ponieważ w naszych warunkach zarówno impedancję obwodu sygnalizacyjnego telefonu jak i napięcie dzwonienia należy traktować raczej jako niewiadome, przyjęto pojemność 100|iF. Jest to wartość osiągalna w bipolarnych kondensatorach elektrolitycznych.
Telefon z wybieraniem impulsowym ma jeszcze tę cechę, że podczas wybierania numeru wielokrotnie przerywa obwód na czas około 66ms. Świecenie diody LED
Cechy rozdzielacza
x umożliwia podłączenie do jednej linii dwóch dowolnych urządzeń telefonicznych;
x urządzenia mają jednakowy priorytet - połączenie z miastem otrzymuje ten, kto pierwszy podniesie mikrotelefon;
x zapewnia poufność rozmówi bezpieczeństwo połączeń modemowych;
x sygnał dzwonienia dochodzi do obu urządzeń końcowych;
x nie wymaga zewnętrznego zasilania;
x istnieje możliwość łączenia kaskadowego rozdzielaczy w celu zwiększenia pojemności.
należy przez taki czas podtrzymać, aby zapobiec możliwości przejęcia linii przez drugi telefon. Działanie takie ma już kondensator filtrujący dzwonienie, jednak przyjęta pojemność jest zbyt mała. Bipolarne kondensatory elektrolityczne są stosunkowo drogie, dlatego zwiększanie pojemności w tym miejscu jest nieekonomiczne. Ten sam efekt można uzyskać włączając równolegle do diody LED zwykły (biegunowy) kondensator elektrolityczny C2.
Należy jeszcze podtrzymać świecenie diody w momencie odwracania biegunowości przez centralę telefoniczną. Kondensator bipolarny jest wtedy przeładowywany do przeciwnej polaryzacji. Czas
4V
GNIAZDO POCZĄTKOWE
GNIAZDO PRZELOTOWE
Rys. 2. Sieć gniazdek rozłącznych.
56
Elektronika Praktyczna 8/98
Rozdzielacz telefoniczny
Linia miejska
Rys. 3. Schemat elektryczny rozdzielacza.
w jakim to następuje to pojedyncze milisekundy, zatem ten problem załatwia kondensator C2.
Pozostało już tylko przeanalizować, jak przełączanie rozmowy z jednego telefonu na drugi jest widziane od strony centrali miejskiej. Załóżmy, że rozmawiamy przez telefon Abl. Świeci dioda LED (1-2) odcinając stykami (7-8) telefon Ab2. Kondensator Cl jest naładowany do napięcia około IV, kondensator C3 do około 2V. Jeśli teraz podniesiemy mikrotelefon Ab2, a następnie odłożymy słuchawkę Abl, te kondensatory połączone równolegle będą zasilały diodę LED (1-2). Przez ten czas centrala będzie widziała przerwę: Abl-odłożony, Ab2-jesz-cze odcięty. Nie jest to problemem w przypadku rozmów przychodzących. Centrale miejskie podtrzymują takie rozmowy jeszcze 90 sekund po odłożeniu mikrotelefonu przez abonenta wywoływanego. Inaczej to wygląda, gdy
ci C2 22O..47O)iF.
to my inicjujemy rozmowę. W takim przypadku przerwanie pętli już na 200ms może spowodować
uniaAbi rozłączenie.
Zatem, jeśli chcemy przełączać rozmowy wychodzące, należy dobrać pojemności kondensatorów C2 i C4 tak, aby czas
LjmaAb2 podtrzymania świecenia LED wynosił 100..200ms. Doświadczalnie sprawdzono, że takie czasy można uzyskać przy wartoś-C4 w granicach od
Montaż i uruchomienie
Układ rozdzielacza zmontowano na jednostronnej płytce drukowanej , wykonanej zgodnie ze wzorami zamieszczonymi na wkładce. Rozmieszczenie elementów na płytce przedstawiono na rys. 4.
Przy montażu urządzeń telekomunikacyjnych stanowczo odradzam stosowanie druków uniwersalnych lub konstrukcji typu pajęczyna. Napięcia występujące w linii telefonicznej osiągają grubo ponad sto woltów. Ewentualne przebicia mogą łatwo uszkodzić elementy elektroniczne. Pod układ Pl należy zamontować podstawkę.
Układ po poprawnym zmontowaniu wymaga sprawdzenia.
Podłączamy linię centralową do środkowego(l) złącza
WYKAZ ELEMENTÓW
Kondensatory
Cl, C3: 100^F/100V elektrolityczny
bipolarny
C2, C4: 470^F/10V
Półprzewodniki
Pl: LBB110 (CP Clare)
MDL MD2: mostki Graetza 1A/
50V
Różne
Złącze ZL Z2, Z3: ARK2
Z3, a telefony do złącz Zl i Z2. Prosimy, żeby ktoś ze znajomych do nas zadzwonił i słuchamy, czy podczas dzwonienia nie występują zaniki. Druga próba polega na wykonaniu pełnego połączenia z innym abonentem. Drugi telefon powinien mieć w tym czasie podniesioną słuchawkę. Podczas wybierania i rozmowy nie może nastąpić przerzucenie połączenia na drugi telefon. Próbę powtarzamy zamieniając telefony rolami. Tomasz Gumny, AVT
Rys. 4. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej rozdzielacza.
Elektronika Praktyczna 8/98
57
PROJEKTY
(Nie)parzyste utwory z płyty CD
kit AVT-462
Przystawka do odtwarzacza
CD, której opis prezentujemy
w ańykule, stanowi proste,
a przy tym dość funkcjonalne
rozszerzenie jego możliwości -
pozwala bowiem odtwarzać
wybran e (parzyste lu b
nieparzyste) utwory z płyty.
Układ współdziała z elektroniką odtwarzacza CD (dalej autor konsekwentnie używa nazwy la-serofon) - stąd wymagana będzie ingerencja we wnętrze fabrycznego urządzenia. Pewne doświadczenie praktyczne bardzo się przyda. Znalezienie jednak odpowiednich punktów na płytce laserofo-nu nie powinno nikomu sprawić większych trudności, nawet bez dokumentacji.
W pobliżu wyjściowych gniazd CINCH, opisywanych jako LINĘ OUT, należy zlokalizować grupę dyskretnych elementów. W każdym laserofonie, na końcu toru audio znajduje się kilka tranzystorów pełniących specjalne funkcje. W przerwach między utworami i w trakcie szybkiego ruchu laserowej głowicy nad płytą, jak też przy włączonej pauzie, wyjścia są odcinane w celu uniknięcia stanów przejściowych i zakłóceń pochodzących od serwomechanizmu. Do tego celu używa się tranzystorów bipolarnych włączanych równolegle w tor sygnałowy - tzw. tranzystorów "czoperujących". Spotyka się specjalne wykonania takich tranzystorów o wewnętrznej geometrii optymalizowanej pod kątem zminimalizowania resztkowego napięcia kolektor - emiter (czyli napię cia nasy cenią).
Opis układu
Laserofon, który został poddany modyfikacji, to SONY CDP-X222 ESPR1T - jeden z najlepszych modeli z początku lat dziewięćdziesiątych. Mały fragment jego schematu, odpowiedzialnego za wyciszenie (ang. mute) dźwięku, zawiera lewa strona schematu z rys. 1.
Cała sekcja "mute" liczy blisko 30 podzespołów, wraz ze specjalizowanym układem scalonym (w tym przypadku stopień komplikacji idzie w parze z jakością). Tłumienie sygnału jest realizowane dwustopniowo: pierwszy stopień
znajduje się zaraz za obwodami analogowych filtrów aktywnych (subtelnie wspomagających obowiązkową filtrację cyfrową).
Na schemacie z rys. 1 przedstawiono tylko drugi stopień, w którym tranzystory Q502 i Q602 pracują inwersyjnie, to znaczy funkcję emitera przejmuje kolektor. Wzmocnienie prądowe w takiej konfiguracji jest małe, przy jednocześnie niewielkim napięciu resztkowym - rzędu pojedynczych miliwoltów. Prądu bazy dostarczają tranzystory Q501 i Q601. Podczas wyciszenia, na ich kolektorach występuje pełne napięcie dodatnie 5V, którego obecność wykorzystamy do wygenerowania sygnału przeskoku o jeden utwór. Zależnie od tego czy poprzedni utwór był parzysty, czy nie, wszystkie następne będą parzyste albo nie. Zasada jest chyba banalnie prosta, dlatego schemat zawiera tylko jeden układ scalony i kilka elementów współpracujących. Większość czasu spędzonego nad projektem wypełnił dobór zależności czasowych i zbadanie ich wpływu na efekt końcowy.
Przy okazji eksperymentów okazało się, że część płyt CD generuje nietypowe sygnały sterujące dla procesora. Na przykład podczas kilkusekundowej przerwy między utworami jest wysyłany dwukrotnie rozkaz odcięcia wyjść. W głośnikach jest to niemal niesłyszalne, nie zmienia jednak faktu, że przez moment sekcja "mute" jednak nie pracuje. Inne płyty w ogóle nie zawierają rozkazów wyciszenia i między utworami mamy okazję usłyszeć wypadkowy szum konwertera C/A plus szum wzmacniaczy operacyjnych. W takim przypadku konieczne jest ręczne włączenie opcji automatycznego wprowadzania parose-kundowych (najczęściej 3) wyciszeń. Opcja taka może nosić firmową nazwę "AUTO SPACE" -
Elektronika Praktyczna S/9S
59
(Nie)parzyste utwory z płyty CD
+5V
FRAGMENT
ELEKTRONIKI
LASEROFONU
(REALIZUJĄCEJ
FUNKCJĘ "MUTE")
PIN 12 Ś�-
Rys. 1. Schemat elektryczny układu.
lub podobną. Normalnie przydaje się wyłącznie przy przegrywaniu na magnetofon wyposażony w wyszukiwanie utworów.
Kompletny schemat elektryczny przystawki przedstawiono na rys. 1. Widoczny na schemacie przełącznik "TIMER" wykorzystano do uaktywniania układu. Zazwyczaj w ogóle nie jest on używany, jeśli trzymamy "maszynę" cały czas pod prądem, co korzystnie wpływa na brzmienie.
W lewym położeniu (pozycja OFF) na środkowym pinie występuje poziom masy, która podana na bazę tranzystora pnp T2 umożliwia przepływ prądu przez diodę LED D3 i transoptor TOl. Bez tego układ scalony Ul jest wprawdzie zasilany, lecz nie występuje sterowanie klawiszem "SKIP", odpowiedzialnym za przeskok o jeden utwór w górę.
Diody Dl i D2 pełnią funkcję logicznej sumy. Sygnał "mute" z dowolnego kanału zostanie odebrany przez Ul jako poziom wysoki na PIN4. Uniwibrator Pl (połowa układu Ul) rozpocznie generację monoimpulsu na swoich wyjściach Ql i !Ql (wykrzyknik oznacza negację). Zaświeci się wtedy dioda LED D3. Na !Ql (PIN7) wystąpi poziom niski przez czas tl wyznaczony iloczynem R2 przez C2, czyli ok. lOOOms.
OFF �> PLAY
T1MER1
Retrygowalność układu Ul typu 4538 spowoduje przedłużenie impulsu, gdy w punkcie "A" (patrz rys. 1 i 2) wystąpi chwilowo stan niski. Taką sytuację opisano już jako możliwą na pewnych płytach zawierających 2 wyciszenia - jedno po drugim.
Uniwibrator P2 zaczyna pracę jednocześnie z Pl (z opóźnieniem wynikającym ze skończonych czasów propagacji w układach CMOS). Czas monoimpulsu t2, pojawiającego się na !Q2, równy jest połowie tl i wynosi 500ms (iloczyn R3 przez Ć3).
Różniczkujący kondensator Cl sprawia, że tylko dodatnia szpilka, o czasie trwania Ł3=100ms (iloczyn Cl przez R4+R5), przedostaje się z wyjścia !Q2 na bramkę tranzystora polowego Tl (nFET typu BF245A). Punkt pomiarowy "B" to wyjście Pl, "C" - wyjście P2, "D" - przebieg na bramce Tl.
Dioda LED D4 nie świeci, ponieważ przez jej złącze płynie jedynie 0,003mA. Dioda D4 utrzymuje po prostu na bramce Tl napięcie ok. -1,5V względem masy. Dioda D5 pełni funkcję czysto informacyjną: pokazuje obecność impulsów prądu płynących przez TOl.
Unipolarny, złączowy tranzystor Tl wymaga do pełnego przewodzenia zrównania potencjału bramki z potencjałem źródła. Maksymalne
napięcie źródła może w układzie przyjąć wartość 1,8V i wynika z sumowania napięć przewodzenia złącza B-E T2 oraz podczerwonej diody transoptora TOl (1,1V).
Na bramce napięcie nie przekracza 2,5V, mimo że na katodzie D4 pojawia się szpilka o amplitudzie 3,5V. Dzieje się tak dlatego, że złącze G-S Tl zostaje spolaryzowane (przez czas t3) w kierunku przewodzenia. Jest to dopuszczalne, o ile prąd G-S nie przekracza 1 OmA. Rezystor R5 ogranicza go do O.OlmA.
Drugi transoptor TO2 pożycza lmA z diody LED podświetlającej klawisz "PAUSE". Po wciśnięciu tego klawisza, TO2 zwiera R4 zapewniając ujemny potencjał bramki tranzystora Tl i jego odcięcie. Do całkowitego odcięcia BF245A wystarczą -2V względem
Rys. 2. Przebiegi w charakterystycznych punktach układu.
60
Elektronika Praktyczna 8/98
(Nie)parzyste utwory z płyty CD
Patrz rya1
Rys. 3. Schemat uproszczonej wersji układu.
źródła (245B wymagałby już -4V a 245C: -6V). Zastosowanie dodatkowego transoptora TO2 pozwala na prawidłowe, zgodne z oczekiwaniami działanie pauzy - bez nieoczekiwanego skoku do następnego utworu.
Wersja oszczędna
Układ z rys. 1 powstał w wyniku ewolucyjnego procesu. Jest bogatszą, bardziej precyzyjną i ogólnie lepszą wersją pierwowzoru z rys. 3.
Pierwowzór nie ma "chronionej" pauzy, ale może być użyteczny przy pierwszej przeróbce sprzętu, gdybyś Czytelniku wolał najpierw wypróbować możliwości tego niecodziennego układu do selekcjonowania utworów na parzyste i nieparzyste. Montaż według rys. 3 może być zupełnie uzasadniony, jest on bowiem tylko nieznacznie mniej skuteczny od wersji "zaawansowanej".
Drobne nieprawidłowości mogą wystąpić przy co ósmej płycie, podczas gdy układ z rys. 1 nie radzi sobie z jedną płytą na dziesięć (statystyka jest tylko tym, czym jest, dlatego może się okazać, że z żadną z twoich płyt nie będzie kłopotów).
Rezultat końcowy zależy także (choć w niewielkim stopniu) od konstrukcji twojego laserofonu, dlatego polecam wypróbowanie najpierw wersji oszczędnej. Jeśli uzyskasz obiecujące wyniki - możesz pokusić się o wykonanie pełnej wersji z rys. 1.
Montaż i uruchomienie
Na rys. 4 podano wyczerpującą informację o rozmieszczeniu elementów na płytce. Widok mozaiki
ścieżek przedstawiono na wkładce wewnątrz numeru.
Należy jak zwykle zadbać o prawidłowe umieszczenie układu scalonego w podstawce i o biegunowość wszystkich diod. Z kondensatorami bipolarnymi nie ma kłopotu. Moje doświadczenie wskazuje, że fakt multipleksowa-nia klawiatury w laserofonie nie ma żadnego negatywnego wpływu na współpracę z nią transoptora TOl. Może trzeba będzie odwrócić przewody, którymi transoptor jest połączony z wyprowadzeniami klawisza "SKIP" - w praktyce trudno będzie określić "na oko" wymaganą polaryzację. Można sobie nawet tego zaoszczędzić i pomiędzy TOl a klawiszem zamontować mostek Graetza na diodach Schottky'ego (co przedstawiono na rys. 1).
Potrzebne napięcia zasilające ą5V są z reguły dostępne w pobliżu wzmacniaczy operacyjnych. Pobór prądu ze źródła +5V nie przekracza 5mA, a ze źródła -5V mniej niż 0,lmA. Wszystkie trzy pary przewodów (anody Dl, D2, wyjście TOl, wejście TO2) należy poprowadzić w formie skrętki (każda para skręcona oczywiście oddzielnie).
Wersja oszczędna (z rys. 3) wymaga kondensatorów tan talowych, a jej montaż można uprościć do bezpośredniego polutowa-nia elementów na kawałku płytki uniwersalnej.
Jest prawdopodobne, że wielu z Was ma w domowych zapasach układy 4528, o których wiadomo z reguły tylko tyle, że są mniej precyzyjną wersją 4538. W rzeczywistości różni je zasadniczo budowa wewnętrzna. Układ 452 8 gwarantuje powtarzalność (i precyzję) generowanych czasów nie dłuższych niż lms. Można go zmusić do generowania impulsu o długości nawet 5 00ms, ale zaraz za tą granicą pojawiają się oscylacje na drugim zboczu. Wynika to z faktu, że funkcję komparatora poziomu w obwodzie RC pełni zwykła bramka. Dlatego też czas kilkuset milisekund jest osiągalny tylko przy stabilnym zasilaniu. Natomiast 4538 wyposażono w 2 komparatory z prawdziwego zdarzenia (cała kość ma ich 4, ponieważ są 2 identyczne uni-
WYKAZ ELEMENTÓW
Wersja rozbudowana (rys. 1) Rezystory
Rl, R5: lOOkO
R2, R3, R4: 1MO
Ró, R7: 470O
Kondensatory
Cl: lOOnF
C2: lOOOnF
C3: 470nF/63V
Półprzewodniki
Dl, D2: 1N4148
D3, D4, D5: LED, dowolny kolor
Tl: BF245A (ew. 245B - patrz
tekst)
T2: BC557A (ew. 557B)
TOl, TO2: 4N35
Ul: CD4538 (patrz tekst!)
wibratory). Występuje ponadto dodatkowy tranzystor pMOS, który po zakończeniu generacji błyskawicznie doładowuje zewnętrzny kondensator do pełnego napięcia. Dzięki porządnym komparatorom możliwa staje się generacja monoimpulsów o czasie trwania do 10 sekund.
Odpowiednie wzory na długość impulsu również mają swoje odbicie w fizycznej konstrukcji. W przypadku 4528 jest t=0,4xRxC (Uzas = 5V) oraz t=0,3xRxC (Uzas>10V). W przypadku 4538 jest to po prostu t=RxC.
Powiązanie pracy naszego układu z dodatkową opcją - np. RE-PEAT ALL, PROGRAM lub RAN-DOM daje nowe, ciekawe możliwości zmian trybu odtwarzania. Te dodatkowe efekty niech będą miłą niespodzianką dla wszystkich odważnych i zdecydowanych na przeróbki swych kosztownych, lecz niedoskonałych odtwarzaczy. Andrzej Kowalczyk, AVT
R3
utuj le iii ue k me w kły w.
Rys. 4. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej.
Elektronika Praktyczna 8/98
61
PROJEKTY
Stoper na szkolną olimpiadę, część 1
kit AVT-447
Trzeba przyznać, że układy
publikowane dotychczas w EP
zaspokajały przede wszystkim
potrzeby elektroników -
hobbystów i zawodowców,
a pozostałe grupy
zainteresowań były pomijane.
Przykładem słabo
"dopieszczonej" grupy są
spońowcy. Nie
skonstruowaliśmy, jak dotąd,
ani jednego urządzenia
dedykowanego klubom
sportowym i szkołom.
A przecież i w tej
dziedzinie elektronika zajęła
od dawna należne jej
miejsce. Przecież obecnie
żadne zawody spońowe nie
mogą się odbyć bez jej
udziału.
W pierwszej części
prezentujemy opis
podstawowego elementu
urządzenia - cyfrowego
licznika czasu.
Chciałbym zaproponować Czytelnikom budowę elektronicznego stopera do pomiaru czasu trwania biegów i innych dyscyplin sportowych rozgrywanych "na czas". Z pewnością wielu z Was skwituje ten pomysł lekceważącym wzruszeniem ramion: jaki sens ma budowa układu, który można za kilka złotych kupić w każdym sklepie ze sprzętem sportowym? Do wyboru mamy rozmaite stopery: z odczytem analogowym i bardziej nowoczesne z odczytem cyfrowym.
To prawda, ale nie cała prawda. Nie słyszałem bowiem o stoperze, który włączałby się samoczynnie po wystrzale z pistoletu startowego. Nic mi także nie wiadomo, aby za niewielkie pieniądze można było kupić stoper, który samoczynnie zatrzymywałby się po przekroczeniu przez pierwszego zawodnika linii mety. Konia z rzędem temu, kto wskaże mi miejsce zakupu stopera, którego pole odczytowe umożliwiałoby obserwację wyników zawodów przez publiczność, z odległości kilkunastu czy nawet kilkudziesięciu metrów! Takie urządzenia są oczywiście produkowane i to przez czołowych produ-
centów sprzętu pomiarowego, ale koszt ich zakupu z pewnością przekracza możliwości małego klubu sportowego czy też szkoły
0 profilu sportowym. Tym właśnie użytkownikom dedykowane jest przede wszystkim proponowane urządzenie.
W artykule opiszemy układ stopera wyposażonego w typowe wyświetlacze LED i układy nim sterujące. Jest to wersja urządzenia przeznaczonego dla sędziego
1 nie umożliwiająca obserwacji wyników przez widzów. Ale już w poprzednim numerze EP, w dziale "Miniprojekty", opisaliśmy budowę uniwersalnego wyświetlacza o dużych rozmiarach, do współpracy z którym nasz stoper jest w pełni przygotowany.
Wystarczy wykonać prostą, dodatkową instalację i wyświetlony wynik biegu będzie widoczny dla publiczności zgromadzonej nawet na niewielkim stadionie. Wyświetlacz opisany w lipcowym numerze EP przyda się nam także wtedy, kiedy będziemy budować układ do wyświetlania wyników meczów.
Proponowany układ odznacza się wielką prostotą i łatwością
Elektronika Praktyczna S/9S
63
Stoper na szkolna olimpiadę
wykonania. Został zapr oj ektowany tak, aby mogli go wykonać nie tylko elektronicy zawodowcy i amatorzy, ale także osoby bardziej pasjonujące się sportem niż techniką. Do wykonania urządzenia nie są potrzebne żadne kosztowne przyrządy pomiarowe, ani bogato wyposażony warsztat. Wystarczy umiejętność dobrego lutowania i trochę uwagi, aby wykonać precyzyjny przyrząd nie wymagający jakiekolwiek uruchamiania czy regulacji. Zastosowane przy k on s tru owani u stopera elementy są tanie i łatwo dostępne. Opis działania
Schemat elektryczny głównego bloku stopera pokazano na rys. 1. Z pozoru schemat może wydawać się nieco skomplikowany, ale z pewnością każdy zauważy, że składa się on z kilku powtarzających się bloków funkcjonalnych. Omówimy je kolejno.
Pierwszym blokiem, odpowiedzialnym za precyzję działania urządzenia, jest generator kwarc owy Ql wraz z dzielnikiem częstotliwości. W układzie zastosowano tani i łatwo dostępny generator o częstotliwości lMHz. Ponieważ do sterowania stoperem potrzebna jest częstotliwości lOOHz,
Rys. 1. Schemat elektryczny stopera.
64
Elektronika Praktyczna 8/98
Stoper na szkolng olimpiadę
Podstawowe dane techniczne układu stopera:
x Urządzenie umożliwia pomiar czasu w zakresie od 0,01 s do 99 mm i 99,99 s z dokładnością 0,01 s, co wyda|e się być zakresem całkowicie wystarczaiącym do oceniania wyników większości amatorskich spotkań sportowych
x Stoper może być uruchamiany za pomocą układu odbierającego huk wystrzału z pistoletu startowego Nie wyklucza To, oczywiście, możliwości ręcznego uruchamiania stopera za pomocą przycisku
x Stoper może być zatrzymywany sygnałem z fotokomórki pracującej w podczerwieni Przecięcie wiązki światła (w podczerwieni), np przez pierwszego na mecie zawodnika, powoduje natychmiastowe zatrzymanie odliczania czasu Także i w Tym przypadku jest możliwe ręczne zatrzymanie stopera
x Zerowanie układu może być dokonane ręcznie, za pomocą przycisku
x Prezentacja wyników odbywa się na sześcio-cylrowym wyświetlaczu LED Specjalne złącza umożliwiają dołączenie do układu wyświetlaczy siedmio segmentowych o bardzo dużych (wysokość 20 cm) wymiarach
x Układ stopera może być zasilany z dowolnego źródła napięcia stałego o wartości 7 16VDC, niekoniecznie stabilizowanego Natomiast zastosowanie dużych wyświetlaczy wymaga dołączenia osobnego zasilacza o napięciu mm 24VDC i wydajności prądowej ok 1,5A Spełnienie Tego warunku może być kłopotliwe przy zasilaniu układu z akumulaTorów (w przypadku sędziowania zawodów rozgrywających się na stadionie, do którego me doprowadzono instalacji elektrycznej 220VAC) Rozwiązaniem problemu może być bądź zastosowanie dwóch połączonych szeregowo akumulatorów 12V bądź przetwornicy 12/30VDC
zastosowano prosty dzielnik częstotliwości przez 10000 zrealizowany na połączonych kaskadowo licznikach BCD IClO ilCll. Na wyjściu Q3 licznika IClOB otrzymujemy sygnał o żądanej częstotliwości lOOHz.
Załóżmy teraz, że nasze urządzenie jest do- Ś łączone do zasilania i po naciśnięciu przycisku RE-SET wszystkie liczniki zostały wyzerowane. Pracuje jedynie generator kwarcowy dostarczając sygnał o częstotliwości lMHz na wejście dzielnika częstotliwości i na wejście zegarowe przerzutnika J-K IC13A sterującego pracą dzi elnika. Wejście S tar t stopera może być dołączone do wyjścia układu wykrywającego huk strzału pistoletu starto-wego i wstępnie
występuje na nim stan niski, wymuszony przez połączenie z masą za pomocą rezystora R2. Po strzale z pistoletu startowego na wejściu Start pojawi się na krótko stan wysoki, co spowoduje, że po nadejściu najbliższego dodatniego zbocza sygnału zegarowego na wejście CLK IC13A przerzut-nik ten włączy się. Opóźnienie tego włączenia może w najgorszym przypadku dać błąd O,OOOOOls, co nie ma żadnego znaczenia w amatorskich, a nawet zawodowych spotkaniach sportowych. Konsekwencją włączenia przerzutnika IC13A będzie pojawienie się stanu niskiego na wejściu zerującym (RST) licznika ICllB i rozpoczęcie odmierzania czasu.
Liczniki IC8A i IC8B zliczają setne i dziesiąte części sekundy, a licznik IC5A pełne sekundy. Problem, na szczęście błahy, mieliśmy jedynie z kolejnym licznikiem odmierzającym dziesiątki sekund. Minuta ma bowiem 60 sekund, a więc licznik IC5B nie może liczyć do 10, ale musi być wyzerowany po osiągnięciu stanu "6", czyli O11O^|N|. Do wykrywania tego stanu służy bramka IC12C. Pojawienie się na wejściach tej bramki stanów wysokich spowoduje powstanie na jej wyjściu stanu niskiego, który po zanegowaniu przez bramkę IC12B spowoduje natychmiastowe wyzerowanie licznika IC5B i rozpoczęcie przez niego cyklu zliczania od początku. Kolejne liczniki zliczają minuty (IC2A) i dziesiątki minut - IC2B.
Pojawienie się w dowolnym momencie pracy stopera stanu wysokiego na wejściu Stop, zwykle doprowadzanego z wyjścia toru fotokomórki, spowoduje wyłączenie przerzutnika IC13A i doprowadzenie stanu wysokiego na wejście zerujące licznika ICllB, a w konsekwencji wstrzymanie zliczania. Zarejestrowany wynik będzie wyświetlany na wyświetlaczach DP1..DP6 aż do momentu jego skasowania za pomocą przycisku RESET.
Zwróćmy jeszcze uwagę na przełączniki S2 i S3. Przełącznik S2 powinien być zwarty tuż przed strzałem startera, a przełącznik S3 w momencie poprzedzającym osiągnięcie przez pierwszego zawodnika linii mety. Zastosowanie tych przełączników zapobiega przypadkowemu włączeniu stopera przez głośne dźwięki, o które nie trudno na stadionie sportowym. Uniemożliwia ono także wyłączenie odliczania przez osobę, która mogłaby przypadkowo przejść przez linię mety, co mogłoby się zdarzyć w przypadku biegów na dłuższe dystanse.
Złącza JP1.JP6 służą do dołączenia do układu dodatkowych wyświetlaczy o dużych rozmiarach. Sposób ich włączenia został szczegółowo opisany w poprzednim numerze EP (7/98).
Układ zasilany jest z zasilacza stabilizowanego, zbudowanego z wykorzystaniem scalonego stabilizatora 7805 - IC14. Zbigniew Raabe, AVT
Elektronika Praktyczna S/9S
65
PROJEKTY
Interfejs I2C,
kit AVT-265
W ostatniej części ańykuiu
prezentującego konstrukcję
interfejsu szeregowego PC
przedstawimy jego
najpopularniejsze rozszerzenia
oraz sposób wymiany
informacji w systemie
zawierającym kilka ukiadów
master.
Ciekawym uzupeinieniem
informacji zawańych we
wszystkich częściach ańykuiu
jest zestawienie prezentujące
kilkadziesiąt ukiadów
współpracujących z PC.
SCL
Rys. 22. Przebieg procedury arbitrażu.
Vbo
Vbo
Układ
I2C
Uktad
lec
SDA
Rp
SCL
Rys. 23. Sposób dołqczenia rezystorów zabezpieczajqcych i podciqgajqcych.
Kłopoty z wieloma Masterami
Jak wspomniano w poprzednich częściach artykułu, standard PC dopuszcza możliwość dołączenia do szyny kilku układów Master. Mogą to być np. kilka opisanych w artykule interfejsów lub dowolne inne sterowniki pracujące w trybie Master. Ponieważ każdy z Mas-terów może w dowolnie wybranym momencie wykonać próbę przesłania danych, dość prawdopodobne wydaje się zbiegnięcie w jednym czasie kilku takich prób, co najczęściej wywołuje konflikt uniemożliwiający poprawne przesłanie danych. Philips przewidział taką sytuację i opracował specjalną procedurę arbitrażu, zapobiegającą p o w s ta w aniu k onfli kto w pomiędzy Masterami. Na rys. 22 przedstawiono wykres prezentujący przebieg procedury arbitrażu pomiędzy dwoma Masterami. Będzie on pomocny podczas omawiania podstawowych zależności.
Dla uproszczenia omówienia założono, że pierwsze bity przesyłane poprzez szynę, przez każdy z nadajników Master są takie same. Jeżeli więc znak Start oraz kolejne zbocza pojawiają się mniej-więcej w tym samym czasie, to sygnał wynikowy szyny SDA jest (z uwzględnieniem drobnych przesunięć w czasie) poprawny z punktu widzenia obydwu Masterów. Sytuacja taka ma miejsce do chwili pojawienia się różnicy w pola-
ryzacji któregoś z przesyłanych bitów (trzeci na rys. 22) - wtedy nadajnik wysyłający logiczną jedynkę "przegrywa" arbitraż, ponieważ w miejscu wysłanej jedynki na szynie pojawia się zero. Na rys. 22 zaznaczono strzałką miejsce utraty kontroli nad szyną danych przez nadajnik Mastera 1.
Pomimo prostoty zastosowanej metody arbitrażu spisuje się ona doskonale w praktyce.
Zbyt wolno...
.. .w stosunku do wymagań współczesnych aplikacji przebiega transmisja danych poprzez standardową szynę PC. Konstruktorzy firmy Philips dość szybko zdali sobie sprawę z wagi tego problemu i usankcjonowali rozszerzenie standardu, umożliwiające transmisję danych z szybkością 400kb/s.
Większość obecnie produkowanych układów z szyną PC może współpracować z szybką wersją (ang. Fast Modę PC) szyny. W przypadku przesyłania danych na większe odległości z tak dużą szybkością może okazać się niezbędne zastosowanie rezystorów podciągających o mniejszej rezystancji lub wykorzystanie sztuczek, pozwalających modyfikować wartość tej rezystancji w zależności od poziomu na szynie danych i zegara. Zalecenia tego dotyczące można znaleźć na stronie WWW firmy Philips.
Karta interfejsowa, którą opisaliśmy w artykule nie ma możliwości pracy w trybie 400kb/s -maksymalna częstotliwość taktowania wynosi 90kHz.
66
Elektronika Praktyczna S/9S
Interfejs I2C
Tabela 1.
Oznaczenie układu Funkcja Producent
NE5751 Procesor audio do zastosowali telekomunikacyjnych Philips
PCA1070 Programowany układ transrnisii mowy Philips
PCA851 0 ModułOSDdoOTVC Philips
PCA851 6 ModułOSDdoOTVC Philips
PCA8581 EEPROM 8x128 Philips
PCB5020 Samochodowy procesor audio Philips
PCB5O21 Samochodowy procesor audio Philips
PCD3311 Generator DTMF Philips
PCD3312 Generator DTMF Philips
PCD4430 Programowany odbiornik i generator DTMF Philips
PCD4440 Scrambler Philips
PCD5002 Dekoderdo pagera Philips
PCF1810 Matryca przełączników analogowych 8x8 Philips
PCF2116 Sterownik LCD Philips
PCF8566 Sterownik LCD Philips
PCF8568 Dnver wierszy LCD Philips
PCF8569 Drwer kolumn LCD Philips
PCF8570 RAM 256x8 Philips
PCF8573 Zegar-kalendarz Philips
PCF8574/A 8-bitowy port l/O Philips
PCF8576 Sterownik LCD Philips
PCF8577A/C Sterownik LCD Philips
PCF8578 Sterownik LCD Philips
PCF8579 Sterownik LCD Philips
PCF8582/A EEPROM 256x8 Philips
PCF8583 Zegar, kalendarz, RAM 256x8 Philips
PCF8591 8-bitowy przetwornik A/C (4 kanały) + przetwornik C/A Philips
PCF8593 Zegar, kalendarz Philips
PCF8594 EEPROM 512x8 Philips
PCF8598 EEPROM 1kx8 Philips
SAA1064 Sterownik wyświetlaczy LED Philips
SAA1136 Interfejs PCM Philips
SAA11 37 Procesor dźwięku PCM Philips
SAA1300 Przełącznik do tunera Philips
SAA1770 Dekoder D2MAC Philips
SAA2502 Dekoder audio MPEG Philips
SAA251 0 Dekoder AV MPEG Philips
SAA4700 Procesor VPS Philips
SAA5240 Dekoder teletextu Philips
SAA5241 Dekoder teletextu Philips
SAA5243 Dekoder teletextu Philips
SAA5244 Dekoder teletextu -i-VIP Philips
SAA5245 Dekoder teletextu Philips
SAA5246 Dekoder teletextu + VIP Philips
SAA7110 Wielostandardowy dekoder cyfrowy Philips
SAA71 51 8-bitowy dekoder TV Philips
SAA71 52 Cyfrowy filtrgrzebiemowy Philips
SAA7165 Telewizyiny procesor C/A Philips
SAA7191 Cyfrowy dekoder wielostandardowy Philips
SAA7192 Cyfrowy konwerter koloru Philips
SAA7199 Cyfrowy dekoder wielostandardowy Philips
SAA7250 Procesor audio Philips
SAA7370 Specializowany układ do odtwarzaczy CD Philips
SAA9020 Kontroler pamięci pola Philips
SAA9051 Wielostandardowy dekoder TV Philips
SAA9053 Dekoder NTSC Philips
SAA9056 Dekoder SECAM Philips
SAA9060 Czarno-biały PIP Philips
SAA9065 Procesor video Philips
SAB3028 Transkoder RC5/I2C Philips
SAB3035 Układ cyfrowego strojenia do 0TV Philips
SAB3036 Układ cyfrowego strojenia do 0TV Philips
SAB3037 Układ cyfrowego strojenia do 0TV Philips
SAB9070 Dekoder PIP8 Philips
TDA1551 Wzmacniacz audio 2x22W Philips
TDA4670 Układ poprawiania obrazu TV Philips
TDA4671 Układ poprawiania obrazu TV Philips
TDA4672 Układ poprawiania obrazu TV Philips
TDA4680 Procesor wideo Philips
TDA4685 Procesor wideo Philips
TDA4687 Procesor wideo Philips
TDA4688 Procesor wideo Philips
TDA4780 Regulator koloru z korekcją gamma Philips
TDA6360 5- pasmowy equahzer Philips
TDA8045 Dekoder NTSC Philips
TDA8366 Wielostandardowy dekoder TV Philips
TDA8370 Procesor synchronizacji dla 0TV Philips
TDA8376 Wielostandardowy dekoder TV Philips
TDA8405 Dekoder stereo 0TV Philips
TDA8415 Dekoder stereo 0TV/VCR Philips
TDA8416 Dekoder stereo 0TV/VCR Philips
TDA8417 Dekoder stereo 0TV/VCR Philips
TDA8420 Procesor audio Philips
TDA8421 Procesor audio Philips
TDA8424 Procesor audio Philips
Jak to wszystko "podwiesić"?
Ponieważ wszystkie wyjścia układów dołączonych do szyny PC są typu otwarty dren, niezbędne jest ich podwieszenie przy pomocy rezystorów do plusa zasilania. Firma Philips zaleca stosowanie dodatkowych rezystorów włączanych w szereg z wyjściami układów dołączanych do szyny (rys. 23), które zwiększają odporność ich obwodów wejściowych na potencjalne uszkodzenia.
Na dwóch prostych wykresach (rys. 24 i 25) przedstawiono zależności ułatwiające dobór wartości rezystancji podciągających i zabezpieczających. Wykresy te dotyczą wolnej (do lOOkHz) wersji PC i nie uwzględniają wpływu pojemności pasożytniczych na szybkość transmisji.
A adresów mało, mało...
...chciałoby się powiedzieć, wziąwszy pod uwagę nad wyraz skromne możliwości oferowane standardowo przez PC. Adresowanie 7-bitowe nie zawsze jest wystarczające podczas budowania nieco bardziej złożonego systemu. Także tutaj reakcja Philipsa była dość szybka - przewidziano bowiem możliwość rozbudowy adresowanej przestrzeni do 1024 portów (słowo adresowe 10-bito-we) i to bez naruszenia dotychczasowej koncepcji standardu!
Jak to było możliwe? Wykorzystano jedno z zarezerwowanych słów adresowych, w którym pierwsze (najstarsze) 4 bity mają wartość "1", a kolejny "O". W tak zbudowanym słowie adresowym (zakończonym bitem zapisu) przesyłane są pierwsze dwa bity adresu, a w kolejnym pełnym, 8-bitowym słowie danych przekazywane jest pozostałe 8 bitów adresowych. Każda transmisja kończona jest potwierdzeniem wysłanym przez odbiornik.
Tak więc bez większych kłopotów można stosować w jednym systemie zarówno układy adresowane siedmioma bitami, jak i adresowane w sposób rozszerzony. Co więcej -możliwe jest sztuczne rozszerzenie przestrzeni adresowej poprzez podłączenie pod jednym adresem dwóch układów - adresowanego standardowo i w sposób rozszerzony.
Odpowiednie oprogramowanie karty interfejsu umożliwia stosowanie adresowania 10-bitowego.
Elektronika Praktyczna 8/98
67
Interfejs I2C
TDA8425 Procesor audio Philips
TDA8426 Procesor audio HiFi Philips
TDA8432 Procesor synchronizacji i odchylania OTV Philips
TDA8440 Przełącznik A/V Philips
TDA8442 Interfejs dekodera koloru Philips
TDA8443 MatrcaYIMRGB Philips
TDA8444 6-bitowy, 8-kanałowy przetwornik C/A Philips
TDA8461 Dekoder PAL/NTSC z procesorem RGB Philips
TDA8466 Dekoder PAL/NTSC z procesorem RGB Philips
TDA8480 Korektor koloru RGB Philips
TDA8540 Matryca wideo 4x4 Philips
TDA91 40 Wielostandardowy dekoder TV Philips
TDA9141 Wielostandardowy dekoder TV Philips
TDA9145 Wielostandardowy dekoder TV Philips
TDA9150 Procesor odchylania TV Philips
TDA9160 Wielostandardowy dekoder TV + procesor odchylania Philips
TDA9161 Dekoder TV + procesor odchylania Philips
TDA9162 Wielostandardowy dekoder TV + procesor odchylania Philips
TDA9860 Procesoraudio HiFi Philips
TEA6000 Układ automatycznego strojenia FM Philips
TEA61 00 Układ automatycznego strojenia FM Philips
TEA6300 Procesor audio Philips
TEA6320 Procesor audio Philips
TEA6330 Procesor audio Philips
TEA6360 Equahzer 5-pasmowy Philips
TSA5510 Syntezer PLL 1,2GHz Philips
TSA5511 Syntezer PLL 1,3GHz Philips
TSA5512 Syntezer PLL 1,3GHz Philips
TSA5514 Syntezer PLL 1,3GHz Philips
TSA5519 Syntezer PLL 1,3GHz Philips
TSA6057 Syntezer PLL do odbiorników radiowych Philips
TSA6060 Syntezer PLL do odbiorników radiowych Philips
TSA6061 PLL 150MHZ, licznik p cz Philips
DS1621 Cyfrowy termometr/termostat Dallas
DS1624 Cyfrowy termometr/termostat Dallas
DS1625 Cyfrowy termometr/termostat Dallas
DS1627 Cyfrowy termometr/termostat Dallas
DS1803 Podwójny potencjometr elektroniczny Dallas
DS1807 Podwójny potencjometr elektroniczny Dallas
DS1307 Zegar czasu rzeczywistego Dallas
DS75 Termostat/regulator temperatury Dallas
DS1780 Kontroler temperatury i zasilania do PC Dallas
X24F016/032/ 064/1 28 Pamięć Flash 2/4/8/16kx8 Xicor
X9221 Podwójny potencjometr cyfrowy z pamięcią EEPROM Xicor
X9241 Poczwórny potencjometr cyfrowy z pamięcią EEPROM Xicor
X76F041 Specjalna pamięć EEPROM 4x128x8 Xicor
LM75 Termostat/regulator temperatury National Semiconductor
LM78 System nadzoru pracy PC National Semiconductor
TDA7309 Procesor audio SGS-Thomson
TDA7310 Procesor audio SGS-Thomson
TDA7312 Procesor audio SGS-Thomson
TDA7313 Procesor audio SGS-Thomson
TDA7314 Procesor audio SGS-Thomson
TDA7316 4-pasmowy equalizer SGS-Thomson
TDA7317 5-pasmowy equalizer SGS-Thomson
TDA7318 Procesor audio SGS-Thomson
TDA7319 Procesor audio SGS-Thomson
TDA7339 Procesor audio SGS-Thomson
TDA7340 Procesor audio SGS-Thomson
TDA7342 Procesor audio SGS-Thomson
TDA7343 Procesor audio SGS-Thomson
TDA7344 Procesoraudio z matrycą Surround SGS-Thomson
TDA7345 Procesoraudio z matrycą Surround SGS-Thomson
TDA7346 Matryca Surround SGS-Thomson
TDA7348 Procesor audio SGS-Thomson
TDA7430 Procesoraudio z matrycą Surround SGS-Thomson
TDA7431 Procesoraudio z matrycą Surround SGS-Thomson
TDA7432 Procesor audio SGS-Thomson
TDA7433 Procesor audio SGS-Thomson
TDA7434 Procesor audio SGS-Thomson
TDA7435 Procesor audio SGS-Thomson
TDA7437 Procesor audio SGS-Thomson
TDA7439 Procesor audio SGS-Thomson
TDA7464 Procesoraudio z matrycą Surround SGS-Thomson
TDA7465 Procesoraudio z matrycą Surround SGS-Thomson
TDA7466 Procesoraudio z matrycą Surround SGS-Thomson
TDA7467 Matryca audio SRS SGS-Thomson
M24C01/02/04/ 08/16/32/64 EEPROM 1/2/4/8/16/64k SGS-Thomson
STV2112 Procesor TV PAL/SECAM SGS-Thomson
SW2116 Procesor TV PAL SGS-Thomson
SW2118A Procesor TV PAL/SECAM/NTSC SGS-Thomson
LTC1380 8-kanałowy, asymetryczny multiplekser analogowy Lmear Technology
LTC1393 4-kanałowy, symetryczny multiplekser analogowy Lmear Technology
LTC1427-50 10-bitowy przetwornik C/A Lmear Technology
LTC1623 Podwójny sterownik kluczy mocy n-MOSFET Lmear Technology
LTC1710 Podwójny sterownik kluczy mocy n-MOSFET Lmear Technology
Rp(mln.) 6
[to]
5
4 3 2 1 O

/
Rs = = 0/




�^iimdłRs
A
y


Rys. 24. Wykres ułatwiający dobranie wartości Rn.
/ X
/Vdd=2,5V A
/
1 V /
/ /< /i 5V
1 /
/ 1OV
/


Rp 10 [kfl]
8 6
4 2
O 400 800 1200 1600
Rs max. [fl]
Rys. 25. Zależność pomiędzy Rp i Rs.
Światowe poparcie
W chwili obecnej można śmiało stwierdzić, że standard PC znalazł uznanie w całym "elektronicznym" świecie. Oprócz Philipsa, który w naturalny sposób dbał o rozszerzanie gamy dostępnych układów scalonych zgodnych z PC, także wielu innych producentów zagłosowało swoją ofertą "za" PC. W tab. 1 znajduje się zestawienie prezentujące układy kilku wybranych producentów półprzewodników.
Jak widać interfejs PC znalazł wiele interesujących zastosowań -naszych Czytelników zainteresują z pewnością układy audio programowane szyną szeregową, których jest duży wybór.
Ponieważ typowe układy (np. pamięci EEPROM) są oferowane przez wielu producentów, podobieństwa tego typu (tylko ze względu na brak miejsca!) zostały w tabeli pominięte. O uwadze tej warto pamiętać podczas poszukiwań odpowiednich układów! Piotr Zbysiński, AVT
Oprogramowanie wchodzące w skład kitu AVT-265 nie obsługuje trybu Fast Modę. Wykorzystanie rozszerzonego adresowania nie jest automatycznie wspierane przez program sterujący.
Program obsługujący kit AVT-265 wymaga Windows 95/98 lub NT.
68
Elektronika Praktyczna 8/98
NOWE PODZESPOŁY
Półprzewodnikowy włącznik obciążenia
F/MRCHII-D
SEMICDNDLJCTORT
Fairchild wprowadził do swojej oferty handlowej ultraminiaturowy przełącznik półprzewodnikowy, który można wykorzystać do zdalnego sterowania różnych obciążeń w systemach cyfrowych. Dostępne są dwie wersje układów: FDC6323L oraz FDC6324L. Różnią się one między sobą parametrami napięciowymi, których zestawienie znajduje się w tab.
FDC6323/6324
FAIRCHILD
Vln,R1 4
ON/OFF
R1.C1
Rys. 1.
3 Vout, Cl
Vout, Cl
1. Jak można zauważyć, rezystancja włączonego kanału szeregowego tranzystora kluczującego jest niewielka (mały spadek napięcia), dzięki czemu straty mocy w kluczu są niewielkie. Umożliwia to stosowanie tych układów w sprzęcie przenoSnym.
Na rys. 1 przedstawiono wewnętrzną budowę kluczy, a na rys. 2 rozmieszczenie wyprowadzeń. Dzięki zastosowaniu, widocznych na rys. 2 elementów R2, Cl możliwe jest uzyskanie płynnego narastania napięcia na wyjSciu klucza.
Obydwa prezentowane układy są montowane w miniaturowych obudowach Super-SOT-6.
Tab. 1. Podstawowe parametry układów FDC6323L i FDC6324L.
Parametr FDC6323L FDC6324L
Zakres napięć sterujących 1,5..8V 1,5..8V
Maksymalny ciągły prąd obciążenia 1,5A 1,5A
Impulsowy prąd obciążenia 2,5A 2,5A
Spadek napięcia na kluczu (Uwe=5V, lwy=1 A) 0,2V 0,3V
Bezpieczny transceiver RS485
Układ SN75LBC184 jest przeznaczony do stosowania w systemach transmisji danych wykorzystujących interfejs RS485. Układ ten jest funkcjonalnym odpowiednikiem, powszechnie stosowanego w aplikacjach tego typu układu SN75176. Także rozkład wyprowadzeń obydwu układów jest identyczny (rys. 3).
Rys. 3.
Bus
Instruments
W odróżnieniu od poprzedniego układ SN75LBC184 ma wbudowane wewnętrzne zabezpieczenia antyprzepięciowe (oparte na transilach), które zapobiega ryzyku uszkodzenia obwodów wejSciowych transceivera. Zabezpieczenie to ma szczególnie duże znaczenie w przemysłowych aplikacjach układu, gdzie poziom zakłóceń elektromagnetycznych jest bardzo wysoki. Zabezpieczenie wbudowane w strukturę układu umożliwia gaszenie impulsów zakłócających o mocy szczytowej do 400W.
Kolejną zaletą układu SN75LBC184 jest obniżona obciążalność linii przez obwody wejSciowe transceivera, dzięki czemu w jednej sieci można włączyć do 64 takich układów.
1 U 8
2 7
3 6
4 5
B
IGND
Elektronika Praktyczna 8/98
75
NOWE PODZESPOŁY
Hybrydowe moduły mocy IGBT firmy
Jednym z najnowszych opracowań Moto-roli w zakresie sterowników dużej mocy są moduły hybrydowe serii MHPM6BxxA120SL (schemat wnętrza tych układów przedstawiono na rys. 4). Układy te są dedykowane do stosowania w sterownikach silników trójfazowych oraz falownikach dużej mocy. W każdym układzie jest szeSć tranzystorów mocy IGBT, dzięki czemu maksymalna częs-totliwoSć kluczowania jest duża (15kHz), a czasy przełączania bardzo krótkie. Możliwe było także osiągniecie dużych maksymalnych prądów wyjSciowych (do 25A).
Tab. 2. Dostępne wersje nowych sterowników mocy.
W tab. 2 przedstawiono zestawienie aktualnie dostępnych wersji układów MHPM6BxxA120SL. Każda z wersji pakowana jest w obudowy typu 464A-01 (widoczna na rys. 4). Maksymalne napięcie, do którego można dołączyć obciążenie wynosi 460VAC.
MOTOROLA
Oznaczenie układu Prąd wyjściowy
MHPM6B10A120SL 10A
MHPM6B15A120SL 15A
MHPM6B25A120SL 25A
Rys. 4.
Przetwornik A/C
w nowym procesorze Z8
Najnowsze opracowanie firmy Zilog - mik-rokontroler Z86E83 - przełamuje jedną 2 ostatnich sprzętowych barier, która powodowała, że konstruktorzy nie zawsze mogli korzystać z tych interesujących mikrokontro-lerów. Barierą tą był brak wewnętrznego przetwornika A/C, który nie zawsze można było zastąpić "sztukowanym" rozwiązaniem opartym na komparatorze analogowym.
Przetwornik zintegrowany w strukturze procesora Z86E83 jest typu Flash i ma roz-dzielczoSć 8 bitów. Na wejSciu przetwornika został zastosowany 8-kanałowy multiplekser analogowy z układem Track&Hold. Duża standardowa dokładnoSć przetwarzania (ą0,5LSB) oraz sztuczki sprzętowe pozwalają zwiększyć rozdzielczość pomiaru do 9 bitów.
Schemat blokowy wnętrza mikrokontrole-ra Z86E83 przedstawiono na rys. 5. Rdzeń procesora jest identyczny jak w pozostałych procesorach rodziny Z8. Pamięć programu (EPROM OTP) ma pojemnoSć 4kB, a pamięć RAM aż 237B. Pozostałe peryferia nowego procesora są zbliżone do standardowych wersji Z8 - należą do nich komparatory analo-
P06*
AC0/P20 AC1/P21 AC2/P22 AC3/P23 AC4/P24 AC5/P25 AC7/P27 AC6/P26
AVCC AGND
Rys. 5.
Port 2
8-Channe 8-BitA/D
Intemal Data Bus
Expanded Register File
Expanded
,, Register Bus
Machinę Timing and Instrucłion Control **

Power


XTAL1/2 /RESET
VCC
GND
Counter/Timer
S-Brt(2)
ZflbEfl3
gowe, liczniki-timery, rozbudowany system przerwań, wewnętrzny generator sygnału zerującego oraz programowane rezystory pull-up na wejSciach.
Układy Z86E83 są dostępne w obudowach DIP28, SOIC28 oraz PLCC28. Dopuszczalny zakres napięć zasilania wynosi 3,5..5,5V, a maksymalna częstotliwość zegarowa 16MHz.
Nowe układy FPGA
Najnowszym opracowaniem firmy Vantis są układy FPGA rodziny VF1. Schemat blokowy podstawowego bloku logicznego układów VF1 przedstawiono na rys. 6.
Producent zastosował w tych układach nowoczesną architekturę opartą na elastycznej strukturze "ziaren" matrycy. Elastycz-noSć polega na możliwoSci dostosowania budowy podstawowej komórki logicznej do wymagań aplikacji. Dzięki modułom VGB (Variable Grain Błock) zasoby układów FPGA są zawsze wykorzystywane optymalnie, w przeciwieństwie do standardowych architektur.
V A N I I
Do produkcji układów VF1 Vantis zastosował nową technologię 0,18[im, dzięki której udało się znacznie obniżyć moc pobieraną przez strukturę układów. Obecnie są dostępne układy integrujące 36000 bramek przeliczeniowych, a planowane wersje (w oparciu o tą samą technologię) będą integrować do 250000 bramek.
V A N T I S
Rys. 6.
Elektronika Praktyczna 8/98
NOWE PODZESPOŁY
Nowoczesny interfejs peryferyjny firmy ^Texas
Instruments
Texas Instruments opracował nowoczesny układ peryferyjny przeznaczony do stosowania w komputerach osobistych nowej generacji. Nosi on oznaczenie TL16PIR552. Schemat blokowy tego układu przedstawiono na rys. 7. Jak widać, układ składa się z dwóch niezależnych portów szeregowych UART
Ct-KOJTO
oraz portu równoległego, zgodnego ze standardem IEE1284 (Centronics z EPP). Obydwa porty szeregowe mają dwa programowane tryby pracy - jako standardowy UART (RS232] lub jako szeregowy sterownik IrDA.
bouto
Rys. 7.
Wysokonapięciowe tranzystory mocy firmy
W połowie 1998 roku Siemens uruchomił produkcję nowej rodziny polowych tranzystorów dużej mocy, która nosi nazwę Cool-MOS. Udoskonalenie w stosunku do dotychczas produkowanych tranzystorów polega na radykalnym ograniczeniu rezystancji włączonego kanału, przy zasilaniu obwodu dren-żródło wysokimi napięciami. Dzięki temu obniża się poziom mocy traconej w strukturze tranzystora.
Tranzystory CoolMOS będą dostępne w dużych ilościach na początku czwartego kwartału 1998. Struktury będą pakowane w obudowach TO247, TO220, DD-Pak, D-Pak, I-Pak, SOT223 oraz PDSO8.
Elektronika Praktyczna S/9S
SIEMENS
77
NOWE PODZESPOŁY
Oszczędne transceivery RS232 firmy jft DALLAS
rfC\ *W SEMICONDUCTOR
Rys. 8.
Firma Dallas uruchomiła produkcję niezwykle interesujących układów nadawczo-odbiorczych, opracowanych specjalnie z mySlą o stosowaniu w tanich interefejsach RS232. Obydwa układy cechuje duża ener-gooszczędnoSć, ponieważ ujemne napięcia
zasilające są pobierane wprost z linii danych. Zastosowanie nowoczesnej technologii CMOS umożliwiło ograniczenie wartoSci pobieranego prądu do kilkuset [iA.
Obecnie są dostępne dwa układy nowej serii:
- DS2 75 (schemat blokowy wnętrza przedstawiono na rys. 8). Układ ten jest przeznaczony do stosowania w systemach z półdupleksową transmisją danych. Po dodaniu drugiego układu tego samego typu (jak to przedstawiono na rys. 9) możliwa jest także transmisja dupleksowa.
TTUCMOS DATA IN
TTL/CMOB DATAOUT
Rys. 9.
RX V
V RX
TX NC
GND TXiLr
10.
PC SERIAL
PORT
(D&-25)
1N4146
M
RX V
V RX
TX NC
GND
RXD TXD
JT
- DS2 76 (schemat blokowy tego układ przedstawiono na rys. 10). Konstrukcja tego układu jest zbliżona do DS275, lecz jest on przystosowany do transmisji w pełni dupleksowej.
Obydwa typy układów są dostępne w obudowach DIP i SOIC8, a układ DS275 dodatkowo w ultra cienkiej obudowie TSSOP14.
Sterownik "inteligentnego" ogniwa
Układ MC33348 jest specjalizowanym sterownikiem do "inteligentnych" ładowalnych ogniw litowych. Zapewnia on ciągłą kontrolę stanu ogniwa, z detekcją punktu początku ładowania i końca rozładowywania, oraz nadzór nad wartoScią prądu rozładowywania. Dzięki wbudowaniu w strukturę układu napięciowej przetwornicy ładunkowej, sterowanie zewnętrznych tranzystorów MOSFET nie stanowi żadnego problemu, pomimo niskiego napięcia zasilającego (układ MC33348 został zoptymalizowany do pracy z napięciem ok. 1,5V).
Schemat elektryczny "inteligentnego" ogniwa zawierającego kontroler firmy Motorola przedstawiono na rys. 11. Zintegrowanie sterownika w obudowie ogniwa jest niezbyt trudne, dzięki małej liczbie wymaganych elementów zewnętrznych i miniaturowej obudowie układu.
MOTOROLA
Rys. 11.
Elektronika Praktyczna 8/98
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
DzioS "Projekty Czytelników" zawiera opisy projektów nadesłanych do redakcji EP przez Czytelników. Redakcja nie bierze
odpowiedzialności za prawidłowe działanie opisywanych układów, gdyż nie testujemy ich laboratoryjnie, chociaż sprawdzamy
poprawność konstrukcji.
Prosimy o nadsyłanie własnych projektów z modelami (do zwrotu). Do artykułu należy dołączyć podpisane oświadczenie, że
artykuł jest własnym opracowaniem autora i nie był dotychczas nigdzie pubfikowany. Honorarium za publikację
w tym dziale wynosi 200,- zł (brutto) za 1 stronę w EP. Przysyłanych tekstów nie zwracamy. Redakcja zastrzega sobie prawo
do dokonywania skrótów.
Tester łącza RS-232
Prosto budowo i łatwa
obsługo łącza szeregowego
spowodowała, że siało się
bardzo popularne i jest
często stosowane do
wymiany informacji
w systemach cyfrowych.
Producenci popularnych
m ikrokon irolerów
wykorzystali to
i wbudowali
w inikrokonirolery porty
szeregowe, co znacznie
uprościło programową
obsługę transmisji.
Pomimo tak wielu
zalet konstruktorzy
napotykają pewne
trudności przy
projektowaniu
i uruchamianiu urządzeń
z łączem szeregowym.
Polegają one na braku
możliwości łatwej kontroli
jakości transmisji. Można
ją zweryfikować
wykorzystując port
szeregowy PC-ia lub za
pomocą oscyloskopu
cyfrowego. Można też
użyć opisanego
w artykule testera.
Projekt
049
Schemat elektryczny testera przedstawiono na rys. 1. Ponieważ wymiana informacji w wielu przypadkach odbywa się w dwóch kierunkach, np. w sekwencji: polecenie/potwierdzenie wykonania polecenia, niezbędne jest, aby tester był "przezroczysty" dla urządzeń wymieniających informacje. Żeby było to możliwe, nadawana informacja wchodzi do układów testera i jednocześnie jest kierowana do odbiornika, tak jak pokazano to na rys. 2.
Bufory separują układy testera od wejścia i wyjścia i zapobiegają nadmiernemu obciążeniu linii wejściowej. Na rys. 3 i 4 pokazano, jak przykładowo można podłączyć tester do dwu urządzeń wymieniających ze sobą informację łączem szeregowym. Ponieważ oprócz linii RxD i TxD często wykorzystuje się pozostałe linie standardu RS232, to kabel powinien zawierać także te linie (pełny kabel RS-232).
Na rys. 5 przedstawiono podłączenie testera dla sygnałów o poziomie TTL. Oprócz odczytu, możliwe jest też wysyłanie informacji z bufora testera. Bufor ten można dowolnie modyfikować, zależnie od potrzeb. Sygnał wyjściowy może mieć poziom TTL lub RS232. Na
rys. 6 przedstawiono podłączenie odpowiednich linii sygnałowych przy wysyłaniu zawartości bufora testera.
Opis układu
Podstawowym blokiem wykonawczym testera jest minimoduł 3051 (kit AVT-222), opisany w EPll/94. Został on częściowo zmodyfikowany. Sygnały AS, A9, A10 zostały odłączone od złącza J2, a na ich miejsce podłączono: A0 na nóżkę 23, Al na nóżkę 22, A2 na nóżkę 21 złącza J2.
Ze złącza Jl odłączono sygnały A12 i Ali, a na ich miejsce podłączono A3 na nóżkę 13 i A4 na nóżkę 19. Jako Ul został zastosowany układ 3 03 2 firmy INTEL z kwarcem Xl o częstotliwości 12 MHz. Można też nie montować układu U4, tranzystora Tl i rezystorów R2 i R3 (oznaczenia z opisu kitu AVT-222).
Działanie układu jest następujące: po włączeniu zasilania program sterujący testera ustawia poziom niski na nóżce 5 złącza Jl minimodu-łu 3051. Przez tranzystor Tl nie płynie prąd i styki przekaźnika są w położeniu jak na rys. 1. Świeci się dioda D2 sygnalizująca, że źródłem jest sygnał o poziomie TTL. Sygnał wejściowy z pinu 6 złącza Zl jest podawany
na nóżkę 1 U3, z nóżki 4 U3 na nóżkę 10 minimodułu 3051 i jednocześnie
występuje na nóżce 3 U3 i pinie 5 złącza Zl. Nóżka 10 minimodułu 3051 podłączona jest do nóżki 10 procesora 3032 (RxD).
Jeżeli program sterujący wystawi na nóżkę 5 minimodułu 3051 stan wysoki, to styki przekaźnika przełączą się. Wtedy zaświeci się dioda D3 (sygnał RS), a na nóżkę 1 U3 zostanie podany sygnał z nóżki 12 U4 (MAX202). Droga sygnału jest wtedy następująca: pin 3 złącza Zl, nóżka 13 U4, nóżka 12 U4. Po przejściu przez inwertery U3, tak jak to opisano wyżej, sygnał z nóżki 3 U3 jest podawany na nóżkę 11 U4 i z nóżki 14 U4 jest podawany na pin 2 złącza Zl. Jak wynika z rys. 1, sygnał wyjściowy jest podawany jednocześnie na pin 5 Zl (sygnał TTL) i na pin 2 Zl (sygnał RS232), niezależnie od stanu styków przekaźnika.
Gdy wysyłana jest zawartość bufora testera (funkcja nadawania informacji), to sygnał pojawia się na nóżce 11 minimodułu 3051. Podawany jest na układy U3E i U3F (inwertery separujące z rys. 2) i z nóżki 13 U3 na pin 14 złącza Zl oraz na nóżkę 10 U4. Po zamia-
Elektronika Praktyczna S/9S
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
P1.0
P1.1 00
P1.2 01
P1.3 02
P1.4 03
P1.5 04
P1.6 06
P17 06
RES 07
FKD DO
TW) D1
P3.2 D2
P3.3 D3
P3.4 D4
P3.5 DS
WR D�
RD D7
A3 AO
Rys. 1.
nie na poziom RS232 sygnał pojawia się na nóżce 7 U4 i dalej na pinie 13 Zl. Układy UlA, UlB, UlC oraz U2 (rys. 1) tworzą dekoder adresu. Na nóżce 1 U2 pojawia się stan niski przy kombinacji sygnałów: !RD !WR A4 A3 A2 A1 AO X O O O O X X
0 x O O O x x Widać więc, że jeżeli na
liniach adresowych wystąpią adresy od OOh do 03h i nastąpi zapis lub odczyt rozkazem MOVX, to na nóżce 1 U2 wystąpi "O". Na nóżce 8 Ul połączonej z wejściem EN modułu wyświetlacza Li 68 2 wystąpi wówczas "1". Linia adresowa AO połączona jest z wejściem R/W modułu, linia Al z wejściem RS, a linie AD0..AD7 z liniami D0..D7 modułu. Operacje zapisu i odczytu rejestrów sterownika modułu LCD są następujące:
!RD !WR A4 A3 A2 A3 A1 AO Operacja
1 O 0 0 0 0 0 0
zapis do rejestru I 0 1 0 0 0 0 0 1 odczyt z rejestru I
1 0 0 0 0 0 10 zapis do rejestru D
0 1 0 0 0 0 11 odczyt z rejestru D
Pozostałe wyjścia U 2 mogą być wykorzystane jako wyjścia sygnałów CS układów peryferyjnych. Układ 82C51 można wykorzystać np. do transmisji znaków o długości 5, 6, 7 lub 8 bitów.
Program testera został napisany w języku C i skompilowany kompilatorem firmy KEIL. Po skompilowaniu zajmuje ok. 6,5kB.
Do taktowania prędkości transmisji użyty został licznik T2. Transmisja realizowana jest przez port szeregowy (przerwanie 23h). Licznik TO pracuje jako czasomierz w trybie 1 (przerwanie Obh). Program obsługi przerwania od licznika Tl (tryb 1) obsługuje klawiaturę i realizuje funkcję migania znaku na ekranie LCD. Przepełnienie Tl powoduje zgłoszenie przerwania co 30 ms, co zupełnie wystarczy by zlikwidować skutki drgań styków klawiatury.
Klawiatura ma tylko 4 klawisze: +, -, ACC, ESC. Takie rozwiązanie trochę utrudnia posługiwanie się testerem, ale znakomicie upraszcza konstrukcję.
Po nabraniu niewielkiej wprawy można bardzo sprawnie wykorzystywać wszystkie funkcje urządze-
Obsluga testera
Po włączeniu zasilania na ekranie pojawia się napis "tester łącza szeregowego" i zapala się LED "TTL" (sygnał wejściowy ma mieć poziom TTL). Naciśnięcie dowolnego klawisza powoduje wejście do menu głównego. Z tego poziomu można wywołać wszystkie funkcje testera:
- PARAMETRY TRANSMISJI;
- PRZEGLĄDANIE BUFORA;
- ODBIÓR START,
- ZNAKI STARTU;
- USTAW BUFOR NADAWANIA;
- NADAWANIE BUFORA.
Ekran wyboru funkcji ma postać następującą:
FUNKCJA ->(AC,+,-)
nazwa funkcji
Klawiszami + i - można kolejno wywoływać nazwy funkcji. Za pomocą klawisza ACC uruchamia się funkcję, której nazwa jest aktualnie wyświetlana.
Funkcja
PARAMETRY
TRANSMISJI
Jest to pierwsza funkcja, którą należy wywołać po włączeniu testera. Po jej wybraniu pojawia się na ekranie napis:
Prędkość transm.
1200Bd->(AC,+,-)
Klawiszami + i - można wybrać sekwencyjnie następujące prędkości transmisji: 50, 150, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600 Bd. Klawiszem ACC wprowadza się aktualnie wyświetlaną prędkość i pojawia się napis:
tryb->(AC,+,-)
znaki 8bit.
Wykorzystywane są 2 tryby pracy portu szeregowego procesora 8032. Tryb 1 (znaki 8-bitowe) i tryb 3 (znaki 9-bitowe). W trakcie
80
Elektronika Praktyczna 8/98
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
Rys. 2.
odbioru w trybie 3 nie jest sprawdzana wartość bitu 9 odbieranego znaku. Klawisz ACC wprowadza aktualnie ustawiony tryb i pojawia się napis:
sygnał
TTL->(AC,+,-)
Klawiszami + i - sekwencyjnie wprowadzany jest poziom sygnału wejściowego TTL lub RS232, a klawiszem ACC wprowadzany jest ustawiony poziom (zapala się wtedy odpowiednia dioda LED) i wyświetlone zostają nastawione parametry. Klawiszem ACC zapamiętywane są nastawy i następuje wyjście z programu funkcji. Klawisz ESC powoduje natomiast powrót do ustawiania prędkości transmisji.
Funkcja ODBIÓR
Po wywołaniu funkcji ODBIÓR na ekranie pojawia się:
odebr.<00>znaków ESC- przerwanie, Bufor testera ma pojemność 32 znaków i jest zerowany w momencie uruchomienia funkcji. Tester czeka teraz na odbierane znaki i kiedy bufor się zapełni to odbiór jest przerywany i pojawia się komunikat: odebr.<32>znaków bufor peiny! (AC) Jeżeli odbierana informacja ma długość mniejszą niż 32 znaki, to można odbiór przerwać w dowolnym momencie klawiszem ESC Pojawi się wtedy np. napis odebr.<06>znaków przerwań a tr. (AC).
Klawisz ACC po-
SYGNAŁ , . . ,r.
wyjściowy woduje wyjście z funkcji.
Funkcja
PRZEGLĄDANIE BUFORA
Po wywołaniu tej funkcji na ekranie pojawia się np.:
ADR<00> (+-ESC) 00,00,<01>,20,lE, W polu ADR< > jest wyświetlony adres znaku (z zakresu OOh..lFh). Znak o tym adresie jest wyświetlany w dolnej linii w polu < >. Pierwszy znak w dolnej linii ma adres ADR-2, drugi ADR-1, trzeci (w polu < >) ADR, czwarty ADR+1, piąty ADR+2. Jeżeli ADR = O, to ADR-2 = lEh, ADR-l = lFh, ADR + 1 = 1, ADR+2=2. Klawiszami + i -można zmieniać adres mo-dulo lFh i za każdym razem wyświetlane są 2 znaki wcześniejsze, znak wskazywany i 2 znaki następne. Pod adresem 00 umieszczony jest pierwszy prawidłowo odebrany znak po uruchomieniu funkcji ODBIÓR, lub pierwszy znak sekwencji startu funkcji ODBIÓR START. Klawisz ESC kończy przeglądanie bufora.
Funkcja ODBIÓR START
Często zdarza się, że z ciągu znaków chcemy wyłowić pewną charakterystyczną sekwencję. W tym celu należy użyć funkcji ODBIÓR START. Wywołanie tej funkcji należy poprzedzić wywołaniem funkcji ZNAKI STARTU. Jeżeli nie zostanie zaprogramowana sekwencja startu, to pojawi się komunikat: "znaki startu nie określone" i nastąpi wyjście z funkcji.
Po prawidłowym wywołaniu funkcji pojawia się w górnej linii napis:
znaki startu (AC) a w dolnej zaprogramowane wcześniej znaki startu. Przyciśnięcie klawisza ACC spowoduje wyświetlenie
odebr.<00>znaków
ESC przerwanie
W tym momencie rozpoczyna się odbiór i sprawdzanie odbieranych znaków. Jeżeli kolejno odbierane znaki są równe zaprogramowanym, to są one wpisywane do bufora i następuje odbiór kolejnych znaków aż do zapełnienia bufora lub do przerwania klawiszem ESC. Jeżeli zaprogramowana sekwencja równa się 81h, 19h, CCh, a odbierane znaki mają wartość 8lh, 19h, OOh, CCh, to nie są one traktowane jako odebrana sekwencja startu.
Funkcja ZNAKI STARTU
Wywołanie tej funkcji powoduje wyświetlenie na ekranie:
liczba z. startu
max5(AC,+,-).
Klawiszami + i - należy wprowadzić maksymalnie 5 znaków sekwencji startowej. Klawisz ACC wprowadza ustawioną liczbę znaków i w górnym wierszu wyświetlacza pojawia się tyle znaków ?? ile wynosi wcześniej zaprogramowana długość sekwencji startu. Jeżeli długość ta równa się 2, to w górnej linii pojawi się:
?? ??
a w dolnej linii pojawi się: znak<00>(AC,+,-). Młodsza cyfra bajtu w polu < > migocze. Klawiszami + i - ustawia się jej wartość. Po wciśnięciu klawisza ACC zaczyna mi-
Rys. 3.
Rys. 4.
gotać starsza cyfra ustawianego bajtu. Klawiszami + i - ustawia się jej wartość. Klawisz ACC powoduje wyświetlenie w dolnej linii wyświetlacza np.:
(ACC,ESC-kor).
Klawisz ACC powoduje wyświetlenie ustawionego bajtu w górnej linii, tak jak to jest pokazane w przykładzie: liczba znaków 2
znaki startu 8lh, 2Ah ekran wyświetlacza po ustawieniu 8lh:
?? ??
znak<81>(ACC,+,-) klawisz ACC:
?? ??
<81>(AC,ESC-kor) klawisz ESC - powrót do ustawiania bajtu: klawisz ACC:
81 ??
znak<00>(ACC,+,-) po ustawieniu 2Ah:
81 ??
znak <2A>(ACC,+,-) klawisz ACC:
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl: 10kQ/0,25W
R2: lkQ/0,25W
PR: 4,7kQ
Kondensatory
Cl: 47OO^F/1ÓV
C2, C4..C12: 100nF/63V
blokujgce
C3: 33^F/35V tantalowy
Półprzewodniki
Ul: 74LS00
U2: 74LS42
U3: 74LS04
U4: MAX202
U5: 7805
Tl: BC237
Dl: BAV21
D2, D3: LED 3mm zielona
mostek prostowniczy 1,5A/
100V
Różne
Złgcze ELTRA 881 015 (15pin
żeńskie)
Transformator TS6/63 (12V
0,5A)
Przekaźnik MEISEI M4-12H
Podstawka 40pin (do
podłgczenia kitu AVT-222)
Bezpiecznik lOOmA
Gniazdo bezpiecznikowe
Wyłgcznik sieciowy
Kabel sieciowy
Płytka uniwersalna
100xl60mm
Wyświetlacz LCD L1682
SEIKO
Rezonator kwarcowy 12MHz
Kompletny minimoduł 8051
(kit AVT-222)
Elektronika Praktyczna 8/98
81
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
Rys. 5.
81 ??
<2A>(AC,ESC-kor) klawisz ESC - powrót do ustawiania bajtu, natomiast klawisz ACC:
81 2A
(AC-ok ESC-kor)
Klawiszem ACC kończy się ustawianie i następuje wyjście z funkcji, klawisz ESC powoduje powrót na początek do ustawiania liczby znaków.
Funkcja USTAW BUFOR NADAJNIKA
Po wywołaniu tej funkcji na ekranie pojawi się:
ADR->(AC,+,-)
(ESC-koniec)
Jeżeli w tym momencie przyciśniemy klawisz ESC, to na ekranie pojawi się:
nie ustawiony
bufor (AC)
Klawiszem ACC kończy się funkcję.
Należy zatem najpierw klawiszami + i - ustawić adres modyfikowanego bajtu. Bufor nadajnika ma rozmiar 32 znaków i ustawia się adres lFh. Ustawienie potwierdza się klawiszem ACC i na ekranie pojawia się:
ADR<00>
znak(ACC,+,-).
Tak jak to było opisane w poprzedniej funkcji, bajt modyfikowany jest poprzez ustawianie migającej najpierw młodszej, a potem starszej cyfry. Po ustawieniu pojawi się np. napis:
ADR<00>
(AC,ESC-kor).
Klawisz ESC powoduje przejście do poprzedniego ekranu i ponowne ustawianie bajtu, natomiast klawisz ACC powoduje wpisanie ustawionego bajtu pod wyświetlany adres i wyświetlenie:
ADR<01>->(AC,+,-)
(ESC-koniec).
Klawiszami + i - można ustawić następny dowolny adres z przedziału OO..lFh. ACC go akceptuje i program wchodzi do procedury ustawiania bajtu, jak to zostało opisane powyżej. Klawisz ESC powoduje wyjście z procedury ustawiania bufora i pojawia się na ekranie:
liczba z. do
nad.<01>(+,-AC).
Klawiszami + i - ustawia się właściwą liczbę, a klawiszem ACC jest ona akceptowana. Pojawia się wtedy:
czy przeglądać
bufor N( +,-AC).
Klawiszami + i - ustawia się T lub N. Przy ustawionym T wywoływana jest funkcja PRZEGLĄDANIE BUFORA. Ustawienie N powoduje wyjście z funkcji.
Funkcja
NADAWANIE BUFORA
Jeżeli w funkcji PARAMETRY TRANSMISJI został ustawiony tryb 3 (znaki 9-
bitowe), to po wywołaniu nadawania bufora pojawi się:
wybrano tryb3
ustaw bit 9 (AC), a po naciśnięciu klawisza ACC.
bit9 0 (+,-,AC).
Klawiszami + i - można ustawić O-bit 9 ma wartość 0 niezależnie od zawartości wysyłanego znaku 1-bit 9 ma wartość 1 niezależnie od zawartości wysyłanego znaku (np. gdy chcemy uzyskać 2 bity stopu) PA-bit 9 jest bitem parzystości NP-bit 9 jest bitem niepa-rzystości.
Po ustawieniu bitu 9 i naciśnięciu klawisza ACC będzie nadana taka liczba bajtów, jaka została ustawiona w funkcji
USTAW BUFOR NADAWANIA (od adresu OOh). Prędkość transmisji i tryb określany jest w funkcji PARAMETRY TRANSMISJI.
Po nadaniu wszystkich znaków pojawia się (np. dla liczby znaków do wysłania równych 8):
bufor nadany
do adr.<07>(AC).
Klawiszem ACC kończy się funkcję. Jeżeli w funkcji PARAMETRY TRANSMISJI wybrany został tryb 1, to pomijany jest fragment ustawiania bitu 9.
Uwagi końcowe
Po prawidłowym zmontowaniu urządzenie nie wymaga praktycznie żadnych regulacji i działa poprawnie. Jedynie potencjometrem Pl należy ustawić odpowiedni kontrast wyświetlacza LCD. Wyświetlacz może być dowolnego
TXDR3232-4
Rys. 6.
typu o organizacji 2xl6zna-ków, lub 2x20 znaków (sterownik zgodny z HD44780). Przekaźnik może być dowolnego typu o napięciu przełączania 12V (najlepiej miniaturowy). Jako U4 można użyć MAX 232, ale trzeba zmienić C8..C12 na wartości ljiF. Kondensatory C4..C7 należy montować na płytce uniwersalnej jak najbliżej układów Ul, U2, U3 i U4. Zastosowanie metalowej obudowy wymaga użycia kabla zasilającego 3-ży-łowego. Żyłę zerową należy połączyć z obudową. Tomasz Jabłoński
LITERATURA
1. A.Rydzewski, "Mikrokomputery jednoukładowe rodziny MCS-51", WNT 1992.
2. M.Lach, "Minimoduł 8051", EPll/94.
3. Nota aplikacyjna wyświetlacza L1682 Seiko.
4. Katalog USKA 1/95 -Mikroprocesory
i pamięci: "Programowany interfejs komunikacyjny SAB82C51A"
5. New releases data book, vol. III, Maxim 1994.
82
Elektronika Praktyczna 8/98
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
Stacja lutownicza
Jednym z najczęściej
używanych przez
elektronika narzędzi jest
lutownica. Myślę, że każdy
elektronik, zarówno amator
jak i profesjonalista,
chciałby posiadać stację
lutowniczą z możliwością
regulacji temperatury.
Niestety, ze względów
finansowych niewielu stać
na takie narzędzie.
Chciałbym zaproponować amatorskie rozwiązanie, które z mojej standardowej grzałkowej lutownicy zrobiło stację lutowniczą o całkiem niezłych parametrach.
Opis układu
Największym problemem w tym przypadku okazał się pomiar temperatury grota. Początkowo próbowałem wykorzystać zmianę rezystancji grzałki w funkcji temperatury. Mierząc jednocześnie, podczas pracy grzałki, prąd płynący przez nią i napięcie przyłożone, można obliczyć rezystancję, na podstawie której (mnożąc przez odpowiedni współczynnik) można określić rzeczywistą wartość temperatury.
Niestety, w przypadku mojej lutownicy zmiany rezystancji grzałki w całym zakresie temperatur były tak nikłe, że wartość obliczonej temperatury byłaby obarczona znacznym błędem.
Skorzystałem zatem z termopary. Miałem do dyspozycji termoparę z oryginalną izolacją ze szklanego włókna. Włożyłem ją jeszcze do dodatkowej koszulki odpornej na wysoką temperaturę i umieściłem na zewnątrz lutownicy, mocując końcówkę termopary w miejscu gdzie znajduje się grzałka. Nie jest to może eleganckie rozwiązanie, ale nie było możliwe mocowanie końcówki termopary wewnątrz lutownicy, gdyż grzałka była zalana masą ceramiczną. Muszę przyznać, że rozwiązanie, które zastosowałem w żadnym wypadku nie przeszkadza podczas pracy. Zaciski termopary podłączyłem w uchwycie lutownicy możliwie jak najdalej od grzałki, tak aby temperatura zacisków była zbliżona do pokojowej. Wiadome jest, że napięcie jakie pojawia się na zaciskach termopary jest wprost proporcjonalne do różnicy temperatur między końcówką termopary, a jej za-
ciskami. Dlatego też w układach dokładnego pomiaru temperatury albo zaciski termopary utrzymuje się w stabilnej temperaturze (co jest dość trudne do wykonania), albo kompensuje się termiczne. W moim przypadku nie skorzystałem z żadnej z tych metod, gdyż zawyżyłoby to koszty projektu, a błąd tylko nieznacznie wpływa na końcowy efekt.
Materiały o termicznym kompensowaniu zacisków termopary można znaleźć w Internecie na stronie "For design engineers" firmy National Sernic onduc-tor: http://www.natio-nal.com/catalog/ wystukując hasło "Thermocouple" w ąuery.
Zmiany napięcia na zaciskach termopary są stosunkowo niewielkie: 5..50uV/�C, więc wymaga ono dość solidnego wzmocnienia. Należy w takim wypadku zastosować precyzyjny wzmacniacz operacyjny. Wykorzystałem NE5532, gdyż miał najmniejsze napięcie niezrów-noważenia z dostępnych "pod ręką". Z drugiego wzmacniacza operacyjnego, znajdującego się w kości, zrobiłem źródło prądowe, które jest potrzebne do przetwarzania A/D. Aby zapewnić liniowość pracy źródła w całym przedziale napięć wyjściowych, należy spełnić warunek Rl=R4 i R5=R6. Za pomocą omomierza dobrałem dwie pary rezystorów o najbardziej zbliżonych do siebie wartościami rezystancji. Źródłem napięcia odniesienia w tym przypadku jest układ LM385-1,2V.
Jako układ przetwornika A/D użyłem NE555. Wbrew pozorom ten popularny, a zarazem tani, układ czasowy może być wykorzystany jako przetwornik A/D o całkiem niezłej rozdzielczości - grubo powyżej 8 bitów. W tym przypadku służy on jako przetwornik napięcie -częstotliwość. Przy porno-
Projekt
050
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Pl, P2: 10kQ Rl: 33kQ R2: 2,2kQ R3: 22Q R4: 33kQ
R5, R6, Rl 1: 3,3kQ R7: 330Q R8: 10kQ R9: lkQ RIO: 4,7kQ R12: 220Q R13: lkQ R14: 1,5MQ RP1: 7x820Q Kondensatory Cl: lmF/16V C2: 2,2mF/lóV C3: lOOnF C4: lOOnF C5: l(iF unipolarny Có, C7: 470nF C8: 10^F/10V C9: 33pF CIO: 33pF Cli: 100^F/400V C12: 100nF/400V C13: 470^F/16V C14: lOOnF Półprzewodniki Ul: 7805 U2: NE5532 U3: NE555
U4: 89C2051 zaprogramowany U5: 4511 Tl: BC557 T2: BU508AF Ol: CNY17 Dl, D2: 1N4001 D3: LM385
Ml, M2: W08M mostki prostownicze
W1..W3: wyświetlacze WK Różne Zll: IDC1Ó TRI: wg opisu Xl: 12MHz kwarc
82
Elektronika Praktyczna 8/98
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
cy wspomnianego źródła prądu i kondensatora C7 układ zegara generuje napięcie piłokształtne, które-o wartość chwilowa jest porównywana z napięciem na jego nóżce (5) Cvoli. Jeżeli oba napięcia są równe, kondensator jest rozładowywany przez rezystor R.7, a tym samym wyjście układu (3) przyjmuje stan niski, aż napięcie na kondensatorze C7 spadnie do połowy napięcia Cvoli. Duży wpływ na powtarzalność pomiarów ma stabilność pojemności kondensatora C7. W moim przypadku wykorzystałem kondensator polipropylenowy metalizowany, o małym współczynniku temperaturowym. Konstrukcja timera nie pozwala na jego poprawne działanie, jeżeli na wejściu Cvoli jest zbyt niskie napięcie. Sprawdziłem, że
układ przestaje poprawnie działać, gdy spadnie ono poniżej ok. 1,4V. Dlatego należy zapewnić wstępną polaryzacje zacisku termo-pary. Jest to zrobione za pomocą dzielnika napięcia Pl, R3 biorącego napięcie odniesienia z diody LM385. Nie jest też wskazane podawanie na to wejście napięcia większego niż 4V (Uz-1). Zastosowana tutaj metoda przetwarzania A/D, poza niską ceną i dobrą rozdzielczością, ma jeszcze jedną ważną zaletę, bardzo łatwo można odseparować galwanicznie układ pomiarowy od mikroprocesora, co często jest konieczne w warunkach przemysłowych, chociaż nie było konieczne w tym przypadku.
Ujemne zbocze napięcia na wyjściu układu timera (3) generuje przerwanie mikrokontrolera INTO. W tym momencie zostaje zablokowane zliczanie impulsów timeraO mikroprocesora. Procedura obsługi przerwania odczytuje liczbę impulsów zliczonych przez HinerO, która jest wprost proporcjonalna do napięcia na wejściu Cvoli układu U3, a tym samym do temperatury. W dalszej kolejności zerowany jest licznik timerO. Stan wysoki na wejściu INTO układu U4 uruchamia na nowo zliczanie impulsów do momentu kolejnego przerwania INTO. Częstotliwość zliczanych impulsów wynosi lMHz (fosc/12).
Rys. 1.
Elektronika Praktyczna S/9S
83
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
Listing 1
iprogr am kontroli teir peratury lutownicy moy llnt, #00
moy a, mhb mE=mE /16
iprzetworn k A/D typu NE555 podłączony do p3.2 swa P a
iP3 .4 - pr ycisk Ind /O aktywne/ moy mhb, a
!P3.5 - pr ycisk de cl /O aktywne/ an] mhb, #000011111:
!P3.7 sterowanie grz lk /O aktywne/ ani a, #11110000b
moy b, a
ipodla czen e wyświetl ac a : moy a, mlb
iPl -0 - setki /O aktywne/ swa P a
iPl.l - dz eslatkl /O aktywne/ an] a, #00001111b
iPl.2 - jednostki /O aktywne/ or] a,b pomla r=(b,a)
iPl -4 - Pl 7 do AECD 4511 moy b, mhb
clr c Wskaż anla=(pomlar-S20) /4
$mod51 subb a,#52
;30h, 31h pamlec ECD wartości rzeczywistej temperatury xch a,b
;32h, 33h pamlec ECD wartości zadanej temperatury subb a,#3 (a,b) =pomlar-S20
cy f EQU 030h clr c
mhb EQU 036h s urna pośrednia temperatury hE rrc a a=MSE 12, b=L9E
mlb EQU 037h s urna pośrednia temperatury 1E xch a,b
llnt EQU 03 Sh 1 lcznlk uśredniania rrc a a=LSE 12, b=MSE/2
butl EQU 039h 1 lcznik przycisku incr xch a,b (a,b) =(pomlar-S20)/2
butd EQU 0 3Ah 1 lcznlk przycisku decr clr c
zad EQU 03Eh W artosc zadana temperatury rrc a a=MSE /4, b=L9E/2
tzad EQU 0 3Ch c zas trwania trybu wysw.Wart.zadanej xch a,b
cyfra EQU 0 3Dh P amlec nr' u aktualnie wyświetlanej cyfry rrc a (b,a) =(pomlar-S20)/4
rcyf EQU 03Eh r ejestr przesowny cyfry moy mlb, a
moy mhb, b
,bajt 2Fh ako pamlec b towa obli moy RO, #cy f
tlm EQU 07Sh b lt pomocniczy a ca 11 dbcd
ust EQU 079h u stawiony - wyświetlanie wartości zadanej moy a, mlb
new EQU 0 7Ah P lerwszy raz clr c
pres EQU 07Eh t ryb wyswielanla wartości zadanej subb a,#100
moy mlb, a
butl EQU p3.4 P rzycisk incr jnc steO
but2 EQU p3.5 P rzycisk decr dec mhb
outp EQU p3.7 s terowanle steO moy a, mhb
JZ ste3
ipocza tek programu cjn e a,#l,ste2
org OOh w ektor przerwania RESET moy mlb, #255 i te mp .Wl eksza niz zakres zadanej
jmp lnic s jm p ste3
org 0 3h w ektor przerwania INTO ste2 moy mlb,#0 temp. mnlesza ni z zakres zadanej
jmp lntx ste3 moy a, zad
org lEh w ektor przerwania TIME1 clr c
jmp tlmel subb a,mlb
moy outp.c
lnic; moy cyfra,#01h moy mlb,#00
moy rcyf, #01h moy mhb,#00
moy mhb,#0 0h
moy mlb, #00h lntx 2 pop PSW
moy llnt,#OOh pop E
moy butl,#00h pop ACC
moy butd,#00h ret 1
moy tzad,#OOh
moy zad, #160 .... .. ... procedura prz erwan a tlmerl - obsługa wyświetlacza .........
moy sp , # 1 0 tlme 1 moy thl,#OFAh ;Us taw z egar hE
moy RO, #cy f moy a,cyfra nr wy świetlanej cyfry
moy @R0, #00 i 1 2 cyfra clr c
lnc R0 rrc a
moy @R0, #00 i 3 4 cyfra moy tlm, c
lnc R0 add a,#cyf adres pierwszej cyfry
moy @R0,#6 0h i 1 2 cyfra wart.zadanej jnb pres, tlmxo
lnc R0 add a, #02 tryb wyświetlania wart.zadanej
moy @R0,#02h i 3 4 cyfra wart.zadanej tlmx 0 moy Rl , a
moy thl,#OFFh ;U staw zegar hE moy a, @R1
setb new jnb tlm,tlmxl
clr pres swa P a
moy tcon, #01010001b tlmx 1 an] a, #11110000b
iUst aWlanie ze ow, lntO wyzw opad. zboczem moy b, a
moy tmod,#0001100 lb ;tO 16 bitowy, tl 16 bitowy,GATEO=1 moy a.rcyf
moy lp,#000000 Olb i priorytet -, -, PT2, PS, PTI, PK1, PTO, PKO cpl a
moy le, #100010 Olb imaska przerwań EA,EAD,ET2,ES,ET1,EK1,ETO,EKO ani a, #00001111b
loop: nop ipetla glowna orl a,b a-war tosc cyfry, rcyf-nr cyfry
nop moy pl,a wyswi etl zawartość cyfry
nop lnc cyfra
nop moy a.rcyf
sjmp loop rl a
moy rcyf,a
;proce dura zamienia s Iowo na 4 cyfry w kodzie ECD 1 wpisuje do rej .wysw. an] a, #11111000b
;G(ro+ 1) , SrO = fbcdfl: , zmienia a,b,rO,@(rO + l},@rO JZ tlmx2 jezel i cyfra<3
dbcd i xch a,b moy cyfra,#01
moy SrO, a moy rcyf, #01
ani a, tllllllOOb tlmx 2 ipr zyciski
jnz bcd3 ;dana przekracza zakres jb butl,lncO4 ;ba danie stanów przycisków
moy a, SrO lnc butl incr button on
xch a,b moy tzad,#255 ;ur uchom tryb wysw.Wart.zadanej
moy ero,#OFFh moy a,#S anty migotanie styków
bcd2 : lnc ero ipetla 4 13 cyfry ECD cjn e a,butl,lncOl
xch a, SrO lnc zad
clr c IncO 1 moy a,#255 trzym anle
clr ac cjn e a,butl,lnc02
da a moy butl,#215
xch a, SrO lnc zad
clr c IncO 2 moy a,#251 czy n le przekracza zakresu
subb a,#100 cjn e a,zad,lncO3
xch a,b dec zad zad=# kroki
subb a,#0 IncO 3 s jm p decO4 lf ln er lgnore decr
xch a,b IncO 4 moy butl,#O
jnc bcd2 decr jb but2 ,decO4
lnc rO i 3,4 cyfra lnc butd decr button on
moy ero,#OFFh moy tzad,#255 ;ur uchom tryb wysw.Wart.zadanej
add a,#100 moy a,#S anty migotanie styków
clr c cjn e a,butd,dec01
moy b, #10 dec zad
diy ab decO 1 moy a,#2 55 trzym anle przycisku
swap a cjn e a,butd,decO2
add a,b moy butd,#215
moy SrO, a dec zad
bcd3i ret decO 2 moy a,#19
cjn e a,zad,tlmx3
moy zad,#20
...... .... procedura przerwania lntO - pobranie A/D ................. decO 3 s jm p tlmx3
lntx : clr tro ;Zatrzymaj zliczanie to decO 4 moy butd, #00
push ACC tlmx 3 moy a,tzad
push E JZ tlmxe
push PS W dec tzad
jb n ew,lntxo dec a
lnc llnt jnz tlmx4
moy a, tlO imE=mE+tO clr pres
add a, mlb s jm p tlmxe
moy mlb, a tlmx 4 setb pres
moy a, mhb moy a,#100
addc a, thO moy b, #00
moy mhb, a add a, zad
lntxO: moy tlO,#0 iwyzeruj licznik jnc tlmx5
moy thO, #0 lnc b
setb tro i rozpocznij zliczanie tlmx 5 moy RO,#cyf+02
clr new a ca 11 dbcd
tlmx e ret 1
moy a,#16
cjne a, llnt.ln tx2 end
84
Elektronika Praktyczna 8/98
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
W programie jako wartość pomiaru przyjąłem średnią z 16 kolejnych pomiarów. Przetwornik zapewnił mi rozdzielczość ok. 11 bitów.
Wymagana jest natomiast rozdzielczość 9 bitów (temp<20..400�C), wobec czego dwa najmniej znaczące bity pomiaru są ignorowane. Aby uzyskać realną wartość temperatury, od otrzymanej wartości należy jeszcze odjąć wartość wynikającą z polaryzacji wstępnej. Tak otrzymana wartość, po konwersji na kod BCD, jest przesyłana poprzez układ U5 na moduł wyświetlacza. Użyłem tutaj trzech wyświetlaczy 7-seg-mentowych ze wspólną katodą. Wydajność prądowa portu pl mikroprocesora pozwala na bezpośrednie sterowanie segmentów.
Procedura obsługi przerwania INTO porównuje zadaną wartość temperatury
z wartością rzeczywistą i w zależności od tego ustawia odpowiedni stan na wyjściu p3.7. Wykorzystałem tutaj najprostszą metodę regulacji, która w rezultacie daje oscylacje temperatury ok. ą5�C wokół wartości zadanej. Dla wprawnych automatyków jest tutaj wyzwanie zastosowania lepszej metody regulacji. Procedura przerwania od timerl obsługuje wyświetlanie wartości temperatury oraz sprawdza stan przycisków, którymi ustala się wartość zadaną temperatury.
Cały układ wymaga trochę niestandardowego zasilacza. Transformator powinien mieć dwa, odseparowane galwanicznie od sieci, uzwojenia wtórne. Jedno do uzyskania napięcia symetrycznego do zasilania wzmacniaczy operacyjnych i układów cyfrowych, drugie
do sterowania tranzystora klucza włączającego grzałkę lutownicy. Grzałka jest zasilana wyprostowanym napięciem sieci, co pozwala na uzyskanie większego zakresu temperatury pracy, gdyż napięcie to wynosi ok. 305V. Zastosowanie lutownicy na napięcie nominalne 12V lub 24 V znacznie uprościłoby konstrukcję zasilacza i nie wymagałoby separacji galwanicznej napięcia zasilania układu sterowania i grzałki.
Uruchomienie
Zmontowany układ podłączamy do sieci przerywając obwód zasilania grzałki. Za pomocą potencjometru Pl ustawiamy wartość napięcia na rezystorze R3 na ok. 5mV. Następnie, za pomocą potencjometru P2, ustawiamy wzmocnienie układu U2, tak aby na wejściu CYolt U3 było ok. 1,5V.
Aby precyzyjnie ustawić wskazania, potrzebny jest termometr o zakresie do 300�C. Ja mierzyłem temperaturę termoparą, w którą był wyposażony mój multi-metr. Ustawianie jest dość mozolne, ponieważ można tego dokonać metodą kolejnych przybliżeń, korygując ustawienia potencjometrów Pl i P2 dla dwóch możliwie najbardziej różnych temperatur lutownicy. W moim przypadku przyjąłem 20�C (lutownica zimna) i 300�C. W przypadku braku odpowiedniego termometru można przyjąć temperatury np. 20�C i 150�C. Zawężając jednak różnicę temperatur kalibrujących pogarszamy dokładność wskazań przez układ wartości temperatury.
Układ uruchomiłem 3 miesiące temu i, jak na razie, pracuje bez zarzutu. Piotr Swadźba
Elektronika Praktyczna 8/98
85
FORUM
"Forum" jest rubryką otwartą na pytania I uwagi Czytelników EP, w której chcemy pomagać w rozwiązywaniu problemów powstałych podczas uruchamiania oferowanych przez nas kitów, a także innych urządzeń elektronicznych. Drugim celem "Forum" jest korekta błędów, które pojawiły się w publikowanych przeznas artykułach. Pytania do "Forum" można zgłaszać listownie na adres redakcji lub poprzez internetową listę dyskusyjną Elektroniki Praktycznej. Szczegółowe informacje na temat tej listy można znaleźć pod adresem:
http://www.jm. com.pl/klub-ep
DYSKUSYJNA
Zegar pseudoanalogowy kitAVT-426
5/98
W projekcie opublikowanym w majowym numerze EP pojawiły się następujące błę-dy:
- Kondensatory C5, C6 i C7 są źle opisane na płytce drukowanej. Kondensator elek-
trolityczny, oznaczony na płytce C5 powinien nosić oznaczenie C6. Kondensator oznaczony na płytce C6 powinien nosić oznaczenie C7, a kondensator C7 powinien być oznaczony C5.
Generator kwarcowy z układem IC8 nie zawsze wzbudzał się po włączeniu zasilania. Problem ten można zlikwidować poprzez wlutowanie kondensatora o pojemności lOOpF pomię-
dzy wyprowadzenia 8 i 9 układu IC8.
Na schemacie elektrycznym bloku liczników (schemat z rys. 1, EP5/98) błędnie oznaczono bramki IC7A (faktycznie jest to bramka IC7B)
Prosty autoalarm z procesorem PIC kitAVT-278
Wielu Czytelników sygnalizowało nam problemy z uruchomieniem tego kitu. Wynikają one z błędnie opisanych przez produ-
centa diod impulsowych 1N4148. W przypadku wystąpienia kłopotów z uruchomieniem kitu AVT-278 zalecamy sprawdzenie, czy
7/96
diody D2..8 są dobrze wlutowane, przy czym nie należy kierować się opisem na obudowie, ale ich faktyczną polaryzacją.
Uwaga ta dotyczy partii ok. 5 00 zestawów, które zostały wprowadzone na rynek od początku tego roku.
Półprzewodnikowy przekaźnik trójfazowy kitAVT-372
Na płytce drukowanej tego urządzenia wystąpiły następujące błędy:
- Końcówki diod prostowniczych Dl..3 zostały narysowane na płytce odwrotnie niż na schemacie. Podczas montażu należy kierować się schematem elektrycznym.
- Podobnie została zamieniona na płytce polaryzacja
kondensatorów Cli..13. Podczas montażu należy kierować się schematem elektrycznym.
Na schemacie elektrycznym urządzenia (rys. 1, EP12/97) wyprowadzenia Al i A2 triaków Q3..5 opisano odwrotnie (nie ma to żadnego wpływu na działanie urządzenia).
Wyprowadzenia bramek triaków Q3..5 (poprzez rezystory R2, R4, R6) dołączone są do wyprowadzeń numer 4 optotriaków Ql, Q2 i Q6, a powinny być dołączone do wyprowadzeń numer 6. Rezystory Rl, R3 i R5 powinny być podłączone do wyprowadzeń Al triaków Q3..5 oraz wyprowadzeń
IKA 12/97
numer 4 optotriaków, zgodnie ze schematem elektrycznym.
- Opisy zacisków na płytce drukowanej oznaczają:
Na płytce drukowanej Na schemacie elektrycznym
A' 0
B' A'
C B'
D' C
Wzmacniacz
szerokopasmowy
kitAVT-23
Na schemacie elektrycznym oraz na płytce drukowanej tego urządzenia wystąpił błąd -rezystor R9 powinien spełniać rolę separatora, tak jak to widać na rys. lb. Na rys. la przedstawiono oryginalną wersję przedwzmacniacza.
X J?
Elektronika Praktyczna 8/98
87
PROJEKTY ZAGRANICZNE
Zasilacz laboratoryjny
Zasilacz stabilizowany jest
niewątpliwie jednym
z najbardziej przydatnych
urządzeń w laboratorium
elektronika -
eksperymen tatora. Najlepiej
byłoby, gdyby taki zasilacz
miał szeroki zakres napięć
wyjściowych i dostarczał
prądu o dużym natężeniu,
ale - niestety - spełnienie
tych wymagań pociąga za
sobą wysokie koszty.
Na szczęście, część potrzeb
zaspokoi zasilacz
o skromniejszych parametrach.
Większość projektowanych
układów jest bowiem zasilana
napięciami od 3V do 12V,
a natężenia pobieranych
prądów nie przekraczają setek
mA.
Rozwiązanie idealnie
dopasowane do potrzeb
amatorskich przedstawiamy
w artykule.
Napięcie odniesienia
Wzmacniacz buforowy
Czujnik prądowy
Wzmacniacz i klucz
(w).
Rys. 1. Schemat blokowy zasilacza laboratoryjnego z regulacją napięcia wyjściowego.
Proponowany poniżej zasilacz sieciowy daje napięcia wyjściowe od 1,2V do 12V, przy natężeniach prądu do 500mA. Mimo prostoty układ zapewnia doskonałą stabilizację. Przy zmianie prądów obciążenia od zera do maksimum napięcie wyjściowe zmienia się nie więcej niż o kilka mV.
Wysokiej jakości źródło napięcia odniesienia eliminuje dryft temperaturowy. Poziom tętnień na wyjściu wynosi tylko około 2 50mV dla większości napięć i prądów wyjściowych, a wzrasta dopiero przy wyższych napięciach i natężeniach prądów przekraczających 400mA.
Ograniczenie natężenia prądu wyjściowego do 500mA chroni układ przed skutkami zwarć i przeciążeń. Ponieważ 500mA jest natężeniem dostatecznie wysokim aby spowodować zniszczenie układów półprzewodnikowych, układ daje możliwość zastosowania także trzech niższych ograniczeń natężenia prądu: 2 0mA, 50mA i 200mA.
Opcjonalny woltomierz pozwala na dość dokładne ustawienie napięcia wyjściowego, ale zrezygnowanie z niego i korzystanie z posiadanego multimetru znacznie obniży koszt urządzenia.
Bezpieczeństwo
Zazwyczaj projekt taki nie byłby adresowany do początkujących, ponieważ w jego zakres wchodziłoby wykonanie doprowadzeń napięcia sieciowego. Dzisiejszy projekt jest jednak w pełni bezpieczny - jest bowiem zasilany z dostępnego w handlu niestabilizowanego zasilacza sieciowego 1 2 V , w z wi ązku z czym maksymalne napięcie w układzie nie przekracza 20V. Również podwójna izolacja zasilacza sieciowego stanowi dodatkową ochronę przed porażeniem na-
Ś Wyjście
Regulacja
napięcia
wyjściowego
*HVR
GND
pięciem sieciowym. Oznacza to, że wyjście zasilacza laboratoryjnego jest pływające, tj. żaden z jego zacisków nie jest uziemiony. Pomoże to uniknąć zwarć i pętli masowych w przypadku współpracy zasilacza z urządzeniami posiadającymi uziemioną obudowę.
Działanie układu
W celu uzyskania regulowanego napięcia wyjściowego stosuje się dwa standardowe rozwiązania. Pierwsze z nich polega na poten-cjometrycznej regulacji napięcia pochodzącego ze stabilizatora napięcia stałego i użyciu wzmacniacza buforowego zwiększającego maksymalne natężenie prądu wyjściowego. Alternatywę stanowi wykorzystanie stabilizatora napięcia stałego i wzmacniacza podnoszącego to napięcie do żądanego poziomu, oraz także wzmacniacza buforowego zapewniającego odpowiednie natężenie prądu. Drugie z tych rozwiązań zapewnia zazwyczaj lepszą stabilizację napięcia i ono właśnie zostało zastosowane w prezentowanym urządzeniu.
Układ jest zbudowany zgodnie ze schematem blokowym przedstawionym na rys.l. Zawiera wzmacniacz operacyjny pracujący w układzie nieodwracającym. Do wejścia odwracającego wzmacniacza jest doprowadzane stabilne napięcie odniesienia. Dobór tego napięcia jest istotny, ponieważ minimalne napięcie wyjściowe nie może być niższe od napięcia odniesienia. Zastosowano źródło napięcia odniesienia 1,2V, co pozwala stosować zasilacz do urządzeń zasilanych np. pojedynczymi akumulatorami NiCd.
Natężenie prądu wyjściowego
Maksymalne natężenie prądu wyjściowego wzmacniacza operacyjnego jest rzędu pojedynczych mA, ewentualnie dziesiątek mA. Oczywiście, nie jest to wartość
Elektronika Praktyczna 1/98
13
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
Rys. 2. Schemat ideowy zasilacza laboratoryjnego.
wystarczająca z punktu widzenia zastosowań zasilacza laboratoryjnego, w związku z czym zastosowano stopień buforowy, zwiększający natężenie prądu wyjściowego.
Przeciążenie wyjścia (np. zwarcie) mogłoby spowodować przepływ prądu o bardzo dużym natężeniu, grożącym zniszczeniem układu buforowego i źródła zasilania, zanim zostanie przepalony konwencjonalny bezpiecznik. W związku z tym niezbędny jest elektroniczny układ zabezpieczający.
Umieszczony szeregowo z wyjściem zasilacza rezystor o małej oporności umożliwia zdetekowa-nie przepływu prądu o nadmiernym natężeniu - spadek napięcia na tym rezystorze jest do niego proporcjonalny. Jeśli natężenie prądu wyjściowego nie przekracza 500mA, powstały spadek napięcia będzie zbyt mały aby zadziałał układ wzmacniacza i przełącznika. Cały zasilacz działa prawidłowo dostarczając stabilizowanego napięcia.
Jeśli jednak natężenie prądu wyjściowego jest większe od 500mA, to spadek napięcia na rezystorze szeregowym przekracza 0,6V, co powoduje zamknięcie przełącznika elektronicznego i połączenie wyjścia wzmacniacza operacyjnego z wyjściem całego układu. Ponieważ na stopniu buforowym występuje spadek napięcia przekraczający IV, to napięcie wyjściowe wzmacniacza operacyjnego - a więc napięcie wejściowe stopnia buforującego -zostaje obniżone. Powstaje pętla sprzężenia, która dąży do dalszego obniżenia tego napięcia. Tak
więc każde przekroczenie maksymalnego natężenia prądu wyjściowego prowadzi do znacznego spadku napięcia wyjściowego z jednoczesnym ograniczeniem natężenia prądu wyjściowego. Nawet w przypadku zwarcia wyjścia natężenie to nie przekroczy 600mA. Taki układ ograniczania prądu reaguje natychmiast na wszelkie przeciążenia i jest na tyle szybki, że stopień buforowy i źródło zasilania nie ulegają uszkodzeniu.
Sprzężenie zwrotne
Wzmocnienie wzmacniacza operacyjnego z zamkniętą pętlą sprzężenia zależy od wartości znajdujących się w niej elementów. W naszym układzie w pętli tej znajduje się potencjometr VR.
Wzmocnienie wzmacniacza operacyjnego z otwartą pętlą jest zwykle bardzo duże, zazwyczaj większe od 100000. Podanie na wejście nieodwracające dodatniego potencjału powoduje wzrost potencjału na wyjściu, natomiast podanie na wejście odwracające dodatniego potencjału powoduje spadek potencjału wyjściowego. W układzie nieodwracającym, z zamkniętą pętlą sprzężenia, potencjały obu wejść są równe dzięki pętli ujemnego sprzężenia zwrotnego.
Jeśli suwak potencjometru znajduje się od strony wejścia odwracającego ICl, to jest ono połączone bezpośrednio z wyjściem całego układu. Jeśli poziom na wyjściu wzrośnie powyżej 1,2V, wzrośnie również potencjał wejścia odwracającego ICl, a więc obniży się napięcie na wyjściu tego wzmacniacza. Jeśli poziom
na wyjściu spadnie poniżej 1,2V, spadnie potencjał wejścia odwracającego ICl, a więc wzrośnie napięcie na jego wyjściu, korygując napięcie wyjściowe całego układu. Należy zauważyć, że pętla sprzężenia obejmuje stopień buforowy oraz rezystor szeregowy, w związku z czym będzie kompensować wszelkie przyrosty spadku napięcia na tych elementach, związane ze zwiększeniem obciążenia.
Jeśli suwak potencjometru VRl znajduje się w skrajnym, przeciwnym położeniu, to pętla sprzężenia działa w taki sam sposób, jednak wartość napięcia wyjściowego ICl jest wyższa ze względu na spadek napięcia na potencjometrze.
Zakładając, że suwak potencjometru znajduje się w położeniu środkowym, napięcie na suwaku jest równe połowie napięcia wyjściowego. Aby napięcie na wejściu odwracającym wynosiło 1,2V, napięcie wyjściowe musi być równe 2,4V. Im większy jest stopień podziału napięcia wyjściowego na dzielniku VRl/R2, tym wyższy jest spadek napięcia na potencjometrze i wyższe napięcie wyjściowe. Potencjometr jest więc elementem regulującym napięcie wyjściowe.
Zasada działania układu
Schemat ideowy stabilizowanego zasilacza laboratoryjnego znajduje się na rys.2. Niestabili-zowane napięcie wejściowe jest doprowadzane przez gniazdo SKl. Przy braku obciążenia napięcie to wynosi około 20V, a przy natężeniu prądu obciążenia 500mA jest bliskie 16V.
Na stabilizatorze i układzie ograniczania prądu występują spadki napięcia, ale napięcie wyjściowe zasilacza utrzymuje się na poziomie 12V, przy obciążeniu prądem o natężeniu 500mA. Bezpiecznik FSl zabezpiecza niesta-bilizowany zasilacz sieciowy w przypadku poważnego uszkodzenia układu stabilizatora. Cl pełni rolę kondensatora odprzęga-jącego.
Dioda Dl jest źródłem napięcia odniesienia 1,2V. Funkcjonuje podobnie do diody Zenera, ale ma od niej znacznie lepsze parametry. Działa skutecznie przy
14
Elektronika Praktyczna 1/98
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
natężeniach prądu przepływającego przez nią od 50mA do 5mA. W tym przypadku rezystor Rl ustala natężenie tego prądu na około 5mA. Kondensator C2 eliminuje ewentualne szumy diody Dl.
Jako ICl został wybrany wzmacniacz operacyjny działający prawidłowo przy niskich napięciach wejściowych i wyjściowych - większość popularnych wzmacniaczy operacyjnych nie zapewni poprawnej pracy układu.
Tranzystor mocy w układzie Darlingtona Tl działa jako wtórnik emiterowy zwiększający prąd wyjściowy układu do 500mA.
Układ ograniczania prądu zawiera tranzystor T2 i cztery rezystory szeregowe R3. ,R6, które ustalają progi zadziałania układu na 20mA, 50mA, 200mA i 500mA. Należy jednak pamiętać o tym, że w rzeczywistości zwarciowe prądy wyjściowe układu są od tych wartości nieco wyższe, zwłaszcza w przypadku niższych ograniczeń, ponieważ istotną rolę zaczyna wtedy odgrywać prąd wyjściowy układu ICl.
Stabilizacja napięcia
Potencjometr VRl jest elementem umożliwiającym regulację napięcia wyjściowego. Rezystor R2 ogranicza maksymalne napięcie
wyjściowe do nieco ponad 13V. Nie należy jednak zapominać, że natężenia prądów 500mA mogą występować tylko przy napięciach nie przekraczających 12V.
Przy włączeniu w układ, przy pomocy przełącznika S2, rezystora R7 maksymalne napięcie wyjściowe wynosi 10V, natomiast przy włączeniu rezystora R8 sięga ono 20V. Na drugim zakresie można uzyskać napięcia 10V..13V.
Kondensator C3 zapewnia stabilność napięcia wyjściowego przy wyższych natężeniach prądu -bez tego elementu układ wykazywałby skłonności do oscylacji.
Wykonanie
Podobnie jak przedstawiany niedawno układ przekaźnika sterowanego w podczerwieni, układ ten jest montowany na płytce ąuasi-uniwersalnej. Znaczna liczba podzespołów umieszczona jest poza płytką. Schemat rozmieszczenia elementów i mozaikę ścieżek druku przedstawiono na rys.3. Montaż, jak zwykle, należy rozpocząć od najmniejszych elementów, a zakończyć na największych.
Stopień wejściowy układu CA3140E wykonany jest w technologii PMOS i wymaga stosowania zwykłych środków ostrożności zapobiegających uszkodzeniu
przez ładunki elektrostatyczne. Układ należy montować w podstawce, ale dopiero po zakończeniu wszelkich innych czynności montażowych. Przy wkładaniu ICl należy unikać dotykania jego wyprowadzeń i oczywiście niewłaściwego włożenia w podstaw-kę.
Wyprowadzenia tranzystora T2 wymagają przygięcia przed wstawieniem w otwory podstawki. Źródło napięcia odniesienia ma identyczną jak tranzystory obudowę TO92, ale tylko dwa wyprowadzenia.
W punktach połączenia płytki z bezpiecznikiem FSl, przełącznikiem obrotowym Sl i innymi podzespołami zewnętrznymi należy wlutować końcówki lutownicze.
Przed umieszczeniem płytki w obudowie należy starannie sprawdzić poprawność montażu -tylko około 50% punktów lutowniczych płytki jest wykorzystanych w tym układzie.
Elementy zewnętrzne
Zmontowaną płytkę mocuje się do obudowy używając kołków dystansowych z tworzywa 6mm i śrub M3.
Tranzystor Darlingtona Tl należy przymocować bezpośrednio do obudowy, która będzie pełniła funkcję radiatora, w związku
Rys. 3. Schemat rozmieszczenia elementów i sposób wykorzystania płytki uniwersalnej.
Elektronika Praktyczna 1/98
15
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
z tym musi być metalowa. Jeśli zrezygnuje się z woltomierza, wystarczy stosunkowo mała obudowa; w przeciwnym przypadku będzie ona większa. Płyta czołowa obudowy musi pomieścić woltomierz i pozostałe elementy - przełączniki Sl i S2, potencjometr VRl i gniazda wyjściowe, w związku z czym obudowa musi być znacznie większa niżby to wynikało z samych rozmiarów płytki.
Należy pamiętać, że radiator obudowy tranzystora Tl jest wewnętrznie połączony z kolektorem, w związku z czym należy go odizolować od obudowy używając standardowego zestawu izolacyjnego do obudów TO220. Składa się on z płytki mikowej lub z tworzywa sztucznego, izolującej element od obudowy oraz tulejki z tworzywa izolującej oś śruby mocującej. Dzięki tym elementom nie ma kontaktu elektrycznego między Tl i obudową. Rys.4 przedstawia sposób montażu Tl i elementów izolacyjnych. Zaleca się sprawdzenie poprawności izolacji przy pomocy miernika.
Niestabilizowany zasilacz sieciowy
Niestabilizowany zasilacz sieciowy współpracujący z naszym zasilaczem może posiadać co najmniej pięć różnych wtyków. Oczywiście gniazdo SKl powinno być odpowiednio dobrane. Najlepszym wyborem wydaje się być jack 3,5mm. Sposób okablowania takiego gniazda przedstawia rys.3. Zasilacz powinien być tak okablowany, by środkowy kontakt wtyku miał dodatni potencjał. Gniazdo SKl należy umieścić na tylnej ściance obudowy. Należy pamiętać, że użyty zasilacz sieciowy bezwzględnie nie może zawierać stabilizatora i powinien dawać niestabilizowane napięcie 12V.
Obudowa
Gniazdo bezpiecznika FSl może być montowane do dolnej płyty obudowy. Rozwiązanie płyty czołowej nie jest krytyczne, ale dobrze jest odsunąć od siebie woltomierz i potencjometr VRl tak, aby podczas regulacji napięcia nie zasłaniać odczytu.
Większość woltomierzy panelowych wymaga wykonania otwo-
Tranzystor mocy \ Ś------- Podkładka plastykowa Nakrętka Izolator mikowy J
\///////////// s///////////
LLU, Śruba
Rys. 4. Sposób odizolowania tranzystora Tl od obudowy.
ru o średnicy 38mm i czterech mniejszych otworów pod kołki mocujące. Przed wycięciem otworu należy upewnić się jaka powinna być jego średnica. Otwór najprościej jest wyciąć używając specjalnego narzędzia, piłki lub pilnika. Bez względu na rodzaj narzędzia należy najpierw wykonać otwór o nieco mniejszej średnicy, a następnie powiększać ją do uzyskania właściwego wymiaru. Woltomierz można wykorzystać jako szablon przy określaniu położenia otworów pod kołki mocujące znajdujące się na tylnej ściance jego obudowy. Otwory te powinny mieć zwykle średnicę 3,2mm.
Montaż końcowy
Po zamocowaniu wszystkich elementów zewnętrznych do obudowy należy okablować zasilacz, zachowując szczególną uwagę przy łączeniu tranzystora Tl z układem. Wyprowadzenia Tl należy odchylić od obudowy tak, aby nie mogły dotknąć metalowej obudowy.
Rezystory R3 i R8 są montowane na przełącznikach Sl i S2, których końcówki należy uprzednio pocynować.
Eksploatacja
Większość niestabilizowanych zasilaczy sieciowych posiada selektor napięcia wyjściowego i może dawać niższe od 12V napięcia - selektor taki powinien być ustawiony we właściwym położeniu. Środkowy kontakt wtyku musi mieć wyższy potencjał - należy to sprawdzić dwukrotnie.
Po włożeniu zasilacza sieciowego do gniazdka i podłączeniu jego przewodu do gniazda SKl napięcie wyjściowe zasilacza laboratoryjnego przy regulacji VRl powinno zmieniać się w przedziale 1,2V - 12V. Jeśli tak nie jest, należy wyłączyć zasilacz z gniazdka i sprawdzić montaż oraz okablowanie.
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory (0,5W, 1%)
Rl: 33kQ
R2: 2,2kQ
R3: 33Q
R4: 12Q
R5: 3,30
R6: 1,2Q
R7: lOOkO
R8: 200kQ
VR1: 22kQ, potencjometr
węglowy, obrotowy, liniowy
Kondensatory
Cl: 10^F/35V
C2:
C3:
Półprzewodniki
Dl: ICL8069, precyzyjne źródło
napięcia odniesienia 1,2V
IC1: CA3140E
Tl: TIP121 lub TIP122
T2: BC547
Różne
FSl: bezpiecznik bezzwłoczny
500mA, 20171171, z gniazdem do
montażu do obudowy
ME1: miernik lOOmA z ruchomą
cewką
SKl: gniazdo jack 3,5mm
SK2: gniazdo 4mm, czerwone
SK3: gniazdo 4mm, czarne
Sl: trój biegu nowy, czterosekcyjny
przełącznik obrotowy
S2: miniaturowy przełącznik
jednobiegunowy, dwupozycyjny
uniwersalna płytka drukowana
obudowa metalowa (patrz tekst)
niestabilizowany zasilacz sieciowy
12V/750mA (800mA)
pokrętło 2 szt.
zestaw izolacyjny do obudowy
TO220
8-nóżkowa podstawka DIL
ekranowany przewód
śruby i podkładki, cyna itp.
Zalecane jest sprawdzenie prawidłowości funkcjonowania układu ograniczania prądu. W tym celu należy ustawić przełącznik Sl w położeniu 500mA, a napięcie wyjściowe równe 12V. Po dołączeniu do zacisków wyjściowych zasilacza rezystora 4,7L2/2W napięcie wyjściowe powinno spaść do około 3V.
Artykuł publikujemy na podstawie umowy z redakcją miesięcznika "Everyday Practical Electronics".
16
Elektronika Praktyczna 1/98
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
DzioS "Projekty Czytelników" zawiera opisy projektów nadesłanych do redakcji EP przez Czytelników. 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 200,- zł (brutto) za 1 stronę w EP. Przysyłanych tekstów nie zwracamy. Redakcja zastrzega sobie prawo do dokonywania skrótów,
Stereofoniczny nadajnik UKF-FM OIRT iCCIR
Prezentowany projekt
ucieszy z pewnością wielu
Czytelników czekających
od długiego już czasu na
opis konstrukcji nadajnika
radiowego. Przy pomocy
kilku, łatwo dostępnych,
elementów jeden
z naszych Czytelników
zbudował prosty nadajnik
FM
o niezłych, jak na tą klasę urządzeń, parametrach.
L VUE1
P WE2
KANAŁ
WZMACNIACZ M.CZ
możliwa dzięki za st oso wani u diody pojemnościowej Dl. Tranzystor T2 wraz z elementami to-
P o my sł
tego urządzenia narodził się przed kilku laty, kiedy to moja żona podczas słuchania programu radiowego SKY-Radio zażyczyła sobie zainstalowania głośników w kuchni. Ponieważ tuner satelitarny jak i wzmacniacz były zainstalowane na stałe w pokoju, nie było możliwości przeniesienia całego zestawu do kuchni.
Postanowiłem wykonać mały nadajnik radiowy, który mógłby przesłać sygnał z tunera SAT do stojącego w kuchni radiomagnetofonu. Nadajnik umożliwiał również wykorzystanie małego przenośnego radia ze słuchawkami jako słuchawek bezprzewodowych, ułatwiających oglądanie
programów satelitarnych TV. Nadajnik w moim rozwiązaniu został przyłączony bezpośrednio do tunera satelitarnego. Do zasilania układu wykorzystano napięcie 12V z wnętrza tunera SAT.
Schemat blokowy prezentowanej konstrukcji przedstawiono na rys.l. Na schemacie elektrycznym z rys.2 przedstawiono budowę generatora w.cz. wraz z wyjściowym stopniem mocy. Częstotliwość nośna generowana jest w układzie z tranzystorem Tl. Jej modulacja jest
war zy s zący m i spełnia rolę separatora i wzmacniacza w.cz. Obciążeniem tego stopnia jest antena przekazująca sygnał do otoczenia.
Na rys.3 przedstawiono schemat elektryczny układu wejściowego m. cz., bloku kluczy, generatora sygnału pilota stereo oraz przerzutników pomocniczych. Sygnał z wyjścia tego modułu jest podawany poprzez R.4 na katodę diody pojemnościowej Dl (rys.2).
Całe urządzenie jest zmontowane na dwóch płytach drukowanych o wymiarach 85x50, które są przymocowane do obudowy wykonanej z tworzywa sztucznego (rys.4). Na płytach czołowych obudowy są umieszczone gniazda antenowe i gniazdo typu DIN. Z boku obudowy jest przymocowane gniazdo zasilające. Wszystkie elementy montujemy w sposób tradycyjny. Cewki nawijamy na wałkach o śred-
DZEŁNIK PflZEZZ
KLUCZE
UkHz
DZIELNIK PRZEZ2
-ISkHz
MODULATOR FM
GENBUTOH
UKF H-IOBMHz
WZMACNIACZ W.CZ.
Behemt z ryi.3.
ANTMAD.
Rys. 1.
Elektronika Praktyczna 1/98
S1
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
R8
o Ant. nad. 1
WY O
02
C12
Rys. 3.
nicy 5mm, po czym ściągamy i montujemy jako powietrze. Płytki łączymy z gniazdem przewodem ekranowanym, a gniazda antenowe z płytką nadajnika przewodem koncentrycznym. Płytki przykręcamy wkrętami do obudowy. Na płytce nadajnika znajdują się dwa tory nadawcze, jeden dla zakresu OIRT, drugi dla zakresu CCIR, stąd dwa gniazda antenowe. Chcąc użyć nadajnika tylko na jednym zakresie
Płytka nadajnika lub kodara
+5V
ir10 r
można zmontować tylko jeden tor nadajnika.
Regulację urządzenia przeprowadzamy w następującej kolejności. Przy pomocy PRl ustawiamy częstotliwość pracy generatora kodera na częstotliwość 76kHz lub zapalenie się diody świecącej w odbiorniku radiowym, sygnalizującej sygnał stereo.
Przy pomocy Cl 2 ustawiamy przesłuch pomiędzy kanałem lewym i prawym.
Gniazdo DIN magnetofonowa
Najprościej można to wykonać odłączając jeden dowolny kanał nadajnika i jednocześnie słuchając na słuchawkach ustawiać przy pomocy C12 najmniejszy poziom odbioru w danym kanale. Kanał włączony w tym czasie pracuje z normalnym poziomem sygnału. Czynność tę można powtórzyć zmieniając kanały. PR2 służy do ustawienia balansu. Ustawiamy częstotliwość generatora nadajnika przez rozciąganie Li i Li'. Generator z cewką Li pracuje w zakresie od 65MHz od i 74MHz, a ge-
nerator z cewką Li' pracuje w zakresie od 88MHz do 108MHz.
Mając do dyspozycji sondę w.cz. lub odbiornik radiowy z możliwością pomiaru sygnału, możemy ustawić maksymalną wartość napięcia w.cz. na wyjściu antenowym poprzez rozciąganie cewek L3 i L3'. Generatory należy ekranować blachą stalową, a cewki po zestrojeniu zalać parafiną. Do zasilania urządzenia można użyć zasilacza z dobrą filtracją i stabilizacją napięcia. Jeżeli urządzenie ma pracować w małym zasięgu, jako antenę można zastosować przewód o długości około 0,5 do Im. Chcąc otrzymać zwiększenie zasięgu do ok. lkm należy zastosować antenę zewnętrzną, np. dipol otwarty ustawiony pionowo. Alfred Borysewicz
Wknjt
Gniazdo antenowe
Rys. 4.
WYKAZ ELEMENTÓW
Blok w.cz. Rezystory
Rl, R5: lkD
R2: 15kD
R3: 22kD
R4: 47kQ
R6: lOkD
R7: 470D
R8: lOOkD
Kondensatory
Cl, C8': 22pF
C2: 3,3pF
C3, C13: 22nF
C4: 47nF
C5: lnF
Có: l,5nF
C7: 22nF
C8: 33pF
Cl': 15pF
CIO: 1000^iF/16V
Cli: 3,3pF
C12: 22pF
Półprzewodniki
Tl: BF 215, BF 197 itp.
T2: BF 173, BF 215 itp.
Dl: BB105
Różne
LI: DNE 4>O,5 (9 zw. na 4)0,5)
L2: DNE 4)0,5 (3 zw. na 4)0,5)
L3: DNE 4)0,5 (8 zw. na 4)0,5)
LI': DNE 4)0,5 (7 zw. na 4)5)
L2': DNE 4)0,5 (2 zw. na 4)5)
L3': DNE 4)0,5 (6 zw. na 4)5)
Moduł m.cz. Rezystory
Rl, R2, R9: 2,2kD
R3: llkD
R4, R5, R14: lkD
R6, R7: 18kD
R8: 1MD
RIO: 560D
Rll: lOOkD
R12, R13: 300kD
PRl: lOkD
PR2: lOOkD
Kondensatory
Cl: 390pF
C2: 390pF
C3, C4, C5, Có, C7: 680nF
C8: lnF
C9: 47mF/lóV
C10: 22pF
Cli, C13: 22nF
C12: ÓOpF
Tranzystory
Tl, T2, T6: BC238
T3, T4 - BC239
T5: BC414
US1: 74107
Dl: BZP 650 C5V1
Różne
Przewód montażowy
Przewód ekranowany
Gniazda antenowe TV -
2szt.
Gniazda magnetofonowe -
1 szt.
Gniazdo zasilacza - 1 szt.
Obudowa z tworzywa
sztucznego 1 szt.
82
Elektronika Praktyczna 1/98
9/98
wrzesień > 5 zł 90 gr
Ś "*Ś!
Ś'f/f
PROJEKTY ZAGRANICZNE
Prosty odbiornik radiowy na fale średnie
Większość początkujących
elektroników-amator ów
rozpoczyna swe kariery od
konstrukcji odbiornika
radiowego. Oto projekt
umożliwiający uzyskanie
dźwięku, który pochodzi nie
wiadomo skąd...
a) 0V
0V
Rys. 1. Sygnał AM (a) poddawany jest prostowaniu jednopołówkowemu (b) oraz filtracji dolnoprzepustowej, pozwalającej odtworzyć sygnał akustyczny (c).
Koszt oferowanych w handlu odbiorników radiowych jest dzisiaj tak niski, że budowanie własnego odbiornika wydaje się być pozbawione sensu. Z drugiej jednak strony, konstrukcja prostego odbiornika radiowego tradycyjnie stanowiła punkt początkowy działalności elektroniko w-hobby stów i nadal pozostaje ciekawym i przydatnym pierwszym doświadczeniem.
Przedstawiamy bardzo prosty układ, który zapewnia odbiór fal średnich i wysterowuje na przyzwoitym poziomie parę słuchawek stereofonicznych. Oczywiście, odbiornik emisji z modulacją amplitudy daje sygnał monofoniczny. Urządzenie zasilane jest z pojedynczej baterii 1,5V. Ponieważ pobór prądu jest znikomy, koszt eksploatacji radioodbiornika jest również bardzo niski.
Prezentowany odbiornik, o wzmocnieniu bezpośrednim, zawiera specjalizowany układ scalony. Mimo małej liczby elementów sprawuje się zupełnie przyzwoicie i zapewnia dobry odbiór wielu stacji.
Modulacja amplitudy
W emisjach radiowych nadawanych na stosunkowo niskich częstotliwościach stosuje się modulację amplitudy. Rys. 1 ułatwia zrozumienie zasady działania takich systemów.
Wysoko częstotliwościowa fala nośna zostaje zmodulowana sygnałem akustycznym w taki sposób, by w odbiorniku można było odtworzyć ten sygnał. W przypadku modulacji amplitudy poziom fali nośnej zmienia się w takt zmian napięcia sygnału akustycznego.
Poziom fali nośnej wzrasta przy dodatnich połówkach fali akustycznej i maleje podczas połówek ujemnych.
W przypadku przedstawionym na rys. la, sygnał akustyczny jest przebiegiem trójkątnym, zapewniającym 100% modulację fali nośnej. Fala nośna osiąga dwukrotnie większą wartość, niż wynosi jej amplituda bez modulacji, przy maksimach sygnału akustycznego, a przy minimach tego sygnału poziom fali nośnej spada do zera.
Istnieje wiele sposobów demo-dulacji sygnału z modulacją AM. Najprostszym i najbardziej popularnym z nich jest sposób polegający na wyprostowaniu sygnału (rys. lb). Wtedy średnia wartość amplitudy sygnału zmienia się dokładnie w takt akustycznego sygnału modulującego (gdyby nie dokonać wyprostowania, wartość średnia sygnału zmodulowanego byłaby równa zeru). Do odtworzenia sygnału akustycznego (rys. lc) z wyprostowanego sygnału zmodulowanego wystarczy zastosować prostą filtrację dolnoprzepustową.
Zasada działania
Znajdujący się na rys. 2 ogólny schemat blokowy zawiera podstawowe podzespoły odbiornika. Antena ferrytowa jest standardowym rozwiązaniem w przypadku odbiorników pracujących w zakresie fal średnich, ponieważ przy niewielkich rozmiarach zapewnia dostatecznie silny sygnał. Antenę stanowi po prostu cewka nawi-nęta na rdzeniu ferrytowym.
Cewka o określonej indukcyj-ności jest połączona równolegle z kondensatorem strojeniowym. Elementy te tworzą strojony obwód rezonansowy, mający dla częstotliwości rezonansowej bardzo dużą impedancję. Dla takiej częstotliwości antena wykazuje wysoką skuteczność, natomiast dla innych częstotliwości sygnały są praktycznie zwierane do masy.
Elektronika Praktyczna 9/98
13
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
Strojenie
Bufor
Wzmacniacz
Wzmacniacz
Antena ferrytowa


Detektor
*A AM
ARW
Wyjście słuchawkowe
Rys. 2. Schemat blokowy prostego odbiornika działającego w zakresie fal średnich.
Kondensator strojeniowy należy ustawić tak, by częstotliwość rezonansowa znalazła się w paśmie fal średnich, rozciągającym się od 550kHz do l,6MHz.
Większość odbiorników radiowych to odbiorniki superhetero-dynowe, które przesuwają widmo odbieranego sygnału do określonej częstotliwości, noszącej nazwę częstotliwości pośredniej. Właśnie tor tej częstotliwości w odbiorniku zapewnia największe wzmocnienie.
Selektywność
Również przede wszystkim w torze częstotliwości pośredniej zapewniana jest selektywność odbiornika. Selektywność jest miarą możliwości wyławiania tylko wybranej stacji spośród kilku pracujących na stosunkowo mało od siebie odległych częstotliwościach. Przesunięcie widma sygnału do częstotliwości pośredniej znacznie ułatwia zapewnienie odpowiedniej selektywności, ponieważ łatwo jest zbudować selektywne filtry, które nie są przestrajane.
Odbiornik o wzmocnieniu bezpośrednim jest znacznie prostszym urządzeniem niż odbiornik superheterodynowy, a całą jego selektywność i znaczną część wzmocnienia zapewniają układy wielkiej częstotliwości. Uzyskanie dostatecznego wzmocnienia nie jest szczególnie trudne w przypadku odbiornika fal średnich, ponieważ zakres przestrajania nie jest bardzo szeroki.
Większym problemem jest zapewnienie odpowiedniej selektywności. Większość spotykanych w praktyce odbiorników o wzmocnieniu bezpośrednim posiada tylko jeden filtr decydujący o selektywności. W naszym przypadku filtr stanowi antena ferrytowa połączona równolegle z kondensatorem. Filtr ten nie jest w stanie
zapewnić takiej selektywności, jak w odbiorniku superheterodyno-wym. Uzyskana selektywność jest jednak w pełni wystarczająca.
Sygnał z anteny jest podawany na stopień o dużej impedancji wejściowej, który zapewnia minimalne obciążenie anteny. Większe obciążenie prowadziłoby do poszerzenia charakterystyki częstotliwościowej i utraty selektywności.
Kontrola poziomu
Kolejnym stopniem toru jest wzmacniacz, zawierający trzy stopnie wzmocnienia. Wzmocniony sygnał jest podawany następnie na konwencjonalny detektor AM, który zapewnia także automatyczną regulację wzmocnienia (ARW).
Poziom sygnału jest w znacznym stopniu zależny od odbieranej stacji i zadaniem obwodu ARW jest zapewnienie stałości tego poziomu bez względu na zmiany poziomu odbieranego sygnału. Zapobiega on także przeste-rowaniu odbiornika w przypadku
sygnałów pochodzących z silnych nadajników.
Obwód ARW poddaje filtracji dolnoprzepustowej (z niską częstotliwością graniczną) sygnał proporcjonalny do wyprostowanego sygnału nośnej. Uzyskane w ten sposób napięcie stałe, wolne od modulacji, jest proporcjonalne do poziomu sygnału w odbiorniku. Napięcie to modyfikuje wzmocnienie stopni wzmacniających w taki sposób, by zapewnić stały poziom sygnału na wyjściu wzmacniacza. Im wyższy poziom odbieranego sygnału, tym większe ograniczenie wzmocnienia toru.
Mimo że obwód ARW nie działa w sposób doskonały i silniejsze sygnały dają sygnał akustyczny o wyższym poziomie, to jednak wahania tego poziomu są w znacznym stopniu ograniczone.
Sygnał akustyczny z wyjścia detektora jest podawany na wzmacniacz, dający niewielkie wzmocnienie napięciowe i odpowiednio duży prąd wyjściowy (wzmacniacz mocy), zapewniający właściwe wy sterowanie słuchawek mających stosunkowo małą impedancję.
Opis układu
Schemat ideowy odbiornika przedstawiono na rys. 3. Układ IC1 to ZN416E firmy Ferranti, zbliżony do dawnego ZN414Z, ale bogatszy od niego o stopień wyjściowy zapewniający wy sterowanie pary słuchawek.
Indukcyjność Li to antena fer-
Rys. 3. Schemat ideowy prostego odbiornika działającego w zakresie fal średnich.
14
Elektronika Praktyczna 9/98
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
Rdzeń ferrytów o wymiarach 100mm x 95mm---------------Taśma izolacyjna ---------
65 zwojów 4>0.28mm
Wyprowadzenia o długości 60mm
Rys. 4. Sposób wykonania anteny. Cewkę należy nawinąć emaliowanym drutem miedzianym 0y28mm.
rytowa, a VCl jest kondensatorem strojeniowym. Kondensator Cl zapewnia odsprzęganie układu zasilania, a C2 jest kondensatorem wygładzającym detektora. Kondensator C3 sprzęga wyjście demodulatora z wejściem wzmacniacza buforowego układu.
Słuchawki są podłączane bezpośrednio do wyjścia układu ICl, w związku z czym podczas pracy odbiornika przepływa przez nie niewielki prąd stały. Płynięcie stałego prądu przez słuchawki wysokiej jakości nie jest z pewnością godne polecenia, ale nie powinien mieć znaczenia w przypadku tanich słuchawek, które będą współpracować z odbiornikiem.
Układ jest zasilany z pojedynczej baterii 1,5V, ale zasilanie układu bezpośrednio z baterii może przynieść niepożądane rezultaty, w związku z tym dodano prosty równoległy stabilizator napięcia na tranzystorze TRI, obniżający nieco napięcie zasilania i zapewniający stabilność. Przy pomocy potencjometru VRl można uzyskać napięcie wyjściowe od 0,6V do napięcia baterii. W praktyce wybiera się najwyższe napięcie, przy którym układ pracuje stabilnie. Układ pobiera prąd o natężeniu tylko 6mA.
Antena
Pierwszym etapem realizacji odbiornika jest wykonanie anteny ferrytowej, przedstawionej na rys. 4. Układ może pracować poprawnie z dowolną z anten dostępnych w handlu, mają one jednak dodatkowe niewielkie uzwojenie sprzęgające, które nie jest potrzebne w przedstawianym układzie.
Wykonanie anteny we własnym zakresie, jeśli dysponuje się prętem ferrytowym o długości
lOOm i średnicy 9,5mm, nie powinno sprawiać trudności. Można oczywiście użyć dłuższego pręta, ale uniemożliwi to zamknięcie odbiornika w niewielkiej obudowie. Pręt ferrytowy można łatwo
skrócić. W tym celu najlepiej jest go naciąć i złamać - ferryt jest bardzo twardym i kruchym materiałem.
Uzwojenie należy wykonać z miedzianego drutu emaliowanego o średnicy 0,28mm. Rozpocząć należy od przyklejenia drutu taśmą izolacyjną z jednej strony pręta, zostawiając wyprowadzenie o długości około 60mm. Następnie należy ciasno, w jednej warstwie, nawinąć w jednym kierunku 65 zwojów drutu, po czym przykleić taśmą koniec drutu, pozostawiając drugie wyprowadzenie o długości około 60mm. Wyprowadzenia należy oczyścić z emalii, używając delikatnego
dooooooooooooooooooooooooooooo
DOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOO
DOOOOOOOOOO
DOOOOOOOOOO
ooooooooo�ooo�ooo�oo�o�ooooo
o o o o o o
IO0OOO00O0O
o o o o o
ooooooo�oooooooooooooo
oooooooo
ooooooooo
OOOODOOOOOOOOOOOOO
ODOOOOOOOOOOOOO
OOOOOQOQOQOOQOOOOO
oooooooooooooooooooo
30000000000000000000000000000000
oooooooooooooooooooooooooooooooo
30000000000000000000000000000000
D O O O O O+B-0 OOOOOOOOOOOOOOOOOOOH
ooooooooooooooooooooooooooo
DOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOO
DOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOO
DOOOOOOOOOOOODOOOOOOOOOOOOOOOOOO
DOOOOOOOOOOOODOOOODOOOODOOOaOOOO
DOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOO
DOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOO
| Strojenie |
Rys. 5. Schemat rozmieszczenia elementów na płytce uniwersalnej, miejsca przecięcia pasków miedzi oraz połączenia odbiornika.
Elektronika Praktyczna 9/98
15
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
pilnika lub nożyka, a następnie je pocynować.
Montaż
Rozmieszczenie elementów na płytce uniwersalnej, połączenia wykonane przy pomocy zworek oraz widok płytki od strony ścieżek przedstawia rys. 5. Płytka ma nietypowe wymiary i zakupioną płytkę należy przyciąć do wielkości 21 pasków po 3 2 otwory. Należy także przeciąć paski w sześciu miejscach i wykonać dwa otwory 3,3mm, do przymocowania płytki do obudowy. Podobnej wielkości otwór jest potrzebny do przymocowania anteny do płytki.
Następnie montujemy z worki i inne elementy. Układ ICl montujemy w podstawce, mimo że nie jest wrażliwy na ładunki elektrostatyczne. Kondensatory poliestrowe powinny mieć odstęp wyprowadzeń 5mm, co ułatwi ich wstawianie w otwory. W miejscach połączeń płytki z elementami zewnętrznymi (kondensator VCl, gniazdo SKl i przełącznik Sl) montujemy kołki lutownicze.
Układ musi być umieszczony w obudowie z tworzywa sztucznego, ponieważ obudowa metalowa stanowić będzie ekran i antena nie odbierze żadnego sygnału. Pokrywa obudowy stanowić będzie płytę tylną, do której zostanie przymocowana płytka. Elementy VCl, SKl i Sl znajdą się na płycie czołowej.
Jako VCl można użyć dowolnego przestrajanego kondensatora
0 maksymalnej pojemności 2OO..3OOpF. Niektóre z takich kondensatorów mogą okazać się zbyt drogie lub zbyt duże. Najlepszym wyjściem jest użycie taniego, miniaturowego kondensatora ze stałym dielektrykiem. Kondensator strojeniowy użyty w prototypie składał się z dwóch sekcji 141pF
1 159pF, które połączone równolegle dawały maksymalną pojemność 3OOpF. Kondensator ten można przymocować do obudowy przy pomocy dwóch śrub, ale łatwiej jest go po prostu przy-kleić.
Miniaturowe kondensatory zmienne często miewają nie standardowe wałki, utrudniające użycie typowych pokręteł. Kondensator użyty w prototypie miał wałek
spłaszczony, o średnicy 6mm, na którym standardowe pokrętło można stosunkowo łatwo zamocować.
Sygnał audio jest wyprowadzony na stereofoniczne gniazdo 3,5mm SKl, w którym wykorzystuje się tylko dwa kontakty (połączenie masy jest zbędne). W niektórych przypadkach gniazda jack posiadają wbudowane przełączniki, ale w przedstawianym rozwiązaniu nie są one wykorzystywane.
Bateria jest umieszczona w pojemniku z tworzywa sztucznego, wyposażonym w końcówki lutownicze, służące do połączenia baterii z płytką i przełącznikiem Sl. Nie należy umieszczać baterii w obudowie zbyt blisko anteny, ponieważ może to pogorszyć parametry odbiornika.
Urządzenie powinno współpracować ze słuchawkami o średniej impedancji (około 35L2), oferowanymi jako wyposażenie do przenośnego sprzętu audio. Mogą to być zarówno słuchawki douszne jak i klasyczne, przy czym słuchawki douszne zapewniają wyższy poziom dźwięku.
Przy suwaku potencjometru VRl ustawionym w położeniu środkowym odbiornik zapewne będzie pracował w sposób zadawalający, ale dostrojenie tego potencjometru może przynieść poprawę. Jeśli odbiornik wykazuje niestabilność dla jakiejkolwiek częstotliwości, potencjometr należy obracać zgodnie z kierunkiem ruchu wskazówek zegara, jeśli zaś jest stabilny, to w kierunku przeciwnym. Najlepsze wyniki uzyskuje się przy ustawieniu potencjometru VRl tuż obok punktu niestabilnej pracy (w kierunku zgodnym z obrotem wskazówek zegara). Niestabilność manifestuje się wyższym niż zwykle poziomem szumów oraz zmianą barwy dźwięku przy przestrajaniu blisko częstotliwości stacji.
Należy pamiętać o tym, że antena ferrytowa jest anteną kierunkową, i że obracając odbiornik można znaleźć położenie, w którym odbierany sygnał jest najsilniejszy. Kierunkowe własności anteny można wykorzystać także w celu ograniczenia wpływu stacji powodującej zakłócenia. EPE
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl: Ó8Q
VR1: 10kQ, miniaturowy,
montażowy, poziomy
Kondensatory
Cl, C4: lOnF, poliestrowy, raster
5mm
C2: 220nF, poliestrowy, raster
5mm
C3: lOOnF, poliestrowy, raster
5mm
C5: 10|iF/25V, wyprowadzenia
jednostronne
VC1: 250pF, strojeniowy (patrz
tekst)
Półprzewodniki
TRI: BC549
ICl: ZN416E
Różne
Bl: bateria 1,5V
LI: prętowa antena ferrytowa na
fale średnie
SKl: gniazdo jack stereo 3,5mm
Sl: przełącznik jedn obiegu nowy
jedn opozycyjny
obudowa z tworzywa sztucznego
(ok. 114mm x 7ómm x 38mm),
fragment płytki drukowanej
uniwersalnej 21 pasków x 38
otworów, podstawka 8-nóżkowa,
pręt ferrytowy o długości lOOmm
i średnicy 9,5mm (patrz tekst),
taśma izolacyjna, miedziany drut
emaliowany 0,28mm (antena),
pokrętło, uchwyt 9,5mm do
zamocowania anteny, przewody,
cyna itp.
Artykuł publikujemy na podstawie umowy z redakcją miesięcznika "Everyday Practical Electronics".
16
Elektronika Praktyczna 9/98
PROJEKTY ZAGRANICZNE
Tester konduktancji z brzęczykiem i diodami LED
Tester konduktancji jest
urządzeniem o jeden krok
bardziej przyjaznym dla
użytkownika niż zwyczajne
testery ciągłości znajdujące
się w wielu laboratoriach.
Zawiera brzęczyk,
sygnalizujący bardzo małą
rezystancję między dwoma
punktami wzdłuż przewodnika,
oraz wyświetlacz LED,
wskazujący rząd wielkości
rezystancji między tymi
punktami, gdy brzęczyk
milczy.
Można się spierać, czy tester ciągłości, zapewniający natychmias-tow e spraw dzenie ciągłości przewodnika lub braku zwarcia w układzie, jest jednym z najbardziej przydatnych gadżetów w małym elektronicznym laboratorium. Brzęczyk, który dźwiękiem sygnalizuje zamknięcie obwodu, jest standardowym wyposażeniem dowolnego testera. Dużym ulepszeniem testera będzie dodanie mu możliwości informowania o rzędzie wielkości rezystancji między końcówkami pomiarowymi, gdy brzęczyk milczy. Ta funkcja rozwiązuje problemy takie, jak "czy ten styk prawidłowy?" albo "czy ten przewód jest przerwany?". Prosty wyświetlacz w naszym testerze natychmiast ukazuje względną wielkość rezystancji między dwiema sondami.
DII
Wskaźnik
Ani wyświetlacz ciekłokrystaliczny, ani żaden inny kosztowny przyrząd nie będzie potrzebny do przybliżonego wskazania wartości rezystancji lub jej przeciwieństwa - konduktancji. W naszym urządzeniu wskaźnik tworzy grupa diod LED. Współpracują one z dobrze znanym sterownikiem typu LM3915. Ten układ scalony został zaprojektowany specjalnie do analogowego wskazywania napięcia za pośrednictwem linijki diod emitujących światło.
Układ LM3915 zawiera źródło napięcia odniesienia oraz precyzyjny, dekadowy dzielnik napięcia. Napięcia z dzielnika są po-
+J
Rys.
080045-11
Schemat ideowy testera konduktancji jest przykładem prostoty.
Elektronika Praktyczna 9/98
17
PROJEKTY ZAGRANI
dawane do szeregu komparatorów. Komparatory są sterowane sekwencyjnie. Wyjścia komparatorów mogą bezpośrednio wystero-wać diody LED. Linijka diod piacuje w trybie wskazania punktowego lub wskazania paskowego. Jasność świecenia może być regulowana w zależności od indywidualnych upodobań.
Jedną z zalet układu LM3915 jest względnie mała liczba niezbędnych elementów zewnętrznych (poza samymi diodami LED). Wysokoimpedancyjny obwód wejściowy akceptuje napięcia o wartościach od 0V do 1,5V poniżej napięcia zasilającego. Zbędny jest zewnętrzny obwód zabezpieczający, jeżeli tylko poziom napięcia wejściowego utrzymuje się w granicach od -35V do + 35V. Poziom sygnału wejściowego wskazywany jest z krokiem 3dB.
Pomiar rezystancji
Ponieważ LM3915 przewidziany został do informowania o wartości napięcia, a nasze urządzenie przeznaczone jest do wskazywania konduktancji (lub jej przeciwieństwa - rezystancji), musimy zapewnić konwersję woltów na omy lub siemensy. Wykonuj emy to przez umieszczenie dodatkowego dzielnika napięcia przy wejściu układu LM3915, a także spowodowanie, że współczynnik podziału uzależnia się od wielkości rezystancji między końcówkami sond pomiarowych.
Zewnętrzny dzielnik napięcia na wejściu ICl (rys. l) jest utworzony przez Dl, R2 i R3. Badana rezystancja (jeżeli w ogóle istnieje) jest połączona szeregowo z rezystorem Rl i potencjometrem montażowym Pl, a ponadto równolegle z R3. W ten sposób rezystancja ma wpływ na współczynnik podziału dzielnika, a co za tym idzie - na sygnał
Rysunek 2. Płytka drukowana dla testera konduktancji.
dostarczany do nóżki 5 układu scalonego ICl.
Linijka diod D2..D9 wskazuje wartości rezystancji od 10D do 7,5kD w siedmiu krokach z odstępem 3dB. Pierwsza dioda - Dl -zaświeca się, gdy mierzona rezystancja jest mniejsza od 10D. Wartość tę można zredukować do zera (to znaczy do całkowitej przewodności) przy pomocy Pl. Tranzystory Tl i T2, równoległe do Dl, powodują, że w przypadku bardzo małej rezystancji świeci wyłącznie Dl, a brzęczyk Bzl daj e sy gnał dźwi ękowy.
Schemat ideowy na rys. 1 przedstawia układ scalony LM3915, skonfigurowany do wskazania punktowego, przy którym tester pobiera niewielki prąd zasilania. Tryb ten jest wybierany przez pozostawienie otwartej nóżki 9 (MODĘ). Przełączenie wyświetlania na tryb paskowy wymaga tylko połączenia nóżki 9 z nóżką 3.
Konstrukcja mechaniczna
Wiadomo, że tester musi mieć możliwie najmniejsze wymiary, aby zmieścił się nawet w kieszeni. Z tego względu płytka drukowana, której mozaikę przedstawiono na wkładce wewnątrz numeru jest bardzo mała. Rozmieszczenie elementów przedstawiono na rys. 2.
Montaż elementów na płytce jest równie prosty, jak zainstalowanie niezbędnych przewodów. Potrzebne są tylko trzy pary prze-
wodów: jedna para dla sond (strzałki), jedna dla brzęczyka (BZl) oraz jedna dla zasilania.
Najlepszym źródłem zasilania jest bateria 9V. Pobór prądu nie jest większy od 30mA (podczas pracy brzęczyka), więc bateria manganowo-alkaliczna powinna wystarczyć na około jeden rok normalnej pracy.
Kompletny tester wraz z baterią powinien zostać umieszczony w małej plastykowej obudowie.
Artykuł publikujemy na podstawie umowy z redakcją miesięcznika "Elektor Electronics".
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Pl: potencjometr montażowy
Rl: 75O.
R2: 2,2to
R3: 17,8kn
R4: l,2kn
R5, Ró: 10kn
R7: lOOft
Kondensatory
Cl: O.l^F
Półprzewodniki
ICl: LM3915
D1..D9: diody LED 3mm
D10: dioda Zenera 2,7V, 400mW
Dli: 1N414S
Tl, T2: BC557C
Różne
Bzl: bizeczyk 12V
Btl: bateria 9V ze złqczem
Końcówki pomiarowe - 2 szt.
18
Elektronika Praktyczna 9/9S
PROJEKTY ZAGRANICZNE
Rozładowywarka
do akumulatorów NiCd
Postęp w dziedzinie ogniw
i baterii ładowalnych
(akumulatorów) oraz nowe ich
rodzaje opracowane
w ostatnich latach, jak
ogniwa z wodorkami metali
lub litowo-jonowe, spotykają
się z dużym zainteresowaniem
przemysłu elektronicznego.
Z drugiej strony rzesza
eksperymentatorów, hobbystów
i amatorów przyzwyczaiła się
do ogniw i baterii niklowo-
kadrnowych, które towarzyszą
nam już od lat
pięćdziesiątych. Zasadniczym
powodem ich popularności
jest przede wszystkim łatwość
stosowania (pod tym
względem lepsze są tylko
zamknięte baterie ołowiowo-
kwasowe).
Kolejną zaletą baterii NiCd
jest niska rezystancja
wewnętrzna (przynajmniej
baterii wyprodukowanych
w techn ologii spieków),
umożliwiają ca uzyskan ie
dużych prądów (choć
mniejszych, niż z baterii
oło wiowo -kwas o wych ).
Bateria nikłowo-kadmowa ma dużą wytrzymałość mechaniczną i długi czas życia. Charakteryzuje się doskonałymi parametrami w niskich temperaturach i jest umieszczana w hermetycznej obudowie. Jej cena jest jednak wyższa niż baterii ołowiowo-kwaso-wej czy niklowo-cynkowej. W wielu zastosowaniach są najbardziej preferowane baterie oło-wiowo-kwasowe.
Dużą wadą baterii NiCd, wykonanych z materiałów spiekanych, jest tak zwany efekt pamięciowy, na szczęście możliwy do usunięcia. Zauważmy w tym miejscu, że ogniwa i baterie NiCd z jednolitą płytą w ogóle nie wykazują tego efektu. Przedstawiony poniżej układ jest więc przeznaczony do stosowania ze spiekowymi ogniwami NiCd 1,2V.
Niska rezystancja wewnętrzna
Zdolność baterii NiCd do wytwarzania prądów o dużych wartościach (z powodu niskiej rezystancji wewnętrznej - przynajmniej w przypadku baterii spiekowych) jest ważnym czynnikiem dla bractwa modelarzy, gdyż napędy modeli redukcyjnych często wymagają dużych prądów. Dla porównania wartości rezystancji d.c. trzech odmian hermetycznych baterii 1,2V, lAh po całkowitym naładowaniu wynoszą:
standard:
do dużych obciążeń:
spiekowe:
110mO/ogniwo 50mQ/ogniwo 19mQ/ogniwo
Skutki dla środowiska
Szkodliwe oddziaływanie baterii NiCd na środowisko jest jedną z ich największych wad. Zawierają one toksyczny kadm. W większości krajów wyrzucone baterie trafiają na wysypiska odpadów, gdzie pozostają zagrożeniem przez bardzo długi czas. Oczywiście, jest prawdą, że ich czas życia, wynoszący 500..800 cykli ładowanie/rozładowanie, powoduje, że miliony z nich pozostają w użyciu przez wiele lat. Niemniej, szkodliwość kadmu była istotnym czynnikiem przy podejmowaniu decyzji o rezygnacji ze stosowania baterii NiCd w urządzeniach konsumenckich.
Inną wadą spiekowych baterii NiCd (lecz nie baterii z jednolitą płytą) jest, jak już mówiliśmy,
980050 - 11
Rys. I. Układ jest astabilnym multiwibratorem o częstotliwości 25kHz.
Elektronika Praktyczna 9/98
19
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
efekt pamięciowy. Ujawnia się on poprzez utrzymywanie w ogniwie parametrów poprzedniego cyklu. Należy to rozumieć w taki sposób, źe po kilku powtarzających się częściowych rozładowaniach bateria nie będzie mogła rozładować się do końca.
Efekt pamięciowy jest niedogodnością, ponieważ bateria o pojemności nominalnej, powiedzmy, 600mAh po pewnej liczbie cykli ładowanie/rozładowanie wykazuje pojemność zaledwie 300 lub 400mAh. Stan ten nie ma wiele wspólnego z wiekiem baterii: nawet nowa bateria utraci część swej pojemności, jeżeli będzie eksploatowana w opisany powyżej sposób.
Na szczęście istnieje prosta metoda zapobiegania redukcji pojemności. Co więcej, metoda ta zapewnia też przywrócenie nominalnej pojemności bateriom cierpiącym na efekt pamięciowy. Recepta jest prosta: zapewnienie od czasu do czasu całkowitego rozładowania baterii przed jej naładowaniem. "Od czasu do czasu" oznacza mniej więcej co trzecie ładowanie. Są już na rynku ładowarki wyposażone w funkcję rozładowania, lecz na pewno nie należą one do tańszych typów.
Prawidłowe rozładowanie
Nie ma potrzeby budowania skomplikowanego układu elektronicznego, aby rozładować baterię: w najprostszym rozwiązaniu wystarczy dołączyć rezystor lub żarówkę. W każdym razie konieczne jest pilnowanie procesu rozładowania dla zabezpieczenia się przed spadkiem napięcia baterii
poniżej pewnego poziomu. Jeżeli ta progowa wartość zostanie przekroczona, występuje ryzyko odwrócenia polaryzacji w ogniwach tworzących baterię.
Prawidłowe rozładowanie może być wykonane tylko przy pomocy układu, który dokona rozładowania baterii do konkretnego napięcia, a następnie odłączy ją od układu.
Schemat takiego układu jest zupełnie prosty - obejrzyjcie rys. 1. Mimo prostoty układ prawidłowo wykonuje swe zadanie: rozładowanie baterii do napięcia 650mV. Ta wartość gwarantuje, że bateria zostanie prawidłowo rozładowana bez niebezpieczeństwa odwrócenia biegunowości. Rozładowanie odbywa się nie prądem stałym, lecz krótkimi impulsami, a w przerwach bateria "dochodzi do siebie". Jak stwierdzono w praktyce, dzięki tej metodzie czas życia baterii wydłuża się.
Dioda D2 (LED) świeci się, informując o trwaniu procesu rozładowania. Napięcie o wartości 0,65..1,2V jest dla diody zbyt niskie, musi więc być zwiększone. W tym celu multiwibrator as-tabilny (Tl, T2) oscyluje z częstotliwością 25kHz. W czasie włączenia T2 prąd płynie przez cewkę Li, trwa magazynowanie energii w postaci pola magnetycznego. Po wyłączeniu T2 cewka "rozładowuje się" przez diodę D2, która wówczas świeci się.
Dioda Dl uniemożliwia "przecieki" energii z cewki przez bazę tranzystora Tl. Mogłoby dojść do tego w sytuacji, gdy kondensatory o dużych pojemnościach towarzyszą rezystorom o małych wartościach rezystancji. Wartości rezystancji wybrane przez nas zapewniają dostatecznie duży prąd rozładowania, a przy napięciu baterii 1,2V ma on wartość 200mA. Przy 0,8V spada do około lOOmA. Gdy napięcie zbliża się do 0,65V, prąd maleje do 50mA. W momencie spadku napięcia do 0,65V proces rozładowania przerywa się.
Konstrukcja mechaniczna
Niewielki układ elektroniczny zmieści się na płytce, której widok przedstawiono na wkładce wewnątrz numeru. Na rys. 2 znajduje się widok rozmieszczeni a elem entów.
Rys. 2. Układ rozładowujqcy opracowany został dla baterii 1,2V. Jeżeli w grę wchodzi zestaw kilku baterii, ewentualnie bateria o większym napięciu (np. 9V), trzeba użyć odpowiednio dużej liczby rozładowywarek.
Cewka Li to niewielki dławik, łatwy do kupienia w sklepach z częściami. Dioda LED powinna mieć dużą sprawność (świecić przy małym prądzie). Dioda Dl, ze względu na wartość progowe napięcie rozładowania, musi być diodą Schottky'ego.
Korzystanie z układu
Instrukcja używania rozłado-wywarki nie będzie długa. Wystarczy do układu dołączyć baterię 1,2V (przestrzegając biegunowości), sprawdzić czy dioda LED świeci, a po jej zgaśnięciu odłączyć baterię. Czas rozładowania wynosi na ogół od 3 do 4 godzin. Jak wcześniej wspomnieliśmy, nie jest niezbędne rozładowanie baterii przed każdym ładowaniem: w zupełności wystarczy przeprowadzenie tej operacji co trzecie ładowanie.
Jeżeli podejrzewacie baterię o istnienie efektu pamięciowego, wykonajcie dwa albo trzy cykle rozładowanie /ładowanie z zastosowaniem naszego układu. Taka kuracja w prawie wszystkich przypadkach przywróci baterii jej całkowi tą p oj emno ś ć.
Artykuł publikujemy na podstawie umowy z redakcją miesięcznika "Elektor Electronics".
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl, R4: Ąja R2, R3: lOOft Kondensatory
Cl: 0,22^F C2: 0,47^F Półprzewodniki
Dl: BATS5
D2: LED czerwona o wysokiej
skuteczności
Tl, T2: BCÓ39
Różne
LI: dławik 4,7mH
20
Elektronika Praktyczna 9/9S
NOTATNIK PRAKTYKA
Pamięci EEPROM w systemach mikroprocesorowych, część 2
Tym artykułem kończymy
prezentację sposobów
programowania szeregowych
pamięci EEPROM. Ponieważ
największą popularnością cieszą
się wśród użytkowników pamięci
z interfejsem I2C, przedstawiamy
przykładową procedurę ich
obsługi, napisaną w asembierze
MCS-51.
Interesującym uzupełnieniem
artykułu jest opis programatora
szeregowych pamięci EEPROM,
który znajduje się na str. 47.
Rys. ó.
esc
SKC
DIC
DOC
H DC
EEPROM-y szeregowe
z magistralą 3-przewodową
Powierzchnia płytki półprzewodnikowej zawierająca strukturę pamięci stanowi ułamek powierzchni obudowy z jej wieloma wyprowadzeniami adresowymi i danych. W celu zmniejszenia miejsca zajmowanego przez pamięć i redukcji liczby połączeń niezbędnych do komunikacji między systemem a pamięcią, opracowane zostały EEPROM-y, w których adres i dane przesyłane są szeregowo, bit za bitem.
Do rodziny układów z magistralą 3-przewodową należą EEPROM-y serii 93C46/57/66 o pojemnościach 1/ 2/4kb. Schemat wyprowadzeń tych układów pokazano na rys. 6, a strukturę blokową na rys. 7.
Redukcja liczby wyprowadzeń i szeregowy sposób transmisji spowodowały komplikację struktury układów w porównaniu z EEPROM-ami równoległymi. Także współpraca z pamięcią jest bardziej skomplikowana. W pamięci dane wejściowe i wyjściowe są rozdzielone i pojawiają się na różnych wyprowadzeniach układu. Poszczególne wyprowadzenia mają następujące funkcje:
- VCC i GND - zasilanie układu;
- CS - wybór układu, stan wysoki na tym wejściu uaktywnia pamięć;
- SK - wejście zegarowe, synchro-nizujące wprowadzanie i wyprowadzanie danych z pamięci;
- DI - wejście bitów rozkazu, adresu i danych;
- DO - wyjście danych i statusu pamięci;
- ORG - wejście sterujące wewnętrzną organizacją danych;
- DC - wejście niepodłączane. Wyjaśnienia wymaga funkcja wyprowadzenia ORG. Otóż układy serii 93Cxx traktują dane w sposób zależny od potencjału dołączonego do wyprowadzenia ORG. Jeżeli wyprowadzenie jest zwarte do masy, dane są traktowane jako słowa 8-bitowe i pojemność pamięci 1K wynosi 128 słów. Jeżeli wyprowadzenie podłączone zostanie do napięcia zasilającego, dane zapisywane są jako słowa 16-bitowe i pojemność pamięci zmniejsza się do 64 słów. Wybór trybu powoduje zmniejszenie lub zwiększenie przestrzeni adresowej pamięci i zmianę liczby bitów adresu (dla 93C46 i formatu słowa 8-bitowego, adres składa się z 7 bitów, a dla 16-bitowego formatu da-
ODCZYT
CS /
ORG
VCC
GND
CS
i___i
Matryca
pamięci 128/256/512 xB
OR 64/128/256x16
Rejestr danych
Dekoder danych
Generator zegarowy
Dekoder adresowy
Bufor wyjściowy
DO
SK
Pt
DO
Rys. 8.
SK
DO
Rys. 9.
Elektronika Praktyczna 9/98
21
NOTATNIK PRAKTYKA
nych adres składa się z 6 bitów).
Działaniem pamięci steruje siedem instrukcji. Każdej instrukcji przypisany jest 2-bitowy kod i adres, wysyłane szeregowo do pamięci poprzez wyprowadzenie DI. W tabeli 1 zawarto zestawienie poszczególnych instrukcji, ich kodów i powiązanych z instrukcjami adresów.
Najprostszą operacją jest odczyt danych z pamięci. Schemat przebiegów na liniach sterujących podczas realizacji tej instrukcji pokazano na rys. 8. Przed uaktywnieniem układu pamięci przez podanie stanu wysokiego na wyprowadzenie CS, linie SK i DI powinny być na poziomie niskim. Następnie jest generowany cykl rozbiegowy zegara, a potem na wejściu DI pojawia się obowiązkowo stan 1. Bit jedynki musi poprzedzać każdą instrukcję wysyłaną do pamięci! Zapis bitów z linii DI jest dokonywany narastającym zboczem impulsu zegarowego. Po zapisaniu bitu 1 do pamięci jest wysyłany kod instrukcji, w tym przypadku 10, a następnie siedem bitów adresu komórki pamięci, której zawartość chcemy odczytać. Bity adresu są wysyłane od najstarszego do najmłodszego. Wpisanie ostatniego bitu adresu spowoduje pojawienie się na wyjściu DO poziomu niskiego, poprzedzającego wysłanie zawartości odczytywanej komórki pamięci EEPROM. Następnie, synchronicznie z narastającym zboczem impulsu zegarowego, pojawi się 8 bitów danych, począwszy od bitu najstarszego. Kolejne bity danych na wyjściu DO pojawiają się z opóźnieniem kilkuset nanosekund w stosunku do zbocza impulsu zegarowego. Po zakończeniu odczytu danych wyjście CS, co najmniej na l|is, powinno znaleźć się na poziomie niskim przed inicjacją kolejnej instrukcji. Częstotliwość impulsów zegarowych nie powinna przekroczyć lMHz.
Obsługa pamięci, przynajmniej na początku, nie należy do najłatwiejszych. Pewne czynności, które układy równoległe EEPROM wykonują automatycznie, tutaj muszą być przeprowadzone przez system mikroprocesorowy przy pomocy odpowiednich instrukcji. Tak jest w przypadku wszelkich manipulacji związanych z zapisem do pamięci. Po włączeniu zasilania pamięć automatycznie wchodzi w tryb ochrony przed zapisem. Dlatego, zanim cokolwiek będzie można zapisać do pamięci,
Listing 2.
********************************************* setb sel ;SCL h
� Procedura I2C obsługi pamięci EEPROM 24C02 cali i2ctakt
� dla procesora z rodziny '51 zegar do 12MHZ mov c sda
* bajty i bity ustawiane przed wywołaniem rlc a
* procedury I2C djnz counter,ir24
� ADRES - adres układu do zapisu/odczytu mov @rl,a ;A do buf.ram
* przez procedurę clr sel ;SCL 1
� SUEAD - subadres komórki, od której zacznie cali i2ctakt
* się zapis/odczyt inc rl
� EUF_ADR -adres bufora danych w pamięci RAM djnz r2 ,ir4
� procesora setb sel ;SCL h
* EUF_SPACE - długość bufora danych w pamięci cali i2cend
� RAM procesora ret
* R_H - bit 0 procedura zapisze dane
� z bufora do pamięci EEPROM ir4: clr sda ;ACK
� 1 procedura odczyta dane z pamięci EEPROM do cali i2ctakt
* bufora po zakończeniu procedury do setb sel ;SCL h.9
* akumulatora i rejestru R7 wpisywana jest cali i2ctakt
� wartość: clr sel ;SCL 1
* OOh -gdy procedura zakończyła się sukcesem cali i2ctakt
* FFh -gdy wystąpił błąd setb sda ;SDA h
* bajty i bity używane przez procedurę: cali i2cl0ms
* end_trans - bit flaga zakończenia jmp ir2 2
* transmisji gdy 1
* subadr_trans - bit flaga nadania subadresu i2cta kt: ; opó Źnienie
* gdy i nop
* Wait - bajt pętla lOms nop
* counter - bajt licznik bitów nop
********************************************* ret
I2c:
mov rl,buf_adr i2cte st:
mov r2,buf_space mov Wait,#080h
jnb r_w, i2cw i2ctl : jnb sda,i2c t3 ;SCL i SDA wolne?
jmp i2cr jnb scl,i2ct3
i2ct5 : clr c ;SCL i SDA wolne
;zapis do pamięci eeprom ret
i2cw: clr end_trans i2ct3 : mov counter ,łOf fh
; Wsk. zakończenia transmisji djnz counter,$
clr subadr trans ; wsk. nadania subadresu djnz Wait,i2ctl
cali i2cwl jnb sda,i2ct4
ret jnb scl,i2ct4
jmp i2ct5
i2cwl: cali i2ctest i2ct4 : setb c ; błąd SCL i SDA nadal zajęte
je blad ret
clr c
cali i2cstart i2cst art:
iw31: clr a mov a adres
cjne a.wait,iw22 rlc ą
jmp blad mov counter, #9
iw22: jnb subadr_trans,iw24 clr sda rstart
;czy nadany subadres? cali i2ctakt
mov a,@rl ;kolejny znak z bufora do A sir3: clr sel ;SCL 1
mov counter,#9 cali i2ctakt
iw27: jnb sel,iw27 rlc ą
jb end_trans,iw28 djnz counter,sir2 ;adre s układu
inc rl jmp sir21
djnz r2,iw3 sir2: mov sda,c
setb end_trans cali i2ctakt
jmp iw3 setb sel ;SCL h
cali i2ctakt
iw28: cali i2cend jmp sir3
ret
iw24: mov a.subad ;transmisja subadresu sir21 : setb sda ;SDA h
setb subadr_trans cali i2ctakt
mov counter,#9 setb sel ;SCL h
iw26: jnb sel, iw26 cali i2ctakt
iw3: cali sir3 mov Wait, #080h
jmp iw31 sir2 3 a: jnb sda,sir22
mov counter, łOffh
blad: setb sda ;błąd zapisu/odczytu układu djnz counter,$
setb sel djnz Wait,sir23a
mov a, łOffh sir2 2 : ret
; procedura wraca z wartością FFh w A i R7
mov r7,a i2cen d:
ret cali i2ctakt
clr sel ;SCL 1
;odczyt z pamięci cali i2ctakt
i2crr setb end trans clr sda ;SDA 1 ACK
clr subadr trans cali i2ctakt
cali i2cwl ;adres i subadres do eeprom setb sel ;SCL h
cjne a,#0ffh,i2cr2 cali i2ctakt
ret setb sda ;END
cali i2ctakt
i2cr2: cali i2cl0ms clr ą
mov r7,a
cali i2ctest ret
je blad
setb c i2clO ms:
cali i2cstart mov Wait,#20 ;pętl a 10 ms
clr a ilOm: mov counter, łOffh
cjne a.wait, ir22 djnz counter,$
jmp blad djnz Wait,ilOm
ir22: mov counter, #8 ret
ir24: clr sel ;SCL 1
cali i2ctakt end
musi być wprowadzona instrukcja EWEN, dopiero wtedy można zmienić zawartość pamięci. Jednak zapis nowych danych do komórki, w której już coś jest, wymaga wymazania jej zawartości. Wiąże się to z użyciem (wprowadzeniem) instrukcji ERASE. W opisywanych pamięciach równoległych podobne wymazanie zawartości komórki przed nowym
zapisem jest wykonywane automatycznie. W dodatku, każda zmiana zawartości pamięci wymaga pewne-
Ao
Ai
A?
GND
Rys. 10.
Vcc TEST SCL SDA
Elektronika Praktyczna 9/98
NOTATNIK PRAKTYKA
(8)Vcc
(4) GND
(6)SCL
(5) SDA
(3)A2 (2) A! (1)Ao
Detektor START/STOP EN

Logika sterująca

I Przetwornica nap

I 1 1 LOAD COM
Komparator P^ 1
Rejestr danych
adresu 1 INC E^ROM
1 LOAD r
_i
i R/W Licznik adresowy ikoder X


D
Dekoder Multiplekser szeregowy

I DlN ł

Sterowanie Dow/ACK



1 Dojt
Rys. 11.
EEPROM-y szeregowe z interfejsem PC
Standard magistrali PC odniósł prawdziwy sukces na rynku elektroniki. Coraz większa liczba układów scalonych jest wyposażana w interfejs umożliwiający im współpracę z tą szeregową magistralą, wykorzystywaną do sterowania i wymiany danych. Do zalet należy mała liczba linii sterujących (linia SCL zegara i SDA danych), dobrze opisany i przejrzysty standard, a także możliwość dołączania do magistrali wielu układów.
Z tych powodów powstała i rozwija się rodzina pamięci EEPROM z interfejsem PC. Należą do niej popularne układy z rodziny 24C01/04/ 08/16/64, gdzie liczba po literze "C" określa pojemność pamięci w tysiącach kilobitów.
go czasu, związanego z cyklem zapisu i może trwać do lOms. Przed upływem tego czasu pamięć nie może wykonać kolejnej instrukcji. W celu stwierdzenia, czy cykl zapisu został zakończony, po każdej instrukcji zmieniającej zawartość pamięci (ERASE, WRITE, ERAL, WRAL) i podaniu na wejście CS impulsu ujemnego jest badany stan wyjścia DO. Jeżeli stan tego wyjścia będzie niski, to oznacza, że cykl zapisu nie został jeszcze zakończony. Pojawienie się poziomu wysokiego oznacza, że pamięć może wykonać następną instrukcję. Dopiero wtedy można zapisać dane do pamięci przy pomocy instrukcji WRITE. Przebiegi czasowe impulsów związanych z tą instrukcją pokazano na rys. 9.
Tabela 1.
Adres układu
Nazwa Kod Adres dla formatu sfowa 8-bitowego
READ (odczyt 1 słowa danych) 10 A6..A0
EWEN(zezwolenie na zapis) 00 11xxxxx
ERASE(wymaż komórkę pamięci) 11 A6..A0
WRITE(zapisz1 słowo danych) 01 A6..A0
ERAL(wymaż całą pamięć) 00 10xxxxx
WRAL(zapisz całą pamięć wzorem) 00 01xxxxx
EWDS(zablokowanie zapisu) 00 00xxxxx
(x-wartość bitu dowolna)
Rozkazy ERAL i WRAL odnoszą się do zawartości całej pamięci i pozwalają na jej globalne skasowanie i zapisanie określonym wzorem danych. Jest to pomocne podczas testowania pamięci. Ostatni z rozkazów EWDS powoduje sytuację analogiczną jak po włączeniu napięcia zasilającego: wszelkie zmiany w zawartości pamięci s EEPROM są niemoż-o liwe.
Dane p
Linia SDA
\ r j_l
iiiiir\ i i i i i i i
iiiiir\ i i i i i i i
n
L R A
BWK
Rys. 12.
Na rys. 10 i 11 pokazano rozkład wyprowadzeń i schemat blokowy tych pamięci. Na zewnątrz obudowy oprócz wyprowadzeń zasilania, linii magistrali SCL i SDA, wyprowadzono także trzy linie adresowe i końcówkę TEST (u niektórych producentów jest nieczynna). Redukcja linii sterujących i rozbudowany protokół transmisji spowodowały komplikację struktury wewnętrznej pamięci, która musi być wyposażona w układy logiki interpretującej dane napływające magistralą I2C. Na szczęście budowa wewnętrzna układu nie jest kłopotem użytkownika i programisty, tylko konstruktora układu scalonego.
Unia SDA
M LRA
S S_/_C
B BWK
Rys. 13.
Zapis pozorny
\ i i i i i r i i i i i i i
\ i i i i i r i i i i i i i
\ i i i i i r i i i i i i i
\ i i i i i r i i i i i i i
Dansn+1
Pana n+x
U
Elektronika Praktyczna 9/98
23
NOTATNIK PRAKTYKA
Adres układu
Pierwsza część słowa adresowego
Druga cześć słowa adresowego
Dane
LJnlaSDA
Rys. 14.
\ r j_i
\ i i i i i r i i i i i i i
\ i i i i i r i i i i i i i
\ i i i i i r i i i i i i i
s
T O
P
n
L H A B W K
W celu jednoznacznej identyfikacji układu EEPROM, do którego dane mają być zapisane lub odczytane, każda kostka pamięci dołączona do magistrali I2C ma przypisany unikatowy adres. Adres to słowo składające się z ośmiu bitów. Cztery najstarsze bity określają grupę, do której należy dany układ scalony (w tym przypadku pamięci), trzy kolejne bity adresują konkretną kostkę pamięci ze wszystkich dołączonych do magistrali, a stan bitu najmłodszego określa rodzaj operacji (0 -zapis, 1 -odczyt). b7 b6 b5 b4 b3 b2 bl bO 1 0 1 0 A2 Al A0 R/W Bity A2..0 są powiązane z nogami adresowymi o takich samych symbolach. Jeżeli wszystkie trzy wyprowadzenia adresowe układu zostaną zwarte do masy, pamięć będzie odpowiadać tylko w przypadku, jeżeli w bajcie adresu bity b3..1 będą wyzerowane itd. Wynika z tego, że do magistrali może być jednocześnie podłączonych 8 pamięci (chociaż istnieją pewne ograniczenia, o czym za chwilę).
Przebieg sygnałów na linii SDA w czasie operacji zapisu bajtu do pamięci EEPROM i odczytu sekwencji bajtów z pamięci pokazano na rys. 12 i 13. Z wyjątkiem sekwencji START i STOP sygnał na linii SDA może ulec zmianie tylko wtedy, gdy linia SCL jest na poziomie niskim. W czasie zapisu bajtu danych do pamięci jest wysyłana najpierw sekwencja START i adres pamięci z wy-zerowanym najmłodszym bitem bO. Aktywna pamięć potwierdza fakt odebrania adresu sygnałem ACK. Robi to w ten sposób, że zwiera do masy linię SDA w czasie trwania pierwszego impulsu zegarowego po odbiorze adresu. Następnie jest transmitowany WORD ADRES lub SUBADRES będący binarnym adresem komórki pamięci, która ma być zapisana. Jeżeli, jak w przypadku EEPROM-ów 24C01A, pojemność pamięci wynosi tylko 128 bajtów, najstarszy bit subadresu jest ignorowany. Potwierdzeniem odbioru subadresu jest znów sygnał ACK genero-
L A S C B K
wany przez pamięć. Wreszcie wysyłany jest bajt danych, a po sygnale ACK transmisja jest kończona przez sekwencję STOP. W przypadku odczytu danych z pamięci procedura jest tylko trochę bardziej skomplikowana i składa się jak gdyby z dwóch części. Najpierw jest wysyłany do pamięci adres z subadre-sem określającym pierwszą komórkę, od której rozpocznie się odczyt. Następnie, bezpośrednio po sygnale ACK jest generowana sekwencja START i ponownie wysyłany adres pamięci, tym razem z ustawionym najmłodszym bitem bO. Zaadresowana do odczytu pamięć EEPROM potwierdza swoją gotowość sygnałem ACK i zaraz potem w takt impulsów zegarowych wysyła zawartość pierwszej komórki pamięci. Tym razem to urządzenie odczytujące wysyła sygnał ACK i wtedy możliwy jest odbiór kolejnego bajtu z pamięci. Liczba odczytywanych danych jest ograniczona tylko pojemnością pamięci. Zakończenie transmisji następuje przez pominięcie potwierdzenia ACK i wygenerowanie przez układ odczytujący sekwencji STOP.
Taki sposób zapisu i odczytu odnosi się do pamięci, których pojemność nie przekracza 256 bajtów i które mogą być bezpośrednio adresowane przez subadres. Jak jednak wygląda współpraca z pamięciami o większych pojemnościach? Otóż kostki te "udają", że mają w środku większą liczbę pamięci o pojemności 256 bajtów, a do ich adresowania są używane bity b3..1 adresu. Z tego powodu w układzie 24C04 jego wyprowadzenie A0 musi pozostać nie-podłączone, a liczba pamięci współpracujących z magistralą I2C jest ograniczona do 4. W przypadku układu 24C16 wszystkie wyprowadzenia A0..2 pozostają wolne, a urządzenie może adresować tylko jedną pamięć tego typu.
Producenci oferują już pamięci EEPROM (24C32/64), których pojemność wykracza poza opisane wcześniej możliwości adresowania. Z tej właśnie przyczyny WORD ADRES
został podzielony na dwa bajty. Przebieg zapisu bajtu do tego typu pamięci pokazano na rys. 14.
Nie koniec jednak zamieszania wynikającego ze sposobu adresowania pamięci! Na rynku są dostępne także pamięci oznaczane jako 24C01 o pojemności 128 bajtów, których wyprowadzenia A0..2 pozostają nieaktywne. Zastosowanie takiego układu eliminuje możliwość dołączenia dodatkowych pamięci EEPROM do magistrali PC, ponieważ sposób komunikacji z tym układem jest uproszczony i niekompatybilny z resztą rodziny.
Zapis bajtu do takiej pamięci pokazano na rys. 15. Wynika z niego, że po sekwencji START jest pomijany adres, a transmitowany zostaje bezpośrednio subadres wskazujący komórkę, do której zapisany zostanie bajt danych. Ze sposobu adresowania wynika, że pojedyncza pamięć EEPROM może być w układzie bez kłopotu zamieniona na pamięć o większej pojemności, z wyjątkiem układów 24C01, 24C32/64 różniących się sposobem komunikacji z otoczeniem.
Tak jak w przypadku EEPROM-ów szeregowych, pamięci z rodziny 24Cxx wyposażono w możliwość zapisu stronicowanego. Oznacza to, że jednorazowo można zapisać do pamięci blok danych o wielkości 4 lub więcej bajtów. Wielkość strony zależy od pojemności pamięci i producenta. Nie mając dostępu do danych katalogowych można jednak bezpiecznie przyjąć, że dla pamięci powinno być możliwe jednorazowe zapisanie co najmniej 4 bajtów. Każdy cykl zapisu (bajtu lub strony) może trwać do lOms. Przed upływem tego czasu EEPROM może nie wykonać prawidłowo kolejnych operacji zapisu lub odczytu.
Należy także wspomnieć o znaczeniu wyprowadzenia oznaczanego jako TEST. Czasami jest ono nieaktywne, czasami jednak pełni funkcję sprzętowej blokady zapisu do pamięci. Jeżeli zostanie ono podłączone do poziomu wysokiego, zapis danych do pamięci będzie niemożliwy.
Adres stówa n
i i i i i i i i i i i i i i
\ i i i r i i i i i
s
T O P
U
LRA S ]_C B W K
Rys. 15.
Elektronika Praktyczna 9/98
NOTATNIK PRAKTYKA
Na list. 2 zamieszczona została procedura asemblerowa obsługi pamięci 24C02 przez procesor z rodziny '51, taktowany zegarem do 12MHz. Procedura nie jest może zbyt elegancko napisana i zoptymalizowana, ale jej zaletą jest to, że "żyje", ponieważ pochodzi z funkcjonującego programu. Jeżeli chochlik drukarski czegoś nie popsuje, procedura po dokładnym skopiowaniu powinna od razu zadziałać. Można także łatwo ją zmodyfikować do obsługi innych pamięci z interfejsem PC.
Przed wywołaniem procedury w programie trzeba zdefiniować porty procesora, które mają pełnić rolę końcówek SDA i SCL. Należy także zadeklarować kilka bajtów i bitów współpracujących z procedurą. Przypisanie wyjść oraz adresów bajtów jest dowolne i zależy od programu, w którym procedura ma pracować. Przykładowa deklaracja może wyglądać następująco:
adres equ 30h
subad equ 31h
buf_adr equ 32h
buf_space equ 33h
wai t equ 3 4h
counter equ 35h
r_w bit Oh
end trans bit lh
scl
bit pl-3 bit pl-2
;linia SCL ;linia SDA
subadr_trans bit 2h
Wywołanie procedury poprzedza ustawienie parametrów określających jej pracę. Trzeba podać adres układu, subadres komórki, ustawić bit r_w określający rodzaj operacji (0 -zapis, 1 -odczyt) oraz podać początek bufora w pamięci RAM procesora i jego długość. Z bufora będą zapisywane dane do pamięci EEPROM lub podczas odczytu w buforze będą zapisywane dane z układu EEPROM. Przykładowe wywołanie procedury I2c z programu głównego może wyglądać następująco:
;odczyt danych z IEEPROM mov adres,#50 ,-adres pamięci EEPROM mov subad,#0 ;odczytane będą dane począwszy od subadresu =0
mov buf_adr,#adres_bufora
,-adres bufora w I pamięci RAM procesora mov buf_space,#8
;odczytanych będzie 8 I bajtów
;z pamięci EEPROM
setb r_w ,-ustawienie flagi odczytu cali I2c ,-wywołanie procedury
Jeżeli odczyt się powiedzie, procedura wraca z wartością #0 w akumulatorze i rejestrze R7. Jeżeli nastąpił błąd (np. pamięć jest uszkodzona), w rejestrach znajdzie się wartość #FFh. Korzystanie z procedury musi uwzględniać ograniczenia związane z funkcjonowaniem pamięci EEPROM takie jak zapis do pamięci bajtu, strony, czas trwania cyklu zapisu itd. W przypadku niektórych asemblerów może być konieczna zmiana składni zapisu procedury w celu dostosowania do wymagań asemblera. Ryszard Szymaniak, AVT
Program z list. 2 jest dostępny na internetowej stronie EP, pod adresem: www.avt.com.pl/avt/ep/ftp/.
Elektronika Praktyczna 9/98
25
PROGRAMY
EDWin krok po kroku, część 1
Zgodnie z obietnicą sprzed
miesiąca powracamy do
prezentacji sposobu obsługi
pakietu projektowego EDWin,
który (ze względu na cenę) ma
szansę stać się prawdziwym
standardem legalnego
oprogramowania wśród wielu
projektantów zawodowych
i amatorów.
Rozpoczynamy od
przedstawienia podstawowego
etapu realizacji projektu - czyli
narysowania schematu
z wykorzystaniem gotowych
i własnych elementów
bibliotecznych.
W kolejnych częściach artykułu
pokażemy w jaki sposób wykonuje
się projekt płytki, dokumentację
oraz jak przebiega symulacja
analogowa i cyfrowa!
Charakterystycsną cechą EDWina jest wykorzystanie jako podstawy projektu zintegrowanej basy danych, która zawiera wszelkie informacje o nim. Zastosowanie takiego sposobu realizacji projektu gwarantuje łatwość wymiany informacji pomiędzy poszczególnymi
z wybraną inną opcją z lewej jego strony, przedstawiamy rys. 4. Zawartość lewej części paska narzędziowego zależy z kolei od opcji wybranej w górnym menu "Edit".
Pewne zastrzeżenia mogą budzić rysunki znajdujące się na ikonach w pas-
Rys. 3.
Rys. 4.
Rys. 1.
fragmentami pakietu projektowego (edytorem schematów, płytek druko-^^^^^^ wanych itp.J. Realizację ^^^^^^ projektu zaczynamy więc od założenia nowej bazy danych (rys. 1), w której będą gromadzone wszelkie informacje istotne dla działania
i
programu.
Najprostszym (i najbardziej logicznym) sposobem rozpoczęcia pracy nad nowym projektem jest narysowanie jego schematu elektrycznego. Edytor schematów uruchamia się poprzez wskazanie myszką ,,Gapiure" w głównym pasku narzędziowym.
W oknie edytora schematów dostępne są dwa paski narzędziowe, które ułatwiają i przyspieszają (po nabraniu wprawyj posługiwanie się programem.
Na rys. 2 przedstawiono widok paska parametrów, przy pomocy którego można skonfigurować wszelkie parametry sposobu wyświetlania schematu (raster arkusza, grubość linii, rozmiar tekstu, powiększenie wyświetlanego obrazu itp.). Rys. 3 przedstawia z kolei pasek narzędziowy wykorzystywany do tworzenia schematu elektrycznego. Jego ogromną zaletą jest praca kontekstowa - narzędzia dostępne w prawej kolumnie zmieniają się, w zależności od opcji wybranej w lewej części paska narzędziowego. Dla porównania wyglądu paska narzędziowego
Rys. ó.
Rys. 5.
ku narzędziowym. Praktyka pokazała, że mośna się do nich przyzwyczaić, a ogromną pomocą są podpowiedzi oraz skróty klawiszowe wyświetlane w dolnej części ekranu (rys. 5).
Rysowanie schematu rozpoczynamy od rozmieszczenia na planszy elementów. Pomocny w tym będzie moduł zarządzający dostępnymi bibliotekami i elementami w nich zawartymi (rys. 6), który ,,ukrywa" się pod najwyżej położonym przyciskiem w lewej części paska narzędziowego (ang. Compo-nent Create as DeviceJ. W dalszej kolejności łączymy ze sobą poszczególne elementy schematu, wykorzystując pasek narzędziowy, który wyświetla się
28
Elektronika Praktyczna 9/9S
PROGRAMY
Rys. 7.
po wybraniu w menu "Edit->Wi-resfrBuses".
Po rozmieszczeniu elementów i połączeń na schemacie należy ręcznie lub automatycznie (rys. 7) przyporządkować poszczególnym podzespołom projektowanego urządzenia odpowiednie obudowy, co zwiększy wygodę na kolejnym etapie pracy - podczas projektowania płytki drukowanej.
W ekspresowym tempie poznaliśmy sposób utworzenia projektu oraz przygotowania schematu elektrycznego, przy pomocy pakietu EDWin. Funkcje przedstawione w artykule nie wyczerpują możliwości programu. Ich szczegółowe omówienie nie jest możliwe, ze względu na znaczne rozbudowanie programu.
Jeżeli Czytelnikom zainteresowanym poznaniem EDWina nasuną się jakieś pytania lub wątpliwości prosimy o listy na adres redakcji EP z dopiskiem
,,EDWin". Będziemy na nie odpowiadać na łamach ,,Forum". Piotr Zbysiński, AVT
Pakiet EDWin w wersji DL4 udostępniła redakcji firma RK-Sysiem.
Wersja ewaluacyjna pakietu EDWin znajduje się na pfycie CD-EP4 (promocyjny kupon zamówienia znajduje się na wklejce kartonowej).
Elektronika Praktyczna 9/9S
SPRZĘT
Automatyka na wesoło..
j
zim.
...co nie ozmicza, ze nie na poważnie!
Te bardzo atrakcyjnie wyglądające, kolorowe pudełka swoją zawartością zaskoczą z pewnością wielu naszych Czytelników, także lepiej obeznanych z automatyką. Są to bowiem bardzo atrakcyjne zestawy promocyjne ze sterownikami serii LOGO! oraz Simatic S7-200.
S M
\
Prezentowane" w artykule zestawy są dowodem na to, że nawet tak duże koncerny - jak Siemens - bardzo dbają o propagowanie wśród użytkowników swoich pomysłów i opracowań. Jeden z zestawów (w żółtym pudełku) przeznaczony jest dla znanych już Czytelnikom EP sterowników LOGO!, drugi natomiast dla nieco bardziej zawansowanych sterowników Simatic S7-200 (moduł CPU212).
Zestawy kuszą z jednej strony bardzo atrakcyjnym wyglądem i gadżetami dla użytkownika (efektowna torba z logo LOGO! oraz "kosmiczna" podkładka pod mysz z logo Simatic S7-200), z drugiej strony swoją doskonałą zawartością. Użytkownik otrzymuje bowiem wszystko, co jest niezbędne do rozpoczęcia pracy, tzn. oprogramowanie, niezbędne kable, zasilacz (dla LOGO!), dokumentację oraz szereg elementów ułatwiających wyt korzystanie sterowników w ekspery-mentalnych aplikacjach.
Dla przykładu w zestawie sterownika Simatic znajduje się listwa montażowa DIN z zainstalowanym... sil-
nikiem'elektrycznym, który można napędzać poprzez sterownik!
Obydwa zestawy przygotowane przez Siemensa adresowane są przede wszystkim do szkół i użytkowników, którzy zamierzają w niezbyt kosztowny sposób i szybko wkroczyć w "tajemniczy" świat sterowników do układów automatyki. Dzięki temu, że zestawy są kompletnie wyposażone możliwe jest niemal natychmiastowe rozpoczęcie pracy z nimi. Doskonała dokumentacja (niestety w języku angielskim i czasami w niemieckim) prezentująca szereg gotowych przykładów stanowi dodatkową atrakcję dla ^potencjalnych, użytkowników.
Tak więc - gorąco zachęcamy do korzystania z oferty Siemensa! Ceny zestawów nie są niskie, ale - biprąc pod uwagę
iltfść ą jakość otrzymanych materiałów '- naprawdę atrakcyjne. A wie-_ dza zdobyta w tej ciągle rozwijającej się dziedzinie naprawdę t-^ucjna do przecenienia. I
Piotr Zbysiński, AVT
/
Zestawy prezentowane w artykule oferowane są przez firmę Siemens w sprzedaży promocyjnej. Cena każdego z zestawów wynosi 970 zł netto. Osoby zainteresowane zakupem któregoś zestawu mogą przysłać na adres redakcji zamówienie, które natychmiast zostanie przekazane firmie Siemens. Zestawy są dostępne także u dealerów Siemensa. Adresy tych firm znajdują się na stronie internetowej EP, poświęconej LOGO!
Zeszyt z aplikacjami nadesłanymi na konkurs przygotowany wspólnie przez firmę Siemens i EP jest dostępny w postaci pliku PDF na stronie internetowej, pod adresem: www.avt.com.pl/avt/ep/logo.html.
SPRZĘT
XPLA-Prommer - doskonałe narzędzie dla doskonałych układów
Jak wycisnąć pieniądze z grapefruita c.d.
Sądząc po treści listów, jakie
otrzymaliśmy po opublikowaniu
pierwszego artykułu o układach
Cool Runner (EP4/9S), temat ten
wywołał znaczne zainteresowanie
wśród naszych Czytelników.
Idąc "za ciosem" przedstawiamy
kolejne, znacznie bardziej
uniwersalne narzędzie, przy
pomocy którego można
programować dowolne układy PLD
serii Cool Runner oraz klika
innych układów programowalnych
firmy Philips.
Wymagana oprogramowana:
/ komputer lepszy niz 436DX-33,
/ minimum 16MB RAM,
/ napęd CD-ROM,
/ komputer musi być wyposażony w | eden wolny
port LPT, / zainstalowany system operacyjny Windows 95/98
lub Wmdows3 "lx
W skład zestawi XPLA-Prommer wchodzą:
/ płytka ewaluacyinaz podstawką dla układu
PZ5032-44,
/ jeden układ PZ5032-1 0A44, / kabel łączący płytkę z komputerem PC (Centronics), / podręcznik,
/ dyskietki z oprogramowaniem, / płyta CD z oprogramowaniem projektowym oraz
pełną dokumentacją dla układów Cool Runner
Na początku przypomnijmy, że układy Cool Runner są nowoczesnymi, bardzo elastycznymi strukturami PLD o znikomym poborze mocy. To właśnie minimalny pobór mocy wyróżnia układy Philipsa na rynku. Doskonałe rezultaty udało się osiągnąć dzięki opracowaniu zupełnie nowego sposobu zapisywania i odczytywania informacji w wewnętrznej, programowalnej matrycy połączeń. Szczegóły tych nowatorskich rozwiązań przedstawimy w jednym z kolejnych numerów EP.
Narzędzie, które prezentujemy zostało opracowane w firmie Eurodis Enatechnik, z podwójnym przeznaczeniem.
- Jako pomoc w poznaniu możliwości i sposobu programowania układów Cool Runner. Dzięki diodom LED i przełącznikom znajdującym się na płytce możliwe jest testowanie prostych projektów wykonanych na układzie PZ5032.
- Jako programator układów Cool Runner (PZ50/3032, PZ50/3064, PZ51/3128 - pre-fiksy ,,3" oznaczają wersje zasilane napięciem 3,3VI] oraz prostszych układów PLD firmy Philips (P5/3Z22V1O). Ponieważ na płytce bazowej znajduje się podstawka laboratoryjna dla układów w obudowach PLCC44 programowanie układów montowanych w innych obudowach wymaga zastosowania opcjonalnych adapterów. Pracą urządzenia steruje prosty w obsłudze
program z interfejsem graficznym (rys. 1], który udostępnia wszelkie funkcje typowe dla programowanych układów, n.p. istnieje możliwość programowania obszaru USB (ang. User Storage Bits], który można wykorzystać do identyfikacji projektu wpisanego do matrycy pamięciowej.
Realizację projektów ułatwia bardzo dobre oprogramowanie narzędzioweXPLA-Designer, które jest dostarczane na płycie CD-ROM. Oprócz pakietu CAD znajdują się na niej także materiały katalogowe o układach Cool Runner, dzięki czemu użytkownik systemu dostaje komplet informacji, niezbędnych do rozpoczęcia pracy.
Próby prowadzone w laboratorium EP dowiodły, że prezentowane urządzenie jest niezwykle przydatne, zwłaszcza w "bogatej" wersji z opcjonalnymi adapterami dla układów TQFP i SOIC. Jedyną wadą urządzenia, zresztą łatwą do usunięcia przez producenta (podpowiadamy!, jest brak zasilacza w zestawie, co zmusza konstruktora do niepotrzebnych poszukiwań. Piotr Zbysiński,AVT
XPLA-Prommer udostępniła redakcji firma Eurodis Microdis.
Więcej informacji o uidadach Cool Runner można znaleźć we Intemecie pod adresem; www. c oolr Ui?i? er. com.
32
Elektronika Praktyczna 9/9S
PROJEKTY
Czytnik-programator kart chipowych, część 1
kit AVT-468
Artykuł prezentujący
konstrukcję czytnika-
programatora kart chipowych
będzie składał się z dwóch
części. W pierwszej z nich
przedstawiamy zasadę działania
kart chipowych, sposób ich
programowania oraz konstrukcję
ełektryczn ą urzą dzenia.
Za miesiąc przybłiżymy
sposób sterowania pracą
programatora-czytnika oraz
bardzo efektowną, przykładową
aplikację.
Podstawowe parametry i możliwości
próg fam atnra:
/ programuje i odczytuje zawartość pamięci
kart chipowych X76F100 i X76F640; / sterowany jest przez dowolny program
terminalowy; / wymiana danych odbywa się poprzez port
szeregowy RS232 (19200/8N1 lub 19200/
8N2);
/ rozmiar bufora danych: 32B; / czas programowania sektora pamięci (32
bajty): poniżej 11ms; / zasilanie: 8..12VDC lub AC, pobór prądu ok.
20mA.
PROJEKT Z OKŁADKI
Tematyka kart chipowych stała się w ostatnich miesiącach bardzo modna zarówno wśród elektroników, jak i ogromnej rzeszy "szarych" ludzi. Jest to efekt coraz szerszego ich stosowania - każdy telefon komórkowy sieci GSM jest wyposażony w taką kartę, coraz większa liczba automatów telefonicznych "woli" pobierać opłaty za rozmowy z kart chipowych, a nie magnetycznych. Także posiadacze kont bankowych zostaną wkrótce wyposażeni w takie karty. Z wyglądu karta chipowa przypomina zwykłą kartę kredytową lub bankomatową, z tą różnicą, że na jej jednej stronie znajdują się efektownie wyglądające złocone pola stykowe.
Cóż to więc, tak naprawdę, jest ta "karta chipowa"? Wbrew pozorom nie jest łatwo odpowiedzieć na to pytanie. Najprostszą jest odpowiedź, że jest to karta wyposażona w układ scalony, który najczęściej spełnia rolę elementu pamięciowego. Rzadko jednak spotyka się karty integrujące w wewnętrznym chipie samą tylko pamięć. Zazwyczaj karty chipowe są wyposażone w mniej lub bardziej zaawansowane mechanizmy zabezpieczające ich zawartość. Najprostsze takie rozwiązania polegają na zastosowaniu haseł dostępu do poszczególnych bloków logicznych (partycji) pamięci, nieco bar-
dziej zaawansowane wykorzystują liczniki liczby błędnie podanych haseł, a zawartość najlepiej zabezpieczonych kart jest chroniona przez mikrokontrolery zintegrowane z kryptokonrolerami, których pokonanie jest niezwykle trudne.
Pomimo opracowania wielu niezłych standardów opisujących strukturę fizyczną i sposób pracy interfejsu łączącego wnętrze karty ze światem, panuje w tej dziedzinie dość duży "bałagan", który w znacznym stopniu utrudnia zaprojektowanie uniwersalnego programatora do wszystkich typów kart chipowych. Dodatkową, naprawdę niebagatelną, trudnością jest utajnienie fragmentów dokumentacji przez producentów kart.
Dlaczego to robią? Produkcja kart to dobry biznes, ale ich "rozkuwanie" jest jeszcze lepszym.
O czym w artykule nie będę pisał i dlaczego
Od razu się zastrzegam - urządzenie prezentowane w artykule nie zostało opracowane z myślą o ładowaniu "lewych" impulsów do kart telefonicznych, czy też zapisywaniu sobie do karty kredytowej nieograniczonych limitów pieniędzy do wydania. Go więcej - zapewniam Was, że podejmowanie takich prób zdecydowanie nie ma sensu. Zastosowane we współczesnych kartach zabezpieczenia (biorąc dodatkowo pod uwagę trudności, a w zasadzie niemożność, zdobycia kompletnej dokumentacji) zapewniają bardzo duże bezpieczeństwo informacjom tam
34
Elektronika Praktyczna 9/98
Czytnik-programator kart chipowych
es
SCL SDA
RST
Interfejs wejściowy
CHIPENABLE Transfer danych
Sygnał zezwalający na dostęp do pamięci
Blok porówywanla
haseł wejściowych ze
wzorcami
Ftejestr odpowiBdzi identyfikującej (RTR)
Matryca pamięci
reprogramowalnej Flash
o pojemności 8kB
(ARRAYO)
Matryca pamięci
reprogramowalnej Flash
o pojemności 32B
(ARRAY1)
Licznik powtórzeń
Rys. 1. Schemat blokowy karty chipowej X76F640.
zapisanym. Co prawda karty telefoniczne nie zawierają w sobie mikroprocesora z wyszukanymi algorytmami zabezpieczającymi, ale zastosowane w nich bardzo proste zabezpieczenia gwarantują ich kompletne skasowanie (w przypadku struktur EEPROM) - otrzymujemy w ten sposób bardzo drogą pustą kartę, którą można później wykorzystać we własnej aplikacji (jeżeli znany jest producent karty) lub wyzerowanie dostępnych jednostek - a można to zrobić bez trudu (w przypadku struktur EPROM).
Dla porządku wyjaśnię, aby zapobiec traceniu czasu na łamanie "szyfrów" Telekomunikacji Polskiej lub banków, dlaczego przełamanie nawet najprostszych zabezpieczeń jest mało prawdopodobne.
Karty, których struktura jest zgodna ze standardem przemysłowym (np. ODS, Gemplus, S&O, ORGA), wymagają do poprawnego wykorzystania wpisania do matrycy pamięciowej kilku znaków charakteryzujących ich wydawcę (np. bank lub firmę telekomunikacyjną). Znaki te są zapamiętywane zazwyczaj w matrycy EPROM, do której skasowania niezbędne jest zastosowanie promieniowania ultrafioletowego. Matryca EPROM jest zabezpieczona przed niepowołanym odczytem. Zastosowanie takiej procedury modyfikacji karty wymagałoby jej bardzo precyzyjnego demontażu (struktury są zazwyczaj zalane masą syntetyczną nie przepuszczającą światła).
Po serii prób (przecież nie mogę się przyznać w EP, że nie potrafiłem przełamać zabezpieczeń
w kartach Centertela!) doszedłem do wniosku, że w czasie zmarnowanym na śledzenie zachowania karty po kolejnych próbach dostępu, więcej można zarobić sprzedając te karty.
Tak więc, z jednej strony kusi eksperymentowanie, z drugiej strony nie bardzo się to opłaca! Wyciągnięcie wniosków pozostawiam Warn.
Co wobec tego?
Wszystkie argumenty zniechęcające Was do marnowania czasu, które przedstawiłem powyżej, nie mają na celu zamknięcie tematu i zakończenie artykułu! Są bowiem dostępne na rynku bardzo interesujące karty chipowe, które można samodzielnie zastosować w ciekawych aplikacjach. Co więcej - jest do nich dostępna niezła dokumentacja, a cena samych kart nie powoduje udaru u potencjalnych klientów.
Schemat blokowy karty wykorzystanej w prezentowanym projekcie przedstawiono na rys. 1.
Na pierwszy rzut oka karta X76F640 to zwykła pamięć EEPROM z interfejsem PC! Ale tylko na pozór! Układ X76F640 rzeczywiście integruje w swojej strukturze dwa niezależne bloki pamięci EEPROM (jeden o pojemności 8kB, drugi o pojemności 32B), a oprócz nich kilka modułów dodatkowych: - Blok porównywania haseł wejściowych ze wzorcami. Odpowiada on za weryfikację haseł wpisywanych do układu przez zewnętrzny sterownik. Warto zwrócić uwagę, że dostęp do każdego z obszarów pamięciowych wymaga osobnego hasła
(osobne dla zapisu/odczytu). Także inne polecenia, nie związane bezpośrednio z operacjami na matrycy pamięciowej, wymagają do uaktywnienia odpowiedniego hasła. W sumie dostępu do układu X76F640 chroni aż pięć haseł o długości 64 bitów każde.
- Licznik powtórzeń, który stanowi bardzo ważny element zabezpieczający zawartość pamięci. Jeżeli wystąpi kilka (osiem) nieuprawnionych (bez podania odpowiedniego hasła) prób dostępu do jakiejkolwiek funkcji pamięci, następuje automatyczne zerowanie obydwu matryc pamięciowych. Dzięki temu można z prawdopodobieństwem bliskim pewności założyć, że osoby niepowołane nie będą w stanie podejrzeć informacji zapisanych w matrycach pamięciowych.
- Rejestr odpowiedzi identyfikującej, który jest uzupełnieniem układu X76F640. Wbudowanie tego rejestru w strukturę karty gwarantuje spełnienie wymogów standardu ISO7816 (opisuje sposób przekazywania danych z i do karty). Rejestr ten jest faktycznie zaprogramowaną przez producenta "na sztywno" 32-bitową matrycą pamięciową, która pozwala jednoznacznie określić czytnikowi z jakim typem układu ma do czynienia.
W celu zachowania zgodności z jedynym liczącym się w świecie standardem mechanicznym, opisującym rozmieszczenie elementów stykowych w kartach chipowych, karta X76F640 ma wyprowadzenia jak na rys. 2. W pewnym uproszczeniu można przyjąć, że ich rozkład jest identyczny z zaleceniami standardu ISO7816.
Warto wspomnieć, że układ X76F640 występuje w kilku wer-
SmartCwd
Vss [I w 8 Vcc Ś 1 / \ SRTJTf i i
CS [I 7 HST
SDA [I ~6~ SCL / \
NC [Z 5 NC / \
scmc a / \
vqi GND
RST | CS
SCL |SDA
NC | NC
Rys. 2. Wyprowadzenia układu X76F640.
Elektronika Praktyczna 9/98
35
Czytnik-programator kart chipowych
sjach obudów. W prezentowanym urządzeniu wykorzystywane będą układy w obudowach standardowych kart chipowych (pełne oznaczenie układu X76F640Y), ale dostępne są także układy w obudowach:
- SOIC8 (ozn. X76F640A);
- nieobudowanej struktury (ozn. X76F640H i W);
- 8-pinowego modułu, bez obudowy w postaci karty nośnej (ozn. X76F640X).
Xicor produkuje karty przystosowane do pracy w temperaturach standardowych (O..+7O�C) oraz rozszerzonych (-2O..+85�C), co jest cechowane literą E w oznaczeniu. Dostępne są także wersje pracujące z niskimi napięciami zasilania (2,7..3,6V). Są one oznaczone dodatkowym sufiksem "-2,7".
Opis urządzenia
Możemy teraz przejść do omówienia tajników konstrukcji pro-gramatora-czytnika. Jego schemat elektryczny przedstawiono na rys. 3.
>OO OZQ
Rys. 3. Schemat elektryczny urządzenia.
Jak widać konstrukcja elektryczna urządzenia jest stosunkowo prosta. "Sercem" programatora jest jeden z najnowszych mikro-kontrolerów rodziny ST62, układ noszący oznaczenie ST62T30B (USl). Jest on wyposażony w dużą pamięć programu (8kB), wewnętrzną pamięć EEPROM, RAM oraz szereg interesujących peryferyjnych modułów wewnętrznych, spośród których w projekcie wykorzystano port komunikacji szeregowej UART, timer oraz watch-dog.
Program wpisany do pamięci procesora odpowiada za poprawną pracę całego programatora, konfigurację portów, obsługę przerwań (wykorzystano dwa spośród dostępnych) itp. Na list. 1 przedstawiono fragment tego programu, zawierający procedurę inicjalizacji rejestrów i urządzeń wewnętrznych procesora oraz dwie procedury przedstawiające sposób realizacji odczytu 32 bitów słowa Response To Reset, które umożliwia rozpoznanie typu karty włożonej do czytnika. Kolejne odczytane bajty słowa RTR są zwracane przez procedurę read_byte w akumulatorze, a procedura info_a (pominięto ją, ze względu na długość listingu) odpowiada za wysyłanie komunikatów diagnostycznych do komputera PC.
Ponieważ jednym z najważniejszych problemów na jakie napotykają konstruktorzy systemów mikroprocesorowych jest poprawne wy zerowanie procesora po włączeniu zasilania i blokadę jego pracy przy napięciu o nieprawidłowej wartości, w programatorze zastosowano scalony generator sygnału zerującego firmy Dallas, który nosi oznaczenie DS1813 (US2). Schemat blokowy przybliżający jego budowę wewnętrzną przedstawiono na rys. 4. Możliwości tego układu są większe od wymagań aplikacji - ponieważ nie jest wykorzystywany układ wspomagający zerowanie ręczne. Ze względu na niemal identyczną cenę układu DS1813 z układami DS1811 (i podobnymi) wybór padł na układ bardziej elastyczny.
W aplikacji wykorzystano tylko 8 linii I/O procesora. Zastosowanie stosunkowo dużego procesora z rodziny ST62 może wywoływać wobec tego pewne wątpliwości.
36
Elektronika Praktyczna 9/98
Czytnik-programator kart chipowych
Listing 1.
........ ...................... ...... za. rd3 set es,drb
; * Czytnik kart chip wych z RS232 Id a ,x
title "Chip_Card" epi jrz card2
input "rej estry . a 62 " jp c ard5
vers "st6230" ;a rd2 ldi drwr,rtr_err.w
romsize 8 ldi y, rtr_err. c
PP_on cali info_a
dp_on ;a rd6 res lederr,drd
W on cali Wait
set lederr,drd
rst equ 4 p ortc cali Wait
insert equ 5 p ortc jrs insert, drc, card 6
es equ 4 p ortb ;a rd5 ret
sda equ 5 p ortb
sel equ 6 p ortb
ledprog equ 6 p ortd * * ** * *********** *****************************************
lederr equ 7 p ortd * Pro **** "!***a IWFO - wys yla 16 znaków komunikatu przez RS232
Ln ********* ********.....................................
section 1
org Oh
;....... ...................... ** ...... * Procedura odczytu bajtu R_T_R
i * nlcjalizacja piocesora * Odczytany oajt znajduje sie w A
.******* * * ****** * Inf imać; e odbierane sa w kolejności: EYTEO LSE..MSE, EYTE1...
begin di ddrd, lllOOOOOb wyjście dla UARTa i LEDow * * ** * *********** *****************************************
di ord,lllOOOOOb re ad_byte:
di drd.OOOOOOOOb res ledprog, drc
clr a
di ddrc.OOOlOOOOb u stalą wyjście dla RST set scl.drb
di orc.OOOlOOOOb j rr sda,drb,b7_ 1 ; oznacza, ze odebrany bit jest równy 1
di drc.OOOOOOOOb set 0,a
o7 _1 res scl.drb
di ddrb,01010000b wyjścia SCL, CS, set scl.drb
SDA na r azie "wejście" j rr sda,drb,b6_ 1
di orb,01010000b ; zależy od bitu PE5 set 1, a
di drb.OOOlOOOOb 06 _1 res scl.drb
set scl.drb
'eti j rr sda,drb,b5_ 1
set 2 a
et 7,drd g asi LED a ERR o5 _1 res scl.drb
et 6,drd g asi LED a PRÓG set scl.drb
j rr sda,drb,b4_ 1
di ior.OOOlOOOOb ; wlacza przerwania set 3 , a
di uartcr,00101001b u "tala ze: o4 _1 res scl.drb
szybko sc: 19200b/s (8nl lub 2) set scl.drb
- aktywn e przerwanie od RECEIVERa j rr sda,drb,b3_ 1
o3 _1 res scl.drb
.******* ********************** * * ****** set scl.drb
;* Odczytuje z karty RESPOWSE TO RESET i wysyła do PC j rr sda,drb,b2_ 1
; * Wykorzystany uf r TEMP i V, X! set 5, a
.******* ********************** * * ****** ********************** o2 _1 res scl.drb
card 'es ledprog, drd o ooznien ie po włączeniu zasilania set scl.drb
all wait j rr sda.drb,bl_ 1
di x,0 ; zeruje bajt kontrolny czy set 6, a
OO/FF ol 1 res scl.drb
et ledprog,drd set scl.drb
'es es, drb j rr sda,drb,bO_ 1
et rst,drc set 7 , a
et scl.drb i tipuls z egara inicjujący R_T_R oO _1 res scl.drb
op n lezbedn e opóźnienie (katalog!) set ledprog, drc
op op ret
'es scl.drb ^a it ldi V,0ffh
'es rst, drc L2 ldi a.Offh
di v,4 ; ilosc bajtów do odczytania LI dec a
rd_rtr all read_byte j mz 11
d uartdr.a dec V
pi a.O j mz 12
rz dodaj ret
pi a.Offh
rz dodaj . sec tion 3 2
p cardl .org OOh
dodaj nc X zwiększa stan licznika bajtów OO/FF jp u art_int ; skok do obsługi przerwania od REC UART
cardl rr 6,uartcr, cardl wysyła o dczytany bajt do PC
ec v .org Oeh
rz card3 re set jp b egin
p rd_rtr
Wybór na ST62T30B padł
z dwóch zasadniczych powodów.
l.Ma on dużą pamięć dla programu, co pozwoliło na dość swobodne (czytaj rozrzutne) gospodarowanie nią. Program sterujący po "doszlifowaniu" zajmuje ok. 6,3kB, przy czym z pewnością dałoby się go jeszcze nieco zmniejszyć, ale nie w takim stopniu, aby zejść poniżej krytycznego progu 4kB (takie "kwanty" pojemności pamięci dostępne są w rodzinie ST62).
2.Procesory ST62T30B mają wbudowany sprzętowy port szeregowy, dzięki czemu obsługa sze-
regowej transmisji danych jest prosta, niezawodna i możliwe jest wykorzystanie stosunkowo dużych szybkości (do 38,4kb/s), co jest niewykonalne w przypadku programowej emulacji in-tefejsu.
Tak więc zwyciężyła wygoda projektanta - co wziąwszy po uwagę cenę układu - jest wystarczającym uzasadnieniem w tym procesorze.
Układ US3 spełnia rolę konwertera napięciowego, pośredniczącego pomiędzy mikrokontrole-rem ST62T30B i linią RS232. W strukturę tego układu wbudo-
wano oprócz elementów tworzących interfejs także pompę ładunkową, dzięki której napięcie 5V jest przetwarzane do poziomu ą9..12V, co w zupełności spełnia wymagania stawiane przez standard RS232.
W egzemplarzu modelowym ADM2 32L, który charakteryzuje się wbudowanymi doskonałymi zabezpieczeniami antyprzepięcio-wymi, niewielkim poborem mocy, a do poprawnej pracy wystarczają mu cztery niewielkie kondensatory o pojemności ok. l|iF. Można oczywiście zastosować zamiast ADM2 32L dowolną inną wersję
Elektronika Praktyczna 9/98
37
Czytnik-programator kart chipowych
GhD
Rys. 4. Budowa układu zerujqcego DS1S13.
tego popularnego układu, ale wymaga to zazwyczaj dobrania pojemności kondensatorów C12..15 (patrz uwagi w wykazie elementów).
Dość intrygująco (przyznacie wszyscy) wygląda na schemacie inwerter, wykonany w oparciu
0 tranzystor Tl i dwa rezystory: Rl, R2. Zastosowanie tego skomplikowanego układu miało na celu zlikwidowanie niedoróbki (tak to niestety wygląda!) projektantów interfejsu UART w układzie ST62T 30B. Niedoróbka ta polega na wysyłaniu na pin TxD informacji w postaci zanegowanej, co zdecydowanie uniemożliwia pracę interfejsu. Tak więc, po zastosowaniu inwertera przed układem AD232 problemy z poprawnością transmisji danych zniknęły. W egzemplarzu modelowym zastosowano pojedynczy in-weter serii TinyLogic, ale ze względu na trudny montaż (SMD)
1 stosunkowo wysoką cenę układu zdecydowanie lepszym rozwiązaniem okazał się inwerter tranzystorowy.
Programator został wyposażony w cztery diody sygnalizacyjne LED, które w pewnym stopniu ułatwiają diagnostykę urządzenia. Dioda Dl (ozn. PWR) sygnalizuje świeceniem fakt dołączenia napięcia zasilającego do programatora. Zalecany dla niej kolor to zielony. Dioda D2 (ozn. PRÓG) informuje użytkownika, że procesor wymienia z kartą informację, w związku z czym nie wolno jej wyjmować z uchwytu Zl2. W egzemplarzu modelowym zastosowano diodę o żółtym kolorze świecenia. Diodę D3 (ozn. ERR) wykorzystano do sygnalizowania błędów występujących podczas pracy programatora. Najbardziej "logicznym" kolorem tej diody jest oczywiście czerwony. Ostatnim zastosowanym sygnaliza to-
rem optycznym jest dioda D4 (ozn. GARD), która swoim świeceniem sygnalizuje włożenie karty (lub czegoś do niej mechanicznie podobnego) do uchwytu Z12. Pozostałe elementy urządzenia są dość typowe i nie będę ich szczegółowo omawiał. Wartko jedynie zwrócić uwagę na fakt zastosowania na wejściu zasilania mostka prostowniczego w układzie Graetza, dzięki czemu polaryzacja napięcia wejściowego może być dowolna, możliwe jest także zasilanie napięciem zmiennym.
Montaż i uruchomienie
Płytkę programatora zaprojektowano jako dwustronną z metalizowanymi otworami. Widok mozaiki ścieżek obydwu stron płytki przedstawiono na wkładce wewnątrz numeru, a schemat montażowy płytki na rys. 5.
Montaż urządzenia nie ma specjalnych wymagań. Przed wluto-waniem w płytkę stabilizatora US4 należy przykręcić do niego radia-tor, a następnie przykręcić go do płytki drukowanej. Po wykonaniu tych czynności można przy lutować końcówki stabilizatora do p unktó w lutów ni c zy ch. Bardzo ważne jest także - uwaga dla tych Czytelników, którzy nie zakupią zestawu - aby złącze Zll było żeńskie! Ze względów bezpieczeństwa warto zastosować pod układ U S1 po dsta wkę.
Do uruchomienia układu potrzebny będzie kabel 1:1 zakończony złączami 9-stykowymi (z jednej strony męskim, z drugiej żeńskim) oraz zasilacz o napięciu wyjściowym 8..15YDC i wydajności prądowej min. 20mA.
Po włączeniu zasilania procesor wykonuje prostą procedurę testową, której wykonywanie jest
Rys. 5. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej.
sygnalizowane zewnętrznie zapaleniem na chwilę diod ERR i PRÓG, następnie zgaśnięciem diody ERR i po chwili PRÓG. Taka sekwencja oznacza, że ini-cjalizacja procesora przebiegła prawidłowo. Następnie należy podłączyć do programatora i komputera PC kabel RS232 i uruchomić dowolny program terminalowy. Doskonale do tego celu nadaje się Hyper Terminal (rys. 6), stanowiący standardowe wyposażenie Windows 95 lub TERM95 (rys. 7), który jest częścią składową Norton Commandera. Programy terminalowe mogą pracować w dowolnym trybie znakowym z wyłączonym echem lokalnym. Najlepszym r o z wi ąz ani em j es t wy kor zy stani e tiybu ANSI lub HEX.
Parametry transmisji należy zadać następująco:
Rys. ó. Widok okna programu Hyper Terminal.
38
Elektronika Praktyczna 9/9S
Czytnik-programator kart chipowych
Rys. S. Widok okna działajqcego programu TERM95.EXE.
- ramka 8-bitowa;
- szybkość transferu 19200b/s;
- bity stopu 1 lub 2;
- brak bitu parzystości.
W skrócie można je zapisać jako: 19200/8N1 lub 19200/8N2.
Po uruchomieniu i skonfigurowaniu programu terminalowego należy napisać na ekranie (co w praktyce oznacza wysłać do pTogramatora) polecenie autotestu
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl, R2, R3: 3,3kft R4, R7: ÓSCO R5, Ró: 39CO Kondensatory
Cl, C2, C3: lCąiF/25V
C5, Có, C7, CS: lOOnF
C9, CIO: 10fiF/10V
Cli, Cló: 47^F/10V
C12, C13, C14, C15: 1^F/25V
C17, CIS: 27pF
Półprzewodniki
Dl, D2, D3, D4: LED
Ml: mostek 500mA/50V
Tl: BC547
LJS1: ST62T30B - zaprogramowany
US2: DS1S13 (dowolna wersja
w obudowie TO-92)
US3: ADM232L-
US4: 7SM05 lub podobny
w obudowie TO-220
Różne
Xl: SMHz - oscylator kwarcowy
ZN: złqcze kątowe, żeńskie DB9
ZI2: złqcze z czujnikiem karty
7434L0S25S01-0S firmy FCI lub
LMOS RS^Components
ZI3: złqcze zasilania
Radiator
Zasilacz S..12VDC/100mA lub
podobny
Kabel RS232/1:1 (złqcza: męskie/
żeńskie)
* JgżgH zamiast ukiadu ADM232L zostanie zastosowany standardowy uktad XX232 kondensatory C12..15 powinny rnioć pojemność 10pf. W przypadku zastosowania ukiadu ADM232A kondensatory C12..15 powinny mioć pojomność lOOnF każdy.
- T:. Jeżeli po kilku sekundach, na ekranie terminala pojawi się odpowiedź "TEST OK...." można przyjąć, że programator działa poprawnie. Jeżeli taki komunikat się nie pojawi należy dokładnie sprawdzić jakość montażu i zastosowanych elementów.
Dla ciekawskich - jak karta i procesor ze sobą rozmawiają?
Wymiana danych pomiędzy procesorem sterującym pracą programatora i kartą jest dość złożona. Dzieje się tak pomimo zastosowania popularnego interfejsu, który w znacznym stopniu jest zgodny ze standardem PC. Zgodność polega przede wszystkim na tym, że początek i koniec każdej przesyłanej ramki wymaga wygenerowania przez procesor (pracujący jako Master) warunków START i STOP. Wykorzystywane są także pozostałe elementy procesu transmisji danych poprzez szynę PC, typowe dla ogólnie znanych standardów.
Na rys. 8 przedstawiono podstawowy algorytm transmisji danych. Jak widać każde polecenie (omówimy je w drugiej części artykułu) wymaga potwierdzenia niezależnym hasłem, którego długość wynosi 64 bity. Na rys. 9 przedstawiono sposób "odpytywania" karty o potwierdzenie ACK. Taka procedura nie jest typowa dla standardowych układów PC. Warto zwrócić uwagę, że brak potwierdzenia ACK nie powoduje uznania transmisji za nieważną, jeżeli trwa krócej niż lOms (czas niezbędny do zapisania matrycy EEPROM). Na rys. 10 przedstawiono algorytm "odpytywania" karty po wysłaniu bajtu polecenia.
Wszelkie problemy z ograniczeniami czasowymi rozwiązuje oprogramowanie sterujące pracą mik-rokontiolera. Piotr Zbysiński, AVT
Dokończenie artykułu znajdzie się w październikowym numerze EP.
Dane katalogowe kart chipowych K76F100 i K76F640 są dostępne do końca października pod adresem: www.avt.com.pl/avt/ ep/ftp.
Kody K76F640 udostępniła do testów firma E-2000 Setron.
Wystanie bajtu polecenia
hasła
Wwyfkacja hoita {tarta} I
kontrole potwierdzenia (sterownik) z
wykorzystaniem procadL^ Odpytywania
Wystania 2-baJtDwego adresu
Dane cb zapisu/odczytu
Odczekania czasu Twe lub kontrola
potwierdzenia z wykorzystaniem procedury odpytywania
Rys. S. Sposób przesyłania danych.
Koniec procedury
lądowania haśle dostępu
Wystanie znaku
potwierdzania
ACK
Rys. 9. Algorytm "odpytywania" karty o znak ACK (bez bajtu polecenia).
Koniec sekwencji zapisu
Wystanie maku START
Wystania
bajtu z kodem
polecenia
Rys. 10. Algorytm "odpytywania"
karty o znak ACK
(z wykorzystaniem bajtu polecenia).
Elektronika Praktyczna 9/98
Sterownik węża świetlnego
Efektowne reklamy świetlne na wystawach sklepów bardzo często decydujq o ich sukcesie handlowym. Urzqdzenie opisane w artykule na str. 75 doskonale nadaje się do sterowania wężami świetlnymi stosowanymi zarówno w celach reklamo-|wych, jak i rozrywkowych, np. na szkolnej dyskotece.
Monitor słowa 8-bitowego >
Przyrzqd ten przyda się z pew-nościq w pracowni konstruktora układów cyfrowych, umożliwia-jqc "podglqdanie" aktualnego stanu szyny danych lub adresowej. Str. 59.
Elektroniczny > "odrzutowiec"...
Urzqdzenie dla
wszystkich
elektroników
kochajqcych
dobrq zabawę!
Dzięki niemu nie
trzeba mieć idealnego
stanu zdrowia i kończyć
dęblińskiej szkoły Borlqt", żeby
móc "polatać" sobie dobrze
uzbrojonym myśliwcem! Str. 76.
Zasilacz bez radiatorów >
Pozornie nie ma się czym chwalić, ale: niewielkie wymiary, duża sprawność, duża moc wyjściowa... To nie wszystkie zalety zasilacza którego opis publikujemy na str. 53.
Zegar > millenijny
Zasada działania tego urzqdzenia jest niezwykle prosta -odlicza ono czas do tyłu, informujqc o zbliżaniu się roku 2000. Dzięki temu nikt z nas nie przegapi tego, bardzo ważnego, momentu! Str. 41.
Uniwersalny sterownik > oświetlenia dyskotekowego
W ramach "Projektów Czytelników" prezentujemy klasyczny układ sterownika oświetlenia dyskotekowego. Str. &b.
Stoper na
szkolnq
olimpiadę
Drugq częściq artykułu kończymy opis tego urzqdze-nia, prezentujqc moduły rozszerza- ^ jqce jego możliwości, tzn. detektor strzału i fotokomórkę. Str. 67.
Programator szeregowych pamięci EEPROM
Jest to urzqdzenie od dawna oczekiwane przez wielu Czytelników EP. Od tej chwili zaprogramowanie dowol-f a w/ nej pamięci szeregi '' gowej z interfejsem w * I2C nie sprawi nikomu ^^Śr trudności! Str. 47.
EDWin krok po > kroku
Rozpoczynamy krótki kurs obsługi programu do projektowania płytek drukowanych EDWin. Postanowiliśmy zwrócić Waszq uwagę na ten pakiet przede wszystkim ze względu na cenę - właścicielem najprostszej wersji EDWina można się stać za ok. 350 zł! Str. 28.
Elektronika Praktyczna 9/9S
Automatyka na wesoło... A
...lecz mimo to bardzo serio. Naj-nowszq propozycję firmy Siemens przedstawiamy na str. 30.
COP� FAM I LY
Mikrokontrolery COP8 A
Zgodnie z sierpniowq obietnicq prezentujemy mało znanq rodzinę mikro-kontrolerów produkowanych przez firmę National Semiconductor. Str. 81.
XPLA-Prommer, czyli jak wycis-nqć pieniqdze z grapefuita c.d.
Na str. 32 prezentujemy kolejne narzędzie uruchomieniowe dla układów CoolRunner firmy Philips.
IKA
Nr 69
wrzesień '98
Konkurs....................
Witryna klubu AVT,
I Świat hobby, ^j^gjtty zagranic;
Prosty odbiornik radiowy na fale średnie.........................
Tester konduktancji z brzęczykiem i diodami LED ..........
Rozładowywarka do akumulatorów NiCd......................
[ Notatnik Praktyka^^^^^^^^^^^^^^^^^
Pamięci EEPROM w systemach mikroprocesorowych,
13 17 19 H
21
EDWin krok po kroku, część 1............................................28
Automatyka na wesoło XPLA-Prommer - doskonale narzędzie dla doskonałych układów
Projekty

Czytnik-programator kart chipowych Zegar millenijny Programator pamięci EEPROM z interfejsem szeregowym I2C
Zasilacz bez radiatorów Monitor słowa ośmiobitowego Kurant do zegara pseudoanalogowego Stoper na szkolng olimpiadę, część 2
Miniprojekty
Sterownik węża świetlnego Ś Elektroniczny "odrzutowiec" lub "motocykl"
30 32
34 41
47 53 59 ó3 61
16
Nowe podzespoły...............................................................77
Mikrokontrolery COP8,
Ł Projekty Czytelników!
Uniwersalny sterownik oświetlenia dyskotekowego.......85
Forum................................................................................88
Info Świat.........................................................................89
InfoKraj............................................................................91
Listy...................................................................................98
Kramik+Rynek................................................................93 fl
Wykaz reklamodawcow............................................110
i|_kspresowy Informator E|ekłrpn.|czny........................... JllB
Wyniki konkursów.
Elektronika Praktyczna 9/98
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
Elektroniczny termometr z czujnikiem PtlOO
Projekt
040
Dzięki za stosowani u,
w prezentowanym
mierniku, profesjonalnego
czujnika temperatury PtlOO
zarówno zakresy
pomiarowe, jak
i dokładność pomiaru
spełnia wymagania także
bardziej wymagających
Czytelników.
Trochę teorii
Rozważając możliwość budowy termometru z czujnikiem płaty n owym, sta ną -łem przed problemem line-aryzacji czujnika temperatury typ PtlOO.
Specjalizowane układy scalone przeznaczone do tego celu okazały się bardzo drogie i trudno dostępne, a rozwiązanie zaproponowane przez Piotra Góreckiego w artykule "Termometr z czujnikiem platynowym PtlOO", opublikowanym w EP 7/94, nawet nie przyszło mi do głowy.
Zainspirował mnie natomiast schemat termometru zamieszczony w książce panów Z. Kulki, A. Libury i M. Nadachowskiego pt. "Przetworniki analogowo-cyfrowe i cyfrowo-analogo-we" (opublikowany również w EP2/97). Przy uważnej lekturze wspomnianej
książki natrafiłem na rozdział opisujący przetworniki o charakterystyce nieliniowej, a zwłaszcza o sposobie zamiany charakterystyki przetwornika z liniowej na nieliniową poprzez sumowanie napięcia odniesienia z częścią napięcia przetwarzanego. Znając wartości rezystancji czujnika PtlOO dla różnych temperatur (zawiera je polska norma PN-33M53352) i zakładając stabilizację prądu płynącego przez czujnik na poziomie lmA, wyliczyłem wartości napięcia odniesienia dla konkretnych temperatur, przy których wskazania termometru byłyby poprawne.
I tak, wskazanie przetwornika ICL 7106 (układ Usl) opisane jest wzorem:
wskazamewyświetlacza =
1000*Um/UBEF,
gdzie: U|N - napięcie wejściowe pomiędzy końcówkami INHI i INLO; Up-p - napięcie odniesienia pomiędzy końcówkami RHI i RLO.
Po przekształceniu możemy łatwo obliczyć napięcia odniesienia dla różnych temperatur:
UREF= 1000* U "/wskazania wyświetacza
Np. dla temperatury -15O�C rezystancja czujnika wynosi 39,7lLi, a więc napięcie pomiędzy końcówkami INLO i INHI (patrz schemat) wyniesie -60,29mV. Po podstawieniu otrzymujemy:
UREF(-150�C) = 1000* (-60,29)rnV/(-150) = 401,93rnV, a dla temperatury +400�C:
U
REF(+400�C) =1000*147,04/ 400 = 367,6mV
Następnym krokiem było wyliczenie wartości napię-
Rys. 1.
L P WE1 WE2 0 0 GENERATOR DZIELNIK PR7F7 9 DZIELNIK PRZEZ 2
KANAŁ 76kHz Q1 Q1 02
19kHz
ł '
WZMACNIACZ M.CZ. KLUCZE
38kHz

38kHz w przeciwnej fazie
i
OANT.W
MODULATOR FM GENERATOR UKF 65-108MHZ WZMACNIACZ W.CZ.

Schemat z rys.3.
Elektronika Praktyczna 1/98
83
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
cia ustawionego na potencjometrze P2 (patrz schemat z rys. 1) oraz współczynnika podziału napięcia na czujniku PtlOO, aby po odjęciu go od napięcia ustawionego na potencjometrze P2 otrzymać pożądaną zmianę charakterystyki przetwarzania układu ICL 7106. Napięcie na potencjometrze P2 jest stałe dla wszystkich temperatur i możemy je wyliczyć ze wzoru:
, UP2 = (UR100*X) + UREp
gdzie: Up2 - napięcie ustawione na potencjometrze P2; Uptl00 - napięcie na czujniku PtlOO; x - współczynnik podziału napięcia na czujniku PtlOO.
Po podstawieniu dla temperatur - 150�C i +400�C otrzymujemy:
-150�CUP2 = 39,71x + 401,93[mV] +400�C UP2 = 247,04x + 367,160 [mV]
Skoro Up2 jest zawsze takie samo, otrzymujemy: 247,04x + 367,6 = 39,71 x + 401,93 247,04x-39,71x = 401,93 -367,6 x 0,165.
Podstawiając do wzoru otrzymujemy napięcie ustawione na P2:
UP2 = (39,71 * 0,165) + 401,93 = 408,48 [mV].
Przyjęte założenia oraz powyższe przykłady tylko w przybliżeniu linearyzują układ czujnik - przetwornik.
Niemniej jednak, po przeliczeniu dla różnych temperatur okazało się, że w zakresie temperatur od -150�C do +550�C proponowany układ daje teoretycznie błąd wskazań mniejszy niż 1�C, a w zakresie do 250�C nawet 0,2�. Cierpliwych zachęcam do obliczeń.
Opis układu
Układ elektroniczny termometru nie jest skomplikowany (rys. 1). Zawiera pięć układów scalonych, kilkanaście rezystorów, kilka kondensatorów, dwa potencjometry i wyświetlacz ciekłokrystaliczny. Układ scalony USl to popularny przetwornik pracujący w klasycznym układzie publikowanym wielokrotnie na łamach różnych czasopism i nie wymaga specjalnych objaśnień. Wzmacniacz operacyjny US3 to układ scalony LM3O8 w konfiguracji stabilizatora prądu płynącego przez czujnik PtlOO. Rezystory Pl, R6, RIO, R13 ustalają prąd pomiarowy na około lmA. Wartość
taka jest kompromisem pomiędzy czułością przetwornika a zasilaniem z baterii.
Potencjometrem Pl ustawia się napięcie na końcówce INLO tak, aby przy rezystancji czujnika wynoszącej 10012 (0�C) wskazanie na wyświetlaczu wynosiło dokładnie 00.0�C.
Poprzez rezystor R5 napięcie z czujnika jest doprowadzone do końcówki INHI układu USl. Napięcie to w zależności od temperatury może przyjmować wartości dodatnie lub ujemne względem końcówki INLO.
Kondensator C4 włączony pomiędzy te końcówki filtruje napięcie wejściowe.
Wzmacniacz operacyjny US4 jest odpowiedzialny za kształtowanie charakterystyki przetwarzania. Do wejścia nieodwracającego tego układu jest podane napięcie z suwaka potencjometru P2, od którego odejmowana jest poprzez wejście odwracające część napięcia z czujnika pomiarowego. Z wyjścia tego układu, poprzez dzielnik napięcia oraz klucze analogowe Kl i K2 układu US5, sterowana jest końcówka RHI układu USl. I tak, ze wzrostem rezystancji (temperatury) czujnika pomiarowego wzmacniacz operacyjny US4 LM 308 powoduje obniżanie się napięcia odniesienia, przez co zmienia się charakterystyka przetwarzania, kompensując tym samym nieliniowość czujnika. Bramki Bl i B2, sterowane wyłącznikiem, załączają klucze analogowe Kl i K2, które załączają na przemian pełne napięcie z wyjścia US4, bądź jego dziesiątą część. Rozwiązanie to ma na celu zwiększenie rozdzielczości pomiaru w zakresie temperatur do 200�C. Dodatkowa bramka Bl, poprzez bramkę B3, załącza także punkt dziesiętny na wyświetlaczu przy pomiarze o wyższej rozdzielczości. Rezystory Rl, R2, R3, tranzystor Tl i bramka B4 tworzą układ sygnalizujący na wyświetlaczu rozładowanie baterii zasilającej.
Montaż i uruchomienie
Montaż termometru rozpoczynamy od lutowania zwór, rezystorów, kondensatorów, potencjometrów. W następnej kolejności wlu-towujemy tranzystor i diodę,
okablowanie do wyłącznika zasilania, przełącznika rozdzielczości, gniazda czujnika oraz zacisku baterii 9V. Przewody gniazda i zacisku baterii przewlekamy przez otwory w płytce drukowanej aby zapobiec oberwaniu się ich przy spoinach.
Uwaga: przewody gniazda czujnika, przy wykorzystaniu zaproponowanej płytki, lutujemy od strony druku pod układem US3.
Teraz możemy wlutować wzmacniacze operacyjne i układy CMOS. W ostatniej kolejności montujemy przetwornik USl, a nad nim wyświetlacz.
Układ scalony powinien być maksymalnie dociśnięty do płytki. Pomiędzy nim a montowanym nad nim wyświetlaczem powinna pozostać minimalna wolna przestrzeń. W przeciwnym razie na wyświetlaczu moglibyśmy zobaczyć odciśnięte krawędzie obudowy układu. Jeżeli układ został zmontowany ze sprawnych elementów, to jego uruchomienie go nie będzie trudne.
W pierwszej kolejności sprawdzamy czy na płycie nie ma "mostków z cyny". Jeżeli ich nie zauważymy, to podłączamy zasilanie. Sprawdzamy pobór prądu z baterii bez podłączonego czujnika - powinien wynosić ok. 2,3..2,5mA. Na wyświetlaczu powinny ukazać się segmenty B4 i C4 (najstarsza jedynka). Przełącznikiem W2 sprawdzamy czy pojawia się przed najmłodszą cyfrą punkt dziesiętny. Zwierając na chwilę wyprowadzenie 37 (TEST) USl z "plusem" baterii, sprawdzamy czy są wyświetlane wszystkie segmenty.
Uwaga: dla układu 7106 podczas testu wyświetlacza, do segmentów jest doprowadzane napięcie stałe, które może uszkodzić wyświetlacz, jeżeli taki stan potrwa kilka minut.
Jeżeli wszystko jest w porządku, możemy sprawdzić wartość prądu płynącego przez czujnik PtlOO -powinien on wynosić ok. 0,9.. 1,1 mA, a tym samym prąd zasilania powinien wzrosnąć do ok. 3,5mA.
Na wyświetlaczu ukażą się przypadkowe wskazania, które powinny się zmieniać w czasie regulacji potencjometrami Pl i P2. Jeżeli
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Pl: 2kQ hltr.
P2: 2kQ hltr.
Rl: 180kQ 5%
R2, R3, R4, R5: 1MQ 5%
R6, R7, R8: 10kQ 1%
R9: 16,5kQ 1%
RIO: Ó19Q 1%
Rll: 61,9kQ 1%
R12: 100ka 1%
R13: 32,4kQ 1%
R14: 9,09kQ 1%
R15: lkQ 1%
R16: 100ka 5%
R17: 27kQ 5%
Kondensatory
Cl, C2, C3: lOOpF
ceramiczny
C4, C5: lOnF ceramiczny
Có: lOOnF
C7: 470nF
C8: 220nF
Półprzewodniki
Dl: 1N4148
Tl: BC238C
USl: ICL7106
US2: CN4136R
US3, US4: LM308
US5: CD 4066
US6: CD 4070
Różne
Gl: gniazdo DIN
Wl: WS 946.11.3.01
W2: WS 946.11.3.01
wszystkie nasze zabiegi wypadły pomyślnie, to możemy przystąpić do skalowania termometru.
Uwaga: skalowanie powinniśmy przeprowadzić razem z przewodem, do którego podłączony będzie czujnik. W ten sposób przy skalowaniu uwzględnimy również rezystancje tych przewodów.
Do skalowania potrzebne będą dwa rezystory o rezystancji 10012, ich tolerancja powinna być lepsza od 0,1%, co pozwoli nam uzyskać dużą dokładność regulacji. Mogą też być użyte specjalne rezystory przeznaczone do sprawdzania fabrycznych mierników temperatury. Ostatecznie możemy posłużyć się dobrym multimetrem cyfrowym (np. Metex 4650 na zakresie 2mA ma rezystancję wejściową 10012).
W pierwszej kolejności podłączamy do przewodów rezystor 10012 (lub rezystor do sprawdzania mierników albo multimetr). Należy zadbać o to, by połączenia były pewne i miały jak naj-
84
Elektronika Praktyczna 1/98
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
mniejszą rezystancję. Potencjometrem Pl ustawiamy na wyświetlaczu wartość 00,0 przy pomiarze o podwyższonej rozdzielczości. Następnie włączamy w obwód drugi rezystor i jeżeli jest to także 10012, to ustawiamy potencjometrem P2 wskazanie 267 - koniecznie na niższej rozdzielczości. Operację tę powtarzamy kilkakrotnie, aby mieć pewność. Do sprawdzania mierników ustawiamy wartość odczytaną z tego rezystora. Jeżeli dysponujemy tylko multi-metrem, zawieramy przewody i ustawiamy potencjometrem P2 wartość - 245 na wyświetlaczu. Ten ostatni sposób nie jest zbyt dokład-
ny, ale jeżeli nie są stawiane duże wymagania - jest w zupełności wystarczający.
Pozostaje nam jeszcze sprawdzić, czy wskazania termometru przy niższej i wyższej rozdzielczości są takie same. Jeżeli się różnią, to równolegle do rezystora R14 dolutowujemy rezystor o rezystancji od 620kQ do 1,5MQ dobrany w ten sposób, aby wskazania pokrywały się na obu zakresach.
Możemy też, jeśli dysponujemy regulowanym zasilaczem, sprawdzić sygnalizacje rozładowania baterii. Literki BA na wyświetlaczu powinny się włączyć przy napięciu 8V do 8,5V.
Uwagi końcowe
Chociaż proponowany układ pracuje z zasilaniem bateryjnym, można wykonać go z powodzeniem jako zasilany z sieci, stosując jako przetworniki pomiarowe układy ICL 7107 lub ICL 7135. Mamy wtedy możliwość zwiększenia prądu płynącego przez czujnik PtlOO. Nie zalecam jednak zwiększenia tego prądu powyżej lOmA - istnieje bowiem niebezpieczeństwo samonagrzewania się czujnika pod wpływem płynącego prądu.
Dziwić może też zastosowanie wyświetlacza CN4136R firmy Unitra-Do-lam z Wrocławia, nie mają-
cego swoich odpowiedników w handlu, jednak pod koniec lat osiemdziesiątych zdobycie zachodnich wyświetlaczy nastręczało sporo trudności. Po przeprojektowaniu płytki można zastosować dowolny wyświetlacz 3,5-cyfrowy. Oryginalne termometry, budowane przez kilka lat, pracują z czujnikami firmy Czaki Thermop-roduct z Raszyna, jako przenośne mierniki do doraźnej kontroli temperatury.
Osoby zainteresowane informuję, że posiadam częściowo uzbrojone płytki termometrów. Wykaz elementów prześlę na życzenie. Roman Mania
Elektronika Praktyczna 1/98
85
PROJEKTY
Zegar millenijny
kit AVT-465
Chciałbym zaprezentować
kolejny układ zegara
cyfrowego. To prawda, że na
łamach naszego pisma
opublikowaliśmy już wiele
opisów mniej lub bardziej
skomplikowanych zegarów, ale
ten jest czymś zupełnie
wyjątkowym -
Z pozoru nic szczególnego: elektroniczny zegar z wyświetlaczami siedmiosegmentowyini LED, stabilizowany kwarcem. Wprawdzie różni się od większości zegarów tym, źe pokazuje także kolejne dni roku, ale to jeszcze żadna rewelacja.
Co zatem upoważniło mnie do nazwania tego zegara wyjątkowym? To, że odlicza on czas do tyłu! Nie, nie obawiajcie się drodzy Czytelnicy, proponowane urządzenie nie jest kontynuacją osławionego "Układu do ultiapre-cyzyjnej regulacji zegarów", którego opis ku uciesze Czytelników zamieściliśmy w primaapriliso-wym numerze EP .
Projekt jest jak najbardziej poważny i proponowałbym już teraz zbudować taki zegar, ale uruchomić dopiero w najbliższą noc sylwestrową. Kolejną wskazówką, dzięki której możecie się łatwo domyślić celu budowy nowego typu zegara jest to, że po upływie ok. 2,5 roku będzie go można jedynie wyrzucić na śmietnik, lub przechowywać w szyfladzie wyłącznie ze względów sentymentalnych. Domyśliliście się już chyba, że zegar będzie odmierzał czas, jaki pozostał do końca XX wieku.
Przełomy wieków zawsze budziły u ludzi emocje, na szczęście zupełnie nieuzasadnione. Prorokowano koniec świata, kataklizmy i najróżniejsze nieszczęścia, które z nastaniem nowego stulecia miały
spaść na ludzkość. Po raz pierwszy w historii, przepowiednie takie mają obecnie pewne uzasadnienie. Bałagan w systemach komputerowych już się zaczął. Słyszy się
0 przypadkach odmowy przez komputery bankowe wypłaty pieniędzy z kart płatniczych ważnych np. do 2004 roku, bowiem uznają, że ich ważność zakończyła się w 1904 roku! No cóż, ktoś kiedyś nie przewidział...
Zanim przejdziemy do konkretów i zapoznamy się z proponowaną konstrukcją, wyjaśnijmy sobie jeszcze jedną sprawę. Słyszy się, że ludzie oczekują na nadejście 2000 roku, jako na początek nowego stulecia. Nic bardziej błędnego, nie było przecież nigdy roku zerowego naszej ery! Według tradycji chrześcijańskiej Jezus Chrystus narodził się w pierwszym roku ery nowożytnej, a zatem kolejne wieki rozpoczynają się w roku 1 nowego stulecia. Oczekiwany wiek XXI rozpocznie się zatem o północy w noc sylwestrową przełomu 2000 i 2001 roku i do tej daty
1 godziny będziemy musieli dostosować nasz zegar! Kiedy piszę te słowa do początku XXI wieku pozostało jeszcze 913 dni.
W wersji podstawowej układ zegara będzie pokazywał upływający czas na dziewięciu wyświetlaczach siedmiosegmentowych LED o standardowych wymiarach. Można jednak pomyśleć o wykorzystaniu zbudowanego urządze-
Elektronika Praktyczna 9/98
41
Zegar millenijny
Rys. 1. Schemat elektryczny zegara.
nia do celów reklamowych w rodzaju: "Kroczymy w XXI wiek z firmą Krzak i Synowie!" Aby umożliwić takie wykorzystanie zbudowanego układu, na płytce drukowanej zegara zostały umieszczone złącza umożliwiające dołączenie do układu dziewięciu wyświetlaczy o dużych wymiarach
(opisane w lipcowych Miniprojek-tach - AVT1186).
Zegar został zaprojektowany z wykorzystaniem wyłącznie tanich i powszechnie dostępnych elementów. Pomimo pewnej złożoności układu, jego wykonanie nie powinno przysporzyć kłopotu nawet mało doświadczonym konstruktorom.
Opis działania układu
Na rys. 1 i 2 przedstawiono schemat elektryczny zegara. Na rys. 1 pokazano główny blok zegara, a na rys. 2 widzimy jedynie wyświetlacze siedmiosegmen-towe wraz z dekoderami, połączone z blokiem głównym złączem kątowym typu goldpin.
42
Elektronika Praktyczna 9/98
Zegar millenijny
Ponieważ druga część schematu nie jest warta komentarza, skupimy się na części pierwszej. Z pozoru układ wydaje się dość skomplikowany, ale po chwili zauważymy z pewnością, że składa się on głównie z kaskadowo połączonych liczników BCD, generatora kwarcowego i kilku elementów pomocniczych. Blok liczników jest najprostszym z możliwych: dziewięć liczników rewer-syjnych BCD połączonych kaskadowo. Liczniki ICl, IC2 i IC3 zliczają dni do końca wieku, liczniki IC4 i IC5 podają liczbę godzin, przez które będziemy musieli dodatkowo czekać na noworocznego szampana w XXI wieku, liczniki IC6 i IC7 odmierzają minuty, a IC8 i IC9 - sekundy.
Generator częstotliwości wzorcowej został zbudowany także bardzo typowo, z wykorzystaniem taniej i popularnej kostki typu 4060. Układ ten zawiera w swojej strukturze wszystkie elementy potrzebne do zbudowania generatora stabilizowanego oscylatorem kwarcowym oraz dzielnik częstotliwości o stopniu podziału 214. Do stabilizowania częstotliwości zastosowałem popularny i tani kwarc zegarkowy o częstotliwości rezonansowej 32768Hz. Rozwiązanie takie zostało podyktowane koniecznością znalezienia kompromisu pomiędzy dokładnością zegara i ceną podzespołów, która w wypadku układu mającego charakter "jednorazówki" nie powinna być zbyt wysoka. Z kwarcami tego typu bywa zresztą różnie: trafiają się lepsze i gorsze egzemplarze. Te lepsze mogą zapewnić dokładność wskazań zegara dochodzącą do kilkudziesięciu sekund na rok. Ponieważ nasz zegar posiada wbudowany układ korekcji wskazywanego czasu, kwarc zegarkowy można uznać za zupełnie wystarczający.
Na wyjściu Q14 układu IC10 otrzymujemy przebieg prostokątny o częstotliwości 2Hz. Jest to częstotliwość trochę za duża do sterowania licznika sekund i dlatego zastosowałem dodatkowy dzielnik częstotliwości przez 2 zrealizowany na "kawałku" licznika binarnego IC11A - 4520.
Mogłoby wydawać się, że kaskadowe połączenie liczników re-wersyjnych zliczających w dół
rozwiąże wszystkie sprawy związane z odliczaniem czasu do XXI wieku. Niestety, powstały problemy z liczeniem dziesiątek minut i sekund oraz godzin. Po osiągnięciu przez licznik BCD stanu 0, następny impuls spowoduje ustawienie na wyjściach licznika stanu 9. Jest to nie do przyjęcia w przypadku wyświetlania dziesiątek minut i sekund, ponieważ kolejną cyfrą po "0" powinno być podczas zliczania w dół - "5". Problem został rozwiązany w bardzo prosty sposób, który omówimy na przykładzie licznika sekund. Podczas zliczania w dół, gdy licznik IC8 zmienia stan z 0 na 9, to na jego
I I I
I I I
I I I
I I I
I I I
I I I
I I I
I I I
I I I
wyjściu pożyczki (/BO) pojawia się niski poziom napięcia impuls ujemny.
Zbocze tego impulsu, po zróżniczkowaniu go przez kondensator C7, powoduje wygenerowanie krótkiego impulsu ujemnego na wyjściu bramki IC13A, a w konsekwencji przepisanie do rejestru liczników IC8 i IC9 danych z ich wejść programujących. Na wejściach licznika IC8 ustawiony jest stan 0101[BIN] czyli liczba "5", a na wejściach licznika IC9 "9". Tak więc, po stanie zerowym kolejną liczbą, jaka zostanie wyświetlona na połączonych z tymi licznikami wyświetlaczach będzie "59".
Do plyM agan (�*!� licznika*)
Rys. 2. Schemat elektryczny części wyświetlaczy i dekoderów.
Elektronika Praktyczna 9/98
43
Zegar millenijny
OOOOOOOD
] 1-1
- a dfr"
u
COMM
u. B
u U
B da
u
COMM
u. B
a U
u
rCOMM
u. B
a U
da
?Sjmm uo
u. B
a U
a da
< UJ
COMM Ś3
u. B
a U
a da
< u
COMM
u. B .
a
COMM
COMM
da
u
COMM
da
o
BO
o
Rys. 3. Rozmieszczenie elementów na płytce wyświetlaczy.
Identycznie został zaprojektowany układ licznika minut, a kolejny problem powstał z licznikiem godzin. Tym razem po stanie zerowym tych liczników kolejną liczbą jaka powinna ukazać się na połączonych z nimi wyświetlaczach jest "23". Problem został rozwiązany identycznie jak w przypadku liczników sekund i minut, z tym że na wejściach programujących liczników IC4 i IC5 ustawiona jest liczba "23".
Należy teraz wspomnieć o roli jaką pełnią w układzie cztery przełączniki oznaczone jako S1..S4. Przełącznik S4 powoduje ustawienie zegara w dwa tryby pracy: programowania i zliczania czasu.
�#flcfl[]-�
Rys. 4. Rozmieszczenie elementów na płytce zegara.
Jeżeli przełącznik ten znajduje się w pozycji takiej, jak na schemacie, to zegar pracuje normalnie odmierzając upływający czas. Zwarcie S4 spowoduje wymuszenie stanu niskiego na wejściach PE\ liczników dni i wyzerowanie wszystkich pozostałych liczników włącznie z generatorem zegarowym. W tej właśnie pozycji przełącznika S4 możemy dokonać zaprogramowania liczby dni pozostających do zakończenia wieku i punktualnie o godzinie 12 w nocy uruchomić nasz zegar. Programowanie liczby dni wykonujemy za pomocą jumperów JP1..JP12, ustawiając odpowiednie kombinacje '0' i '1' na wejściach progra-
mujących liczników dni. Największą liczbą jaką możemy zaprogramować jest 999, a najmniejszą 1. Osobiście proponuję dokonać "odpalenia" zbudowanego zegara w noc sylwestrową bieżącego roku. Do końca wieku pozostaną wtedy dokładnie dwa lata, czyli 731 dni i tę właśnie liczbę będziemy musieli ustawić za pomocą jumperów.
Po ustawieniu liczby dni rozwarcie przełącznika S4 spowoduje natychmiastowy start zegara, stąd też konieczność jego uruchomienia dokładnie o północy. Można było wprawdzie pomyśleć o wstępnym programowaniu liczby godzin a nawet minut, ale niepotrzebnie komplikowałoby to konstrukcję. Konieczność "odpalenia" wykonanego zegara w godzinie duchów ma ponadto swój urok!
Nie miejmy złudzeń, nasz zegar, nawet po dokładnej regulacji za pomocą trymera C2, może po dłuższym czasie, a na pewno po dwóch latach nieco się rozregulować. Do wprowadzania niezbędnej korekty służą dwa przełączniki: Sl i S2. Przełącznikiem Sl można odjąć od stanu liczników jedną godzinę, a przy pomocy S2 - dodać. Ponieważ przy pomocy przełącznika S3 możemy zatrzymać pracę generatora kwarcowego, taka metoda dodatkowej regulacji wydaje się być wystarczająco skuteczna, aczkolwie-k niezbyt wygodna.
Należy jeszcze wspomnieć o roli, jaką odgrywa w naszym układzie generator impulsów o zmiennym wypełnieniu zbudowany na układzie IC15 - NE555. Ciąg impulsów, o wypełnieniu zmienianym potencjometrem Pl od 1% do ok. 99%, jest doprowadzany do wejść wygaszania wszystkich dekoderów BCD na kod wyświetlacza siedmiosegmentowego. Umożliwia to regulację w szerokim przedziale intensywności ich świecenia.
Układ wymaga zasilania +7..8VDC o wydajności prądowej ok. 500mA. Ponieważ trudno przypuścić, aby przez dwa lata elektrownia nie wyłączyła prądu choćby na chwilę, przewidziano możliwość zastosowania zasilania awaryjnego. Do złącza CON12 możemy dołączyć cztery szeregowo połączone bateryjki 1,5V, najlepiej alkaliczne typu R6. W przypadku
44
Elektronika Praktyczna 9/98
Zegar millenijny
WYKAZ ELEMENTÓW
Płytka bazowa Rezystory
Pl: 100ka/A potencjometr
obrotowy
Rl: 330kO
R2: 10MO
R3, R5: 820kO
R4, R6, R8: 220kQ
R7, R9: 10kO
RIO, Rll: lkn
R12: lOOka
Kondensatory
Cl: 33pF
C2: trymer 47pF
C3, C4, C9, Cli: lOOnF
C5, Có, C7: lnF
C8, CIO: 1000^F/16V
C12, C13: lOnF
Półprzewodniki
DL D2, D3, D4, D5: 1N4001 lub
podobne
D6, D7: 1N4148 lub podobne
IC1, IC2, IC3, IC4, IC5, IC6, IC7,
IC8, IC9: 40192
IC10: 4060
ICH: 4520
IC12, IC13: 4011
IC14: 7805
IC15: NE555
Różne
Ql: kwarc 32768HZ
CON10: goldpin kątowy 40 pinów
CON11, CON12: ARK2
JP1..JP12: 3 x goldpin +jumper
Sl, S2, S3: przyciski typu RESET
S4: przełącznik dźwigienkowy
Płytka wyświetlaczy Półprzewodniki
DP1..DP9: wyświetlacze
7 segmentowe LED wsp. anoda
IC1..IC9: 4543
CON1: goldpin kątowy 40 pinów
awarii zasilania z baterii popłynie prąd zasilający jedynie część cyfrową układu, natomiast pobierające dużo prądu wyświetlacze pozostaną wyłączone. Należy sądzić, że baterie alkaliczne dobrej jakości wystarczą na cały czas "życia" naszego zegara, tym bardziej , że wykorzystywane będą jedynie sporadycznie.
Montaż i uruchomienie
Na rys. 3 i 4 pokazano rozmieszczenie elementów na płytkach drukowanych obydwu części
zegara. Mozaikę ścieżek przedstawiono na wkładce wewnątrz numeru.
Ze względu na znaczną komplikację połączeń zmuszony byłem zastosować laminat dwustronny z metalizacją. Montaż przeprowadzamy w typowy sposób, rozpoczynając od elementów o najmniejszych gabarytach i podstawek pod układy scalone, a kończąc na połączeniu ze sobą obydwóch płytek za pomocą kątowego złącza goldpin. Taki sposób połączenia zapewnia mechaniczną sztywność konstrukcji i zachowanie idealnie prostego kąta pomiędzy płytkami.
Jedyną czynnością regulacyjną jaką będziemy musieli wykonać po zmontowaniu obydwóch płytek będzie dokładne dostrojenie generatora kwarcowego do częstotliwości 32768Hz. Pomiaru częstotliwości dokonujemy na nóżce 9 układu 4060.
Po wykonaniu i wyregulowaniu układu zegara przyjdzie pora na jego zaprogramowanie i uroczyste uruchomienie. Programowania dokonujemy za pomocą jumperów JP1..JP12, ustawiając na wyświetlaczach liczbę dni pozostałych do końca bieżącego stulecia. Programowanie przeprowadzamy przy przełączniku S4 ustawionym w położeniu przeciwnym do pokazanego na schemacie. Po tej czynności pozostaje nam już tylko oczekiwanie na uroczyste włączenie naszego zegara.
Jak już wspomniałem, zbudowany układ możemy wykorzystać do sterowania wyświetlaczami o dużych rozmiarach (AVT-1186). Układ może współpracować z tymi wyświetlaczami na dwa sposoby: wyświetlając czas jednocześnie na swoich wyświetlaczach i dodatkowych, dołączonych za pomocą przewodów oraz tylko na dużych wyświetlaczach. W tym drugim przypadku nie musimy w ogóle montować płytki wyświetlaczy, ani stosować dekoderów 4543, które znajdują się już na płytkach wielkich wyświetlaczy.
Dodatkowe wyświetlacze dołączamy do złącz CON1..CON9, osobno doprowadzając do nich napięcia zasilające. Zbigniew Raabe, AVT
Elektronika Praktyczna 9/98
45
PROJEKTY
Programator pamięci EEPROM z interfejsem szeregowym I2C
kit AVT-466
Czytelnicy, którzy
przeczytali tekst o sposobach
programowania pamięci
EEPROM, zamieszczony
w sierpniowym n um erze EP,
mogą traktować ten projekt
jako uzupełnienie tamtego
artykułu.
Zamieszczone w nim
informacje o sposobie
transm isji d anych i pra cy
układów EEPROM
z szeregowym in terfejsem I2 C
wykorzystano podczas
projektowania programatora
i przygotowywania jego
oprogramowania.
Pamięci szeregowe EEPROM są zazwyczaj wykorzystywane jako pamięci nieulotne, przechowujące niewielkie ilości danych, np. parametry konfiguracyjne w wielu urządzeniach powszechnego użytku takich jak odbiorniki telewizyjne, magnetowidy czy zestawy muzyczne. EEPROM-y szeregowe można także spotkać w przemysłowych sterownikach, kserokopiarkach, termostatach itp. Są często i chętnie stosowane ze względu na niewielki koszt i dość prosty sposób zapisu i odczytu informacji poprzez powszechnie stosowany interfejs PC.
Budując układ wykorzystujący EEPROM-y wygodnie jest mieć pod ręką urządzenie, dzięki któremu można podejrzeć zawartość pamięci lub ją zmodyfikować. Dotyczy to zwłaszcza sytuacji, gdy układ nie działa prawidłowo i chciałoby się wiedzieć czy dane wpisywane do pamięci są właściwe. Programator pozwoli także sprawdzić, czy używana kostka pamięci nie jest uszkodzona oraz powielić jej zawartość w innych egzemplarzach.
Układy pamięci EEPROM z interfejsem PC produkowane w obudowach DIP8 mają, bez względu na typ, standardowy rozkład wyprowadzeń. Dotyczy to zarówno produktów firmy XICOR, ATMEL, jak i SGS-THOMSON. Dodatnie napięcie zasilające (najczęściej
+5V, chociaż produkowane są wersje zasilane +3V, a nawet +1,8V!) dołącza się do 8 wyprowadzenia, a masę do 4. Linia SDA to nóżka 5, a SCL nóżka 6. Wyprowadzenia 1-3 służą do adresowania i wyboru kostki pamięci lub pozostają nie podłączone. Nóżka 7 podłączona do plusa może blokować zapis lub producent pozostawia ją nie wykorzystaną. Generalnie pamięci różnią się pojemnością i związanym z tym sposobem transmisji danych magistralą PC. Ze względu na sposób programowania układy można podzielić na trzy grupy: o pojemności lkb (128B) oznaczane jako 24C01, o pojemności l/2/4/8/16kb (odpowiednio 128, 256, 512, 1024 i 2048B) oznaczane symbolami 24C01A, 24C02-C16 oraz układy o pojemności 32 i 64 kb oznaczane, jak łatwo się domyślić, symbolami 24C32-C64. Programator potrafi zapisywać i odczytywać dane z pamięci wszystkich wymienionych typów.
Różnice w sposobie transmisji danych pomiędzy układami tych trzech grup pokazuje rys. 1, przedstawiający schematycznie sposób zapisu do pamięci 1 bajtu danych. Różnice wynikają głównie ze sposobu adresowania, co z kolei wiąże się z pojemnością pamięci. Ponieważ układ 24C01 może zapamiętać tylko 128 bajtów i do magistrali PC może być dołączony
Elektronika Praktyczna 9/98
47
Programator pamięci EEPROM z interfejsem szeregowym I2C
T S
a) A R WORD i C
T ADDRESS (n) DATAn P
SDA LINĘ i i i i i i 1 i i i i i i i r 1
M L H A A
S S 1 C G
B B W K K
S W
T R s
A 1 T
R DB/1CE 0
T ADDRESS E WORD ADDRESS DATA P
SDA UNE J J] i i i i i i i i i i i i i i i i 1
M L R A A A
S S L C C C
B B W K K ŚK
S W
C) T R S
A 1 T
R DEVICE FIRST SECOND 0
T ADDRESS E WORD ADDRESS WORD ADDRESS DATA P
SDA UNE J J] i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i n
M L R A M A L A A
S S Ł C S C S C C
B 3 W K B K a K
Rys. 1. Formaty słów zapisu danych do pamięci.
tylko jeden taki układ, to jego adresowanie mieści się w jednym bajcie poprzedzającym bajt danych. Najstarszych 7 bitów określa adres komórki, a najmłodszy bit decyduje o tym czy informacja ma być zapisywana do komórki pamięci (bit = 0) czy też odczytywana (bit = 1). Pojemność układów z drugiej grupy może sięgać 2k i do zaadresowania wszystkich komórek są potrzebne dwa bajty, a dokładniej 11 bitów. Młodsze bity adresu zawiera bajt nazwany WORD ADDRESS, a 3 najstarsze bity zostały przeniesione do bajtu o nazwie DEVICE ADDRESS (razem z bitem R/W, określającym tryb pracy - zapis/odczyt).
Duża pojemność EEPROM-ów z trzeciej grupy wymaga dodania jeszcze jednego bajtu adresowego nazwanego FIRST WORD ADDRESS. W tym bajcie 5 najmłodszych bitów pełni rolę najstarszych bitów adresujących komórkę pamięci, a pozostałe bity adresu zawiera bajt SECOND WORD ADDRESS. W bajcie DEVICE ADDRESS pozostawiono bit sterujący trybem pracy i bity adresu układu.
Układ programatora składa się z małego sterownika współpracującego z komputerem PC poprzez łącze szeregowe RS-232. Program w komputerze i operator decydują o sposobie działania programatora, a procesor sterownika jest odpowiedzialny za bezpośrednią obsługę programowanej pamięci EEP-
ROM. Schemat sterownika pokazano na rys. 2. Kody poleceń i danych, transmitowane łączem RS, docierają do gniazda Pl i przez układ U4 są przekształcane na sygnały o poziomie TTL i podawane do procesora Ul. Program procesora interpretuje polecenia z PC i sterując przekaźnikiem PKl dołącza zasilanie do programowanego układu EEPROM (osadzonego w podstawce U3), co jest sygnalizowane świeceniem diody Dl. Magistralą PC dołączoną do portów Pl.7 i Pl.6 procesora są wysyłane adresy i dane. W przypadku odczytu, dane przekształcane są na sygnały RS-a i tą drogą wysyłane do komputera. Po zakończeniu sesji odczytu lub zapisu procesor wyłącza przekaźnik i programowany EEPROM może być wyjęty z podstawki, a sterownik czeka na kolejne rozkazy.
Sterownik reaguje na 4 rozkazy przesyłane łączem RS. Każdy rozkaz składa się z kodu ASCII dużej litery oraz bajtów parametrów, danych i cyfry kontrolnej, pozwalającej stwierdzić czy transmisja przebiega bez zakłóceń. Poniżej podano zestawienie rozkazów i ich strukturę (litery w nawiasach oznaczają poszczególne parametry).
P(abc) - ustawienie parametrów pracy sterownika. Bajt 'a' określa szybkość transmisji (0 -1200 bodów, 1 -4800 bodów), bajt 'b' wybiera typ programowanego
EEPROM-u (0 -24C01, 1 -24CO1A,24CO2/C16, 2 -24C32/ C64), bajt 'c' jest bajtem kontrolnym.
S(abc) - ustawienie adresu EEPROM-u do zapisu lub odczytu. Bajt 'a', to starsza część adresu, bajt 'b' młodsza część, a 'c' to bajt kontrolny.
W(add...dc) - zapis danych do EEPROM-u. Bajt 'a' jest liczbą przesyłanych bajtów do zapisu plus bajt kontrolny. Litery 'd' oznaczają bajty danych, a litera 'c' cyfrę kontrolną.
R(ac) - odczyt danych z EEPROM-u. Litera 'a' oznacza liczbę bajtów do odczytu, począwszy od adresu ustalonego wcześniej rozkazem "S", a 'c' to cyfra kontrolna.
Układ sterownika, po odebraniu rozkazu i jego pomyślnym wykonaniu, wysyła do komputera jako potwierdzenie znak "A" (skrót angielskiego słowa "acknow-ledgement"). Jeżeli rozkaz z jakichś przyczyn nie mógł być wykonany, wysyłany jest znak "N" (brak potwierdzenia). Wyjątek stanowi odpowiedź po rozkazie odczytu danych z EEPROM-u. Sterownik wysyła wtedy znak "A", bajty 'ddd' w liczbie podanej w rozkazie odczytu, a na końcu bajt sumy kontrolnej. Jeżeli odczyt się nie powiódł, sterownik odpowiada jedynie znakiem "N".
Wyjaśnienia może wymagać wprowadzenie i sposób tworzenia bajtu kontrolnego. Ponieważ sterownik i komputer porozumiewają się ze sobą przy pomocy szeregowego łącza RS, a kabel połączeniowy może mieć długość nawet kilku metrów, w czasie transmisji mogą zdarzyć się zakłócenia, które zniekształcą przesyłane dane lub rozkazy. Może to doprowadzić np. do zafałszowania zapisywanych w EEPROM-ie danych lub nawet zawieszenia pracy programatora. W celu lepszej kontroli poprawności transmisji, urządzenie nadawcze oblicza sumę kontrolną wszystkich transmitowanych bajtów i dołącza ją na końcu wysyłanego rozkazu. Odbiornik z drugiej strony złącza RS przeprowadza podobną operację. Oblicza sumę kontrolną odbieranych bajtów (ale oczywiście bez bajtu kontrolnego), a następnie porównuje z bajtem sumy obliczonej
48
Elektronika Praktyczna 9/98
Programator pamięci EEPROM z interfejsem szeregowym I2C
vcc
HEADER2
VCCO
Rys. 2. Schemat elektryczny układu.
przez urządzenie nadające. Jeżeli sumy są identyczne, można mieć dużą dozę pewności, że do przesyłanych danych nie zakradły się żadne błędy.
Do kontroli transmisji przy pomocy sumy kontrolnej można wykorzystać różne sposoby jej obliczania. W programatorze został wykorzystany algorytm jaki firma DALLAS stosuje podczas transmisji danych między układami iButton magistralą 1-przewodową. Algorytm ten pozwala wychwycić nawet wielokrotne, złośliwe błędy transmisji, które są niewykrywal-ne metodą zwykłego sumowania. Stwierdzenie błędów transmisji może spowodować jej powtórzenie lub powiadomienie o tym fakcie operatora.
Jak wcześniej wspomniano, aby pamięć EEPROM mogła być odczytana lub zapisana, sterownik programatora musi być nadzorowany przez program w komputerze PC.
Program ten pełni rolę interfejsu między operatorem i sterownikiem. Wykorzystuje cztery rozkazy, na które reaguje sterownik. Program można oczywiście stworzyć samemu korzystając z podanego wcześniej opisu struktury rozkazów. Na potrzeby prototypu
została napisana w języku C (dla kompilatora BORLAND) jego wersja robocza. Program w trybie znakowym działa w DOS-ie. Brak mu efektownej szaty graficznej i nie jest zbyt "inteligentny", czyli nie potrafi przewidzieć i zareagować na niektóre pomyłki operatora, ale z jego pomocą można w pełnym zakresie zaprogramować i odczytać wszystkie trzy typy EEPROM-ów z interfejsem PC, a także ustawić parametry pracy sterownika.
Naciskanie klawisza [c] klawiatury spowoduje, że do transmisji będzie wykorzystywany COM 1 lub 2 w komputerze. Wybór zależy od tego, które wyjście RS jest w danej chwili do wykorzystania.
Klawisz [b] zmienia szybkość transmisji między komputerem a sterownikiem. Klawisz [e] wybiera typ EEPROM-u jaki ma być programowany. Wybór każdej z opisanych do tej pory funkcji spowoduje jednoczesną zmianę w linii statusu na ekranie.
Naciśnięcie klawisza [r] uruchamia procedurę odczytu danych z EEPROM-u. Na dole ekranu wyświetlona zostanie linia z pytaniem o adres pierwszej i ostatniej komórki do odczytu. Adresy należy podać w kodzie heksadecy-malnym, np. dla adresu dziesięt-
nego '2 6' należy wypisać liczbę '1A' i nacisnąć klawisz ENTER. Jeżeli odczyt przebiegł bezbłędnie, program zażąda podania ścieżki i nazwy pliku, w którym odczytane dane zostaną zapisane. Zapisywane dane można obejrzeć przy pomocy jakiegoś edytora narzędziowego, ponieważ sam program jest pozbawiony możliwości edycyjnych.
Klawisz [w] inicjuje procedurę zapisu danych do EEPROM-u. Sposób postępowania jest podobny jak podczas odczytu. Najpierw program pyta o ścieżkę dostępu do pliku (binarnego) zawierającego dane do zapisu. W przypadku odnalezienia takiego pliku należy określić adresy obszaru pamięci (podając adresy pierwszej i ostatniej komórki pamięci), do którego dane z pliku będą zapisywane. Po zapisie zakończonym sukcesem pojawi się odpowiedni komunikat. Klawisz [q] służy do opuszczenia programu.
Ze względu na swoją prostotę program nie został zabezpieczony przed wszystkimi pomyłkami operatora. Dotyczy to w szczególności wyboru COM-u, szybkości transmisji i określenia zakresu programowania pamięci. Jeżeli użytkownik ustawi szybkość transmisji na
Elektronika Praktyczna 9/98
49
Programator pamięci EEPROM z interfejsem szeregowym I2C
STEROWNIK PROGRAMATORA
KOMPUTER PC
Rys. 3. Sposób połączenia programatora z komputerem PC.
4800 baudów, a następnie sterownik zostanie wyłączony i ponownie włączony, to program w komputerze PC nie będzie mógł "dogadać się" ze sterownikiem, ponieważ będą pracowały z inną szybkością transmisji. Podobnie jest z ustawieniem adresów komórek do odczytu lub zapisu. Program podpowiada wartości maksymalne, jeśli jednak do pamięci o pojemności np. 256 bajtów użytkownik będzie chciał wpisać 300 to w czasie procedury zapisu program zasygnalizuje błąd i zakończy działanie. W przypadku wyboru COM-u, to wskazanie portu, do którego podłączona jest np. myszka, spowoduje zmianę jego parametrów. Komputer przestanie widzieć myszkę i przywrócenie poprzedniego stanu wiąże się z ponownym uruchomieniem sterownika myszy lub zresetowaniem komputera.
W przypadku korzystania z dołączonego do kitu programu, użytkownik może zmienić jego wersję źródłową dostosowując ją do swoich potrzeb, a następnie skompilować do postaci pliku wykonywalnego .exe lub .com. W przypadku korzystania z innego kompilatora niż BORLAND może pojawić się konieczność drobnych zmian w składni niektórych linii. Oprócz opisywanych niedogodności, program nie powinien ni-
czego zmienić w funkcjonowaniu komputera, na którym jest uruchamiany. Jednak musimy się zastrzec, że każdy użytkownik programu czyni to na własną odpowiedzialność. Ze względu na małe wymiary i przeznaczenie układu sterownika został on zaprojektowany z myślą o stosowaniu go bez obudowy. Podstawka dla programowanych EEPROM-ów, najlepiej precyzyjna, zapewniająca pewny kontakt nawet po wielokrotnym wyjmowaniu i wkładaniu układów, jest montowana bezpośrednio na płytce drukowanej. Podobnie jest montowana dioda LED D2 sygnalizująca włączenie napięcia zasilającego i Dl, której świecenie informuje, że w tym czasie EEPROM nie powinien być wyjmowany. Standardowe 9-stykowe gniazdo szufladowe DB9 "żeńskie", wlutowywane w płytkę drukowaną służy do dołączenia kabla RS. Na rys. 3 pokazano połączenia przewodu z wtykami od strony sterownika i komputera. Ważne, aby wtyk od strony komputera zwierał ze sobą wyprowadzenia 4-6 i 7-8. Wynika to ze specyfiki pracy portów szeregowych w komputerze. Były one projektowane głównie z myślą o współpracy z peryferiami typu modem, które przez ustawienie odpowiednich poziomów logicznych na określonych wyprowadzeniach gniazda informowały komputer o swojej obecności i gotowości do pracy.
Po zmontowaniu układu na płytce, której widok przedstawio-
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl, R2: 3kQ R3, R4: 470O Kondensatory
Cl: 47^F/10V
C2, C7: lOOnF
C3, C4, C5, Có: 47^F/16V
C8, C9: 27pF
CIO: 2,2|iF
Półprzewodniki
D2, Dl: LED
Ul: 89C2051 (zaprogramowany)
U2: 78L05
U4: MAX232
Różne
PK1: OMRON 5V
Pl: złącze DB9 "żeńskie"do druku
Xl: ll,059MHz
podstawka precyzyjna DIP8
dyskietka z programem obsługi
programatora
no na wkładce wewnątrz numeru, i dołączeniu zasilania, trzeba sprawdzić czy na wyjściu stabilizatora U2 napięcie ma wartość +5V. Następnie należy połączyć sterownik z komputerem przy pomocy kabla RS-a. Cały układ działa sprawnie jeżeli po zmianie parametru np. szybkości transmisji lub wyborze innego typu EEP-ROM-a, na ekranie komputera pojawi się komunikat o sukcesie przeprowadzonej operacji. Pobór prądu przez sterownik zależy od programowanego EEPROM-a i wielkości napięcia niestabilizo-wanego podanego na wejście JPl. Zasilacz powinien jednak mieć wydajność minimum lOOmA przy napięciu 8..12V. Ryszard Szymaniak, AVT
n
Dl
U3
PK1
Ul
U2 JPl -TEST-
O
o
C9 ]'Ś
U4
Xl
Rys. 4. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej.
50
Elektronika Praktyczna 9/98
PROJEKTY
Zasilacz bez radiatorów
kit AVT-463
Układ jest miniaturowym,
gotowym do wykorzystania we
własnych konstrukcjach
zasilaczem stabilizowanym
o napięciu 5V i maksymalnej
wydajności prądowej 1,5A.
Całość zmontowano na płytce
o wymiarach 50x50mm i ma
wysokość 20mm, dzięki czemu
można ten zasilacz wbudować
nawet w małą obudowę
w postaci wtyczki sieciowej.
Podane wymiary, aczkolwiek i tak już niewielkie, nie są szczytem miniatury za cji układu. Płytka drukowana została zaprojektowana dość luźno, aby nie było kłopotów z montażem elementów. Układ jest klasyczną przetwornicą zaporową (ang. flyback offline converter) pracującą z częstotliwością kluczowania lOOkHz. "Sercem" zasilacza jest scalony kontroler Motoroli MC33363 - zaawansowany układ o wysokich walorach użytkowych - jeden z niewielu monolitycznych układów na rynku, zawierających wysokonapięciowy MOSFET mocy o znakomitych parametrach: UDS-max=700V i IDmax=lA. Dzięki temu może on być bezpośrednio zasilany wyprostowanym napięciem sieciowym o wartości do 240V.
Dobre parametry tranzystora kluczującego oraz szereg ciekawych technik układowych, dodatkowo redukujących moc traconą w układzie scalonym, pozwoliły zamknąć strukturę układu w obudowie do montażu powierzchniowego, a do rozpraszania ciepła użyć odpowiednio powiększonej mozaiki ścieżek na płytce drukowanej. W efekcie, prezentowany układ jest w ogóle pozbawiony klasycznych radiatorów i jego sprawność przekracza 75%.
Opis układu
Schemat elektryczny zasilacza przedstawiono na rys. 1. Wejściowe napięcie sieci poprzez szeregowy rezystor Rl jest podawane na filtr przeciwzakłóceniowy. Rl pełni w zasilaczu rolę podwójną: ogranicza prąd ładowania kondensatora C3 w momencie włączenia zasilacza do sieci i jest również bezpiecznikiem, przepalającym się przy zwarciach w układzie. Z uwagi na niedużą moc wyjściową zasilacza zrezygnowano z budowy skompensowanego prądowo dławika w filtrze przeciwzakłóceniowym. Zamiast niego użyto dwóch tanich i gotowych dławików tworzących dla zakłóceń wraz z pojemnością Cl filtr dol-noprzepustowy.
Wyprostowane w mostku Ml napięcie jest filtrowane za pomocą kondensatora C3. Układ zasilacza może pracować w szerokim przedziale napięć zasilających, bez konieczności dokonywania jakichkolwiek przełączeń. Jest możliwe zasilanie z napięcia sieci 110V..240V. Napięcie na kondensatorze C3 może więc wahać się w granicach 140V..370V! Z odfil-tiowanego napięcia sieci jest zasilany od razu układ startowy kontrolera.
Elektronika Praktyczna 9/98
53
Zasilacz bez radiatorów
Rys. 1. Schemat elektryczny zasilacza.
Główną częścią zasilacza jest oczywiście transformator impulsowy Trl. Zawiera on trzy uzwojenia: A - pierwotne (magnesujące), B - wtórne i C - uzwojenie pomocnicze do zasilania kontrolera podczas pracy. Z uwagi na żądaną maksymalną prostotę układu i niewielkie wymiary, przetwornica pracuje w konfiguracji zaporowej (energia do obciążenia jest przekazywana przy wyłączonym tranzystorze kluczującym). Równolegle do uzwojenia pierwotnego zostały dołączone obwody chroniące klucz przed uszkodzeniem. Tworzą je dwójnik R4-C4, tłumiący szpilkowe skoki napięcia powstające na skutek przeładowywania pasożytniczych pojemności transformatora (m.in. pojemności międzyuzwoje-niowych), oraz R3-C3 wraz z szybką diodą D2, zamieniający w ciepło energię jaka gromadzi się w in-dukcyjności rozproszenia transformatora. Z uwagi na dość dużą częstotliwość pracy, opisane powyżej elementy muszą być podzespołami wysokiej jakości - uszkodzenie w tej gałęzi jest praktycznie równoznaczne z uszkodzeniem tranzystora kluczującego w kontrolerze.
Przetransformowany do uzwojenia wtórnego prąd, poprzez diodę D3 ładuje pojemności C8..C12. Przy napięciu wyjściowym układu równym 5V możliwe jest zastoso-
waniu w tym miejscu diody Schottky'ego, co radykalnie obniża straty mocy. Zastosowana popularna dioda 1N5820 przy prądzie przewodzenia 1A ma spadek napięcia tylko 0,37V, nie ma zatem potrzeby korzystania z dodatkowego radiatora, co jest z pewnością istotną zaletą upraszczającą montaż. Ponieważ tętnienia napięcia wyjściowego przede wszystkim zależą od szkodliwej rezystancji szeregowej ESR kondensatora wyjściowego, tradycyjnie już pojedyncza pojemność została rozbita na trzy mniejsze i do tego zbocznikowane dobrej jakości kondensatorem foliowym. Im lepsze, pod względem wielkości ESR, zastosujemy pojemności, tym tętnienia będą mniejsze.
Ci z Czytelników, dla których tętnienia i szumy w napięciu wyjściowym są istotnym parametrem, powinni zdobyć elementy specjalnie przeznaczone do zasilaczy impulsowych. Jest to nieco kłopotliwe, ponieważ jak dotąd nie powstał żaden jednolity system oznaczeń takich kondensatorów ani też parametry te nie są na tych elementach drukowane. Innymi słowy, bez porządnego katalogu elementów biernych ani rusz.
Szczególnie istotną rolę w zasilaczu spełnia układ TL431. Ta regulowana dioda referencyjna pełni tutaj rolę źródła napięcia
odniesienia dla wzmacniacza napięcia błędu i sterownika diody LED zawartej w transoptorze Ql. Wielkość napięcia wyjściowego jest ustalana poprzez dobór wartości rezystancji w dzielniku RIO i Rll. Kondensator Cli, włączony pomiędzy katodę TL-a i jego wejście sterujące, zapewnia kompensację częstotliwościową układu.
Izolację galwaniczną dla sygnału sprzężenia zwrotnego zapewnia popularny lecz szybki transoptor Ql. Cechą charakterystyczną tego elementu jest wzmocnienie zbliżone do jedności (definiuje się je jako stosunek prądu diody LED do prądu przepływającego w ustalonych warunkach przez fototranzystor), przy jednocześnie dużej szybkości działania.
Wyjściowy tranzystor steruje bezpośrednio modulatorem PWM zawartym w kontrolerze. Włączony pomiędzy wyjściem napięcia odniesienia (10) układu Ul, a wejściem PWM (9) rezystor R6 ogranicza wzmocnienie całej pętli sprzężenia zwrotnego do wartości zapewniającej stabilną pracę zasilacza, jednocześnie poprawiając warunki pracy fototranzystora. Źródło prądu zawarte w kontrolerze ma wydajność jedynie 270|iA - jest to trochę za mało aby fototranzystor pracował w dobrych warunkach, a zastosowanie R6 zwiększa ten prąd do około lmA.
54
Elektronika Praktyczna 9/98
Zasilacz bez radiatorów
Nieco o kontrolerze
Układ MC33363 jest nowym opracowaniem kontrolera przetwornicy impulsowej typu off-line,
0 wysokich walorach użytkowych
1 przeznaczonym do budowy miniaturowych i tanich zasilaczy
0 mocy do 20W. W strukturze półprzewodnikowej oprócz kontrolera umieszczone zostały dwa tranzystory MOS. Jeden kluczujący
1 drugi startowy
0 Udsmax=450V, a całość może pracować przy zasilaniu bezpośrednio z sieci energetycznej 220V
1 to przy minimalnej liczbie zewnętrznych elementów. Szeroki zakres częstotliwości pracy, miniaturowa obudowa typu SOP16L i wysokie walory użytkowe sprawiają, że MC33363 jest wprost wymarzonym układem do budowy supermi-niaturowych zasilaczy małej mocy.
Wyprostowane napięcie sieci jest podawane na wyprowadzenie 1 kontrolera. Jest to wejście obwodu startowego. Ponieważ zawarty w strukturze tranzystor MOS ma kanał typu P, w miarę jak rośnie napięcie na C3, ładuje się również kondensator C5 dając w ten sposób zasilanie wewnętrznych obwodów kontrolera. Gdy napięcie na C5 przekroczy 15V, odpowiedni komparator wyłącza klucz startowy i obwód startu pozostaje nieaktywny.
To skomplikowane rozwiązanie pozwala uniknąć stosowania zewnętrznego rezystora startowego, charakterystycznego dla układów starszej generacji, jak na przykład znana już czytelnikom popularna rodzina UC384X, a przede wszystkim ograniczyć związane z nim straty mocy.
Na końcówkę 3 jest podawane zasilanie kontrolera podczas normalnej pracy układu. Uzyskuje się je z dodatkowego, pomocniczego uzwojenia na transformatorze. Bardzo ważną rolę w układzie pełni kondensator C5. Przy starcie przetwornicy jest on ładowany z obwodu startowego i wykorzystywany jako źródło energii dla układu podczas procesu uruchamiania, później filtruje prąd dostarczany przez uzwojenie pomocnicze.
Wyprowadzenie 11 jest wejściem obwodu zabezpieczającego przed zbyt dużym napięciem na wyjściu przetwornicy. Ponieważ uzwojenie wtórne (B) i pomocni-
cze (C) są silnie ze sobą sprzężone magnetycznie, wzrost napięcia na wyjściu powoduje proporcjonalny wzrost napięcia na końcówce 3. Dzielnik R2-R5 ustala próg zadziałania zabezpieczenia. Wartość progowa wyłączająca przetwornicę wynosi 2,6V. Zabezpieczenie przed zbyt dużym napięciem na wyjściu jest funkcją ochronną, zabezpieczającą przede wszystkim obciążenie zasilacza. Oprócz tego trzeba chronić kontroler przed próbą pracy ze zbyt niskim napięciem sieci - jest to realizowane wewnątrz kontrolera za pomocą dodatkowego komparatora kontrolującego napięcie na kondensatorze C5.
Końcówka 16 jest drenem tranzystora kluczującego N-MOS. Zadziwiająco dobre parametry elektryczne tego elementu osiągnięto poprzez wykonanie go w postaci 1780 równolegle połączonych tranzystorów! Ponieważ do poprawnej pracy kontrolera jest potrzebna informacja o tym jaki prąd płynie poprzez tranzystor (tj. przez uzwojenie pierwotne), to źródła 46 tranzystorów podłączone zostały do masy poprzez 9Q rezystor. Zmniejszyło to istotnie straty mocy jakie wprowadzał ten rezystor pomiarowy, o obniżce kosztów i miniaturyzacji nie wspominając. Kolejne oszczędności przyniosło zintegrowanie w strukturze układu eliminatora zakłóceń związanych z przednim zboczem impulsu prądu. W momencie gdy tranzystor kluczujący zaczyna przewodzić, narastaniu prądu towarzyszy szereg zakłóceń wynikających na przykład z istnienia indukcyjności rozproszenia uzwojenia pierwotnego, istnienia pojemności międzyuzwo-jeniowych w transformatorze i wielu innych czynników.
W dotychczas spotykanych układach, napięcie pobierane
z umieszczonego w źródle klucza rezystora zanim trafiło do komparatora sprawdzającego jego poziom, przechodziło przez dodatkowy filtr dolnoprzepustowy RC eliminujący wspomniane zakłócenia. Nie zawsze był on dostatecznie skuteczny, co zmuszało konstruktora do bardzo starannego projektowania transformatora. Za mała stała czasowa objawiała się przeczuleniem układu oraz pod-wzbudzeniami, a przy dużej stałej czasu łatwo było uszkodzić tranzystor kluczujący, gdyż reakcja obwodów zabezpieczeń na sytuację alarmową następowała z opóźnieniem.
W układzie MC33363 problem ten został rozwiązany w sposób nietypowy i nowatorski, a kontrola wartości prądu następuje dopiero po określonym czasie zwłoki od momentu włączenia klucza, c o daje gwarancję, i ż p omiar odbywa się już w stanie ustalonym. Czas ten (typowo 230ns) jest na tyle krótki, że można się nie obawiać, że kontroler "przegapi" sytuację awaryjną.
Maksymalna wartość prądu, jaka może popłynąć przez klucz, w układzie klasycznym była dobierana poprzez wybór wartości rezystora źródłowego. W opisywanym układzie jest ona programowana za pomocą wartości rezystancji R8 dołączonej do końcówki 6. Wartość R8 steruje źródłem prądowym w taki sposób, że prąd płynący poprzez R6 wywołuje dokładnie 2,25 raza większy prąd płynący przez rezystor 450Q ustalający maksymalną wartość prądu przepływającego przez tranzystor kluczujący. Jednocześnie poprzez wyjście źródła o poczwórnej wydajności prądowej, wartość R6 wpływa na prąd ładowania dołączonego do końcówki 7 kondensatora C6. Jest to wejście oscy-
oooocioooooooooooooooooooooooocioooooaooo ooooooooooooooooooooooooooooooooooooood oooapoooooooooooooooooooooooooooooooooo
Uzwojenia pierwotne nawija się w trzech warstwach
Karkas EFD25
Uzwojenie pomocnicze
Końcówka lutownicza
Izolacja międzyuzwojeniowa
Rys. 2. Sposób nawinięcia transformatora.
Elektronika Praktyczna 9/98
55
Zasilacz bez radiatorów
latora. Tak więc rezystorem R6 ustala się i maksymalną wartość prądu płynącego przez klucz i częstotliwość pracy układu.
Na wyprowadzeniu 8 jest dostępne wewnętrzne napięcie odniesienia układu o wartości 6,5V i maksymalnej obciążalności lOmA. W typowych zastosowaniach jest ono używane do realizacji pętli sprzężenia zwrotnego. Dla poprawnej pracy kontrolera wyjście napięcia odniesienia powinno być zblokowane dobrej jakości kondensatorem. Wewnątrz struktury został również umieszczony wzmacniacz napięcia błędu. Na zewnątrz układu zostało wyprowadzone jego wejście odwracające (końcówka 10) oraz wyjście (końcówka 9) pozwalające skompensować pętlę sprzężenia zwrotnego. Wejście nieod-wracające zostało podłączone do źródła napięcia o wartości 2,6V. Dodatkowa dioda na wyjściu wzmacniacza napięcia błędu oraz źródło prądowe 270|iA pozwalają na wyłączenie i ominięcie wewnętrznego wzmacniacza błędu, co pozwala bezpośrednio sterować modulatorem szerokości impulsów kluczujących, na przykład za pomocą tranzystora zawartego w transoptorze.
Chłodzenie kontrolera
W opisywanym zasilaczu wykorzystano układ MC33363 w obudowie typu S0P-16L, przeznaczoną do montażu powierzchniowego. Z uwagi, że układ jest zasilany z napięcia przekraczającego 300V, a na drenie tranzystora kluczującego pojawiają się impulsy napięcia o wartościach szczytowych bliskich 700V, w obudowie usunięto trzy końcówki, aby powiększyć odstęp pomiędzy "wysokonapięciowymi" wyprowadzeniami, a resztą układu. Głównym elementem transportującym ciepło od struktury układu są środkowe wyprowadzenia masy 4,5 oraz 12 i 13, a rolę radiatora pełni odpowiednio duża powierzchnia miedzi na płytce drukowanej - układ MC33363 jako jedyny element zasilacza jest montowany od strony ścieżek. Nad prawidłowym rozpraszaniem ciepła czuwa zawarty w układzie wyłącznik termiczny blokujący klucz po przekroczeniu 155�C temperatury półprzewodnika.
Transformator
Dobre parametry zasilacza, przy jednocześnie niewielkich wymiarach, wymagają pracy z dość dużymi częstotliwościami kluczowania - opisywany zasilacz pracuje na lOOkHz. Przy takiej częstotliwości nie można już użyć popularnych i łatwych do kupienia kształtek ferrytowych z materiału F807 Polferu. Pracowałyby one na granicy swych fizycznych możliwości i poza rekomendowanym przez producenta zakresem częstotliwości (10..80kHz).
Dlatego też, tym razem, do wykonania transformatora użyty został popularny rdzeń EFD25 z materiału 3F3 produkcji Philip-sa. Zakres częstotliwościowy tego gatunku ferrytu leży w granicach 50.. 5 00 kHz, przy jednocześnie niewielkich stratach i zwartej płaskiej konstrukcji kształtki EFD (ang. Economic Fiat Design). Jest to idealne rozwiązanie dla nowoczesnych konstrukcji. Materiał 3F3 ma dla konstruktora jeszcze dodatkową zaletę, a straty mocy w nim są prawie dwukrotnie mniejsze od "zwykłego" ferrytu F807, przy bardzo podobnych parametrach.
Nawijanie transformatora rozpoczyna się od uzwojenia wtórnego (B). Dla ograniczenia efektu naskórkowego oraz mając na uwadze to, że cieńszy drut łatwiej jest ułożyć i wymodelować na karkasie, uzwojenie to nawija się bi-filarnie dwoma przewodami o średnicy 0,7mm jednocześnie. Początek drutu mocuje się do końcówki 8 karaksu i nawija ściśle 5 zwojów, podłączając koniec do końcówki 6 (patrz rys. 2).
Ułożony drut trzeba starannie zaizolować taśmą styrofleksową lub innym dielektrykiem odpornym na wysoką temperaturę, zwracając szczególną uwagę na dobre przykrycie brzegów. Aby mieć gwarancję bezpieczeństwa pracy układu, powinno się położyć trzy warstwy folii. Podczas nawijania objawia się chyba jedyna wada rdzenia EFD - jest on na tyle zwarty, że na uzwojenie jest niewiele miejsca i trzeba się pilnować, aby nawijać i izolować w ciasnych warstwach. Z tego też powodu nawijane następne w kolejności uzwojenie pomocnicze
Rys. 3. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej.
(C) trzeba nawinąć obok wtórnego, dodając pod uzwojeniem dodatkowy pasek izolujący. Początek mocuje się do końcówki 5, a koniec do 4. Nawijamy tu 13 zwojów drutu o średnicy około 0,2.. 0,3 mm. Gotowe uzwojenie przykrywa się pojedynczą warstwą izolacji, po czym pozostaje nawinąć uzwojenie pierwotne (A). Nawijanie rozpoczyna się od końcówki 2, a kończy na 1. Uzwojenie liczy sobie 75 zwojów drutu
0 średnicy 0,3mm, w trzech warstwach przełożonych cienką izolacją. Na koniec trzeba wyciąć nie wykorzystane nóżki karkasu
1 zmontować rdzeń przedzielając jego boczne kolumny przekładkami izolacyjnymi o grubości około 0,15 mm, tak aby indukcyjność uzwojenia pierwotnego była równa l.lmH!
Gdyby w oknie rdzenia zabrakło miejsca, transformator trzeba niestety przewinąć - jednym z praktycznych sposobów na ścisłe nawijanie jest pewne unieruchomienie karkasu, np. w małym imadle.
Montaż i uruchomienie
Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej zasilacza przedstawiono na rys. 3. Mozaikę ścieżek przedstawiono na wkładce wewnątrz numeru.
Podczas montowania zasilacza należy kierować się ogólnie przyjętymi zasadami kolejności lutowania elementów. Jedynym problemem może być poprawne zamontowanie kontrolera. Ponieważ jest to układ typu SMD, to trzeba go przylutować od strony ścieżek. Na niektórych końcówkach układu występuje wysokie napięcie, inne z kolei odprowadzają ciepło
56
Elektronika Praktyczna 9/98
Zasilacz bez radiatorów
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl: 4JO/2W drutowy
R2: 5/lkO/0/125W
R3: 180ka/lW miniaturowy
R4: 2,2kQ/lW miniaturowy
R5: 6800/0,125W
Ró, RIO, Rl 1: 2,7kn/0,125W
R7: 390/0,125W
R8: 15kQ/0,125W
R9: 2200/0,125W
Kondensatory
Cl: 4,7nF 400V ceramiczny
C2: 47mF/400V średnica 25mm
wysokość maks. 20mm
C3: 3,3nF/lkV - foliowy,
4xl7xl0mm/ raster 15mm
C4: 47pF/lkV - ceramiczny
C5: 10mF/25V
Có: 820pF/63V styrofleksowy lub
foliowy
C7: luF/10V tantalowy
C8, C9, ClO: 330uF/ó,3V -
średnica 6mm, wysokość 10 mm,
niski ESR
Cli: 100nF/63V - foliowy
Cl2: 220 nF/63V
Półprzewodniki
Ul: MC333Ó3DW, obudowa
SOP1ÓL
Ml: mostek okrągły 1A/4OOV
Dl: 1N4148
D2: BA 159
D3: 1N5820
D4: TL431 (obudowa TO-92)
Ol: 4N35
Różne
Dłl, Dł2: dławiki 220uH/0,3A, np.
DSP DSp70.10-221K
TRI: transformator impulsowy
według opisu w tekście rdzeń
EFD25 z materiału 3F3 (Philips) +
karkas + dwie zapinki
ze struktury. Montaż powinien być zatem szczególnie precyzyjny i staranny.
Uruchomienie zasilacza rozpoczynamy od strony wtórnej. Do zacisków wyjściowych podłączamy regulowany zasilacz warsztatowy, a szeregowo z rezystorem R9 włączamy czerwoną diodę LED. Gdy napięcie z zasilacza będzie mniejsze od około 5V, LED powinien świecić tylko minimalnie. Gdy po przekroczeniu napięcia 5V jasność świecenia diody gwałtownie wzrośnie, uruchamianie strony wtórnej zasilacza można uznać za zakończone.
Nieco gorzej będzie ze stroną pierwotną, gdyż z uwagi na wysoki stopień zintegrowania funkcji przetwornicy w kontrolerze, układ trudno jest uruchamiać krokowo. Pozostaje więc obciążyć zasilacz żarówką 6,3V/2W lub podobną i włączyć go do sieci poprzez dodatkowy rezystor bezpiecznikowy (30..100Q/2W).
Przed próbą generalną można nieco uspokoić się podłączając zasilacz warsztatowy do zacisków sieciowych. Wprawdzie jedyna rzecz jaką da się zmierzyć, to napięcie na C2, ale to też jest coś.
Zmontowany z dobrych elementów zasilacz startuje od pierwszego włączenia. Próbkowanie, praca przerywana są objawami niesprawności w układzie zasilania pomocniczego - sprawdzić uzwojenie "C" (kierunek!) oraz elementy R7, C5. Niskie napięcie wyjściowe (poniżej 3V), połączone z grzaniem się kontrolera, wskazuje na błędne podłączenie uzwojenia B, niesprawną diodę D3 lub uszkodzone kondensatory C8..C12.
Powodem niepokojących szumów w transformatorze, szczególnie, gdy połączone są one z nieprawidłową wartością napięcia wyjściowego, może być uszkodzenie któregoś z elementów toru sprzężenia zwrotnego, przede wszystkim transoptora. Koniecznie trzeba wtedy skontrolować poprawność napięcia odniesienia na końcówce 8.
Analizę dziwnego zachowania się układu może czasem utrudniać uaktywniające się zabezpieczenie przed nadmiernym wzrostem napięcia wyjściowego. Sytuacja taka może mieć miejsce przy np. wyjątkowo niestarannym montażu transformatora lub też grubej pomyłce w liczeniu zwojów. Gdy napięcie na końcówce 11 przekracza 2V, warto jest dla pewności zewrzeć R5, co całkowicie wyłącza pracę tego zabezpieczenia.
Jak już wspomniałem, jedną z przyczyn niepoprawnego działania może być pomyłka w jednokierunkowym nawijaniu transformatora i związany z tym bałagan w początkach i końcach. Prawidłowość kierunków można w prosty sposób sprawdzić za pomocą miernika indukcyjności. Uzwojenie pierwotne łączy się szeregowo
z pozostałymi (koniec pierwszego z początkiem drugiego). Za każdym razem, po dołączeniu dodatkowego uzwojenia, indukcyjność powinna wzrastać.
A inne napięcia?
Modelowy zasilacz został wykonany w wersji pięciowoltowej, gdyż zamierzeniem autora było wykorzystanie go do zasilania układów cyfrowych. Oczywiście w układzie tym można uzyskać inne napięcia, wymaga to jednak przeprojektowania transformatora, obwodu stabilizacji napięcia i kompensacji. Bez efektów ubocznych, jak np. konieczność wymiany diody D3 na inną o większym dopuszczalnym napięciu zaporowym, przy napięciach wyjściowych rzędu 12V, można wykonać zasilacz w wersji 9V/lA. Uzwojenie wtórne powinno mieć 9 zwojów drutu 0,7mm (tym razem nawija się je jednym przewodem), kondensatory C8..C10 należy zmienić na 220|iF/ 10V (nieco mniejsza pojemność ma już pewien wpływ na układ kontroli napięcia i dlatego Cli powinien być rzędu 68nF). Na koniec pozostało tylko ustalić Rll=7kn. Robert Magdziak. AVT
Elektronika Praktyczna 9/98
57
PROJEKTY
Monitor słowa ośmiobitowego
kit AVT-464
Zamierzałem nazwać to
urządzenie "korepetytorem
kodu dwójkowego". Doskon ale
się do tego n adaje, gdyż jest
to w istocie dekoder
8-bitowego kodu dwójkowego
na kod dziesiętny, którego
cyfry są pokazywane na
wyświetlaczach LED.
Urządzenie może być
zastosowane do monitorowania
m agistrali 8-bitowej, czyli
wyświetlania wartości słowa
8-bitowego.
Opis układu
Schemat elektryczny monitora przedstawiono na rys. 1. Przeznaczeniem urządzenia jest tłumaczyć równoległe słowo ośmiobito-we na system dziesiętny. Nie zawiera ono pamięci EPROM, ani żadnej innej. Nie wymaga komputera ani programatora. Dekodo-wanie liczby dwójkowej na dziesiętną polega na szybkim zliczeniu liczby impulsów przez zespół połączonych łańcuchowo liczników-trans koderów U1+U2+U3.
0 końcu zliczania decyduje dzielnik U4.
Należy podkreślić, że z samej zasady działania wynika fakt absolutnej wiarygodności uzyskanych wskazań na wyświetlaczach. Po przetestowaniu dwu skrajnych wartości 0 i 255 mamy pewność, że wszystkie pośrednie są poprawnie dekodowane. W przypadku rozwiązań opartych o adresowanie pamięci, takiej pewności mieć nie można, zwłaszcza w dłuższym okresie.
Pierwotnie nosiłem się z zamiarem zaprojektowania płytki z ośmioma solidnymi przełącznikami, którymi można by zadawać kod binarny i uczyć się bawiąc. Z tego pomysłu pozostał popularny, ośmiokrotny dipswitch, który trudno doprawdy uznać za dobre rozwiązanie. Nic nie stoi jednak na przeszkodzie, żeby samemu uzupełnić monitor o taką czysto już edukacyjną funkcję, montując większe
1 wytrzymalsze przełączniki.
Zasada działania
Centralną część urządzenia stanowi układ U4: 40103. Jest to licznik zliczający w dół o ośmiu równoległych wejściach J0..J7 i wyjściu CO/ZD. Skrót ZD oznacza "Zero Detect". Wyjście to przyjmuje poziom logiczny niski (dalej dla uproszczenia określany L) w momencie, gdy U4 odliczy zadaną na wejściach J0..J7 liczbę impulsów, podawanych na wejście zegarowe CLK. Aby impulsy mogły być zliczane, na wejściu CLR powinien występować poziom wysoki H. W przeciwnym razie licznik będzie ustawiony na liczbę 255, czyli maksymalną wartość, jaka może być przedstawiona ośmioma bitami. Istnieje jeszcze wyprowadzenie zezwalające CI/ !CE (wykrzyknik dla oznaczenia negacji), które po otrzymaniu stanu H blokuje dostęp impulsów do wejścia CLK. Przy normalnej pracy należy je zatem połączyć z masą.
Pozostały jeszcze do omówienia dwa wejścia wpisu !APE i !SPE.
Po podaniu na wejście !APE poziomu L następuje natychmiastowe przepisanie wartości z wejść J0..J7. Jest to wejście tzw. wpisu asynchronicznego, ponieważ wpis ten może nastąpić w dowolnym momencie, niezależnie od impulsu zegarowego.
Wejście !SPE jest wejściem wpisu synchronicznego. Nazwa wywodzi się stąd, że po podaniu na nie poziomu L, wpisanie do licznika wartości z wejść J0..J7 następuje w określonym momen-
Elektronika Praktyczna 9/98
59
Monitor słowa osmiobitowego
cie, a mianowicie razem z narastającym zboczem sygnału CLK.
Rzut oka na schemat pozwoli zauważyć, że !APE nie jest używane (podany jest poziom H). Natomiast !SPE połączono bezpośrednio z wyjściem CO/ZD licznika. Jest to wygodne także z tego względu, że wyprowadzenia te sąsiadują ze sobą. W takim przypadku mamy do czynienia z konfiguracją dzielnika częstotliwości, na dodatek programowalnego (ustawianego), bo o współczynniku podziału decyduje stan wejść J. Przepisanie stanu wejść J do przerzutników licznika następuje samoczynnie, po każdym wyzero-waniu licznika. Podsumujmy, wpis synchroniczny przy zwartych !SPE i CO/ZD przebiega następująco:
ZADAJNIK KODU "1248"
- sygnał zegarowy jest podawany na wejście CLK;
- po osiągnięciu przez licznik stanu zero (co następuje synchronicznie ze zmianą sygnału CLK z L na H) wyjście CO/ZD przyjmuje poziom L i wejście !SPE zostaje uaktywnione;
- kolejny impuls CLK inicjuje wpis stanów z wejść J0..J7.
Jak widać, wpis synchroniczny następuje po drugim zboczu narastającym CLK, liczonym od wyzerowania. Teraz jest jasne, dlaczego wzór na współczynnik podziału podaje się jako 1/N+l, gdzie N jest zadaną liczbą binarną na wejściach J0..J7. Ta dodawana w mianowniku jedynka pozwala też uniknąć kłopotliwego dzielenia przez zero, gdy JO=J1=-J2=J3=J4=J5=J6=J7=L.
Jednak dla nas jest to okoliczność niekorzystna. Chcemy zliczać impulsy podawane na CLK U4, ale co zrobić, skoro U4 przepuszcza jeden impuls więcej niż potrzeba? Zamiast 0 otrzymalibyśmy na wyświetlaczu 1.
Jedyne co można zrobić w tej sytuacji, to zliczyć impulsy i od sumy odjąć jeden. Proponuję
uzyskać ten sam wynik przez "połknięcie" jednego, najlepiej pierwszego impulsu. Ten drugi sposób będzie można w praktyce łatwiej zrealizować. Połknąć impuls, to tyle co go zignorować. Ignorowanie pierwszego impulsu uzyskałem wykorzystując zależności czasowe właściwe wszystkim licznikom.
Jedną z takich szkolnych reguł jest włączenie zerowania licznika zanim pojawi się aktywne zbocze sygnału zegarowego. Licznik nie może być po prostu inkrementowany przy aktywnym sygnale zerowania, ponieważ zerowanie ma najwyższy priorytet. Ze względu na rzeczywiste, niezerowe czasy propagacji bramek, podaje się w katalogach minimalne wartości odstępów czasowych między zaniknięciem jednego sygnału, a pojawieniem się innego.
Jeśli więc "przetrzymać" sygnał zerowania układów Ul, U2 i U3 (typu 4033) do momentu pojawienia się dodatniego zbocza pierwszego impulsu CLK (na wejściu Ul), to impuls ten nie zostanie zliczony przez Ul. Innymi słowy zostanie połknięty. Pewność działania podniosą kondensatory C3
Rys. 1. Schemat elektryczny układu.
60
Elektronika Praktyczna 9/98
Monitor słowa ośmiobitowego
i C4. Ten pierwszy przedłuży czas trwania poziomu H na wejściach RST układów U1..U3 o kilkaset nanosekund, a C4 przyspieszy pojawienie się aktywnego zbocza na wejściu CLK układu Ul.
Źródłem sygnału zegarowego jest U5 typu 4060. Jego oscylator (Rl+Cl) pracuje na stosunkowo wysokiej częstotliwości l,4MHz, która po podzieleniu przez 32 daje około 40kHz na wyprowadzeniu MOD32.
Do układu U5 jest podłączony jeszcze inny obwód zerowania, zbudowany na elementach T2, C2, R2 i R3. Poziomem zerującym U5 jest H na wyprowadzeniu RST.
Jeden cykl pracy monitora przebiega następująco: U4 odbierze zadaną liczbę impulsów, wy-kryje zero i wystawi L na swoje wyjście CO/ZD. Tl załączy wówczas wyświetlacze W1..W3 o wspólnej katodzie, umożliwiając wyświetlenie zliczonych przez U1..U3 impulsów. Ponadto, zmiana z H na L na CO/ZD spowoduje powstanie, za sprawą C2, ujemnej szpilki na bramce tranzystora FET T2 i jego zatkanie, a tym samym wyzerowanie U5. U5 pozostanie wyzerowany w okresie ładowania C2 (przez rezystor R2), czyli przez kilkadziesiąt milisekund. Ten czas wyznacza częstość repetycji badanego słowa 8-bitowego, wynoszącą przeszło 10 razy/sekundę. Mamy więc stan stabilny trwający kilkadziesiąt ms, w którym tranzystor Tl przewodzi, a N-FET (T2) i bipolarny T3 są zatkane. Liczniki Ul, U2, U3, U4, U5 nie zliczają. Wyświetlana jest informacja z wyjść U1..U3 w kodzie wskaźnika 7-segmentowego.
Gdy naładuje się C2 i T2 zacznie przewodzić, uaktywni się U5 i rozpocznie pracę jego oscylator. Po ośmiu taktach na wyjściu MOD16 pojawi się stan H, który za pośrednictwem R6 wyzeruje układy U1..U3. Zerowanie to trwa przez następnych 8 okresów generatora U5, aż do pojawienia się H na kolejnym wyjściu U5 (MOD32), które dostarcza impulsy zliczane równocześnie przez U4 i Ul.
W trakcie zliczania Tl jest zatkany, aby uniknąć zakłóceń na wyświetlaczach. Czas zliczenia nawet maksymalnej liczby impulsów nie przekracza paru
milisekund, przy narzuconej przez U5 częstotliwości pracy. Zatem zmniejszenie jasności wyświetlaczy wskutek zmniejszania się współczynnika wypełnienia będzie nieznaczne. T3 przewodzi zapewniając stan L na wejściach RST U1..U3. Na bramce przewodzącego T2 jest 0,5V. Opcjonalna dioda Zenera Dl ogranicza amplitudę ujemnych szpilek do 10V, aby nawet przy zasilaniu układu napięciem 15V, napięcie dren -bramka nie przekroczyło 25 V (30V to wartość graniczna).
Zwraca uwagę przycisk Sl, którym można wymusić podciągnięcie rezystorów R10..R17 do plusa zasilania i uzyskanie na wyświetlaczach wskazania 25 5 (przy J0..J7 nigdzie nie podłączonych). Sl umożliwia też łatwą kontrolę poprawności styku "sond" pomiarowych: jeśli po wciśnięciu Sl nie widać żadnej zmiany na wyświetlaczu, oznacza to poprawny kontakt. Drugi przycisk monostabilny (chwilowy) S2 umożliwia test wyświetlaczy przez pokazanie trzech ósemek.
Wejście RBI układu U3 połączono z masą, co spowoduje, iż zera nie będą wyświetlane.
Ograniczenie prądu segmentów wyświetlaczy następuje za sprawą rezystancji przewodzących tranzystorów P-MOS, zawartych w strukturach U1..U3. Aby nie była ona za niska, układy te zasiliłem ze stabilizatora 5V (na elementach R4, D2 i T4). Zastosowanie trójkońcówkowego 7805 nie wchodzi w rachubę z uwagi na dużą, rzędu 2V, minimalną różnicę napięć Uwe-Uwy (Udrop). Parametry stabilizacji układu z T4 są tu bez znaczenia, natomiast
Udrop wynosi tylko 0,7V. W zakresie napięć zasilających z przedziału 5..15V uzyskujemy niezmienny prąd wyświetlaczy na poziomie 4mA/segment. W typowej aplikacji kostek 4033 mielibyśmy 3x7=21 rezystorów, 21 tranzystorów i prąd zależny od Uzas. Rezystory R6 i R7, o stosunkowo dużych wartościach, ograniczają prądy wejść RST i CLK U1..U3, płynące przy Uzas>5V (prądy te wynikają z różnicy napięć zasilania obu części układu).
Jak zasilać?
Pobór prądu zależy od aktualnych wskazań wyświetlaczy maksymalnie 80mA. Tylko nieznacznie zależy od Uzas. Trzeba pamiętać, że monitor, jeśli używany jest do badania stanów logicznych zewnętrznego urządzenia, musi mieć takie samo napięcie zasilania co zewnętrzne urządzenie. Różnice nie mogą przekroczyć 0,3V. Nie można zasilić monitora baterią 4,5V i badać urządzenia zasilanego np. napięciem 5V. Odwrotna sytuacja jest dopuszczalna, choć nie zalecana. Ogólnie nie należy przekraczać 15V. Taka rozpiętość napięciowa stanowi na pewno zaletę. W pół-profesjonalnych zastosowaniach zalecam buforowanie wejść informacyjnych U4 układem CD405 0, przydatnym też w funkcji transla-tora poziomu. Do samego uruchomienia (i ewentualnych eksperymentów z kodem dwójkowym, zadawanym przełącznikiem S3) wystarczy nowa bateria 4,5V. Gdyby Uzas nigdy nie miało być wyższe od 5V, to można zrezygnować z elementów Dl, D2, R4, T4 (a także z diody Schottky'ego D4,
Rys. 2. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej.
Elektronika Praktyczna 9/98
61
Monitor słowa osmiobitowego
która zabezpiecza złącze B-E Tl przed przebiciem dla Uzas>8V). W miejsce T4 trzeba umieścić zworę, łączącą punkty kolektora z emiterem. Dioda D3 chroni układ przed odwrotnym zasilaniem zwierając w takiej sytuacji zasilacz.
Montaż i uruchomienie
Montaż odbędzie się według schematu montażowego z rys. 2. Widok mozaiki ścieżek przedstawiono na wkładce wewnątrz numeru. Pod układami scalonymi i rezystorami R14..R16 znajdują się zworki, które należy wlutować w pierwszej kolejności. Następnie wlutowujemy pięć podstawek (szesnastek) pod scalaki.
Tranzystor T2 na końcu (wyprowadzenie bramki: pierwsze z lewej). Płytkę zaprojektowano pod wyświetlacze firmy King-bright, oferowane również przez AVT. Inne wyświetlacze mogą mieć odmienny układ wyprowadzeń. Uwaga: należy je zamontować "do góry nogami". Kropka (DP - decimal point), będzie jakby apostrofem każdej z cyfr (DP nie
jest używany). Tak łatwiej było po prostu poprowadzić ścieżki. Dla pewności, lokalizację DP zaznaczyłem na płytce.
Uruchomienie sprowadza się do włączenia zasilania, kontroli napięcia na emiterze T4 (jeśli jest zamontowany) i ewentualnie częstotliwości na wyprowadzeniu MOD32 U5.
Na wyświetlaczu Wl świeci się "zero" dzięki rezystorowi R18, który na R10..R17 zapewnia potencjał masy. Wciśnięcie Sl spowoduje wyświetlenie "255". Podanie H na JO wyświetli "1". Stan H podawany kolejno (np. za pomocą S3) na pozostałe wejścia pokaże, zgodnie z oczekiwaniami, kolejne potęgi dwójki. Wejścia J0..J7 są dostępne na złączu typu goldpin, z rastrem 2,54mm.
Przycisk S2, służący do testu wyświetlaczy LED, nie jest konieczny (R9 trzeba pozostawić).
Elementów generatora RC nie warto zastępować kwarcem, ponieważ stabilność częstotliwości jest w tym przypadku sprawą trzeciorzędną. Andrzej Kowalczyk, AVT
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl, R3, R5, R8, R19: 6,8kQ
R2: 10MO
R4, R18: lkO
Ró, R7, R9: 22kQ
R1O..R17: 1MO
Kondensatory
CL C3, C4: 24pF lub 2O..27pF
C2: lOnF
C5: 1000nF/63V
Półprzewodniki
Dl: dioda Zenera 10V/u,4W
D2: dioda Zenera Ó^y/CMW
D3: 1N5822 lub inna Schottky'ego
o lp>=lA
D4: BAT85 lub inna Schottky'ego
małej mocy
Tl: BC327-25/40
T2: BF245A
T3: BC547
T4: BD135, BD139
UL U2, U3: CD4033
U4: CD40103
U5: CD4060
WL W2, W3: wyśw. LED
Kingbright 13mm ze wspólną
katodą
62
Elektronika Praktyczna 9/98
PROJEKTY
Kurant do zegara pseudoanalogowego
kit AVT-467
Układ, który chciałbym
przedstawić Czyteinikom EP
trochę mi nie "wyszedł".
Niestety, złekceważyłem jedn ą
z najważniejszych zasad
konstruktora: konsekwentne
reałizowanie postawionego
zadania.
Dłaczego? Przeczytajcie sami.
Zamiarem moim było skonstruowanie prostego układu elektronicznego, który po dołączeniu do opisanego w jednym z poprzednich numerów EP (5/98) zegara pseudoanalogowego umożliwiałby wybijanie godzin i ewentualne granie melodyjek. Otrzymalibyśmy więc zegar z kurantem. Cel projektu został więc jasno określony i wydawałoby się, że konstruktor z jako takim doświadczeniem potrafi zaprojektować tak prosty układ.
Tymczasem okazało się, że nie zawsze i nie każdy konstruktor. Z projektowanego układu wyszedł jakiś dziwoląg, który wprawdzie realizuje przyjęte założenia, ale jakby "przy okazji". W rzeczywistości zaprojektowałem urządzenie, które może działać jako: 1.Zgodnie z przyjętym założeniem może współpracować z zegarem AVT-426 i wygrywać kuranty, a właściwie odtwarzać o każdej pełnej godzinie dowolne, nagrane dźwięki.
2.Układ może znaleźć zastosowanie jako uniwersalna pozytywka, na której możemy nagrać dowolne dźwięki o łącznym czasie trwania nie przekraczającym 60s (dla wersji podstawowej). Liczba melodii lub komunikatów jest praktycznie ograniczona jedynie łącznym czasem ich trwania. Pozytywka taka może być wykorzystana np. jako dzwonek do drzwi, który ze względu na możliwość częstego zmieniania nagranych melodii nieprędko się znudzi. 3.Ciekawym zastosowaniem opisywanego układu może być użycie go jako podręcznego notatnika do nagrywania i odtwarzania krótkich komunikatów. Komunikaty mogą być nagrywane z dowolnego źródła, z tym że najlepsze rezultaty uzyskałem wykorzystując komputerowe pliki typu *.wav kopiowane do układu za pośrednictwem karty dźwiękowej i odpowiedniego oprogramowania.
Mam nadzieję, że Czytelnicy wybaczą mi to "potknięcie", a także tę odrobinę kokieterii ze wstępu. Ponieważ wiemy już jakim celom może służyć proponowany układ, najwyższy czas wziąć się za analizę jego schematu.
Opis działania układu
Schemat elektryczny proponowanego układu pokazano na rys. 1. Sercem urządzenia jest układ ISD25XXX, trochę już znany Czytelnikom "młodszy brat" popularnego układu ISD14XX.
ISD25XXX jest rodziną układów o ogromnych możliwościach, pozwalających na konstruowanie zarówno prostych magnetofoników (tak, jak w naszym przypadku), jak i skomplikowanych, sterowanych przez mikroprocesory "maszyn gadających".
Układy serii ISD25XXX, produkowane przez firmę Information Storage Devices, są jednoukłado-wymi rejestratorami - odtwarzaczami komunikatów dźwiękowych
0 łącznym czasie trwania 45, 60, 75, 90 lub 120 sekund. Układy są wykonane w technologii CMOS
1 zawierają wewnętrzny oscylator, przedwzmacniacz mikrofonowy (z możliwością odłączenia), układ automatycznej regulacji wzmocnienia ARW, filtr antyliasingowy, filtr wygładzający i wzmacniacz głośnikowy niewielkiej mocy. Nagrania są rejestrowane i przechowywane w analogowej pamięci nieulotnej.
Dzięki zastosowaniu takiego rodzaju pamięci, wykorzystującej opracowaną przez firmę I SD technologię DAST (ang. Direct Analog Storage Technology), informacje są zapisywane w oryginalnej postaci analogowej, bez konieczności przetwarzania sygnału analogowego na cyfrowy, zapisywania i ponownego przetwarzania w celu odczytania go w postaci analogowej. Pozwoliło to na zapisywanie relatywnie długich komunikatów o zadowalającej jakości.
Elektronika Praktyczna 9/98
63
Kurant do zegara pseudoanalogowego
Rys. 1. Schemat elektryczny układu.
Jak już wspomniano, informacja jest przechowywana w pamięci nie-ulotnej, a zatem zasilanie układu może zostać wyłączone na dowolnie długi okres bez obawy o utratę danych. Producent gwarantuje maksymalny czas przechowywania zapisanych efektów dźwiękowych wynoszący 100 lat. Nie będziemy tu omawiać wszystkich wyprowadzeń układu i pełnionych przez nie funkcji. Pominiemy także liczne tryby pracy możliwe do wykorzystania w bardziej zaawansowanych projektach. Opiszemy tylko to, co jest nam koniecznie potrzebne do zrozumienia zasady działania naszej pozytywki.
W naszej pozytywce - magne-tofoniku kostka ISD pracuje w najprostszym z wielu możliwych trybów pracy: w tzw. trybie z przyciskami (ang. Push Button Modę), dalej zwanym w skrócie PBM. Układ ISD posiada 10 wejść adresowych służących także do wyboru trybu pracy. Tryb PBM uzyskujemy przez podanie stanu wysokiego na trzy wejścia adresowe: A9, A8 i A6 przy pozostawieniu pozostałych wejść w stanie niskim. W tym trybie pracy są używane dwa wejścia i jedno wyjście ISD.
Omówmy teraz pełnione przez nie funkcje.
1. Wejście !CE (pin 23) zmienia funkcję pełnioną w innych trybach pracy i staje się wejściem START/PAUSE, służącym do uruchamiania i zatrzymywania pracy układu. Jeżeli w danym momencie układ jest w stanie nieaktywnym, to podanie na to wejście impulsu ujemnego (niskiego poziomu napięcia) rozpocznie nagrywanie lub odtwarzanie komunikatu, stosownie do stanu panującego na wejściu P/R. Kolejny impuls na wejściu START/PAUSE spowoduje zatrzymanie pracy układu i jego przejście do stanu "uśpienia", w którym pobiera on znikomo mały prąd. Adres pamięci, pod którym zakończono odtwarzanie lub nagrywanie zostaje jednak zapamiętany, tak że nagrywanie lub odtwarzanie następnego efektu dźwiękowego rozpocznie się od tego samego miejsca pamięci, w jakim zostało przerwane. Jeżeli zatrzymaliśmy pracę układu podczas nagrywania, to w o dp owie dnim
miejscu pamięci zostanie wstawiony znacznik EOM (ang. End Of Message - koniec komunikatu). Kolejny impuls na wejściu START/PAUSE spowoduje uruchomienie pracy układu, następny znowu jej zatrzymanie i tak dalej aż do dojścia do końca pamięci lub podania stanu wysokiego na wejście PD.
2. Wejście PD (ang. Power Down, pin 24) także pełni inną funkcje niż w większości stosowanych trybów pracy układu ISD. Stało się ono wejściem STOP/ RESET. Podanie na nie impulsu dodatniego (wysokiego poziomu napięcia) spowoduje natychmiastowe przerwanie odtwarzania lub nagrywania (jeżeli układ był w tym momencie aktywny) i ustawienie stanu liczników pamięci na zero. Jeżeli w momencie naciśnięcia przycisku STOP/RESET układ był w trakcie nagrywania, to do pamięci zostanie wpisany znacznik końca komunikatu (EOM).
3. Jedynym wejściem, które pełni swoją podstawową funkcję jest wejście P/!R PLAY/RECORD (Odtwarzanie/Nagrywanie). Funkcja ta jest oczywista: jest to przełącznik rodzaju pracy naszego magnetofoniku. Podanie na to wejście poziomu niskiego powoduje włączenie nagrywania, a wysokiego - odtwarzania.
4. Wyjście EOM (ang. End Of Message) także zmieniło swoje podstawowe przeznaczenie. W trybie pracy PBM służy ono do sygnalizowania stanu aktywnego układu. Podczas zapisywania lub odtwarzania występuje na nim poziom wysoki, a obciążalność prądowa tego wyjścia pozwala na zasilanie z niego diody LED, co znacznie ułatwia nagrywanie kolejnych melodii, czy innych efektów dźwiękowych.
Prawdę mówiąc, przy okazji opisywania układu ISD25XXX omówiliśmy także działanie naszego
Rys. 2. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej.
64
Elektronika Praktyczna 9/98
Kurant do zegara pseudoanalogowego
magnetofonu. Przełącznik S3 służy do zmiany rodzaju pracy układu i w pozycji takiej, jak na schemacie ustawia go w tryb zapisu. Przestawienie tego przełącznika w przeciwne położenie spowoduje dołączenie wejścia P/!R do plusa zasilania i umożliwienie odtwarzania nagranych komunikatów. Włącznik S2, zdublowany przez tranzystor Tl, służy do włączania i wyłączania naszego magnetofonu. Jeżeli układ pracuje w trybie nagrywania, to pierwsze naciśnięcie przycisku S2 (lub podanie wysokiego poziomu napięcia na wejście CONl) powoduje włączenie nagrywania, a drugie wyłączenie i wpisanie do pamięci znacznika EOM. W trybie odtwarzania, kolejne naciśnięcia tego przycisku włączają odtwarzanie lub powodują jego chwilowe przerwanie - pauzę. Jeżeli po włączeniu odtwarzania przycisk nie zostanie naciśnięty po raz drugi, to odtwarzanie trwa aż do momentu napotkania przez układ znacznika EOM.
Ostani z elementów sterujących - przycisk Sl - służy do zerowania magnetofonu. Po jego naciśnięciu rejestry liczników zostają wyzero-wane i układ powraca do stanu początkowego, oczekując na rozpoczęcie nagrywania lub odtwarzania.
Fragment układu ze wzmacniaczem ICl jest typowo skonstruowanym wzmacniaczem mocy małej częstotliwości. Wprawdzie kostka I SD posiada własny wzmacniacz, lecz o bardzo małej mocy, zdecydowanie nie wystarczającej w większości zastosowań. Potencjometrem Pl możemy regulować siłę głosu, dostosowując ją do aktualnych potrzeb.
Omówienia wymaga jeszcze fragment układu z jumperem JP1. W położeniu jumpera jak na schemacie, do nagrywania wykorzystujemy mikrofon Ml i wewnętrzny przedwzmacniacz mikrofonowy. Nie zawsze jest to jednak dobre rozwiązanie: nagrywanie np. muzyki za pośrednictwem mikrofonu powoduje wzrost zniekształceń oraz pogorszenie i tak miernej jakości nagrania. Przestawienie jumpera JPl w położenie przeciwne niż na schemacie udostępnia wejście IN, do którego możemy dołączyć niskonapięciowe wyjście dowolnego układu odtwarzania dźwięku, w tym karty dźwiękowej komputera.
Montaż i uruchomienie
Na rys. 2 przedstawiono rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej. Widok mozaiki przedstawiono na wkładce wewnątrz numeru.
Płytka została zwymiarowana w taki sposób, że umieszczone na niej otwory pasują dokładnie do otworów w tarczy zegara pseudoanalogowego i modułu wahadełka. Pozwala to na zmontowanie pełnej wersji tego zegara w postaci zwartego pakietu.
Montaż układu nie wymaga komentarza. Przeprowadzamy go w typowy sposób, rozpoczynając od zwór oznaczonych symbolem "Z" i rezystorów, a kończąc na kondensatorach elektrolitycznych. Jak zwykle, zalecam zastosowanie podstawek pod układy scalone. Urządzenie zmontowane ze sprawnych elementów jest natychmiast gotowe do pracy i nie wymaga jakiegokolwiek uruchamiania ani regulacji.
Najprostszą metodą wprowadzenia do pamięci układu potrzebnych komunikatów lub melodii jest wykorzystanie do tego celu mikrofonu. Nie jest to, jak już wspomniałem, metoda najlepsza i dlatego polecam Warn skorzystanie z komputera, karty dźwiękowej i odpowiedniego oprogramowania, nawet tego najprostszego, dostarczanego wraz z systemem Windows 95. Metoda ta ma następujące zalety. 1.Dysponujemy ogromną "bazą danych" najróżniejszych dźwięków zapisanych w plikach *.wav i rozprowadzanych najróżniejszymi drogami. Pliki takie można ściągać z Internetu, tworzyć samemu wykorzystując nagrania muzyczne na CD, a także skorzystać z oferty AVT, w której znajduje się kilka dyskietek z setkami plików tego typu. 2. Nawet najprostsze oprogramowanie umożliwia łączenie kilku plików ze sobą. W związku z tym, jeżeli potrzebujemy nagrać sobie bicie zegara odliczające kolejne godziny, to musimy nagrać lub skopiować tylko jedno uderzenie dzwonu. Nagrany komunikat możemy następnie dowolną liczbę razy kopiować i dopisywać do pliku, uzyskując w ten sposób wymaganą liczbę sygnałów. Takie operacje umoż-
AnAilw **Ś!Ś*�u
-J
- *
Rys. 3. Okno działającego rejestratora dźwięku.
liwia nawet dołączony do WIN95 pros ty programik "Rejestrator dźwięku", który widzimy "w akcji" na rys. 3. 3. Korzystanie z oprogramowania do obróbki plików dźwiękowych umożliwia określenie czasu trwania komunikatu z dokładnością do setnych części sekundy (patrz rys. 3). Umożliwia to łatwe "upakowanie" komunikatów w pamięci układu ISD i optymalne wykorzystanie jej pojemności. Układ musi być zasilany napięciem +5VDC, koniecznie stabilizowanym lub z czterech baterii R6. Jeżeli będzie używany jako sygnalizator do zegara pseudoanalogowego, to zamiast przycisku S2 należy wmontować złącze CONl, tranzystor Tl oraz rezystor R7 polaryzujący bazę tego tranzystora. Zbigniew Raabe, AVT
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Pl: potencjometr 10ka/B
Rl, R6, R7, R8: 10kO
R2: 5100
R3: lkn
R4: 2,2kQ
R5: 470kQ
R9: 30Q
Kondensatory
Cl: lOOnF
C2, C3, C5, C7, C9, CIO: 470nF
C4: 4,7n.F/10V
Có, Cli: 47nF
C8: 47^F/10V
C12: 470|iF/10V
Cl3: 220|iF/10V
Półprzewodniki
Dl: LED
ICl: LM386
IC2: ISD2560
Tl: BC548 lub odpowiednik
Różne
CONL CON2, CON3: ARK2
(miniaturowe)
IN: 2 goldpiny
JPl: jumper + 3 goldpiny
Ml: mikrofon elektretowy
dwukońcówkowy
SL S2: przycisk typu RESET do
przykręcania do obudowy
S3: przełącznik dźwigienkowy
Elektronika Praktyczna 9/98
65
PROJEKTY
Stoper na szkolną olimpiadę, część 2
kit AVT-447
Kończymy prezentację
konstrukcji elektronicznego
stopera, który idealnie nadaje
się do stosowania podczas
szkolnych zawodów
sportowych.
W drugiej części ańykułu
opisujemy detektor strzału,
elektroniczną fotokmórkę oraz
sposób wzajemnego połączenia
ze sobą wszystkich elementów
urządzenia tak, aby stanowiło
ono doskonale działającą
całość.
Na rys. 2 przedstawiono schemat elektryczny układu wyzwalającego stoper, którego zadaniem jest wykrycie strzału oddanego przez startera i przekazanie informacji o tym fakcie do układu głównego. Odebranie przez mikrofon elektietowy Ml dostatecznie silnego sygnału, który następnie zostanie wzmocniony przez wzmacniacz zbudowany z wykorzystaniem układu IClA - LM358, spowoduje naładowanie kondensatora C4 i przewodzenie tranzystora Tl. Baza tranzystora T2 zostanie spolaryzowana i w efekcie na wejście Start układu stopera doprowadzony zostanie wyskoki poziom napięcia (Vcc) po-
wodując włączenie odliczania. Zastosowanie wzmacniacza typu LM358, zamiast typowego układu w rodzaju TL0Xl, zostało podyktowane faktem, źe może on pracować przy stosunkowo niskim napięciu zasilania, jakie otrzymujemy z wyjścia VCC bloku głównego stopera. Rezystory R4 i R3 decydują o wzmocnieniu ICl (R4/ R3 + 1) dla sygnału zmiennego i zmieniając ich wartości możemy w szerokim zakresie regulować czułość układu wyzwalania stopera.
Kolejnym, ostatnim elementem układu stopera jest układ fotokomórki, którego schemat pokazano na rys. 3. Górna część
Rys. 2. Schemat elektryczny detektora strzału.
Elektronika Praktyczna 9/98
67
Stoper na szkolng olimpiadę
C0N1
IWnF
10-1
R2 lOOk
TR
u
DIS
ci
F
VCc
GND
Rys. 3. Schemat elektryczny fotokomórki.
rysunku przedstawia schemat nadajnika wiązki podczerwieni, a dolna odbiornika. Nadajnik został zbudowany z wykorzystaniem układu NE555, który wytwarza ciąg impulsów prostokątnych doprowadzanych następnie do bazy tranzystora Tl. Tranzystor ten zasila diodę nadawczą Dl za pośrednictwem rezystora R4 ograniczającego płynący przez nią prąd.
Układ odbiornika fotokomórki także nie wymaga szczegółowego komentarza. Ciąg impulsów nadawanych w podczerwieni jest odbierany przez fototranzystor T3 i po wzmocnieniu sygnału przez wzmacniacz napięciowy IC2A jest poddawany detekcji w układzie z diodami D3 i D4. Jeżeli ciąg impulsów jest odbierany, to kondensator C9 ładuje się do napięcia umożliwiającego przewodzenie tranzystora T2. Jeżeli ciąg impulsów zostanie przerwany (przez zawodnika mijającego linię mety), to tranzystor ten przestanie przewodzić i na wejściu Stop bloku głównego stopera zo-
stanie wymuszony stan wysoki, co spowoduje natychmiastowe wstrzymanie odliczania czasu.
Montaż i uruchomienie
Na rys. 4, 5, 6 i 7 pokazano rozmieszczenie elementów na wszystkich płytkach wchodzących w skład stopera. Mozaiki ścieżek przedstawiono na wkładce wewnątrz numeru.
Montaż rozpoczniemy od bloku głównego i tu od razu napotkamy niespodziankę. Otóż, na rysunku płytki podzielonej na dwie części widzimy jakieś, nie pokazane na schemacie, złącze. Zaraz sobie to wszystko wyjaśnimy. Blok główny stopera został dla wygody umieszczony na dwóch płytkach: jednej, zawierającej wyłącznie wyświetlacze siedmiosegmentowe LED i drugiej, z całą, pozostałą częścią układu. Taki podział płytek powinien w znacznej mierze ułatwić umieszczenie układu w stosownej obudowie. Natomiast uwidocznienie takiego podziału pły-
Idff 8dO cm Gd0 9dO
33 03 33 03 33 03 33 03 33 03 33 03
flvd jg flVD JS tVQ JD
JC3 ZRMBE JC4
IC6
JC7
IC9
Rys. 4. Rozmieszczenie elementów na płytce stopera.
68
Elektronika Praktyczna 9/9S
Stoper na szkolna olimpiadę
Rys. 5. Rozmieszczenie elementów na płytce nadajnika fotokomórki.
Rys. 6. Rozmieszczenie elementów na płytce odbiornika fotokomórki.
tek na schemacie jedynie gmatwałoby niepotrzebnie rysunek, nie wnosząc niczego nowego do jego zrozumienia.
Montaż układu bloku głównego stopera wykonujemy w typowy i wielokrotnie opisywany sposób. Pod układy scalone warto zastosować podstawki, a po zmontowaniu obydwóch płytek należy je połączyć w jedną całość za pomocą kątowego złącza typu GOLDPIN. Taki sposób montażu zapewni pewne połączenie płytek, z zachowaniem kąta prostego pomiędzy nimi.
Montaż płytek układu wykrywającego strzał pistoletu startowego i fotokomórki także nie nastręczy większego kłopotu. Chciałbym natomiast przekazać Czytelnikom kilka praktycznych wskazówek dotyczących ich prawidłowego obudowania i umieszczenia podczas dokonywania pomiarów czasu.
Płytkę detektora strzału najlepiej umieścić wewnątrz odcinka rurki z tworzywa sztucznego o odpowiedniej średnicy, z jednej strony zamkniętej. Całość można zamocować na statywie z wysięgnikiem, podobnym do stosowanych do mocowania mikrofonów i umieścić jak najbliżej stanowiska startowego. Umieszczenie mikrofonu w rurce da pewien efekt kierunkowo ści, co zapobiegnie
Rys. 7. Rozmieszczenie elementów na płytce detektora strzału.
WYKAZ ELEMENTÓW
Blok główny układu stopera Rezystory
Rl: l,2kQ R3, R2: lOOkO Kondensatory
Cl: 1000^F/16V C2, C4: lOOnF C3: 220|iF/10V Półprzewodniki
DP1..DP6: wyświetlacz siedmioseg-
mentowy LED wsp. anoda
IC1, IC3, IC4, ICó, IC7, IC9: 4543
IC2, IC5, IC8, IC10, ICH: 4518
IC12: 4011
IC13: 4027
IC14: 7805
Różne
CON1, CON2, CON3: ARK2
(3,5mm)
JP1, JP2, JP3, JP4, JP5, JP6:
4 goldpin
Ql: generator kwarcowy lMHz
Sl: przycisk typu RESET
S2, S3 przełącznik dźwigienkowy
Fotokomórka Rezystory
RL R2: 100kQ
R3, R7: 100O
R4: 30Q/0,9W
R5, R9: 12kO
R6: 2,2kQ
R8: 5,ókQ
RIO: l,2kQ
Kondensatory
Cl: 4,7nF
C2, C3: 100nF/10V
uruchomieniu stopera głośnym dźwiękiem innym niż strzał z pistoletu startowego.
Płytki układu fotokomórki należy zamocować w dwóch obudowach i umieścić na statywach o identycznej wysokości. Fototranzystor odbiornika toru podczerwieni należy osłonić przed światłem widzialnym, najlepiej umieszczając go wewnątrz rurki o średnicy wewnętrznej 5 mm.
Na rys. 8 pokazano schemat połączenia wszystkich części składowych stopera: bloku głównego, fotokomórki i detektora strzału. Zbigniew Raabe, AVT
C4:
C5, C9: 470nF
Có, C7, C8: 180nF
CIO: lOOpF
Cli: 47^F/10V
Cl2: lOOnF
Półprzewodniki
Dl: IRED
D3, D4: 1N4148
IC1: NE555
IC2: ULI 321
Tl: BD139 lub podobny
T2: BC548 lub podobny
T3: fototranzystor
Różne
CON1: ARK2 (3,5mm)
CON2: ARK3 (3,5mm)
Detektor odgłosu strzału Rezystory
Rl, R2, R4: 220kQ
R3, R5: 2,2kO
R6, R7, R8, R9, RIO: 12kO
Kondensatory
Cl, C2: lOOnF
C3: 47^F/10V
C4: 470nF
Półprzewodniki
D2, Dl: 1N4148 lub odpowiednik
IC1: LM358
Tl: BC548 lub odpowiednik
T2: BC557 lub odpowiednik
Różne
CON1: ARK3 (3,5mm)
Ml: mikrofon elektretowy
NulepilkfatalHiinóiid
Odbiornik fotoknntal
Rys. 8. Sposób połączenia poszczególnych modułów.
Elektronika Praktyczna 9/98
69
MINIPROJEKTY
Wspólną cechą układów opisywanych w dziale "Miniprojekty" jest łatwość ich praktycznej realizacji. Na zmontowanie i uruchomienie układu wystarcza zwykle kwadrans. Mogą to być układy stosunkowo skomplikowane funkcjonalnie, niemniej proste w montażu i uruchamianiu, gdyż ich złożoność i inteligencja jest zawarta w układach scalonych. Wszystkie projekty opisywane w tej rubryce są wykonywane i badane w laboratorium AVT. Większość z nich wchodzi do oferty kitów AVT jako wyodrębniona seria "Miniprojekty" o numeracji zaczynającej się od 1000.
Sterownik węża świetlnego
Można wyobrazić
sobie wiele zastosowań
prezentowanego
w artykule układu.
Tytułowa propozycja -
sterownik węża
świetlnego - jest
najprostszym
i jednocześnie
najbardziej efektownym
z nich.
Swoją dużą
przydatność wykazał
sterownik także
w samochodowej
lampie ostrzegawczej,
a także systemie
naprowadzania kutrów
rybackich w porcie
jednego z nadmorskich
kurortów.
Najważniejszą cechą prezentowanego urządzenia jest prostota wykonania i duża niezawodność. Schemat elektryczny sterownika przedstawiono na rys. 1.
"Sercem" sterownika jest tani układ firmy Holtek HT2050 (USl). Zawiera w swoim wnętrzu wszystkie elementy niezbędne do poprawnej pracy urządzenia. Jego schemat blokowy przedstawiono na rys. 2. Sygnał taktujący jest wytwarzany w wewnętrznym oscylatorze, którego częstotliwość taktowania ustala się przy pomocy potencjometru RNl. Częstotliwość przebiegu wzorcowego jest zmniejszana w dzielniku o ustalonym przez producenta współczynniku podziału. Z wyjścia dzielnika jest sterowany licznik sprzężony z 5-kana-łowym wzmacniaczem mocy, poprzez który są sterowane zewnętrzne obwody wykonawcze.
Układ HT2050 jest wyposażony w dwa wejścia programujące jego tryb pra-
cy. Pierwsze z nich oznaczono ON/OFF. Przy pomocy tego wejścia można włączać i wyłączać obwody wyjściowe (spełnia ono rolę elektronicznego włącznika). Dzięki wbudowaniu we wnętrze
układu HT2 050 0^^^^^^^^^^^^"" że stany na
przerzutnika bista- T^^^^^^^^ wyjściu układu
bilnego, taktowa- HT2050 odpowiadają sposo-
nego sygnałem z wejścia ON/ bowi sterowania klasyczne-OFF, do jego sterowania wy- go węża świetlnego, starczy dowolny przełącznik mono stabilny. Drugie wejście, oznaczone OPT, służy do ustalenia trybu pracy liczni-ka. Pozostawię-nie tego wejścia nie podłączonego powoduje, że wyjścia są stero-wane w kolej-
Diody świecące Dl. .5, dołączone do wyjść układu USl, spełniają rolę informa-
0SC2Ó�- OSCYLATOFI DZIELNIK Wzmacniacz
!
VDDÓ-* Dekoder wejścia On/Off Sposób sterowania wyjtó wyjiciowy
!
wane w Kolej- ; t i . noś ci losowej. '------o----------o-----o-
-K>OU15
Zwarcie styków przełącznika SWl powoduje,
ON/OFF
OFTION TEST
HT2050
ON/OFF +5V
Rys. 1.
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl, R2, R3, R4, R5: 2kQ
R6: 220Q
RNl: 680kQ potencjometr
montażowy
Kondensatory
Cl: 1000^F/16V
C2: lOOnF
C3: 680nF
Półprzewodniki
BR1: mostek 1A/5OV lub
podobny
Dl, D2, D3, D4, D5: LED
Ql, Q2, Q3, Q4, Q5: BD135
USl: HT2050
US2: 78M05 lub podobny
(obudowa TO-220)
Różne
SWl: dowolny przelgcznik
bistabilny
ON/OFF: dowolny przelgcznik
monostabilny
Płytka drukowana wraz z kompletem elementów jest dostępna w AVT - oznaczenie AVT-1212.
Elektronika Praktyczna 9/98
75
MINIPROJEKTY
cyjną, wskazując stany poszczególnych wyjść. Z tych samych, co diody LED, wyjść są sterowane bazy tranzystorów Ql..5. Tranzystory te zastosowano, aby ułatwić sterowanie obciążeń wymagających większych prądów sterujących - standardowo każde z wyjść OUT1..5 można obciążyć prądem o natężeniu do lOmA. Należy pamiętać, że tranzystory Ql..5 pracują w tym układzie jako inwer-tery sygnałów sterujących ich bazy (stany wyjściowe na ich kolektorach są przeciw-
ne w stosunku do stanów wejściowych). Należy o tym pamiętać podczas wykonywania obwodów sterujących większej mocy.
Układ US2 wraz z elementami towarzyszącymi zapewnia stabilne napięcie zasilające dla sterownika. Dzięki zastosowaniu na wejściu zasilającym mostka Graetza BRl, urządzenie można zasilać napięciem stałym lub zmiennym. Zalecana wartość wynosi 8..15V, a pobór prądu nie przekracza 30mA.
ooooo
0UT1 0UT2 0UT3 0UT4 OUTS
Rys. 3.
Elektronika Praktyczna 9/98
MINIPROJEKTY
Elektroniczny "odrzutowiec" lub... "motocykl"
Tak, tak drodzy
Czytelnicy -
przed stawiamy Warn
kolejną super zabawkę,
która ujrzała światło
dzienne dzięki
ni epr a wdop odobn ej
inwencji konstruktorów
firmy Ho I tek.
Tym razem jest to
elektroniczny symulator
dźwięku odrzutowca
lub motoru, który został
przez swoich twórców
dodatkowo wyposażony
w wyrzutnię rakiet
oraz szybkostrzelny
karabin maszynowy!
Jak zwykle z układami Holteka bywa, wszystkie bloki funkcyjne efektownego układu są zamknięte w niewielkiej, 18-pinowej obudowie układu scalonego. W prezentowanym urządzeniu został zastosowany generator dźwięku HT2330A (schemat blokowy na rys. 1), który potrafi doskonale naśladować dobrze uzbrojony samolot myśliwski lub motocykl.
Schemat elektryczny tego symulatora przedstawiono na rys. 2. Przyciski SW2 i SW4 służą do "uruchamiania" karabinu maszynowego i wyrzutni rakiet, a przy pomocy przycisków SWl i SW3 możemy dobrać brzmienie dźwięku generowanego przez pojazd.
Dodatkowym efektem, tym razem cieszącym oko, jest miganie dwóch diod LED (Dl i D2). Tempo ich migotania jest powiązane z szybkością odtwarzania dźwięku i zależy od wartości rezystora Rl. Rolę przetwornika elektroakustycznego spełnia płytka piezocera-miczna dołączona bezpośrednio do wyjść wzmacniacza zintegrowanego w strukturze układu US1. Dioda D3 zabezpiecza układ USl
*Ś Dztohlh
n
Onmtcir Ułdu
W/i i vi i kim LED
- 1 i
LłCTrtk 1 Onnfef
gcnna ŚfafcUw Śpecjalnycłi Wzmunlacz

� wycofany
tonu Oormtor
Śzumu
przed zniszczeniem po odwrotnym dołączeniu źródła zasilającego. Do poprawnej pracy HT2830A wymaga napięcia zasilającego o wartości 2,4..3,3V. W praktyce sprawdzono, że układ spisuje się doskonale zasilany napięciem 4,5V z trzech ogniw AA3 (paluszki). Spadek napięcia na diodzie D3 wynosi ok. 0,65V, dzięki czemu USl jest zasilany napięciem o wartości ok. 3,85V, co mieści się w zakresie dopuszczanym przez producenta (max. 5V).
Montaż generatora można przeprowadzić na płytce drukowanej wykonanej według wzoru zamieszczonego na wkładce wewnątrz numeru. Na rys. 3 przedstawiono rozmieszczenie elementów na wspomnianej płytce drukowanej.
Po zmontowaniu urządzenie nie wymaga żadnej regulacji - jeżeli zostanie wykonane z dobrych elementów, a montaż będzie prawidłowy, to z całą pewnością "wystartuje" od razu! Tomasz Janik
17E
Rys. 2.
o
o
o
o
- -
Rys. 1.
OFT1 OPT2
TESTI TE6T2 TEST* TECT4 TESTb TE6TB
Rys. 3.
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl: ó2kO R2: 100D Kondensatory
Cl: 100^F/10V C2: lOOnF Półprzewodniki
USl: HT2830A CDIP1S)
DL D2: dowolne diody LED
D3: 1N4001
Różne
PIEZO: przetwornik
piezo ceramiczny
SWL SW2, SW3, SW4:
mikroprzełgczniki
Płytka drukowana wraz z kompletem elementów jest dostępna w AVT - oznaczenie AYT-1213.
76
Elektronika Praktyczna 9/9S
NOWE PODZESPOŁY
Nowe procesory AVR
Rodzina procesorów AVR poszerzyła się o kilka kolejnych, nowych układów:
- AT90S/LS2323 - są to procesory montowane w obudowach 8-pinowych z wyprowadzonymi trzema liniami 1/0. Wyprowadzenia te można wykorzystać jako uniwersalne, programowane wyprowadzenia użytkownika, jako wejścia przerwania i timera lub jako interfejs SPI. Dodatkowo, procesory są wyposażone w timer-watchdog oraz jeden 8-bitowy timer z preskalerem. Pamięć programu Flash ma pojemność 2kB. Można ją programować w systemie (ISP). Procesor jest wyposażony w 128B pamięci EEPROM oraz 128B RAM.
- AT90S/LS2343 - są to procesory montowane także w obudowach 8-pinowych, ale liczba wyprowadzeń dostępnych dla użytkownika wynosi 5. Dwa dodatkowe wyprowadzenia uzyskano dzięki zintegrowaniu w strukturze procesora generatora taktującego RC. Pozostałe parametry są identyczne jak w układach AT90S/LS2323.
- AT90S/LS4434 - są to procesory przeznaczone do bardziej wymagających aplikacji. Pamięć programu Flash ma pojemność 4kB
i może byc programowana w systemie (ISP]. Standardowym wyposażeniem tych procesorów jest 8-kanałowy, 10-bitowy przetwornik A/C, programowany UART, 256B pamięci RAM oraz 256B pamięci EEPROM, dwa timery z preskalerami, timer watchdog i komparator analogowy. - AT90S/LS85 35 - układy podobne konstrukcyjnie do AT90S/LS4434, lecz wyposażone w dwa razy większą pamięć (danych, programu i EEPROM użytkownika]. Procesory AT90S/LS4434 i AT90S/LS8535 są produkowane w obudowach DIP40, PLCC44 oraz TQFP44. Wersje S i LS różnią się między sobą dopuszczalnym zakresem napięć zasilających (2,7..6V dla LS i 4..6V dla wersji S] oraz maksymalną częstotliwością taktowania.
Układy scalone dla USB firmy PHILIPS
Coraz szybszy rozwój zastosowań interfejsu USB zachęca producentów do rozszerzania swojej o f e rty p ro d u k cyj n ej o u kłady zgodne z tym standardem.
Przykładem nowych opracowań tego typu są układy produkowane przez firmę Philips
PDIUSBDll/12 oraz PDIUSBHllA/12. Pierwsza para spełnia iolę interfejsów pomiędzy linią USB a interfejsem równoległym lub szeregowym (PC). Druga wymieniona para układów to koncentratory (huby] sieciowe USB, które opracowano z myślą o stosowaniu w monitorach, gdzie będą spełniać rolę rozdzielaczy z lokalnym zasilaniem.
Nowe potencjometry cyfrowe firmy
Najnowszymi opracowaniami firmy Xicor są potencjometry cyfrowe X9440 i X9448. Pierwszy z nowych układów jest podwójnym potencjometrem cyfrowym wyposażonym w interfejs SPI (szybkość transmisji danych 2MB/s], pamięć EEPROM i dwa komparatory
Podobną architekturę ma układ X9448, z tą jednak różnicą, że programowanie nastaw suwaka potencjometru odbywa się poprzez dwuprzewodową szynę PC (szybkość transmisji danych 400kb/s]. Nietypowa architektura potencjometrów powstała w wyniku opracowania koncepcji systemów
samotestujących, a także zastosowań w systemach wymagających okresowej zdalnej kalibracji.
Obydwa układy mogą pracować w systemach zasilanych napięciem od 2,7V i pobierają w stanie ustalonym zaledwie 1|jA prądu. Obecnie układy X9440 i X9448 są dostępne w obudowach TSSOP24 oraz SOIC24.
Elektronika Praktyczna 9/98
77
NOWE PODZESPOŁY
Podwójny przełącznik awaryjny
UPICAB
TECHNOLOGA
LT1579
Uldad LT1579 jest jednym z najnowszych opracowań firmy Linear Technology. Zosta! on skonstruowany z myślą o stosowaniu jako przełącznik zasilania awaryjnego zintegrowany z systemem nadzoru baterii.
Na rys. 1 przedstawiono podstawowy schemat aplikacyjny tego uldadu. Dzięki wbudowaniu w jego wnętrze komparatorów analogowych, jest możliwy ciągły nadzór poziomu napięcia baterii zasilania awaryjnego.
Uldad LT1579 jest dostępny w obudowach SO16 oraz SSOP16, a jego funkcjonalnie ograniczona wersja w obudowie SOS.
Rys. 1.
O.OlpF
Elektroniczny bezpiecznik firmy
Uldad TD2 30 jest specjalizowaną konstrukcją, przeznaczoną do stosowania w elektronicznych ogranicznikach poboru prądu. Rolę wyjściowych elementów ograniczających spełniają tranzystory MOSFET. Ponieważ do
V HB1
poprawnej pracy wymagają one stosunkowo wysokich napięć zasilania bramki, w strukturę TD230 wbudowano przetwornicę z zewnętrzną indukcyjnością.
Na rys. 2 przedstawiono schemat podwój-
nego odłączania obciążenia (wejście INHI-BIT] oraz detekcji zwarcia (wyjście SHUT-DOWN).
Układy TD230 są produkowane w obudowach DIP16 oraz SOl6.
Rff1
LBOOłT aci
CBOXr tEMP
O9CGM HHBIT
Ptłi ŚHJTDCMN
9O P1B BBHN OCE
mam
5
TMU1W
nego bezpiecznika zwarciowego, a na rys. 3 jego odpowiednik jednokana-łowy.
Układ TD230 może byc zasilany napięciem , symetrycznym od +S/-5 do + 18/-18V, co powoduje, że jest on bardzo uniwersalny. Istnieje możliwość zdał-
V PV
uootr OC1
caooflT BBHP
DKOW HNIBU
PH1 ŚHLnDGHH
PW OB
MV DER
\G\-f-----------\ti**a
\AhT----------i>
U
T1KIO
Nowy zegar/kalendarz I2C firmy S?"i"55
Wzrost wymagań stawianych przez przenośne urządzenia elektroniczne spowodował, że firma Philips wprowadziła do produkcji nową wersję scalonego zegara/kalendarza współpracującego z szyną PC. Nowy układ (oznaczony PCF8563] pobiera prąd o wartości zaledwie 250nA i może byc zasilany napięciem IV! Dzięki zastosowaniu standardowego interfejsu szeregowego, nowy układ można bez trudu zastosować w istniejących już aplikacjach.
W stosunku do poprzednich wersji scalonych kalendarzy, układ PCF856 3 oferuje znacznie więcej możliwości. W jego rejestrach są automatycznie zliczane godziny i minuty czasu bieżącego, dni tygodnia i miesiąca, automatycznie uwzględniane są lata przestępne oraz wiek. Dzięki tak bogatym możliwościom układ ten doskonale nadaje się do systemów, którym stawiane są wymogi pełnej "kompatybilności" ze słynnym rokiem 2000.
Cyfrowa telewizja w jednym układzie scalonym
PHILIPS
Opracowany przez firmę Philips układ SA-A6750H integruje w swojej strukturze wszystkie elementy niezbędne do przekonwerto-wania analogowego sygnału TV w standardzie PAL lub NTSC na elementarny strumień
MPEG2. Dzięki zastosowaniu zaawansowanej, cyfrowej kompresji obrazu, możliwe jest stosowanie tego układu zarówno w systemach studyjnych, jak i w tanich urządzeniach współpracujących z komputerami PC.
78
Elektronika Praktyczna 9/9S
NOWE PODZESPOŁY
Ultraminiaturowa ładowarka akumulatorów NiCd, NiMH oraz Li-ION
Układy LT1510 opracowano specjalnie z myślą o zastosowaniu w nowoczesnych, miniaturowych ładowarkach akumulatorów różnego typu. Dzięki zastosowaniu impulsowego przetwarzania napięcia wejściowego w prąd o odpowiedniej dla danego typu akumulatora wartości, sprawność energetyczna ładowarki jest bardzo duża. Ograniczenie rozmiarów ładowarki udało się dodatkowo uzyskać dzięki zastosowaniu bardzo wysokiej częstotliwości przetwarzania - aż 500kHz.
Wbudowany w strukturę przetwornicy bipolarny klucz prądowy umożliwia przełączanie prądów do 1,5A, co pozwala uzyskać prądy wyjściowe maksymalnie do ok. 1,4..2A.
Na rys. 4 przedstawiono schemat prostej ładowarki dla akumulatorów Li-ION, stosowanych w telefonach komórkowych (prąd ładowania 800mA), a na rys. 5 schemat ładowarki akumulatorów NiCd, o prądzie wyjściowym 1,2A.
Układy LT1510 są dostępne w obudowach DIP16, SO16, SSOP16, SO8.
1N6819
LT1510
D2 1N914
SW Vcc
BOOST PRÓG
GND Vc
OVP
SENSE BAT
11VTO28V
Rys. 4.
C1 D1 LT1510-5
0.2SMF MBRM120T3 ----------
D2
MMBD914L
SW
Vcc
BOOST PRÓG
GND Vc
OVP
SENSE BAT
B.2VTO20V
Rys. 5.
n m
100k LJ 0.25%
Elektronika Praktyczna 9/98
79
NOWE PODZESPOŁY
80
Nowe kontrolery grafiki firmy
EPSON
Najnowszą ofertą firmy Epson jest seria układów przeznaczonych do pracy w nowoczesnych kartach grafiki do komputerów. Mogą to byc karty sterujące panelami LCD, TFT a także standardowymi monitorami CRT.
Układ oznaczony SED1356 integruje w swoim wnętrzu sterownik modułu LCD, przetwornik RAMDAC, przetwornik C/A do sterowania standardowego odbiornika telewizyjnego, a także prosty akcelerator 2D. Nieco prostszy układ, oznaczony SED1355, pozbawiony jest przetwornika sterującego 0TV
a naj-
prostsza wersja nowych układów (SED1354]
została zoptymalizowana pod kątem aplikacji z LCD.
Miniaturowy sterownik zasilaczy impulsowych
Układ LTC1624 jest miniaturowym (obudowa SO-8] sterownikiem zasilaczy impulsowych o regulowanym napięciu wyjściowym. Schemat aplikacyjny tego układu przedstawiono na rys. 6. Napięcie wejściowe

TECHNOLOGY
->- LTC1624
Rys. ó.
typowej przetwornicy z LTC1624 może się zawierać w przedziale 3,5..36V, a zakres napięć wyjściowych 1,19..3OV. Stosunkowo duża częstotliwość przetwarzania (200kHz] pozwala zminimalizować rozmiary stosowanych elementów indukcyjnych i pojemnościowych.
Dzięki zastosowaniu zewnętrznego czujnika prądu płynącego przez tranzystor wyjściowy mocy, możliwe jest uzyskanie prądów wyjściowych przetwornicy nawet do 10A. Wydajność prądowa zależy tylko od typu tranzystora zastosowanego na wyjściu i dobraniu parametrów dławika.
SPRZĘT
Mikrokontrolery COP8 firmy
National Semiconductor
W dzisiejszym świecie trudno
wyobrazić sobie istnienie
elektroniki bez mikrokontrolerów
jednoukiadowych. Wszechstronność
zastosowań mikrokontrolerów
wymusiła na producentach ciągłe
powiększanie ich asortymentu
i m ożliwości operacyjnych. Na
początku lat 70., były stosowane
głównie w kalkulatorach lub
zegarach elektronicznych. Postęp
w technologii, polegający na
ciągłym zmniejszaniu wymiarów
i kosztów produkcji, spowodował
ogromny wzrost zainteresowania
nimi wśród producentów urządzeń
zarówno przemysłowych, jak
i powszechnego użytku.
Praktycznie w każdym domu
można obecnie znaleźć
urządzenia, w których
zastosowano mikrokontrolery 8-
bitowe. Najczęściej stosowane są
obecnie 8-bitowe mikrokontrolery
zawierające w sobie oprócz
standardowych elementów również
dodatkowe bloki funkcjonalne,
takie jak interfejsy, przetworniki,
sterowniki LCD lub klawiatury itd.
Podstawową częścią każdego mikrokontro-lera jest jednostka centralna (ang. Central Pro-cessor Unit- CPU], uldady wejść i a/wyjścia (1/ 0] oraz różne rodzaje pamięci. Wszyscy producenci mikrokontrolerów starają się produkować cale ich rodziny w oparciu o jeden procesor. Układy wchodzące w skład rodziny różnią się między sobą rodzajem i wielkością pamięci, rodzajem wejśc/wyjśc i zastosowanymi dodatkowo sterownikami. Do najbardziej popularnych na rynku polskim można zaliczyć układy firm Atmel ('51 i pochodne], Microchip (PIC], Motorola (68HC05], Hitachi (HB), Philips (C51], SGS Thomson (ST62] lub Texas Instruments (TMS370]. Jak widać z powyższej listy, jest w czym wybierać. Wśród producentów 8-bitowych mikrokontrolerów aktywnie działa również firma National Semiconductor, która produkuje mikrokontrolery oznaczane umownie jako rodzina C0P8, a której podstawowe dane postaramy się przedstawić w artykule.
Co oferuje C0P8?
Konstruktorzy pragnący wykorzystać procesory C0P8 dostają do dyspozycji mikrokontrolery z centralnie ulokowanym procesorem
0 architekturze Harvard, otoczonym funkcjonalnymi blokami zawierającymi pamięci RAM, ROM, pamięć programowalną przez użytkownika, układy UART, komparatory, przetworniki A/C oraz układy wejścia/wyjścia. Procesor jest wyposażony w układy kontroli (watchdog] oraz w układ pozwalający na uruchomienie aplikacji w przypadku pojawienia się sygnału na którymkolwiek z wejść (wake-up].
Długość cyklu zegarowego procesora wynosi standardowo l|ls. Podstawowym standardem wejścia/wyjścia jest szeregowy interfejs MICROWIRE/Plus opracowany przez National Semiconductor. Mikrokontrolery C0P8 są wykonywane w różnych wersjach temperatury pracy, aż do wersji od -55 do +125�C, co pozwala na ich zastosowanie praktycznie we wszystkich aplikacjach z przemysłowymi
1 militarnymi włącznie.
Zalety C0P8
Rodzina C0P8 ma wiele możliwości, których umiejętne wykorzystanie pozwala na osiągnięcie dodatkowych korzyści. Należy do nich zaliczyć bardzo efektywną listę instrukcji, co pozwala na bardzo szybkie uruchomienie procesora i skrócenie czasu opracowania produktu końcowego, a co w efekcie umożliwia wcześniejsze wystartowanie z nowym produktem na rynek. Do zalet C0P8 należy zaliczyć również możliwość pracy w trybie niskiego poboru mocy lub w trybie oczekiwania. Programowanie układów wejścia/wyjścia pozwala na optymalne ich wykorzystanie w aplikacji. Elastyczny i w pełni konfigu-rowalny przez użytkownika proces uruchamiania ułatwia prace projektowe. Dodatkowo układy C0P8 są zabezpieczone przed wpływem fal elektromagnetycznych (EMI].
Zmniejszony pobór mocy
Coraz szersze zastosowanie mikrokontrolerow w urządzeniach przenośnych zasilanych z baterii
wymusza zastosowanie układów o zmniejszonym poborze mocy. Takimi układami są procesory C0P8. Mogą one byc zasilane napięciem od 2,5V, a ponadto posiadają dwa tryby pracy radykalnie zmniejszające pobór prądu:
1. Tryb HALT - następuje zatrzymanie os-cylatora z jednoczesnym podtrzymaniem zawartości pamięci RAM i rejestrów. Pobór prądu w tym trybie jest mniejszy od l|xA. Powrót do trybu pracy normalnej następuje w przypadku pojawienia się sygnału RESET, przełączenia ze stanu niskiego w wysoki pinu G7. Jeśli jest ustawiona opcja zewnętrznego oscy-latora lub generatora RC, przełączenia pinu Multi-InputWake-Up (MIWU],
Opcja MIWU jest dostępna w wielu procesorach C0P8. Wykorzystywany jest do tego Port L, który musi byc ustawiony jako wejściowy i każde z jego wejść może byc niezależnie wykorzystane np. do sprawdzania klawiatury lub układu zdalnego sterowania. Pojawienie się sygnału na którymkolwiek wejściu portu powoduje uruchomienie procedury MIWU. Pozwala to zredukować liczbę elementów zewnętrznych i przez to obniżyć koszty. Każde wejście może byc sterowane zarówno zboczem narastającym jak i opadającym sygnału.
2. Tryb IDLE - jest to tryb pracy dostępny w rodzinie "Feature" i polega na utrzymaniu w stanie aktywnym jedynie zegara systemowego i tirnera TO. Pobór prądu w porównaniu do pracy normalnej wynosi 1/3 Idd. Powrót do pracy normalnej następuje w przypadku: pojawienia się sygnałów RESET, MIWU lub po wykonaniu 4096 cykli programu (zmiana bitu 12 w timerze TO - w niektórych układach ten czas jest programowalny].
Wersje rodziny C0P8
Mikrokontrolery C0P8 są podzielone na dwie rodziny nazywane "Basic Family" i "Fe-ature Family". Mikrokontrolery z rodziny "Basic" są przeznaczone do aplikacji prostych i tanich, nie wymagających wiele pamięci i urządzeń peryferyjnych, natomiast rodzina "Feature" jest przeznaczona dla aplikacji wymagających więcej pamięci i urządzeń zewnętrznych. Obydwie rodziny używają tej samej listy instrukcji.
Elektronika Praktyczna 9/9S
S1
SPRZĘT
Tlmer Undwflow ntamjpts ^__ Rsload RftflBtór R1A n t 8 r n a


1 r
T1A [V Dala Utah IS-BłtTYner/Countar

J L I B

Rys. 1. 16-HtAutO RelmdRagiłar R1B u s

Procesory COP8 "Basic" posiadają od 768B do 4kB pamięci ROM, 64 do 128 bajtów pamięci RAM oraz jeden 16-bitowy zegar, Dostępne są również proste urządzenia zewnętrzne, takie jak komparator. Najczęściej układy te występują w obudowach 20 lub 28 pinów.
Procesory COP8 "Feature" są wyposażone w większą pamięć i posiadają od 2k do 24kB pamięci ROM, 128 do 1088B pamięci RAM i co najmniej dwa 16-bitowe liczniki-timery.
Lista instrukcji tej rodziny posiada dziewięć dodatkowych instrukcji do obsługi wektorów przerwań, stosu oraz dodatkowych operacji logicznych. Oprócz trybu pracy HALT możliwy jest dodatkowy tryb IDLE pozwalający na okresowe monitorowanie systemu, gdy inne urządzenia są wyłączone. Wszystkie procesory "Feature" mają również bardzo użyteczny Multi-Input Wakeup (wielowejściowy "budzik"], pozwalający na niezależne przerwania od narastających zboczy impulsów na poszczególnych pinach lub od sygnałów wychodzących od trybów HALT i IDLE. Dodatkowo układy te mogą zawierać bloki przetworników A/C, UART lub interfejs CAN. Najczęściej występują w obudowach 28, 40 lub 44 piny.
Układy jednokrotnie programowalne OTP
Wszystkie mikrokontrolery COP8 są dostępne w wersji z jednokrotnie programowalną pamięcią ROM. Mogą byc one programowane za pomocą standardowych programatorów pamięci. Jest to wygodne nie tylko dla prototypów, lecz także przy masowej produkcji. Dodatkowo podczas programowania istnieje możliwość ustawienia bitu zabezpieczenia przed odczytaniem programu z układu. Niektóre z układów są dostępne z pamięcią poszerzoną do 32kB, co umożliwia ich zastosowanie do zaawansowanych aplikacji.
Architektura COP8
Wszystkie procesory COP8 są zbudowane w oparciu o zmodyfikowaną architekturę typu Harvard, co oznacza, że dostęp do pamięci programu i pamięci danych odbywa się przez niezależne szyny adres/dane. Daje to przyspieszenie pracy procesora, ponieważ w momencie gdy wykonywany jest transfer bieżących danych, pobierana jest następna instrukcja z pamięci programu. Procesory COP8 używają zmodyfikowanej architektury Harvard, ponieważ tablice danych są przechowywane w pamięci programu i mogą byc dostępne za pomocą specjalnej instrukcji LAID (ang. Load Accumulator Indirect]. Jednostka centralna (CPU] zawiera:
- 8-bitowy akumulator (A];
- 16-bitowy licznik programu (PC];
- dwa 8-bitowe wskaźniki danych (B, X];
- 8-bitowy wskaźnik stosu (SP|;
następuje kolejno z rejestrów TxRA i TxRB oraz jest ustawiana w tym momencie odpowiednia flaga. W przypadku ustawienia zezwolenia jest generowane przerwanie. Maksymalna częstotliwość dla wejścia TxA wynosi 500kHz. Rejestr TxB może byc użyty jako zewnętrzne źródło przerwania od zbocza narastającego.
3. Kontroli wejść (ang. capture inputj (iys. 3]:
- dwa wejścia z możliwością wyboru zbocza;
- łatwy pomiar szerokości i częstotliwości impulsu.
W tym trybie pracy timer Tx może byc użyty do precyzyjnego pomiaru zewnętrznych zdarzeń czasowych. Po wystąpieniu wybranego zbocza na pinie TxA lub TxB, zawartość timera Tl jest zapisywana do rejestru TxRA lub TxRB. Jak w poprzednich przypadkach, jeśli ustawiono zezwolenie na przerwanie, to przerwanie jest generowane.
Wiele procesorów posiada dwa lub więcej takich zegarów pozwalających dodatkowo na pracę w trybie bezczynności (IDLE]. W try-
- 8-bitowe słowo stanu procesora (PSW];
- 8-bitowy rejestr kontrolny (CNTRL];
- bank 8-bitowych rejestrów ogólnego zastosowania.
Cała pamięć RAM, wszystkie wejścia/wyjścia [1/0} oraz rejestry (poza akumulatorem i licznikiem programu] są umieszczone w przestrzeni adresowej danych. Mikrokontrolery COP8 komunikują się z otoczeniem przez kilka konfigurowalnych wejść/ wyjść [1/0} lub przez interfejs szeregowy MIC-ROWIRE/PLUS. Porty wejśc/wyjśc są oznaczane literami np. Port C, Port D, Port G, Port I oraz Port L. Liczba portów lub pinów zależy od typu mikro kontrolera i obudowy.
Timery
Tim er Tx
Wszystkie mikrokontrolery COP8 posiadają co najmniej 16-bitowy, wielofunkcyjny timer Tx. W układach rodziny "Basic" jest to pojedynczy rejestr 16-bitowy timer/licznik, natomiast w rodzinie "Feature" składa się on z 16-bitowego rejestru i dwóch 16-bitowych rejestrów TxRA i TxRB. Może on byc programowany do pracy w trzech trybach:
1. PWM (Pulse Width Modulation] (rys. 1]:
- niezależne od procesora wyjścia przełączające;
- dwa indywidualnie maskowane przerwania dla rejestrów TxRA i TxRB;
- licznik sterowany zegarem.
Zmiana zawartości rejestru Tx powoduje również zmiany w TxRA i TxRB, co w przypadku ustawienia zezwolenia powoduje wystąpienie przerwania.
2. Licznik zdarzeń zewnętrznych (iys. 2]: Zawartość timera Tx jest modyfikowana
zarówno przez rosnące, jak i opadającego zbocze impulsu z TxA. Zmiana zawartości Tx
Tlmar Undarflow ntemjpb EXTCŁ 16-BrtAuto Reload Regirter ON Time 1 n Ł 0 r n a

EdgeSelacłor Logic _K i-----------�

TxAEX ------*- u 16-BttTrner/Comtof
L D a
iftflrtAuto t a
OFFTłns B
Rys. TT^ t "Rj Intemęt Conlrol u s

bach 1 i 3 timer jest taktowany impulsem te, którego częstotliwość jest mniejsza dziesięciokrotnie od częstotliwości oscylatora CKI (tc=CKI/lO ].
Timer TO
Przeznaczony jest do sterowania procesora w trybie IDLE, przy powrocie ze stanu HALT oraz do sterowania czasu WATCHDOG. Standardowo generuje przerwanie po upływie 4096 cykli instrukcji (te). W trybie rozszerzonym może generować przerwania po upływie 4k, 8k, I6k 32k, 64k cykli instrukcji. Jest to stosowane między innymi w procesorach COP888EB, COP8ACC, COP888GD.
Timer-modulator
Jest on zastosowany w procesorach COP8xxCJ i zawiera 8-bitowy, automatycznie ładowany rejestr. Może byc użyty w dwóch trybach pracy, w których następuje zmiana na pinie L7:
1. Modulator
Modulator jest przeznaczony do generowania impulsów wysokiej częstotliwości na wyjściu L7, przeznaczonych do sterowania diody nadawczej podczerwieni.
2. Timer PWM
Ten tryb pozwala na generowanie impulsów o różnym współczynniku wypełnienia. Standardowo jest to 50%, lecz przy użyciu 16-bitowego timera Tl współczynnik ten może byc zmieniany. Jest to bardzo wygodne przy aplikacjach wymagających kontroli fazy.
82
Elektronika Praktyczna 9/9S
SPRZĘT
1 r

n t Ś i D > 1 ? * t Ś to CKI Ed| leSaloctor

INT> INT>

ipputCaptin FtagRA tt


B 1
U Ś ipputCaptin 1 tt

Rys. 3.
Watchdog
Zastosowano go w układach COP8xxCJ i zawiera 8-bitowy licznik taktowany 8-bitowym preskalerem synchronizowanym czasem te. Podstawową funkcją licznika WATCHDOG jest generowanie przerwania i ustawienie odpowiedniej flagi po jego wyzerowaniu. Gdy funkcja WATCHDOG jest zabroniona, wówczas timer jest używany jako licznik ogólnego zastosowania.
Szybki timer PWM o stałej rozdzielczości/kontroler wyjść (COP884BC)
Blok tego uldadu zawiera 8-bitowy, wolny licznik w górę, 8-bitowy preskaler oraz 8-bitowy rejestr PWM zapis/odczyt (RLON]. Przy zastosowaniu preskalera licznik może byc taktowany impulsem o zmiennej długości, między CKI a CKI/256. Można go stosować w dwóch trybach pracy:
1. PWM, który charakteryzuje się;
- stałą częstotliwością sygnału PWM (do 39 kHz] na dwóch wyjściach;
- przerwanie jest zgłaszane od przepełnienia 8-bitowego licznika;
- wyjścia mogą byc multipleksowane do dwóch pinów.
Jeśli zawartość 8-bitowego licznika jest równa lub większa od zawartości RLON, to wejścia są przełączane. Ponadto, przełączenie może nastąpić po przepełnieniu timera.
2. Kontroler wyjść
Ten tryb pracy pozwala użytkownikowi na testowanie momentu, kiedy częstotliwość źródła zewnętrznego osiągnie ustawiony próg. Istnieje również możliwość wyboru zbocza impulsu wejściowego oraz generowania przerwania w momencie gdy licznik osiągnie wartość większą niż jest w rejestrze RLON. Oba tryby mają możliwość generowania przerwań.
Capture Timer
Blok tego timera jest zbudowany z dwóch niezależnych timerów i wejść. Każdy z nich zawiera 16-bitowy licznik w dół, związany z nim 16-bitowy rejestr i 8-bitowy preskaler. Zastosowanie preskalera pozwala na zmienne ustawienie taktu licznika między CKI a CKI/ 256. Przy wystąpieniu odpowiedniego zbocza impulsu na odpowiednim pinie układu, zawartość licznika jest kopiowana do rejestru kontrolnego (capture] i, jeśli jest to dozwolone, jest generowane odpowiednie przerwanie.
Generator ciągu impulsów
W układzie COP888GW istnieje możliwość generowania ciągu impulsów o zadanym współczynniku wypełnienia. Każdy blok generatora składa się z czterech niezależnych liczników zawierających 16-bitowy preskaler taktowany impulsem te oraz 16-bitowy licz-
nik. Każdy licznik generuje określoną liczbę impulsów o współczynniku wypełnienia 50%. Szerokość impulsu zależy od zawartości preskalera, a liczba impulsów od zawartości rejestru licznika. Każdy licznik ma możliwość generowania przerwania przy przepełnieniu licznika.
Funkcje analogowe
Procesory COP8 zawierają układy analogowe takie jak komparatory, szybkie 8-bitowe przetworniki A/D typu SAR oraz przetworniki A/D dużej rozdzielczości.
Komparator (rys. 4]:
- dostępny w układach COP8xxCJ i COP888CS/CG/EG/GG;
- oba wejścia i wyjścia komparatora są dostępne przez PORT I;
- komparator może byc włączany lub wyłączany programowo;
- jeśli komparator jest wyłączony, to odpowiednie piny są pinami ogólnego zastosowania.
Przetwornik A/D typu SAR
[Succesive ApRojnimation)
Przetworniki zastosowane w układach COP888 (rys. 5] są nazywane przetwornikami typu "kolejnych przybliżeń" [succesive ap-projnimatiori). Posiadają następujące możliwości:
- rozdzielczość 8-bitów, przy dokładności ą1 LSB;
- wbudowany 3-bitowy preskaler taktowany CKI;
- minimalny czas trwania konwersji wynosi l0,2|is, przy impedancji źródła do 3kQ (COP888EB i COP888GD];
- możliwość pracy różnicowej lub od poziomu odniesienia.
Blok funkcji analogowych Blok ten zawiera:
- szybki, 8-bitowy, szeregowy przetwornik A/D (COP8ACC] - czas konwersji 26^s (CKI=lOMHz|;
- do 6 wejść analogowych;
- wbudowane źródło referencyjne Vcc/2.
Sprzętowe mnożenie/ dzielenie
Dużą zaletą procesorów COP8 jest możliwość sprzętowego wykonywania operacji mnożenia i dzielenia. Mnożenie wymaga tylko jednego cyklu zegarowego. Do przeprowadzenia dzielenia są potrzebne dwa cykle zegarowe. Jak widać trwa to krócej niż
wykonanie tej operacji programowo i pozwala zaoszczędzić miejsce w pamięci programu, którego w prostszych procesorach nie mamy zbyt wiele do dyspozycji.
Interfejsy komunikacyjne
Rodzina COP8 oferuje szeroki wybór interfejsów komunikacyjnych pozwalających na ich użycie w wielu aplikacjach. Są to standardy najczęściej używane w komunikacji między procesorem a urządzeniami zewnętrznymi lub standardy wewnątrz dużych systemów.
Magistrala CAN
W układach COP8 zastosowano zoptymalizowaną magistralę COPCAN dostosowaną do standardu magistrali CAN 2.OB. Oznacza to, że COPCAN zapewnia w pełni standardowy format ramki z 11-bitowym identyfikatorem. Rozszerzony standard ramki z 29-bitowym kodem identyfikacyjnym może byc sprawdzany (aprobowany], lecz nie może byc nadawany lub odbierany. Obniżenie kosztów uzyskano przez zmniejszenie do 4 liczby rejestrów przeznaczonych do nadawania i odbierania informacji (każda paczka danych używa dwóch rejestrów do przesłania kodów identyfikatora/danych i dwóch do samych danych].
Możliwości interfejsu:
- przyj ecie/wy słanie do magistrali CAN maksimum ośmiobajtowych meldunków z prędkością do I25kb/s;
- przyjęcie/przesłanie dwubajtowych meldunków z prędkością do lMb/s;
- trzy niezależne przerwania od nadawania, odbioru i błędu - możliwość dostępu jest programowo ustawiana na bitach ID4 do ID10;
- możliwość spowodowania wyjścia z trybu HALT/IDLE przez magistralę CAN.
Interfejs szeregowy SPI
Interfejs SPI jest standardowym, 4-przewo-dowym, synchronicznym, szeregowym interfejsem z dwiema 12-bitowymi pamięciami typu FIFO (jedna dla przyjęcia, druga dla nadawania danych]. Pozwala to na zwiększenie ogólnej liczby przesyłanych danych przy zredukowaniu obciążenia CPU. Istnieje również możliwość konwersji danych z szeregowych na równoległe za pomocą układu nazwanego Master Out SIave In (MOSI]. Zastosowano go w układzie COP888EB, gdzie dane są wprowadzane na wyprowadzenia Portu N niezależnie od CPU.
Możliwości SPI:
- przesyłanie danych z prędkością do lMb/s;
- 2xl2-bitowy bufor nadawczy/odbiorczy;
- tryb master dostępny z wewnętrznego generatora;
- tryb slave dostępny z zewnętrznego generatora przez pin SCK;
- przerwania od SPI mogą byc wykonywane po pierwszym i/lub ostatnim bajcie odczytanym z bufora RX lub TX;
Elektronika Praktyczna 9/9S
83
SPRZĘT
AGND VHEF
ADRSLT
Succwewe
AprcodmaUon
Register
Port
Rys. 5.
Analog MUXwłth
Summing Amp
- możliwość sterowania hierarchicznego magistrali SPI.
Uniwersalny Synchroniczny/ Asynchroniczny Odbiornik/ Nadajnik (USART)
Układ USART użyty w COP8 jest pełnodup-leksowym interfejsem z możliwością transmisji synchronicznej lub asynchronicznej. Interfejs zawiera dwa rejestry RX i TX oraz siedem rejestrów adresowanych. Dane z rejestrów TX i RX są podwójnie buforowane. Wewnętrzny generator prędkości transmisji pozwala na określenie prędkości transmisji niezależnie od częstotliwości oscylatora.
Możliwości USART:
- prędkość transmisji asynchronicznej do 625kb/s;
- prędkość transmisji synchronicznej do 5Mb/s;
- standardowy format 7,8,9 bitów danych;
- pełny zakres opcji kontroli parzystości;
- jeden lub dwa bity stopu.
Interfejs MICROWIRE
MICROWIRE/PLUS jest szeregowym interfejsem synchronicznym. Pozwala on na połączenie między sobą wielu układów produkowanych przez National Semiconductor (m.in. przetworniki A/D, pamięci EEPROM, sterowniki wyświetlaczy oraz inne mikrokontrolery].
Możliwości interfejsu MICROWIRE:
- tryb master dostępny z wewnętrznym generatorem;
- tryb slave dostępny z zewnętrznym generatorem podłączonym do pinu SK;
Enad(OxCB)
- maksymalna prędkość transmisji w trybie master i slave do 500kb/s. Dodatkowo wszystkie procesory rodziny
"Feature" mają programową możliwość zmiany polaryzacji przy opadającym lub rosnącym zboczu zegara oraz mogą generować przerwania (po 8 cyklach przełączenia] do sterowania 8-bitowym rejestrem przełączającym.
Lista instrukcji
Procesory COP8 są wyposażone w listę efektywnych jednobajtowych instrukcji, wykonywanych w jednym cyklu zegarowym. Umożliwia to napisanie zwartego, zajmującego mało pamięci programu. Sporo instrukcji jednobajtowych jest dostępnych jako instrukcje wykonujące dodatkowe rozkazy. Na przykład, instrukcja DRSZ odejmuje od określonego rejestru i omija następną instrukcję, jeśli wynik odejmowania jest równy zero.
Lista instrukcji oferuje kilka możliwości adresowania pamięci:
- bezpośredni;
- rejestr B lub X pośrednio;
- rejestr B lub X pośrednio z post-dodawa-niem/odejmowaniem;
- natychmiastowy;
- natychmiastowy skrócony;
- pośredni z pamięci programu.
Rozkazy skoków:
- relatywny;
- absolutny;
- absolutny długi;
- pośredni.
W procesorach COP8 istnieje możliwość indywidualnego ustawiania, zerowania i testowania każdego bitu pamięci danych włączając w to bity powiązane z wejściami/wyjściami i rejestrami.
Przerwania
Jak bardzo ważna dla poprawnej pracy każdego systemu mikroprocesorowego jest prawidłowa obsługa przerwań nie trzeba nikogo przekonywać. W układach COP8 można znaleźć minimum trzy sposoby generowania prze-
Przerwarria niernaskowalne
Jest to tzw. pułapka programowa, która jest zawsze ustawiona w stan aktywny. Może ona wykryć błędy podczas działania programu, polegające np. na przepełnieniu stosu lub odwołaniu się licznika programu do nieistniejącego adresu. Jest to bardzo ważny sposób kontroli poprawności działania programu.
Przerwania rnaskowalne
Zezwolenie na wystąpienie maskowalnego przerwania od dowolnego zdarzenia polega na ustawieniu w rejestrze przerwań odpowiedniego bitu. W przypadku wystąpienia przerwania zostają również ustawiane odpowiednio przyporządkowane im flagi.
Wektor przerwań
W przypadku wystąpienia przerwania Licznik Programu (PC] jest ustawiony na adres Oxff. Jeśli nastąpiło to w procesorze rodziny "Basic", to użytkownik musi sprawdzić, która flaga została ustawiona i oczywiście wykonać procedury obsługi przyporządkowanego jej przerwania. W przypadku procesorów rodziny "Feature" instrukcja VIS kieruje program do procedur obsługi odpowiedniego przerwania.
Obsługa wszystkich przerwań jest uzależniona od ustawienia w Słowie Stanu Procesora (PSW] bitu Global Interrupt Enable (GIE).
COPSF4MLY
Źródła przerwań
Procesory rodziny "Basic":
- pułapka programowa;
- zewnętrznie włączane przerwanie 'GO';
- niedopełnienie Tl i pojawienie się sygnału na pinie 'TIO' (G3|.
Procesory rodziny "Feature":
- pułapka programowa;
- zewnętrznie włączane przerwanie 'GO';
- niedopełnienie Tl i pojawienie się sygnału na pinie 'TIO' (G3|;
- stan zajętości magistrali MICROWIRE/PLUS;
- koniec stanu IDLE;
- przerwanie od MIWU;
- niedopełnienie timera i obsługa wejśc/wyjśc TxA/TxB;
- wektor przerwań ustawiany przez rozkaz 'VIS'.
Przerwania dodatkowe występujące w niektórych procesorach rodziny "Feature":
- nadawanie i odbiór w układzie UART;
- magistrala CAN w stanie nadawania, odbioru lub błędu;
- szybki timer PWM;
- specjalny timer kontroli wejśc/wyjśc oraz licznik przerwań;
- układ kontroli przetwornika A/D. Waldemar Jaworski
Olaf Lewiński
84
Elektronika Praktyczna 9/9S
RAPORT EP
Duża popularność kitów Vellemana zachęciła nas do publikowania cyklu artykułów "Raport EP", w których szczegółowo opisujemy konstrukcje wybranych zestawów (na podstawie oryginalnych Instrukcji). Przedstawiamy Czytelnikom uwagi dotyczące montażu i uruchomienia każdego opisywanego kitu.
Wszystkie przedstawiane w "Raporcie EP" urządzenia były zmontowane i uruchomione w laboratorium EP przez doświadczonych konstruktorów..
Prosty wzmacniacz telefoniczny kit Yelleman K4900
Taki wzmacniacz przyda się
z pewnością osobom
niedosłyszącym, które mają
kłopoty z porozumiewaniem
przez telefon, jakość
i natężenie dźwięku ze zwykłej
słuchawki telefonicznej jest
często dla nich
ni e wystarczające. Zain stało wan ie
przy aparacie opisanego
wzmacniacza z pewnością
wyełiminuje tę wadę.
Wzmacniacz, dzięki zastosowaniu na wejściu transformatora separującego, jest całkowicie odizolowany od sieci telekomunikacyjnej, wobec czego nie musimy się martwić o jego uszkodzenie w przypadku współpracy z urządzeniami zewnętrznymi. Wyjście wzmacniacza może obsługiwać typowy, nisko om owy głośnik, najlepiej o parametrach: 0,5W/8Li. Cały układ można zasilać napięciem 7..9VAC lub 9..12VDC, wykorzystując np. stary dzwonkowy transformator. Pobór prądu przez układ nie przekracza 15 Om A. Wzmacniacz do telefonu można z powodzeniem wykorzystać tak-
że do miksowania w typowej konsoli audio.
Opis układu
Schemat elektryczny wzmacniacza przedstawiono na rys.l. Amplituda sygnału z linii telefonicznej jest ograniczana do ok. 0,7V poprzez diody Dl i D2. Elementy Rl, R2, Cl i C2 zabezpieczają stronę pierwotną transformatora oraz diody Dl i D2 przed przepięciami pojawiającymi się w linii telefonicznej. Sygnał ze strony wtórnej TRA-FO dostaje się poprzez potencjometr regulacyjny RVl do wejścia nieodwracającego wzmacniacza ICl. Zastosowano tu popularny i
Elektronika Praktyczna 1/98
87
RAPORT E P
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
R1..R3: 10kO
R4, R5: lkn
R6: 1QQ
R7: 3,3kQ
R8: 560O
Kondensatory
Cl, C2: 22nF MKM
C3: 18nF
C4, C5: 47nF
C6: lOOnF
C7: 1jJ=/1ÓV
C8:
C9:
CIO: 47O^F/1ÓV
Półprzewodniki
IC1: LM386
DL D2: 1N4148
D3, D4: 1N4001..7
Różne
RV1: 10kO potencjometr
montażowy
TRAFO: 6000/6000 telefoniczny
głośnik - nie wchodzi w skład kitu
podstawka DIL-8
płytka drukowana K4900
tani wzmacniacz LM386. Po wzmocnieniu sygnał akustyczny steruje głośnikiem LS dołączanym do złącza na płytce drukowanej. Kondensator C9 separuje składową stałą, która mogłaby uszkodzić cewkę głośnika. Dodatkowo sygnał akustyczny jest dostępny na wyjściu LINĘ OUT. Dzielnik R7-R5 dostosowuje amplitudę sygnału specjalnie do użycia z opcjonalnym układem miksera - kit Velle-man K2661. Dwie diody D3 i D4 umożliwiają zasilanie układu napięciem zmiennym z transformatora z odczepem w środku lub napięciem stałym.
Montaż i uruchomienie
Układ zmontowano na niewielkiej jednostronnej płytce drukowanej, która znajduje się w zestawie K4900. Montaż jest trywialny, należy jedynie uważać, aby nie przegrzewać końcówek elementów, co mogłoby doprowadzić także do oderwania ścieżek na płytce dru-
kowanej. Przed wlutowaniem końcówek TRAFO należy najpierw zagiąć i zalutować końcówki obejmy, które ściskają rdzeń transformatora. Uruchomienie układu wymaga dołączenia punktów A i B do linii telefonicznej, podłączenia głośnika do złącza LS oraz oczywiście zasilenia całości. W przypadku użycia transformatora należy wykorzystać model z dzielonym uzwojeniem, którego środkowy odczep łączymy z masą układu, natomiast skrajne końce uzwojeń z punktami VA i VB - patrz schemat elektryczny. Jeżeli układ będzie zasilany ze źródła napięcia stałego, to plus zasilanie łączymy z VA lub VB, natomiast minus z masą wzmacnia-
cza.
Układ zmontowany ze sprawdzonych elementów nie wymaga uruchamiania, można jedynie w razie potrzeby wyregulować głośność, pokręcając potencjometrem montażowym RVl.
88
Elektronika Praktyczna 1/98
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
DzioS "Projekty Czytelników" zawiera opisy projektów nadesłanych do redakcji EP przez Czytelników. Redakcja nie bierze
odpowiedzialności za prawidłowe działanie opisywanych układów, gdyż nie testujemy ich laboratoryjnie, chociaż sprawdzamy
poprawność konstrukcji.
Prosimy o nadsyłanie własnych projektów z modelami (do zwrotu). Do artykułu należy dołączyć podpisane oświadczenie, że
artykuł jest własnym opracowaniem autora i nie był dotychczas nigdzie pubfikowany. Honorarium za publikację
w tym dziale wynosi 200,- zł (brutto) za 1 stronę w EP. Przysyłanych tekstów nie zwracamy. Redakcja zastrzega sobie prawo
do dokonywania skrótów.
Uniwersalny sterownik oświetlenia dyskotekowego ~~
Z listu autora:
"Elektroniką interesuję się
od 4 lat, choć tok
n a pia w dę dop i ero
ukazanie się miesięcznika
"Elektronika dla
Wszystkich " wprowa dzilo
innie w tajniki tej
dziedziny. Od dłuższego
już czasu organizuję
dyskoteki w szkoła ch,
dlatego ukazanie się na
lamach EP działu
poświęconego efektom
świetlnym bardzo mnie
ucieszyło. Niestety do tej
pory ukazały się zaledwie
dwa takie projekty.
Zniecierpliwiony długim
oczekiwaniem sam
postanowiłem
zaprojektować układ,
którego działanie
zauważyłem! podczas
jednego z koncertów."
Projekt
051
Jest to tani, prosty w wykonaniu, a jednocześnie funkcjonalny i niezwykle efektowny sterownik, który w rytm muzyki zmienia oświetlenie reflektorowe. Zainstalowanie takiego urządzenia w dyskotece nie tylko poprawi jej walory estetyczne, ale sprawi, że miłośnicy tańca poczują wreszcie naprawdę rytm muzyki. Nie jestem laikiem, jeż eli chodzi
0 efekty dyskotekowe
1 z całą pewnością mogę stwierdzić, że uzyskane rezultaty są znakomite. Dlatego też polecam ten sterownik, zwłaszcza, że powoli odchodzi się od efektów typu np. "Eden", "Kwant", "Super Flower" itp. zastępując je oświetleniem reflektorowym i stroboskopowym.
Opis działania
Schemat elektryczny sterownika przedstawiono na rys. 1. Jest to typowa aplikacja układu CMOS 4017, który może być wysterowa-ny z dwóch źródeł sygnału: z wbudowanego mikrofonu elektretowego (poprzez wzmacniacz UlA) lub bezpośrednio z wyjścia magnetofonu (jest to uwarunko-
wane ustawieniem przełącznika Sl).
W pierwszym przypadku sygnał z mikrofonu jest podawany na wejście wzmacniacza operacyjnego UlA (UL1321), którego wzmocnienie jest zależne od ustawienia rezystora nastawnego PRl. Następnie jest podawany na wejście komparatora. Jeżeli sygnał przekroczy wartość progową (mocniejsze "uderzenie" muzyki) komparatora, stan wysoki na jego wyjściu kierowany jest na wejście zegarowe układu 4017 powodując zwiększenie stanu licznika o jeden. Następstwem tego jest wyłączenie pierwszego zestawu reflektorów, a włączenie drugiego poprzez moduł wykonawczy (jedna z możliwych wersji, przedstawiona na rys. 2, 3, 4).
Układ z rys. 2 to moduł wykonawczy AVT-110, w którym są zmienione połączenia wejściowe - wszystkie optotriaki mają wspólną katodę. Układ został zaprojektowany tak, aby był jak najbardziej uniwersalny. Jest to ważne z uwagi na różnorodność jego zastosowań.
Może on sterować reflektorami (jest to główne
przeznaczenie układu), jak również można go wykorzystać do sterowania elektromagnesami w ciekawym efekcie dyskotekowym, którego zarys pomysłu przedstawiono na rys. 5.
W zależności od potrzeb, można wykorzystać dowolną liczbę wyjść układu 4017 (w urządzeniu modelowym są 4 wyjścia sterujące). Do tego celu służy mikroprzełącznik MS, dzięki któremu można zapew-
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl, R2, R3: 10kQ
R4: 220O
Pl: 2,2kO potencjometr
montażowy
P2: 22kQ/B
P3: lOkO potencjometr
montażowy
Kondensatory
Cl: 390pF
C2, C3: 10|xF/lóV
C4: l|xF unipolarny
Półprzewodniki
Ul: ULI 321
U2: 4017
Różne
Sl: przełącznik clwupozycyjny
bistabilny
S2: przełącznik clwupozycyjny
bistabilny
S3: dowolny przełącznik
chwilowy
DIP-SW1: 10-pozycyjny DIP-
switch
Uwaga!
Linię zasiiajqcq sterownik
należy odsprzęgngć przy
pomocy kondensatorów
lOOnF il00fjf/25V,
dołączonych pomiędzy plus
i masę zasilania
W wykazie nie znalazły się
elementy obwodów
wyjściowych.
Elektronika Praktyczna 9/9S
85
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
nić połączenie odpowiedniego wyjścia układu z wejściem kasującym Reset (15). Urządzenie to jest również wyposażone w ręczne kasowanie - S3 (często przydatne w praktyce) oraz sterowanie - S2a (S2b - styk oddzielający wejście 4017 od wyjścia komparatora).
Rozwiązania alternatywne
Zastosowane w urządzeniu optotriaki są niestety drogie (ok. 3,40 zł), dlatego też na rys. 3 zamieszczony jest schemat innego modułu wykonawczego, w którym jako element separujący zostały wykorzystane transformatory. Aby wykonać taki transformator, na kawałku rdzenia ferrytowego nawijamy dwie cewki drutem DNE 0,3mm po 50 zwojów. Sposób ten wyko-
rzystałem w kolorofonach, które działają bez zarzutu już ponad 3 lata (do budowy transformatorów wykorzystałem kubkowe rdzenie ferrytowe F1001). W tym modelu zastosowałem tyrystory, a prąd należało wyprostować poprzez mostek prostowniczy (bez filtrowania) . Dobre rezultaty przynosi zastosowanie przekaźników jako modułu wykonawczego (rys. 4)'.
Montaż i uruchomienie
Zmontowanie układu nie wymaga żadnych dodatkowych informacji. Należy postępować według ogólnych zasad przy montażu układów.
Pod układy scalone oraz optotriaki najlepiej zastosować podstawki w związku z tym, że w układzie występuje napięcie 2 20V,
~220V
Rys. 2.
Rys. 1.
Rys. 3
Układ LC eliminuje zakłócenie.
86
Elektronika Praktyczna 9/98
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
Rys. 4.
wszystkie połączenia z napięciem sieciowym należy starannie odizolować od obudowy i radiatorów. Mikroprzełącznik MS najlepiej umieścić na osobnej płytce i połączyć go ze sterownikiem cienkimi przewodami. Włączniki S2a i S2b to mikrostyki, które należy umieścić na zewnątrz obudowy obok siebie, tak by móc jednym palcem trzymać S2b, a dru-
gim (tej samej ręki) naciskać S2a. Zamiast dwóch wyłączników S2a i S2b można także zastosować dwusekcyjny isostat.
Uruchomienie układu ogranicza się do regulacji potencjometrów Pl i P2. Aby ustalić pożądane wzmocnienie UlA najlepiej zrobić to "na ucho". W tym celu do wyjścia UlA podłączamy słuchawkę (np. telefoniczną CB66), przystawiamy źródło dźwięku (magnetofon) do mikrofonu M i regulujemy Pl tak, by układ się nie wzbudzał, a dźwięk w słuchawce nie był zniekształcony. P2 służy do ustalenia progu zadziałania komparatora i należy go tak ustawić, aby regulacja potencjometrem Pl była jak najszersza.
Dobrze jest do każdego toru oświetlenia zastosować wyłącznik (zaznaczone na schemacie - rys. 2). Wyłączenie co drugiego (lub trzeciego) toru pozwoli uzyskać efekt stroboskopowy. Najlepsze rezultaty daje zastosowanie reflektorów skupiających, np. od oświetlenia kul dyskotekowych. Teraz wystarczy wpuścić trochę dymu, włączyć muzykę i cieszyć się swoim "dziełem". Marcin Walkowicz
Rys. 5.
1-elektromagnesy uloz. dookoła 2-soczewka
3- osłonka żarówH (metal) 4-żarówka
5- wypukły kratek z naklejonymi kwadratami z lustra
6- silnik z przekładnią
7- tranulur iimIut B-przegub
8- mfe)K8 na układ
10- lustro okrągłe
11- (talowra blaszki
"Od redakcji. Zastosowanie przekaźników jako wyjściowych elementów sterujących wydaje się nie najlepszym rozwiązaniem, ze
względu na stosunkowo szybkie wypalanie się styków przekaźnika. Nie da się tego uniknąć, ze względu na zależność rezystancji włókna żarówek od temperatury.
Elektronika Praktyczna 9/98
87
FORUM
"Forum" jest rubryką otwartą na pytania I uwagi Czytelników EP, w której chcemy pomagać w rozwiązywaniu problemów powstałych podczas uruchamiania oferowanych przeznas kitów, a także innych urządzeń elektronicznych. Drugim celem "Forum" jest korekta błędów, które pojawiły się w publikowanych przeznas artykułach. Pytania do "Forum" można zgłaszać listownie na adres redakcji lub poprzez internetowa listę dyskusyjną Elektroniki Praktycznej. Szczegółowe informacje na temat tej listy można znaleźć pod adresem:
http://www.jm. com.pl/klub-ep
DYSKUSYJNA
Wskaźnik poziomu par alkoholu kitAVT-153
W wykazie elementów znalazły się następujące błędy: - wartość rezystancji R3 powinna wynosić 5,lkH za-
miast 5lkn,
wartość rezystancji R7 powinna wynosić 4, 7kH zamiast 47kn,
IKA 10/95
- pominięto potencjometr montażowy PR2, którego rezystancja powinna wynosić
iokn.
Układ do ćwiczenia wad wymowy kitAVT-428
Na schemacie elektrycznym urządzenia oraz w wykazie elementów zamieniono
Automatyczny przełącznik kamer wideo kitAVT-368
Urządzenie nie zawsze pracuje poprawnie w trybie sterowania ręcznego. Zapobiec takim kłopotom można poprzez zastosowanie dodatkowego
Termometr do pomiaru temperatury procesora w komputerze PC kitAVT-380
OUT
+ZAS
6/98
miejscami oznaczenia kondensatorów C8 i C9 (schmeat montażowy jest poprawny). Tak
kondensatora o pojemności lnF, który należy włączyć pomiędzy wyprowadzenie 2 USlO (timer 555), a masę zasilania.
W wykazie elementów mylnie podano wartość rezystora R2 jako 10kn, zamiast prawidłowej wartości lkn. Na płytce drukowanej pominięto kondensator C9, który należy przylutować bezpośrednio do punktów lutowniczych kondensatora C8 od spodu płytki.
Na schemacie elektrycznym z rys. 1 (str. 48) błędnie określono rozmieszczenie wy-
więc kondensator C9 powinien mieć pojemność IOOuF, a kondensator C8 lOOnF.
IKA 12/97
W wykazie elementów błędnie oznaczono zaciski ARK3 jako CON1..17. Powinno być CON10..17.
IKA 3/98
prowadzeń układu IC3 (LM35). Prawdziwe rozmieszczenie wyprowadzeń przedstawiono na rys. 1 (widok od spodu). Na płytce drukowanej i na rys. 2 (EP3/98) dwukrotnie naniesiono oznaczenie wyprowadzeń segmentów wyświetlacza "F3". Prawidłowo powinno być: na wyprowadzeniu 17 ICl "F3", a na wyprowadzeniu 18 ICl "E3".
Przystawka do gitary "Distortion"
kitAVT-303
Na płytce drukowanej należy dokonać poprawki, dołą-
czając masę zasilania do pinu 4 układu USl.
IKA
6/96
88
Elektronika Praktyczna 9/98
w ^
g Międzynarodowy magazyn elektroników hobbistów i profesjonalistów
10/98
październik � 6 zł 80 gr
LNY WZMACNI
PROGRAMATOR GENERATORÓW, TAKT" DZWONEK - GONG BEZPRZEWO POPRAWIACZ NASTROJU
HiFi
PODZESPOŁY^
PAMIĘCI WIELOPORTOWE I FIFO FIRMY IDT
MIKROKONTROLEROW AVR
Indeks 3S7b77 * ISSN 1E3D-3SEŁ,
771230
352986
1 0>
HiFF
PROJEKTY ZAGRANICZNE
Poprawiacz nastroju
Nie dopuszczajmy, aby
opanowało nas nadmierne
n apięcie. Niech ten
kieszonkowy "psychoanalityk"
u wolni n as od stresów
codziennego życia.
Ostrzeżenie
Stymulacja narządu wzroku z częstotliwością alfa może powodować ataki u osób cierpiących na epilepsję. Używanie przedstawianego urządzenia przez takie osoby nie jest wskazane.
Osoba, która nie jest chora na epilepsję, ale podczas używania urządzenia odczuwa dziwny zapach, słyszy dziwne dźwięki lub odbiera inne niecodzienne wrażenia, powinna natychmiast urządzenie wyłączyć i skonsultować się z lekarzem.
Jakiś czas temu w ręce autora niniejszego artykułu wpadło urządzenie elektroniczne, które miało ograniczać poziom napięcia psychicznego dzięki wytwarzaniu fal elektromagnetycznych o częstotliwości zbliżonej do częstotliwości fal generowanych przez mózg. Oczywiście, urządzenie wkrótce zostało otwarte celem dokonania inspekcji jego zwartości. Rezultat był zaskakujący - wewnątrz znajdował się mikrokontroler PIC, który generował nieco zakłócony przebieg sinusoidalny, podawany następnie na powietrzną cewkę. Częstotliwość sinusa mogła przybierać jedną z pięciu wartości, zależną od ustawienia wystającego z obudowy mikroprzełącznika DIL. Wartości te odpowiadały pięciu różnym stanom, od "uśpienia" po "optymizm".
Poziom napięcia wynosił około 300mV, a zmierzona rezystancja cewki była równa ok. 550Q. Natężenie emitowanego pola było naprawdę bardzo słabe. Po krótkim czasie autor zaczął zastanawiać się nad możliwością zwiększenia mocy wyjściowej i potencjalnymi konsekwencjami tego kroku.
Fale mózgowe
Obecnie przebiegi elektryczne generowane przez mózg są już dobrze poznane. Krótko mówiąc, częstotliwość aktywności elektrycznej mózgu jest związana ze stanem umysłu. Uważa się także, że stymulacja o pewnej częstotliwości może powodować wprowadzenie mózgu w odpowiadający tej częstotliwości stan.
Stosować można różnego rodzaju bodźce, przy czym za naj-
FlN
bardziej skuteczne uważa się bodźce wzrokowe, podawane z okularów z zainstalowanymi w nich diodami LED. Czasami stymuluje się jednocześnie ośrodki wzrokowe i słuchowe, podając na słuchawki sygnały o nieco różniących się częstotliwościach.
Niektóre ze stymulatorów sprzedawanych w USA generują pole magnetyczne, które także może wywierać wpływ na stan mózgu. Generowane częstotliwości mieszczą się w przedziałach rytmów aktywności elektrycznej mózgu, podanych w tab. 1.
Oczywiście można skonstruować tani generator pola magnetycznego o odpowiednich częstotliwościach, nie uciekając się do stosowania takich podzespołów jak mikrokontroler PIC. Istnieje wiele sposobów generacji sygnału sinusoidalnego o zadanej częstotliwości. W niniejszym projekcie zastosowano metodę syntezy cyfrowej, która pozwala na regulację częstotliwości bez niepożądanych zmian amplitudy.
Uproszczony schemat ideowy urządzenia przedstawia rys. 1. Połączone szeregowo przerzutniki typu D są objęte pętlą sprzężenia łączącą wyjście Q\ ostatniego przerzutnika z wejściem D pierwszego przerzutnika (jest to znany układ licznika Johnsona).
Zakładając, że początkowo na wyjściach wszystkich przerzutni-ków panuje stan niski, taktowanie układu spowoduje powtarzanie się sekwencji stanów podanych w tab. 2. Jeśli wyjścia przerzutników zostaną połączone równolegle przez rezystory o odpowiednio dobranych wartościach rezystancji, powstający sygnał stanowić
Tab. 1. Fale mózgowe: zakresy częstotliwości i odpowiadające im nastroje.
Rys. 1. Uproszczony schemat generatora fali sinusoidalnej zbudowanego z przerzutników D.
Nazwa Częstotliwość Stan
delta 0,5Hz-4Hz sen
teta 4Hz-8Hz marzenia, działalność twórcza
alfa 8Hz-13Hz głęboki relaks, medytacja, uwolnienie od stresu
beta 14Hz-25Hz stan normalnego skupienia umysłu
Elektronika Praktyczna 10/98
13
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
Rys. 2. Schemat ideowy poprawiacza nastroju.
będzie schodkową aproksymację fali sinusoidahiej (rys. 1).
Wyjście piątego przerzutnika nie jest wykorzystywane, w związku z czym poziom sygnału wyjściowego nie ulega zmianie podczas dwóch taktów zegara, co pozwala uzyskać "wypłaszczenia" odpowiadające maksimom i minimom sinusoidy.
Częstotliwość "sinusoidy" jest równa jednej dziesiątej części częstotliwości sygnału taktującego przerzutniki, a przy braku obciążenia amplituda zmienia się w zakresie od zera do napięcia zasilania. Obciążenie rezystywne może spowodować pojawienie się składowej stałej, ale nie wprowadzi zniekształceń. Zastosowane połączenie przerzutników D nosi na z w ę lic znika pi erś ci enio w e go modulo 10 i taki pięciostopniowy licznik jest dostępny w postaci układu CMOS 4018B.
W nastroju
Kompletny schemat ideowy poprawiacza nastroju przedstawia rys. 2. Układ zawiera dwa liczniki 4018B (IC2 i IC3) połączone szeregowo i zapewniające 20-kio-kową aproksymację przebiegu sinusoidalnego.
Źródło sygnału taktującego stanowi połowa układu ICl, podwójnego timera 7556, skonfigurowana jako generator. Częstotliwość ustalają elementy C2, Rl oraz VRl.
Ten ostatni umożliwia regulację częstotliwości w zakresie od 20Hz do około 440Hz.
Liczniki zapewniają podział częstotliwości sygnału taktującego przez 20, wobec czego częstotliwość sygnału na ich wyjściu wynosi od lHz do 22Hz. Wykorzystanie jako VRl potencjometru o charakterystyce logarytmicznej zapewnia dobrą regulację.
Aby połączone szeregowo liczniki IC2 i IC3 działały zgodnie z intencjami twórcy, należy układ nieco uzupełnić. Dostępne są wyjścia Q\ tych liczników, tak więc połączenie dowolnego wyjścia z wejściem D pierwszego przerzutnika zapewni generację cyklu o żądanej długości. Aby uzyskać licznik o większej pojemności, złożony z dwóch liczników 4018B, należy sygnał z wyjścia Q\ ostatniego stopnia pierwszego licznika poddać inwersji przed podaniem go na wejście pierwszego stopnia drugiego z liczników 4018B. Negację tę zapewnia nie wykorzystana dotąd część układu ICl. Sygnał jest podawany na wejścia wyzwalania i progowe (wyprowadzenia 8 i 12), a po odwróceniu dostępny jest na wyprowadzeniu 9.
Istnieje możliwość wystąpienia niepożądanego stanu, który będzie cyrkułowa! w liczniku. Pojedynczy licznik 4018B posiada odpowiednie zabezpieczenie we-
wnętrzne, natomiast kaskada takich liczników nie jest w nie wyposażona. Niezbędny jest więc zewnętrzny układ, który zapewni poprawne działanie układu. Jak wynika z tab. 2, jeśli na wyjściach pierwszym i ostatnim występują stany wysokie, na wszystkich pozostałych wyjściach także muszą występować stany wysokie. Na wyjściu obwodu złożonego z elementów R2 i Dl pojawia się w takiej sytuacji stan wysoki, który jest różniczkowany przez elementy R3 i C3, a powstające impulsy zerują oba liczniki, w związku z czym na wszystkich wyjściach Q\ pojawiają się stany wysokie.
Wartości rezystancji służących do symulacji fali sinusoidalnej zostały wybrane z szeregu El2.
o+v
Rys. 3. Schemat zmodyfikowanego stopnia wyjściowego urzqdzenia.
14
Elektronika Praktyczna 10/98
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
Wynik być może odbiega nieco od ideału, jest jednak co najmniej zadowalający, zwłaszcza jeśli zastosuje się kondensator wygładzający, co można stwierdzić oglądając przebieg na oscyloskopie.
W przedstawianym rozwiązaniu nie zastosowano takiego wygładzania, podobnie jak nie było go w urządzeniu komercyjnym, które niejako przyczyniło się do powstania niniejszego projektu. Być może obecność harmonicznych, ułatwia uzyskanie pożądanego skutku?
Cewka z pralki
Pewien kłopot stanowiło zdobycie odpowiedniej cewki powietrznej, od którego przypadkiem uwolnił twórcę technik naprawiający pralkę - jego zdaniem doskonale nadawała się do tego cewka 230V znajdująca się w zaworze trójdrożnym. Zawór posiadał trzy takie cewki, które łatwo można było wyjąć za pomocą śrubokręta. Każda z cewek posiadała pusty, cylindryczny rdzeń stalowy, który łatwo można było zdjąć.
Okazało się potem, że takie zawory są dostępne prawie wszędzie jako części zapasowe, wyposażone w pojedynczą cewkę.
Cewka taka posiada rezystancję około 5kLi, w związku z czym - aby uzyskać maksymalny sygnał wyjściowy - zastosowano symetryczny wzmacniacz wyjściowy. Zbudowany został na wzmacniaczu OP296G (IC4), który może zostać wy sterowany w pełnym zakresie napięć zasilania i w takim samym zakresie zmieniać się będzie jego napięcie wyjściowe. Jest to układ małej mocy i pod obciążeniem jego sygnał wyjściowy nieco
Tab. 2. Stany wyjściowe prze rzutników D.
A B c D f
0 0 0 0 0
1 0 0 0 0
1 1 0 0 0
1 1 1 0 0
1 1 1 1 0
1 1 1 1 1
0 1 1 1 1
0 0 1 1 1
0 0 0 1 1
0 0 0 0 1
0 0 0 0 0
spadnie, w związku z czym należy stłumić sygnał wejściowy. Połączenie wyjścia generatora z odwracającym wejściem stopnia IC4b zapewnia takie tłumienie i pozwala uniknąć wszelkich zmian składowej stałej na wyjściu. Sygnał wyjściowy jest symetryczny. Aby uniknąć zniekształceń, rezystancja obciążenia powinna być większa niż 4kLi.
Jeśli niezbędna jest wyższa moc wyjściowa, stopień wyjściowy należy nieco zmodyfikować (rys. 3). Zamiast wzmacniacza OP269G zastosowano tu OP279G, który może zapewnić pełne wy-sterowanie obciążeń do 200Li. Obciążenie może stanowić cewka o niższej rezystancji lub kilka cewek połączonych równolegle. O zmianie tej pomyślano projektując płytkę drukowaną i przewidziano dwie możliwości wlutowa-nia rezystora Rl3.
Wadę zmodyfikowanego układu stanowi większy o 4mA prąd spoczynkowy, który jest do przyjęcia, jeśli dysponujemy odpowiednim źródłem zasilania, a wymagany jest prąd wyjściowy o wyższym natężeniu. Ponadto, układ
Tab. 3. Kalibracja rezystancja-częstotliwość.
Częstotliwość sygnału wyjściowego [Hzl Częstotliwość zegara [Hzl Rezystancja VR1 [ni
1 20 157-143
2 40 75-171
4 80 34-186
6 120 20-524
8 160 13-693
11 220 8-104
15 300 4-130
20 400 1-397
22 440 0-652
zmodyfikowany dla napięć zasilania poniżej 4V staje się niestabilny, podczas gdy układ z rys. 2 pracuje stabilnie przy napięciach zasilania do 2V.
Wykonanie
Wykonanie urządzenia - gdy dysponujemy płytką drukowaną, której mozaikę ścieżek druku i schemat rozmieszczenia elementów przedstawia rys. 4 - nie powinno sprawiać trudności.
Standardowa procedura montażu nakazuje rozpocząć go od
ii li
Rys. 4. Mozaika ścieżek druku i schemat rozmieszczenia elementów płytki urzqdzenia.
Elektronika Praktyczna 10/98
15
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
Pokrętło
VR1
Płytka aluminiowa
Nakrętki
Dół Dbudowy
ruby z łbami stożkowymi
Rys. 5. Proponowany sposób zamocowania potencjometru regulacji częstotliwości do obudowy.
elementów niskich, a najlepiej od podstawek pod układy scalone. Należy zauważyć, że rezystor R13 można zamontować na dwa sposoby: w przypadku układu z rys. 2 (ze wzmacniaczem OP269G) dolna końcówka tego rezystora powinna znaleźć się w otworze położonym niżej. Otwór górny wykorzystujemy w przypadku układu zmodyfikowanego (rys. 3). Kondensator C5 jest montowany równolegle do płytki, można go nawet do niej przykleić.
Cewka Li nie jest potrzebna do przeprowadzenia testów, ponieważ napięcie na wyjściu układu będzie obecne również bez tej cewki. Układ można zbadać łącząc prowizorycznie potencjometr VRl i używając oscyloskopu (lub miernika analogowego - przy najniższych częstotliwościach).
Montaż całości
Urządzenie można zamknąć w dowolnej obudowie. W przypadku prototypu wybór padł na niewielką obudowę z czarnego tworzywa sztucznego, z oddzielną przegrodą na baterię PP3.
Ponieważ urządzenie podczas eksploatacji może być noszone w kieszeni, pomyślano o takim rozwiązaniu regulacji częstotliwości, która byłaby zarazem wygodna i zabezpieczona przed przypadkową zmianą. Przyjęto rozwiązanie przedstawione na rys. 5. Pokrętło potencjometru znajduje się dokładnie na poziomie obudowy w wykonanym w niej otworze i można je obracać palcem. Ponieważ pokrętło nie wystaje z obudowy, można urządzenie nosić w kieszeni, a niebezpieczeństwo przypadkowego przestawienia potencjometru jest znikome.
Cewka jest przymocowana do obudowy za pomocą pojedynczej
śruby mosiężnej (nie stalowej!, rys. 6). Na śrubę została nałożona rurka gumowa wraz z dwiema podkładkami. Dokręcenie górnej nakrętki powoduje ściśnięcie rurki i unieruchomienie cewki.
Kalibracja
Potencjometr VRl można wy-kalibrować dwoma sposobami. Jeśli dysponujemy miernikiem częstotliwości, można zmierzyć częstotliwość sygnału zegarowego z układu ICl, np. na jednej ze zworek obecnych w układzie. Ten prostokątny przebieg ma 2 O-krot-nie większą częstotliwość niż sygnał wyjściowy, w związku z czym można łatwo dokonać jego pomiaru i nanieść odpowiednie oznaczenia wokół elementu regulacyjnego.
Drugie rozwiązanie polega na wykorzystaniu związku między rezystancją VRl a częstotliwością. Rezystancję VRl można zmierzyć przy pomocy multimetru i opierając się na wartościach podanych w tabeli 3 opisać położenia elementu regulacyjnego. Należy pamiętać, że wartość częstotliwości zależy także od pojemności C2, która powinna być dość dokładnie dobrana. Podzespół podany w wykazie ma tolerancję 10%.
Ponieważ urządzenie nie zostało wyposażone we wskaźnik działania, bardzo ważne jest monitorowanie stanu baterii. Najprostszym rozwiązaniem byłoby zastosowanie miernika wychyłowego, te jednak stają się ostatnio coraz droższe.
Rozwiązanie alternatywne stanowi monitor stanu baterii o małym poborze mocy ze wskaźnikiem LED, opracowany specjalnie z myślą o zastosowaniu w przedstawianym układzie. Jest on jednak na tyle uniwersalny i przydatny w różnych zastosowaniach, że zasługuje na omówienie w oddzielnym artykule.
Podstawowy układ poprawia-cza nastroju może pracować z zasilaniem od 2V do 10V. Górną granicę narzuca napięcie pracy kondensatora C5. Jeśli zostanie on zastąpiony przez element o lepszych pod tym względem parametrach, to maksymalne napięcie pracy wyniesie 15V (ograniczenie napięciowe układów CMOS).
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
(02W, 1%, metalizowane
warstwowe)
Rl: 6,8kQ
R2: 22kQ
R3, R13, R16: 220kQ
R4: 150kQ
R5, R12: 180kQ
Ró, Rl 1: 270kQ
R7, RIO: 330kQ
R8, R9: 390kQ
R14, R15: lOOkO
VR1: 100kQ, miniaturowy,
węglowy, obrotowy, logarytmiczny
Kondensatory
Cl, C4: lOOnF, ceramiczny
C2: 220nF, poliestrowy
C3: lnF, ceramiczny
C5: 100^F/10V
Półprzewodniki
Dl: 1N4148
ICl: 7556
IC2, IC3: 4018B
IC4: OP269G (patrz tekst)
Różne
LI: cewka (ok. 4kQ, patrz tekst)
Sl: przełącznik jedn obiegu nowy
dwupozycyjny
W przypadku napięcia zasilania 9V pobór prądu wynosi 3,5mA, zaś w przypadku 3V - lmA. Możliwość pracy z napięciem 2V oznacza możliwość zasilania z dwóch ogniw AAA lub nawet pojedynczego ogniwa litowego. W przypadku wszystkich tych zasilań urządzenie zapewnia znacznie wyższe napięcie i prąd wyjściowy w cewce o większej liczbie zwojów, a więc generuje znacznie silniejsze pole magnetyczne niż jego komercyjny odpowiednik. EPE
Artykuł publikujemy na podstawie umowy z redakcją miesięcznika "Everyday Practical Electronics".
Nakrętka Podkładka
Podkładka Nakrętka
Cewka
Obudowa
Śruba ze stożkowym łbem
Rys. 6. Sposób montażu cewki.
16
Elektronika Praktyczna 10/98
PODZESPOŁY
Pamięci wieloportowe i FIFO firmy IDT
Gwałtowny rozwój sieci
i technologii komputerowych
nasuwa pytanie w rodzaju: "co
było najpierw: kura czy jajko?".
Czy popyt na usługi
teleinformatyczne wymusza rozwój
sprzętu, czy też postęp
techn ologii um ożliwiający
wytwarzanie coraz doskonalszych
podzespołów jest zachętą dla
rozwijania nowym możliwości
i form dostępu do informacji?
Nieograniczony dostęp do informacji wiąże się z przesyłaniem gigantycznych ilości danych, często z bardzo odległych geograficznie miejsc. Ruchem informacji kierują trzy zasady: więcej, szybciej i taniej. Odpowiedzią na zwiększające się potrzeby jest coraz mocniejszy sprzęt. Odpowiedzialne za utrzymanie prawidłowego ruchu w całym informatycznym interesie routery, huby, przełączniki i stacje telefonii komórkowej są coraz szybsze i wydajniejsze, co z kolei sprzyja upowszechnianiu się coraz bardziej wyrafinowanych technik jak wideo konferencje, globalne i automatyczne wyszukiwanie informacji itd. Także komputery użytkowników końcowych "puchnące" od multi-
A i^r" C� ------' k Ś t
| WEHB2 HgłBZ I �
Rys.
mediów muszą być coraz sprawniejsze. Nie wystarczy już zwiększanie mocy obliczeniowej procesorów i częstotliwości zegarów taktujących. Wąskim gardłem stają się wewnętrzne magistrale rozprowadzające dane między różnymi blokami komputera: procesorem, specjalizowanymi kartami, pamięciami masowymi.
Pojawiające się konflikty wynikające z równoczesnej chęci dostępu do tych samych zasobów np. pamięci przez różne układy wymuszają przeprowadzanie procedur arbitrażu i bezczynnego oczekiwania na swo-* ją kolejność. Te minimalne opóźnienia po zsumowaniu znacząco spowalniają działanie komputera a znie-
cierpliwiony użytkownik pyta: czemu to trwa tak długo?
W komputerze za przepływ danych między różnymi częściami magistral odpowiedzialne są mostki wykonywane w postaci statycznych pamięci RAM. Współcześni konstruktorzy starają się nie tylko zwiększyć szybkość tych układów przez podwyższanie częstotliwości impulsów sterujących ich działaniem. W układy wbudowywane są sprzętowe mechanizmy unikania konfliktów zmniejszające ilość cykli potrzebnych na oczekiwanie i przesłanie danych. Ideałem staje się przesłanie porcji danych w czasie jednego cyklu zegarowego. Dokonuje się to przez konstruowanie zintegrowanych pamięci FIFO (ang. First Input First Output) i pamięci wieloportowych. Za przykład mogą posłużyć nowe konstrukcje firmy IDT (Integrated Device Technology).
Co w FIFO piszczy?
Sposób wykorzystania pamięci FIFO, pokazano na rys. 1 na przykładzie często spotykanej sytuacji. W systemie procesor ma za zadanie obsłużyć dwie karty działające jednocześnie. W tym przypadku kartę wizji i muzyczną. Obie karty nie działają synchronicznie a zapotrzebowanie na dane które powinny otrzymać za pośrednictwem procesora jest zmienne w czasie i trudne do przewidzenia. Jednocześnie procesor musi wykonywać inne obliczenia i nie powinien blokować magistrali danych oczekując aż obsługiwana karta potwierdzi odbiór przesyłanych danych. Dla rozwiązania tego trudnego zadania zastosowano bufor w postaci podwójnej pamięci FIFO. Działanie tej pamięci można porównać do dwóch szuflad z których w określony sposób korzystają trzej uczestnicy wymiany danych. Ze swojej strony procesor zapisuje dane przeznaczone dla obydwu kart we właściwym rejestrze FIFO. Do pamięci A jedna po drugiej wpisywane są po kolei dane dla karty wizyjnej natomiast pamięć B przechowuje dane przeznaczone dla karty muzycznej. Zapis pamięci trwa do momentu, aż oba rejestry zostaną całkowicie zapełnione. W tym samym czasie obie karty zupełnie nie-
4/ *?-�*- "Elektrdhijca" PraktyGZna '10/98

w^s *~-

PODZESPOŁY
zależnie od siebie i od procesora pobierają z odpowiednich pamięci FIFO przeznaczone dla siebie dane w kolejności w jakiej zostały tam zapisane. Jeżeli procesor przekazujący dane jest odpowiednio szybki i co pewien czas będzie uzupełniał zawartość buforów FIFO zanim zostaną w całości odczytane przez obie karty, to współpraca będzie układać się bezkolizyjnie i nie będą wymagane puste cykle oczekiwania. A co za tym idzie szybkość działania systemu będzie duża.
Wykorzystana w przykładzie pamięć to podwójny 9-bitowy układ FIFO o czasie dostępu 15ns. Zależnie od typu pojemność bufora dla pamięci z tej grupy układów może być różna i wynosić od kilkudziesięciu bajtów do kilku kilobajtów. Budowę wewnętrzną pamięci FIFO pokazuje rys. 2, a za przykład posłuży pojedyncza 9-bitowa pamięć asynchroniczna z rodziny IDT720x. Podstawową częścią układu jest matryca komórek statycznej pamięci RAM o rozmiarach zależnych od typu układu. Do matrycy mają jednoczesny dostęp obwody zapisu i odczytu danych. Ponieważ zarówno zapis jak i odczyt danych następuje w takiej samej kolejności chociaż w dowolnym czasie układ posiada dwa niezależne rejestry przechowujące aktualny adres komórki do zapisu i odczytu. Rejestry te to WRITE POINTER i READ POINTER. Po każdym kolejnym zapisie lub odczycie zawartość odpowiedniego rejestru jest powiększana i wskazuje na kolejną komórkę w matrycy RAM. Przewidziano możliwość współpracy wielu równoległych rejestrów czemu sprzyja praca wyjść danych
w trybie trzystanowym. Zarówno, gdy układ pozostaje nieaktywny jak i podczas zapisu wyjścia Q0-8 pozostają w trybie wysokiej impedan-cji nie obciążając magistrali do której są podłączone. Wyjścia są aktywne jedynie podczas odczytu danych. Aktualny stan zapełnienia pamięci może być kontrolowany poprzez specjalne linie informacyjne, których stan procesor może odczytywać na bieżąco. Jeżeli linia FF znajdzie się w stanie niskim, będzie to informacją dla procesora, że FIFO jest już całkowicie zapisane. Dla uniknięcia niebezpieczeństwa nad-pisania nowych danych na dane jeszcze nie odczytane zapis jest blokowany. W czasie aktywności flagi FF żadna informacja nie zostanie do FIFO zapisana, a rejestr WRITE POINTER nie zmieni swej zawartości. Kolejna informacja będzie mogła być wpisana dopiero po odczycie danych przez odbiornik i zwolnieniu miejsca. Stan niski linii EE informuje z kolei odbiornik, że wszystkie dane z FIFO zostały odczytane i należy czekać na kolejną porcję danych.
Także w tym przypadku odczyt zostaje zablokowany, wyjścia pozostają w stanie wysokiej impedancji a licznik odczytu nie zmienia swojej zawartości. Z kolei stan niski wyjścia HF informuje, że przynajmniej połowa pamięci jest pusta. Badanie stanu tej linii może dać procesorowi informację o tempie odczytu danych przez odbiornik. Pozostałe bloki pełnią funkcje pomocnicze. Układy RE-SETU zerują zawartość liczników zapisu i odczytu oraz ustawiają w stan wysokiej impedancji wyjścia danych. Układy EXPAN-SION LOGIC umożliwiają łą-
szej
liczby pamięci FIFO. Rys. 3 przedstawia przebieg sygnałów podczas zapisu i odczytu danych z pamięci.
Firma IDT stworzyła wielką rodzinę szybkich pamięci FIFO. Czas cyklu odczyt/zapis niektórych typów wynosi tylko lOns (czas dostępu np. podczas wielokrotnego zapisu lub odczytu wynosi tylko 8ns). Organizacja pamięci zależnie od typu waha się od 8 bitów do 36 bitów. Podobnie jest z pojemnością matrycy pamięci RAM której rozmiar może dochodzić do 131 tysięcy komórek. Układy FIFO można ze sobą łączyć zwiększając w ten sposób długość słowa danych lub wynikową pojemność pamięci RAM. Dostępne są typy pamięci pracujące przy napięciu zasilania 3,3V. Pamięci te charakteryzuje pobór mocy niższy o 60% w porównaniu z ich odpowiednikami zasilanymi napięciem +5V. Istnieją także układy o mieszanym sposobie zapisu i odczytu danych. Bajt danych może być zapisywane do pamięci FIFO bit po bicie, czyli w formacie szeregowym, a odczytywany w formacie równoległym, czyli bajtowym. Taka sytuacja może wystąpić gdy FIFO ma współpracować z przetwornikiem typu sigma-delta, który dostarcza dane właśnie w postaci szeregowej lub z łączem sieciowym. Układy IDT 72103/4 wyposażono natomiast w obydwa sposoby zarówno wprowadzania jak i wyprowadzania danych.
Niewątpliwą zaletą nowoczesnych pamięci jest zintegrowanie w jednej obudowie zarówno matrycy pamięci jak i układów arbitrażu czy wyboru, które musiały by być montowane jako osobne układy scalone. Pozwala to zarówno zwiększyć szybkość pracy jak i zaoszczędzić miejsce.
1 U------b- tK 1 Ś*- bvw }
R ? t \
-<--------bw-------- ---*�--H
1AA \ [WAOUTVAUD AJw

Do-Di
Rys. 2.
Rys. 3.
20
Elektronika Praktyczna 10/98
PODZESPOŁY

Dom Wajldrtiryjfcła w^d^-nM. D^
Proe lu wząc 1 b zwto d^ch r i r r1 ŚR1 Adm ^ Pnca uizqdz

Dskodar ŚdPHU "L" PmłfCRAM DUAL-PORT Dekoder Śdnau "L1 snle
R/W R/W
i i k r

1 COTłTROL LOGIC
BU3Y, INTEFRUPT. BEMAPHORE BUSY, INTERRUPT. SEMAPHORE

4.
A w przypadku wielowarstwowych płytek drukowanych oszczędność kosztów jest znaczna.
Opisane pamięci FIFO doskonale spełniają swoją rolę w układach w których strumień danych trzeba rozdzielić dla kilku asynchronicz-nych odbiorników. W przypadku gdy zachodzi konieczność dwustronnej wymiany informacji między dwoma działającymi asynchronicz-nie źródłami, najwygodniej jest się posłużyć wieloportową pamięcią RAM. Pamięć o takiej konstrukcji umożliwia dwóm niezależnym urządzeniom szybki dostęp do zawartości matrycy RAM, a w rezultacie na prostą i efektywną wymianę danych. Sytuacja taka ma miejsce np. w komputerze podczas współpracy procesora z kontrolerem dysku czy w systemach z dwoma procesorami. Ten sam problem można oczywiście rozwiązać w inny sposób lecz użycie pamięci wieloportowej znacznie go ułatwia oraz przyśpiesza szybkość transmisji.
Jedna pamięć, wiolo bram
Pamięć wieloportową umożliwia dwóm użytkownikom na jednoczesny, niezależny zarówno odczyt jak i zapis komórek pamięci. Wyjątek stanowi sytuacja gdy dwa układy w tym samym czasie chcą uzyskać dostęp do komórki o tym samym adresie. W tym przypadku pamięć pełni rolę arbitra wyznaczającego kolejność dostępu.
Schemat blokowy pamięci dwu-portowej pokazuje rys. 4. Wynika z niego, że dwa niezależne urządzenia oznaczone literami "L" i "R" mają dostęp do tej samej matrycy statycznej pamięci RAM dzięki dwóm rozdzielonym obwodom wejścia/wyjścia i adresowym. Układy logiki wewnątrz pamięci sterują procesami zapisu, odczytu oraz doko-
sytuacja konfliktu, czyli zamiar jednoczesnego dostępu dwóch urządzeń do komórki o tym samym adresie wymaga ustalenia kolejności i oczekiwania. Określa się szacunkowo, że takie sytuacje stanowią mniej niż 0,1% całkowitego czasu pracy układu i mają niewielki wpływ na szybkość pracy. W dodatku wbudowane w kostce pamięci wieloportowej układy logiki pomagają w sprawnym obsłużeniu takich zdarzeń. Na rys. 6 pokazano sche-
ModLrizapliu ŚL"
Modli odczytu I drtver ŚL"
Rys. 5.
nują arbitrażu w przypadku konfliktu. Schemat pojedynczej komórki pamięci do której mogą mieć dostęp dwa zewnętrzne urządzenia pokazuje rys. 5.
Przewaga pamięci wieloportowych w porównaniu z konwencjonalnymi statycznymi pamięciami RAM wynika głównie z możliwości operowania na zawartości pamięci jednocześnie przez dwa urządzenia. W tradycyjnych pamięciach jedno-portowych wiąże to się zawsze z koniecznością oczekiwania na zwolnienie magistrali co oczywiście spowalnia działanie całego układu. W pamięci wieloportowej jedynie
Modut odczytu I drtw "R1
mat logiczny układu arbitrażu. Główną rolę grają w nim dwa komparatory adresów połączone z liniami adresowymi portów. W przypadku stwierdzenia identycznych adresów i próby dostępu do matrycy pamięci (sygnały CE(L) i CE(R)) prze-rzutnik zostanie odpowiednio ustawiony w zależności od tego które urządzenie zgłosiło się jako pierwsze. Poziomy logiczne sygnałów BU-SY i WRITE INHffilT informują o konieczności oczekiwania i uniemożliwiają dostęp do matrycy komórek RAM jednemu z urządzeń.
Wieloportowe pamięci RAM ze względu na szybkość działania
Elektronika Praktyczna 10/98
21
PODZESPOŁY
Szyna adresowa 'L'
Szyna adresowa "R"
CE(L)
CE(R)
WRITEINHIBIT(L)-4
Rys. ó.
i uproszczenie konstrukcji powinny być stosowane wszędzie tam gdzie dochodzi do intensywnej wymiany danych. Chodzi tu głównie o wszelkiego typu urządzenia sieciowe, silne komputery czy drukarki laserowe. Nie ma jednak żadnych technicznych przeszkód w użyciu pamięci w mniej "poważnych" i roz-
WHITEINHIBIT(R)
budowanych układach. Rys. 7 pokazuje w jak prosty sposób można zapewnić wymianę danych między dwoma niewielkimi systemami. W przykładzie posłużono się dwoma procesorami Z80, które pracują każdy z własną pamięcią programu i podręczną pamięcią RAM. Wymiana danych następuje poprzez pa-
00 N
ADDRS DATA
WAIT MREQ
_Q
A(L)
A(R)
WE(L) WE(R)
CE(L) a8 CE(P1)
BUSY(L) IDT7132 BUSY(R)
ADDRS
DATA
WE R CE
ADDRS
DATA
ADDRS DATA
ADDRS
DATA
ADDRS. DATA
03 N
_Q
Rys. 7.
mięć IDT7132 do której portów podłączone są obydwa systemy. Ponieważ procesory tego typu mają wspólną przestrzeń adresową wybór pamięci odbywa się przy pomocy zwykłego dekodera adresów. Każdy z procesorów może zapisać przekazywane dane do pamięci, a drugi procesor może je potem odczytać i wykorzystać. Linie BUSY ustawiają procesory w stan oczekiwania jeśli występuje konflikt adresów.
Na zakończenie w krótkim zestawieniu przedstawione zostaną skrócone parametry wybranych egzemplarzy pamięci wieloporto-wych.
IDT71321/421, IDT7130/32/34/42, IDT7005/6/7/8 - dwuportowe pamięci 8-bitowe; matryca RAM o pojemności od 1K do 64K, czas dostępu od 20ns do 70ns, pobór mocy 750mW i l-5mW w trybie obniżonym. Większość pamięci podtrzymuje zapisane dane przy zasilaniu do 2V.
IDT70121, IDT7014/15/16 - dwuportowe pamięci 9 bitowe; matryca RAM o pojemności od 2K do 16K, czas dostępu 25ns do 55ns, pobór mocy 500-900mW i l-5mW w trybie obniżonym
IDT7025/26/27, IDT7133 - dwuportowe pamięci 16 bitowe; matryca RAM o pojemności od 2K do 32K, czas dostępu i pobór mocy podobny jak w przypadku pamięci 16 bitowych.
Produkowane są również pamięci 4 portowe 8 bitowe o pojemności 2/ 4K. Pamięci te oznaczone są symbolem IDT7052/54.
Ryszard Szymaniak, AVT
Materiały do artykułu udostępniła firma E-2000 Setron.
Elektronika Praktyczna 10/98
NOTATNIK PRAKTYKA
Zwrotnice głośnikowe
- zapomniane ogniwo, część 1
Artykuł ten jest adresowany
do majsterko wiczó w prób ujących
zbudować własne kolumny. Nie
jest przewodnikiem
konstruktorskim, lecz zwraca
u wagę na wiele szczegółó w
układowych i elementowych, co
powinno umożliwić świadomy
wybór zwrotnic lub ich
wstępną ocenę.
Mamy nadzieję, że tym
artykułem wyjaśnimy wiele
zagadnień związanych
z odpowiednim łączeniem
głośników i rozwiejemy niektóre
mity krążące na temat
zwrotnic, a wynikające z braku
pełnej wiedzy na ten temat.
Każdy łańcuch jest tylko tak mocny, jak najsłabsze jego ogniwo! Warto pamiętać o tej, nie tylko filozoficznej, prawdzie, gdy przyglądamy się swojemu kącikowi audio.
Ku memu zdziwieniu, wielu użytkowników domowego sprzętu nagłaśniającego z niebywałą wnikliwością szuka w dołączanych do niego opisach danych katalogowych lub danych technicznych swoich cacuszek. Często parametry te nie mają bezpośredniego wpływu na jakość uzyskiwanego dźwięku. Jeśli już wpływ taki mają, to znikomy procent słuchaczy uświadomi sobie znaczenie danego parametru. Nie przeszkadza im to jednak przelicytowywać się poszczególnymi wskaźnikami. Zazwyczaj licytacja idzie w złym kierunku! Ale co zrobić, gdy ucho nie jest wstanie, a wiedzy nie staje? Również producenci zaczynają podawać szczegóły konstrukcyjne mające oczywiście wpływ na jakość, często jednak w sposób niemierzalny lub nieistotny dla normalnego słuchacza.
Przykładem może być informowanie nabywcy odtwarzacza kompaktowego o długości fali światła diody laserowej czy częstotliwości próbkowania przetwornika cyfrowo-analogowe-go. Producenci wzmacniaczy zaczynają pisać nie tylko o klasie pracy, ale podają wręcz rozwiązania układowe. Wiemy, że wybrany przez nas sprzęt ma końcówkę mocy "na fetach", płyt-
kie sprzężenie zwrotne, stabilizowane punkty pracy wzmacniacza napięciowego, transformatory zasilacza nawinięte miedzią beztlenową, specjalne, złocone kondensatory elektrolityczne do filtrowania itd. Tak perfekcyjnie wykonane źródła zasilania oraz wzmacniacz przenoszący od OHz do lOOkHz zawsze zostają obciążone zestawem głośnikowym. Zestaw ten jest wnikliwie oglądany przez klienta pod kątem liczby głośników (przeważnie im więcej, tym lepiej), rozmiarów i rodzaju głośników. Czasami istotne dla kupującego jest również to, czy zaciski wejściowe są aby na pewno złocone!
Jeśli zaliczasz się do tych niewielu ludzi, którzy potrafią rozpoznać uchem, jakiej firmy miotełek jazzowych akurat teraz użył perkusista lub ile procent czystego srebra mają talerze używane przez zespół X na koncercie w Y, to musisz ocenić jedynie możliwości swojego portfela i studiować rzeczywiście skrupulatnie wszystkie dane o sprzęcie!
Wszystkie szczegóły konstrukcyjno-układowe są oczywiście ważne. Należy jednak zdawać sobie sprawę z ich wagi i znaczenia - można przecież kupić opony Pirelli do konnej furmanki -tylko po co?! Działanie takie wydaje się pozbawione sensu.
O wspomnianych wyżej elementach toru akustycznego można wiele przeczytać w różnego rodzaju publikacjach. Możemy określić dość dokładnie ich klasę, czyli wypadkowy wskaźnik ja-
Elektronika Praktyczna 10/98
NOTATNIK PRAKTYKA
o-WE
2x6dB/okt.
2x12dB/okt.
:Cw
GDN
QDW
Rys. 1.
kości, począwszy od tunera, odtwarzacza CD czy magnetofonu, poprzez korektor, wzmacniacz, odpowiednie kable głośnikowe, a na gotowej kolumnie głośnikowej kończąc. Uświadamia też wpływ parametrów filtrów na jakość toru akustycznego, w porównaniu z parametrami pozostałych elementów tego toru, czyli innych ogniw obróbki sygnału.
W przypadku kolumn głośnikowych parametry podawane przez producenta mówią najmniej. Dlatego klienci przyglądają się dokładnie użytym głośnikom oraz, coraz częściej, poddają kolumny subiektywnym badaniom od-słuchowym. Ze względu na astronomiczne ceny dobrych zestawów, kolumny głośnikowe są wciąż najczęściej samodzielnie montowanym elementem domowego wyposażenia audio.
W łańcuszku sygnału akustycznego znajduje się również zwrotnica, o której zazwyczaj zapomninamy. Ogólne wyobrażenie jest takie, że wystarczy zdobyć niezłe głośniki, skopiować obudowę z dobrego "przodka" i gotowe. A zwrotnica?
Na podstawowe pytanie: kupić gotową zwrotnicę czy wykonać ją samemu, można odpowiedzieć dopiero po zapoznaniu się z parametrami zwrotnic, ich funkcją, możliwościami wykonawczymi i określeniu wymagań. Dylemat ten będzie więc rozstrzygnięty dopiero pod koniec artykułu.
Etapy i nomenklatura
Decydując się na samodzielną budowę kolumn głośnikowych natkniemy się na problem filtrów, czyli zastosowania odpowiedniej zwrotnicy. Budowanie dobrych zestawów głośnikowych to zajęcie trudne, pracochłonne i wymagające prawie absolutnego słuchu.
Aby samodzielnie zbudować "dobrą" kolumnę należy:
- zastosować odpowiednie głośniki;
- wykonać właściwą obudowę;
- dobrać zwrotnicę odpowiedniej klasy do zastosowanych głośników i założeń jakościowych.
Pamiętać należy, że niespełnienie choćby jednego z powyższych warunków całkowicie zniweczy trud i nie zrekompensuje kosztów poniesionych przy realizacji pozostałych! Dlatego tak ważne jest, aby świadomie wybierać nie tylko markowy głośnik, ale i stosowną zwrotnicę głośnikową.
Z punktu widzenia elektrycznego, zwrotnica jest złożeniem co najmniej
WE
GDW
Rys. 2.
dwóch filtrów prądowych. Pojedyncze filtry są stosowane również w kolumnach. Dla jasności określeń użyta zostanie wówczas wyraźnie nazwa "filtr". Ze względu na panujący bałagan nomenklaturowy umówmy się, że używając określenia "zestaw głośnikowy" rozumiemy pod nim cały system złożony często z kilku "kolumn głośnikowych", nie wdając się w dywagacje nad mniejszą czy większą poprawnością tych określeń. I tak na przykład domowy zestaw głośnikowy może składać się z kolumny sub-baso-wej i dwóch kolumn satelitarnych.
Do czego służą zwrotnice głośnikowe?
Zwrotnica głośnikowa spełnia trzy podstawowe zadania w układzie: 1. Rozdziela dostarczony sygnał akustyczny, mieszczący się zwykle w przedziale częstotliwości od 20 Hz do 20000 Hz, pomiędzy głośniki wyspecjalizowane w przetwarzaniu sygnału pewnych zakresów częstotliwości. Dodatkowo zwrotnica pozwala jednocześnie na efektywne zabezpieczenie głośników przed zniszczeniem przez sygnał o nieodpowiedniej dla danego głośnika częstotliwości. Fachowcy twierdzą, że nic tak skutecznie nie zabezpiecza głośników, jak dobra zwrotnica!
I tak, w zestawie dwudrożnym, do głośnika nisko-średniotonowego kierowana jest ta część sygnału, która zawiera częstotliwości od 0 do ok. 4000 Hz. Sygnał o pozostałej części widma jest doprowadzany do głośnika, który potrafi przetworzyć go znacznie lepiej. Zwykle jest to głośnik tubowy lub kopułkowy.
Rozdzielenie sygnału jest potrzebne nie tylko dlatego, że głośnik niskoto-nowy nie może przetworzyć w falę akustyczną sygnału prądowego o częstotliwości np. 12 kHz, ale również dlatego, że prądy o częstotliwościach nie przetwarzanych przez głośnik, płynęłyby przez niego, niepotrzebnie obciążając cewkę głośnika oraz wzmacniacz.
W wielu kolumnach głośnikowych niskiej jakości, gdzie wysokotonowy głośnik odseparowano jedynie kondensatorem, ma miejsce taki właśnie przypadek. Na tak oszczędne rozwiązania można sobie pozwolić jedynie w przypadku małej mocy wzmacniacza i zapasu mocy głośnika niskotonowego.
O ile skierowanie całego sygnału w kolumnie dwudrożnej na głośnik
Rys. 3.
GDW
niskotonowy zagraża jedynie wzmacniaczowi oraz powoduje "wyjadanie" części sygnału, którą mógłby przetworzyć głośnik wysokotonowy, o tyle niemożliwe jest skierowanie całego sygnału na głośnik wysokotonowy. Głośnik ten, przystosowany do przetwarzania wysokich częstotliwości, "nie przeżyje" zasilania sygnałem niskotono-wym. Większość mocy akustycznej jest niesiona niskimi częstotliwościami, dlatego rzeczywiste, dopuszczalne moce głośników wysokotonowych wahają się od ułamków, do pojedynczych watów! Celowo podawane przez wytwórców (chyba ze względów reklamowych) moce głośniczków, np. kopuł-kowych, informują "do jakiej nominalnej mocy zestawu" może być użyty dany głośnik. Można się tego dowiedzieć dopiero po wnikliwym zapoznaniu z pełnymi danymi katalogowymi głośniczka.
Właśnie z powyższych powodów, nawet najprostsze dwudrożne zestawy posiadają namiastkę zwrotnicy w postaci kondensatora zabezpieczającego głośniczek wysokotonowy. Oczywiście, impedancja takiej kolumny w funkcji częstotliwości pozostawia wiele do życzenia. Rozdzielenie sygnału akustycznego na dwa bardzo dobre, wyspecjalizowane głośniki jest w pełni wystarczające do odsłuchu domowego, co potwierdzają nowe konstrukcje wysokiej klasy zestawów, czołowych firm światowych. Zestawy trójdrożne stosuje się wówczas, gdy posiadane głośniki nie są w stanie pokryć całego pasma akustycznego lub w zestawach specjalizowanych, konstruowanych dla specyficznych aplikacji.
Dzielenie sygnału na więcej niż trzy tory, przy parametrach obecnie produkowanych głośników, wydaje się niecelowe. Budowanie natomiast kolumn pięcio- i więcej kanałowych świadczy jedynie o niezrozumieniu istoty dzielenia pasma akustycznego i może wyraźnie pogorszyć przetwarzany obraz muzyczny ze względu na nakładanie się wielu problemów elektronicznych i akustycznych. W warunkach amatorskich należy stanowczo poprzestać na układach trójdrożnych z sugestią zdobycia bardzo dobrych głośników i budowy zestawu dwu drożnego! 2. Zabezpiecza wzmacniacz przed spadkiem wypadkowej impedancji całego zestawu, różnie połączonych głośników, poniżej dozwolonej dla danego wzmacniacza wartości (najczęściej 4D).
Elektronika Praktyczna 10/98
NOTATNIK PRAKTYKA
Gdyby do kolumny doprowadzić sygnał sinusoidalny o częstotliwościach rosnących od zera do 20 kHz, to w poprawnie skonstruowanym układzie "grałyby" kolejne głośniki, zachodząc na siebie łagodnie w punktach podziału, a impedancja wypadkowa (widziana przez wzmacniacz), dla każdej częstotliwości, byłaby większa od nominalnej.
Niestety, w praktyce sygnał nie jest sinusoidą, lecz zawiera bardzo dużo harmonicznych, co powoduje, że filtry kierują "dźwięk" do dwóch lub więcej głośników jednocześnie, a to może powodować przeciążanie wzmacniacza. Oczywiście, problemy spadku impe-dancji zespolonej są o wiele bardziej złożone.
Ze względu na charakter artykułu nie zagłębiano się w teoretyczne wywody, podkreślając, że jakość zastosowanych zwrotnic ma podstawowe znaczenie dla utrzymania właściwej im-pedancji oraz fazowości w całym paśmie, a co za tym idzie, dla bezpiecznej pracy wzmacniacza. 3. Koryguje wypadkowy obraz dźwiękowy. Ważną, a często celowo nie eksponowaną, funkcją zwrotnicy jest korygowanie niedostatków gotowej kolumny. Za pomocą zwrotnicy można również kształtować, podobnie jak korektorem (z tą jednak różnicą, że na stałe) ogólny obraz dźwiękowy kolumny. W praktyce wykorzystuje się to często w kolumnach specjalnych (np. ograniczając pasmo w kolumnach kościelnych). Innym razem precyzyjnie niwelując nierównomier-ności charakterystyki w kolumnach monitorowych (badawczo-pomiarowe kolumny bez podbarwień).
Podstawowe rodzaje zwrotnic i ich parametry
W akustyce powszechnie stosuje się rachunek decybelowy, a co za tym idzie skalę logarytmiczną, nie tylko w odniesieniu do ciśnień akustycznych, ale również do określania wartości elektrycznych. Dlatego wszystkie wykresy tłumień są opisywane i przedstawione w skali logarytmicznej.
4x18dB/0kt.
WE
Wyjaśnienia wymaga jeszcze pojęcie oktawy. Oktawą nazywamy taki dowolny przedział częstotliwości, którego wartość górnej granicy jest dwukrotnie większa od wartości granicy dolnej. Np. przedział częstotliwości od 1 kHz do 2 kHz to jedna oktawa. Również przedział od 16 Hz do 32 Hz, to też jedna oktawa. W akustyce przyjęto, że całe pasmo użytkowe (słyszalne), to 10 oktaw.
Kolejne oktawy temperowanej skali muzycznej to: 16,4-32,8-65,6-131,2-262,4-5 24,8-1049,6-2099,2-4198,4-8396,8-16793,4 Hz.
Pierwszego podziału zwrotnic można dokonać, ze względu na liczbę torów sygnału:
- zwrotnice dwudrożne - z jedną częstotliwością podziału;
- zwrotnice trójdrożne - z dwiema częstotliwościami podziału, itd;
- zwrotnice odgałęźnikowe - w istocie są to zwrotnice dwudrożne z bardzo niskim podziałem.
Sygnał niskotonowy kieruje się na zestaw sub- lub niskotonowy, a sygnał reszty pasma nie na głośnik, lecz na kolumnę satelitarną, która może być dwu- lub trójdrożna, z własną zwrotnicą. Zwrotnice odgałęźnikowe nazywamy też superb as owymi. W konstrukcjach filtrów głośnikowych przyjęto, że skrajne pasma nie są ograniczane. Oznacza to, że w zwrotnicy dwudroż-nej pracuje filtr dolnoprzepustowy, od 0 Hz, a nie np. od 20 Hz, do częstotliwości podziału. Filtr górnoprze-pustowy od częstotliwości podziału bez ograniczeń w górę, a nie np. do 20 kHz. Bywają oczywiście wyjątki, ale zdarzają się rzadko i jedynie w zastosowaniach specjalnych i profesjonalnych.
Drugi podział zwrotnic jest możliwy ze względu na impedancje obciążeń:
- zwrotnice typowe (4D);
- zwrotnice typowe (8D);
- zwrotnice mieszane (4/8 i 8/4D);
- zwrotnice nietypowe (np. "Bolero" 6/15/15D).
Należy zwrócić uwagę, aby wyjścia zwrotnicy były dopasowane do przyłączanych głośników! Cw1
Cw2
Trzeci podział zwrotnic jest możliwy ze względu na zastosowanie (częściowo pokrywa się to z ogólnie rozumianą jakością):
- zwrotnice popularne, do zastosowań w sprzęcie powszechnego użytku;
- wysokiej klasy, do zastosowań w sprzęcie dla audiofili - TOP HI-FI;
- estradowe, zwykle dużej mocy i konstrukcyjnie dzielone na pojedyncze filtry;
- samochodowe, zaopatrzone we własną obudowę i dodatkowo zabezpieczone przed wstrząsami;
- specjalne, np. do indywidualnych systemów nagłośnieniowych, katedralnych, teatralnych itp.
Kolejnego, czwartego podziału zwrotnic można dokonać biorąc pod uwagę skuteczność tłumienia, czyli słabsze lub mocniejsze odseparowanie poszczególnych głośników od siebie:
- zwrotnice z filtrami 6 dB/okt;
- zwrotnice z filtrami 12 dB/okt;
- zwrotnice z filtrami 18 dB/okt;
- zwrotnice z filtrami 24 dB/okt. (rzadko spotykane);
- zwrotnice z tłumieniami mieszanymi.
Silniejsze tłumienia nie są potrzebne, a ze względu na nieliniowy, impedancyjny charakter obciążenia, są w praktyce niewykonalne jako dobre filtry bierne.
Kolejny, piąty podział zwrotnic wynika z wypadkowego tłumienia kolumn:
- zwrotnice liniowe;
- zwrotnice korygujące.
Ostatni, szósty podział zwrotnic wynika z zastosowanych przez konstruktora odpowiednich rozwiązań układowych:
- z pojedynczymi ogniwami filtrującymi (6 dB/okt, rys. 1);
- złożenia typu G (12 dB/okt, rys. 2);
- szeregowe obwody rezonansowe (6 dB/okt, rys. 3) - głośnik średni oto-nowy;
- złożenia typu T (18 dB/okt, rys. 4);
- układy mieszane;
- konstrukcje "pełne" z korektorami im-pedancji głośników, szeregowymi pułapkami częstotliwości rezonansowych i z tłumikami efektywności (rys. 5).
I
GDW
__ __ I "
GDW
Rys. 4.
Rys. 5.
Elektronika Praktyczna 10/98
25
NOTATNIK PRAKTYKA
Zwrotnica wykonana zgodnie z rys. 1 o nachyleniu 2x6 dB/okt.
Jest to najprostsza z możliwych, poprawnie działająca zwrotnica. Stosuje się ją w kolumnach o niewielkich wymaganiach na równomierność charakterystyki. Stosując taką zwrotnicę, należy zwrócić uwagę na podobną efektywność głośników, czyli zastosować dobry głośnik niskotonowy i "słaby" wysokotonowy. Obydwa jednak głośniki powinny mieć spory zapas mocy, ze względu na stosunkowo szerokie pasmo pracy.
Oczywiście, zagadnienie należy odwrócić. To zwrotnicę dobieramy do wymagań jakościowych i posiadanych głośników, a nie na odwrót! Wybór takiej zwrotnicy należy traktować jako oszczędnościowy, zapewniający niezbędne minimum jakościowe.
Zwrotnica wg rys. 2
o nachyleniu 2x12 dB/okt.
Najbardziej rozpowszechniony rodzaj zwrotnicy, ze względu na tłumienia wystarczające do dobrego zabezpieczenia głośników, brak niespodzianek fazowych oraz możliwość współpracy z różnymi głośnikami. Wystarczy zadbać jedynie o właściwe impe-dancje dołączanych głośników. W przedstawionym na rysunku przykładzie nie zastosowano elementów korekcji impedancji i efektywności głośników.
Zwrotnica wykonana wg rys.
3 o nachyleniu 4x6 dB/okt.
Najprostsza zwrotnica trójdrożna (typu ALTUS), spełniająca jedynie podstawowe funkcje zabezpieczające. Doskonała do kolumn szkolnych, kawiarnianych i pomocniczych. Do głośnego słuchania muzyki rockowej w domu, gdy nad perfekcyjną jakość przedkładamy "czad"!
Zwrotnica wykonana wg rys.
4 o nachyleniu 4x18 dB/okt.
Układy o silnych tłumieniach stosujemy tam, gdzie chcemy maksymalnie "wycisnąć" głośniki. Ciągła moc doprowadzona do głośnika przez taką zwrotnicę może być zbliżona do maksymalnej mocy głośnika w jego paśmie pracy. Np. do głośnika o mocy nominalnej 60W (maksymalnej 100W) można bez obawy, w sposób ciągły, doprowadzać moc ok. 90W!
W przypadku zwrotnic 6 i 12dB zaleca się nie przekraczać mocy znamionowej (nominalnej). Zwrotnice 18dB/ okt. polecam tym, którzy zdobyli bardzo dobre głośniki, ale za słabe mo-cowo do posiadanego wzmacniacza. Im większe tłumienie filtrów zwrotnicy, tym lepsze zabezpieczenie głośników! Zagadnienie można też odwrócić. Jeśli posiadamy duży zapas mocy na głośnikach w stosunku do wzmacniacza, nie musimy stosować drogich zwrotnic 18 dB.
Przedstawione na rys. 1..5 przykładowe rozwiązania układowe charakteryzują się dużą równomiernością tłumienia. Oznacza to, że na zboczu charakterystyki każdego filtra, z których złożona jest zwrotnica, nachylenie charakterystyki tłumienia jest jednakowe. Upraszcza to znacznie strojenie zwrotnicy i nie powoduje tzw. siodełek i wzmocnień mocy wypadkowej dla całego pasma. Charakterystyki poszczególnych filtrów powinny, w takich przypadkach, przecinać się na poziomie -3dB. Jedynie dla tłumień 6dB/okt., w zwrotnicach dwudrożnych, przyjmuje się często poziom -6dB. Dla charakterystyk napięciowych poziom -6dB odpowiada dwukrotnemu spadkowi napięcia. Przy operowaniu jednak pojęciami mocy, dwukrotny jej spadek wyraża się poziomem - 3dB w skali napięcia.
Na rys. 6 i 7 przedstawiono rzeczywiste charakterystyki zwrotnic trójdrożnych, obciążonych głośnikami, w których tłumienia nie są równomierne. Na rys. 6 zbocza opadające, tzn. krzywa tłumienia głośnika niskotonowego i prawe zbocze krzywej tłumienia głośnika średniotono-wego, mają spadek 12dB/okt. Natomiast zbocza rosnące, tzn. lewe zbocze krzywej tłumienia głośnika śred-niotonowego i krzywa tłumienia głośnika wysokotonowego, mają nachylenia 6dB/okt. Częstotliwości podziału tej zwrotnicy wynoszą 1160 Hz i 6000 Hz.
Na rys. 7 tłumienie głośnika śred-niotonowego jest silniejsze (po 12dB/ okt. z obu stron), natomiast zbocza głośnika nisko- i wysokotonowego mają tłumienia po 6dB/okt. Częstotliwości podziału to 700Hz i 4600Hz.
Funkcje elementów
W celu wyjaśnienia funkcji poszczególnych elementów konstrukcyjnych, najbardziej typowej 12dB zwrotnicy, omówiono je szczegółowo na przykładzie zwrotnicy dwudrożnej z rys. 5
Cewka Lb i kondensator Cb są właściwymi elementami filtrującymi sygnał dla głośnika niskotonowego.
Kondensator Cw i cewka Lw filtrują sygnał dla głośnika wysokotonowego. Dwójnik szeregowy Rkb, Ckb jest korektorem impedancji głośnika niskotonowego. Podobnie jak dwójnik Rkw, Ckw dla głośnika wysokotonowe-
g�-
Korektor impedancji w przypadku
głośnika niskotonowego kompensuje indukcyjny charakter impedancji cewki głośnika dla dużych częstotliwości, dzięki czemu wypadkowa oporność cewki głośnika i korektora dla całego pasma pracy nie ulega gwałtownemu wzrostowi i jest zbliżona bardziej do rzeczywistej rezystancji. Pozwala to na mniejsze przesunięcia fazowe, co poza walorami akustycznymi umożliwia pełniejsze wydzielanie mocy rzeczywistej na cewce głośnika.
dB OFFSET D-DdB
5D 1DD EDO 5DD lk Sk Sk IDk Hz OUTPUT ta.DEdBnl OUSAdP �t ESLOUJ
Rys. 6.
Szeregowo połączone elementy Rp, Lp i Cp stanowią pułapkę dostrojoną do częstotliwości rezonansowej głośnika wysokotonowego. Pułapka taka wymaga bezwzględnie strojenia w gotowej zwrotnicy z podłączonym głośnikiem i dlatego jest rzadko stosowana. Jednak w zwrotnicach wyższej klasy, gdzie zadbano o liniowy przebieg charakterystyki filtrów, można spotkać "pułapki rezonansowe" również dla głośnika średniotonowego.
Dzielnik złożony z rezystorów Rtl i Rt2 jest typowym tłumikiem pozwalającym wyrównać efektywności głośników. Zwykle stłumienia wymagają głośniki średnio- i wysokotonowy, ponieważ są sprawniejsze od głośników niskotonowych.
Dopuszczalna, przenoszona przez zwrotnicę moc elektryczna
Ten parametr jest wspólny dla wszystkich rodzajów zwrotnic. Obecnie górna granica mocy, dla której stosuje się filtry bierne, wynosi ok. 300W.
Dla większych mocy dobra zwrotnica osiąga monstrualne rozmiary i wysokie ceny. W takim przypadku rozsądniej jest zastosować zwrotnice aktywne w postaci przedwzmacnia-czy pasmowych i kilku końcówek mocy. Janusz Bogusławski
Autor dziękuje firmie PPH "JANBO" z Wołomina za udostępnienie wybranych egzemplarzy zwrotnic oraz aparatury do pomiarów i sporządzenia przedstawionych wykresów.
dB OFFSET D-DdB
Fitart 50Hz
Fitnp EO.DkHz
5D 1DD EDO 5DD lk Sk Sk IDk Hz OUTPUT +0-OCdBnl OYSAHP xl ESLOUJ
Rys. 7.
26
Elektronika Praktyczna 10/98
SPRZĘT
Starter kit dla procesorów AVR
Firma ATMEL znana przede
wszystkim ze swych procesorów
je dnoukład owych, wzorowanych na
popularnej rodzinie '51,
wzbogaconej o pamięć Flash,
postanowiła zaproponować coś
nowego w tej kategorii
produktów. Na rynku pojawiła się
zupełnie nowa rodzina procesorów
je dnoukład owych o architekturze
RISC.
Cechą wyróżniającą nowe
procesory jest ich szybkość
znacznie wyższa niż w przypadku
procesorów 8051. Procesory RISC-
owe zdecydowaną większość
rozkazów wykonują w czasie
jednego taktu zegara a ten
z kolei równy jest częstotliwości
ich generatora. Dla porównania
8051 formuje swój takt rozkazowy
dzieląc częstotliwość generatora
przez 12, a większość rozkazów
wymaga dwóch lub więcej taktów.
Procesory ATMELa architekturze otrzymały oznaczenia zaczynające się literami AT90Sxxxx. AVRy nieco przypominają swoich poprzedników ze względu na rozkład wyprowadzeń portów i ich funkcje. Odmienne są natomiast: binarny kod programu procesora i narzędzia do jego generacji.
Prezentowany Starter Kit pozwala oswoić się z nowymi procesorami i poznać ich właściwości. W języku polskim brakuje sensownego określenia dla tego typu edukacyjno-marketingowego przedsięwzięcia. Można by powiedzieć, że jest to Uniwersalny Zestaw dla Początkujących. W jego skład wchodzi wszystko, co jest niezbędne aby przetestować, zaprogramować i pobawić się nowym procesorem.
Najważniejszym sprzętowym elementem zestawu jest niewielka płyta pozwalająca zarówno testować układy wykorzystujące procesor jak i zaprogramować AVRy. Płyta podłączana jest do portu szeregowego PC [w zestawie znajduje się odpowiedni kabel). Napięcie zasilania może być zarówno stałe 9-20V jak i zmienne 6,5-15V (w zestawie jest także kabelek, zasilacz trzeba mieć własny). Na płytce zamontowano dwie podstawki dla procesorów o obudowach 20 i 40-nóżko-wych oraz styki umożliwiające dostęp do wszystkich portów włożonego do podstawki procesora. Dołączone do zestawu dwa kable taśmowe pozwalają połączyć procesor z innymi układami. Oprócz tego na płytce znajdują się elementy i gniazda służące do zapewnienia transmisji między płytką a komputerem.
Jak to zostało już powiedziane procesory AVR wymagają dedykowanych narzędzi programistycznych. W zestawie na dołączonych dyskietkach znajduje się kilka programów
narzędziowych umożliwia]ż"Cjcn napisanie i przetestowaniewłasnego programu dla procesora. Jest to przede wszystkim asembler pozwalający na edycję tekstu źródłowego programu, jego asemblację i stworzenie pliku wykonywalnego do zapisu w procesorze. Przed zapisem warto wcześniej przetestować stworzony program w celu wykrycia ewentualnych błędów. W skład pakietu programów na dyskietkach wchodzi zarówno symulator procesora jak i emulator. Narzędzia te pozwalają kontrolować stan poszczególnych rejestrów procesora jak i nadzorować przebieg programu. Możliwe jest zarówno wykonywanie pojedynczych instrukcji procesora, ustawianie pułapek programowych jak i zmienianie zawartości rejestrów i wewnętrznych pamięci. Na dyskietkach firma ATMEL dołączyła kilka przykładowych programów pozwalających się zorientować jak powinna wyglądać poprawna składnia programu źródłowego akceptowana przez asembler.
Sprawdzony program zapisuje się do procesora wykorzystując w tym celu płytkę testową, która służy jako programator. Kod programu przesyłany jest złączem RS z komputera do płytki. Na płytce programatora zapis kodu do procesora dokonywany jest przy pomocy szeregowego interfejsu SPI. Procesory AVR wyposażone są w ten interfejs i dzięki temu możliwe jest ich programowanie nawet w układzie w którym będą pracować. Oprócz zapisu programu w pro-
cesorze można także zapisać jego wewnętrzną pamięć RAM i EEPROM, a także ustawić bity zabezpieczające przed odczytem kodu programu. Wszystkie procedury zapisu, odczytu i weryfikacji danych kontrolowane są przez dostarczone na dyskietkach oprogramowanie. Narzędzia te mogą pracować pod kontrolą DOS natomiast oddzielne zintegrowane wersje pakietu przeznaczone są dla systemu Windows 95 i NT.
Do zestawu oprócz płytki, oprogramowania i kabli dołączony jest także podręcznik w języku angielskim. Zamieszczono w nim wyczerpujący opis wszystkich elementów składowych zestawu, opisano działanie programów narzędziowych wraz z przykładami, jest nawet lista instrukcji procesora AVR.
Oprócz tego w zestawie można znaleźć płytę kompaktową - katalog zawierający dane techniczne produktów firmy, nie tylko procesorów. Do testowanego przez redakcję EP zestawu dołączono także miniaturową płytkę drukowaną z układem elektronicznym demonstrującym możliwości procesorów AVR. Układ zasilany z wbudowanej baterii 3V "ożywa" po naciśnięciu przycisku zapalając sekwencje diod LED, przechodząc potem w stan uśpienia. Pobór prądu w takim stanie jest minimalny, toteż dołączona do układu bateria starczy na bardzo długo. Ryszard Szymaniak,AVT
Zestaw udostępniła redakcji firma Gamma.
Elektronika Praktyczna 10/98
27
SPRZĘT
Karta oscyloskopowa firmy Optel
W powszechnym przekonaniu
"Polak potrafi, lecz nie zawsze
mu się chce".
Prezentowane w artykule
urządzenie częściowo potwierdza
przytoczone powiedzenie, ale tylko
w jego pierwszej części - Polak
naprawdę potrafi i tym razem
mu się chciało...
Podstawowe parametry i właściwości karty 0PK0-1:
/ częstotliwość próbkowania SOMHz,
/ maksymalna częstotliwość sygnału mierzonego
25MHz,
/ rnaksyrnalnenapięciewejściowe 1Vpp, / impe danej a wejściowa (wybór zworką)
50Q lub 1 MQ, / opóźnienie początku próbkowania
0 255|xs,z krokiem1|xs, / pojemność pamięci próbek 256/512 słów, / maksymalna częstotliwość zewnętrznego wyzwalania 2kHz, / 8-bitowakartalSA, / możliwość wybrani a dowolnego adresu z przestrze-
ml/OPC,
/ oprogramowanie sterujące pracuje w DOS, / mozhwośćobserwacjiwidmamierzonego sygnału
Urządzenie, które prezentujemy w artykule nie jest klasyczną kartą oscyloskopową do PC. Pomimo dużej rozdzielczości (8 bitów], bardzo wysokiej częstotliwości próbkowania (SOMHz] i stosunkowo wysokiej, programowanej czułości (50/100mV] zastosowanie karty w typowych pomiarach elektronicznych nie jest optymalnym sposobem jej wykorzystania.
Dlaczego? Jest to efekt wyspecjalizowania konstrukcji karty, którą zoptymalizowano do realizacji zaawansowanych pomiarów zjawisk fizycznych, przede wszystkim analizy sygnałów ultradźwiękowych. Dzięki bogatemu interfejsowi I/O karta może bezpośrednio współpracować z głowicami pomiarowymi sterowanymi silnikami krokowymi.
Karta OPKO-1 umożliwia oczywiście obserwację sygnałów analogowych i cyfrowych o maksymalnej amplitudzie IVpp, ale jest wyposażona w kilka funkcji rzadko spotykanych w standardowych rozwiązaniach.
Najbardziej interesującą właściwością karty jest możliwość cyfrowego wyzwolenia pomiaru przez dowolne zjawisko zewnętrzne. Odstęp czasu pomiędzy wyzwoleniem układu zewnętrznego a początkiem pomiaru jest ustalany programowo w przedziale O..255|ls z dokładnością lns i krokiem lu,s. Najkrótszy z praktycznie osiągalnych odstę- yr pów czasu wynosi 0..1 ns.
Istnieje także możliwość zewnętrznego wyzwalania początku pomiaru - do tego celu służy specjalne wejście EXT_TRG, sterowane zewnętrznym sygnałem cyfrowym.
Nawet najdoskonalszy sprzęt współpracujący z komputerem nie obędzie się bez oprogramowania. Twórcy karty OPKO-1 przygotowali prosty w obsłudze, lecz niezwykle funkcjonalny program o minimalnych wymaganiach sprzętowych w wersji dla DOS (rys. 1). Za pomocą tego programu można zobrazować wyniki prowadzonych pomiarów, dzięki wbudowanej pamięci próbek is-
konałe rozwiązanie dla przebiegów zaszu-mionych], możliwe jest także obserwowanie widma (w dolne] części ekranu]. Program pracuje w trybie graficznym VGA i współpracuje z myszką. Konfigurację programu można przeprowadzić także za pomocą klawiatury, co ułatwia bardzo logicznie skonstruowane menu.
Producent urządzenia przygotowuje obecnie wersje karty z wyzwalaniem analogowym, a także wersje bardziej rozbudowane - z interfejsem 16-bitowym, powiększoną ilością pamięci próbek do 64kB. Zapowiada się więc powstanie bardzo interesującej rodziny urządzeń pomiarowych, zarówno dla użytkowników o typowych wymaganiach, jak i wąsko specjalizowanych. Krzysztof Surak
Prezentowaną w artykule kartę udostępniła redakcji firma Optel z Wrocławia (tel. (0-71} 329-63-53}.
tnieje możliwość ich uśredniania (dos- ^'
Elektronika Praktyczna 10/98
SIMICE - narzędzie dla wymagających
Mikrokontrolery serii PIC cieszą
się coraz większą popularnością
wśród konstruktorów na całym
świecie. Dzieje się tak przede
wszystkim dzięki rozsądnej
polityce handlowej producenta -
firmy Microchip. Polega ona na
dostarczaniu użytkownikom
doskonałych i bardzo tanich
narzędzi uruchomieniowych, bez
których nie jest praktycznie
możliwe wykonanie żadnego
projektu.
Jedno z nowszych opracowań prezentujemy w artykule.
Rys. 1,
SIMICE jest sprzętowym symulatorem mikrokontro-lerów PICl 2C5xx,
PICl2CE5xx (słynne 8-pi-nowce!] oraz PICl6C5x, montowanych w obudowach DIPlB i DIP28. Pracą symulatora steruje program narzędziowy MPLAB-SIM, który jest częścią składową pakietu MPLAB-IDE (rys. 1], Do pracy MPLAB wymaga systemu operacyjnego Windows 95, poza tym nie ma specjalnych wymagań w stosunku do komputera na którym jest zainstalowany. Wyjątkiem jest konieczność posiadania napędu CD-ROM, ponieważ oprogramowanie, jak i dokumentacja zestawu dostarczane są na płycie kompaktowej.
Oprogramowanie MPLAB wchodzi w skład zestawu dostarczanego przez produce wraz z SIMICE. także dostępne (brfzpłat-nie!] na internetoyej stro-j nie firmy Microceip. Pr pomocy MPLAHf możli jest także two Kenie jektów ,,na sftho bez konieczności bosow nia dodatkowych^ńarzędzi sprzętowych, fla rys. 2 przedstawiono widok okna konfiguracji trybu projektowania - jak widać jeden pakiet narzędziowy pozwala pracować z w loma przystawkami o nych możliwością i oczywiście cenie
Symulator SIMICE jest
wejściacnlnikrokontrolera. Każdorazowe ręczne wprowadzanie stanów logicznych na wejściach (w przypadku emulacji jamowej] utrudnia śledzenie toku pracy 1 próg?
W zaiężnościjod typu emulowanego mikro kontrl^era^n ależ y zastosować jeden emulacyjnycnl^Costępne są 18 i 28 wypi^madzeniach. dedykowane^fcjazdo na
z trzech końcówki Każda z nlcB płytce
Jak już wspomniano na począ^ tułu dokumentacja zestawu
rogramowania KłP^AB dostarczane są na pł\ie CD. Dodatki 'dużąVlośc informacji oAinnych produktach i narzędziach Mirfrochipa\także dla najbardziej z�wan sagany ch PIC17C.^ Piotr Zbysiński, AVT
arty-
Ąkro kontrolerów
rvW
i
ŚŚŚŚŚ^

raum ULpr-n Jll !Ś* "ni"
Rys. 2.
dołączany do komputera sterującego poprzez interfejs szeregowy RS232. Na płytce symulatora znajduje się żeńskie złącze 9-pinowe. Producent dołączył do zestawu kabel umożliwiający połączenie symulatora z PC. Dostępne są dwie szybkości przesyłania informacji: 9600 bd lub 57600 bd, dostępne jest za to aż 9 kombinacji adres/przerwanie dla portów COM (1-9].
Analizę działania programu można przeprowadzić przy pomocy symulatora programowego (rys. 3] lub przy pomocy SIMI-CE-a - po dołączeniu go do komputera. Przewaga tego rozwiązania nad "czystą" emulacją programową polega na znacznie bardziej przejrzystym powiązaniu zachowania programu ze zjawiskami zewnętrznymi, przede wszystkim ze stana-
Rys. 3.
^ redakcji fir-
Gamma.
Informacje o procesorach PIC, narzędziach uruchomieniowych oraz dokumentacja dostępne są w Intemecie pod adresem www.microchip.com.
Elektronika Praktyczna 10/98
29
SPRZĘT
Czy grozi Ci "Amnesia"?
Jeżeli stosujesz w swoich
opracowaniach duże ilości
układów programowalnych
w wersji EPROM, na tytułowe
pytanie z pewnością odpowiesz,
że tak. Dlaczego?
Otóż tą wdzięczną nazwę nosi
najnowsza propozycja firmy WG-
Electronics - miniaturowy,
przenośny kasownik ultrafioletowy.
w którym zastosowano niezwykle
modny w ostatnich czasach 8-
końcówkowy mikrókontroler PIC.
Więksiość dotychczas dostępn^h na rynku kasowników UV charakteryzowała bardzo solidna konstrukcja mechaniczna, a co za tym idŁie duże rozmiaryli masa. Najpopularniejszym sposobem zapalania świetlówek były tradycyjne u-Jiiłady z dławikiem i bi-metalicznym starte reni^o powodowało, że były to rozwiązania zawodne i e ne rgo c hłon n e. ^"odczuciu wielu użytkowników były to najbardziej istotne wady tra- konstrukcji, azało się, że wymie-ione wady zostały za-uważone przez jednego z większych w kraju pro-u centa k asów ni ków , a owocem prac konstrukcyjnych jest właśnie "Amnesia".
W miejsce solidnej i ciężkiej konstrukcji stalowej zastosowano proste w montażu elementy aluminiowe. W dolnej części obudowy znajduje się szuflada s pojemnikiem na 5 układów w obudowach DIL28. Dno pojemnika wyłożono antyelektrostatyczną gąbką, która służy jako elementy mocujący kasowane układy (są one wpinanew gąbkęj. Zastosowane rozwiązanie zachwyca prostotą, ale utrudnia nieco życie użytkownikom stosującym układy w obudowach PLCC, ponieważ nie są one w żaden sposób zabezpieczone przed wypadnięciem. Można oczywiście wyjąć gąbkę z dna pojemnika i w to miejsce włożyć układy, ale nie jest to rozwiązanie eleganckie. Jest to jedyna wada kasownika, zauważona podczas kilkutygodniowej eksploatacji.
Na niewielkiej płycie czołowej kasownika znajdują się dwie diody LED sygnalizujące fakt dołączenia zasilania (zielona) oraz włączenia promiennika ultrafioletowego (czerwona}. Włączenie promiennika inicjuje użytkownik poprzez wciśnięcie niewielkiego przycisku, który jest ostatnim, trzecim, elementem zainstalowanym na płycie czołowej.
Ponieważ promieniowanie ultrafioletowe jest szkodliwe dla ludzkiego wzroku producent zastosował proste zabezpieczenie mechaniczne, które uniemożliwia włączenie promiennika UV bez uprzedniego zamknięcia szuflady.
O nowoczesności prezentowanej konstrukcji najdobitniej świadczą zastosowane przez konstruktorów rozwiązania elektroniczne. Pierwsze z nich to mikroprocesorowy timer, który odmierza zadany czas kasowania i steruje włączaniem i wyłączaniem promienni-
ka. "Sercem" timera jest mikrókontroler z serii PICl2C5xx w 8-końcówkowej obudowie. Czas kasowania ustala się przy pomocy DIP-switcha, w przedziale 2..30 minut z krokiem 2 min. Dostęp do DIP-switcha możliwy jest od spodu urządzenia, po odsunięciu szufladki.
Drugie, niezwykle nowoczesne rozwiązanie, to przetwornica zasilająca promiennik. Dzięki zastosowaniu przetwornicy impulsowej zapłon promiennika jest natychmiastowy. W czasie testów nie stwierdzono wydłużania się czasu zapalania świetlówki podczas intensywnej eksploatacji.
Kasownik zasilany jest z zewnętrznego zasilacza "kalkulatorowego" o mocy 6W, który wchodzi w skład zestawu. Takie rozwiązanie podnosi bezpieczeństwo posługiwania się kasownikiem, co ma duże znaczenie, ponieważ jego obudowa jest wykonana z metalu.
Biorąc pod uwagę wysokie walory estetyczne (doskonała jakość wykonania), jak i użytkowe (kilkutygodniowe testy) należy stwierdzić, że "Amnesia" jest doskonałą propozycją dla użytkowników "domowych" i dla firm prowadzących badania. Stosunkowo niewielka pojemność szufladki na układy powoduje, że w zastosowaniach przemysłowych prezentowany kasownik raczej się nie sprawdzi. PiotrZbysiński,AVT
Kasownik do testu udostępniła redakcji firma WG-Electronics.
30
Elektronika Praktyczna 10/98
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.
Pytania do "Forum" można zgłaszać listownie lub poprzez internetowa listę dyskusyjną Elektroniki Praktycznej. Szczegółowe informacje na temat tej listy można znaleźć pod adresem:
http://www.jm. com.pl/klub-ep
Programowalny nastawnik do syntezera częstotliwości kitAVT-347
W artykule prezentującym konstrukcję nastawnika do syntezera częstotliwości, na str. 42 zamieszczono nieczytelny schemat montażowy urządzenia
(w oryginale rys.6). Na rys. 1 przedstawiamy prawidłowy schemat, dzięki któremu montaż będzie znacznie łatwiejszy.
Zwłoczny włącznik zasilania kitAVT-U58
Rys. 2.
3030
6" Śfś.S;-..
AVT-U58
?
IKA 10/97
R6
DLI DL2


Kl KS
R7-R13
HISPLAY
Rys. 1.
8/97
W numerze EP8/97, drukowanej. Właściwy ry-
w dziale "Miniprojekty" na sunek z rozmieszczeniem
str. 3 9, zamieszczono rysu- elementów zamieszczamy
nek błędnie opisanej płytki obok (rys. 2).
Co to jest Gold Standard?
Otrzymaliśmy od Was kilkanaście listów z prośbami o wyjaśnienie co to jest "Gold Standard", ostatnio mocno nagłaśniany przez dostawców podzespołów firmy SGS-Thomson. Jak się okazało, ten bardzo efektowny slogan reklamowy określa nowy standard dostaw wybranej grupy elementów, który charakteryzuje się pięcioma parametrami: - dużą szybkością dostaw,
co w praktyce oznacza, że 96% elementów można otrzymać niemal od ręki;
- wysoka jakość, wyznaczona normą dopuszczającą wadliwość na poziomie 3ppm (tylko trzy niesprawne elementy na milion wyprodukowanych!);
- niską ceną, dla której punktem odniesienia są odpowiedniki produkowanych elementów przez inne firmy;
- terminowość dostaw, która nawet dla małych i sporadycznych odbiorców jest taka sama, jak dla zamówień przemysłowych;
- warunki produkcji zgodne z normami serii ISO9000.
W ramach programu "Gold Standard" jest dostępnych wiele grup elementów, m.in.:
- procesory rodziny ST62 oraz narzędzia projektowe i konstrukcyjne do nich;
- układy serii CMOS4000;
- układy HCMOS serii 74HC;
- stabilizatory napięcia serii 78X/79X i pochodne;
- szeroka gama wzmacniaczy operacyjnych i komparatorów;
- pamięci EPROM i OT-PEPROM;
- szeroka gama układów te-lekomunikacyjnych, diod, transili, tyrystorów, triaków, itp.
Elektronika Praktyczna 1/98
89
FORUM
Programowanie procesorów
AT89S8252
kitAVT-320
Czytelnicy zainteresowani programowaniem procesorów AT89S8252 firmy Atmel przy pomocy programatora AVT-320 mogli napotkać trudności, które uniemożliwiały poprawne
zaprogramowanie tych układów. Zostały one spowodowane błędami w dokumentacji dostarczonej nam przez firmę Atmel.
W chwili obecnej wszelkie nieprawidłowości zostały zlikwidowane - poprawiona wersja programu
sterującego pracą programatora (od l.lc w górę) jest dostępna w Internecie pod adresem www.avt.com.pl/ download.htm.
Niezbędna jest także modyfikacja programu zapisanego w pamięci procesora AYT-320 - poprawne
IKA 10/96
programowanie procesorów serii "S" jest możliwe od wersji 1.14 w górę. Wszyscy Czytelnicy, którzy zakupili kit AVT-320, proszeni są o przysłanie procesorów do Serwisu, zostaną one bezpłatnie przeprogramowane.
Kłopoty ze sterowaniem tranzystorów MOSFET
Andrzej Traczyk
z Wrocławia podzielił się z nami następującym problemem, jaki napotkał podczas samodzielnego konstruowania systemu alarmowego do domu. W wyjściowym stopniu mocy zastosował tranzystor MOSFET typu BUZ71 (rys. 3). Niestety układ nie działa
zbyt dobrze, ponieważ czas załączania i wyłączania tranzystora jest bardzo długi, co powoduje zaburzenia w działaniu sygnalizatora akustycznego.
Po przyjrzeniu się fragmentowi schematu z rys. 3 można szybko postawić diagnozę: wartość rezystora R34 ograniczającego
prąd ładowania pojemności bramki jest zbyt duża. Pojemność ładowana poprzez ten rezystor może mieć wartość nawet ok. 5nF (zależy od producenta tranzystora), co powoduje, że czas jej ładowania i rozładowania jest bardzo długi. Konsekwencją tego jest "płynne" przełączanie ka-
nału, co z kolei utrudnia lub wręcz uniemożliwia pracę sygnalizatora.
Sygnalizator
Rys. 3.
Zintegrowany przetwornik A/C i C/A
W grudniu otrzymaliśmy list od Tomasza Kowala z Poznania z pytaniem
0 możliwość zakupu zintegrowanych w jednej strukturze półprzewodnikowej przetworników A/C
1 C/A o rozdzielczości 8 bitów i czasie konwersji poniżej 2 0u.s. Ponieważ informacje jakie zdobyliśmy wydają się być interesujące dla szerszego grona użyt-
CLK NC
V. Ó-'
kowników - odpowiadamy w Forum.
Najatrakcyjniejszą, naszym zdaniem, propozycją będzie układ produkowany przez firmę Analog Devi-ces, noszący oznaczenie AD7596. W wąskiej obudowie DIP24 zostały zintegrowane wszystkie elementy niezbędne do poprawnej pracy przetworników A/C i C/A (źródło napięcia od-
AD7669
RANOE NETWORK - TRACK/ HOŁD - ADC
O Y..A
J V..,B
ST RD CS WR
Rys. 4.
ST RD CS WR
Rys. 5.
niesienia, układ próbkują-co-pamiętający, układ zegarowy, logika sterująca, rejestry danych, wzmacniacz wyjściowy). Na rys. 4 przedstawiony został schemat blokowy tego układu. Podobną konstrukcyjnie, lecz nieco bardziej rozbudowaną wersją tego układu jest układ AD7669 (rys. 5). W jego wnętrzu zintegrowano dwa przetworniki
C/A i jeden A/C. Pozostałe bloki są identyczna, jak w przypadku układu AD7669.
Czas przetwarzania dla przetwornika A/C wynosi 2u.s, a czas ustalania napięcia na wyjściu przetwornika C/A nie przekracza ljis. Zakres napięć wejściowych i wyjściowych mieści się w przedziale ą1,25V, ą2,5V, O.. + 1,25V, O..+2,5V.
90
Elektronika Praktyczna 1/98
PROGRAMY
EDWin krok po kroku, część 2
Kontynuujemy prezentację
możliwości najtańszego w chwili
obecnej programu do
projektowania obwodów
drukowanych oraz symulacji
i analizy układów
elektron iczn ych.
W drugiej części artykułu
pokażemy w jaki sposób
automatycznie wykonać płytkę
drukowaną do projektowanego
urządzenia.
Fragment schematu urządzenia do którego zapro- J jektujemy płytkę, przedstawiono na rys. 1. Jest to prosty multiwibrator wykonany na dwóch bramkach 7400, którego prostokątny sygnał wyjściowy steruje wejściem zegarowym przersutnika D prac uj ą ce go w układzie dwójki liczącej.
Rys. 1.
KKK1
KROK 2
KROK 3
Rys. 3.
Pod ob ni e , jak w przypadku rozpoczynania projektu wywoływanie wszystkich modułów programowych odbywa się z "centrum do-wo dz en ia " , czy li głównego paska narzędziowego. Na rys. 2 prz eds ta wi a my wygląd tego paska ponownie z zaznaczeniem kolejności wykonywanych operacji. "Krok 1" oraz "Krok 2" opisaliśmy we wrześniowym numerze EP, teraz skupimy się na dwóch kolejnych etapach.
Po poprawnym narysowaniu schematu elektrycznego w programie Capture należy wskazać na głównym pasku narzędziowym Layout. Zostaje uruchomiony edytor obwodów dru-
tów zastosowanych w projekcie. Są one rozrzucone na planszy w sposób zupełnie przypadkowy. W zależności od wymagań użytkownika i realizowanego projektu możliwe jest zastosowanie automatycznego rozkładania elementu na powierzchni płytki fwidok menu na rys. 4), możliwe jest także ich ręczne rozprowadzenie. Doskonałe efekty daje połączenie tych dwóch metod - pro-
Rys. 4.
gram proponuje pewien rozkład, którego optymalizację przeprowadza ręcznie projektant.
Program rozkładający elementy jest wyposażony w szereg opcji przydatnych podczas tworzenia projektów o dużym
Rys. 2.
KROK 4
kowanych, którego przykładowe okno przedstawiono na ^ rys. 3. Dzięki zastosowaniu w EDWinie koncepcj i j ednej, zintegrowanej bazy danych dla wszystkich modułów narzędziowych program Layout dowia- [T duje się automatycznie o przypi sa-nych do poszczególnych elementów obudowach. Na rys. 3 wi da ć obu do wy wszystkich elemen-
Rys. 5.
Elektronika Praktyczna 10/98
31
PROGRAMY
Rys. ó.
Rys. 8.
stopniu skomplikowania - pozwala np. automatycznie dostosować numerację elementów do ich lokalizacji na powierzchni druku.
Efekt działania programu rozkładającego elementy przedstawiono na rys. 5.
Kolejnym krokiem realizacji projektu jest uruchomienie - Uwaga! Coś dla prawdziwych leniuchów! - autoroutera, czyli programu automatycznie tworzącego płytkę.. EDWin ma wbudowane dwa autoroutery: standardowy EDWina i Arizona (rys. 6). Dostępne są także dwa interfejsy wejściowo-wyjściowe, dzięki którym możliwa jest wymiana informacji pomiędzy EDWinem i najdoskonalszym w chwili obecnej auto-routerem - Specctra oraz Maxroute.
Jak pokazała praktyka, obydwa wbudowane w EDWina autoroutery doskonale dają sobie radę z łączeniem płytek dwu stronnych i o większej ilości warstw. Płytki jednostronne "nie wychodzą" im najlepiej, ale w znacznym stopniu jest to zależne od wymagań stawianych projektowi i konfiguracji programu.
Rys. 7.
Rys. 10.
Rys. 9.
Po zadaniu parametrów łączenia automatycznego (grubości ścieżek, dopuszczalnych odstępów pomiędzy przewodzącymi fragmentami płytki, średnicy punktów i przelotek, itp.) należy uruchomić automat łączący fw menu: Auto/Route - rys. 7). Efekt działania autoroutera przedstawia rys. 8. Sposób prowadzenia ścieżek nie wygląda zbyt profesjonalnie i jest słabo zoptymalizowany pod kątem produkcji płytek. Wszelkie połączenia ścieżek pod kątem prostym należy złagodzić, co można oczywiście zrobić w sposób automatyczny. Do tego celu służy opcja Miter corners w menu Auto programu Arizona Autorouter. Efekt jej działania przedstawiono na rys. 9.
Jeżeli efekty pracy autoroutera są zadowalające wracamy do programu Layout (rys. io). Możliwe jest tutaj dokonanie drobnych poprawek w projekcie, które znajdą oczywiście odzwierciedlenie w bazie danych tworzonego projektu o będą widoczna dla pozostałych modułów EDWina.
Na tym kończy się etap projektowania płytki drukowanej, możemy więc ^^^^^^^^^-Ta przejść do wykona-^^^^^^^^^Łjn-J nia dokumentacji produkcyj nej. Pomocny w tym będzie program Post-pro, wywoływany z głównego pa ska narzędziowego ("Krok 4" na rys. 2). EDWin udostępnia i interfejsy dla wszystkich standardów stosowanych w przemyśle, tzn. Gerber dla fotoplo-tera (okno konfiguracji na rys. 11), p li - ki wie rt ars ki e
NCDrill (okno konfi-
guracji na rys. 12), możliwe jest także wykonanie dokumentacji dla maszyn pozycjonujących klej i elementy SMD. Bez trudu można także przygotować kompletny wykaz elementów wraz ze szczegółowym opisem zastosowanych obudów, nazwami stosowanych symboli, ich opisem itd.
Każdy moduł EDWina jest wyposażony w możliwość statystycznej analizy dotychczas wykonanego projektu. Umożliwia to m.in. zoptymalizowanie rozkładu elementów na płytce drukowanej (graficzną prezentację obrazującą gęstość upakowania przykładowej płytki przedstawiono na rys. 13) i przeanalizowanie optymalnego doboru stosowanych elementów. Piotr Zbysiński, AVT
Pakiet EDWin w wersji DL4 udostępniła redakcji firma RK-Sysiem.
Wersja ewaluacyjna pakietu EDWin znajduje się na pfycie CD-EP4 (promocyjny kupon zamówienia znajduje się na wklejce kanonowej}.
Rys. 12.
Rys. 13.
32
Elektronika Praktyczna 10/98
PROJEKTY
Centralka telefoniczna
kit AVT-475
Do niedawna pojęcie
, centrala telefoniczn a " kojarzyło
się najczęściej z budynkiem
lub przynajmniej dużym
pomieszczeniem pełnym
tajemniczo wyglądających
urządzeń. Obecnie, gdy
w telekomunikacji króluje
zaawansowana elektronika,
nastąpiła gwałtowna
miniaturyzacja. Współczesne
cen trale p u bliczn e osiągają n a
tej samej powierzni
wielokrotnie większą pojemność
n iż ich elektrom ech an iczn e
poprzedniczki. Centrale
abonenckie zamiast pokoju
zajmują najczęściej kawałek
ściany i oferują zn acznie
więcej usług. Wraz z tym
pojawiło się zupełnie nowe
p o jecie telefon iczn ej cen tralki
domowej.
Przykład konstrukcji takiego
urządzenia przedstawiamy
w artykule.
PROJEKT Z OKŁADKI
Producenci oferują centralki o pojemności od kilku linii miejskich i kilkunastu numerów wewnętrznych. Najmniejsza, jaką spotkałem, miała jedną linię miejską i cztery numery wewnętrzne. W zastosowaniu domowym może się zdarzyć, że pojemność nawet takiej centralki nie zostanie w pełni wykorzystana.
Wybór liczby linii miejskich w nowo projektowanej centralce domowej był stosunkowo prosty. Rzadko w którym domu mamy do dyspozycji więcej niż jedną linię telefoniczną. Wystarczy zatem, jeśli nasza centralka będzie miała jedno wejście dla linii miejskiej.
Trochę trudniejsze było ustalenie liczby abonentów wewnętrznych i to z kilku powodów. Pierwszy jest związany ze złożonością układu. Schemat blokowy typowej centrali abonenckiej przedstawiono na rys. 1.
Jak widać centrala składa się zasadniczo z pięciu elementów:
- abonenckich zespołów liniowych AZL;
- zespołów łączy miejskich ZLM;
- pola komutacyjnego PK;
- układu sterowania US;
- nadajnika tonu 400Hz GEN;
- generatora melodii MEL;
- zasilacza ZAS.
Abonencki zespół liniowy zasila telefon abonenta wewnętrznego i umożliwia: testowanie stanu pętli abonenckiej, włączanie napięcia dzwonienia oraz dostoso-
wanie poziomów nadawanych i odbieranych sygnałów akustycznych do wymagań pola komutacyjnego. W małych centralkach AZL powinien ponadto zapewnić ochronę przeciwprzepięciową.
Zespół łącza miejskiego odpowiada za współpracę z centralą nadrzędną. Do jego zadań należy wykrywanie sygnału dzwonienia, zamykanie pętli dla prądu stałego, zmiana poziomów sygnałów akustycznych, ochrona przeciwprzepięciową.
Pole komutacyjne umożliwia łączenie torów rozmownych abo-
Podstawowe cechy centrali:
/pojemność: 1 linia miejska, 2 numery wewnętrzne;
/współpracuje z dowolnymi telefonicznymi urządzeniami końcowymi;
/ realizuje połączenia wewnętrzne;
/ umożliwia przełączanie rozmowy miejskiej z zapowiedzią lub bez zapowiedzi;
/ umożliwia realizację połączeń konsultacyjnych (połączenie wewnętrzne w czasie rozmowy miejskiej);
/ generuje muzykę na linii miejskiej w stanie oczekiwania;
/ generuje standardowe sygnały tonowe: zgłoszenie, zajętość, zwrotny sygnał wywołania;
/ wysyła rozróżnialne sygnały dzwonienia miejskiego i wewnętrznego;
/ akceptuje FLASH o czasie trwania od 80 do 800 ms;
/ umożliwia zablokowanie wyjścia na miasto i dzwonienia z miasta dla jednego telefonu;
/ posiada wbudowaną ochronę przeciwprzepięciową na obu numerach wewnętrznych i linii miejskiej;
/przy braku zasilania przyłącza jeden telefon bezpośrednio do linii miejskiej;
/ jest zasilana z sieci 220V.
34
Elektronika Praktyczna 10/98
Centralka telefoniczna
GEN
AUDICfc
MEL
PK
ZAS
24V
5V
RING
LINIE MIEJSKIE
Rys. 1. Budowa matrycy komutacyjnej.
nenckich zespołów liniowych z zespołami linii miejskich i z generatorem sygnałów tonowych. Bardzo często do pola komutacyjnego są podawane dodatkowe sygnały akustyczne z wbudowanego generatora melodii MEL lub z wejścia audio. Służą one "uprzyjemnianiu" czasu osobie oczekującej na połączenie. W małych centralkach pola komutacyjne buduje się z przekaźników, w większych centralach są to matryce kluczy analogowych.
Układ sterowania odczytuje detektory w AZL i ZLM. Na tej podstawie steruje wysyłaniem dzwonienia w AZL, zamyka linie miejskie w ZLM i zestawia drogi połączeniowe w polu komutacyjnym.
Zasilacz ZAS musi dostarczyć wszystkich niezbędnych napięć. Nie jest tego mało. Zasilanie telefonów to najczęściej 24V, sterowanie wymaga +5V, do dzwonienia potrzebne jest napięcie zmienne 35..90V.
Generator GEN wytwarza zazwyczaj jeden ton o częstotliwości 400Hz. Kluczowania tego sygnału dokonuje się w polu komutacyjnym.
Już z tego pobieżnego opisu widać, że nawet mała centralka
jest dosyć skomplikowanym urządzeniem.
Drugi aspekt to silna zależność złożoności (i ceny) od pojemności. Pomijając koszt zespołów abonenckich, których musi być tyle, ile jest numerów wewnętrznych, najważniejszym czynnikiem cenotwórczym jest pole komutacyjne. Wielkość pola, czyli liczba punktów łączeniowych rośnie z iloczynem liczby abonentów wewnętrznych i liczby linii miejskich.
Ostatni i bodaj najważniejszy problem jest natury technicznej. Mamy rozpowszechnione w kraju dwa systemy wybierania numerów: impulsowy i tonowy. Szanująca się centralka powinna współpracować z każdym telefonem, w przeciwnym wypadku dla znacznej części Czytelników będzie bezużyteczna. Odbiorniki sygnalizacji tonowej wprawdzie drogie nie są, ale jeśli weźmiemy pod uwagę fakt, że takie odbiorniki powinni mieć wszyscy abonenci wewnętrzni, a każdy odbiornik wymaga do pracy kilku elementów dodatkowych, sprawa się trochę komplikuje. Najlepiej wykorzystać coś, co mają wszystkie telefony - przełącznik obwodów czyli widełki. Nie ma w tym
nic nowego. Wiele nowoczesnych central abonenckich udostępnia dodatkowe usługi po uderzeniu w widełki. W starszych telefonach należy po prostu przycisnąć na chwilę widełki. Nowoczesne telefony, również bezprzewodowe, są wyposażane w przycisk FLASH. Naciśnięcie tego przycisku powoduje chwilowe przerwanie pętli.
Czas takiego rozwarcia musi być dłuższy niż przerwa podczas impulsowania (66ms) i krótszy niż czas odłożenia (200ms..800ms).
Ostatecznie zdecydowałem się na dwa "numery" wewnętrzne i jedną linię miejską. Jest to najmniejsza sensowna pojemność centralki, wystarczająca jednak w większości zastosowań domowych.
Opis działania
Prezentację projektu centralki rozpocznę nietypowo, od przedstawienia jej możliwości. Zapewne zachęci to wielu Czytelników do budowy tego pożytecznego urządzenia na własne potrzeby. Na końcu opisu zamieściłem kilka uwag dotyczących ograniczeń w instalowaniu centralki. Dzięki temu każdy może sprawdzić czy centralka będzie poprawnie współpracować z jego siecią telefoniczną.
Na początek wyjaśnienie przyjętego nazewnictwa:
- dzwonienie (miejskie) jest to kombinacja sygnałów: ls sygnał/ 4s cisza;
- pukanie (dzwonienie wewnętrzne) jest to kombinacja sygnałów: 400ms sygnał/200ms cisza/ 400ms sygnał/4s cisza;
- sygnał zgłoszenia: ciągły ton 400Hz;
- sygnał zajętości: 500ms ton/ 500ms cisza;
- sygnał zwrotny pukania: 400ms ton/200ms cisza/400ms ton/4s cisza;
- sygnał oferowania: ls ton/4s cisza.
Opis rozpoczniemy od stanu, w którym mamy podłączone do centralki dwa telefony i linię miejską, a sama centralka jest odłączona od sieci energetycznej. W takim przypadku telefon Ab. 1 jest dołączony bezpośrednio do linii miejskiej, a telefon Ab. 2 jest nieczynny. Nie są też dostępne żadne usługi.
Elektronika Praktyczna 10/98
35
Centralka telefoniczna
+24V o
D1 1N4148
PODO
+24V
R17 100LV0,5W
1 POD 8
+24V
U4-24H Wb
R19 100fV0,5W
DO
M4-24H
C13
MO
+24V
M4-24H
O ó
1. r1 r1


Rys. 2. Schemat elektryczny centrali.
Połączenia wewnętrzne
Po podniesieniu mikrotelefonu przez trzy sekundy otrzymujemy sygnał zgłoszenia centralki. Jeśli w tym czasie naciśniemy FLASH, otrzymamy sygnał zwrotny pukania. Równocześnie do drugiego abonenta będzie wysyłany sygnał pukania. Jeśli teraz odłożymy słuchawkę, nadawanie obu sygnałów zostanie natychmiast zakończone.
Podniesienie mikrotelefonu przez drugiego abonenta powo-
zi
ĆARK2 Cen.
duje zestawienie połączenia wewnętrznego. Takie połączenie jest rozłączane po odłożeniu słuchawki przez jednego z rozmówców.
Brak podniesienia przez 90 sekund powoduje wyłączenie sygnału pukania u abonenta wywoływanego i rozpoczęcie nadawania sygnału zajętości do abonenta wywołującego. Sygnał zajętości jest nadawany zawsze przez 90 sekund. Po tym czasie zostaje wyłączony, a abonent ustawiony
36
Elektronika Praktyczna 10/98
Centralka telefoniczna
w stan błędnego wywołania, z którego może wyjść odkładając mikrotelefon.
Połączenia miejskie przychodzące
Dzwonienie na linii miejskiej powoduje wysyłanie do wolnego abonenta sygnału dzwonienia, przy czym sygnał ten dla abonenta Ab. 2 jest opóźniony o jedną sekundę w stosunku do sygnału dzwonienia abonenta Ab. 1. Po podniesieniu mikrotelefonu centralka natychmiast zestawi połączenie z linią miejską. Jeśli drugi abonent zrobi to samo szybciej, otrzymamy sygnał zajętości.
Sygnał oferowania pojawiający się w czasie rozmowy wewnętrznej oznacza, że wystąpiło dzwonienie na linii miejskiej. Należy wówczas odłożyć słuchawkę, aby zakończyć połączenie wewnętrzne, a następnie podnieść w celu odebrania rozmowy miejskiej.
Połączenia miejskie wychodzące
Po podniesieniu mikrotelefonu przez trzy sekundy otrzymujemy sygnał zgłoszenia centralki. Po tym czasie centralka zestawia połączenie z linią miejską i otrzymujemy sygnał zgłoszenia centrali miejskiej. Sygnał zgłoszenia centralki jest prostokątny, różni się poziomem i zawartością harmonicznych od sinusoidalnego sygnału zgłoszenia centrali miejskiej. Dzięki temu moment przełączenia jest wyraźnie słyszalny. Po połączeniu z centralą miejską możemy normalnie wybrać numer impulsowo lub ton owo. Trzeba tylko pamiętać, że po zakończeniu jednej rozmowy należy odłożyć mikrotelefon przynajmniej na 0,8 sekundy i dopiero po tym czasie rozpoczynać nowe połączenie. Krótsze odłożenie centralka potraktuje jako FLASH.
Przełączenie rozmowy miejskiej z zapowiedzią
Naciśnięcie FLASH w czasie rozmowy miejskiej zawiesza to połączenie. Otrzymujemy sygnał zwrotny pukania, a do drugiego abonenta rozpoczyna się wysyłanie sygnału pukania.
Jeśli drugi abonent się nie zgłasza lub jest zajęty, możemy
wrócić do rozmowy miejskiej naciskając ponownie FLASH.
Zgłoszenie drugiego abonenta powoduje zestawienie połączenia wewnętrznego. Możemy teraz zapowiedzieć rozmówcę oczekującego na linii miejskiej i odłożyć słuchawkę. Linia miejska zostanie odwieszona i przełączona na drugiego abonenta.
Przełączenie rozmowy miejskiej bez zapowiedzi
Naciśnięcie FLASH w czasie rozmowy miejskiej zawiesza linię miejską, dostajemy sygnał zwrotny pukania, a drugi abonent sygnał pukania. Możemy teraz odłożyć mikrotelefon bez czekania na zgłoszenie drugiego abonenta. Spowoduje to zmianę sygnału pukania na sygnał dzwonienia. Drugi abonent po podniesieniu słuchawki od razu otrzyma połączenie z miastem.
Jeśli abonent wywoływany nie zgłosi się w ciągu 45s, dzwonienie zostanie skierowane do pierwszego abonenta. Tu również dzwonienie trwa maksymalnie 45s. Po tym czasie dzwonienie jest wyłączane, a linia miejska odwieszana.
Konsultacja w czasie rozmowy miejskiej
Naciśnięcie FLASH w czasie rozmowy miejskiej zawiesza to połączenie. Otrzymujemy sygnał zwrotny pukania, a do drugiego abonenta rozpoczyna się wysyłanie sygnału pukania.
Jeśli drugi abonent się nie zgłasza możemy wrócić do rozmowy miejskiej naciskając ponownie FLASH. Zgłoszenie drugiego abonenta powoduje zestawienie połączenia wewnętrznego. Możemy teraz skonsultować się z drugim abonentem, a następnie poprosić
go o odłożenie słuchawki. Wówczas linia miejska zostanie odwieszona i przełączona na nas.
Włączanie blokad Ab. 2
Na obwodzie drukowanym centralki znajdują się dwie zworki. Ustawienie zworki ZWl w pozycji TAK powoduje zablokowanie sygnału dzwonienia przy połączeniach miejskich przychodzących. Nie jest blokowany sygnał dzwonienia wynikający z przełączenia rozmowy miejskiej bez zapowiedzi i sygnał pukania. Nasuwają się dwa zastosowania tej blokady.
Pierwsza to wyłączenie dzwonienia w pokoju dziecka lub człowieka w starszym wieku. Osoba taka, jeśli ma kłopoty z przełączaniem rozmów, nie powinna odbierać rozmów przychodzących z miasta. Natomiast nie ma przeszkód, aby rozmowy przychodzące do takiej osoby przełączać.
Drugi przypadek wystąpi, gdy jako telefon Ab. 2 zostanie włączony telefaks. Po wykryciu dzwonienia urządzenie takie z zasady odbiera połączenie. Po założeniu blokady telefaks będzie reagował tylko na połączenia specjalnie do niego skierowane.
Ustawienie zworki ZW2 w pozycji TAK powoduje zablokowanie wyjścia na miasto. Po trzy-sekundowym sygnale zgłoszenia centralki zablokowany abonent otrzyma zajętość.
Opcja taka przyda się na przykład jeśli mamy sąsiada, który posługuje się naszym numerem telefonu do kontaktów ze światem. Zamiast ciągle gościć takiego intruza we własnym domu, instalujemy mu telefon wewnętrzny (koniecznie Ab. 2\) i zakładamy obie blokady. Rozmowy przychodzące do niego po prostu przełączamy. Ostatecznie możemy na-
220VAC
Z4
ARK2
Rys. 3. Schemat elektryczny obwodu zasilania centrali.
Elektronika Praktyczna 10/98
37
Programator układów DS1994
RESET PUL5E
PRESENCE PULSE
Rys. 2. Odpowiedź układu DS1994 na impuls zerujący.
INTERRUFT PULSE 960-4fl00/JB
Rys. 3. Zgłoszenie pierwszego przerwania przez układ DS1994.
IWT1RFIUPT PULSE 96O-4BO0/JS
Rys. 4. Zgłoszenie kolejnych przerwań przez układ DS1994.
padku korzystne jest ustawienie dłuższego czasu opóźnienia.
Bit 6 - STOP/START - może pełnić rolę programowego sterowania pracą stopera, zamiast poziomu napięcia na magistrali danych. Jeżeli bit jest wyzerowany stoper będzie zliczał upływający czas.
Bit 5 - AUTO/MAN - określa czy pracą stopera steruje poziom napięcia na magistrali, czy też ustawienie bitu STOP/START. Jeżeli bit jest ustawiony, pracą stopera steruje poziom napięcia na magistrali danych, wyzerowa-nie bitu przekazuje sterowanie do przełącznika START/STOP.
Bity: RO, WPC, WPI, WPR służą do blokowania wpisu do rejestrów specjalnych DS1994 w przypadku osiągnięcia zaprogramowanego alarmu. Blokada jest ostateczna i układ w tym trybie pracuje jak etykieta określająca datę ważności lub maksymalną liczbę prób dostępu do urządzenia, po przekroczeniu której będzie ono nieodwołalnie zablokowane.
Ostatnim z rejestrów specjalnych jest rejestr statusu znajdujący się pod adresem 0200H. Bity 6 i 7 tego rejestru nie są używane.
Bity 0..2 można tylko odczytać. Ustawienie któregoś z nich będzie świadczyć, że wartość zapisana w komórkach alarmu jest identyczna z wartością w odpowiadających im rejestrach zegarowych, czyli że sygnalizowany jest alarm. Bit 0 (RTF) sygnalizuje alarm dla zegara czasu rzeczywistego, bit 1 (ITF) alarm stopera i bit 2 (CCF)
alarm licznika. Bity są ustawiane przez wewnętrzne układy DS1994 i służą do identyfikacji źródła alarmu. Po zakończonym sukcesem odczycie zawartości rejestru statusu, bity te są zerowane automatycznie i alarm zostaje wyłączony.
Bity 3.. 5 określają, czy w przypadku wystąpienia
alarmu układ ma generować impuls przerwania. Bit 3 (RTE) odpowiada za przerwanie zegara, bit 4 (ITE) za przerwanie stopera, a bit 5 (CCE) za przerwanie licznika. Przerwania będą aktywne, jeżeli odpowiadające im bity zostaną wyzerowane.
Dla zrozumienia sposobu, w jaki układ DS1994 sygnalizuje światu zewnętrznemu wystąpienie alarmu za pomocą impulsu przerwania, należy sobie przypomnieć kształt impulsów transmitowanych magistralą danych. Kontroler, chcąc nawiązać kontakt z układem iButton, wysyła magistralą sygnał RESET, czyli zwiera do masy linię danych przez 480..960)is.
Każdy sprawny układ iButton odpowiada na taki sygnał impulsem PRESENCE, czyli zwarciem do masy linii danych na czas 60..240|is. Kształt impulsów podczas takiej wstępnej "rozmowy" jednoprzewodową magistralą pokazuje rys. 2.
Normalnie, układ DS1994 zachowa się podobnie. Jeśli jednak dojdzie do sytuacji alarmowej, na magistrali mogą pojawić się impulsy przerwania dwóch głównych typów. Jeżeli do alarmu dojdzie w sytuacji, kiedy magistralą nie odbywa się transmisja innych danych i jest ona na wysokim poziomie, DS1994 zewrze do masy linię danych na czas 960..3840|is, a potem dodatkowo wygeneruje impuls PRESENCE. Sytuację tę przedstawiono na rys. 3.
Potem, ilekroć kontroler będzie wysyłał magistralą impuls RESET, układ DS1994 będzie przedłużał czas trwania tego impulsu do 960..4800|is, dodając na końcu impuls PRESENCE. Tę sytuację przedstawia rys. 4. Będzie ona się powtarzać dopóki nie zostaną zmienione odpowiednie bity w rejestrze statusu.
Takie rozwiązanie zwalnia kontroler z konieczności ciągłego przeglądania rejestrów DS1994 w celu stwierdzenia, czy doszło do alarmu. Informuje o tym obecność impulsu przerwania, a odczyt rejestru statusu potrzebny jest tylko dla identyfikacji aktywnego alarmu.
Opis układu
Schemat programatora, przedstawiony na rys. 5, funkcjonalnie odpowiada programatorowi opublikowanemu w kwietniowym numerze EP. Ponieważ obsługa dodatkowych funkcji związanych z zegarem spowodowała zwiększenie kodu wynikowego programu, użycie procesora 89C2051 stało się niemożliwe. Jego funkcje przejął procesor 8051 z zewnętrzną pamięcią programu zapisaną w EP-ROM-ie 2764. Pomimo tej drobnej modyfikacji, urządzenie w identyczny sposób obsługuje zarówno klawiaturę, jak i wyświetlacz LCD. Dla przypomnienia schemat klawiatury pokazano na rys. 6. Tak jak poprzednio obsługiwany jest 16-znakowy wyświetlacz oparty na sterowniku HD44780, który powinien sterować matrycą LCD bezpośrednio, bez dodatkowych układów scalonych.
Prezentowany sterownik, tak jak i w poprzedniej wersji, umożliwia zapis, odczyt i edycję danych z pamięci RAM układów DS1992..96. Przypomnijmy, że funkcje te są wywoływane po naciśnięciu klawisza SHIFT, a następnie klawisza literowego: "SHT" + "Z" - zapis do
pamięci EEPROM; "SHT" + "O" - odczyt
z pamięci EEPROM; "SHT" + "S" - podgląd
aktywnej strony pamięci
EEPROM; "SHT" + "R" - odczyt bloku
z DSl99x; "SHT" + "W" - zapis bloku
do DSl99x
Elektronika Praktyczna 11/98
49
Programator układów DS1994
"SHT" 4 Ś "T" ="/"
"SHT" 4 Ś "V" ="#"
"SHT" 4 Ś "X" =" , "
"SHT" 4 Ś "Y" =" . "
Funkcje specjalne, związane
Dostępne są także polskie znaki (po uprzednim naciśnięciu klawisza "PL", a potem klawisza odpowiedniej litery), cyfry (SHIFT + A-J), przesuw kurs ora (SHIFT + K-N) oraz cztery znaki specjalne:
związane z zegarem układu DS1994, wywołuje się podobnie jak pozostałe funkcje po naciśnięciu przycisku SHIFT, a potem klawisza "U". Na wyświetlaczu zostanie pokazana zawartość rejestrów zegara w formacie dzień-godzina-minuta-sekunda. Jeżeli odczyt danych z układu okaże się niemożliwy, w miejsce cyfr wpisane zostaną spacje. Naciskanie w tym momencie klawisza "O" spowoduje kolejne odczyty czasu. Pokazywany czas nie ma związku z kalendarzem, określa je-
dynie liczbę dni, godzin itd., które upłynęły od wyzerowania zegara. Dla zachowania zgodności z kalendarzem, pierwszego dnia każdego miesiąca należy ustawić numer dnia na 1. W przeciwnym razie liczba dni po upływie kolejnych 24 godzin będzie się zwiększać. Po przekroczeniu 97 dni, liczniki przepełniają się i czas będzie naliczany od zera. Tak jak w przypadku wszystkich rejestrów związanych z zegarem, edycję czasu można przeprowadzić po naciśnięciu klawisza "Z". Od tego momentu, przy pomocy klawiszy kursora, można przesuwać się w obrębie wyświetlanych danych i indywidualnie ustawiać każdą cyfrę czasu. Koniec ustawiania i zapis nowej wartości do układu DS1994 następuje po naciśnięciu spacji. Przejście do wyświetlenia zawartości rejestrów stopera nastąpi po kolejnym naciśnięciu klawisza
"U". Czas stopera jest wyświetlany i naliczany w podobnym formacie, jak w przypadku zegara. W taki sam sposób możliwa jest edycja i zapis nowej wartości do rejestrów stopera. Kolejne naciśnięcia klawisza "U" spowodują wyświetlenie zawartości rejestrów licznika, rejestru kontrolnego, rejestru statusu, a potem rejestrów alarmu. W rejestrze kontrolnym zablokowano możliwość zmiany bitów: RO, WPC, WPI, WPR, a w rejestrze statusu z definicji nie można ustawiać bitów-flag przerwań.
Wyjście z funkcji podglądu i edycji rejestrów zegara następuje po naciśnięciu klawisza spacji.
Jeżeli w momencie naciskania sekwencji klawiszy "SHT" + "U" był aktywny któryś z alarmów i ustawiona funkcja sprzętowego przerwania, na wyświetlaczu przez dwie sekundy pojawi się napis "ALARM!". Taka sytuacja
U2
80C51/PLC 34
12 3 4 5 6
1 2 3 4 5 6 7 8 910
JP2
VCCO-
JP3
U3 7805
AO VCC
A1 TEST
A2 SO-
GND SEM
U5 74HCT573
D1 D2 D3 D4 DS D6 D7 DB
C OC
19 A7
18 A6
17 A5
16 A4
15 A3
14 Ag
13 A1
12 AO
JP1
vo
C5
47fjF
10V
Rys. 5. Schemat elektryczny układu.
vcc
Ś^100nF -^
VSS
U4 2764
AO
10
A7
SB____24_
20
22
VCC
1 2
JP5
\ A1 9
\ A2 8
\ A3 7
\ A4 6
\ A5 5
\ A6 4
AO
A1
A2
A3
A4
A5
A6
A7
A8
A9
A10
A11
A12
CE OE PGM VPP
00 01 O2 O3 04 05 06 O7
11 DO /
12 D1 /
13 D2 /
15 D3 /
16 D4 /
17 D5 /
18 Dfi /
1fl m /
50
Elektronika Praktyczna 11/98
Programator układów DS1994
M N EMTEH
SHIFT O P Q R
in lo to\O r*-10 co lo
,- ló mli mli 5 li m li (cli n. li o! li
Rys. 6. Schemat elektryczny modułu klawiatury.
będzie powtarzała się do momentu odczytu i wyświetlenia zawartości rejestru statusu, co automatycznie spowoduje skasowanie flag alarmu.
Programator został wyposażony w dodatkową specjalną funkcję, która śledzi stan sygnałów na magistrali danych i wychwytuje przerwania sprzętowe. Funkcja ta uaktywniana jest sekwencją "SHT" + "P". Na wyświetlaczu pojawia się napis "TRYB CZUWANIA" aż do momentu wykrycia impulsu przerwania sprzętowego. Wtedy podawana jest informacja o alarmie i jego źródle: zegarze, stoperze lub liczniku. Zapala się także dioda LED dołączona do gniazda JP4. Skasowanie komunikatu, zgaszenie zapalonej diody i opuszczenie funkcji czuwania następuje po naciśnięciu klawisza spacji. Wyświetlenie informacji o źródle alarmu jest poprzedzone automatycznym skasowaniem flag alarmów w rejestrze statusu.
Układ DS1994 bardzo łatwo można przystosować do zliczania impulsów i interwałów czasu pod warunkiem, że pojawiający się na magistrali wysoki poziom napięcia będzie się zawierał w przedziale od 2,IV do 5V. Można to osiągnąć stosując baterię + 3V i rezystor podciągający 1..10kQ. Schemat takiego układu pokazuje rys. 7.
Jeżeli zaznaczony na schemacie przełącznik umieścimy np. w drzwiach, w prosty sposób można kontrolować liczbę wchodzących osób. Ponieważ pobór prądu z baterii jest minimalny, układ taki może długo pracować bez konieczności jej wymiany. Odczyt danych będzie możliwy wtedy, gdy przełącznik zostanie rozwarty. Układ DS1994 może być montowany w obudowie baterii stosowanych w komputerach do podtrzymania danych i montowanych na płytach głównych. Można także wyciąć ze sprężystej blachy klips mocujący, który zapewni jednocześnie połączenie wyprowadzeń układu z magistralą danych i programatorem.
Można oczywiście taki licznik wykonać tradycyjnie, stosując układy cyfrowe. Układ z DS1994 ma jednak wiele zalet: obywa się bez zasilania, jest mały, nie potrzebuje układów eliminujących
4,7 k
Przycisk
DS1994
3V
Rys. 7. Najprostsza aplikacja układu DS1994 jako licznika.
drgania zestyków i zabezpieczeń przed ładunkami elektrostatycznymi, może pracować w trudnych warunkach atmosferycznych, jest odporny na wstrząsy.
Układy DS1994 mogą służyć jako liczniki włączeń i czasu pracy urządzeń, np. telewizora lub magnetowidu. Bardzo łatwo można skonstruować układ nadzorujący korzystanie np. z telefonu. Jeżeli w miejsce przełącznika zostanie podłączony fototranzystor, stworzona zostanie bariera świetlna, w pewnych warunkach zupełnie obywająca się bez zasilania. Ryszard Szymaniak, AVT
Szczegółowe dane katalogowe wszystkich układów rodziny iBut-ton znajdują się w katalogu firmy Dallas, który został wydany na płycie CD-EP5.
WYKAZ ELEMENTÓW
Sterownik Rezystory
Rl, R2: 3kQ
R3: 220O
R4: 4,7kn
PR1: 10kO
Kondensatory
Cl, C2, C7: lOOnF
C3, C4: 27pF
C5: 47^F/10V
Có: 4,7n.F/10V
Półprzewodniki
dioda LED
DS1994
Tl: BC557
Ul: 24C02
U2: 80C51/PLCC
U3: 7805
U4: 2764 (zaprogramowana)
U5: 74HCT573
Różne
Xl: 12MHz
podstawka procesora PLCC 44
podstawka DIP28
podstawka DIP8
wyświetlacz ze sterownikiem 1x16
znaków
Klawiatura Półprzewodniki
UL U2: 4094 Różne
SW1..14, SW16..27: mikroprzyciski
3xómm
SW15, SW28, SW29: mikroprzyciski
óxómm
Elektronika Praktyczna 11/98
51
PROJEKTY
Zasilacz wtyczkowy "LUX"
kit AVT-473
A więc mamy kolejny
zasilacz, w dodatku podobny
do opisanego w jednym
z poprzednich numerów EP.
Nie mogłem się jednak
oprzeć pokusie, aby nie
zaprezentować Czytelnikom
naprawdę bardzo fajnego
układu. Jest to miniaturowy
zasilacz " wtyczkowy"
wyposażony we wszystkie
atrybuty "dorosłego" zasilacza
warsztatowego: pomiar
napięcia wyjściowego za
pomocą woltomierza cyfrowego
i ograniczenie napięcia
wyjściowego. Zasilacz
umieszczono w takiej samej
obudowie, jak opisany
poprzednio, podobny jest
zakres uzyskiwanych napięć
wyjściowych, ale komfort
pracy jakby się trochę
zwiększył. Stąd właśnie
nazwa: "zasilacz LUX"t
Szczerze namawiam Czytelników do wykonania tego miniza-silacza, który może okazać się bardzo użyteczny do zasilania układów elektronicznych "w terenie", z dala od naszego świetnie wyposażonego warsztatu. Może on być także użyty do zasilania typowych urządzeń elektronicznych wymagających napięcia z zasilaczy "wtyczkowych", a takich urządzeń jest ostatnio coraz więcej. Nawet w dobrze wyposażonej pracowni elektronicznej taki "drobiazg" może znaleźć zastosowania jako zasilacz pomocniczy lub awaryjny *
Duże znaczenie ma niski koszt wykonania układu i jego prostota. Jak za chwilę zobaczycie, układ jest właściwie prostym połączeniem popularnych w elektronice aplikacji: słynnego ICL7107 i scalonego stabilizatora napięcia LM317. Fakt ten sprawia, że
Dane techniczne i możliwości zasilacza:
Zakres napięć wyiściowych (transformator Typu TS6/40) 1,25 15 V
Maksymalny średni prąd wyiściowy O.GA Pomiar napięcia wyjściowego za pomocą woltomierza 2,5 cylry Zabezpieczenie przeciwzwarciowe
wszystkie potrzebne do wykonania zasilacza "LUX" elementy możemy zakupić dosłownie w każdym sklepie z częściami elektronicznymi. Nie ma bowiem chyba takiego sklepu, w którym nie można nabyć ICL7107 i LM317 lub i ch z ami enników!
Opis działania układu
Schemat elektryczny zasilacza pokazany został na rys. 1. Jak już wspomniałem, układ jest kompilacją dwóch powszechnie znanych i stosowanych aplikacji i napisanie o nim czegoś ciekawego przekracza moje siły. Może jedyną różnicą pomiędzy naszym układem, a standardową aplikacją ICL7107 jest zastosowanie scalonej przetwornicy +5VDC/-5VDC zamiast typowego układu przetwornicy budowanej "na piechotę" z inwerterów i diod. Wydaje mi się jednak, że zastosowane rozwiązanie jest bardziej nowoczesne i eleganckie, niż archaiczny układ z inwerterami. Układ IC4 - ICL7660 wytwarza na swoim wyjściu napięcie ujemne względem masy zasilania. Potrzebuje on do działania zaledwie jednego elementu zewnętrznego - kondensatora Cl2.
Elektronika Praktyczna 11/98
53
Zasilacz wtyczkowy "LUX"
1k
Rys. 1. Schemat elektryczny zasilacza wtyczkowego.
Drugim odstępstwem od typowej aplikacji ICL7107 jest rezygnacja z najmniej znaczącej pozycji wyświetlacza. Wbudowany w nasz układ woltomierz ma mierzyć napięcie w zakresie do 20V i rozdzielczość drugiego miejsca po przecinku (10mV) byłaby, w przypadku tak prostego urządzenia, stanowczo przesadzona.
O sposobie działania regulowanego stabilizatora napięcia LM317 też niewiele ciekawego można powiedzieć. Typowa aplikacja, bez
żadnych zmian czy efektownych sztuczek konstruktorskich. Zdziwienie może wywołać jedynie fakt zastosowania dwóch połączonych ze sobą szeregowo potencjometrów zamiast, jak zwykle, jednego. To rozwiązanie zostało zastosowane w celu oszczędzenia kieszeni naszych Czytelników. Oczywiście, zastosowanie jednego potencjometru wielo obrotowego byłoby najlepszym rozwiązaniem. Jednak taki potencjometr jest dość drogi i jego wartość mogłaby prze-
kroczyć wartość pozostałych elementów wchodzących w skład zasilacza, który w założeniu miał być układem tanim. Dlatego też zastosowano rozwiązanie oszczędnościowe: potencjometr Pl służy do zgrubnej regulacji napięcia wyjściowego, a potencjometr P2 do regulacji dokładnej.
Warto jeszcze zwrócić uwagę na drugi, wewnętrzny zasilacz zaopatrujący w prąd jedynie układ woltomierza. Jest to typowe rozwiązanie wykorzystujące scalony
54
Elektronika Praktyczna 11/98
Zasilacz wtyczkowy "LUX"
C0N5
Pl Cl
o -n
o KJ
DP 2 w
Pl Cl
�n
NND3
o
DP 2 w
Pl Cl
a �n
n NN03
DP w
CDN6
Rys. 2. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej.
stabilizator typu 7805. Ponieważ jednak na kondensatorze C8 może wystąpić napięcie przekraczające wartość dopuszczalną dla wejścia 7805, zastosowano rezystor szeregowy R5, na którym odkłada się część napięcia. Wartość tego rezystora została dobrana do zastosowanego w układzie modelowym transformatora typu TS6/40. W przypadku zastosowania innego typu transformatora można ją zmienić tak, aby napięcie na wejściu IC2 w żadnym przypadku (także wtedy, kiedy zasilacz jest nie obciążony) nie przekraczało 15V.
Montaż i uruchomienie
Na rys. 2 pokazano rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej zasilacza. Tym razem nie mogę stwierdzić, że montaż wykonujemy w typowy sposób, ponieważ zmontowanie układu i umieszczenie go w obudowie okaże się czynnością dość kłopotliwą. Spostrzegawczy Czytelnicy zauważyli z pewnością pewne rozbieżności pomiędzy schematem elektrycznym układu, a rysunkiem płytek. Na schemacie nie uwzględniono bowiem faktu, że układ jest montowany na dwóch płytkach. Pokazanie połączeń pomiędzy płytkami skomplikowałoby niepotrzebnie schemat, nie wnosząc nic nowego do jego zrozumienia.
Wszystkie drobne elementy montujemy tradycyjnie, zwracając uwagę, że część ich została umieszczona wewnątrz podstawki pod ICl, którą należy wlutować w pierwszej kolejności. Zastosowanie tej podstawki jest absolut-
nie konieczne. Nie możemy także zapomnieć o wlutowaniu wygiętej zworki, oznaczonej na płytce "Z". A teraz nietypowa część montażu: następujące elementy musimy przylutować od strony ścieżek, ponieważ inaczej nie zmieszczą się w obudowie: IC3, IC2, C8 i Cli. Pola lutownicze tych podzespołów zostały odpowiednio powiększone, tak więc ich montaż nie powinien nikomu sprawić kłopotu. Mniejszą płytkę, na której są umieszczone wyświetlacze, montujemy w drugiej kolejności, nie zapominając o dwóch zwor-kach, które muszą zostać wluto-wane przed zamontowaniem wyświetlaczy. Teraz przyjdzie pora na wykonanie połączeń nie pokazanych na schemacie. Do płytki wyświetlaczy przylutowujemy od strony ścieżek odcinki srebrzanki o długości ok. 3cm, w polach oznaczonych jako CONl i CON2. Następnym krokiem będzie wykonanie w obudowie otworu pod wyświetlacze. Otwór ten wykonujemy, najlepiej za pomocą laubzegi, pośrodku okręgu zaznaczonego na obudowie. Kolejną czynnością będzie włożenie końców drutów przylutowanych do płytki wyświetlaczy w otwory oznaczone jako CON3 i CON4 na płytce bazowej i umieszczenie całości w obudowie. Po starannym sprawdzeniu, czy wyświetlacze weszły równo w przeznaczony dla nich otwór, lutujemy końcówki drutów do płytki bazowej, a następnie równo je obcinamy. Wzajemne położenie elementów w zmontowanym zasilaczu pokazano na rys. 3.
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Pl: potencjometr obrotowy
4,7kQ/A
P2: potencjometr obrotowy
470O/A
PR1: potencjometr montażowy
wieloobrotowy HELUTRIM lka
Rl: 5100
R2: lOOka
R3: 470kO
R4: lka
R5: 56O/1W
R6: lllka/1%
R7: lMO/1%
R8: 200O
Kondensatory
Cl: 220^F/10V
C2, Có, C9, CIO: lOOnF
C3: lOOpF
C4: 220nF
C7: lOnF
C5: 47nF
C8: 4700|iF/25V
Cli: 220|iF/25V
C12, C13: 10|iF/10V
Półprzewodniki
BR1: mostek prostowniczy 1A
ICl: ICL7107
IC2: 7805
IC3: LM317
IC4: ICL7660
Różne
CON5, CONÓ: ARK2 (3,5mm)
DISP1, DISP2, DISP3: wyświetlacz
siedmiosegmentowy LED, wsp.
anoda
W ten sposób większą część pracy mamy już za sobą. Pozostało nam już tylko zamocowanie transformatora w obudowie, przykręcenie do niej potencjometrów Pl i P2 oraz wyprowadzenie z obudowy kabla zasilającego, zakończonego odpowiednią wtyczką. Po skręceniu obudowy nasz zasilacz będzie całkowicie gotowy. Zbigniew Raabe, AVT
Wyśwletlaeze
Płytka wyświetlaczy
1
Płytka bazowa ' Kołki mocująca płytkę bazową w obudowie!
Obudowa zasilacza
Rys. 3. Zalecany sposób montażu urządzenia.
Elektronika Praktyczna 11/98
55
PROJEKTY
Niekonwencjonalny regulator mocy
kit AVT-479
Prezentowany w artykule
regulator mocy dla obciążeń
rezystan cyjnych (żarowych)
wprawdzie steruje mocą
synchronicznie z fazą sieci,
ale w sposób odmienny od
układów zmieniających kąt
zapłonu triaka lub tyrystora.
Otóż, przy niepełnej mocy
dostarczanej do obciążenia,
występ uje dwukrotny przepływ
prądu przez włókno żarówki
w jednym półokresie
(czterokrotnie w okresie sieci)
- stąd częstotliwość
jednokierunkowego (bo
wyprostowanego) prądu wynosi
200Hz. Elementem
kluczującym prąd żarówki jest
tranzystor polowy z izolowaną
bramką - MOSFET.
Do poprawnej pracy regulatora konieczne jest bezpośrednie zasilanie go z sieci 22O..24OV. Typowo regulatory bywają włączane szeregowo z obciążeniem, co jest wygodne (często konieczne), zwłaszcza w domowych instalacjach górnego oświetlenia, w których nagminnie brak w puszkach pod włącznikiem przewodu zerowego. Regulatory te mają jednak tę wadę, że zwykle nie daje się zmniejszać jasności do zera. Przyczyna leży w sposobie włączania triaka (ewentualnie tyrystora), wymagającego kilkudziesięciu mi-liamperów prądu niezbędnego do podtrzymania jego przewodzenia.
Ograniczenie dostarczanych mocy od góry jest naturalne i wspólne dla obu typów elementów wykonawczych (moc maksymalna jest funkcją dopuszczalnego prądu i/lub możliwości skutecznego odprowadzania ciepła). Natomiast wymaganie zapewnienia pewnego minimalnego obciążenia regulatora bierze się z samej zasady działania elementów czte-rozłączowych: tyrystorów, triaków i diaków.
Jeśli nawet użyje się nowoczesnych, wysokoczułych elementów regulacyjnych (pojedyncze mA prądu bramki!), to w szeregowej konfiguracji pracy, w której wykorzystuje się część napięcia dla komparatora obwodu przesuwnika fazy, nie można stosować żarówek o mocy mniejszej od 60..40W.
Dla tego regulatora dolnych ograniczeń mocy po prostu nie ma. Można podłączyć szereg miniaturowych lampek (np. choinkowych) albo nawet neonówki. Jeśli funkcja regulacji jasności świecenia nie byłaby priorytetowa (ewentualnie sporadycznie potrzebna), to oferowana możliwość "miękkiego startu" zawsze zapobiegnie przepalaniu się żarówek (powolny wzrost napięcia na obciążeniu od
zera do maksimum w ciągu 1..2 sekund, każdorazowo po włączeniu zasilania).
Opisywany regulator wymaga zewnętrznego okablowania (4 przewody: 2 na żarówkę i 2 zasilające), co w kategorii np. stołowych źródeł światła o niewielkiej mocy (do 200W) ma już drugorzędne znaczenie. Dwuzaciskość konwencjonalnych regulatorów okaże się rzeczywistą zaletą w pozostałych przypadkach.
Sam od dawna używam profesjonalnego panelu sterownika fazowego typu NS63 (z optoizolacją) o mocy 2kW. Ma on fabrycznie rozdzielone (osobne) zaciski zasilania i wyjściowe. Umożliwia zwykłym triakiem TIC25 30 redukować Uwyj do wartości kilkunastu woltów RMS - blisko progu świecenia wolframowego włókna. Jednak mimo pozornego zgaszenia żarówki płyną przez nią wąskie impulsy (szpilki) prądu, które oprócz oczywistych strat mocy stanowią źródło zakłóceń wprowadzanych do sieci (wyłącznik jest więc nadal potrzebny!). Związane ze znacznym zapasem mocy gabaryty regulatora (produkcji byłej NRD), powiększone o moduł złożonej elektronicznej regulacji własnego pomysłu - czynią zeń całkiem spore pudło. Do zasilania lampki nocnej, kinkietu, oświetlenia biurka (i innego miejsca do pracy lub wypoczynku) przydałoby się coś poręczniejszego. To coś stanowi przedmiot niniejszego opracowania.
Przed opisem układu, warto jeszcze wspomnieć, iż tranzystor MOSFET jest niewrażliwy na ekstremalnie szybkie narastanie napięcia między drenem a źródłem - parametr dość ważny i newralgiczny dla triaków, które można przecież także załączyć (zapalić) przy dużej szybkości narastania tego napięcia, bez impulsu inicju-
Elektronika Praktyczna 11/98
57
Niekonwencjonalny regulator mocy
Rys. 1. Schemat elektryczny układu.
jącego bramki. Dlatego między innymi zrezygnowano z tyrystorów w telewizyjnych układach odchylania.
Istnieje jeszcze jedna cecha, wyróżniająca to rozwiązanie od pozostałych, podobnych tylko funkcjonalnie. Jest to wbudowane zabezpieczenie nadprądowe. Przewodzącego triaka nie sposób wyłączyć, dopóki nie wyłączy się przy odpowiednio niskim napięciu między "anodami" Al - A2 (moment przejścia napięcia przez zero). Tranzystor MOSFET przeciwnie: zawsze jest gotowy na szybkie wyłączenie. Czas wyłączenia zależy od wydajności prądowej stopnia sterującego bramką, reprezentującą przecież znaczną pojemność.
Opisywany regulator wyposażono w skuteczne i - jak sądzę -potrzebne zabezpieczenie przetę-żeniowe typu przerzutnikowego. Niejako "przy okazji" udało się prostymi środkami zrealizować też przepięciowe (którego skuteczność jest trudniejsza do oceny). Oba zabezpieczenia powinny ustrzec przed stratami, nawet po próbie zastosowania regulatora niezgodnie z przeznaczeniem - np. sterowanie indukcyjnością (wentylator, wiertarka). Eksperymenty takie
zdecydowanie odradzam - wystarczy, że sam przekonałem się o skuteczności zabezpieczenia doprowadzając, przez nieostrożność, do uszkodzenia multimetru. Regulator ocalał i przeszedł zgodnie z założeniami w stan wyłączenia, przy czym szybki bezpiecznik 400mA nie zdążył nawet zadziałać.
Opis układu
Schemat ideowy przedstawia rys. 1. Napięcie zasilające jest podawane na układ poprzez rezystor zabezpieczający RO, który ma się przepalić tylko w ostateczności, w wypadku (mało prawdopodobne) uszkodzenia mostka prostowniczego. Dwupołówkowo wyprostowane napięcie sieci jest wygładzane na kondensatorze Cl, na którym utrzymuje się 270..300V. Przy wartości Cl=220nF tętnienia nie przekraczają 10%.
Sześć inwerterów CMOS układu 40106 zasilanych jest napięciem 7,5V uzyskiwanym na diodzie Zenera DZ2 i D6. Wydajność prądowa tak prostego stabilizatora nie przekracza 3mA. Wbrew obawom to w zupełności wystarcza. Układy CMOS statycznie nie pobierają prądu, a w dynamie (pod-
czas przełączania) impedancję wyjściową stabilizatora radykalnie zmniejsza kondensator odsprzęgają-cy C2. Elementy wokół układu scalonego Ul dobrano pod kątem minimalizacji poboru prądu. Dzięki pewnemu pomysłowemu rozwiązaniu udało się spowodować, że nawet diody LED nie obciążają słabiut-kiego zasilacza. Tu, wręcz modelowo, przydają się tranzystory FET z kanałem typu N. BF245 przewodzą przy zerowym napięciu między bramką a źródłem. Szeregowo z diodą Zenera DZ2 jest dołączona dioda DZl, do której przyłączone są (przez DZ3) anody LED. Ich katody, włączone szeregowo z kanałami tranzystorów N-FET, są zwierane do napięcia 7,5V. Prąd tak sterowanej diody LED jest ograniczony przez R2 + R3 do wartości właśnie 3mA. Jeśli tylko wyjście bramki (inwertera) znajdzie się w stanie H (wysokim), to odpowiedni N-FET zacznie przewodzić i zaświeci diodę LED.
Obie diody LED sygnalizują przeciwne stany regulatora, dlatego nigdy nie świecą się jednocześnie. LED MIN sygnalizuje stan wyłączenia regulatora (światło ciągłe), względnie stan zadziałania zabezpieczenia (światło pulsujące). LED MAX informuje o krańcu zakresu regulacji od góry -czyli o jasności maksymalnej. W obu skrajnych stanach - zero i maksimum jasności - regulator nie generuje nawet najmniejszych zakłóceń, co zasadniczo odróżnia go od typowych rozwiązań sterowników fazowych. Pozwala to także na zrezygnowanie z wyłącznika zasilania i gaszenie światła przez skręcenie gałki (izolowanej!) potencjometru w skrajne (np. prawe) położenie. Wyłącznik może się przydać w sytuacji, kiedy chcemy szybko powrócić do poprzednio używanej jasności - wówczas żarówka płynnie rozjaśni się do ustawionego poziomu (oczywiście ewentualny wyłącznik powinien się znaleźć w obwodzie zasilania regulatora, a nie żarówki).
58
Elektronika Praktyczna 11/98