-"! -7.1
Międzynarodowy magazyn elektroników hobbistów i profesjonalistów
10/97 � październik � 5 zł 90 gr
PROGRAMOWALNY NASTAWNIK DO SYNTEZY
ttOWJLSYSTEM EDUKACYJNY
nalizator przeg,. Ipalin samochodowych
�r\linii telefonicznej
OJEXKTY CZYTELNIKÓW:
PRZE\pWZMACNIACZ AUDIO . - STEROWANY SZYNA I2C
PROGRAM
OPRCfcRAMOWANIEj DLA iUKL&DÓW-ASP
Uektoj i lin:
j S
Indoko 3S7b77 Ś ISSN lE3D-3SEh
9 77123D'352979 1 0>
Początki DSP
SPRZĘT
Po wakacyjnej przerwie
wracamy do tematyki DSP. Tym
razem omawiamy początki tej,
bardzo nowej, technologii obróbki
sygnałów analogowych.
Na pytania dlaczego i jak
powstały specjalizowane procesory
sygnałowe odpowiadamy
w artykule.
Rozwój cyfrowego przetwarzania sygnałów został zapoczątkowany przez projektantów systemów analogowego przetwarzania sygnałów, którzy usiłowali symulować procesy zachodzące w tych układach bez budowania bardzo kosztownych prototypów. Nikt z prowadzących te pionierskie prace nie przewidywał, że mogą one być przyczynkiem do powstania w latach 80-tych dużego działu elektroniki zajmującego się cyfrową obróbką sygnałów.
Wprowadzenie cyfrowego przetwarzania sygnałów było uzależnione od możliwości obliczeniowych stosowanych komputerów oraz odpowiednich algorytmów, nad którymi pracowali matematycy już od początku lat 50. Gdy wybrano grupę algorytmów stanowiących podstawę działania przyszłego układu, projektanci rozpoczęli poszukiwania optymalnej architektury komputera, która pozwoliłaby na osiągnięcie maksymalnej efektywności. Wczesne systemy potrafiły jedynie gromadzić dane w pamięci, aby później móc przeprowadzić obliczenia. Dzisiaj realizuje się układy pracujące w czasie rzeczywistym, na bieżąco reagujące na zmiany przetwarzanego sygnału.
Podstawowe algorytmy modelowania sygnałów, wykorzystywane w dzisiejszych układach DSP, bazują na przekształceniach Lap-lace'a i Fouriera powstałych w XIX wieku.
Jean Fourier był francuskim matematykiem i fizykiem. Szereg Fouriera jest używany do opisu dowolnych sygnałów okresowych, zaś transformata Fouriera do opisu sygnałów nie okres owych.
Pierre Simon de Laplace był z kolei francuskim astronomem, matematykiem i fizykiem, który pracował nad opisem matematycznym ruchu planet. Jednak jego prace znalazły zastosowanie również w innych dziedzinach. Za pomocą transformaty Łapiące^ opisuje się pojedyncze sygnały, zaś po odpowiednim rozszerzeniu i właściwej interpretacji jest nazywana transformatą Z, będącą podstawową zależnością opisującą bloki filtrów cyfrowych. Prace nad wykorzystaniem tych przekształceń były prowadzone w ramach rozwoju cyfrowych maszyn
Pamięć
Kontroler
programu ----------P* Pamięć danych
Układ l/O
ALU



b)
Kontroler programu
Pamięć
ALU
programu i danych
Układ l/O



Rys, 1, Schemat architektury procesora: a) typu Harvard, b) von Neumana,
liczących w latach 40-tych i 50-tych. Dopiero jednak w roku 1965 opracowano nowy algorytm, znany jako fast Fourier transform (FFT), który zasadniczo ograniczył liczbę wykonywanych operacji mnożenia, wymaganych dla uzyskania wyniku. Było to szczególnie istotne, ponieważ operacja mnożenia jest wąskim gardłem w obliczeniach większości algorytmów DSP.
Dzisiejsze procesory DSP to pojedyncze układy scalone. Podstawowe bloki funkcjonalne tych układów były dobrze znane wcześniej, lecz dopiero na początku lat 80-tych wymyślono technologie, dzięki którym możliwe było zrealizowanie i zamknięcie ich w jednej strukturze. Generalnie architektury wewnętrzne procesorów można podzielić na dwie grupy. Architektura pierwszego, elektromechanicznego komputera miała oddzielną pamięć przeznaczoną na program i oddzielną przeznaczoną dla danych, tak że był możliwy równoczesny dostęp do obu tych pamięci. Jest ona znana jako architektura typu Harvard (rys.la) i powstała w końcu lat 30-tych. Pierwszy komputer Harvard Mark I rozpoczął pracę w 1944 roku. Pierwszym naprawdę elektronicznym komputerem był ENIAC (ang. Electronic Numerical Integrator and Calculator) i również przy jego budowie wykorzystano architekturę typu Harvard. Jednakże z powodu złożonej budowy dwóch niezależnych układów pamięci, architektura ta stała się mało popularną przy projektowaniu kolejnych komputerów (procesorów).
W czasie powstawania ENIACA-a jednym z konsultantów był John von Neumann, matematyk węgierskiego pochodzenia. Był on twórcą nowej i zupełnie różniącej się architektury procesora. W opublikowanej w 1946 roku pracy przedstawił ideę opierającą się na dwóch przesłankach: nie ma żadnych wewnętrznych różnic pomiędzy instrukcjami i danymi oraz, że instrukcja może zostać podzielona na dwie części zawierające polecenie czyli rozkaz oraz adres operandu. Dzięki temu można było używać tylko jednej pamięci dla instrukcji i danych. Architektura von Neumanna (rys.lb) stała się standardową dla projektowanych systemów komputerowych właściwie do dzisiaj. Pierwszy komputer, o nazwie IAS (ang. Institute of Advanced Studies), wykorzystujący ten rodzaj architektury powstał w 1951 roku w Princeton, USA.
Nowy typ architektury znacznie ułatwił projektowanie komputerów, lecz miał jedną istotną wadę: procesor miał w danej chwili dostęp tylko do programu (instrukcji) lub do danych. Jednakże okazało się, że w ogólnym rozwoju komputerów fakt ten nie miał prawie znaczenia. Popularne procesory x86 Intela wykorzystują również ten typ architektury. Podstawowy blok liczący zawiera ALU (ang. arithmetic logie unit) oraz rejestry. Operacje takie jak dodawanie, przeniesienia czy odejmowanie są wykonywane w pojedynczych cyklach maszynowych. Złożone operacje mnożenia czy dzielenia są
Elektronika Praktyczna 10/97
17
SPRZĘT
realizowane jako ciąg dodawań, odejmowań lub przeniesień i są realizowane w wielu taktach zegara.
Przy cyfrowym przetwarzaniu sygnałów, wiele obliczeń przyjmuje formę: A=B+CD.
Ten prosty wzór zawiera zarówno operację dodawaniajaki mnożenia. Ponieważ jednak w procesorach o architekturze von Neu-manna operacja ta zajmuje relatywnie dużo czasu, nie są one idealnym narzędziem do przeprowadzania tego typu obliczeń. W procesorach sygnałowych jest bowiem ważne jak najszybsze wykonanie takich operacji, najlepiej w jednym takcie zegara.
Pierwsze systemy DSP były budowane ze standardowych podzespołów używanych do normalnych elektronicznych maszyn cyfrowych. Jednakże długi czas potrzebny do obliczeń dramatycznie obnażył słabość i ograniczenia tych systemów. Zwiększenie wydajności próbowano osiągnąć poprzez zastosowanie technik pipeliningu, używanego obecnie powszechnie w procesorach Pentium. Pierwsze układy wykorzystujące pipe-lining pojawiły się na początku lat 70. W tych latach przodowało w dziedzinie DSP Lincoln Laboratories. Zbudowany w 1971 roku Lincoln FDP (ang. Fast Digital Processor) miał czas wykonywania operacji 600ns, ale zbudowany został z 10000 układów scalonych! Próba równoległego wykonywania kilku działań, przy wykorzystaniu architektury von Neumanna, była przyczyną tak dużej złożoności układu.
Nauczona doświadczeniem firma zbudowała urządzenie LSP/2 wykorzystujące starą i prawie zapomnianą architekturę Harvard. Dzięki temu osiągnięto 4-krotne skrócenie czasu wykonywania operacji, przy równoczesnym zmniejszeniu liczby elementów do 1/3. Jednakże nadal systemy DSP były niesłychanie złożone oraz bardzo drogie. Koniec lat 70-tych przyniósł układy scalone N-MOS wykonane w technologii 3[im, która umożliwiała upakowanie 100 000 tranzystorów w jednym takim układzie. Sprawiło to, że w latach 1980-82 pojawiły się aż cztery jednoukładowe procesory sygnałowe. Ostatnim z nich był procesor firmy Texas Instruments TMS32010 i od tego czasu możemy mówić o pojawieniu się prawdziwych jednoukładowych procesorów DSP. Jego poprzednicy wykorzystywali architekturę Harvard z dwoma niezależnymi układami pamięci. Dopiero w TMS32010 zastosowano zmodyfikowaną architekturę typu Harvard -użytkownik dołącza do procesora jedną pamięć zawierającą program i dane, które są rozdzielane na niezależne magistrale dopiero wewnątrz procesora (rys.2). Tego typu zmodyfikowana architektura jest stosowana powszechnie do dzisiaj praktycznie we wszystkich procesorach DSP.
Wiedząc już ile wysiłku włożono w powstanie procesorów DSP możemy zadać pytanie: po co to wszystko? Przecież można w wielu przypadkach użyć zwykłe układy analogowe zamiast tychże procesorów. Co więc sprawia, że procesory DSP stają się coraz bardziej popularne? Odpowiedź nie jest prosta.
Jednym z powodów jest programowalność tych układów. Przecież powszechnie używane komputery PC można używać do pisania
tekstów (jak w tym przypadku), by po kilku sekundach przeistoczyć go w konsolę do grania. Podobne możliwości mają również układy DSP. Możliwe jest zaprojektowanie układu, który przy nie zmienianej konfiguracji będzie realizował różne funkcje, w zależności od załadowanego programu. Dobrym przykładem jest układ filtru cyfrowego, który może być filtrem dolno-, górnoprze-pustowym lub pasmowym, w zależności od programu - w technice analogowej rzecz praktycznie nie do zrealizowania.
Systemy cyfrowe w porównaniu z systemami analogowymi charakteryzują się znacznie lepszą stabilnością parametrów, zarówno czasowych, jak i temperaturowych. W układach cyfrowych nie psują parametrów starzejące się kondensatory i rezystory
0 zmieniającej się z czasem rezystancji. Ponadto, procesory DSP mogą być tak zaprogramowane, że identyfikują i automatycznie kompensują zmiany parametrów elementów analogowych systemu.
Niezaprzeczalną zaletą układów cyfrowych jest ich powtarzalność. Dzięki temu możemy gotowe urządzenie znacznie łatwiej uruchomić (praktycznie brak operacji strojenia) oraz zapewnić powtarzalność parametrów wejściowych i wyjściowych urządzenia.
Kilka lat temu zaprojektowano układy do tłumienia hałasu w kabinie samochodu, samolotu lub śmigłowca. System opierał się na generacji dźwięku o identycznej częstotliwości lecz o przeciwnej fazie, co powodowało znoszenie się fal dźwiękowych. Czujnikami były umieszczone w kabinie mikrofony, które wykrywały zmiany natężenia
1 częstotliwości dźwięku. Opierając się na zmianach wykrywanych przez mikrofony system reagował zmianami parametrów generowanego sygnału, stopniowo dostosowując go do nowego źródła hałasu.
Układy DSP bardzo szybko znalazły zastosowanie w systemach redukcji hałasu. Dzięki wykorzystaniu adaptacyjnych algorytmów udało się, przy różnych poziomach hałasu, zachować podobny sposób reagowa-
nia na zmieniający się sygnał z mikrofonów.
Z innych dziedzin życia: praktycznie każdy z posiadanych przez nas odtwarzaczy CD zawiera specjalizowany procesor DSP służący do korekcji błędów. Podobnie rzecz wygląda z nowoczesnymi modemami, w których oprócz korekcji błędów następuje również kompresja danych. Systemy tele-konferencyjne, dzięki którym zapomocą zintegrowanej sieci cyfrowej ISDN można przesyłać obraz z dźwiękiem z bardzo małym opóźnieniem (rzędu kilkunastu milisekund) również zbudowane są w oparciu o procesory DSP.
Istnieją również układy, których praktyczna realizacja w postaci analogowej nie jest możliwa. Klasycznym przykładem jest filtr pasmowy o zerowym kącie przesunięcia. W typowych filtrach (np. LC) jedynie dla częstotliwości środkowej filtr ma charakter rezystancyjny i nie następuje przesunięcie fazowe między prądem a napięciem sygnału. Im bardziej odstroimy się od częstotliwości środkowej, tym bardziej filtr zmienia swój charakter na pojemnościowy lub indukcyjny, przez co zwiększa się kąt przesunięcia, pomimo iż ciągle znajdujemy się w paśmie przepustowym. W przypadku realizacji filtru na procesorze DSP tego typu zjawisko nie występuje.
Oczywiście, układy DSP nie są idealne. Ich podstawową wadą jest ograniczone pasmo pracy. Ograniczenie to wynika zarówno z czasów wykonywania pojedynczych operacji, jak również z samej szybkości przetwarzania układów wejściowych i wyjściowych, którymi najczęściej są przetworniki A/C i C/A. Jednakże stały rozwój techniki cyfrowej (telefonia komórkowa, telewizja cyfrowa, wideofony itp.) sprawia, że układy DSP stają się coraz bardziej popularne i częściej zaczną pojawiać się w naszych domach. Krzysztof Różyc, AVT Ryszard Szymaniak, AVT
Autorzy dziękują firmom: Motorola i Te-xas Instruments za nadesłane materiały wykorzystane podczas pisania tego ańykulu.
Szyna programu
Kontroler
Licznik
programu i
wskaźnik stosu
A11-A0
Instrukcja
PROGRAM
ROM (1536x16)
-�->
A Komunikacja y dane/program
ikacja I ogram j
D15-D0
Układ
obliczenia
adresu w
pamięci danych
Rejestry pomocnicze
Szyna danych
Rys, 2, Zmodyfikowana architektura typu Harvard zastosowana w procesorze TMS32010 firmy Texas Instruments,
18
Elektronika Praktyczna 10/97
PROGRAMY
Basic dla mikrokontrolerów MCS-51, część 2
Kontynuujemy prezentację
Tiny BASIC-a dla
mikrokontrolerów rodziny
MCS-51. W tej części
ańykuiu omówione zostały
dostępne polecenia, sposób
obsługi ponów I/O,
najprostsze metody
archiwizowania programów
oraz wiele innych informacji
niezbędnych do wydajnego
korzystania z możliwości
oferowanych przez interpreter.
Dostęp do portów i pamięci
Tiny Basic umożliwia prosty dostęp do portów, rejestrów procesora oraz każdego z typów pamięci: wewnętrznej RAM procesora, pamięci programu - wewnętrznej i zewnętrznej oraz zewnętrznego RAM-u. Dostęp ten jest możliwy dzięki zastosowaniu dodatkowych zmiennych ośmiobito-wych (tab. 1). Za pomocą DBYTE można odczytywać i modyfikować wewnętrzną pamięć RAM procesora. Na przykład program:
10 FOR A=Q TO 127 20 PRINT A, DBYTE A 30 WEXT A
spowoduje wyświetlenie zawar-
A ^ - tości tej pamięci f\ U ff a wraz z adresami.
/A li f M GdY argument ff\ Uli IR DBYTE będzie
z zakresu 128..255, uzyskujemy dostęp do portów i rejestrów specjalnych. Podane adresy są identyczne z używanymi przez CPU w adresowaniu bezpośrednim. Tak więc, na przykład wpisanie PRINT DBYTE 144 spowoduje wyświetlenie na konsoli zawartość portu Pl.
Z kolei polecenie RBIT umożliwia dostęp do pojedynczych bitów. Adresowanie jest następujące: jeśli adres portu Pl dla DBYTE wynosi 144, to adres jego bitu o numerze zero (Pl.O) wynosi właśnie 144, dalej Pl.l ma adres 145, Pl.2 - 146 itd. Na przykład, wykonanie RBIT 144 = RBIT 145 AND NOT RBIT 146 spowoduje
Tabela 1. Zaleiiość pomiedzir lazwami rejestrów 8051 a wartościami zmieiiej DBYTE.
ustawienie Pl.O tylko wtedy, gdy Pl.l=l iPl.2=0.
Zmienna KBYTE umożliwia czytanie i zapisywanie zewnętrznej pamięci RAM (do 64 KB). Np. KBYTE 16384=0,1,2,3,4,5 zapisze podanymi wartościami sześć kolejnych adresów RAM-u. W identyczny sposób CBYTE daje dostęp do pamięci programu (np. tablice stałych).
Instrukcje
Pełna lista instrukcji została zamieszczona w tab.2. W zasadzie ci Czytelnicy, którzy znają któryś z dialektów Basica nie będą mieli żadnych kłopotów z ich stosowaniem, gdyż składnia jest typowa.
Warto jednak krótko wspomnieć o dodatkowych możliwościach. Wykonanie polecenia LET A= 1,2,5,A,B,B+C spowoduje przypisanie zmiennej .A wartości 1, B wartości 2, C wartości 5, D wartości 1, E wart. 2 i F wart. 7. Jest to tzw. przypisanie sekwencyjne - wygodne i szybkie.
Łańcuchy znaków instrukcji PRINT mogą być ograniczane również apostrofem zamiast tradycyjnego górnego cudzysłowu. Tak więc komendy PRINT "ALFA" i PRINT 'ALFA' są równoważne. Aby wy-
Nazwa rejestru PO P1 P2 P3 TCON TM0D TLO TL1 THO TH1 SCON SBUF LJJ IP
wartość DBYTE 128 144 160 176 136 137 138 139 140 141 152 153 168 184
i AdPM
S4KB
s
o. E 9
4086 1
4 EPROMzbw
Kod Tiny Bai
0
8761
RAMzewn
Rys.
Elektronika Praktyczna 10/97
PROGRAMY
Tabela 2. Zestawienie poleceń Tiny BASIC-a '51.
POLECENIE OPIS
REM tekst Komentarz, tekst za słowem REM jest Ignorowany
LET zmienna = wyrażenie Przypisuje wartość zmiennej, np. LET a=123-5*B.
PRINT wyrażenie, "tekst" Wypisuje na ekranie terminala podany tekst lub obliczoną wartość wyrażenia, np. PRINT2+3*A,"abcdef"
INPUT zmienna, zmienna Wyświetla na ekranie dwukropek I czeka na wprowadzenie danych, przypisując je później w kolejności wskazanym zmiennym, np. INPUT A,B
INPUT "tekst", zmienna, "tekst", zmienna Zamiast dwukropka, komenda wyświetla jako znak zachęty podany tekst, np. INPUT "Podaj dana A",A,"A teraz B",B
IF warunek THEN polecenie: polecenie Testuje logiczną wartość warunku, gdy wynik jest prawdziwy, wykonywane są polecenia podane za słowem THEN, w kolejności aż do końca linii. Jeśli wartość logiczna warunku jest fałszem, polecenia za słowem THEN są Ignorowane. Na przykład: IF BGOTO wyrażenie Powoduje przejście wykonywania programu do linii wyliczonej w polu wyrażenie. Adres skoku może być podany w formie jawnej, np. GOTO 125 lub niejawnej GOTO A*20+B. Uwaga polecenie GOTO musi być ostatnim poleceniem w linii programu.
GOSUB wyrażenie GOSUB działa Identycznie jak GOTO, z tym, że BASIC zapamiętuje numer linii, w której znajduje się ta Instrukcja.
RETURN Wykonanie RETURN powoduje powrót wykonywania programu do następnej linii, w stosunku do zapamiętanej w poleceniu GOSUB. Polecenie to musi być ostatnim w linii. Wywołania GOSUB -RETURN mogą być zagnieżdżane, głębokość zagnieżdżenia jest limitowana jedynie pojemnością stosu.
FOR zmienna = wyrażenlei TO wyrażenle2 Rozpoczyna pętlę. Zmiennej przypisywana jest wartość wyrażenia 1 oraz zapamiętywana jest wartość wyrażenia 2. W następnej kolejności wykonywane są Instrukcje zapisane za rozpoczęciem pętli, aż do napotkania rozkazu NEXT.
NEXT zmienna Polecenie sprawdza wartość zmiennej będącej argumentem. Jeśli nie została przekroczona wartość zapamiętana po obliczeniu wyrażenia 2, wartość zmiennej zostaje powiększona o 1 I ciąg Instrukcji zawartych między FOR a NEXT jest wykonywany ponownie. Przykład: 10FORA=1TOB*2:PRINTA 20NEXTA
END Jest równoważnikiem ostatniej linii programu. Powoduje zatrzymanie pracy programu I powrót do pracy Interakcyjnej. Polecenie to musi być ostatnim w linii. Ponadto wykonywanie programu może być przerwane przez naciśnięcie klawiszy CTRL-C a wyświetlanie danych może być chwilowo zatrzymane za pomocą CTRL-S.
CALL liczba Umożliwia uruchomienie I wykonanie własnego podprogramu napisanego w kodzie maszynowym 8051 (wstawki) I umieszczonego w pamięci programu pod adresem "liczba". Program maszynowy musi kończyć się rozkazem RET (22H). Dla użytkownika udostępnione są (wewnątrz procesora): obszar RAM 20H do 27H, banki rejestrów 2 I 3 (ale nie w trybie single chip).
ROM Po tej komendzie aktywacji ulega program zapisany w wewnętrznej pamięci ROM procesora. Ponieważ Tlny Basic zajmuje 3 KB w pozostałym kilobajcie można umieścić jakiś własny, zawsze potrzebny program. W wersji oryginalnej zawarty jest tam prosty przykład - gra. Takiego programu nie można oczywiście zmodyfikować.
RAM Tryb dostępny po resecle. Program wpisywany z klawiatury umieszczany jest w zew. RAM od adresu 2000H
PROM Działa podobnie jak ROM, z tym, że aktywuje program zawarty w zewnętrznym EPROM-le. Początek programu użytkownika zaczyna się od adresu 1080H I może on mleć do 60 KB długości. Ten program jest automatycznie uruchamiany po resecle, gdy nóżka RxD procesora jest zwarta do masy.
HEX Włącza tryb rozpoznawania I wyświetlania liczb w postaci szesnastkowej. Dodatkowo, zakres liczb, jakie są dostępne, zmienia się z zakresu -32767 .. +32767 do zakresu 0 ... 65535!
DECIMAL Przywraca tryb dziesiętnej reprezentacji I zakres -32767.. 32767.
RESET Skrócona postać poleceń dopuszczalna w' POLECENIA C, CALL D. DECIMAL E. El\ H. HEX 1. IF IN. IN NEW NEW P. PRINT PRO. PF RO. ROM RU. RUN REM RE FUNKCJE 1 ZMIENNE SPECJALNE A ABS A. AND C. CE 0. OR R. RBIT RN. R|\ Wykonanie polecenia jest równoważne sprzętowemu resetowl sterownika. iny BASIC-u D F. FOR G. GOTO GOS. GOSUB PUT L. LET LI. LIST N. NEXT OM R. RETURN RA. RAM RES. RESET MARK T. TO T. THEN YTE D. DBYTE M. MOD N. NOT D X. XBYTE X. XOR
Adres 64KB
EPHOM zewn. RAM zewn.
Rys. 2.
konanie komendy PRINT nie powodowało przejścia do następnego wiersza, należy zakończyć ją przecinkiem (np. PRINT 'ALFA',).
Linia programu w Basicu musi być poprzedzona numerem linii. Dopuszczalne są wszystkie wartości z zakresu 1..32767. W jednej linii programu można umieścić kilka instrukcji, pamiętając jednak, że instrukcje takie jak: GOTO, END, FOR i RETURN muszą być ostatnimi w danej linii.
Błędy
Komunikaty o błędach są najprawdopodobniej najsłabszą stroną Tiny Basica. Należy jednak pamiętać, iż całość kodu programu zajmuje niewiele ponad 3 KB, gdzieś zatem musiały pojawić się ograniczenia - sygnalizowane są jedynie trzy typy błędów.
Komunikat WHAT? oznacza, iż użytkownik nie jest rozumiany przez program. Najczęstszą przyczyną jest złe wpisanie jakiejś komendy (np. PRITN 'ALFA').
Z kolei HOW? to komunikat informujący, że Tiny Basic nie potrafi wykonać jakiejś z operacji (skok do nieistniejącej linii, wynik obliczeń większy niż 32767 itp.).
Ostatni z komunikatów o błędach - SORRY - pojawia się, gdy zabraknie pamięci do wykonania żądanego polecenia.
Źle wpisane komendy można poprawić kasując źle napisane litery za pomocą klawisza DEL (ASCII 127). Maksymalna długość jednej linii programu wynosi 32
Listing 1. Ilustracja sposobu zapisania programu w pamięci EPROM.
10 REM CHOINKA
20 LET A=RND (255) : DBYTE 144=A
3 0 GOTO 2 0
Elektronika Praktyczna 10/97

Tabela 3
adres 0 1 2 3 4 5 6 7 12 13 14 15 16 17 18 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53
wartość 0 10 82 69 77 32 67 72 65 13 0 20 76 69 84 0 30 71 79 84 79 32 50 48 255
znak R LLJ M C H A L LLJ T G 0 T 0 2 0
znaki, gdyż taka jest wielkość bufora wejściowego.
Mini - czyli sam procesor
Minimalna konfiguracja sterownika sprowadza się do samego procesora 8751 lub 8752. Taka praca, bez dodatkowej pamięci RAM, wprowadza następujące ograniczenia:
1. Nie ma możliwości buforowania programu, nie można zatem w takiej konfiguracji tworzyć oprogramowania ani go poprawiać. Pojedyncze linie programu mogą jednak być wykonywane po wpisaniu ich z klawiatury. Ograniczenie to nie przeszkadza w automatycznym wykonywaniu programu umieszczonego w EPROM-ie.
2. Zmienne programu zostają umieszczone w pamięci RAM procesora w przestrzeni adresowej 10H..28H.
Taki program najlepiej jest umieścić w pamięci EPROM od adresu 1080H. Po odłączeniu terminala i zwarciu do masy wyprowadzenia RxD będzie on automatycznie uruchamiany po wyzero-waniu sterownika. Sposób zapisania programu przedstawiony został w tab. 3 (i list. l).
Kłopoty z pamiętaniem
Uważni Czytelnicy zorientowali się już zapewne, że w przedstawionym zestawie instrukcji nie ma żadnych poleceń dotyczących zapamiętania programu, nad którym się aktualnie pracuje. Rzadko zdarza się, aby kompletne dzieło powstało podczas jednej sesji.
Najprostsze rozwiązanie jest banalne lecz męczące - nie wolno wyłączać zasilania sterownika. Można także użyć podtrzymania bate-ryjnego dla zewnętrznego RAM-u.
Jeśli jednak chcemy program zapisać na dyskietce lub wydrukować (nawet po to, aby w końcu zaprogramować EPROM), należy skorzystać z możliwości, jakie oferują terminale. Większość z nich (ja używam TELIX-a) posiadają opcję capture (przechwyć), która pozwala zapisać do pliku to wszystko, co przyjdzie do terminala po złączu
RS. Wystarczy zatem włączyć prze-chwytywanie, wywołać komendę LIST w Basicu, zakończyć prze-chwytywanie i zapisać plik. Później dowolny edytor tekstów bez trudu usunie niepotrzebne znaki i w efekcie da gotowe dzieło.
W drugą stronę transmisję można zrealizować podobnie, trzeba jednak ustawić bardzo małą szybkość pracy terminala, aby sterownik nadążył z odbiorem danych.
W przypadku innych komputerów niż PC, problem wymiany danych wygląda podobnie. Nie ma przeszkód, aby program realizujący transmisję umieścić na stałe w pozostałym lkB pamięci zawartej w procesorze, zastępując przykładową grę zawartą w oryginalnym opracowaniu.
PROGRAMY
kości 8752 i program użytkownika zapisać w jej ROM-ie (większym). Drugi sposób (według mnie najwygodniejszy w fazie testów i uruchamiania) polega na wykorzystaniu procesora 8031, do którego podłącza się minimum 8kB EPROM i RAM (patrz rys. 2). Można również skorzystać z kitu AVT-222, do którego na płytce uniwersalnej AVT-2 2 2/l dołączymy RAM i układ MAX 23 2.
Na list. 2 przedstawiono program prostej gry. Aby ją uruchomić wystarczy w odpowiedzi na znak zachęty napisać dwie komendy: ROM i RUN. Miłej zabawy! Robert Magdziak. AVT
Interpreter Tiny Basic jest na płycie CD-EPl, dostępnej w AVT w sprzedaży wysyłkowej.
Przykładowy sterownik i program
Gotowy sterownik można wykonać na dwa sposoby. W pierwszym kod Basic a umieszcza się w pamięci wewnętrznej procesora 8751, dodając ewentualnie w razie potrzeby zewnętrzny RAM (na dane i zmienne) i ROM (na gotowy program).
Mapę pamięci takiego sterownika przedstawia rys. 1. Można również użyć
2.
Listing
2101 PR
2102 PR
2103 PR 2105 PR 2110 E=100 2190 PR 2260 PR
"HERE'S HOW YOU PLAY ACEY-DEUCEY : "
"I'LL DEAL TWO CARDS FACE UP."
"YOU BET ON WHETHER THE NEXT GARD WILL HAVE"
"A VALUE BETWEEN THE FIRST TWO."
"YOU NOW HAVE ";E;" DOLLARS."
"HERĘ ARE YOUR NEXT TWO CARDS...":PR.:GC
2280 A=D:GOS.4000
2290 B=D:IF A>B B=A:A=D
2300 IF B-A<2 PR."MISDEAL":GO.2260
2310 IF B-A=12 PR. :PR. "ACEY-DEUCEY - GOOD ODDS!!"
2650 PR.:IN."PLACE YOUR BET";F
2660 IF F>E PR."YOU'VE ONLY GOT ";E;" BUCKS LEFT,
TURKEY":GO.2650
2670 IF F=0 PR."CHICKEN SHIT! !" : PR.
2680 IF F<0 F=-F:PR."I'LL ASSUME YOU MEANT $";F;".0C
2730 PR."AND YOUR LAST CARD ISA ... " ; :GOS.4000
2910 IF D>A IF D2970 E=E-F;PR."SORRY, YOU LOSE.":IF E>0 GO.2190
3010 PR."FRIEND, YOU ELEW YOUR WAD."
3040 PR.:IN."TYPE 1 TO PLAY AGAIN",D:IF D=l GO.2110
30 60 END
4000 D=RND(13)+1:IF D<11 PR.D
4040 IF D=ll PR."JACK"
4050 IF D=12 PR."QUEEN"
4060 IF D=13 PR."KING"
4070 IF D=14 PR."ACE"
40 80 RET.
Elektronika Praktyczna 10/97
21
INTERNET
Wydawnictwa elektroniczne w Internecie
W tym n um eize
suifowaliśmy dla Was po
Iniernecie w poszukiwaniu
ciekawych informacji
o wydawnictwach
związanych z elektroniką.
Ogromna liczba wydawców,
oraz posiadanie
praktycznie pizez każdego
z nich swojej witryny
inierneiowej, zm usify nas
do ograniczenia się do
przedstawienia Czytelnikom
tylko kilku z nich.
Wydawnictwa Naukowo-Techniczne
WNT to jedno z największych wydawnictw na polskim rynku, specjalizujące się w literaturze technicznej. Biorąc pod uwagę wielkość firmy i jej pozycję na rynku dziwić może siermiężna oprawa graficzna strony www, choć jest ona dzięki temu szybka. Na stronie WNT brakuje wielu informacji, jakie zwykle można spotkać u innych wydawców, np. brak informacji o autorach, o zarządzie firmy, nie znajdziemy tam również nic o historii firmy. W zasadzie strona jest ograniczona do katalogu wydanych książek (przy niektórych zamieszczono kilka zdań o książce i spis treś-ci).
Dużym udogodnieniem jest możliwość zamawiania książek z oferty WNT. Przy każdej książce, na liście ofertowej, jest umieszczony
- Ttthnktnt
- i-_i i-Si
przycisk "dodaj", którego naciśnięcie powoduje dodanie książki do zamówienia. Zamówienie to można na końcu redagować, wydrukować lub wysłać e-mailem. http ^/www.wnt. com. pl
EVERYDAY PRACTICAL ELECTRONICS
"Everyday Practical Electronics" jest jednym z najbardziej popularnych miesięczników w krajach anglojęzycznych. Co miesiąc w dziale Świat Hobby prezentujemy kilka najciekaw-
.Elektronie*

szych, naszym zdaniem, artykułów z tego miesięcznika.
Strona www pod względem graficznym jest bardzo atrakcyjna, a jej zawartość treściowa jest bardzo obszerna, zaspokajająca chyba oczekiwania większości Czytelników. Można znaleźć tu informacje zarówno o aktualnym numerze miesięcznika, jak i o numerach archiwalnych. Z pewnością w przeglądaniu jest pomocny alfabetyczny wykaz projektów.
Oprócz spraw związanych z miesięcznikiem EPE, na stronie są zawarte różne inne informacje związane z elektroniką. Jest tu między innymi alfabetyczny spis firm z odsyłaczami do odpowiednich miejsc w Internecie. Do przydatnych, dla początkujących adeptów sztuki elektronicznej, można zaliczyć porady znanych fachowców, takie jak pokazane obok podstawowe zasady dobrego lutowania. Oczywiście, również bardziej zaawansowani elektronicy znajdą dla siebie coś interesującego.
Z pewnością wszystkich in-ternautów zainteresuje możliwość ściągnięcia wielu ciekawych programów i doku-
TTTk
\* -
^___u
Elektronika Praktyczna 10/97
23
INTERNET
rnentacji. Sprawdźcie sarni:
ft p ://ftp.epem ag.wim -
borne.co.uk
htt p ://www.epemag. wim -
borne.co.uk
EDN
Tytuł "EDN" jest znany prawdopodobnie każdemu elektronikowi na całym świecie. Od ponad czterdziestu
ACCESS
MntfEDH
lat w tym dwutygodniku są publikowane informacje o najnowszych technologiach i trendach w świecie elektroniki. Zawsze mośna tam znaleźć notki o nowych produktach, począwszy od mikroprocesorów, układów ASIC, innych układów techniki cyfrowej, kompletnych komputerów i peryferiów, poprzez układy analogowe, aś do
sprzętu pomiarowego (od najprostszych do najbardziej wyrafinowanych urządzeń) i systemów automatyki. Dodatkowo są publikowane róśne porównania układów, ułatwiające konstruktorom wybór najbardziej odpowiedniego rozwiązania.
Tak wygląda bardzo pobieś-na charakterystyka drukowanej wersji dwutygodnika EDN. Co wydawca zaoferował uśytkowni-kom Internetu? Otóś na stronie internetowej magazynu EDN mośna przede wszystkim znaleźć zawartość aktualnego numeru dwutygodnika. Mośna go wydrukować lub przegrać na swój dysk. Po "t-h zarejestrowaniu się (czy- mT" li wypełnieniu dosyć du- *E= śej ankiety) uzyskuje się dostęp do:
/ archiwalnych wydań EDN (numery od 1994 roku); /bazy danych o nowych
produktach;
/ najnowszego oprogramowania shareware
i freeware dla elektro- ŚL ników;
/ forum EDN, czyli miejsca, w którym mośna wymieniać się uwagami i spostrześeniami z innymi fachowcami. Na stronie EDN istnieje mośliwość poszukiwania pracy poprzez Internet. ICaśdy zainteresowany, po wypełnieniu ankiety, jest wpisywany do bazy danych, która automatycznie kojarzy kandydata z potencjalnym pracodawcą.
Bardzo sympatyczną ciekawostką jest przedstawienie zespołu redagującego. Przy charakterystyce poszczególnych
RCCE55

redaktorów jest przedstawiona ich kariera zawodowa (a jest się czym pochwalić -większość ma za sobą znaczne sukcesy zawodowe lub nadal zajmuje eksponowane stanowisko), mośna znaleźć
24
Elektronika Praktyczna 10/97
INTERNET
ich adresy e-rnailowe oraz czarno-białe zdjęcia. Dwutygodnik. EDN rnoż-na bas płatnie zaprenumerować za pośrednictwem Internetu - wystarczy wypełnić odpowiednią ankietę.. htt p ://www.ednmag. com
PanEuropean Publishing Company
PEPCO, z siedzibą w Belgii jest częścią jednego z największych na świecie wydawnictw - Reed Elsevier. Prawie 30000 pracowników opracowuje specjalistyczne książki i periodyki, między innymi z zakresu elektroniki i informatyki. W ofercie zna-jdują się zarówno publikacje popularnonaukowe, jak i specjalistyczne, dedykowane poszczególnym gałęziom przemysłu czy nauki. PEPCO ma swoje przedstawicielstwa prawie na całym świecie (również w Polsce), jednak większość publikacji oferowana jest w języku angielskim. Na stronie www, w dziale poświęconym elektronice, znajdują się informacje o wy-

dawnictwie, zestawienia różnych produktów, informacje o konferencjach, targach i wystawach. Warto obejrzeć. htt p ://ww w. pepco.be
Sprostowanie
W numerze 5/97, przy opisie strony projektu Iridium, wystąpił błąd. Podaliśmy, że liczba satelitów okołoziems-kich (66), potrzebnych do realizacji nowego systemu telefonii komórkowej jest liczbą atomową irydu i stąd nazwa systemu - Iridium. Nie jest to prawdą, liczba atomowa irydu to 77 i taką też liczbę satelitów przewidywano w początkowej fazie projektu do zapewnienia łączności na całej kuli ziemskiej. Nazwa projektu Iridium została, a liczbę satelitów zredukowano do 66. Po części usprawiedliwia nas fakt, że wyżej wymienione powiązanie między liczbą atomową irydu, a nazwą nowego systemu nadal jest przytaczane na stronie inierneiowej Moioroli, która jest twórcą koncepcji Iridium.
Za podanie niesprawdzonych informacji przepraszamy i dziękujemy Panu Grzegorzowi janickiemu z Ćmielowa za przysłane uwagi.
Elektronika Praktyczna 10/97
25
SPRZĘT
Mu It i metr MX570 firmy Metr ix
Jak głosi napis na opakowaniu, MX570 jest multimetrem "World Class" - czyli klasy światowej, inaczej mówiąc najwyższej. Mul-timetr MX570 jest objęty nieograniczoną w czasie gwarancją, co jest zjawiskiem niecodziennym na rynku aparatury pomiarowej. MX570 ma jeszcze jedną szczególną cechę, odróżniającą go od przeważającej większości tego rodzaju przyrządów - oprócz wyświetlacza cyfrowego wyposażony jest w analogowy wskaźnik wyniku pomiaru, zastępujący powszechnie stosowany bar-graf.
Zastosowanie takiego wskaźnika może być wręcz egzotyczne dla znacznej części młodych adeptów elektroniki, którzy nie znają powszechnie niegdyś używanych mierników UM, Lavo czy V-640. MX570 pod względem rozwiązania skali analogowej trochę zresztą V-640 przypomina, ale dalsze rozwijanie tego rozumowania i wniosek, że twórcy MX570 byli zauroczeni V-640 byłby raczej nadużyciem.
Ze względów oczywistych MX570 odbiega swą estetyką od standardów zdobniczych przyrządów spotykanych na rynku, np. mul-timetrów oferowanych przez firmy Escort, Metex itp. Wzór obudowy jest nieco tradycyjny, ale można traktować to jako zaletę.
Przechodząc do spraw technicznych -MX570 jest przenośnym, zasilanym bateryj-nie multimetrem cyfro w o-a nałogowym , z wyświetlaczem 3V4 cyfry (ą3999] oraz wskaźnikiem analogowym o długości skali S5mm, z czterdziestoma działkami (plus 5 na przekroczenia zakresu]. Multimetr umożliwa pomiar prądów i napięć stałych i zmiennych oraz rezystancji, a także przeprowadzanie testu przejścia i testu diod. Menu pomiarowe jest więc skromniejsze w porównaniu z wieloma innymi multimetrami.
Wskazówka multimetru pozwala na śledzenie trendu wyniku pomiaru. Pomiary mogą odbywać się w trybie automatycznym (przycisk AUTO] lub w trybie ręcznym (przycisk MAN]. Przy pomiarze ręcznym zmiany zakresu w górę lub w dół dokonuje się naciskając przyciski oznaczone odpowiednio skierowanymi strzałkami. Multimetr umożliwia także zapamiętanie wyniku pomiaru (przycisk MEM] oraz wartości maksymalnej (przycisk MAX]. Rodzaj i zakres mierzonej wielkości są wybierane przy pomocy centralnie usytuowanego przełącznika. Wyświetlacz ciekłokrystaliczny, oprócz siedmiosegmentowego wskaźnika (12,7mm] wyniku pomiaru, zawiera także wskaźnik stanu baterii, rodzaju pomiaru (jednostka, pomiar AC, aktywna funkcja MAX lub MEM] oraz wyniku pomiaru przejścia (jeśli jest pozytywny, czyli rezystancja poniżej 90Q). Przy testach przejścia można korzystać także z sygnalizacji akustycznej (przycisk oznaczony nutką].
Dryft temperaturowy wskazania multi-tmetru nie przekracza 0,1 dokładności na
1K. Multimetr jest zabezpieczony przed udarami napięciowymi do 6kV, o czasie trwania lOus, w liczbie do 5 na sekundę. Współczynnik tłumienia sygnałów wspólnych wynosi 12OdB. Pojedyncza bateria alkaliczna 9V zapewnia pracę multimetru przez 500 godzin (pomiar VDC). Po otworzeniu obudowy można przeprowadzić regulację zera miernika analogowego, która może byc konieczna w przypadku np. upuszczenia multimetru.
Standardowe wyposażenie multimetru obejmuje kable pomiarowe, bezpieczniki 3l5mA i 10A, instrukcję użytkowania i baterię. Jako wyposażenie opcjonalne firma Met-rix oferuje m.in. sondy wysokonapięciowe (do 100kV], sondy do pomiaru temperatury, cęgi am-perometryczne (do 100A] i boczniki (do 500A DC, 50mV], etui do transportu i osłonę łagodzącą skutki wstrząsów.
Multimetr MX750 spełnia m.in. zalecenia 22 ISO/IEC oraz EN45014.
Krzysztof Kałużyński, AVT
Miernik udostępniła redakcji firma R ad io te chn ika -Markę t ing.
Dane techniczne multimetru
Zakres pomiaru
napięcia DC 400mV,4V,40V,400V,1000V
napięcia AC 400mV,4V,40V,400V,750V
prądy DC 0,4mA, 4mA, 40mA, 400mA, 4mA, 10A
prądy AC 0,4mA, 4mA, 40mA, 400mA, 4mA, 10A
rezystancja 400n, 4kn, 40kn, 400kn, 4Mn, 20Mn
Dokładności
pomiar napięcia DC 0,5%+1 cylra (2 cylry na zakresie 400mV),
wskazanie analogowe kl 2
pomiar napięcia AC od 1,5%+3 cylry (ew 4 cylry)
do 2,5%+3 cylry, zależnie od zakresu
pomiarowego i częstotliwości sygnału,
wskazanie analogowe 2,5%-5%, zależnie od zakresu i częstotliwości
pomiar prądu DC 1%+1 cylra, wskazanie analogowe kl 2
pomiar prądu AC 2%+2 cylry, wskazanie analogowe kl 3
pomiar rezystancji 0,7%+2 cylry (lub 1 5% + 2 cylry na
zakresie 20Mn), wskazanie analogowe
kl 2(kl 3 na zakresie 20Mn)
Liczba pomiarów/sek 2,5
Masa ok 500g
Wymiary 110x45x185rnrn
26
Elektronika Praktyczna 10/97
PROGRAMY
Oprogramowanie projektowe dla układów ISP firmy Xilinx
Tematyka związana z układami
PLD, a także konstrukcje
wykorzystujące te nowoczesne
podzespoły dość często goszczą
na naszych łamach. Nieco
rzadziej prezentujemy narzędzia
projektowe umożliwiające
samodzielną realizację projektów
w strukturach programowalnych.
Lukę tą wypełniamy opisem
pakietu oprogramowania
przygotowanego przez firmę Data
I/O dla jednego z największych
producentów układów
programowalnych średniej i dużej
skali integracji - amerykańskiej
firmy Xilinx.
Wymagaiia sprzętowe pakieti DS-571
komputer PC z procesorem mm 486DX (zalecane
Pentium), i system operacyjny Windows 3 1 (wymaga instalacji
Wm32s) lub Windows 95/NT, i ok 46MB wolnego miejsca na twardym dysku, I mimmum16MB pamięci RAM, i napęd CD-ROM zgodny ze standardem ISO9660, i jeden wolny port równoległy do podłączenia
programatora układów ISP
1. MonhĄosz uMnf eto
Układy programowalne w chwili pojawienia się po raz pierwszy na rynku (było to prawie 30 lat temu!] były elementami trudnymi w zastosowaniu i pobierały bardzo dużo energii. Ze względu na brak prostych w obsłudze narzędzi do projektowania ich wnętrza, budowanie urządzeń z wykorzystaniem choćby najprostszych struktur PLD było zajęciem tylko dla najbardziej wtajemniczonych elektroników, uchodzących często za środowiskowych guru.
W chwili obecnej sytuacja wygląda zupełnie inaczej - różnorodnych narzędzi projektowych jest duży wybór, są one łatwe w obsłudze, coraz doskonalsze są także same układy programowalne.
Jedną z najbardziej interesujących nowości ostatnich lat są struktury programowane w systemie - ISP. Układy te charakteryzuje możliwość kon-figurowania wnętrza wielokrotnie i to po zamontowaniu układu na płytce drukowanej budowanego urządzenia (rys.l). Większość układów ISP programowana jest poprzez interfejs szeregowy zgodny ze standardem JTAG. Przy pomocy tego interfejsu możliwe jest programowanie wielu układów jednocześnie, możliwe jest także testowanie struktur przed i po zaprogramowaniu.
Firma Xilinx pod koniec ubiegłego roku wprowadziła do sprzedaży własną rodzinę układów ISP noszącą oznaczenie XC9000. Są to układy kwalifikowane do grupy CPLD, co oznacza, że ich architektura jest zbliżona do standardowych układów PAL (np. GAL16/2OV8, itp.], lecz pojemność wewnętrzna (ilość makrocel i termów wejściowych w każdej z nich] jest znacznie większa (rys.2]. Ze względu na bardzo dobre parametry elektryczne, dynamiczne i niską cenę układy XC9500 są bardzo atrakcyjną alternatywą standardowych układów GAL16/ 20V8, GAL22V1O - zwłaszcza, że najprostszy układ XC9536 (36 makrocel] jest odpowiednikiem min. 4 układów GAL16V8.
O układach rodziny XC9000 pisaliśmy w EP9/96 w dziale "Nowe podzespoły".
Rys.l.
XABEL CPLD
Prezentowany w artykule system projektowy (oznaczenie katalogowe DS-571] zawiera wszystkie elementy niezbędne do realizacji projektów z układami CPLD serii XC9500 oraz XC7300 (zbliżone do XC9500, lecz do programowania niezbędny jest specjalny programator].
Elektronika Praktyczna 10/97
27
PROGRAMY
JTAOPort
Rys.2.
Oprogramowanie wchodzące w skład zestawu wymaga zastosowania systemu operacyjnego Windows 95/NT, możliwe jest także wykorzystanie go ze starszymi wersjami Windows 3.1/3.11, wymaga to jednak zainstalowania nakładki 3 2-bitowej, która znajduje się na płycie CD-ROM.
Poruszanie się po projekcie umożliwia przejrzysty shell, którego okno przedstawiamy na rys.3. W lewej części okna pokazana jest struktura logiczna projektu (wraz z zależnościami hierarchicznymi], w prawej

Rys.3.
części okna pokazano kolejność kompilowania projektu. Wskazanie przy pomocy myszy dowolnego etapu powoduje automatyczne wykonanie wszelkich niezbędnych procedur.
Podczas tworzenia nowych projektów dość zdarza się, że pozornie dobrze opracowany układ nie działa prawidłowo. Pomocą w takich sytuacjach będzie symulator programowy z wbudowanym interfejsem graficznym (rys.4]. Dzięki rozbudowanym opcjom konfiguracyjnym symulatora możliwe
jest podzielenie projektu na kilka części i oddzielne symulowanie każdej z n ich, co
w przyp ad ku większych układów jest bardzo ważne.
W przypadku wystąpienia pomyłek możliwa jest modyfikacja poszczególnych bloków projektu, przy pomocy edytora tekstowego (rys.5], który stanowi integralną część pakietu.
Projekt poprawnie skompilowany można od razu załadować do układu PLD znajdującego się w uruchamianym urządzeniu. Niezbędny do tego celu będzie interfejs sprzętowy (wchodzi on w skład zestawu], dołączony do portu drukarkowego LPT oraz program EZ-TAG
.
*Ś� --------------Ś_ --.--- Ś 1----Ś _j
i__
i

-
BOH
"I
r
i
-
Rys.4.
(rys.6]. Przy pomocy menu tego programu konfigurowany jest łańcuch układów, które zamierzamy programować, możliwe jest także wybranie plików wpisywanych do każ-
W skład zestawi DS-571 wchodzą:
A CD-ROM z oprogramowaniem w wersji instalacyjnej Podstawowym modułem oprograrnowamajest kompilator języka ABEL w wersji 6 1 2 Kompilator ten umożliwi a tworze me projektów hierarchicznych na poziomie plików źródłowych języka ABEL Na płycie znajdują się także tittery dla układów XC9500,XC7300, symulator funkcjonalny z interfejsem graficznym, analizator czasowy (statyczny), nakładka 32-bitowa dlaWmdows3 1,
A. oprogramowanie EZ-TAG, które jest interfejsem programowym do obsługi programatora ISP,
A. interfejs sprzętowy LPT<->JTAG, który spełnia rolę programatora układów ISP (XC9500),
A rozbudowane pliki pomocy dotyczącej programów wchodzących w skład pakietu, języka programowania i obsługi programatora
dego z nich.
Prezentowane oprogramowanie nie jest specjalną nowością - Czytelnicy znający inne pakiety CAD opracowane przez Data 1/ O z pewnością znają zarówno interfejs gra-
Rys.5.
Rys. 6.
ficzny shella, jak i sposób tworzenia projektów. Nowością wprowadzoną przez firmę Xilinx są fittery optymalizujące rozkład projektu we wnętrzu układu, niezależnie dla rodziny XC7300 oraz XC9500. Ogromną zaletą tego pakietu jest prosty w obsłudze programator, przy którego pomocy możliwe jest programowanie układów XC9500.
Pewną wadą wydawać się może brak dokumentacji książkowej do pakietu, lecz wbudowany program pomocy z bardzo przejrzystymi prezentacjami sposobu obsługi programu oraz skryptem z opisem języka ABEL, doskonale zastępuje papierową wersję podręczników. Piotr Zbysiński, AVT
System XABEL 6.2 (DS-571} udostępniło redakcji firma EIbatex.
Uwaga! UHady serii XC9500 widoczne na zdjęciu wraz z zestawem oprogramowania nie wchodzą w jego sHad.
28
Elektronika Praktyczna 10/97
PROJEKTY
Generator funkcyjny lOMHz, część 1
kit AVT-360
PROJEKT Z OKŁADKI
Jest to pierwsza część
ańykułu poświęconego
omówieniu konstrukcji
nowoczesnego generatora
funkcyjnego z układem
MAX038. Urządzenie tego
typu jest niezbędne
w pracowni elektronicznej,
czego dowodem jest ogromna
popularność kitu AVT-30
i jego pochodnych.
W tej części przybliżamy
najważniejsze podzespoły
zastosowane w generatorze,
opisujemy jego możliwości
i konstrukcję. Drugą część
poświęcimy omówieniu zasad
obowiązujących podczas
montażu i uruchomienia
układu.
Jest to pierwszy opis
kompletnego urządzenia
wykorzystującego układ
MAX038, jaki pojawił się
w krajowej literaturze
i czasopismach. Ale nie jest
to jedyny powód dla którego
warto ten ańykuł przeczytać!
Artykuł rozpocznę od silnego uderzenia się w piersi. Od kilku miesięcy zapowiadaliśmy bowiem publikację (przyczyniłem się do tego!) artykułu o laboratoryjnym generatorze funkcyjnym, który miał generować sygnały aź do 20MHz. O ile wykonanie takiego generatora nie stanowi obecnie zbyt dużej trudności, to ogromne kłopoty napotkałem podczas projektowania wyjściowego stopnia mocy. Nie chcąc przekładać na kilka kolejnych miesięcy publikacji artykułu prezentującego konstrukcję urządzenia tak bardzo potrzebnego w laboratorium elektronika, zdecydowałem się na niewielką modyfikację projektu -w ten sposób powstał artykuł pod tytułem "Generator funkcyjny lOMHz".
Nie oznacza to, źe "broń" została złożona. Wady pierwotnej wersji wzmacniacza, wykonanego w technice dyskretnej,
nie
są na tyle istotne, aby zarzucić taką koncepcję realizacji stopnia wyjściowego. "Dopieszczenie" tej konstrukcji pochłonie jednak jeszcze trochę czasu. Przy okazji możliwości kolejnej wersji zostaną nieco powiększone.
Tyle tytułem wstępu, przejdźmy zatem do prezentacji dwóch najważniejszych bohaterów naszego artykułu.
Podstawowe cechy generatora AVT-360
/ generuje on trzy podstawowy przebiegi funkcyjne sinusoidę, trójkąt i prostokąt Dzięki możliwości regulacji współczynnika wypełnienia można uzyskać Także przebiegi piłokształtne narastające lub opadające,
/ istnieje możliwość regulacji następujących parametrów przebiegu wyjściowego częstotliwości, amplitudy, składowej stałej, współczynnika wypełnienia (nie dotyczy przebiegu sinusoidalnego),
/ istnieje możliwość zastosowania miernika częstotliwości sygnału wyjściowego, który można wykorzystać Także do mierzenia sygnałów zewnętrznych,
/ wzmacniacz wyjściowy jest wyposażony w zabezpieczenie antyzwarciowe
30
Elektronika Praktyczna 10/97
Generator funkcyjny lOMHz
Rozważania wstępne
Opracowanie konstrukcji generatora funkcyjnego wymagało rozwiązania dwóch istotnych problemów:
1. W jaki sposób kształtować w bardzo szerokim zakresie częstotliwości sygnał sinusoidalny.
2. Jaki stopień końcowy zastosować, aby uzyskać na jego wyjściu dużą amplitudę sygnału sinusoidalnego bez zniekształceń oraz krótkie czasy narastania zboczy sygnału prostokątnego
Pierwszy problem wynika z faktu, źe standardowe układy aproksymujące (z diodami i dzielnikami napięcia) można zoptymalizować dla niewielkiego zakresu amplitud sygnału wyjściowego i stosunkowo wąskiego zakresu częstotliwości. Problem ten dał się jednak rozwiązać w prosty sposób - alternatywą dla standardowego układu generacyjnego oraz układów formujących przebiegi wyjściowe było zastosowanie scalonego generatora funkcji - układu MAX038 firmy Maxim.
Jego schemat blokowy przedstawiono na rys.l. W strukturze tego układu znajdują się wszystkie elementy niezbędne do wytworzenia przebiegu sinusoidalnego, piłoksz-tałtnego (trójkątnego) oraz prostokątnego, w zakresie częstotliwości od ok. O,OlHz do ponad 20MHz (a nawet 40MHz) .
Dzięki przemyślanej konstrukcji układów formujących przebiegi wyjściowe możliwa jest regulacja wypełnienia generowanych przebiegów. Sygnały z wyjść układów formujących podawane są na wejścia multipleksera analogowego i następnie na bufor wyjściowy. Na jego wyjściu otrzymujemy sygnał o kształcie wybranym przy pomocy wejść cyfrowych, oznaczonych AO i Al (tab.l). Amplituda sygnału, niezależnie od jego kształtu i częstotliwości, wynosi
ok. 2V . pp W strukturze układu MAX038
zintegrowano także źródło napięcia odniesienia (wartość napięcia referencyjnego wynosi 2,5V) oraz detektor fazy, który można wykorzystać jako układ detekcyjny w pętli PLL stabilizującej częstotliwość sygnału wyjściowego. Sygnał z buforowanego wyjścia układu MAX038 wymaga wzmocnienia, aby możliwe było wykorzystanie go w laboratoryjnym generatorze funkcji.
Jednym z najprostszych wyjść jest zastosowanie bardzo szybkiego wzmacniacza operacyjnego z wyjściowym stopniem o dużej mocy. W ten sposób rozwiązujemy drugi z wymienionych problemów.
Oprócz odpowiednio szerokiego pasma przenoszenia wzmacniacz ten powinien charakteryzować się dużą szybkością narasta-
Parametry i możliwości generatora
/ zakres generowanych częstotliwości
0,25Hz 10MHz, / ilość podzakresów 5, / maksymalna amplituda sygnału
wyiściowego 10V / zakres regulacji składowe] stale] sygnału
wyiściowego -4,8 +4,8V, / zakres regulacji współczynnika wypełnienia
25 75%,
/ impedanc|awy|ściowa 50n, / maksymalny prąd wyiściowy 100mA, / dopuszczalny prąd wyiściowy 150mA, / zalecane napięcie zasilania 2x15VAC/50W
nia sygnału na wyjściu. Ograniczenie szybkości narastania mogłoby spowodować zniekształcenie sygnału prostokątnego przy większych częstotliwościach wyjściowych, co jest niedopuszczalne w przypadku generatorów funkcyjnych.
Po analizie parametrów dostępnych na naszym rynku wzmacniaczy operacyjnych wybór padł na układ OPA603, produkowany przez firmę Burr Brown. Oto najważniejsze motywy takiego wyboru:
K wydajność prądowa stopnia końcowego tego układu jest bardzo duża (150mA), przy czym zakres zmian napięcia wyjściowego jest bardzo stabilny w funkcji rezystancji obciążenia (rys.2),
K stopień końcowy wyposażony jest w ogranicznik prądowy, który zabezpiecza go przed uszkodzeniem wywołanym zwarciem,
K wzmacniacz ten ma bardzo dużą szybkość narastania sygnału na wyjściu (min. lOOOWfis), co zapobiega powstawaniu zniekształceń podczas wzmacniania sygnału pros toką tne g o, K układ cechuje stabilne wzmocnienie w bardzo szerokim paśmie częstotliwości, dzięki czemu amplituda napięcia wyjściowego jest niezmienna także dla dużych sygnałów (rys.3),
K obszar bezpiecznej pracy jest stosunkowo duży (rys. 4) w typowych warunkach termicznych możliwe jest bezpieczne wytracenie w strukturze układu mocy ok. 1,25..1,5W.
Rys. 1. Budowa wewnętrzna układu MAX03S.
Elektronika Praktyczna 10/97
31
Generator funkcyjny lOMHz
14

10


ni
jurnnycHni \

+25
ł-SD a f Cj
-75
+ 100
Rys. 2. Wykres zależności napięcia wyjściowego od obciqżenia w funkcji temperatury.
pomocy tego przełącznika do wejścia COSC (wyprowadzenie 5) układu USl dołączane są kondensatory C24..29, które decydują o przedziale generowanych częstotliwości.
Drugim p ar am e t-lem, od którego zależy częstotliwość sygnału wyjściowego, jest prąd wpływający do wejścia układu USl, które
Tabela 1. Tabela prawdy dla wejsc AO, A1 układu MAX038.
Kształt orzebieau AO A1
Prostokąt Trójkąt Sinus 0 1 X 0 0 1
wymagało zastosowania dodatkowego inwertera (wzmacniacza odwracającego). Jego rolę spełnia wzmacniacz operacyjny US3B, pracujący w konfiguracji odwracającej o wzmocnieniu równym -1V/V (jest ono ustalone przez wartości rezystorów R7/R6). Taka konfiguracja wzmacniacza po-
Argumentem, który przeważył szalę podczas podejmowania decyzji o wyborze układu była także jego cena. Wzmacniacz OPA603 okazał się być najbardziej ekonomicznym rozwiązaniem, spośród układów dostępnych na rynku.
Opis układu
Schemat elektryczny generatora przedstawiony został na rys.5. Jest to, jak widać, urządzenie dość rozbudowane i zawiera bardzo wiele podzespołów cyfrowych. Spełniają one przede wszystkim funkcje pomocnicze, a najważniejszym elementem urządzenia jest układ USl.
Jak już wcześniej zasygnalizowano, w jego wnętrzu zintegrowane są wszystkie elementy niezbędne do prawidłowej generacji sygnałów: prostokątnego, trójkątnego i sinusoidalnego. Przełącznik obrotowy Poi spełnia rolę selektora zakresu generowanych częstotliwości. Przy
- Ki
woduje, że na jego wyjściu otizy-jest oznaczone IIN. Prąd ten jest mujemy napięcie o wartości bar-
a.
Sto
'Cl



X \ i _
-: ' '7." P 1 TV
W


liJh
i li*
Rys. 3. Wykres zależności amplitudy napięcia wyjściowego od częstotliwości.
zależny od napięcia na suwaku potencjometia P4. Napięcie to jest buforowane przez wzmacniacz US4, który pracuje w układzie wtórnika napięciowego. Rezystor R12 dobrano tak, aby prąd zasilający wejście IIN mie ścił się w granicach do-pus z c żony ch przez producenta.
Wypełnienie przebiegu można modyfikować przy pomocy napięcia przykładanego do wejścia DADJ. Ważna jest nie tylko wartość tego napięcia, lecz także jego polaryzacja. Zalecany przez firmę Maxim zakres zmian tego napięcia wynosi ok. 2,3..+2,3V. O ile uzyskanie stabilnego napięcia dodatniego nie stanowi zbytnie-g o probl emu (mamy przecież do dyspozycji wysokostabilne źródło napięcia odniesienia o wartości 2,5V, które znajduje się we wnętrzu u k ł a d u MAX038), to uzyskanie napięcia ujemnego
dzo bliskiej napięciu wejściowemu, lecz o odwróconej polaryzacji.
Potencjometr Pl wraz z rezystorami R8, R9 włączony jest więc



\

UDszarcezp wcznet �>
\m i
+ 25
+50 C\
+ 75
Rys. 4. Obszar SOAR dla układu OPA603.
pomiędzy potencjały -2,5V i +2,5V (względem masy układu), umożliwiając płynną zmianę wartości napięcia na suwaku Pl. Wzmacniacz US3A pracuje jako wtórnik napięciowy, a jego zadaniem jest zmniejszenie impedancji wyjściowej źródła zasilającego wejście DADJ.
Jak widać na schemacie elektrycznym z rys.5, napięcie z wyjścia wtórnika US3A podawane jest na wejście DADJ poprzez klucz analogowy US2B. Klucz ten wraz z US2D, spełnia rolę multipleksera analogowego, który umożliwia sterowanie wejścia DADJ napięciem regulowanym (co powoduje zmianę współczynnika wypełnienia) lub zwiera to wejście do masy. Zasto-
32
Elektronika Praktyczna 10/97
Generator funkcyjny lOMHz
Rys. 5. Schemat elektryczny generatora.
Elektronika Praktyczna 10/97
33
Generator funkcyjny lOMHz
Rys. 6. Działanie przerzutników tłumiących drgania styków.
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
ników US9A i US9B. Kondensator C33 powoduje, że po włączeniu zasilania licznik US9A/B ustawia się zawsze takim samym stanie.
Układ US12A jest dekoderem 2-bitowe-go kodu dwójkowego na 1 z 4. Jego wyjścia zasilają diody świecące Dli..13 sygnalizując , jaki przebieg w danej chwili jest sowanie takiego rozwiązania jest generowany. Wejścia adresowe konieczne, ponieważ regulacja tego układu są dołączone do wypełnienia nie zawsze jest wy- wyjść Q licznika US9A/B. Rezys-korzystywana podczas prac la- tory R3 2..34 ograniczają prąd boratoryjnych, a w przypadku korzystania z sygnałów sinusoidalnych jej wpływ jest wręcz szkodliwy.
Odpowiednie sterowanie pracą tych kluczy umożliwia prosty układ logiczny, składający się z: bramek NAND USllB, US11C, US11D i przerzutnika US8A. Bramki tworzą układ logiczny zapobiegający możliwości włączenia regulatora wypełnienia wtedy, gdy wybrano jako przebieg wyjściowy sinu-soidę. Działanie tej części układu polega na wykrywaniu stanu "1" na wyjściu US9B i blokowaniu bramki USllC przez poziom "0" z wyjścia bramki USllB.
O kształcie generowanego przebiegu decydują stany logiczne wejść A0 i Al układu USl (tab.l). Wejścia te sterowane są z wyjść przerzutników US9A i US9B. Prze-rzutniki skonfigurowano jako dwójki liczące połączone kaskadowo. Uzyskano w ten sposób 2-bitowy licznik liczący w cyklu 0..2.
W chwili pojawienia się stanu 3 (czyli jedynek na wy-
+15V
jściach QUS9A i US9B) obydwa przerzutniki są zerowane. Detekcja stanu 3 oraz zerowanie przerzutników jest możliwe dzięki zastosowaniu bramki logicznej AND, wykonanej z dwóch diod impulsowych - D5 i D6. Rezystor R26 umożliwia pojawienie się logicznej "1" na wejściach zerujących przerzut-
Pl, P3, P4:
P2: lkO/A
Ró, R7, R30, R31:
Rl, R2, R13, R28, R29: 4,7kQ
R3, R4: 4,3kQ
R5: 12kQ
R8: 2,7kQ
R9: 820O
RIO: 330O
Rl 1: 6,8kQ
R12: 4,7kQ
R14: 2,2kQ
R15, Rló, R17, R18, R19, R20,
R21, R22: 3,ókQ
R23, R24, R25: 30kQ
R2Ó: 18kQ
R27: 4,3kQ
R32, R33, R34: 910O
R35: 47Q
R36, R37: 220O
R38: Ó20O
R39: 3kQ
R41: 50Q
R42: 5100
Kondensatory
Cl', C2\ C3, C4, C5, Có, C7,
C8, C9, CIO, Cli, C23, C30,
C31, C32, C37, C38, C39, C41,
C42, C45, C4Ó, C47, C48, C49,
C50: lOOnF
C12, C13, C14, C15, C17, C19,
C21, C38, C39, C40: 47^F/25V
Cl, C2: 2200^F/35V
Cló, C18, C35, C3Ó: 100jiF/25V
10jiF/25V 1: 2,2|iF/16V C24:
-15V
US1, US2, US3. US6, US7, US8, US9, US10, US11. US12
Rys. 7. Sposób zasilania układów scalonych generatora.
płynący przez diody świecące Dli..13.
Wejścia A0 i Al układu USl nie są sterowane bezpośrednio z wyjść licznika US9A/B. Wynika to z faktu, że na są one przystosowane do sterowania poziomami logicznymi zgodnymi
C25: 4,7nF
C26: lOOnF
C27: 4A\if (2,2\lF+2,2\lF)
C28, C29: 220^F/10V
C33: 2,2nF
C34: 470nF
C51, C52, C53, C54, C55, C56,
C57, C58, C59: 22jiF
CT: 2..18pF trymer
Półprzewodniki
DL D2, D3, D4, D5, D6, D7:
1N4148
D9, D10, Dli, D12, D13: LED $3
lub <|>5
D8, D9, D10, Dli: 1N5401
Tl: BS107
T2, T3, T4: BC547
USl: MAX038CPP
US2: 406Ó
US3: LM358
US4, US6: LMC6041
US5: OPA603
US7: 4044
US8, US9, US10: 4013
USl 1: 4011
USl2: 4555
US13, US14: 7805
US15: 7905
US16: 7815
USl7: 7915
Różne
Gnl, Gn2: BNC50 (przykręcane
do obudowy)
Poi: Mikrostyk
Przl: Przekaźnik G6H-2-U Omron
(lub podobny)
SW1, SW2, SW3, SW4:
mikroprzełączniki
34
Elektronika Praktyczna 10/97
Generator funkcyjny lOMHz
Tabela 2. Częstotliwości sygnału wyjściowego w podzakresach.
Zakres Częstotliwość minimalna [Hz] Częstotliwość maksymalna [Hz]
1 0,25 10
2 10 250
3 250 10k
4 10k 250k
5 250k 10M
ze standardem TTL (napięcia z zakresu O..+5V), a wszystkie układy w cyfrowej części przyrządu są zasilane napięciem -5/ +5V.
Aby zapobiec możliwości uszkodzenia obwodów wejściowych USl zastosowano proste obwody ograniczające prąd wejść AO i Al. Podstawowym elementem tego zabezpieczenia są rezystory R3 i R4. Rezystory Rl, R2 "podciągają" wysoki poziom logiczny na wejściach AO i Al do wartości wymaganej dla poprawnej pracy układu USl.
Licznik US9A/B, podobnie jak i pozostałe przerzutniki D, sterowany jest impulsami zegarowymi z wyjść czterech przerzutników typu RS znajdujących się w układzie US7. Zadaniem tych przerzutników jest likwidacja ciągu impulsów generowanych przez styki przełączników, które powstają zawsze podczas ich przełączania. Sposób działania tych przerzutników wyjaśniono na rys.6.
Przerzutnik USl OB pracuje w układzie dwójki liczącej. Z jego wyjścia sterowana jest baza tranzystora T2 i w konsekwencji przekaźnik Przl. Przekaźnik spełnia rolę przełącznika wejść dla miernika częstotliwości - dzięki niemu można wybrać, czy mierzona będzie częstotliwość przebiegu podawanego na gniazdo BNC Gn2, czy też częstotliwość generowanego sygnału.
Przerzutnik US8B pracuje także w konfiguracji dzielnika przez 2. Z jego wyjść sterowane są dwa klucze analogowe US2A i US2C, które powodują włączenie lub wyłączenie układu regulacji składowej stałej. Wartość napięcia składowej stałej można zmienić przy pomocy suwaka potencjometra P3, który poprzez bramkę analogową US2C i wtór-
nik napięciowy US6 wpływa na poziom napięcia stanowiącego punkt masy pozornej wzmacniacza wyjściowego US5. Kondensatory C34..36 zwierają składową zmienną napięcia pojawiającego się w tym punkcie do rzeczywistej masy zasilania. Jeżeli rezygnujemy z regulacji składowej stałej bramka US2C zostaje zablokowana, a wejście wtórnika US6 zwiera do masy otwarta bramka US2A.
Z wyjścia Q przerzutnika US8B jest sterowany także tranzystor T3, który spełnia rolę bufora prądowego zasilającego diodę świecącą D10 (jej świecenie sygnalizuje włączenie regulacji składowej stałej).
Sygnał z wyjścia USl jest podawany na wejście stopnia końcowego poprzez regulator poziomu, którego rolę spełnia potencjometr P2. Wzmocnienie stopnia końcowego wynosi ok. 5V/V, co pozwala osiągnąć na jego wyjściu sygnał o amplitudzie 10V . Rezystor R41 ogra-
pp J O
nicza prąd wyjściowy i zapewnia zgrubne dopasowanie impe-dancji wyjściowej wzmacniacza do impedancji wyjściowego gniazda BNC, które oznaczono Gnl.
Zasilacz generatora jest dość rozbudowany. W jego skład wchodzą następujące elementy:
- mostek prostowniczy z diodami D8..11,
- stabilizatory ą5V (układy US14 i US15),
- stabilizatory ą15V (układy US16 i US17),
- stabilizator +5V, zasilający opcjonalny moduł pomiaru częstotliwości.
Kondensatory Cl i C2 spełniają rolę głównego filtra tętnień, pozostałe kondensatory montowane pomiędzy biegunami zasilania zapewniają stabilne zasilanie dla części cyfrowej i analogowej generatora. Rys. 7 może być pomocny w analizie sposobu rozprowadzenia zasilania do poszczególnych układów scalonych.
Rezystor R3 5 wraz z kondensatorem C21 spełniają rolę filtru usuwającego z linii zasiania impulsy zakłócające, które powstają w wyniku pracy układu buforującego wyjście SYNC USl. Impulsy prostokątne z tego wyjścia wykorzystywane są jako sygnał pomiarowy częstości omierza.
Uwaga! Połączenia zaznaczone na schemacie z rys.5 jako etykiety na białych polach, oznaczają połączenia znajdujące się na płytce drukowanej. Nie poprowadzono ich na schemacie ze względu na jego czytelność.
Funkcje elementów zaznaczonych na schemacie elektrycznym (rys. 5) szarym polem omówimy w drugiej części artykułu. Piotr Zbysiński, AVT
Elektronika Praktyczna 10/97
35
PROJEKTY
Programowalny nastawnik do syntezera częstotliwości
kit AVT-347
Przedstawione urządzenie
spełnia rolę modułu
uniwersalnego nastawnika do
większości spotykanych na
rynku cyfrowych układów
syntezy częstotliwości. Dzięki
wbudowanemu
mikroprocesorowi, użytkownik
ma możliwość indywidualnego,
a przy tym łatwego
ustawienia wszystkich
parametrów, niezbędnych do
prawidłowego sterowania
syntezerem.
Urządzenie z powodzeniem
może zastąpić zwykle
przełączniki, opańe przede
wszystkim na matrycach
diodowych. Zapamiętanie
wszystkich nastaw oraz
zależności czasowych
w nieulotnej pamięci EEPROM
gwarantuje niezawodną
i prawidłową pracę
urządzenia przez wiele lat.
Cechy charakterystyczne sterownika
/ możliwość zdefiniowania rnaks 200 nastaw
dzielnika syntezy / 15 niezależnych linii sterujących (wyjścia
CMOS) / dodatkowy sygnał blokujący syntezer
zprograrnowanyrn czasem Trwania
i polaryzacją / dwa sygnały wejściowe FWTX oraz S/D
z możliwością zdefiniowania polaryzacji / wbudowany 2-pozycyjny wyświetlacz LED
z wyświetlaniem numeru nastawy (kanału) / dwa przyciski sterujące wszystkimi
funkcjami wraz z ustawianiem wstępnym / nieulotna pamięć EEPROM przechowująca
wszystkie dane i nastawy (gwarantowany
czas przechowywania danych 40 lat) / zasilanie 5VDC/120rnA /wymiary 80x36x36 mm
Nastawnik ma aź piętnaście niezależnie programowanych linii wyjściowych, do których może być dołączony praktycznie każdy układ syntezera z równoległym wprowadzaniem nastawy do dzielnika częstotliwości. Na etapie uczenia (dokonywanego ręcznie przez użytkownika) poszczególnych nastaw, w urządzeniu jest możliwe wykorzystanie linii wyjściowych z zakresu 4..15.
Użytkownik ma do dyspozycji także trzy dodatkowe sygnały sterujące: dwa wejściowe oraz jeden wyjściowy, są to:
a) wejście RX/TX - informuje urządzenie o przejściu z odbioru na nadawanie, co pociąga za sobą odpowiednią zmianę nastawy dzielnika w syntezerze;
b) wejście S/D informujące o pracy w trybie Simplex lub Dup-lex; zmiana tego sygnału powoduje automatyczną zmianę in-terwału w stosunku do trybu Simplex, tak przy odbiorze, jak i nadawaniu (praca poprzez pr z emi enniki FM);
c) dodatkowe wyjście SYNOFF, które może być wykorzystane do automatycznego blokowania syntezera w trakcie zmiany nastaw dzielnika, co ehminuje niepożądane w aparaturze nadawczej efekty przejściowe, czyli innymi słowy "śmieci w eterze".
Choć ta ostatnia sytuacja nie występuje przy zmianie nastaw w naszym urządzeniu, bowiem wszystkie wyjścia sterujące dzielnikiem są typu zatrzask, czyli informacja zmienia się na nich bez efektów przejściowych, to jednak autor projektu postanowił dmuchać na zimne i wyposażyć urządzenie w tę opcję.
Bez żadnych przeróbek układu można programowo zdefiniować na stałe polaryzację wszystkich trzech sygnałów sterujących: RX/ TX, S/D i SYNOFF, co znacznie uelastycznia nastawnik i zwiększa możliwości jego zastosowania. Na dodatek można także określić w szerokim zakresie (1..99 milisekund) czas trwania sygnału SYNOFF (funkcja stosowana w niektórych układach syntezy), co powoduje, że prezentowane urządzenie powinno spełniać wymagania nawet najbardziej nietypowych rozwiązań, spotykanych w konstrukcjach amatorskich i profesjonalnych.
Pojemność zastosowanej pamięci EEPROM pozwala na zdefiniowanie maksymalnie 200 nastaw dzielnika, co przy wspomnianych 15 wyjściach daje naprawdę duże możliwości. Urządzenie jest bardzo proste w montażu i nie wymaga żadnych czynności regulacyjnych. Po zmontowaniu należy
Elektronika Praktyczna 10/97
37
Programowalny nastawnik do syntezera częstotliwości
NAS1AWNIK
uP
pcmlęć narfaw
Jj [Aa
klawiatura
+5YGND
TT
SIMPLLX / DUPLEX
l20mA
Rys. 1. Schemat blokowy nastawnika.
jedynie ręcznie zaprogramować wszystkie nastawy, stosownie do wymagań dołączanej aparatury nadawczo - odbiorczej. Po tej operacji urządzenie jest gotowe do piacy i ewentualnego zamontowania w obudowie urządzenia docelowego.
Opis układu
Schemat blokowy nastawnika przedstawia rys.l, a schemat elektryczny jest przedstawiony na rys.2. "Sercem" nastawnika jest nowoczesny, a jednocześnie tani mikroprocesor Ul, z zapisanym w pamięci programem, dzięki któremu jest możliwa intuicyj- L^^ na obsługa wszystkich funkcji. Sposób obsługi i ustawiania wszystkich p aram e tr ów pr z e ds ta wimy w dalszej części artykułu.
Procesor Ul steruje trzema blokami nastawnika: rejestrem wykonawczym, pamięcią EEPROM oraz umieszczonym na oddzielnej płytce wyświetlaczem z klawiaturą. Obwód oscylatora procesora Ul jest złożony z rezonatora Xl oraz kondensatorów C2 i C3. Kondensator Cl wraz z rezystorem Rl zapewnia prawidłowy start procesora po włączeniu zasilania.
Ponieważ układ Ul nie posiada wystarczającej liczby wolnych końcówek, w celu generacji sygnałów sterujących dzielnikiem preskalera zostały wykorzystane dwa popularne rejestry przesuwne (U3 i U4), z wbudowanym za-
trzaskowym buforem wyjściowym. Zapis sekwencji bitów danych o nastawie syntezera odbywa się za pomocą dwóch linii: zegarowej CLK oraz danych DAT. Procesor Ul, chcąc zapisać nową nastawę, wysyła po kolei bity na linię danych DAT taktując je sygnałem CLK. Każde narastające zbocze sygnału zegarowego powoduje wpisanie informacji z wejścia D pierwszego rejestru U3 oraz przepisanie ostatniego bitu tego rejestru do rejestru drugiego (U 4). Przesunięcie informacji z rejestru U3 do U4 jest możliwe przez połączenie wyjścia QS pierwszego
rejestru z wejściem D drugiego. Istotne jest, szczególnie dla pracy samego syntezera, to że w czasie wpi sy w ani a inf orm a c ji wyjścia obu rejestrów Ql. .Q8 pozostają niezmienione. Dopiero kiedy wszystkie 16 bitów informacji (15 + 1) zostanie wpisanych do rejestrów , procesor ustawiając na chwilę na linii STR (pin 15-Ul) stan wysoki spowoduje przepisanie zawartości rejestru przesuwnego (w U3 i U4) do wyjściowego bufora zatrzaskowego, w efekcie czego, dzięki zwartym końcówkom OE układów U3 i U4, informacja pojawi się natychmiast i jednocześnie na wszystkich wyjściach.
Osoby zainteresowane strukturą układu 4094 znajdą na rys.3 schemat jego budowy.
Sygnał blokowania syntezera (SYNOFF) jest generowany na najmniej znaczącym bicie Ql rejestru U3. Ponieważ w takiej konfiguracji, "na pierwszy rzut oka" sygnał ten jest tak samo uprawniony jak sygnały bezpośrednio sterujące dzielnikiem syntezera, to dlaczego pełni on rolę "nadrzędną" i zapewnia opcjonalne wyłączenie preskalera przez zmianę nastawy, po czym ponowne jego włączenia. Wyjaśniają to przebiegi czasowe przedstawione na rys.4. Oprócz tego przedstawiono na nim sposób zmiany nastawy dzielnika. Na rysunku zaznaczono także ustawiany przez użytkownika, na etapie programowania, czas wyłączenia syntezy. Czas ten poprzedza zmianę nastaw, a następnie określa okres od tej zmiany do de akty w a ej i sygnału SYNOFF i ponownego włączenia syntezera. Wszystkie informacje o nastawach i dane dotyczące polaryzacji sygnałów sterujących nastawnika są przechowywane w pamięci EEPROM (U2). Zadanie to spełnia pamięć szeregowa o pojemności 4096 bitów, zorganizowana w 256 słów 16-bito-wych. Procesor do komunikacji z pamięcią U 2 wykorzystuje, wspólne z rejestrami 4094, linie danych DAT (do zapisu) oraz zegara CLK. Dzięki oddzielnej linii DIN (pin 16 Ul) jest możliwy odczyt z pamięci EEPROM, a pojawienie się dodatniego stanu na linii EPR (pin 19 Ul) umożliwia operację
0 dc żytu/zapisu. Ta ostatnia linia jest dość ważna, bowiem uniemożliwia przypadkową modyfikację pamięci U2 w przypadku wpisu danych do rejestrów U3 i U4, która następuje przecież z wykorzystaniem tych samych linii DAT
1 CKL. Wnikliwy Czytelnik zauważy, że dzięki sygnałowi STR, który przepisuje dane z rejestru do wyjść Ql..Q8 U3 i U4 oraz sygnałowi EPR jest możliwe wykorzystanie wspólnych linii zapisu danych DAT i zegara CLK, bez wzajemnego konfliktu.
Ostatnim blokiem funkcjonalnym urządzenia jest 2-pozycyjny wyświetlacz z prostą klawiaturą.
38
Elektronika Praktyczna 10/97
Programowalny nastawnik do syntezera częstotliwości
vcc
o
C6
lOOn
2x30pF
I-------1 X1
C3 I-I ÓM
l__Ta__
Cl
XIAU
XIA12 RESET
vcc
+P1.0
-Pl.l
P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7
P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.7
Rl 8k2
PŁYTKA WYŚWIETLACZY
O.
S/D
lOk
U2
DO GND
Dl ORG SK
cs vcc
93C66
S/D
STR Ql
D Q2
CLK Q3
OE Q4
Q5
Q6
Q7 Q8
QS
QS
RX/TX
STH Ql
D Q2
CLK Q3
OE Q4
Q5
Q6
Q7
vcc
o
A 1 7

B 2 1
C A 2
D 8 6
E BI/RBO r-l4__
F RBI r-O____
G LT
T" 100n "T lODn T"
vcc
o
Có
100n
ca = cc
lODn I lOOn T^ lOCn
cn
lOOn
Rys. 2. Schemat elektryczny nastawnika.
Zastosowanie tylko dwóch klawiszy może się wydać niektórym zbyt dużym uproszczeniem, jednak jak się za chwilę przekonamy poznając sposób obsługi nastawnika, dzięki sprytnemu programowi sterującemu w procesorze Ul, obsługa jest nieskomplikowana i intuicyjna.
Wyświetlacze DLI i DL2
0 wspólnej anodzie są sterowane naprzemiennie (multipleksowo). W każdej chwili aktywny jest tylko jeden z nich, a to dzięki tranzystorom (w obwodzie anod wyświetlaczy), które za pośrednictwem sygnałów sterujących ANI
1 AN2 z procesora są załączane na przemian. Załączenie wyświetlacza odbywa się przez podanie stanu niskiego na bazę jednego z tranzystorów Tl i T2. Katody wyświetlaczy są sterowane z dekodera U5, w roli którego pracuje układ 74LS247. W praktyce w układzie
można także zastosować wersję 7447, lecz w takim przypadku wyświetlane cyfry "6" i "9" będą bez segmentów odpowiednio A oraz D. Zastosowanie dekodera umożliwia wyświetlenie cyfr z zakresu 0..9 oraz kilku dodatkowych znaków, których znaczenie omówimy w części objaśniającej obsługę nastawnika.
Dołączone, poprzez diody Dl i D2, klawisze sterujące Kl i K2 są odczytywane także multipleksowo, tzn. każdy klawisz jest odczytywany oddzielnie w trakcie trwania stanu niskiego na jednym z wyjść ANI i AN2 procesora Ul. Zwarcie któregoś klawisza spowoduje przekazanie tego poziomu (niskiego) do wejścia KEY procesora Ul, który na tej podstawie, wiedząc którą akurat cyfrę zapala, podejmuje decyzję o dalszym działaniu. Dzięki odpowiedniej procedurze w programie procesora, bez
dodatkowych elementów biernych, wyeliminowano efekt odbijania styków Kl i K2 przy przełączaniu. Dodatkowo, procesor potrafi reagować na jednoczesne naciśnięcie obu klawiszy, wywołując odpowiednie, stosowne do tej sytuacji funkcje.
Cały układ powinien być zasilany ze stabilizowanego napięcia 5V, które doprowadza się z zewnątrz do wspólnego złącza Jl. Na złączu tym są dostępne wszystkie sygnały nastawnika. Dzięki typowej, pasującej do tego złącza, wtyczce zaciskowej FC-16 oraz odcinkowi 16-żyłowego przewodu taśmowego jest możliwe szybkie spięcie układu z zewnętrzną aparaturą nadawczo-odbiorczą. Na rys.5 opisano wszystkie wyprowadzenia złącza Jl.
W układzie sterownika dodatkowe, rzadko wykorzystywane linie nastawnika syntezy (D12..D15),
Elektronika Praktyczna 10/97
39
Programowalny nastawnik do syntezera częstotliwości
CflOS 409M
DATA
CLOCK
8-bitowy rejestr przesuwny
STR (strobe)
8-bitowy rejestr zatrzaskowy
wyjścia szeregowe
15
8 buforów 3-sta nowych
OE (output enable)
wyjścia równoległe
Q1...Q8 (piny: 4,5,6,7,14,13,12,11)
Rys. 3. Schemat blokowy układu 4094.
nie są wyprowadzone na złącze Jl, ale na dodatkowe punkty lutownicze oznaczone na płytce i schemacie jako EXT. W zależności od potrzeb, można je oczywiście wykorzystać i połączyć za pomocą odpowiedniego odcinka przewodu z wejściami dzielnika posiadanego syntezera.
Wszystkie linie zasilające układy scalone wykorzystane w nastawniku zblokowano kondensatorami po lOOnF (C5..C10), a całość dodatkowo jednym kondensatorem elektrolitycznym C4.
Montaż i uruchomienie
Cały układ nastawnika zmontowano na dwóch płytkach drukowanych o identycznych wymiarach (ich widok znajduje się na wkładce wewnątrz numeru).
Po zmontowaniu, obie płytki po skręceniu stanowią typową "kanapkę", jak widać na zdjęciach prototypu. Płytkę bazową (z procesorem) wykonano w wersji dwustronnej, z metalizacją otworów, a płytka wyświetlacza, w celu zmniejszenia kosztów, jest jednostronna. Rozmieszczenie elementów na obu płytkach przedstawia rys.6. Montaż należy przeprowadzić w sposób standardowy, z zachowaniem typowej kolejności przy montażu układów tego typu.
Vdd= 16 Vss = 8
Ze względu na zastosowanie układów CMOS, powinno się przestrzegać zasad związanych z użytkowaniem takich kostek. Wszystkie układu scalone powinny być umieszczone w podstawkach, a szczególnie procesor Ul oraz rejestry wyjściowe U3 i U4, gdyż mają kontakt ze światem zewnętrznym.
Montaż należy rozpocząć od wlutowa-nia rezystorów i czterech zwór na płytce wyświetlacza, a następnie wmontować kondensatory (C4 należy przed wlutowa-niem położyć na płytce - jest na to miejsce). Przy montażu elementów czynnych: diod, tranzystorów oraz przy wkładaniu układów scalonych należy zwrócić uwagę na ich polaryzację.
Na koniec należy połączyć obie płytki, korzystając z otworów rozmieszczonych na krawędziach obu płytek i nie zapominając o 3-pinowym złączu klawiszy KEY. Płytki składamy stronami lutowania do siebie. Połączenia pomiędzy nimi można wykonać na kilka sposobów. Najbardziej eleganckim jest wlutowanie w jedną płytkę 1-rzędowego złącza typu "goldpin", w drugą zaś odpowiedniego gniazda pasującego do takiego złącza. Elementy te są dostępne w handlu, lecz w przypadku problemów z zakupem można w ostateczności , będąc pewnym staranności montażu, połączyć obie płytki za pomocą odcinków srebrzanki.
Po zmontowaniu urządzenia można przystąpić do jego uruchomienia. Najlepiej jest to zrobić tylko z włożonym w podstawkę procesorem Ul. Pamięć oraz rejestry 4094 niech pozostaną na razie obok, na stole montażowym. Po doprowadzeniu do pinów 1 i 2 złącza Jl zasilania 5V, na wyświetlaczach powinny pojawić się migające symbole - małe "c" i odwrócone małe "c", co świadczy o prawidłowej pracy układu. Jednocześnie jest sygnalizowany
brak w podstawce pod U2 pamięci EEPROM.
Odłączamy zasilanie i wkładamy pozostałe układy scalone. Po ponownym włączeniu zasilania, układ automatycznie przejdzie w tryb ustawiania, czego dowodem będzie wyświetlenie znaków "ul". Co to znaczy, opiszemy za chwilę.
Przejście w ten tryb (ustawiania) następuje automatycznie, kiedy procesor stwierdzi "czystą" (a przynajmniej nie używaną wcześniej w układzie nastawnika) pamięć EEPROM (U2). W przypadku przejścia całej procedury ręcznego programowania nastawnika, układ po każdorazowym włączeniu zasilania przechodzi oczywiście w tryb normalnej pracy. Jeżeli chcemy, z jakichś powodów, sami wywołać ponownie procedurę ustawiania, należy w trakcie włączania zasilania przytrzymać oba klawisze Kl i K2.
Programowanie i obsługa
Programowanie nastawnika jest proste i wymaga jedynie znajomości parametrów nastaw syntezera stosowanego w sprzęcie na-dawczo-odbiorczym.
Operację tę można przeprowadzić przy odłączonym od tej aparatury nastawniku. Można to także robić przy dołączonym do wyjść D1..D15 syntezerze, kontrolując jednocześnie, podczas wpisywania nastaw, generowaną częstotliwość, np. za pomocą miernika częstotliwości.
Programowanie będzie opisane w kolejnych punktach. Przestrzeganie podanej kolejności programowania, być może nie za pierwszym razem przyniesie oczekiwań efekty, pozwoli oswoić się z, tylko na pozór skomplikowaną, procedurą ustawiania. Autor zapewnia potencjalnych nabywców urządzenia, że jako zwolennik konstruowania urządzeń "łatwych i przyjemnych" dołożył wszelkich starań, aby za pomocą 2 wyświetlaczy LED oraz 2 klawiszy ustawić wszystkie żądane parametry bez większych kłopotów.
Ostrożnym należy się informacja, że jeżeli coś się nie powiedzie na dowolnym etapie programowania, procedurę ustawiania nastawnika lub wybraną jej część można zawsze powtórzyć, nie mo-
40
Elektronika Praktyczna 10/97
Programowalny nastawnik do syntezera częstotliwości
nacISnlęde klawisza
t - czas blokowania syntezera
t t
�
sygnał SYNOFF
wyjścia Dl D15
polaryzacja ustalana programowo
nowa nastawa
stara nastawc^
zmiana
llnll sterujących D1...D15
Rys. 4. Przebiegi charakteryzujące pracę układu wyjściowego.
dy fikując przy tym p ozo stałych dobrze zaprogramowanych danych. Takie potraktowanie problemu skraca czas ustawiania i umożliwia jak najszybsze rozpoczęcie działania urządzenia w aparaturze radiowej.
Przejdźmy zatem do omówienia poszczególnych kroków przy programowaniu nastawnika. pkt.O: Włączenie zasilania układu: wyświetlacz na 1 sekundę pokaże napis: "ul" (małe "u" oraz "1"). Oznacza to, że realizujemy pkt.l planu ustawiania, którym jest:
pkt.l: Ustawienie liczby aktywnych (wykorzystywanych do dołączenia dzielnika preskalera) końcówek, sterujących spośród D1..D15. Klawiszami Kl ("DN") lub K2 ("UP") zmniejszamy liczbę lub zwiększamy ją w zakresie od 4 do 15 wyprowadzeń. Po ustawieniu żądanej liczby, np. "9", potwierdzamy ją, wciskając jednocześnie oba klawisze Kl i K2. Układ przechodzi do następnego punktu planu ustawiania.
pkt.2: Wyświetlacz na chwilę pokaże napis "u2" - punkt 2 planu, w którym ustawimy czas trwania aktywnego sygnału SYNOFF, wyłączającego preskaler przed zmianą nastaw. Podobnie jak w poprzednim punkcie, klawiszami Kl i K2 ustalamy ten czas w zakresie 0..99 milisekund. Ustawienie "0" oznacza, że rezygnujemy z korzystania z sygnału SYNOFF (pin nie będzie podłączany). Potwierdzamy podobnie jak w pkt.l, wciskając jednocześnie Kl i K2. pkt.3: Na sekundę pojawi się napis: "u3" - punkt 3 planu ustawiania, w którym określamy
polaryzację aktywnego stanu sygnału SYNOFF, na dodatnią "01" lub ujemną "00". Obsługa jest podobna jak w poprzednich punktach, czyli jednoczesne wciśnięcie klawiszy Kl i K2 powoduje potwierdzenie i przejście do punktu następnego.
Uwaga! Nawet jeżeli w pkt.2 ustawiliśmy czas "0 ms", to i tak można ustawić polaryzację, która w takim przypadku określi stały stan na wyjściu SYNOFF w czasie pracy całego urządzenia. pkt.4: Podobnie jak poprzednio, napis: "u4", w tym punkcie u-kład pyta o numer kanału (nastawy), który ma być podany na wejścia dzielnika syntezera po włączeniu napięcia zasilającego. Klawiszami Kl, K2 można ustawić żądaną pozycję w zakresie 0..199. W przypadku zmiany liczby z "99" na "100", wyświetlacz wskaże "00" z zapaloną kropką na drugim wyświetlaczu, co oznacza, że jesteśmy w "drugiej setce" nastaw. Potwierdzamy wybór, podobnie jak poprzednio.
pkt.5: Napis: "u5" - punkt 5 planu ustawiania, w którym określamy polaryzację sygnału RX/TX podczas nadawania. I tak jeżeli przy nadawaniu sygnał z zewnętrznego przełącznika T/R dołącza wyprowadzenie RX/TX np. do +4,5..5V, to powinniśmy ustawić "01" (dodatnia), jeżeli zwiera do masy, to "00" (ujemna). Potwierdzamy wybór wciskając jednocześnie Kl i K2. pkt.G: Napis "u6" - punkt, w którym podajemy przesunięcie nastawy syntezera w przypadku nadawania w trybie Simplex. Przesunięcie to jest liczbą z zakresu -99..+99, określającą o ile nastaw w "przód" lub "tył" od bieżącej, aktywnej przy odbiorze, zostanie przesunięta częstotliwość generowana w układzie nadawczo-odbiorczym. Wartość tej częstotliwości jest oczywiście w tym przypadku umowna. Poza tym, z reguły przy nadawaniu offset jest dodatni, ale jak powiedziałem wcześniej, lepiej jest dmuchać
na zimne, stąd ujemna część zakresu od -99 do 0. O tym, że wciskając klawisze Kl lub K2 poruszamy się w "ujemnym" zakresie offsetu informuje nas zapalona kropka na drugim wyświetlaczu. Gwoli wyjaśnienia podam przykład, kiedy do nastawnika dołączony jest syntezer przeznaczony na typowe amatorskie pasmo o szerokości 2MHz. Niech zastosowany syntezer pozwala na uzyskanie rozdzielczości nastaw dzielnika 12,5 kHz. Ponieważ offset częstotliwości przy nadawaniu jest równy +600kHz, toteż z prostego rachunku wynika, że powinniśmy ustawić liczbę 48 (600kHz : 12,5kHz = 48). Nie trzeba dodawać, że choć to mało praktyczne, możemy także ustawić offset równy "0", efekt tego będzie oczywisty. Potwierdzamy nastawę jak w poprzednich punktach.
pkt.7: Napis "u7" i po tym prośba o ustawienie polaryzacji sygnału S/D, określającego czy pracujemy w trybie Duplex. Sytuacja wygląda podobnie, jak w przypadku pkt.5, gdzie definiowaliśmy polaryzację przełącznika RX/ TX. Tutaj określamy dla jakiego poziomu sygnału na wejściu nastawnika S/D pracujemy w trybie Duplex. Przejście z trybu Simplex do Duplex pociąga za sobą zmianę wartości offsetu określonego w pkt.6 (poprzednim) na wartość, którą będziemy mieli okazję w podobny sposób ustawić w punkcie następnym.
pkt.8: Tutaj określamy offset dla trybu pracy w Duplexie. Zasady są takie same jak w przypadku ustawiania offsetu w pkt.6.
pkt.9: Napis "u9" - opcjonalna możliwość ustawienia dodatkowego offsetu, dotyczącego tylko wyświetlanego numeru kanału (nastawy) podczas normalnej
MASA
SYNOFF
D2
D4
DS
D8
D10
S/D
1 1 i i i i 4 15 2 16
*5V
D1
D3
D5
D7
09
D11
RX/TX
Rys. 5. Oznaczenie wyprowadzeń złącza wyjściowego.
Elektronika Praktyczna 10/97
41
Programowalny nastawnik do syntezera częstotliwości
R6
Rys. 6. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej.
pracy nastawnika. Zwykle wartość ta powinna wynosić "00", lecz można ją zmienić w zakresie 0..99. Uwaga! Wpisanie wartości innej niż zero nie ma wpływu na definiowane kombinacje dzielnika preskalera, a jedynie wpływa na odczyt (wzrokowy) numeru aktualnie wykorzystywanego kanału (nastawy). Jeżeli ktoś uważa, że jest to zbędne, powinien ustawić wartość "00". W przypadku ustawienia np. wartości "05" na wyświetlaczu kanału (np. "40"), w rzeczywistości syntezer pracuje na nastawie "35" (40 - 5 = 35).
Na tym kończy się ustawienie wstępnych parametrów nastawnika. Przejdźmy do ustawiania kolejnych kombinacji sygnałów wejściowych dzielnika preskalera, dołączonych do wyjść nastawnika D1..D15 (lub mniej).
Wyświetlacz po ustawieniu punktu 9 pokaże migoczące małe "c" i odwrócone małe "c", co oznacza oczekiwanie na podjęcie decyzji, czy przechodzimy do wprowadzania nastaw (klawisz "UP"), czy chcemy powtórzyć punkty 1...9 jeszcze raz (klawisz "DN")
W przypadku poprawnego wprowadzenia danych z pkt.l..9 wciskamy klawisz "UP" i przechodzimy do wprowadzania nastaw syntezera.
Zasada wprowadzania jest dość prosta. Omówimy ją po kolei:
/ Najpierw wybieramy (lub nie, jeżeli wprowadzamy wszystkie kombinacje sygnałów wejściowych dzielnika preskalera) numer kombinacji -nastawy, niech to będzie np. "00". / Wyświetlacz sam wskazuje migoczące znaki "00". Potwierdzamy ją, wciskając jednocześnie klawisze Kl i K2. / Teraz przechodzimy do ustawienia poszczególnych bitów kombinacji, rozpoczynając od linii Dl, a na ostatniej (wybranej w pkt.l) kończąc.
Wyświetlacz na drugiej pozycji pokazuje aktualnie ustawiany bit - cyfra z zakresu od 1 (1 linia Dl) do ustalonej w pkt.l. Klawiszem K2 ("UP"), umieszczonym pod tą cyfrą, można zmieniać sekwencyjnie numer ustawianego bitu. W przypadku przekroczenia liczby "9" (linia D9) i przejścia do linii "10" zapalone zostanie "0" z kropką, co oznacza linię 10. Podobnie dla linii D12 świecić się będzie na DL2 cyfra 2 z kropką.
Po wyborze klawiszem K2 kolejnego bitu - linii, na lewym wyświetlaczu migocze (domyślna lub ustawiona wcześniej) wartość bitu na tej linii. Klawiszem Kl ("DN") można zmienić wartość z "0" na "1" i odwrotnie. Po takim ustawieniu, zgodnie z tabelą producenta używanego syntezera konkretnej sekwencji bitów, potwierdzamy ją, wciskając oba klawisze Kl i K2, co kończy wpro-
wadzanie kombinacji dla nastawy "00" (w naszym przykładzie).
Wyświetlacz pokaże następnie migoczące małe "c" i odwrócone małe "c", pytając nas o to, czy jest to koniec wprowadzanych kombinacji, czy też chcemy wprowadzić kolejną sekwencję, w naszym przekładzie będzie to nastawa "01".
Jeżeli tak, wciskamy klawisz K2 ("UP") i przechodzimy do wprowadzania kolejnej sekwencji bitów - "01". Postępujemy tak samo, powtarzając wszystkie kroki, jak opisano wcześniej dla nastawy "00".
Tu praktyczna wskazówka dla tych, którzy będą programować nastawnik "na gorąco". Otóż po zapisaniu całej sekwencji bitów danej nastawy i potwierdzeniu jej, sekwencja taka jest automatycznie wysyłana na wyjścia rejestrów 4094, które bezpośrednio określają stopień podziału dzielnika preskalera. Na bieżąco zatem można, przy pomocy częstościomierza, sprawdzić i porównać ustawioną sekwencję bitów oraz częstotliwość uzyskiwaną na wyjściu generatora z wartościami podanymi w katalogu.
Po wprowadzeniu wszystkich nastaw z tabeli karty katalogowej opisującej dany preskaler, przy migoczącym napisie małe "c" i odwrócone małe "c", wciskamy klawisz K2 ("DN"), kończąc całą operację programowania nastawnika.
Układ przejdzie wtedy do trybu normalnej pracy, wyświetlając ustawioną w pkt.4 domyślną wartość nastawy, taką, jaka obowiązywać będzie po każdorazowym włączeniu zasilania układu.
Podczas normalnej pracy obsługa nastawnika jest bardzo pros-
42
Elektronika Praktyczna 10/97
Programowalny nastawnik do syntezera częstotliwości
ta. Klawisze Kl i K2 pozwalają zmienić w dół lub górę aktualny kanał (nastawę). Dłuższe przytrzymanie klawisza Kl lub K2 zwiększa automatycznie szybkość przeskakiwania z jednego kanału na następny (K2) lub poprzedni (Kl). Chwilowe wciśnięcie obu klawiszy jednocześnie powoduje natychmiastowy przeskok o połowę ustawionego pasma, czyli np. przy wprowadzonych 100 nastawach preskalera i aktualnie aktywnej np. "02", układ przejdzie do nastawy "52".
Oczywiście, w przypadku uaktywnienia jednego z zewnętrznych sygnałów RX/TX lub S/D, układ automatycznie ustawi odpowiedni offset częstotliwości, zdefiniowany w procedurze programującej.
Uwagi końcowe
1.Dołączając układ nastawnika do zewnętrznych urządzeń, w szczególności do syntezera (linie D1..D15, linia SYNOFF), należy pamiętać o ograniczonej wydajności prądowej tych wyjść. Wydajność ta ze względu na zastosowane układu CMOS (U3 i U4) jest niewielka, toteż w razie potrzeby wyjścia te można zbuforować dowolnymi bramkami (buforami), najlepiej typu OC (Open Collector), korzystając z dostępnych w handlu układów scalonych z takimi bramkami, np. 74LS03, 74LS38 (przy bramce z negacją trzeba wprowadzać przy programowaniu zanegowane kombinacje linii wyjściowych do preskalera).
2.Tym, którym przeszkadza sygnalizacja w postaci zapalonej kropki dziesiętnej (przy kanałach 100..199) na DL2 polecam bardziej czytelne rozwiązanie. Otóż można dodatkowo użyć trzeciego wyświetlacza, który będzie wyświetlał tylko cyfrę "1". W tym celu należy po prostu dołączyć wspólną anodę dodatkowego wyświetlacza do anody wyświetlacza DL2, natomiast katody segmentów B i C dołączyć razem do ścieżki łączącej kropkę dziesiętną z sygnałem "100" (patrz schemat, rys.2). Należy wtedy dodatkowo zmniejszyć wartość rezystora R6 na 68 omów. Tak wygospodarowaną kropkę dziesiętną można wykorzystać np. do sygnalizacji na-
dawania, poprzez dołączenie jej do zewnętrznego przełącznika RX/TX.
3.Dysponując takim programowanym nastawnikiem o wielu wyjściach można układ przystosować (odpowiednio go programując) do pracy w charakterze selektora dowolnego układu sterowanego w sposób równoległy. Układ świetnie nadaje się nawet do banalnych zastosowań, tak jak:
- praca w programowanym generatorze częstotliwości jako ręczny nastawnik odpowiedniej wartości generowanego przebiegu;
- praca w układach generujących komunikaty za pomocą układów syntezy mowy lub układach serii ISD, poprzez wybór odpowiedniej sekwencji takich komunikatów.
Zastosowań może być wiele, ich liczba zależy wyłącznie od wyobraźni potencjalnego użytkownika. Układ skonstruowano na tyle elastycznie, że adaptacja na inne potrzeby niż przedstawione w artykule jest naprawdę prosta. Sławomir Surowiński, AVT
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl: 8,2kn
R2, R3: 10kO (4,7..11kQ)
R4, R5: 3kQ
R6..R13: 130O (110...1600)
Kondensatory
Cl: 10^F/10V
C2, C3: 33pF
C4: 47^F/10V
C5..C11: lOOnF
Półprzewodniki
Ul: 89C2051 zaprogramowany
U2: 93C66 (dowolny producent)
U3, U4: CD4094
U5: 74LS247
Tl, T2: BC557..9
Dl, D2: 1N4148
DLL DL2: SA39-11EWA (GWA,YWA)
Kingbright
Różne
Xl: 6 MHz rezonator kwarcowy
KL K2: włączniki astabilne typu
Digistat
podstawki pod układy scalone
płytka drukowana bazowa (AVT-
347 #1/2)
płytka drukowana wyświetlacza
(AVT-347 #2/2)
Elektronika Praktyczna 10/97
43
PROJEKTY
Czujnik spalin samochodowych
kit AVT-359
Zan ie czysz cz en ie
środowiska, spowodowane
bezmyślnym gospodarowaniem
człowieka, odcisnęło
nieodwracalne piętno na
naszym życiu. Podejmowane
są co prawda kroki mające
na celu ograniczenie ilości
zanieczyszczeń w atmosferze,
lecz nie zawsze skuteczne.
Prezentowane w ańykule
urządzenie pozwala ocenić,
jak bardzo zanieczyszczone są
spaliny emitowane przez
silnik samochodu.
Juź na wstępie chciałbym uprzedzić Czytelników, źe proponowany układ jest bardziej eksperymentalnym niż w pełni użytkowym. Oczywiście, jest w stanie zasygnalizować fakt zanieczyszczenia spalin pochodzących, z silnika samochodowego (lub jakiekolwiek innego silnika spalinowego), ale określenie stopnia zanieczyszczenia może odbywać się wyłącznie na drodze porównawczej. Spowodowane to jest faktem, że nie jest znana jakakolwiek, możliwa do zrealizowania w warunkach amatorskich, metoda wy-skalowania przyrządu. Jedynie ci Czytelnicy, którzy posiadają znajomych w warsztatach samochodowych, wyposażonych w profesjonalne analizatory spalin, będą mieli możliwość wy skalowania swojego urządzenia poprzez porównanie jego wskazań ze wskazaniami układu fabrycznego.
W praktyce jednak, dokładne wyskalowanie przyrządu nie jest tak bardzo istotne. Układ ma być pomocny przy regulacji silnika w warunkach domowych (lub raczej podwórkowych). Nie musimy wiec znać bezwzględnej wartości zanieczyszczenia spalin. W zasadzie wystarczy nam informacja, że silnik został wyregulowany optymalnie i emituje do atmosfery najmniejszą, możliwą ilość toksycznych związków chemicznych.
Opis działania układu
Schemat elektryczny proponowanego analizatora spalin pokazano na rys. 1. Jak widać, układ zaprojektowany został w oparciu o powszechnie dostępne, tanie i wielokrotnie już wykorzystywane w konstrukcjach AVT elementy. Nie będziemy więc rozwodzić się tutaj nad zasadą pracy popularnego wskaźnika linijkowego typu LM3914, który był już wielokrotnie opisywany.
Pozostańmy jednak chwilę przy czujniku AF50, który ostatnio robi "karierę" w projektach AVT. Czytelnicy EP mieli już okazję zapoznać się z nim m.in. przy okazji omawiania konstrukcji detektora ulatniającego się gazu. Przyjrzyjmy się więc nieco bliżej wspomnianemu czujnikowi, a właściwie całej ich rodzinie - AFXX. Informacje te umożliwią konstruktorom dobór właściwego, do danego zastosowania, typu czujnika.
Czujniki serii AF produkowane są aż w 8 odmianach. Często określa się je jako czujniki wykrywające obecność metanu czy też wodoru. Jak za chwilę zobaczymy, nie jest to do końca prawdziwe. Określenie "czujnik metanu" oznacza tylko to, że dany typ czujnika jest szczególnie uczulony głównie na obecność tego właśnie gazu, ale reaguje także na obecność innych.
Elektronika Praktyczna 10/97
45
Czujnik spalin samochodowych
Rys. 1. Schemat elektryczny układu.
W tab. 1 ujęto podstawowe parametry czujników serii AR
Jak więc widać, wybór mamy spory i w każdym przypadku konstruktor znajdzie wśród czujników AF odpowiedni do swojej konstrukcji. Do naszych celów najodpowiedniejszy będzie czujnik typu AF20, szczególnie uczulony na tlenek węgla, będący jednym z najbardziej toksycznych składników spalin, wydostających się ze źle wyregulowanego silnika samochodowego. Na końcu artykułu wspomnimy jeszcze dlaczego tak ważne było zapoznanie Czytelników z różnymi odmianami układu AFXX.
Do detekcji obecności gazu (tlenku węgla) w spalinach układ wykorzystuje zjawisko katalitycznego spalania cząsteczek gazu na powierz chni p ó łpr z e w o dnika specjalnego rodzaju. Spalający się gaz pochłania tlen zawarty w strukturze półprzewodnika,
powodując zmniejszenia się jego oporności. Z kolei, jeżeli sensor zostanie umieszczony w atmosferze wolnej od gazu, rozpoczyna się pochłanianie tlenu z powietrza i powrót sensora do normalnej oporności. Opisane zjawiska mogą być wyraźnie zauważalne jedynie w podwyższonej temperaturze i dlatego czujnik wyposażony jest w specjalną grzałkę. Zapewnia ona podgrzanie struktury sensora do temperatury ponad 300�C. Od stabilnej pracy tej grzałki zależy w dużym stopniu niezawodność całego urządzenia.
Wartości elementów Pl, PRl i R3 zostały tak dobrane, że po
nagrzaniu sensora, ustabilizowaniu się warunków jego pracy i po wstępnej regulacji za pomocą PRl, na wejściu 6 wzmacniacza operacyjnego IC2B napięcie będzie w przybliżeniu równe połowie napięcia zasilania. Ponieważ na drugie wejście wzmacniacza oraz na wejście RLO układu ICl podawane jest także napięcie równe połowie napięcia zasilającego (wytwarzane przez wzmacniacz operacyjny IC2A), to nie świeci się żadna dioda lub w zależności od sposobu regulacji świeci się najwyżej jedna, pierwsza dioda w szeregu.
Rys. 2. Płytka drukowana części wskaźnikowej.
46
Elektronika Praktyczna 10/97
Czujnik spalin samochodowych
Tabela 1. Podstawowe parametry techniczne czujników serii AF.
Typ czujnika AF10 AF2D AF3D AF33 AF35 AF50 AF56 AF63 AF63p
Szczególnie uczulony na: Wodór Tlenek węgla Dym Dym Dym Metan Propan, butan Toluen, opary benzyny Etanol
Czułość 10..1000ppm 50..2000ppm brak danych brak danych brak danych 5OO..1OOOOppm 500..10000 ppm 100..5000ppm 100..5000ppm
Pobór mocy 530mW 780mW 535mW 680mW 690mW 690mW 690mW 680mW 680mW
Jeżeli oporność sensora zmaleje na skutek wykrycia tlenku węgla lub nie spalonych resztek węglowodorów w spalinach, to napięcie na wejściu wzmacniacza IC2B zwiększy się, a po odpowiednim wzmocnieniu przez ten wzmacniacz spowoduje wy sterowanie wejścia ICl i świecenie się szeregu diod. Liczba włączonych diod będzie proporcjonalna do stężenia szkodliwych składników w spalinach.
Pozostała część układu to zasilacz stabilizowany, zbudowany z wykorzystaniem układu 7805 (IC3).
Układ jest przewidziany do zasilania z instalacji elektrycznej samochodu, lecz można zastosować także zasilacz sieciowy, np. typu "wtyczkowego". Ze względu na konieczność zapewnienia jak najbardziej stabilnych warunków pracy grzałki czujnika, dobrze byłoby zastosować zasilacz stabilizowany o napięciu 9..15VDC.
Montaż i uruchomienie
Na rys. 2 i 3 przedstawiono rozmieszczenie elementów na płytkach drukowanych, które wykonano z laminatu jednostronnego. Rozmieszczenie ścieżek przedstawiono na wkładce wewnątrz numeru. Wielu Czytelników będzie z pewnością oburzonych
Rys. 3. Płytka drukowana czujnika dymu.
tak nieoszczędnym sposobem zagospodarowania powierzchni większej płytki.
Montaż płytek wykonujemy w typowy sposób rozpoczynając od rezystorów, a kończąc na wllitowaniu diod LED. Z tymi elementami będziemy mieli trochę kłopotu i dlatego zalecam sprawdzoną metodę wlutowania najpierw po jednej nóżce każdej z diod, wyrównanie całego szeregu i przylutowanie pozostałych nóżek.
A teraz pora na najbardziej ryzykowną operację: czujnik AF20 musimy trochę przerobić, tak aby zapewnić swobodny przepływ spalin. Wykonanie tej czynności polecam tylko Czytelnikom posiadającym duże zdolności manualne, a pozostali będą musieli pogodzić się z dużą bezwładnością układu.
W dnie obudowy czujnika musimy wykonać dwa otworki o średnicy 1..2mm. Istnieją tylko dwa miejsca, w których możemy to zrobić bez ryzyka uszkodzenia sensora lub grzałki. Ilustruje to rys. 4, na którym zaznaczono bezpieczne miejsca.
Pamiętajmy jednak, że wiertło nie może wejść do wnętrza czujnika na głębokość większą niż max. 5 mm.
Po tej ryzykownej operacji wlu-towujemy czujnik w małą płytkę i teraz wyjaśniamy dlaczego większa płytka ma tak duże rozmiary. Otóż została ona zwymiarowana pod obudowę typu KM-35. Co zadecydowało o wyborze tej właśnie, nieco za dużej, obudowy? Ważny był fakt, że można kupić do niej filtr z czerwonego, przezroczystego polistyrenu. Nie trzeba więc będzie wiercić otworów pod diody LED, które będą doskonale widoczne poprzez płytę czołową - filtr. W płycie czołowej
wiercimy jedynie otwór do zamocowania potencjometru Pl (może on być przykręcony także do dużej płytki, w zależności od długości osi). Płytę czołową łączymy z płytką układu za pomocą tulejek dystansowych lub śrubek M3 o odpowiedniej długości.
Nie udało się dobrać żadnej gotowej obudowy dla małej płytki czujnika. Należy jednak wierzyć, że każdy z Czytelników, którzy zdecydują się na wykonanie proponowanego układu, znajdzie jakieś niewielkie, zamykane pudełeczko z blachy lub tworzywa. Sposób obudowania czujnika ilustruje rys. 5. Do obudowy czujnika musimy dołączyć rurkę z tworzywa sztucznego (np. samochodowy przewód paliwowy), zakończoną metalową rurką o średnicy ok. 8..10 mm. Pozwoli to na ochłodzenie spalin, zanim dostaną się do czujnika.
Wykonany z dobrych elementów układ nie wymaga uruchamiania, a jedynie starannej regulacji. Zmontowany układ dołączamy do zasilania i czekamy ok. 10 minut na ustabilizowanie się warunków pracy grzałki czujnika. Po tym czasie ustawiamy potencjometr Pl mniej więcej w środkowej pozycji i potencjometrem montażowym PRl ustawiamy na-
Miejsce na bezpieczne wywiercenie otworów
Rys. 4. Sposób wykonania otworów mocujących w obudowie czujnika AFxx.
Elektronika Praktyczna 10/97
47
Czujnik spalin samochodowych
pięcie na wejściu wzmacniacza IC2B tak, aby świeciła się tylko jedna dioda. Następnie wkładamy rurkę (patrz rys.5) czujnika do rury wydechowej samochodu przy pracującym silniku. Silnik powinien być dobrze nagrzany i w żadnym wypadku nie może pracować na wzbogaconej mieszance (ssaniu). Jeżeli silnik jest prawidłowo wyregulowany, to powinna zapalić się co najwyżej jedna dioda. Teraz sztucznie "psujemy" regulację silnika, po prostu włączając ssanie. Reakcja naszego układu może być tylko jedna: zapalenie kolejnych, może nawet wszystkich diod. Ponieważ trudno sobie wyobrazić bardziej "brudne" spaliny niż pochodzące
z silnika pracującego na wzbogaconej mieszance, to możemy teraz potencjometrem montażowym PR2 ustawić górny próg działania układu, powodując zapalenie np. dziewięciu diod.
Musimy jeszcze zwrócić uwagę Czytelników na jedną ważną i ciekawą sprawę. Układ nazwaliśmy analizatorem spalin samochodowych. W rzeczywistości jest to miernik ilości gazów w powietrzu! Znając charakterystyki czujników AFXX, możemy go z łatwością przystosować do pomiaru stężenia gazów innych niż tlenek węgla, np. metanu, będącego głównym składnikiem tzw. gazu miejskiego. Zbigniew Raabe, AVT
Obudowa czujnika
Metalowa rurka wchodząca do rury wydechowej samochodu
Rurka z tworzywa o długości ok. 50cm
Czujnik AF20 wraz z płytką
Rys. 5. Sposób wykonania sondy doprowadzającej spaliny do czujnika.
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
PR1: 4,7kn
PR2: 470kO
Pl: 470O/A
Rl: lkii
R2: 10kO
R3: l,5kQ
R4, R5: 22kO
R6, R7: 5,1 kil
Kondensatory
Cl: 1000|iF/25V
C2, C4: lOOnF
C3:
C5:
Półprzewodniki
BR1: mostek prostowniczylA
(okrągły)
DL D2, D3, D4, D5, D6, D7, D8,
D9, D10: LED <|>5
IC1: LM3914
IC2: TL082 lub odpowiednik
IC3: 7805
Różne
CON1, CON2: ARK3
CON3: ARK2
JP1: 2 goldpiny + jumper
Ql: czujnik typu AF20
SW1: włącznik dźwigienkowy
48
Elektronika Praktyczna 10/97
PROJEKTY
Monitor linii telefonicznej
kit AVT-265
Urządzenie zabezpiecza nos
przed płaceniem zbyt
wysokich rach unków, które
często wynikają z działalności
"piratów" telekomunikacyjnych.
Pomimo prostoty konstrukcji,
urządzenie potrafi w 100%
przypadków wykryć próby
realizacji pirackiego
połączenia - pozostaje tylko
problem do kogo się z tą
informacją zgłosić.
Może podpowiedzą nam to
Czytelnicy EP.
Opisane w artykule urządzenie wykrywa poziom napięcia w gnieździe abonenckim i na podstawie jego wartości określa stan linii, najczęściej spotykane wartości to 24V (współczesne centrale cyfrowe) i 50V (starsze, z komutacją krzyżową np. Pentaconta, oraz bardzo juź wiekowe, wybierakowe typu STROWGER). Czasami spotykane są napięcia o wartości 120V w przypadku dołączenia teleksu.
Kryterium zajętości linii ustalono na ok. 14V. Monitor ma histerezę o szerokości 2V: po ustaniu połączeniu (odłożenie mikrotelefonu) napięcie musi wzrosnąć do 16V, aby uznać linię za nieobciążoną. Informacja o statusie linii jest przekazywana optoelektroniczni e do dalszej ewentualnej obróbki, co pozwala bezpiecznie podłączyć dowolny układ sygnalizacji, z mikroprocesorowym włącznie.
Działanie układu
Działanie układu przypomina działanie przetwornicy DC/DC (obniżającej), której zadaniem jest dostarczenie impulsów prądowych na tiansoptor. Ich amplituda może przekraczać dwudziestokrotnie prąd wejściowy (ograniczony do niezbędnego minimum - 0,2mA).
Przekładnia prądowa (i - co za tym idzie - sprawność) mogłaby
być jeszcze wyższa, lecz stwarzałoby to problemy ze stabilnym zasilaniem układu 74HC132, warunkującym dobre działanie generatora.
Generator (schemat na rys.l) kluczuje diodę tiansoptora falą prostokątną, o częstotliwości ok. 25Hz i współczynniku wypełnienia wynoszącym tylko 0,01. Zachodzi tu analogia do pracy podczerwonych diod nadawczych w nadajnikach zdalnego sterowania, w których współczynnik wypełnienia również jest niewielki, aby umożliwić zgromadzenie odpowiedniego ładunku przez kondensator w przerwach między kolejnymi impulsami.
Elementy: Ql, Q2, Q3, Rl i R3 tworzą źródło prądowe o wydajności 0,llmA, ładujące kondensator Cl, cyklicznie rozładowany (co 40ms, przez 0,4ms) prądem 3. .4mA. Jeśli nie jest potrzebna jednakowa stiomość zboczy impulsów przenoszonych przez TOl, można tranzystor Q9 (N-FET) i rezystor R5 zastąpić rezystorem l,2kLi. Między szczytowe napięcie tętnień na Cl wynosi 1,5V, wokół średniej wartości napięcia stałego 4,7..5V (Zener D3).
Multiwibrator: USlA, R9, RIO i C3 oraz komparator: USlD, USlC, Q7, Rll, R12, R13 i R14 są zasilane napięciem 1,8V..2V z równoległego stabilizatora Q4.
Elektronika Praktyczna 10/97
Monitor linii telefonicznej
wt
�-La
Rys. 1. Schemat elektryczny układu.
Rezystor R12, bocznikujący R13 (oba po 820kQ), zmniejsza histe-rezę wejścia Schmitta bramki NAND (US1D) do koniecznego minimum oraz kompensuje niestabilność 2V (spadek 1,65V) w strefie przełączania USlD, spowodowaną wzrostem prądu zasilania US1.
Mechanizm pracy układu jest prosty: zajętość linii (lub jej awaria) powoduje ustawienie poziomu niskiego na wyjściu USlC, blokującego generator i transoptor. Monitor nie odróżnia obniżenia napięcia (poniżej przyjętego progu) od pełnego zaniku lub zwarcia, aczkolwiek podobną funkcję dałoby się łatwo zaimplementować dzięki niskiemu napięciu zasilania USl, niższemu od tego, jakie panuje na aparacie telefonicznym (zwykłe tarczówki: 4..5V, najnowsze: 8..12V).
Komunikowanie się monitora z użytkownikiem, czyli detektor nieprzewodzenia TOl, można rozwiązać wielorako. Schemat ideowy z rys.l przedstawia jedną z propozycji, wykorzystującą licznik z dekoderem "1 z 10" (4017), z wyróżnionym stanem wysokim. Jedynka logiczna przesuwana jest na wyjściach 0..9 w takt opadających zboczy zewnętrznego przebiegu, podanego na wejście zezwalające (wyprowadzenie nr 13). Wystarczy tu przebieg o
częstotliwości sieci (kształt jest bez znaczenia). Cyklicznie przewodzący TOl zeruje licznik, zanim dodatkowe wyjście CO zdąży przyjąć poziom L, a Q5 poziom H i zaświecić LED D4.
Jednak, gdy TOl pozostanie zablokowany na dłużej niż lOOms, (5x20ms, czyli pięć okresów 50Hz) spowoduje to, że L na CLK odetnie sygnał zegara (zgodnie z tabelą prawdy wejść nr 13 i 14) i zaświeci się LED. Bez połączenia CO i CLK LED będzie pulsowała z częstością 5Hz (50Hz/10). Dioda D4 nie wymaga szeregowego rezystora. Przy napięciu zasilania US2 = 5..6V jej prąd wyniesie tylko 4"5mA,
Licznik z świecącą się LED pozostałby w tym stanie dowolnie długo (do skasowania przez użytkownika) - jeśli połączyć CO z kolektorem tranzystora w TOl. Taką właśnie zatrzaskującą pętlę przedstawia lewa strona rys.l. Ta konfiguracja służy do wykrywania każdego zajęcia linii. Wstrzymanie pracy dowolnego czasomierza (np. "zdjęcia" zasilania z zegara kwarcowego) przydałoby kon-
strukcji nowy, praktyczny walor.
Brak jakichkolwiek wymagań w odniesieniu do transoptora (czułość, współczynnik sprzężenia) dopuszcza zastosowanie typów o wysokim napięciu izolacji - np. 10kV. Ma to duże znaczenie w rejonach wiejskich, gdzie funkcjonują jeszcze systemy napowietrzne, narażone na wyładowania atmosferyczne. Także monterzy mają zwyczaj "przedzwaniania" łączy induktorami, których napięcie, przy słabym obciążeniu, przekracza 1000V.
Dlatego też autor poważnie potraktował kwestię bezpieczeństwa i niezawodności. Tej ostatniej służą: warystor Wl o napięciu charakterystycznym 150V, rezystor R2=4,7kQ, dioda D2 oraz wysokonapięciowy tranzystor Ql
Rys. 2. Rozmieszczenie drukowanej.
elementów na płytce
50
Elektronika Praktyczna 10/97
Monitor linii telefonicznej
n f
33k C6V8j * S47n/25V
Zasilanie + U.S. 4017 (6mA)
BC237
50Hz
Rys. 3. Schemat podłączeń przy zasilaniu beztransformatorowym.
BF493S. Krótkie przepięcia - rzędu 1000V, o niewielkiej energii -nie są w stanie poczynić żadnych szkód. Napięcie o większych amplitudach są tłumione przez is-kierniki i warystory mocy, będące w standardowym wyposażeniu głowic i central. Przed skutkami wystąpienia na linii napięcia sieci energetycznej 220V/240V powinien zabezpieczyć bezpiecznik 5 Om A, umieszczony na wejściu monitora, w jednej z linii La lub Lb.
Montaż i uruchomienie
Płytkę drukowaną przedstawiono na wkładce wewnątrz numeru. Rozmieszczenie elementów obrazuje rys. 2.
Elementy oznaczone gwiazdkami: kasujący przycisk SWl chwilowy, normalnie zwarty, oraz R19, pozwalają wykonać wariant urządzenia pozwalający wykryć każde obciążenie linii.
Przy pierwszych próbach uruchomienia monitora można je wmontować (albo SWl zastąpić zworą), natomiast wskazane jest odłączenie kolektora fototranzystora TOl od wyjścia CO układu 4017 i przyłączenie do dodatniego bieguna zasilania US2. Wtedy zaobserwujemy zachowanie monitora podczas regulowania napięcia na wejściu. Wystarczy dysponować źródłem 24V o niewielkiej obciążalności i liniowym potencjometrem 22kQ, którym sprawdzimy czy punkty przerzutu USlD pokrywają się w przybliżeniu z wcześniej podanymi (niedokładności rzędu 10% są do przyjęcia).
Nie należy pochopnie modyfikować części liniowej monitora, który pracuje od 2 lat poprawnie - autor miał czas zoptymalizować układ. Dopuszczalne jest dwukrot-
ne zwiększenie częstotliwości multiwibratora USlA przez obniżenie wartości C3 o połowę.
Monitor nie wymaga żadnej specjalnej procedury montażowej, poza standardową. Przypomnę
0 podstawkach pod USl, US2, a także o rozsądnym okablowaniu całości, uwzględniającym potrzebę zachowania dobrej izolacji napięciowej sprzężenia optycznego.
Jeśli aparat współpracuje z centralą starego typu i abonent nie korzysta z dobrodziejstw wybierania tonowego, to może po wyeliminowaniu C4 (służącego ignorowaniu sygnału zewu) użyć układu do zliczania liczby wybieranych cyfr - np. do blokowania połączeń międzymiastowych (oczywiście w ruchu automatycznym). Odpowiednie modyfikacje pozostawiam już dociekliwości Czytelników.
Zasilanie beztransformatorowe
Zasilanie można zrealizować według rys.3. Dodatni biegun zasilania US2 bezwzględnie musi mieć pewny kontakt (elektryczny
1 mechaniczny) z zerem sieci przez bolec zerujący gniazda. Należy rozebrać gniazdko i sprawdzić jakość połączenia przewodu zerowego.
Cały zasilacz zmieści się we wtyczce, zmontowany na miniaturowej płytce lub w "pająku", zalanym chemoutwardzalnym klejem.
Zwracamy uwagę Czytelników, zamierzających wykonać sieciowy zasilacz do monitora linii telefonicznej, na konieczność zachowania zasad bezpieczeństwa podczas pracy z urządzeniami zasilanymi bezpośrednio z sieci energetycznej. Andrzej Kowalczyk, AVT
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl, R2: 4,7kQ
R3: 1MQ/O,3W
R4, Rló, R17, R19: 5ókQ
R5: 100O
Ró, R7, R8, Rl 1, R18: 510kQ
R9: lMii
RIO: 10kO
R12, R13: 820kQ
R14: 10MQ/0,3W
R15: 150kQ
moc: 0,1 W (z wyjątkiem R3, R14)
Kondensatory
Cl, C2: 1000nF/63V 20%
C3: 82nF/63V 5%
C4: 100nF/160V 20%
Półprzewodniki
USl: 74HC132
US2: 4017
TOl: dowolny transoptor - np.
CNY17, 4N25
Ql: BF 493 S
Q2, G3, Q4, G5, Qó, Q7: BC 237
(wzmocnienie Qó =>200)
Q8: BC 307
Q9: BF 245A
Dl: mostek 1A/2OOV
D2: C150 - 200V/l,3V - dioda
Zenera średniej mocy
D3: C6V2 - dioda Zenera małej
mocy
D4: LED - dowolnego typu
Wl: warystor 150V/0,5W 10%
Uwaga! Zgodnie z przepisami obowiązującymi w naszym kraju urządzenia podłączone do sieci telekomunikacyjnej powinny mieć homologację.
Elektronika Praktyczna 10/97
51
Monitor świateł samochodowych
Urzqdzenie to nie przyda się z pewnościq posiadaczom samochodów wysokiej klasy, bogato wyposażonych w elektroniczne systemy kontroli stanu pojazdu. Opracowaliśmy je z myślq o posiadaczach maluchów i samochodów równie "bogato" wyposażonych w systemy sygnalizacyjne - służy ono .--.bowiem do sprawdza- nia, czy któraś z żaró- wek nie jest uszkodzona, str. 70.
Najprostszy sygnalizator przegrzania Ą
Czy w 1997 roku można zbudować układ elektroniczny na jednym tranzystorze? Na str. 69 autor tego miniprojektu dowiódł, że jest to jeszcze możliwe.
Sprzęt
Opisany w artykule miernik zachwycił nas swojq nietypo-wościq. Część "ukrytych" w nim tajemnic widać na zdjęciu, resztę ujawniamy na str. 26.
Monitor linii telefonicznej A
Jest to kolejne opracowanie, które ułatwia ochronę kieszeni posiadaczy telefonów przed próbami realizacji połqczeh pirackich, str. 49. ,. A
Mikroprocesorowy zestaw edukacyjny T
Urzqdzenie prezentowane w artykule nie wyróżnia się kon-strukcjq elektrycznq, jest za to doskonale oprogramowane. Słowo "edukacyjny" w tytule nie oznacza, że konstrukcja ta powstała z myślq tylko o szkołach - także bardziej zaawansowani użytkownicy systemów mikroprocesorowych doceniq zalety tego sterownika, str. 53.
Przedwzmacniacz audio sterowany szynq I2C
Jest to drugi z czterech projektów wyróżnionych w konkursie EP. Dzięki zastosowaniu przez autora szeregu nowoczesnych układów scalonych, jest to konstrukcja przejrzysta i łatwa w wykonaniu, a przy okazji cechujq jq dobre parametry audio, str. 83.
Moduły analizatora audio
Kończymy cykl artykułów poświęconych analizatorowi audio. W tej części przedstawiamy moduł wyświetlacza oraz sposób montażu urzqdzenia, str. 61.
Programowalny nastawnik do syntezy częstotliwości
Zbudowanie dobrej jakości synte-zera częstotliwości nie jest obecnie zadaniem trudnym do wykonania. Nieco większym problemem jest jego odpowiednie zaprogramowanie. Postanowiliśmy radykalnie rozwiqzać problemy konstruktorów korzystajqcych z układów różnych firm, budujqc uniwersalny nastawnik z możliwoś-ciq programowania -jego opis znajdziecie na str. 37.
o
Czujnik spalin samochodowych j
Ekologia stała się pojęciem ostaT-" nio bardzo modnym. Włqczajqc się w nurt tej pożytecznej mody opracowaliśmy proste urzqdzenie umożliwiajqce sprawdzenie, czy nasz samochód nie zatruwa zbytnio środowiska - str. 45.
Elektronika Praktyczna 10/97
Oprogramowanie projektowe dla układów ISP
W artykule przedstawiamy nowoczesne oprogramowanie projektowe dla układów PLD firmy Xilinx. Dużq atrakcjq prezentowanego zestawu jest zawarty w nim programator z interfejsem JTAG, dzięki czemu można szybko rozpoczqć próby z układami rodziny XC9500, str. 27
Internet dla elektroników
Tym razem przejrzeliśmy strony zwiqzane z prasq I wydawnictwami elektronicznymi, str. 23.
Dwie n
Zgodnie z obietnicq przygotowaliśmy kolejne płyty z oprogramowaniem narzędziowym dla elektroników. Zawartość tych płyt przedstawiamy na str. 126.
IKA
Nr 58
październik '97
Świat hobbył
Projekty zagraniczne
Odstraszacz małych zwierzqt Projekty
Generator funkcyjny 10 MHz, część 1 ................................30
Programowalny nastawnik do syntezera częstotliwości,, 37
Czujnik spalin samochodowych.......................
Monitor linii telefonicznej....................................
Mikroprocesorowy system edukacyjny, część Moduły analizatora audio.................................
MiniprojektyJ
Najprostszy sygnalizator przegrzania Monitor świateł samochodowych ,,,,
45
,49
53
ól
27
75
[ Sprzęt
Multimetr MX-570 firmy METRIX Sterowniki impulsowe, część 5
L Program
Poczqtki DSP......................................................
BASIC dla mikrokontrolerów MCS-51, część 2
Oprogramowanie projektowe
dla układów ISP firmy XILINX............................
Notatnik Praktyka
Heksadecymalne formaty plików danych
ekty Czytelników Przedwzmacniacz sterowany szynq I2C ELEKTRONIKA 89
Nowości AMD..........................................................90
Info Świat..................................................................91
Info Kraj.....................................................................92
Biblioteka EP............................................................8
Kramik+Rynek.........................................................93!
Listy............................................................................98
i Wykaz reklamodawców.....................................106.1
, Ekspresowy Informator Elektroniczny.............107fl
Elektronika Praktyczna 10/97
PROJEKTY
Mikroprocesorowy edukacyjny, część
system
1
kit AVT-353
Prezentowane urządzenie
powstało z myślą głównie
o tych Czytelnikach, którzy
stawiają pierwsze kroki
w świecie mikrokontrolerów.
Jest to bowiem kompletny
mikrokomputer,
z wbudowanymi
w wewnętrzną pamięć
gotowymi procedurami, które
użytkownik może w prosty
sposób wykorzystać do
tworzenia własnych, bardzo
złożonych programów.
Także zaawansowani
użytkownicy mikrokontrolerów
znajdą tutaj wiele
interesujących rozwiązań,
które będą mogli wykorzystać
w swoich opracowaniach.
Dzięki bogatym możliwościom
oprogramowania wbudowanego
w urządzenie, prezentowany
system można zastosować
także jako bardzo pożyteczne
narzędzie warsztatowe.
Spośród wielu dostępnych na rynku rozwiązań, wspomagających proces projektowy sterowników, opartych na mikiokontiole-rach z rodziny MCS51, znaczna ich liczba charakteryzuje się wadami, częstokroć ograniczającymi ich zastosowanie przez amatorów techniki mikroprocesorowej. Do tych wad należą: wysoka cena modułu bazowego i często konieczność stosowania dodatkowego programatora pamięci lub emu-latora mikroprocesora. Jednak najpoważniejszą niedogodnością jest konieczność własnoręcznego oprogramowania systemu od podstaw.
Projekt niniejszy stanowi odmienne podejście do problemu -stosunkowo prosty system mikroprocesorowy, oparty o mikrokon-tioler z rodziny MCS51, integruje w sobie funkcję systemu uruchomieniowego oraz emulatora pamięci typu EPROM, ułatwiającego ładowanie i testowanie kolejnych wersji programu. Ułatwia to zintegrowany system operacyjny, będący zbiorem procedur wspomagających proces tworzenia oprogramowania użytkownika. Udostępnia on operacje realizujące kontakt ze światem zewnętrznym przez: interfejs RS232, magistralę PC, wyświetlacz ciekłokrystaliczny oraz programowaną klawiaturę. Dodatkowo, system operacyjny oferuje procedury operacji arytmetycznych, przetwarzania
danych, pomiarów i generacji wielkości nieelektrycznych, takich jak: czas, częstotliwość i okres.
Opis projektu został podzielony na trzy części. W pierwszej zostanie omówiony sposób działania oraz montaż systemu wraz z towarzyszącym mu oprogramowaniem funkcji emulatora EPROM. W drugiej części omawia się sposób połączenia i użytkowania wyświetlacza ciekłokrystalicznego, który ze względu na różnorodność typów i producentów może nastręczać kłopoty. W części trzeciej zostaną omówione procedury systemu operacyjnego wraz z przykładami ich użycia w programach użytkownika.
Budowa i działanie
systemu
uruchomieniowego
Schemat elektryczny układu przedstawiono na rys.l. Jednostką centralną systemu jest mik-rokontroler Ul, pracujący w konfiguracji z wewnętrzną pamięcią programu (końcówka EA=1), zawierającą procedury ładujące oprogramowanie użytkownika, jak i system operacyjny. Jednocześnie mikrokontioler wykorzystuje możliwość współpracy z zewnętrzną magistralą, dającą dostęp do zewnętrznego obszaru pamięci. Magistrala jest uzyskiwana przez porty PO i P2 miki okoń troi er a
Elektronika Praktyczna 10/97
53
Mikroprocesorowy system edukacyjny
oraz rejestr zatrzaskowy U4, pracujący z aktywnymi wyjściami trój stanowymi (końcówka /OE = 0). Daje to dostęp do 16 linii adresowych - linie A0 do A7 zatrzaskiwane są sygnałem ALE na wyjściach rejestru U4, natomiast linie A8 do A15 uzyskiwane są bezpośrednio na końcówkach portu P2 (linie A13 i A14 pozostaną niewykorzystane). Dodatkowo jest wyodrębnionych osiem linii danych DO do D7, uzyskiwanych na końcówkach portu PO mikrokontrolera.
W układzie zastosowano koncepcję połączonej pamięci programu i danych, której realizacja polega na iloczynie logicznym sygnałów /PSEN oraz /RD mikrokontrolera (diody D3 i D4 wraz z rezystorem R16). Uzyskany w ten sposób sygnał steruje końcówkę /OE pamięci RAM (U2), w efekcie czego mikrokontroler może zarówno pobierać rozkazy (sygnał /PSEN), jak i odczytywać (sygnał /RD) oraz (oczywiście) zapisywać (sygnał
/WR) dane podczas odwołań do zewnętrznej pamięci RAM.
Dodatkowym układem scalonym dołączonym do magistrali jest uniwersalny układ wejścia/ wyjścia PIO (U3), dający do dyspozycji użytkownika trzy oś-mi obito we kanały wejścia/wyjścia. Został on umieszczony w przestrzeni zewnętrznej pamięci danych, zajmując w niej cztery adresy i bajty pamięci - trzy dla portów oznaczonych odpowiednio PA, PB i PC oraz dla rejestru sterującego oznaczonego CTRL.
Mapa pamięci systemu, określająca dostęp do wewnętrznej i zewnętrznej pamięci programu oraz danych, jak i układu wejścia/wyjścia PIO, przedstawiona jest na rys. 2. Wynika z niego podział obszaru pamięci na dwa segmenty o pojemności 32kB, rozróżniane stanem najwyższej linii adresowej A15. Stan niski wybiera bezpośrednio, przez końcówkę / CE, układ PIO (U3), natomiast stan wysoki wybiera, przez końcówkę CE, układ pamięci RAM (U2). Końcówka /CE pamięci RAM ma na stałe podany stan niski.
Tak więc programy użytkownika są ładowane do zewnętrznej pamięci RAM, począwszy od adresu 8000h, uzyskując jednocześnie dostęp do tego samego obszaru traktowanego jako zewnętrzna pamięć danych, oraz uniwersalnego układu wejścia/ wyjścia, umieszczonego pod najniższymi adresami obszaru zewnętrznej pamięci danych. Dodatkowo, dzięki wewnętrznej logice mikrokontrolera, każde odwołanie do najniższych 4kB pamięci programu jest
3333SS
ó ó ó ó
ss a a
S88S8S58
ssssss

sasasass
85883888
ssasasss
sssasa
SRKK
ssaass
r- to i
SS83
3 I
Rys. 1. Schemat układu.
54
Elektronika Praktyczna 10/97
Mikroprocesorowy system edukacyjny
zawsze przełączane na wewnętrzną pamięć programu mikrokon-trolera, dzięki czemu program użytkownika może w prosty sposób korzystać z zapisanych tam procedur systemu operacyjnego. Skutkiem ubocznym tego mechanizmu oraz prostoty samego wybierania układów podłączonych do magistrali zewnętrznej mikro-kontrolera jest fakt istnienia nieokreślonego obszaru w zewnętrznej pamięci programu. Rozciąga się on od adresu lOOOh (4kB+l) aż do końca dolnego segmentu, wyznaczonego adresem 7FFFh. Jednak fakt ten, oprócz treści czysto informacyjnej, nie stanowi jakiejkolwiek przeszkody dla użytkownika systemu.
Bardziej dociekliwi Czytelnicy z pewnością zauważą zastosowanie w systemie niepełnego deko-dowania pamięci RAM, jak i uniwersalnego układu wejścia/wyjścia - pamięć RAM jest powielona czterokrotnie w górnym segmencie zewnętrznej pamięci, natomiast układ HO powielony jest aż 8192 razy w segmencie dolnym.
Na dalszym etapie, aby uniknąć niejednoznaczności, przyjęto początek zewnętrznej pamięci RAM od adresu 8000h, natomiast układu PIO od adresu Oh. Założenie powyższe jest uzasadnione wygodą użytkownika, gdyż generalnie dostęp do pamięci RAM jest realizowany przez wskaźnik DPTR, natomiast układ PIO będzie adresowany przez rejestry RO lub Rl mikrokontrolera.
Budowę systemu uruchomieniowego uzupełniają obwody pomocnicze umożliwiające pracę, jak i podstawowy kontakt ze światem zewnętrznym. Należy do nich interfejs szeregowy RS23 2, zbudowany w oparciu o tranzystory Tl oraz T2 wraz ze współpracującymi rezystorami R2, R3, R4, R5, R6, R7, diodą Dl i kondensatorem C5. Tranzystor Tl stanowi prosty inwerter, przekształcający poziomy napięcia charakterystyczne dla standardu łącza szeregowego (typowo ą12V) na poziomy napięcia TTL, wymagane przez wejście szeregowe RxD mikrokontrolera. Ponieważ w systemie nie zastosowano przetwornicy napięcia ujemnego, jest ono pobierane w sposób sztuczny z końcówki RxD (dostępnej na złączu JP2). Stan spoczynkowy
nadajnika urządzenia sprzęgniętego z systemem, jakim jest w standardzie RS23 2 ujemny poziom napięcia, przenosi się przez diodę Dl, ładując kondensator C5 napięciem ujemnym. Uzyskany na tym elemencie potencjał jest przenoszony z powrotem przez rezystory R6 i R5 do urządzenia sprzęgniętego z systemem, sygnalizując stan spoczynkowy nadajnika zintegrowanego w mik-rokontrolerze.
Zastosowana na złączu JP2 zwora łącząca sygnały DSR, RTS i DTR wymusza przy podłączeniu urządzenia zewnętrznego pełnym kablem modemowym pracę w trybie null modem, przy jednoczesnym zachowaniu wszystkich funkcji dodatkowych. Kolejnym obwodem umożliwiającym kontakt systemu ze światem zewnętrznym jest sprzęg wyświetlacza ciekłokrystalicznego.
Trzecim obwodem służącym do komunikacji jest interfejs magistrali PC. Składa się on z dwu złącz magistrali JP3 i JP4, na które wprowadzono zasilanie, sygnał danych (SDA) i zegara (SCL). Oporniki R9 i RIO zastosowano celem właściwej polaryzacji linii danych i zegara.
Na płytce systemu uruchomieniowego umieszczono opcjonalną pamięć EEPROM (U5) współpracującą z magistralą I2C. Jest to nieulotna, reprogramowana elektrycznie pamięć stała o pojemności 256B, w której użytkownik systemu może przechowywać dane konfi-guracyjne swoich programów (z jednoczesną ich ochroną przed zanikiem zasilania systemu). Zastosowano układ firmy PHILIPS PCF8582 w dowolnym wykonaniu, wymagający do-
PAMIĘĆ WEWNĘTRZNA
PAMIĘĆ PROGRAMU
OOOh
PAMIĘĆ
DANYCH,
REJESTRY
SPECJALNE
FFh
7Fh
datkowo rezystora R8 oraz kondensatora C4. Użycie zastępczego układu firmy SGS-THOMSON typu ST24C02 wiąże się z koniecznością zastąpienia kondensatora C4 zworką. Oczywiście można zastosować inny, niż wymienione typ pamięci, stosownie do niego konfigurując elementy R8 i C4.
Ostatnim, widocznym na schemacie, ogniwem komunikacji jest złącze JP5, na które wyprowadzono końcówki trzech ośmiobito-wych portów wejścia/wyjścia, linie przerwań mikrokontrolera /INTO i /INTl oraz wejścia liczników/czasomierzy TO i Tl. Dostępny jest także sygnał wzorcowy ALE o częstotliwości 2MHz oraz końcówki zasilania: +Vin, +5V, a także masa (GND).
Elementem bezpośredniej komunikacji, nie zaznaczonym na schemacie, a występującym tylko w projekcie obwodu drukowanego, jest złącze umieszczone po lewej stronie mikrokontrolera Ul. Jak można zauważyć, integruje ono porty Pl oraz P3, które są wykorzystywane do komunikacji poprzez opisane wcześniej układy sprzęgające oraz dodatkowe punkty zasilania +5V i masę (GND). Dostępne w ten sposób pola lutownicze przeznaczyć można na rozszerzenie liczby dostępnych końcówek, realizujących standardowo określone funkcje -oznaczeniu punktu, przy pomocy
PAMIĘĆ ZEWNĘTRZNA
PAMIĘĆ PAMIĘĆ
PROGRAMU DANYCH f/PSEN) 9FFFh
8000h 7FFFh
OFFFh
OOOOłi
i/oji
WOLNE
8B RAM (U2)
ZABRONIONE
WOLNE
PIO (U3)
II w i
-CTRL(adress:3) -PC (adress: -PB (odress: 1) -PA (adres: 0)
Przekjczane przez wewnętizną logice mlkrokonłrolera (Ul)
Rys. 2. Mapa pamięci systemu.
Elektronika Praktyczna 10/97
55
Mikroprocesorowy system edukacyjny
schematu ideowego, przyporządkować należy spełnianą w systemie rolę.
W skład obwodów umożliwiających pracę mikrokontrolera Ul wchodzi rezonator kwarcowy Xl wraz z pomocniczymi kondensatorami Cl i C2. Częstotliwość jego pracy powinna wynosić typowo 12MHz, co jest wartością wzorcową dla procedur systemu operacyjnego, i nie powinna być zmieniana.
Ostatnim układem wymagającym szczegółowego omówienia jest obwód zerowania mikrokontrolera, wykonany w oparciu o tranzystor T3 wraz z współpracującymi elementami (rezystory: Rll, R12, R13, R14, R15 oraz D2, C3 i SW1), którego działanie polega na kontroli wartości napięcia zasilania systemu. Utrzymywany w stanie przewodzenia tranzystor T3, którego baza jest spolaryzowana przez kalibrowany dzielnik złożony z rezystorów Rll, R14 i R15, wymusza w trakcie normalnej pracy stan niski na końcówce RESET mikrokontrolera.
Obwód zerowania posiada integralną funkcję restartu ręcznego, dokonywanego przez zwarcie styków mikroprzełącznika SWl oraz zerowania z systemu nadrzędnego, podłączonego przez złącze JP2. Uzyskiwane jest to dzięki połączeniu rezystora R13 oraz diody D2 z końcówką DTR złącza JP2. Pojawienie się napięcia dodatniego lub pozostawienie tej końcówki nie podłączonej nie ma wpływu na pracę systemu uruchomieniowego.
Napięcie ujemne, wprowadzone na tę końcówkę, utrzymuje system w stanie ciągłego zerowania (stan wysoki na końcówce RESET mikrokontrolera). Możliwość powyższa jest wykorzystywana podczas ładowania programu użytkownika do pamięci RAM, gdyż po zerowaniu każdorazowo automatycznie jest uruchamiana procedura ładująca, umieszczona w wewnętrznej pamięci programu mikrokontrolera.
Na koniec opisu budowy systemu uruchomieniowego przedstawimy obwód zasilania, składający się ze stabilizatora głównego oraz rezerwowego zasilania pamięci RAM. Stabilizator główny jest wykonany w oparciu o monolityczny regulator Sl, dostarczający niezbędnego napięcia o wartości +5V oraz kondensatorów
filtrująco-odsprzęgających C6, C7 i C8. Generalnie, system uruchomieniowy jest przystosowany do zasilania napięciem niestabilizo-wanym o wartości 8 do 15V (typowo 12V), ze źródła o wydajności prądowej wynoszącej około 200mA. Zastosować można zwykły zasilacz kalkulatorowy, spełniający wyżej wymienione warunki. Nie należy zasilać systemu napięciem o wartości +5V, doprowadzonym do oznaczonych tak końcówek złącz JPl i JP5, ponieważ jest ono tam wyprowadzone celem zasilania zewnętrznych układów logicznych napięciem stabilizowanym.
W skład obwodu rezerwowego zasilania pamięci U2 wchodzi dioda D5 i rezystor R17, których zadaniem jest kluczowanie źródła zasilania. Może być nim napięcie +5V dołączone przez diodę D5 (rezystor R17 ogranicza prąd ładowania akumulatora) lub akumulator Bl zasilający pamięć przez rezystor R17. Zastosowano tu prostą metodę ładowania akumulatora malejącym prądem, tj. w miarę wzrostu stopnia naładowania akumulatora wzrasta jego napięcie, a tym samym zmniejsza się spadek napięcia na rezystorze R17, maleje przepływający przez niego prąd, będący jednocześnie prądem ładowania akumulatora.
Funkcja emulatora EPROM
Funkcja emulatora EPROM jest uruchamiana każdorazowo po zerowaniu systemu, kiedy to zainstalowane wewnątrz mikrokontrolera oprogramowanie analizuje stan odbiornika łącza szeregowego. Nieodebranie jakiegokolwiek znaku przez czas około 0,9 sekundy lub odebranie znaku różnego od "?" powoduje natychmiastowe przekazanie sterowania do programu użytkownika (o ile ten został uprzednio załadowany do pamięci systemu). Odebranie natomiast znaku "?" powoduje nadanie winiety zintegrowanego programu ładującego oraz uruchomienie procedur realizujących funkcję emulatora EPROM, które oczekują na transmisję programu użytkownika. Jeżeli pierwszym, odebranym znakiem jest ":", to cały przesyłany program użytkownika traktowany jest jako zbiór w formacie heksadecymal-nym, uzyskiwanym z większości
kompilatorów i asemblerów stworzonych dla rodziny procesora 8051. Tak więc możliwe jest bezpośrednie przesyłanie do systemu uruchomieniowego plików wynikowych kompilacji, czy też asemblacji programów użytkownika, gdyż oprogramowanie obsługuje funkcję emulatora, automatycznie dokonując przekodowania z formatu heksadecymalne-go na binarny. Nadmienić należy, iż obsługiwanym formatem zbiorów szesnastkowych jest format INTEL HEX (opisany w EP9/97).
Jeżeli pierwszym odebranym znakiem nie będzie ":", cały przesyłany program użytkownika jest traktowany jako zbiór binarny -zostanie on bezpośrednio załadowany do pamięci systemu. Podczas ładowania zbiorów w tym formacie zrealizowano tzw. "echo". Polega ono na kontroli poprawności zapisu bajtu programu do pamięci, a następnie na odesłaniu tak uzyskanego bajtu, przy pomocy łącza szeregowego, z powrotem do urządzenia przesyłającego kod programu użytkownika, którym będzie komputer typu PC. Umożliwia to użytkownikom z większym doświadczeniem zastosowanie w miejscu pamięci RAM typu 62 64 układu pamięci EEPROM typu np. 28C64. Mechanizm ten należy wykorzystać następująco: bajt odsyłany jest dopiero po uzyskaniu poprawnego zapisu komórki pamięci EEPROM. Tak więc, program ładujący, działający na komputerze PC, otrzymuje w ten sposób informację o zakończeniu cyklu zapisu, co umożliwia przesłanie kolejnego bajtu programu użytkownika.
Po załadowaniu całości programu użytkownika, oprogramowanie emulatora EPROM przekazuje mu kontrolę nad systemem uruchomieniowym. Sytuacja ta pozostanie nie zmieniona, aż do sprzętowego wy zerowania procesora lub wykonania długiego skoku z wnętrza programu użytkownika pod adres 0 (tj. LJMP 0).
Programy użytkownika powinny być asemblowane od adresu 8000h (wektory przerwań odpowiednio 8003h, 800Bh, 8013h, itd.), gdyż pod takim adresem znajduje się połączona pamięć programu i danych U2 (patrz rys. 2 - mapa pamięci systemu).
Pamięć ta ma 8kB pojemności, co dla większości zastosowań jest
56
Elektronika Praktyczna 10/97
Mikroprocesorowy system edukacyjny
wartością w zupełności wystarczającą. Uważać jednak należy, aby nie przesyłać programów o objętości większej niż 8kB binarnie, ponieważ całość informacji znajdująca się poza granicą 8kB spowoduje zniszczenie danych znajdujących się już w pamięci. Spowodowane jest to niepełnym dekodowa-niem układu pamięci. Te dwa opisane ograniczenia są jedynymi dotyczącymi programów użytkownika. Wraz z systemem uruchomieniowym są dostarczane na dyskietce dwa programy wspomagające jego funkcje: emul51.exe dla funkcji emulatora, oraz recv51.exe dla obsługi interfejsu szeregowego. Zastosowanie programów wymaga wykonania kabelka połączeniowego według rys. 3, który od strony komputera PC może być zakończony odpowiednio złączem CA-NON25 (jeżeli dysponujemy złączem dużym), lub CANON9 (jeżeli dostępne jest złącze małe). Wyboru wariantu należy dokonać indywidualnie, w zależności od wolnego portu szeregowego COMn. Jeżeli dysponujemy kilkużyłowym kabelkiem w oplocie ekranującym, to oplot należy użyć jako połączenie masowe (GND).
Zastosowanie programu emul51.exe umożliwia w pełni automatyczne ładowanie i uruchomienie programu użytkownika wraz z jednoczesną, podstawową obsługą sytuacji nieprawidłowych. Program obsługuje system uruchomieniowy podpięty do komputera PC przez złącze interfejsu szeregowego C0M1 lub C0M2.
Składnia wywołania programu jest następująca: , gdzie jest nazwą pliku wynikowego kompilacji lub asemblacji wraz z rozszerzeniem, który ma zostać załadowany do pamięci systemu. Natomiast opcjonalny parametr informuje program o użytym łączu

ZŁĄCZE CANNON25 (ŻEŃSKIE) ZŁĄCZE , md CANNON9 LUH (ŻEŃSKIE)
RxD( 3)- ------RxD( 2)
TxD(2)- ------TxD( 3)
DTR(2Q)- ------DTR( 4)
DSR(6)- ------DSR(6)
CTS ( 5) - ------CTS ( 8)
GND( 71- ------GND ( S)
DOSYSTEMU URUCHOMIENIOWEGO
ZŁĄCZE CANNON9 (ŻEŃSKIE)
TxD( 2)
RxD ( 3) RT3{ 8) DTR( 6) CTS( 7)
GND{ S)
Rys. 3. Sposób wykonania połączeń w uproszczonym kablu RS232 (null modem).
szeregowym COMl lub C0M2 (jeżeli numer łącza zostanie pominięty, przyjęty będzie domyślnie COMl).
Program emul51.exe umożliwia ładowanie plików heksadecy-malnych, jak i binarnych, jednak obsługa tych ostatnich nie uwzględnia tzw. "echa" realizowanego przez zainstalowane w mikrokontrolerze oprogramowanie emulatora EPROM.
Jak wspomniano, dodatkową opcją programu jest sygnalizacja nieprawidłowości, takich jak błędne podanie oznaczenia portu szeregowego, nazwy pliku lub brak podłączenia wtyków do komputera PC i systemu uruchomieniowego, nie włączone zasilanie systemu itd.
Drugi program - recv51.exe służy do obustronnej komunikacji użytkownika z systemem realizującym jego program. Zadanie to jest wykonywane przez odbiór i wyświetlanie na ekranie monitora napływających łączem szeregowych informacji, jak i przesyłanie danych wprowadzanych bezpośrednio z klawiatury komputera PC do systemu uruchomieniowego. Dodatkowo wprowadzono możliwość zdalnego zerowania (jednak bez możliwości ingerencji w załadowany do pamięci program użytkownika) oraz zapis przebiegu sesji łączności do pliku recv51.ssa. Należy wykazać jednak pewną ostrożność, gdyż w razie wykonania zdalnego zerowania, poprzednio zapisane w tym pliku informacje zostaną skasowane i zapis rozpocznie się od nowa.
Składnia wywołania programu jest następująca:
- opcjonalny parametr informuje o użytym łączu szeregowym COMl lub C0M2 (domyślnie przyjęty zostanie COMl). Podobnie jak poprzednio opisany program emul51.exe, program recv51.exe sygnalizuje nieprawidłowości w sposób niemal identyczny.
W działaniu obu opisanych programów przeszkadzać mogą rezy den tnie zainstalowane w komputerze PC sterowniki urządzeń dodatkowych, używające do swoich celów łącza szeregowego, przeznaczonego do
komunikacji z systemem uruchomieniowym. Aby uniknąć niespodzianek należy je bądź zdeinsta-lować (przez modyfikację odpowiednich plików config.sys, i/lub autoexec.bat), bądź przenieść na inne dostępne łącze szeregowe.
Należy dodatkowo nadmienić, że ze względu na metodykę zerowania systemu uruchomieniowego przez wykorzystanie stanu linii DTR łącza szeregowego, podczas wyłączenia komputera PC oraz bezpośrednio po jego włączeniu system uruchomieniowy będzie pozostawać w stanie ciągłego zerowania, co w sposób oczywisty blokuje jego pracę. Aby umożliwić równoległy start systemu uruchomieniowego bezpośrednio po włączeniu zasilania komputera PC, na początku pliku autoexec.bat należy dopisać następujące linie:
@mode COMn,480>0,n,8,1 >nul
@echo ! >COMn, gdzie określa numer łącza przeznaczonego do komunikacji z systemem.
W pierwszej linii określamy parametry łącza wymagane przez zintegrowane oprogramowanie emulatora EPROM (szybkość 4800Bd, bez kontroli parzystości, osiem bitów danych i jeden bit stopu). Natomiast w drugiej linii przesyłamy znak różny od "?", z jednoczesnym ustawieniem stanu 1 na linii DTR łącza szeregowego. Operacja ta spowoduje natychmiastowe uruchomienie programu użytkownika, o ile był on uprzednio załadowany do pamięci.
Montaż i uruchomienie
Widok płytki drukowanej znajduje się na wkładce wewnątrz numeru, a rozmieszczenie elementów pokazano na rys. 4. Montaż należy rozpocząć od ewentualnego sprawdzenia i roz-wiercenia otworów pod następujące elementy: wiertłem 3-mm cztery otwory nośne umieszczone w pobliżu krawędzi płytki i wiertłem 2,5-mm otwór mocujący stabilizator Sl. Otwory pod następujące elementy: złącze JP2, akumulator Bl, stabilizator Sl, złącze zasilania JPl oraz ewentualnie punkty lutownicze złącza JP5 (o ile zamierzamy je w przyszłości lutować) należy rozwiercić wiertłem 1-mm. Dodatkowo, wier-
Elektronika Praktyczna 10/97
57
Mikroprocesorowy system edukacyjny
tłem 3-mm należy rozwiercić dwa otwory nośne, umieszczone na dołączonej do zestawu płytce uniwersalnej.
Następnie, przy pomocy piłki włosowej należy wyciąć szczelinę pomiędzy dwoma otworami umieszczonymi w punktach lutowniczych elementu nośnego złącza JP2 - operację powyższą wykonać należy dwukrotnie, dla dwu punktów lutowniczych. Montaż układu rozpoczynamy od wlutowania osiemnastu mostków lutowniczych, zwracając szczególną uwagę na umieszczone pod układem scalonym U 2.
UWAGA: nie montować na razie mostka przebiegającego nad rezonatorem kwarc owym X1.
Wlutowanie stabilizatora Sl po-
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl: 470O
R2, R8, R12, R13: 10kO
R3, R6: 2,2kQ
R4, R7, R9, RIO, R16: 4,7kQ
R5: 220O
Rl 1: 220kQ
R14: 47kQ
R15: dobierany
R17: 270O
Pl: lOkO - potencjometr
miniaturowy
Kondensatory
Cl, C2: 33pF
C3, C7: lOOnF
C4: lnF
C5: 10|iF/16V
C6: 220jiF/25V
C8: 100jiF/16V
Półprzewodniki
Ul: AT89C51
U2: 6264
U3: 8255 lub 82C55
U4: 74HCT573
U5: PCF8582 (ST24C02 - patrz
tekst)
Sl: 7805
Dl, D2, D3, D4, D5: 1N4148
Tl, T3: BC547
T2: BC327
Różne
Xl: kwarc 12MHz
JP1: gold-pin 1x3
JP2: złącze DSUB-9
JP3, JP4: gold-piny 1x4
LCD1, LCD2: złącza męskie ZWS-
10
Bl: 3,6V/60mAh
Swl: mikroprzełącznik
O OO* O** 9 9000000Ó
o oo* o** o
o
ż0000000 ooo >ooooooo ooo
=u-
winno, w miarę możliwości, być poprzedzone delikatnym posmarowaniem p owi erze hni styku elementu pastą silikonową, po czym powinien on zostać, w pierwszej kolejności, dokręcony do p owi erze hni druku śrubką M2,5 i dopiero przylutowany. Ma to na celu zap ewnienie dobrych warunków chłodzenia, osiąganych przez dobry kontakt elementu z podłożem.
Kolejno należy wlutować wszystkie rezystory i diody, pomijając potencjometr Pl oraz rezystor R15, który po-wi ni en być dobrany indywidualnie. Stosownie do typu zastosowanego układu U5, na-1 e ży tak że dobrać elementy R8 i C4. Jeżeli zamierzamy korzystać z możliwo ści wymiennej instalacji płytki uniwersalnej, należy stosownie przyciąć złącze krawędziowe do odpowiedniego rozmiaru, usunąć kołki z pozycji, na których znajdują się szczeliny prowadzące płytki uniwersalnej, przygiąć końcówki złącza i wlutować je.
Następną czynnością jest wlutowanie podstawek pod układy Ul, U2 i U3 oraz samych układów U4 i opcjonalnie U5 (jeżeli zamierzamy z niego korzystać).
UWAGA: podstawka pod U3 jest wlutowana odwrotnie w stosunku do Ul i U2.
060606060
6�***�**O��**�***6
O o�** �oo o 9 �** �*** 9 9�**O***9 �O* O*** O
� O�*� �O� �
oo***�**�
oo�*� �o� o oo***�**o
9 ��*� �o� 9 óooooaooi 6 ��**�*�<
t6 �*� O**� 6
0OOO0vw
9�**�**9
9�**O**0
0�**�*�0 9 �0*0*00
9 �**�*� 9
ooo*o*oo
o �**�*� o
6 �**�*� 6
99990000
0 0 O f-
eeaa
000000000000000600

& gi (5 s (g a a o o
�
Rys. 4. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej.
W dalszej kolejności należy wlutować pozostałe złącza i elementy systemu, pozostawiając na koniec montaż rezonatora Xl, którego obudowę należy przylu-tować kroplą cyny do opasowu-jącego go mostka. Ostatnią czynnością pozostaje umieszczenie układów: Ul, U2 i U3 w podstawkach - U3 odwrotnie w stosunku do Ul i U2 oraz dobór rezystora R15. Dokonujemy tego po uprzednim zasileniu systemu
58
Elektronika Praktyczna 10/97
Mikroprocesorowy system edukacyjny
napięciem niestabilizowanym o wartości 8 do 15V, podanym przez złącze JPl oraz sprawdzeniu poprawności zasilania +5V.
Doboru wartości rezystora R15 dokonać należy podłączając w jego miejsce potencjometr o wartości typowo 2 2 0kQ, ustawiony wstępnie na minimalną wartość rezystancji. Stopniowo zwiększać należy jego rezystancję, mierząc napięcie kolektor-emiter tranzystora T3 - po osiągnięciu przez nie wartości około 0,15V pomiar rezystancji potencjometru da poszukiwaną wartość rezystora R15. Oczywiście, należy zastosować rezystor o najbliższej, możliwej do pozyskania, wartości. Ostatnią kwestią pozostaje montaż, pominiętego wcześniej, potencjometru Pl, stosowanego tylko w przypadku konieczności zewnętrznej regulacji kontrastu wyświetlacza ciekłokrystalicznego (w innym przypadku nie jest on wymagany). Tak przygotowana płytka jest gotowa do pierwszego uruchomienia.
Połączywszy system uruchomieniowy z komputerem typu PC przy użyciu opisanego wcześniej kabelka, włączamy zasilanie systemu, w katalogu zawierającym dostarczone na dyskietce programy wydajemy komendę: , gdzie COMn jest numerem portu szeregowego przeznaczonego do komunikacji z systemem. Pojawienie się winiety programu ładującego, a następnie wskaźnika procentowego zaawansowania procesu ładowania i komunikatu o zakończeniu ładowania jest sygnałem sukcesu - pierwszy program został załadowany i uruchomiony w naszym systemie. Aby zobaczyć efekt tego działania należy w tym samym katalogu uruchomić program . Na ekranie monitora
powinna pojawić się kolumna utworzona z napisu: "System uruchomieniowy, program testowy.". Dodatkowo na dyskietce znajduje się plik start.a51, zawierający uruchomiony program w postaci źródłowej wraz z odnośnymi komentarzami. Należy nadmienić, iż jest to pierwszy program wykorzystujący procedury systemu operacyjnego. Jeśli jednak nie uzyskaliśmy oczekiwanego sukcesu, konieczne jest wnikliwie sprawdzenie poprawności montażu płytki oraz ciągłości wszystkich ścieżek, jak i braku mikro-zwarć pomiędzy nimi, gdyż tylko takie mogą być przyczyny tego, że system nie działa.
Na dyskietce znajduje się jeszcze jeden plik testowy, służący do sprawdzenia poprawności komunikacji systemu ze złączem rozszerzenia JP5, w czym pośredniczy uniwersalny układ wejścia/wyjścia U3. Wykonać należy polecenie: - załadowany i uruchomiony zostanie program wywołujący na wszystkich liniach portów PA, PB i PC naprzemienne stany niskie i wysokie, z tym, że częstotliwość uzyskiwana na linii oznaczonej przez 0 jest najwyższa, po czym kolejno zmniejsza dwukrotnie swą wartość dla każdej następnej linii, osiągając dla linii oznaczonej przez 7 wartość najniższą. Sprawdzenia poprawności generowanych przebiegów można dokonać najprościej przy pomocy diody świecącej, połączonej z odpowiednio dobranym rezystorem ograniczającym. Uzyskanie równomiernych przebiegów o kolejno malejącej częstotliwościach wskazuje na poprawną pracę układu U3.
W tym miejscu kończymy opis budowy i uruchomienia systemu. Dalej zajmować się będziemy jedynie aspektami tworzenia oprog-
ramowania z użyciem procedur systemu operacyjnego, jednakże Czytelnicy dysponujący większym doświadczeniem już mogą rozpocząć użytkowanie proponowanego systemu uruchomieniowego. Krzysztof Kuryłowicz
Oprogramowanie do obróbki plików binarnych i szesnastko-wych oraz do kompilacji programów dla mikrokontrolerów 8051 znajduje się na płycie CD-EPl.
Elektronika Praktyczna 10/97
59
PROJEKTY
Moduły analizatora audio
kit AVT-258 kit AVT-259
Kończymy opis konstrukcji
modułowego analizatora audio.
Ze względu na dużą
elastyczność modułów
wchodzących w skład tego
urządzenia, należy zwrócić
uwagę na ich poprawne
zmontowanie.
Wobec tego, wszystkich
wykonawców analizatora
zachęcamy do dokładnego
przeczytania ańykuiu. Bez
uwzględnienia uwag autora,
samodzielne zmontowanie
całości nie będzie zbyt łatwe!
Blok wyświetlacza
W układzie analizatora widma m o źna wy kor zy s ta ć j akikol wi ek wskaźnik matrycowy. W podstawowej wersji liczba kolumn wyświetlacza nie może być większa niż 16, bo tyle kanałów ma współpracujący zespół filtrów, prostowników i sterownika. Oczywiście, można dowolnie zwiększać liczbę kanałów, zwiększając liczbę użytych modułów AVT-
191/258/259. Wyświetlacz w modelu wykonano z czterech gotowych wskaźników punktowych LTP2158A.
Płytkę drukowaną, przeznaczoną do montażu takiego wyświetlacza, pokazano na wkładce wewnątrz numeru, a rozmieszczenie elementów na rys. 6. Przy tak prostej płytce nie ma potrzeby rysowania schematu ideowego wyświetlacza - jest to po prostu
s
x
S
U
o
O I a
O
O I a
o
n
I i
u ?
0OO0OO4O
a ?
Rys. ó. Płytka drukowana wyświetlacza.
Elektronika Praktyczna 10/97
61
Moduły analizatora audio
Przewody wyświetlacza lutować w otwory rezystorów R46...R55
Rys. 7. Schemat ideowy wskaźnika analizatora.
matryca składająca się z szesnastu kolumn i dziesięciu rzędów. Kolumny zasilane są od strony plusa zasilania, a rzędy od strony masy. Oczywiście, można tu zastosować dowolny inny wskaźnik, na przykład składający się ze 160 pojedynczych diod LED.
Wskaźnik zmontowany na płytce drukowanej z rys. 6 (i pokazany na fotografii) może być wykorzystywany w różnych układach. Dlatego na tylnej stronie płytki umieszczono tylko napisy: MIN, MAX, LEFT i RIGHT. Dziesięć punktów umieszczonych między napisami MIN i MAX należy dołączyć do wyjść modułu AVT-257, natomiast szesnaście punktów rozmieszczonych wzdłuż dłuższej osi płytki należy dołączyć do układu AVT-259.
Montaż i uruchomienie
Do układu analizatora nie trzeba montować wszystkich elementów na płytkach modułów AVT-257, AVT-258 i AVT-259.
Na rys. 7 pokazano schemat ideowy układu, jaki należy zmontować na płytce AVT-257. Odpowiedni schemat montażowy pokazany jest na rys. 8. W układzie analizatora, najbardziej sensowne jest wykorzystanie układu LM3915 o logarytmicznej charakterystyce
przejściowej - uzyskuje się wtedy wyświetlacz o rozdzielczości w pionie równej 3dB, co w praktyce jest zupełnie wystarczające. Układ LM3915 pracuje tu w najprostszej aplikacji. Dla zwiększenia obciążalności prądowej wyjść dodano jedynie dziesięć tranzystorów.
Z kolei na rys. 9 przedstawiono elementy, które należy zmontować w układzie detektora. Rys. 10 pokazuje aktualny schemat montażowy.
Rys. 11 przedstawia okrojoną wersję modułu sterownika AVT-259. Płytka z elementami jest pokazana na rys. 12.
Montaż należy wykonać według ogólnie znanych zasad, na podstawie rysunków 7.. 12 oraz fotografii. Moduł AVT-258 nie wymaga żadnego uruchamiania.
W module AVT-258, po zmontowaniu należy sprawdzić napięcia stałe na kondensatorach C9..C16. Potrzebny do tego będzie woltomierz o rezystancji wewnętrznej 10MQ (najlepiej multimetr cyfrowy). Należy Rys. 8. Schemat
WYKAZ ELEMENTÓW
AVT-258 Rezystory
R1..R8: 9..12kO 1%
R9..R16: lOOka 1%
R17..R24: 3O..39kQ 1%
R25..R32: 1MO 10%
R3Ó, R38: lOOka
R38:10kO
Pl: lOOka miniaturowy
Kondensatory
C1..C8, C17: 330..470nF
C9..C16: ljiF
C18: lOOnF ceramiczny
C19: 47..100^F/16V
Półprzewodniki
Dl: 1N4148
T1..T8: BC558
US2: 4051
AVT-259 Rezystory
Rl: 10kO
R2..R7, R10..R25, R42..R46: zwora
R8, R9: nie montować
R26..R41: 82Q
Kondensatory
Cl: 47nF
C2: lOOnF ceramiczny
C3, C4: 47..100^F/16V
Półprzewodniki
T1..T1Ó: BC548
US1: 4029
US2, US3: 4028
US4: 4093
tak ustawić potencjometr Pl, aby napięcia te nie były większe niż 40mV. Regulacje można także wykonać później, po całkowitym zmontowaniu analizatora - chodzi o to, by przy braku sygnału wejściowego nie świeciła się żadna z diod wyświetlacza. Układ multipleksera od razu powinien pra-
TU TBO CO OOOOOOOO Oc BO OOOOOOOO OB E888888888fir
1s �) ~AVT-257 , ZUORA j^ ^c^ u* AVT-257
C yl* /hg
& Q Cl O
a �
�p c AD
montażowy wskaźnika analizatora.
62
Elektronika Praktyczna 10/97
Moduły analizatora audio
WyJMe
odo modułu
AVT-2E7
RE5,"H32-1M C1..M-2SO..470(1 C9",C1B-1|I
Rys. 9. Schemat ideowy detektora analizatora.
i sprawdzając przebiegi. Można to zrobić za pomocą oscyloskopu, ale w zasadzie wystarczy dołą-
cować poprawnie i nie ma potrze-by sprawdzania go przed całko-witym zmontowaniem analizatora.
Ponieważ w analizatorze wy-stępują dwa moduły AVT-258, można zamontować elementy Dl, R36, R37, R39 i Pl tylko w jed-nym z nich i połączyć przewodem odpowiednie punkty obu płytek.
Przy montażu płytki AVT-259 nie wolno zapomnieć o licznych zwo-rach (w tym o zworze między punktami PiR oraz X,Y). Rezystory R26..R41, umieszczone na tej płytce, wyznaczają jasność świecenia wy-świetlacza. W żadnym wypadku nie wolno ich zwierać, bo grozi to uszkodzeniem wyświetlacza.
Moduł sterujący należy spraw-dzić podając napięcie zasilające
Przy
czyc dlod H' J' K olaz �"15' Plzy nm do ?"*&Ś*"Ś P dloda rwiecie ]asnym światłem.
dołączeniu do punktów F, G, H, J- K dloda Powinna mieć o po- łow 1/16)' Nle Powllmo slwiększa od 30"40Hz. Dlatego generator z bramką US4A powinien wytwarzać przebieg o częstotliwości 600"1000Hz.
Moduły należy połączyć ze sobą kierując się schematem blokowym z EP 12/95 su\ 38. Należy pamiętać, że punkty J i K modułu AYT-259 trzeba połączyć do punktów D dwóch modułów AVT-258.
Trzeba też zastosować filtry pasmowe (dwa moduły AYT-191) o odpowiednio stromych zboczach charakterystyki amplitudy czyli o znacznej dobroci Q. W modelu, przy standardowych kondensatorach z szeregu El2 o pojemnościach 33OnF"lnF, zastosowano jed-noprocentowe rezystory o wartości
Rys. 10. Schemat montażowy detektora analizatora.
Elektronika Praktyczna 10/97
63
Moduły analizatora audio
UWAGA/ ZmryzmmlmftR2."R7,R1Q...R2S,R42^ft46. Yfykonać mutrę X - Y, oraz zwaff P - fl.
00 Q1 02 Q3 Q4 05 QS Q7 08 09
US2 4028 A B C D
Q0 Q1 02 03 04 05 06 07 QB
US3 4028 A B C D
QA QB OC QD CLK US1 4029
A B C D PE Cl B/D U/D
13
10
m-ś---------..------�-
/ zwora
"y _L
------------------------------------------------------------------------------------------------------OÓ Ó-----O
A B C D INT
A B C INH D
Rys. 11. Schemat ideowy układu sterującego analizatora.
2,26k(Rl..RlO) i 3,65kQ (R10..R18) oraz 82,5kQ(Rl9..R27). Nie muszą to być rezystory jednoprocentowe. W praktyce wystarczy tolerancja 5%. Pozostałe moduły (wzmacniacze i generator szumu) będą stosowane według potrzeb.
Rolę płyty bazowej spełniał w modelu fragment dużej płyty uniwersalnej PU-02. Połączenia między modułami należy zaprojektować i wykonać we własnym zakresie. Nie będzie to trudne dla bardziej zaawansowanych elektroników, a chyba jedynie tacy zabiorą się za budowę tego, dość skomplikowanego i rozbudowanego przyrządu.
Na wkładce wewnątrz numeru przedstawiono także projekt płyty czołowej, przeznaczonej do dużej plastykowej obudowy Ż17 firmy Kradex, o wymiarach 92x217x235mm. W modelu płytę czołową wydrukowaną na papierze samoprzylepnym naklejono na wyciętą wcześniej płytę czołową z pleksiglasu.
6 5 70 2 ł1 3 H ?H B 10 O 9II
Ol
M JK B^c' Le'd'a'hFGP
Rys. 12. Schemat montażowy układu sterującego analizatora.
Przy uruchomieniu modelu nie wystąpiły żadne trudności. Piotr Górecki, AVT
64
Elektronika Praktyczna 10/97
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.
Najprostszy sygnalizator przegrzania urządzeniaelektrycznego
Odczuwam głębokie
zażenowanie i tremę
przed przedstawieniem
Czytelnikom EP niżej
opisanego układu.
Redaktor Naczelny EP
prosił mnie
o wykonanie kilku
miniprojektów. Ale czy
proponowany układ
zasługuje na tę nazwę?
Może raczej jest to
miliprojekt, lub nawet
mikro- czy
nanoprojekcik (piko- to
byłaby już chyba
przesada}? Jak nazwać
urządzenie
elektroniczne
zawierające tylko jeden
element czynny -
tranzystor?
Pewnym pocieszeniem jest fakt, że układ ten może spełniać wielce użyteczne funkcje. Okazuje się, że nawet w dobie wszechobecnych procesorów i układów scalonych wielkiej skali integracji, można zaprojektować coś ciekawego i pożytecznego na jednym tranzystorze.
Bardzo często korzystamy z urządzeń elektrycznych, którym ewentualne przegrzanie grozi uszkodzeniem, a co najmniej nieprawidłowym działaniem. Typowym przykładem może tu być silnik wiertarki elektrycznej, czy też silniki urządzeń gospodarstwa domowego. Także starszej generacji układy elektroniczne, nie zabezpieczone termicznie, mogą zyskać na dodaniu do nich prostego sygnalizatora alarmującego przy nadmiernym wzroście temperatury. Nie ograniczajmy się jedynie do urządzeń elektrycznych i elektronicznych: każdy kierowca wie doskonale, czym gro-
zi przegrzanie silnika, a "cud techniki", jakim jest FIAT126, nie ma żadnego wskaźnika temperatury! Kolejnymi urządzeniami, w jakich proponowany wskaźnik może znaleźć zastosowanie, są urządzenia chłodnicze: domowe lodówki.
Opis działania układu
Przejdźmy wreszcie do zaprezentowania Czytelnikom u kła d u w s ka ź n i ka, którego schemacik przedstawiono na rys. 1. Najważniejszym elementem układu jest tranzystor PNP - Tl. Jego bazę
T włączono pomiędzy dzielnik napięcia, utworzony przez ter-mistor RTl i potencjometr montażowy PR1. Wartość rezystancji potencjometru montażowego została dobrana tak, że w temperaturze uznawanej w danym za-
stosowaniu za normalną, napięcie na bazie tranzystora nie powoduje jeszcze jego włączenia. Jeżeli jednak temperatura wzrośnie ponad dopuszczalną, to tranzystor Tl zacznie przewodzić, przepuszczając coraz większy prąd.
Przy normalnej pracy świeci się jedynie zielona część dwukolorowej diody LED - Dl. Kiedy tranzystor Tl zaczyna przewodzić (o-twierać się), coraz mocniej świeci czerwona część dwukolorowej diody. Jednocześnie zaczyna przygasać dioda zielona. Jeżeli temperatura nadal będzie wzrastać, to dioda zielona zgaśnie, a czerwona zacznie świecić z pełną luminacją. Opisany efekt jest spowodowany faktem, że napięcie, które odkłada się na diodzie czerwonej, jest znacznie mniejsze niż napięcie na diodzie zielonej. Świecąca czerwona dioda po prostu "zwiera sobą" diodę zieloną!
Proponowany układ jest zasilany bezpośrednio
Elektronika Praktyczna 10/97
MINIPROJEKTY
z sieci energetycznej 22OV, za pośrednictwem typowego prostownika z podwaja-czem napięcia, zbudowanego na diodach D3, D4 oraz stabilizatora z diodą Zene-ra D2. Kondensator Cl i rezystor R2 ograniczają prąd pobierany z sieci, a dioda D2 stabilizuje napięcie w układzie na poziomie ok. 9V. Rezystor R3 potrzebny jest w zasadzie tylko w fazie testowania i regulacji układu. Jego zadaniem jest rozładowywanie kondensatora Cl, co zabezpiecza przed nie-groźnimi wprawdzie, ale przykrymi udarami elektrycznymi, które mogłyby mieć miejsce nawet po odłączeniu układu od sieci.
Montaż
i uruchomienie
Mozaikę ścieżek płytki drukowanej przedstawiono na wkładce wewnątrz numeru. Rozmieszczenie elementów pokazano na rys. 2. Sposób montażu nie wymaga chyba komentarza, może z wyjątkiem uwagi, aby nie spieszyć się ze skracaniem wyprowadzeń termistora THl.
Zmontowany układ wymaga jedynie prostej regulacji, polegającej na ustawieniu potencjometrem montażowym maksymalnej temperatury, dopuszczalnej dla zabezpieczanego urządzenia. Płytka układu jest tak mała, że z pewnością
Rys. 2.
zmieści się w obudowie większości wiertarek czy urządzeń AGD. Termistor należy umocować w bezpośrednim sąsiedztwie nagrzewającego się elementu, w razie konieczności
przedłużając jego wyprowadzenia. Zbigniew Raabe, AVT
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
PR1: 4,7kQ
RT1: 22kQ/20�Club podobny
Rl: 5ÓOQ
R2: 22Q/0,5W
R3: 1MQ
Kondensatory
Cl: 220nF/400V
C2: lOOnF
C3: 1OO^F/1OV
Półprzewodniki
Dl: LED dwukolorowa i|5mm
D2: dioda Zenera 9, IV
D3, D4: 1N4007 lub
odpowiednik
Tl: BC557 lub odpowiednik
Różne
CON1: ARK2 (mały)
Kompletny układ i płytki drukowane są dostępne w AVT pod oznaczeniem AVT-116.3.
Elektronika Praktyczna 10/97
MINIPROJEKTY
Monitor świateł samochodowych
Proponowany układ
ma bardzo ważne
zastosowanie. Pozwala
bowiem zwiększyć
bezpieczeństwo ruch u
drogowego, które
w naszym kraju nie jest
największe.
Zgodnie z Kodeksem Drogowym, każdy pojazd poruszający się po drogach publicznych powinien być wyposażony w określone przepisami oświetlenie, oświetlające zarówno drogę przed pojazdem, jak i sygnalizujące aktualnie wykonywany manewr. Do najważniejszych świateł zainstalowanych w każdym pojeździe można zaliczyć światła długie, mijania i (a może przede wszystkim) światła sygnalizujące uruchomienie hamulców głównych, czyli popularne "stopy". Niestety, żarówki stosowane w światłach samochodowych nie są wieczne i niekiedy ulegają przepaleniu. Ponadto, w starszych samochodach jakość styków w oprawkach do żarówek nie jest najlepsza. Podobnie jak blachy sarn oc h od u , elementy te
z czasem ulegają korozji, co powoduje zmniejszenie jasności światła, a nawet całkowite jego wyłączenie.
Codziennie można zobaczyć jakiś samochód poruszający się po zapadnięciu zmroku z jednym
czynnym reflektorem świateł mijania lub drogowych. Fakt przepalenia jednej z żarówek jest w warunkach ruchu miejskiego dość trudny do zauważenia z wnętrza samochodu. Wprawdzie kierowca przed wyruszeniem w drogę jest, zgodnie z Kodeksem Drogowym, zobowiązany sprawdzić stan oświetlenia, ale nie zawsze się o tym pamięta. Natomiast jakie znaczenie ma prawidłowe działanie świateł stopu, wie chyba każdy kierowca.
Awaria tych świateł może przynieść bardzo przykre, a nawet tragiczne skutki. Sprawdzenie popra-wności działania świateł stopu jest szczególnie kłopotliwe w przypadku, kiedy nie mamy drugiej osoby do pomocy.
Proponowany układ rozwiązuje wszystkie te problemy. Natychmiast wykrywa i zasygnalizuje sygnałem
akustycznym fakt awarii którejkolwiek z monitorowanych żarówek. Więcej, niezależnie od sygnału akustycznego otrzymamy natychmiast informację, która konkretnie żarówka uległa przepaleniu lub została odłączona na skutek korozji oprawki. Jeżeli do tego dodamy, że urządzenie jest wręcz śmiesznie proste i tanie, to możemy dojść do wniosku, że powinien je wykonać i zainstalować w swoim samochodzie każdy elektronik - kierowca.
Opis działania układu
Opis układu rozpoczniemy od analizy sposobu działania modułu wykrywającego przerwę w obwodzie żarówki. Schemat tej części układu został przedstawiony na rys. 1. Jak wi-
70
Elektronika Praktyczna 10/97
MINIPROJEKTY
ŻARÓWKA 1 (NP PRAWA ŚWIATEŁ DROGOWYCH)
Rys. 1.
dać, moduł służy do monitorowania dwóch żarówek jednocześnie. Ma to sens, ponieważ wszystkie ważne światłą samochodowe występują zawsze "parami": dwa światła drogowe, dwa mijania i dwa stopy. Do zrozumienia zasady działania układu wystarczy więc omówić działanie jednego bloku, zaznaczonego na schemacie linią przerywaną.
Najważniejszym elementem układu jest wzmacniacz operacyjny ICl, pracujący jako komparator napięcia. Porównuje on dwa napięcia: napięcie odkładające się na rezystorze pomiarowym R3 po włączeniu żarówki i napięcie z dzielnika zbudowanego z rezystorów Rl i R2. Jakie napięcia będą panować na wejściach wzmacniacza po włączeniu sprawnej żarówki? Dla uproszczenia przyjmijmy, że napięcie w instalacji samochodowej wynosi 12V (co nigdy w sprawnej instalacji samochodowej nie jest prawdą). Wartość rezystora R3, oznaczoną na schemacie (*) ustalamy na razie na O,1Q. Na dzielniku R1+R2 powstanie, zgodnie z prawem Ohma, napięcie ok.
11,9V, które zostanie doprowadzone do wejścia 2 ICl. Przyjmijmy, że włączona została żarówka o mocy 40W (światła mijania). Pobierany prąd będzie więc równy 3,33A, a na rezystorze R3 powstanie spadek napięcia równy ok. O,333V. Tak więc napięcie na drugim wejściu komparatora wyniesie ok. 11,66V, a na jego wyjściu powstanie umowny stan niski, powodujący zatkanie tranzystora T2.
Sprawdźmy jeszcze, czy nasz układ będzie działał poprawnie przy kontrolowaniu świateł stopu. Moc żarówki stosowanej w tych światłach wynosi typowo 21W. Tak więc napięcie na wejściu 3 ICl będzie wynosiło ok. 11,8V, co oznacza,
ŻARÓWKA 2 {NP LEWA ŚWIATEŁ DROGOWYCH}
że układ będzie nadal działał poprawnie.
Powyższe rozważania miały raczej charakter teoretyczny. W praktycznym zastosowaniu układu, po zamontowaniu go w instalacji samochodowej, jako rezystor pomiarowy możemy wykorzystać oporność kabli doprowadzających prąd do żarówki, lub nawet rezystancję bezpiecznika. W większości instalacji samochodowych do zabezpieczenia świateł drogowych i mijania stosuje się cztery bezpieczniki, po jednym na każde włókno żarówki. Takiego rozwiązania nie można zastosować do monitorowania świateł stopu, ponieważ są one zasilane przez jeden bezpiecznik, wspólny
dla innych odbiorników energii w instalacji samochodowej. W każdym jednak przypadku rezystor R3 musimy zastosować, lecz wartość nie jest krytyczna, chociaż nie może być zbyt duża.
Zobaczmy teraz, co się stanie, jeżeli żarówka zostanie przepalona lub, z jakiejkolwiek przyczyny, nie dopłynie do niej prąd. Na wejściu 3 wzmacniacza operacyjnego będzie napięcie zasilania, czyli wyższe o ok. O,lV od napięcia na drugim wejściu tego komparatora. Na wyjściu wzmacniacza wystąpi wówczas napięcie bliskie napięciu zasilania i tranzystor T2 zacznie przewodzić. Jakie będą tego skutki, dowiemy się za chwilę.
Na rys. 2 przedstawiono schemat "centralki" naszego monitora świateł samochodowych. Ten fragment układu monitora jest dołączony jedynie do plusa zasilania instalacji samochodowej (wejście A). Do wejścia B..G są dołączane wyjścia trzech modułów, monitorujących trzy zespoły świateł samochodu. Dopóki żaden z tranzystorów modułu detekcji nie przewodzi, nie dzieje się nic, układ centralki "wisi w powietrzu", dołączony jedynie do plusa zasilania.
Jeżeli jednak po włączeniu któregoś z monitorowanych obwodów okaże się, że zasilana z niego żarówka nie pali się, to jeden z tranzystorów zacznie przewodzić. Załóżmy, że jest to tranzystor, którego kolektor został
I ZASILANIE (PO STACYJCE)
?
Pl EZO Z GENERATOREM
seo 560
D7 1^ 1N41�
DB 1^ 1N41�
D8 1^ 1N414a
?10 l~ 1N414B
D11 1^ 1N414B
?12 1^ 1N+1�
Rys. 2.
Elektronika Praktyczna 10/97
71
MINIPROJEKTY
Rys. 3.
połączony z wejściem B. Zajdą wtedy dwa zjawiska: za pośrednictwem diody D7 generator akustyczny zostanie dołączony także do minusa zasilania, sygnalizując jakąś awarię oświetlenia i jednocześnie zostanie także zasilana dioda LED Dl, której zadaniem jest powiadomienie kierowcy, o którą konkretnie żarówkę chodzi.
Montaż
i uruchomienie
Na rys. 3 przedstawiono rozmieszczenie elementów na płytkach drukowanych układu. Mozaika ścieżek płytek drukowanych przedstawiona została na wkładce wewnątrz numeru.
Montaż układów wykonujemy typowo i jak zwykle w "urządzeniach samochodowych" powstaje dylemat:
stosować czy nie stosować podstawek? Jak zwykle w tej sytuacji autor raczej odradza ich stosowanie, chyba że będą to podstawki doskonałej jakości.
Po zmontowaniu wszystkich płytek przyjdzie pora na najstrasz-niejsze, czyli na montaż gotowych układów w samochodzie i okablowanie tego wszystkiego. Na rys. 4 został pokazany przykładowy sposób włączenia naszego układu w obwód instalacji elektrycznej samochodu. Jako rezystory pomiarowe żarówek świateł mijania i długich wykorzystano bezpieczniki. W takim przypadku zamiast rezystorów R3 i R9
0 wartości O,lQ wlutowano rezystory o wartości 10kQ. Do monitorowania świateł stopu wykorzystano wluto-wane w płytkę rezystory R3
1 R9, o wartości O,lQ. Takie rozwiązanie kontroli stopów było znacznie mniej pracochłonne w porównaniu z metodą wykorzystania rezystancji przewodów. Zastosowanie tej drugiej metody, prawdopodobnie skutecznej, spowodowałoby bowiem konieczność poprowadzenia aż czterech dodatkowych przewodów to tyłu samochodu,
co nawet w przypadku Fiata 126 jest dość uciążliwe.
Po zmontowaniu całości instalacji musimy jeszcze wykonać ostatnią, nieodzowną czynność: starannie zabezpieczyć lakierem izolacyjnym płytki obwodów drukowanych. Odpowiedni do tego celu lakier jest w ofercie handlowej AVT.
Warto jeszcze wspomnieć o miejscu zamocowania elementów naszego monitora. Miejsce zamontowania modułów wykrywających przepalenie żarówek jest uzależnione oczywiście od typu samochodu i wybranego rodzaju rezystorów pomiarowych. Centralka powinna być zamocowana w miejscu, które może być widziane przez kierowcę, niekoniecznie stale.
W kicie, który zainteresowani mogą nabyć w AVT, znajdować się będzie jedna płytka centralki i trzy płytki modułów czujnika wraz ze wszystkimi niezbędnymi elementami. Jest to minimum pozwalające na wykonanie instalacji takiej, jak na rys. 4.
Jeżeli ktoś chciałby zabezpieczyć także i inne światła w samochodzie (np. pozycyjne), może niezależnie nabyć dodatkowe płytki. Należy jedynie wspomnieć, że opisany wyżej układ nie bardzo nadaje się do monitorowania świateł
DO ODBIORNIKÓW
WYKAZ ELEMENTÓW
Centralka Rezystory
Rl, R2, R3, R4, R5, R6:
5ÓOQ
Półprzewodniki
Dl, D2, D3, D4, D5, D6:
LED
D7, D8, D9, D10, Dli, D12:
1N4148 lub odpowiednik
Różne
CON1, CON3: ARK3
CON2: ARK2
Ql: piezo z generatorem
Moduł detekcji awarii żarówek
(Uwaga: w kicie znajduję
się trzy kompiety eiementów
i trzy płytki do tego
modułu)
Rezystory
Rl, R7: 100Q
R2, R8: 10ka
R3, R9: O,1Q/5W lub
dobrane przez użytkownika
R4, Rl 1: 5,6kQ
R5, R6: lka
Kondensatory
Cl, C2: 47OnF
Półprzewodniki
IC1, IC2: TL081 lub
odpowiednik
Tl, T2: BC548 lub
odpowiednik
Różne
CON1: ARK3
CON2, CON3: ARK2
Obudowa KM25B: 4szt.
Kompletny układ i płytki drukowane są dostępne w AVT pod oznaczeniem AVT-1164.
kierunkowskazów, a w każdym razie jego regulacja byłaby dość kłopotliwa.
Monitor świateł kierunkowskazów połączony z ich sterownikiem jest obecnie opracowywany w Pracowni Konstrukcyjnej AVT i zostanie w najbliższym czasie opublikowany. Zbigniew Raabe, AVT
Rys. 4.
Elektronika Praktyczna 10/97
NOWE PODZESPOŁY
Jak zrobić sinusoidę?
GEC PLESSEY
Dwa uldady produkowane przez GEC Plessey są przeznaczone do stosowania w maszynach z silnikami o zmiennej prędkości obrotowej, takich jak: zmywarki, wentylatory, urządzenia klimatyzacyjne, pompy wodne itp. SA828 to uldad scalony spełniający funkcję trójfazowego generatora PWM, przeznaczony do stosowania tam gdzie jest wymagane tanie sterowanie silnikami prądu zmiennego. Częstotliwość nośna może osiągać 24kHz, co pozwala w prosty sposób wykonać przetwornicę pracującą poza pasmem akustycznym. Kształt sygnału wyjściowego przechowywany jest w pamięci ROM układu scalonego. Zaprojektowano dwa kształty sygnału wyjściowego: sinusoidę z trzecią harmoniczną (standardowy sposób zwiększenia mocy silnika przy danym napięciu wejściowym] oraz czysty przebieg sinusoidalny.
Układ pracuje jako urządzenie peryferyjne mikrokontrolera, przy czym jego obsługa nie obciąża zbytnio procesora - jego nadzór ogranicza się głównie do kontroli i wprowadzania zmian w częstotliwości lub amplitudzie sygnału wyjściowego. Praktycznie dowolny 4 lub 8-bitowy mi kro kontroler może sterować tym układem.
Model SAS 38 jest jednofazową wersją układu SA828, produkowaną zmyślą o rynku awaryjnych zasilaczy podtrzymujących UPS (Uninterruptible Power Supplies] i prostych silników elektrycznych.
Oba układy są dostępne zarówno w obudowie DIP, jak i w wersji do montażu powierzchniowego SOP. Istotna jest informacja, że oba pracują w rozszerzonym zakresie temperatur: od -40 do +85 stopni Celsjusza.
Nowe procesory rodziny
MSP430 ^Texas
Instruments
W skład rodziny procesorów MSP430 wchodziły dotychczas dwa układy: x3l0 oraz x3 20. Rosnąca popularność tych układów, a wraz z nią wymagania użytkowników spowodowały, że Texas Instruments wprowadził na rynek dwa nowe, znacznie udoskonalone układy tej serii (tab.l].
Najważniejsze różnice pomiędzy procesorami dotychczas produkowanymi, a nowymi to:
/wbudowana jednostka mnożenia sprzętowego; / dodatkowy, 16-bitowy timer o dużych
możliwościach (możliwość m.in. generowania przebiegów PWM];
/ port szeregowy USART, który może pracować jak standardowa jednostka UART lub jako interfejs SPI;
/ cztery dodatkowe porty 8-bitowe, które umożliwiają w sumie wykorzystanie 40 wyprowadzeń I/O. Aż 30 pinów I/O można wykorzystać do sterowania wyświetlaczem LCD.
Tabela 1.
Oznaczenie układu ROM/EPROM RAM Obudowa
MSP430C336 24kB/- IkB OFP100
MSP430C337 32kB/- IkB OFP100
MSP430P337 -/32kB IkB OFP100
MSP430E336 -/32kB IkB COFP100
Elektronika Praktyczna 10/97
73
NOWE PODZESPOŁY
Nowe procesory Ziloga
Zilog wprowadził na rynek sześć nowych mikro kontrolerów rodziny Z8CCP (tab.l). Są to uldady wykonane w nowej technologii, opracowanej przez Ziloga kilkanaście miesięcy temu, dzięki czemu procesory mogą być taktowane sygnałem zegarowym o dość dużej częstotliwości.
Nowe uldady stanowią uzupełnienie rodziny, w skład której wchodzą ponadto układy o pojemności pamięci programu (OTP-
ROM] 5l2B/lkB/2kB, pojemności pamięci danych RAM 61..236B i liczbie wyprowadzeń 18..40. Zakres prawidłowego napięcia zasilania wynosi 3,5..5,5V, dla temperatur pracy w granicach O..+7O�C. Jeżeli użytkownikowi zależy na szerszym przedziale temperatur |-40.. + l05�C], to układy rodsiny Z8CCP można także stosować, lecz wymagane jest wtedy napięcie zasilania mieszczące się w przedziale 4,5..5,5V.
Tabela 1.
Typ układu OTPROM IkB] RAM IB] Maksymalna częstotliwość zegara IMHzI Ilość linii 1/0 Obudowy
Z8GE33 4 237 16 24 DIP23, SOIC23, OFP23
Z8G733 3 237 16 24 DIP23, SOIC23, OFP23
Z8GE34 16 237 16 24 DIP23, SOIC23, OFP23
Z8GE43 4 236 16 32 DIP40, PLCC44.0FP44
Z 8 67 43 3 236 16 32 DIP40, PLCC44.0FP44
Z8GE44 16 236 16 32 DIP40, PLCC44.0FP44
Programowanie nowych układów jest możliwe w oferowanych przez Ziloga zestawach uruchomieniowych, wymagane są jednak dodatkowe adaptery.
Nowy układ do ładowarek akumulatorów >l/l >J XI Vl/I
Nowy układ MAX846A firmy Maxim u-możliwia kompleksowe rozwiązanie problemów, na jakie napotykali dotychczas użytkownicy różnego rodzaju przenośnych źródeł energii. Na rynku można obecnie kupić trzy podstawowe rodzaje ogniw: niklowo-kadmowe (NiCd], nikłowo-wodorkowe (NiMH] oraz litowo-jonowe (Lilon].
Każde z nich, ze względu na odmienną konstrukcję i zasadę działania wymaga specyficznego dla nich sposobu ładowania, co zapewnia optymalnie długi czas życia ogniwa i jego dużą wydajność. Dzięki uniwersalnej konstrukcji układu MAX846A, obwody wyjściowe mogą zapewnić stabilizację prądu lub napięcia, gwarantując dobre parametry ładowania ogniw. Wartość prądu ładowania oraz napięcia końcowego można zmodyfikować, przystosowując do indywidualnych wymagań ładowanych ogniw. Liczbę ładowanych ogniw (1/2] można wybierać przy pomocy zewnętrznego pinu. Możliwe jest także przełączenie ładowarki w tryb obniżonego poboru mocy.
Przykładową aplikację oraz budowę układu MAX846A przedstawiono na rys.l.
Układ MAX846A, oprócz funkcji ładowarki, może także spełniać rolę zasilacza do systemu |xP o napięciu wyjściowym 3,3V i wydajności prądowej 20mA. Zasilacz ten jest wewnętrznie połączony z komparatorem spełniającym rolę układu zerującego system |xP.
Tak silne ukierunkowanie układu MAX846A na współpracę z mikrokontrolerem wynika z przeznaczenia układu - może on pracować samodzielnie lub jako element wykonawczy, odpowiadający za poprawne ładowanie ogniw zasilających w większym systemie cyfrowym (np, przenośnym komputerze].
oTOpG
Rys. I.
Układy MAX846A są dostępne w 16-pino-wych obudowach QSOP (ozn. MAX846AE-EE] oraz w postaci nieobudowanej struktury (ozn. MAX846AC/D]. Układy w obudowach
O.SOP mogą pracować w temperaturze otoczenia -4O.. + 85�C. Układy bez obudów powinny być instalowane w urządzeniach pracujących w przedziale temperatur O..+7O�C.
74
Elektronika Praktyczna 10/97
NOTATNIK PRAKTYKA
Heksadecymalne formaty plików danych
W artykule przedstawiamy
szczegółowy opis kilku
najpopularniejszych formatów zbiorów,
używanych do przenoszenia danych
pomiędzy różnymi urządzeniami
cyfrowymi.
Informacje zawarte w artykule
umożliwiają zarówno analizę zbiorów
tworzonych przez kompilatory, jak
i samodzielną ich obróbkę.
Każdy, kto choć raz zetknął się w praktyce z techniką mikroprocesorową, spotkał się z pojęciem pliku kodu wynikowego (lub końcowego) programu lub danych. Zbiory takie są najczęściej wynikiem kompilacji i operacji linkowania (łączenia z innymi opcjonalnymi modułami) zbioru źródłowego do postaci akceptowanej przez urządzenia końcowe (np. programatory pamięci EPROM, programatory mikroprocesorów, różnego rodzaju emulatory oraz gotowe mikrosterowniki, przystosowane do przyjmowania informacji, bądź to w postaci programu lub tabel danych).
W każdym przypadku na etapie końcowym istnieje potrzeba przesłania danych ze źródła, którym najczęściej jest komputer PC lub zewnętrzny inteligentny mikrosterow-nik do urządzenia odbiorczego. Do transmisji, ze sprzętowego punktu widzenia, używa się najczęściej łącza szeregowego (RS232C) lub równoległego (Centronics), które są obecnie najpopularniejsze.
Najprostszym sposobem przesyłania danych jest transmisja w postaci binarnej, bajt po bajcie - od pierwszego do ostatniego bajtu informacji. Sposób ten jest prosty, lecz posiada kilka poważnych wad. Pierwsza - to brak kontroli poprawności przesyłania danych (np. w postaci sumy kontrolnej). Inną wadą jest brak możliwości bezpośredniego adresowania wybranych obszarów pamięci, do których odebrane dane są ładowane przez urządzenie odbiorcze. Aby zaradzić tym wadom opracowano kilka standardowych formatów danych, dzięki którym wyeliminowano wady typowego binarnego sposobu przesyłania danych.
Najogólniej rzecz ujmując, dane zapisywane są w postaci heksadecy-malnej (szesnastkowej), przy użyciu znaków ASCII: "0"..."9", "A"..."F", w standardowych zbiorach tekstowych, bezpośrednio czytelnych także dla operatora. Dane zapisywane są w rekordach, w których oprócz pewnej umownej liczby bajtów danych znajdują się dodatkowe informacje, takie jak: adres, pod który mają zostać załadowane dane znajdujące się w rekordzie, czy suma kontrolna.
Obecnie najczęściej stosowane w praktyce formaty to:
- Intel-Hex,
- Motorola,
- Tektronix.
Formaty INTEL Format "Intel 1"
Charakterystyka: 16-bitowe pole adresu, używany dla zbiorów danych
0 wielkości do 64kB. Najbardziej rozpowszechniony format wśród narzędzi i sterowników opartych na mikroprocesorach 8-bitowych.
Struktura rekordów:
a) rekord danych Nr Opis znaku
1 nagłówek = znak ":" (dwukropek)
2,3 liczba bajtów danych 4,5 MSB adresu ładowania
rekordu 6,7 LSB adresu ładowania
rekordu
8,9 typ rekordu, zawsze "00" 10...x dane, x= (liczba bajtów
danych -l)*2+ll. x+l, x+2 suma kontrolna x+3, x+4 znaki CR+LF (koniec
linii)
b) rekord końcowy Nr Opis znaku
1 nagłówek = znak ":"
(dwukropek)
2,3 liczba bajtów danych="00" 4...7 adres = "0000" 8,9 typ rekordu, musi być "01" 10,11 suma kontrolna rekordu 12,13 znak końca linii : CR+LF
Suma kontrolna jest dopełnieniem (kod U2) 8-bitowej sumy (bez przeniesienia) wszystkich bajtów w rekordzie. Dla rekordu końcowego suma wynosi "FF" (255).
Format "Intel 2"
Charakterystyka: format rozpowszechniony dla programowania sterowników opartych na rodzinie MCS86, używa 20-bitowego pola adresowego, stosowany dla zbiorów o wielkości danych powyżej 64kB. Format znany tez pod nazwa "Intel-Extended".
Elektronika Praktyczna 10/97
75
NOTATNIK P RA KTYKA
Struktura rekordów: a) rekord danych -
taki sam jak
w formacie Intel-1
h) rekord rozszerzenia adresu fang.
Extended Address Record)
Nr Opis
znaku
1 nagłówek = znak ":"
(dwukropek) 2,3 liczba bajtów danych,
zawsze "02" 4...7 adres rekordu, zawsze
"0000"
8,9 typ rekordu, musi być "02" 10,11 MSB offsetu adresu
ładowania 12,13 LSB offsetu adresu
ładowania
14,15 suma kontrolna 16,17 znaki końca linii: CR+LF
cl rekord adresu startowego (dla kodu procesorów 8086 i pochodnych) Nr Opis
znaku
1 nagłówek = znak ":"
(dwukropek)
2.3 liczba bajtów danych, zawsze "04"
4...7 adres rekordu, zawsze
"0000"
8,9 typ rekordu, musi być "03" 10...13 wartość rejestru CS 14...17 wartość rejestru IP 18, 19 suma kontrolna 20,21 znaki końca linii: CR+LF
Na rys.l przedstawiono przykładową strukturę rekordu danych i rekordu rozszerzenia adresu w formacie Intel 1 i 2
Formaty MOTOROLA Format "Motorola Sl"
Charakterystyka: format z 16-bito-wym adresem, używany dla plików o wielkości danych do 64kB. Struktura rekordów:
a) rekord danych Nr Opis znaku
1,2 nagłówek, dwa znaki="Sl"
3.4 liczba bajtów danych + 3 5,6 MSB adresu ładowania
rekordu 7,8 LSB adresu ładowania
rekordu 9...x dane: x = (liczba bajtów
danych -l)*2 + 10 x+l, x+2 suma kontrolna X+3, x+4 znak końca linii: CR+LF
b) rekord końcowy Nr Opis
znaku
1,2 nagłówek, dwa znaki="S9" 3,4 znak końca linii: CR+LF
przykład rekordu w formacie INTEL-1
: 1002000000102030405060708090A0B0C0D0E0F76
:10 0200 00 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 0A OB OC OD OE OF 76
U U I___I U I_______________________________I U
nagłówek | adres typ dana
liczba bajtów wj�"1*' danych (dan8>
suma kontrolna
:00000001FF :00 0000 01 FF
UU
I U U
typ
rekordu (końcowy)
(suma kontrolna + liczba bajtów danych + MSB adresu + LSB adresu +suma bajtów danych) mod 256 = 0
rekord rozrzarzenla adresu w formacie INTEL-2
:020000021234B6
:02 0000 02 12 34 B6
U
nagłówek
liczba bajtów danych
adres typ rakordj
suma kontrolna
adres ofsełu, czyli następne rekoidy będą ładowane z pizesunięciam +12340h (adres 20-bltowy)
Rys. 1. Przykładowy rekord danych i rozszerzenia adresu w formacie Intel 2.
przykład rekordu w formacie MOTOROLA S2
S214000000123047250791245081275012784503FF68
S2 14 000000 12 30 47 25 07 91 24 50 81 27 50 12 78 45 03 FF 68
nagłówek
liczba bajtów danych + 4
24-blt adres
dane
suma
kontrolna
(suma kontrolna + liczba bajtów danych + HSB...LSB adresu + + suma bajtów danych) mod 255 = 0
Rys. 2. Przykładowy rekord danych w formacie Motorola S2.
przykład rekordu w formacie TEKTRONDC1
/02001003000102030405060708090A0B0C0D0E0F78
/ 0200 10 03 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 0A OB 0C OD OEOF 78
nagłówek adres
liczba bajtów danych
suma 1
suma
2
dane suma 1 = 03 = 0+2+0+0+1+0
suma 2 = 7B = 0+0+0+1+0+2+0+3+0+4+0+5+0+6+0+7+0+B+9+0 +A+0+B+0+C+0+D+O+E+0+F
Rys. 3. Przykładowy rekord danych w formacie Tektronix 1.
Format "Motorola S2"
Charakterystyka: format z 24-bito-wym adresem, używany w zbiorach o wielkości danych powyżej 64kB. Struktura rekordów: a] rekord danych Nr Opis znaku
1,2 nagłówek, dwa znaki="S2" 3,4 liczba bajtów danych + 4 5,6 MSB 24-bitowego adresu
rekordu 7,8 środkowy bajt 24-bitowego
adresu rekordu 9,10 LSB 24-bitowego adresu
rekordu 11...x dane: x = (liczba bajtów
danych - l)*2 +12 x+l, x+2 suma kontrolna x+3, x+4 znak końca linii:
CR+LF
Liczba bajtów danych zawiera także bajty adresu i sumę kontrolną.
b) rekord końcowy Nr Opis
znaku
1,2 nagłówek, dwa znaki="S9" 3,4 znak końca linii: CR+LF
Suma kontrolna dla każdego rekordu jest 8-bitową sumą (bez przeniesienia), w kodzie Ul, bajtów danych oraz adresu ładowania.
c) dodatkowy rekord komentarza Nr Opis
znaku
1,2 nagłówek, dwa znaki="S0" 2...x+l komentarz o długości x
znaków x+2, x+3 znak końca linii: CR+LF
Elektronika Praktyczna 10/97
NOTATNIK PRAKTYKA
Na rys.2 przedstawiono przykładowy rekord w zapisie Motorola S2.
Format Motorola S3
Charakterystyka: format z 32-bito-wym adresem. Opisano tylko rekord danych, pozostałe takie jak dla formatu Motorola S2.
a) rekord danych Nr Opis znaku
1.2 nagłówek, dwa znaki="S3"
3.4 liczba bajtów danych + 5 5,6 MSB 3 2-bitowego adresu
rekordu 7...10 2 środkowe bajty adresu
rekordu 11,12 LSB 32-bitowego adresu
rekordu 13...x dane: x = (liczba bajtów
danych - l)*2 +14 x+l, x+2 suma kontrolna X+3, x+4 znak końca linii: CR+LF
W formacie tym rekord końcowy może mieć także dodatkowe bajty danych, np. S9030000FC, zawsze jednak znacznik S9 określa ten rekord jako zakończenie danych. Ostatnie dwa znaki takiego rekordu są zawsze sumą kontrolną bajtów poprzedzających, w tym przypadku: 03 + 00+00+FC = FF mod FF = 0.
Formaty TEKTRONIX Format "Tektronix 1"
Format używany przy transferze danych o wielkości do 64kB (16-bitowy adres).
a) rekord danych Nr Opis znaku
1 nagłówek, znak="/" ("slash")
2.3 MSB adresu ładowania rekordu
4.5 LSB adresu ładowania rekordu
6,7 liczba bajtów danych 8,9 suma kontrolna = sumie
bajtów adresu i liczby
bajtów danych 10...x dane: x = (liczba bajtów
danych -1 )*2 +11 x+l, x+2 suma kontrolna = 8-
bitowej sumie (modulo 256)
bajtów danych x+3, x+4 znak końca linii: CR+LF
b) rekord końcowy Nr Opis
znaku
1 nagłówek, znak="/" ("slash")
2...5 adres ładowania rekordu
("0000")
6,7 liczba bajtów danych="00" 8,9 suma kontrolna = sumie bajtów adresu i liczby bajtów danych ("00") 10,11 znak końca linii: CR+LF
c) rekord komentarza (zwany także abort błock)
Nr Opis znaku
1 nagłówek, znak="/" (slash)
2 znak "/" (slash)
3...x+2 komentarz: maksymalnie 69 znaków, x = liczba znaków
x+3, x+4 znak końca linii: CR+LF
Uwaga: wszystkie sumy kontrolne używane w formacie Tektronix są obliczane jako 8-bitowe sumy (modulo 256) poszczególnych "połówek" bajtów, czyli właściwie samych znaków: 0..9, A..F używanych do zapisu poszczególnych bajtów.
Na rys.3 przedstawiono przykładowy rekord danych w formacie Tek-tronix 1.
Format "Tektronix 2"
Format o zmiennej długości adresu. Wielkość adresu ładowania rekordu może być większa niż 2 bajty
(4 znaki) - maksymalnie do 16 znaków, co oznacza 8 bajtów opisujących adres +1 znak na początku mówiący, z ilu bajtów składa się adres.
a) rekord danych Nr Opis znaku
1 nagłówek, znak = "%"
2,3 długość bloku: liczba
znaków w rekordzie (nie licząc znaku "%") 4 typ rekordu, dla danych=6
5,6 suma kontrolna = sumie wszystkich "połówek" bajtów w rekordzie, poza znakiem "%" (wliczając samą sumę)
7...x adres ładowania rekordu (obiektu), o zmiennej długości, zawiera maks. 17 znaków, z których pierwszy określa długość adresu z cyfrą "0", oznaczającą długość 16.
x+l dane: obiekt, 2 znaki na bajt
b) rekord końcowy Nr Opis
znaku
1 nagłówek, znak = "%"
2,3 długość bloku: liczba
znaków w rekordzie (nie licząc znaku "%") 4 typ rekordu, dla końcowego=8
5,6 suma kontrolna = sumie wszystkich "połówek" bajtów w rekordzie, poza znakiem "%" (wliczając samą sumę)
Sławomir Surowiński, AVT
MSB ang. Most Significant Byte - bajt
najbardziej znaczący. LSB ang. Least Significant Byte - bajt
najmniej znaczący.
Oprogramowanie do konwersji plików binarnych i HEX znajduje się na płycie CD-EP1. Zamówienia można składać na kuponie kartonowym.
Elektronika Praktyczna 10/97
77
SPRZĘT
Sterowniki impulsowe, część 5
Przetwornice
Jest to ostatnia część cyklu
artykulów, omawiających
zagadnienia związane
z przetwornicami impulsowymi.
Autor poświęcił ją omówieniu
najważniejszych zjawisk
fizycznych, mających wpływ na
sposób projektowania
transformatora impulsowego, który
jest jednym z najtrudniejszych do
wykonania elementem
przetwornicy.
Wskazówki i zależności projektowe przy konstrukcji transformatora impulsowego
Transformator impulsowy przetwornicy jest głównym źródłem powstawania zakłóceń szpilkowych. Przyczyną tego są pasożytnicze indukcyjności rozproszenia. Podczas przerywania przepływu prądu przez transformator impulsowy powstaje przepięcie o wartości:
dt
Podczas projektowania przetwornicy transformator impulsowy jest często wykonywany z użyciem ferrytowego rdzenia kubkowego. Rdzeń taki ma tę korzystną cechę, że uzwojenia są w całości otoczone przez materiał ferromagnetyczny. W ten sposób linie sił pola magnetycznego są w maksymalnym stopniu skupione wewnątrz rdzenia i strumienie rozproszenia są niewielkie. Umożliwia to uzyskanie najmniejszych, w porównaniu z innymi typami rdzeni (np. kształtkami typu EE, ETP, PQ czy też RM), zakłóceń promieniowanych w postaci pola elektromagnetycznego (zakłócenia RFI).
W celu uzyskania małych zakłóceń należy położyć duży nacisk na minimalizację indukcyjności rozproszenia. Można to uzyskać poprzez zmniejszenie liczby zwojów uzwojenia pierwotnego i wtórnego. To jednak powoduje, że przepływający przez indukcyj-ność główną transformatora Lm prąd magnesujący zwiększa się i może być przyczyną nasycenia rdzenia. Ponieważ indukcyjność ta jest równa Lm=AL zp3 (AL-stała indukcyjności rdzenia [nH/zwój3], zp-liczba zwojów uzwojenia pierwotnego), zatem należy albo zwiększyć liczbę AL (co można robić tylko do określonej granicy, określonej asortymentem produkowanych rdzeni), albo zwiększyć liczbę zwojów zp. Jak widać, powyższe wymagania są sprzeczne, zatem konieczny jest kompromis. Ponadto istotne jest, aby maksymalna wartość indukcji w rdzeniu nie była zbyt duża (aby uniknąć nasycenia rdzenia). Ograniczona wartość indukcji maksymalnej umożliwia ponadto bezpieczną pracę konwertera w przypadku roz-symetryzowania układu prze ci wsobne go oraz zapewnia mniejsze straty w rdzeniu (które sąproporcjonalne do powierzchni pętli histerezy materiału magnetycznego).
Ważna jest także wartość tętnień spowodowanych przez pasożytniczą, szeregową rezystancję ESR kondensatora wejściowego. W celu minimalizacji tych zakłóceń przyjmuje się, że wartość prądu magnesującego nie powinna być większa niż 5%..10% wartości prądu głównego. Znając założoną maksymalną moc wyjściowa, można obliczyć maksymalne natężenie prądu głównego. Stąd uzyskuje się wartość prądu magnesującego, który jest równy:
LP ' Z tego wzoru, dla najgorszego przypadku,
wynika minimalna wartość indukcyjności uzwojenia pierwotnego:
T T LJwej max' X max
Im max
Znając dodatkowo AL kubka ferrytowego można wyznaczyć minimalną liczbę zwojów uzwojenia pierwotnego zpmin jako:
Zp > Zp min
Ważne jest także wyznaczenie maksymalnej wartości indukcji magnetycznej B w rdzeniu. Ponieważ:
Im- Zp
B-S=R,
(gdzie: S-pole przekroju poprzecznego, if-strumień magnetyczny, Rm-reluktancja rdzenia), oraz:
Rm =
stąd:
B =
Im- AL Ś
s
Przyjmując jako najbardziej krytyczny przekrój S kolumny środkowej rdzenia, otrzymuje się wartość maksymalnej spodziewanej indukcji magnetycznej B. Dla materiałów ferrytowych FlOOl, F2001, F3001 dopuszczalną granicą Bmax jest wartość 250 mT.
Przyjmując maksymalną wartość gęstości prądu w uzwojeniu pierwotnym jako 4..4,5A/mm3, można obliczyć (dla założonego maksymalnego prądu w uzwojeniu) średnicę kołowego miedzianego przewodu.
Ważne jest także oszacowanie strat wynikających ze skończonej rezystancji uzwojeń. Aby to uczynić należy oszacować ich rezystancje. Rezystancja uzwojenia jest równa:
Rp =---------~-------
(gdzie: p^ - opór właściwy miedzi (p[11= l,8*108 m), d-średnica przewodu, D-średni-ca karkasu).
Znając natomiast stosunek napięcia wyjściowego do wejściowego, można obliczyć przekładnię n transformatora.
Analiza sprawności przetwornicy i obciążenia termicznego tranzystorów mocy (przy stosowaniu tranzystorów mocy typu MOSFET)
W celu oszacowania sprawności przetwornicy, należy dokonać uproszczonej analizy przyczyn powodujących straty mocy. Oprócz strat stałych (spowodowanych przez pobór prądu przez układy sterujące i regulacyjne) występują także straty zależne od wielkości obciążenia konwertera. Straty mocy powstają w następujących punktach obwodu:
Elektronika Praktyczna 10/97
79
SPRZĘT
Lfce
ton
Ucamax
0 '
Rys,
lc
32, Analiza strat dynamicznych tranzystora bipolarnego,
/ Straty mocy powstające w tranzystorze przełączającym MOSFET podczas przewodzenia prądu uzwojenia pierwotnego. Są one proporcjonalne do wartości rezystancji obszaru kanału (r,) i równe:
Pstratl = YDS- Id -J
gdzie: ID-prąd drenu tranzystora, y-współ czynnik wypełnienia przebiegu.
Wynika stąd wniosek, że w celu zmniejszania tych strat należy wybierać tranzystory polowe o malej wartości rezystancji kanału i wysterować bramki tych tranzystorów odpowiednio wysokim napięciem (aby zmniejszyć wartość rds).
/ Straty mocy podczas wyłączania tranzystora (w przypadku celowego opóźniania zboczy opadających dla minimalizacji przepięć powstających na indukcyjnościach rozproszeń transformatora). Wiąże się to ze stratami mocy. Przyjmując najprostszy model takiego procesu (tzn. prąd przepływający przez tranzystor opada liniowo do wartości zerowej w czasie to, a napięcie pomiędzy źródłem a drenem w tym samym czasie narasta liniowo do swojej wartości maksymalnej równej Uias) otrzymuje się, że moc wydzielana na tranzystorze polowym jest równa:
Uias Ś Id to r strat! =----------------
6 T
/ Straty mocy w uzwojeniu pierwotnym transformatora. Związane są z rezystancją uzwojenia, która zależy od częstotliwości pracy konwertera (efekt naskórkowości). Dla częstotliwości spotykanych w praktyce (f<25kHz), efekt ten jest do pominięcia (nawet po uwzględnieniu wyższych harmonicznych przebiegu), dlatego straty mocy są równe:
P'strat 3 =
Ś Id2 Ś J
gdzie: rp-rezystancja stałoprądowa uzwojenia pierwotnego. Minimalizować te straty można poprzez zmniejszanie liczby uzwojeń, stosowanie drutu nawojowego o większej średnicy (lub taśmy nawojowej o przekroju prostokątnym), a dla wyższych częstotliwości pracy - licy (czyli przewodu powstałego ze skręcenia większej liczby odizolowanych od siebie przewodów o mniejszej średnicy), co minimalizuje wpływ efektu naskórkowego.
/ Straty mocy w uzwojeniu wtórnym transformatora. Są one równe: Id 9
PstratĄ = rw(---) -J
n
/ Straty mocy związane z histerezą materiału ferromagnetycznego (proporcjonalne do częstotliwości przetwarzania) - jako małe
można w praktyce pominąć.
Aby zadecydować, czy konieczne jest zastosowanie radiatorów, należy rozpatrzyć obciążenie termiczne tranzystora mocy MOSFET. Znając natężenie granicznego prądu drenu oraz rezystancje kanału oblicza się moc traconą. Natomiast moc rozpraszania powiązana jest z temperaturą złącza półprzewodnikowego i temperaturą otoczenia zależnością:
tj tamb
Ptot =
Rthj-a
gdzie: Ptot-moc rozpraszana, t-temperatura złącza, tamb-temperatura otoczenia, R^. a- rezystancja termiczna złącze-otoczenia (dana katalogowa). W wyniku obliczeń uzyskuje się temperaturę złącza tranzystora MOSFET (przyjmuje się maksymalną wartość temperatury pracy jako 1O5..125�C). Na tej podstawie można stwierdzić, czy konieczne jest stosowanie radiatora. Jeśli nie jest to konieczne, to należy zrezygnować ze stosowania radiatorów, które zwiększają tylko poziom zakłóceń (zostało to przedstawione w rozdziale dotyczącym optymalizacji konwertera pod względem wielkości zakłóceń), gabaryty i cenę układu.
Analiza sprawności przetwornicy i obciążeń termicznych bipolarnych tranzystorów mocy
Analiza sprawności w dużej części pokrywa się z analizą dotyczącą tranzystora MOSFET (m.in. straty mocy związane z uzwojeniami transformatora impulsowego), dlatego w tym miejscu omówiono tylko różnice związane z zastosowaniem jako tranzystorów przełączających tranzystorów bipolarnych. Ogólnie straty mocy w tranzystorze bipolarnym można podzielić na:
/ Straty stałoprądowe (statyczne), związane z istnieniem skończonej wartości napięcia nasycenia tranzystora U^^, wartość tych strat jest równa:
Pstrat] = UcEsat � Ic � J
Należy zatem dobierać tranzystory o jak najmniejszym napięciu nasycenia.
/ Straty mocy dynamiczne (podczas procesu przełączania tranzystora, związane z występowaniem czasu przeciągania podczas wyłączania tranzystora). Oszacowanie strat mocy można opisać, stosując uproszczony model dla najgorszego przypadku (tzn. przy włączaniu tranzystora napięcie UCE jest maksymalne i stałe dopóki prąd Ic nie osiągnie wartości maksymalnej, a następnie liniowo opada do zera, natomiast przy wyłączaniu prąd Ic jest maksymalny i stały dopóki napięcie U^nie osiągnie swojej wartości maksymalnej, aby później liniowo opaść do zera). Przypadek ten ilustruje rys. 32.
Straty mocy są wtedy równe:
ton T toff
Pstrat 2 = UcEmax- Ic i
2-T
Rozpatrując obciążenie termiczne tranzystorów mocy należy przyjąć maksymalną wartość mocy wydzielającą się na pojedynczym tranzystorze (wartość katalogowa). Korzystając z przedstawionego uprzednio wzoru otrzymuje się graniczną temperatura złącza. Także w tym przypadku, jeśli nie jest to bezwzględnie konieczne, należy zrezygnować ze stosowania radiatorów.
Podsumowanie
Analiza teoretyczna przetwornic różnych typów wykazała, że są one bardzo zróżnicowane pod względem wielkości wytwarzanych zakłóceń. Najgorsza pod tym względem okazuje się przetwornica zaporowa. Występują w niej znaczne przepięcia, powstające podczas wyłączania przepływu prądu (związane z występowaniem dwóch taktów pracy) oraz bardzo niekorzystny kształt prądu ładującego kondensator filtru wyjściowego (charakteryzuje się on występowaniem nagłych skoków wartości, co z uwagi na występowanie pasożytniczych: rezystancji ESR i indukcyjności ESL kondensatora elektrolitycznego znacznie zwiększa poziom zakłóceń wyjściowych). Równie niekorzystna jest przetwornica samowzbud-na. Występujące w niej podczas procesu komutacji nagłe zwiększanie się wartości prądu płynącego przez uzwojenia transformatora (związane z początkową fazą nasycania się rdzenia) powoduje znaczny wzrost zakłóceń. Lepsze okazują się przetwornice przepustowe, a zwłaszcza ich odmiany w postaci przetwornic przeciwsobnych. Dwukrotne zwiększenie częstotliwości na wyjściu przetwornicy przeciwsobnej w stosunku do częstotliwości kluczowania tranzystorów mocy oraz najlepsze wykorzystanie rdzenia transformatora są dużymi zaletami takiej przetwornicy. Ponadto, prze-ciwsobne przetwarzanie napięcia umożliwia, przy takich samych przetwarzanych mocach, zmniejszenie liczby zwojów uzwojeń (co decyduje o wzroście sprawności i zmniejszeniu pasożytniczych indukcyjności rozproszeń) oraz zmniejszenie maksymalnej wartości prądu płynącego przez uzwojenie (co powoduje ograniczenie wielkości przepięcia). Przetwornice przeciwsob-ne półmostkowe oraz mostkowe, jakkolwiek mniej skomplikowane przy nawijaniu transformatora, wymagają bardziej skomplikowanego układu sterowania oraz podwyższenia przekładni transformatora, co nie jest korzystne pod względem wielkości zakłóceń. Przedstawiono także rozwiązanie przetwornicy rezonansowej. Mimo że zapewnia ona sinusoidalne przetwarzanie napięcia, nie zapewnia elastycznej stabilizacji napięcia wyjściowego oraz jest bardzo wrażliwa na rozrzuty parametrów elementów użytych do budowy układu. Natomiast przetwornica Cuka, mimo że umożliwia zmniejszenie wielkości zakłóceń na wejściu i wyjściu, wymaga zastosowania dwóch transformatorów. Ponadto w celu osiągnięcia dobrego efektu końcowego wymaga ona odpowiedniego sprzęgnięcia cewek transformatora, co jest trudno osiągalne. Zatem ze wszystkich przeanalizowanych rozwiązań przetwornica przeciwsobna wydaje się być najbardziej optymalna.
80
Elektronika Praktyczna 10/97
SPRZĘT
Oprócz wyboru odpowiedniego do danych wymagań typu konwertera, istotna jest także minimalizacja zakłóceń w konwerterach już istniejących. Cel ten można osiągnąć przez dobór odpowiednich elementów (ze zwróceniem uwagi na występujące parametry pasożytnicze). Najbardziej istotnym elementem jest transformator impulsowy, który charakteryzuje się występowaniem pasożytniczych indukcyj-ności rozproszeń i pojemności między-uzwojeniowych. Metodą umożliwiającą zmniejszenie wartości tych pojemności jest założenie ekranu pomiędzy uzwojenia transformatora. Aby oszacować wartości tych elementów pasożytniczych można zastosować prostą metodę pomiarową, opartą na mierzeniu impedancji transformatora. W wyniku pomiaru uzyskuje się częstotliwości, przy których występuje efekt rezonansu, na podstawie których można obliczyć te wartości.
W układach należy także zwrócić uwagę na zakłócenia powodowane przez kondensatory elektrolityczne (charakteryzujące się występowaniem pasożytniczych rezystancji i indukcyjności szeregowej), zakłócenia
wnoszone przez diody prostownicze i pętle przewodzące impulsowe prądy o dużych wartościach oraz problemy związane z ekranowaniem. Wszystkie te uwagi zostały poruszone w opracowaniu. Skuteczne jest także stosowanie filtrów dolnoprzepustowych (dla zakłóceń typu różnicowego) oraz dławika wzdłużnego (dla zakłóceń typu wspólnego).
Reasumując, skuteczność metod zmniejszania zakłóceń jest różna i zależy od stosowanych środków. Ogólnie można stwierdzić, że przy konstrukcji przetwornic o małym poziomie zakłóceń należy unikać stosowania przetwornic zaporowych i samo-wzbudnych, gdyż są one strukturalnie przyczyną powstawania zakłóceń o dużej wartości. Zwłaszcza przetwornice samowzbud-ne, bardzo atrakcyjne pod względem prostoty konstrukcji, charakteryzują się występowaniem w widmie napięcia wyjściowego dużych składowych. Dlatego też z rozwiązań konwencjonalnych należy preferować przetwornice przepustowe, a zwłaszcza prze-ciwsobne. Charakteryzują się one bowiem mniejszym poziomem zakłóceń w napięciu wyjściowym.
Stosunkowo małym nakładem sił i środków można znacznie zmniejszyć poziom zakłóceń różnicowych przez zastosowanie filtrów dolnoprzepustowych. Natomiast dla zakłóceń typu wspólnego skutecznym i tanim środkiem okazuje się dławik wzdłużny (ba-lun). Dławik taki jest także skuteczny przy tłumieniu zakłóceń różnicowych. Zatem, przy niewielkim nakładzie sił i środków można znacznie poprawić parametry konwertera związane z wielkością zakłóceń. Warte stosowania jest także ekranowanie przetwornicy oraz jej poszczególnych bloków.
Rozwiązaniem godnym polecenia, chociaż skomplikowanym i kłopotliwym, jest założenie ekranu pomiędzy uzwojenia transformatora impulsowego. Ekran taki umożliwia stłumienie zakłóceń generowanych przez przetwornicę, a przenikających na jej wyjście poprzez pasożytnicze pojemności międzyuzwojeniowe.
Przy małych przetwarzanych mocach godnym polecenia jest konwerter sinusoidalny. Wykazuje się on najmniejszym poziomem zakłóceń. Pewnym mankamentem jest jednak jego mała sprawność. Adam Myalski
Elektronika Praktyczna 10/97
81
SWIAT HOBBY
ELECTRONICS NOW 5/97
1. Cali director, 13 str.
Opis konstrukcji bardzo złożonego układu, który umożliwia rozszerzenie możliwości domowego telefonu do standardów spotykanych w sieciach PBX. O złożoności konstrukcji niech powie liczba zastosowanyc h u kładów scalonych -jest ich aż 17 sztuk. Są to układy łatwe do kupienia (standardowe CMOS i wzmacniaczeoperacyjne), lecz uruchomienie układu wymaga od konstruktora sporego doświadczenia.
2. Mod Box, 6 str.
W artykule opisano przystawkę gitarową, która umożliwia modyfikację barwy odtwarzań ego d i wi ę ku w trzech niezależnych punktach charakterystyki częstotliwościowej. Dodatkową możliwością tego układu jest praca w trybie fuzz. Konstrukcja urządzenia jest bardzo prosta - wzmacniacz operacyjny TL074 jest jedynym elementem aktywnym zastosowanym przez kon-
struktora.
3. Easy POCSAG deco-der, 4 str.
Opis przystawki do odbiornika krótkofalarskiego, która umożliwia odbiór sygnałów zgodnych ze standardem POCSAG (stosowanym m.in. do przesyłania informacji pa-gerowych). Urządzenie jest dołączane do złącza RS232 dowolnego komputera z za-i nstalo wany m opro g ramowa -niem dekodującym nadchodzące informacje. Oprócz złącza DB25 do wykonania układu niezbędny będzie wzmacniacz operacyjny LM741, cztery diody 1N4148 i kilkarezystorówi kondensatorów.
ELECTRONICS NOW 6/97
5. BEAM robot, 6 str.
Artykuł jest poświęcony bardzo interesującemu zagadnieniu, a mianowicie konstrukcjom miniaturowych robotów z wbudowanymi czujnikami, które umożliwiają im mniej lub bardziej samodziel-neżyciew środowisku naturalnym. Roboty są najczęściej zasilane ogniwami słonecznymi, co w pewnym stopniu uniezależnia je od człowieka. W artykule przedstawiona została konstrukcja części elektronicznej jednego z takich robotów.
ELRAD 8/97
H-HA D
4. FM-stereo transmitter, 11 str.
Jest to rzadko spotykany w literaturze technicznej opis konstrukcji nadajnikaFM z modulacją stereofoniczną. Jest to bardzo nowoczesna konstrukcja z wbudowaną cyfrową syntezą częstotli-
6. MPEG auf breiter front, 4 str.
Przegląd możliwości standardu kodowania obrazu MPEG oraz prezentacja układów scalonych, najczęściej stosowanych w konstrukcjach demodulatorów.
7. HF-tauglich, 3 str.
Artykuł poświęcony przybliżeniu zjawisk zachodzących w układach elektronicznych
pracujących z sygnałami o bardzo dużych częstotliwościach. Autor omawia bardzo wiele zagadnień, o których wiedza jest niezbędna do poprawnego zaprojektowania urządzenia pracującego w paśmie VHF/UHF.
8. Andere Art, 4 str.
Przykład zastosowania mik-rokontrolera PIC16C84 jako miernika napięcia z 3-cyfro-wym wyświetlaczem LED. Oprócz konstrukcji elektrycznej przedstawiono także program sterujący pracą mikro-kontrolera - ciekawa lekcja programowania!
9. Beschwingt, 3 str.
Opis konstrukcji trzyfazowe-go generatora przebiegu sinusoidalnego. Konstrukcja urządzenia oparta jest na dwustopniowym przesuwni-ku fazowym, wykonanym na wzmacniaczach operacyjnych.
10. Mes sen mit licht,
3 str.
W artykule omówiono zasady pomiaru prędkości i odległości przy pomocy światła laserowego. Autor ograniczył się do przedstawienia podstaw fizycznych zjawisk wykorzystywanych podczas pomiarów, co nie zmniejsza jednak atrakcyjności artykułu.
11. Audio-messysteme,
4 str.
Przegląd systemów pomiarowych audio, oferowanych przez potentatów -AudioPre-cision, Konig, Neutrik-Cortex, Panasonic i Rohde
Schwarz. Uzupełnieniem prezentacji jest tabela zawierająca zestawienie możliwoś-
Świat Hobby to przegląd najnowszych numerów popularnych na świecie pism dla elektroników hobbistów. Podajemy krótkie streszczenia najciekawszych artykułów
zamieszczanych w tych pismach. W pojedynczych przypadkach, Czytelnikom zainteresowanym poszczególnymi artykułami przesyłamy po kosztach własnych odbitki
kserograficzne (bez tłumaczenia).
Koszt odbitki wynosi 2,- zł za pierwszą stronę, 20 gr za każdą następną.
Zamówienia na odbitki kserograficzne przyjmujemy tylko na przedpłaty, które należy składać
na blankiecie przelewu (str. 99). W pustym prostokącie, przeznaczonym na przedpłatę,
należy wpisać: SH poz. (nr) EP (nr) - kwota zł
Elektronika Praktyczna 10/97
ŚWIAT HOBBY
ci oferowanych przez opisywane urządzenia.
POPULAR ELECTRONICS 6/97
Electronics
12. LED oscilloscope, 7str.
Artykułten jest dowodem na to, że przy pomocy kilku prostych elementów można zbudować niezwykle użyteczne urządzenie. Oscyloskop opisany w artykule nie zachwyca może zbytnio parametrami, może natomiast spełniać rolę taniego uzupełnienia wyposażenia laboratorium elektronika - amatora.
13. Soft switch, 6str.
"Miękki" przełącznik jest układem opracowanym z myślą
0 łagodnym włączaniu
1 wyłączaniu oświetlenia w pomieszczeniu, dzięki czemu oszczędzamy wzrok,
no i oczywiście żarówkę. Jest to konstrukcja dość rozbudowana (2 szt. 4516,4093, TEA1007 oraz sporo innych elementów), lecz bardzo użyteczna.
POPULAR ELECTRONICS 7/97
13. Checkout -the DTMF wire trać er, 7 str.
Przy pomocy opisanego w artykule układu można w prosty sposób sprawdzić jakość kabli oraz dokonać ich identyfikacji. Działanie układu polega na wysyłaniu 16 różnych kodów DTMF przez maksymalnie 16 różnych przewodów. Sygnały te są odbierane przez odbiornik DTMF
z wyświetlaczem, na którym wyświetlanyjest numer (O..Fhex) odbieranego sygnału.
8
Elektronika Praktyczna 10/97
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
DzioS "Projekty Czytelników" zawiera opisy projektów nadesłanych do redakcji EP przez Czytelników. Redakcja nie ponosi odpowiedzią ino ści 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 byt 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.
Przedwzmacniacz audio sterowany szyną I2C
Prezentujemy kolejny
projekt, który został
nagrodzony w konkursie
no najciekawszy system
m ikro pro c e soio wy.
Tym razem jest to
przedwzmacniacz audio
sterowany cyfrowo,
z wbudowanymi prostymi
efektami poprawiającymi
prze sirzen ność
odtwarzanego dźwięku.
Dzięki zastosowaniu w tej
konstrukcji nowoczesnych
ukiadów scalonych jakość
dźwięku jest bardzo
dobra, a obsługa
niezwykle komfortowa.
Projekt
036
Tabela 1.
Pin17 Pm19 elekt pseudo stereo
15nF 15nF normalny
5,6nF 47nF intensywny
5,6nF 68nF bardzie] intensywny
Zaprezentowany tu przedwzmacniacz jest wyposażony w następujące elementy:
/ odbiornik zdalnego sterowania, umożliwiający zdalną obsługę przed-wzmacniacza;
/gniazda wejściowe, umożliwiające współpracę z sześcioma źródłami sygnału;
/ sygnalizację wszystkich funkcji na diodach i wyświetlaczu LED; / trzy gniazda sieciowe, przeznaczone do podłączenia pozostałych ele-mentów zestawu audio.
Realizuje on następujące funkcje: / regulację wzmocnienia
i balansu; / regulację tonów wysokich
i niskich; /włączanie i wyłączanie
zestawu;
/ przełączanie efektów (stereo, spatial stereo i pseudo stereo); /wybór źródła sygnału (6
wejść);
/ wyciszanie (całkowite); / timer 0..90 minut (raster
10 minut);
/ zdalne sterowanie magnetofonem i tunerem (kilkoma funkcjami).
Opis układu
Całe urządzenie składa się z dwóch części: analogowej i cyfrowej. Część analogową zrealizowałem w oparciu o kostkę TDA 8425. Jest to monolityczny układ scalony, sterowany dwuprzewodową magistralą PC, przeznaczony do stosowania w sprzęcie telewizyjnym i audio. Tworzy on wraz z niewielką liczbą ele-
mentów zewnętrznych kompletny układ procesora audio o parametrach Hi-Fi i pozwala na realizację następujących funkcji: X przełączanie dwóch źródeł sygnału stereofonicznego; X wybór trybu pracy (stereo, przestrzenne stereo, pseudo stereo i mono); X regulację wzmocnienia
i balansu; X regulację tonów wysokich
i niskich; X wyciszanie.
Na rys. 1 jest przedstawiony schemat elektryczny części analogowej. Jest to w zasadzie podstawowa aplikacja kostki TDA3425, uzupełniona o moduł gniazd wejściowych i kilka dodatkowych elementów. Blok analogowy jest zasilany pojedynczym napięciem 12V. Kondensatory Cl i C4 ustalają zakres regulacji tonów wysokich, natomiast C2 i C5 - niskich. Zdecydowałem się również na wykorzystanie w przedwzmacniaczu efektu pseudostereofonicznego (au-dioprocesor realizuje ten efekt przesuwając fazę sygnału w lewym kanale). Przesunięcie fazy i związaną z tym intensywność efektu ustalają kondensatory C3 i C6. Ich wartości można zmieniać w dosyć szerokich granicach. Dla przykładu przedstawiam tabelę z katalogu firmy Philips (tab. 1). Sygnał z wyjść procesora audio, poprzez filtry dolno-przepustowe (Rl, CS, Cli, R4 i R2, C9, CIO, R3) jest doprowadzony do wyjścia przedwzmacniacza (OUT R i OUT L). Moduł wejściowy dostarcza sygnały z gniazd wejściowych do procesora
audio. Składa się z sześciu (podwójnych) gniazd CINCH. Siódme gniazdo jest wyjściem do nagrywania REC OUT. Sygnał z wejścia TAPE 1 jest doprowadzony, poprzez filtr dolnoprzepus-towy (R9, Cl i RIO, C2) i kondensatory separujące (C5 i C6), bezpośrednio do drugiego wejścia procesora audio. Wejście to nie jest połączone z wyjściem REC OUT. Ma to na celu uniknięcie ewentualnych sprzężeń i wzbudzeń, które mogłyby wystąpić pomiędzy wejściem i wyjściem magnetofonu. Pozostałe pięć wejść jest przełączane za pomocą przekaźników i sygnał z nich jest doprowadzony, przez filtry dolnoprzepusto-we (Rll, C3 i R12, C4) oraz kondensatory separujące (C7 i C8), do pierwszego wejścia audioprocesora. Sygnał ten jest doprowadzony także do wyjścia REC OUT.
Drugim blokiem przedwzmacniacza jest część cyfrowa. Jej schemat przedstawia rys. 2. Sercem tej części jest mikroprocesor 8 0C51 z pamięcią EPROM 27C64 zawierającą program, dzięki któremu jest możliwe sterowanie całym przedwzmac-niaczem.
Wyprowadzenia Pl. 7 (SDA) i P1.6 (SCL) procesora stanowią magistralę I2C, do której są dołączone: audioprocesor i układ SA-A1064 - sterownik wyświetlacza (o nim w dalszej części). Dla poprawnej pracy magistrali konieczne jest podciągnięcie jej wyprowadzeń do plusa zasilania poprzez rezystory R8 i R9. Podłączenie do magistrali dwóch układów (lub więcej) jest możliwe, ponieważ każ-
Elektronika Praktyczna 10/97
83
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
6 podwójnych
gniazd ĆINCH
10
20
CM (M Ś Ś
U4 TDA8425
J+12V
Rys. 1.
dy układ ma odmienny adres. Procesor najpierw wysyła adres danego układu i po odebraniu bitu potwierdzenia odbioru przesyła do niego dane. Występowanie w transmisji bitu potwierdzenia zostało wykorzystane do "zaszycia" w programie prostej procedury testującej układy podłączone do magistrali.
I tak, gdy układ TDA 8425 nie odpowie na wezwanie procesora, na wyświetlaczu ukaże się napis 8425, natomiast gdy sterownik wyświetlacza nie odpowie (SAA1064) to dwukolo-rowa dioda D7 będzie co chwilę zmieniała kolor świecenia. Procedura ta może być pomocna w czasie uruchamiania lub naprawy urządzenia.
Do procesora jest podłączona również 16-przycisko-wa klawiatura, która służy do obsługi przedwzmacnia-cza. Nie jest ona podłączona bezpośrednio, lecz przez prosty układ kodera klawiatury, zrealizowanego na układzie CMOS 4532, tranzystorze Tl i kilku rezysto-
OUTR
Do wzmacniacza mocy
OUTT
rach. Tranzystor generuje najstarszy bit kodu wciśniętego klawisza. Wciśnięcie któregoś klawisza z grupy SW9..SW16 odblokowuje tranzystor Tl i powoduje pojawienie się na jego emiterze stanu wysokiego.
Zastosowanie tranzystora zamiast drugiego układu znacznie upraszcza konstrukcję i zmniejsza koszty. Wyjścia Q0..Q2 oraz emiter Tl podłączone są do procesora (P1.0..P1.3). Rezystor R2 ustala stan niski na wyprowadzeniu Pl.3 procesora w sytuacji, gdy Tl jest zatkany. Wyjście EO układu 4532 jest wykorzystane do informowania procesora o użyciu klawiatury.
W momencie wciśnięcia dowolnego klawisza, wyjście EO układu 4532 przechodzi w stan niski i uaktywnia podprogram obsługi klawiatury w procesorze. Procesor odczytuje z wyprowadzeń P1.0..P1.3 kod wciśniętego klawisza i odpowiednio go interpretuje. Puszczenie klawisza powoduje pojawienie się stanu wysokiego na wyprowadzę-
I
C23 220pF
podwójne gniazdo CiNCH
niu EO układu 4532 i zakończenie procesu obsługi klawiatury. Rozwiązanie takie, mimo pewnej komplikacji układu, ma szereg zalet w stosunku do klasycznej klawiatury matrycowej -zajmuje tylko 5 linii portu procesora i absorbuje jego pracę jedynie w momencie wciśnięcia jednego z klawiszy.
Poszczególne klawisze realizują następujące funkcje:
Ś SW1..SW6 służą do załączenia źródła sygnału stereofonicznego (CD, TA-PE2, TAPE1, AUX, TUNER, SAT);
Ś SW7 zwiększanie wzmocnienia;
Ś SW8 zmniejszanie wzmocnienia;
Ś SW9 reguluje barwę dźwięku w zakresie tonów niskich (BASS) w dół;
Ś SW14 reguluje barwę dźwięku w zakresie tonów niskich (BASS) w górę;
Ś SW10 przełącza tryby pracy procesora audio(linear stereo, spatial stereo, pseudo stereo);
Ś SWll reguluje barwę
dźwięku w zakresie tonów wysokich (TREBLE) w górę;
Ś SW12 reguluje barwę dźwięku w zakresie tonów wysokich (TREBLE) w dół;
Ś SW13 włącza i wyłącza wyciszenie dźwięku (MU-TE);
Ś SW15 reguluje balans w prawo;
Ś SW16 reguluje balans w lewo;
Ś SWO włącza i wyłącza zestaw (STAND-BY).
Pewnym wyjątkiem jest klawisz STAND-BY podłączony bezpośrednio do wejścia INTl procesora (bez pośrednictwa kodera klawiatury). Procesor ma też za zadanie dekodowanie sygnału z pilota. Sygnał ten jest wzmacniany we wzmacniaczu podczerwieni i podany na wejście przerwania INTO.
Do zdalnej obsługi wykorzystałem pilota NZS2040 (na układzie SAA 3010, pracujący w standardzie RC-5) i scalony odbiornik podczerwieni DHR38N produkcji DAEWOO. Aby nowo zakupiony pilot współpracował
84
Elektronika Praktyczna 10/97
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
ttmm

Rys. 2.
g z przedwzmacniaczem należy ustawić w nim (pilocie) adres 3. Dokonujemy tego przecinając połączenie pomiędzy koń-|n cówkami 3 i 17 układu || SAA 3010 i zwieramy koń-^j cówkę 3 z 16.
Jednokrotne wciśnięcie przycisku Timer w pilocie pozwala na podgląd aktualnego stanu timera (czasu do wyłączenia lub napisu oF w przypadku, gdy timer jest
nieaktywny), natomiast przytrzymanie pozwala ustawić czas wyłączenia (do 90 minut, ze skokiem 10 minut). Po odmierzeniu ustawionego czasu, przed-wzmacniacz przechodzi w stan czuwania, a pozostałe komponenty zestawu (podłączone do gniazd sieciowych z tyłu obudowy) zostają odcięte od sieci przez przekaźnik PK6.
Komunikacja z innymi elementami wieży przebiega za pośrednictwem bufora 74LS374. Wyjścia Q3, Q4 i Q5 bufora służą do sterowania magnetofonem, natomiast Q6 i Q7 są wykorzystane do przełączania stacji w tunerze. Sterowanie magnetofonem pozwala na wykonanie następujących funkcji:
� odtwarzanie - na wyświetlaczu napis PLAY (w pilocie przycisk play występuje podwójnie, do wykorzystania w magnetofonie z rewersem);
� przewijanie w przód - na wyświetlaczu symbol - ];
� przewijanie w tył - na wyświetlaczu symbol [ -;
� nagrywanie - na wyświetlaczu napis rEC;
� pauza - na wyświetlaczu napis PAUS;
� stop - na wyświetlaczu napis STOP.
Wszystkie napisy i symbole są wyświetlane przez ok. 2 sekundy. Wykorzystanie trzech linii do sterowania siedmioma funkcjami wymaga zastosowania dekodera w magnetofonie.
W tunerze możliwa jest realizacja dwóch funkcji przełączanie stacji w przód (Q6) i w tył (Q7). Odbywa się to w sposób następujący: po uruchomieni jednej z funkcji, na odpowiednim wyjściu pojawia się dodatni impuls o czasie trwania ok. 1 ms. Na wyświetlaczu pokazuje się, na czas ok. 2 sekund, napis P -] (w przód) i P [- (w tył).
Do wizualizacji wykonywanych funkcji i regulacji wykorzystałem dwa podwójne, 7-segmentowe wyświetlacze LED i trzy diody sterowane przez układ SAA 1064. Jest to bipolarny układ scalony,z przeznaczony do multipleksowanego sterowania dwóch par 7-segmento-wych wyświetlaczy LED ze wspólną anodą, poprzez magistralę PC. Zastosowanie
Elektronika Praktyczna 10/97
85
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
7V
SOOmA
Rys. 3.
nowoczesnego układu zwolniło procesor od wielu zadań związanych z obsługą wyświetlacza, którego elementy spełniają następujące funkcje:
/Po włączeniu zestawu DLI wyświetla wzmocnienie dla kanału prawego, a DL2 dla kanału lewego (w obu przypadkach zmienia się ono od 0 do 72 w 36 krokach, nie jest to rzeczywiste wzmocnienie, lecz umownie przyjęte).
/ DLI wskazuje poziom barwy dźwięku podczas jej regulacji, a DL2 wyświetla symbol db. Zakres regulacji barwy dźwięku wskazywany przez wyświetlacze wynosi ą12dB dla tonów wysokich i od -12dB do +15dB dla tonów niskich. Po ok. 2 sekundach po zaprzestaniu regulacji ponownie wyświetlane jest wzmocnienie w obu kanałach. -/Dioda Dl wyświetla znak minus podczas regulacji barwy dźwięku, gdy jej wartość jest mniejsza od zera.
/Dioda D2 informuje użytkownika, że przeprowadza właśnie regulację tonów niskich (zapala się na czas regulacji).
/Dioda D3 spełnia tę samą funkcję co D2 tylko dla tonów wysokich. / Wyświetlane są również następujące symbole: LI ST (linę ar stereo), SP ST(spatial stereo) i PS ST (pseudo stereo), podczas ustalania trybu pracy procesora audio klawiszem SW10.
/ Funkcja MUTE jest sygnalizowana przez naprzemiennie zapalające się środkowe poziome segmenty wyświetlacza.
Procesor steruje również wyborem źródła sygnału audio. Aby zaoszczędzić końcówki procesora zastosowałem dekoder kodu dwójkowego "1 z 8 z negacją", w postaci układu scalonego U2. Na jego wyjściu w danej chwili, panuje tylko jeden niski stan logiczny. Umożliwia on zasilanie, poprzez odpowiedni tranzystor T1..T5 (w module wejściowym), tylko jednego z przekaźników podających sygnał na audioprocesor. Ponadto, do wyprowadzeń U2 podłączone są diody LED D1..D6, które sygnalizują podłączenie odpowiedniego wejścia.
Wyprowadzenie Y7 kostki U2 jest wykorzystane do sygnalizacji stanu pracy urządzenia (STAND-BY - D7 świeci na czerwono, praca -D7 świeci na zielono). Zastosowanie elementów: T5, T6, R3 i R4 wynika ze sterowania dwóch anod diody za pomocą jednego sygnału (wyprowadzenie Y7-U2). Wyjście Y7 włącza również przekaźnik PK6 (przez tranzystor T7), który podaje napięcie sieci 22OV na gniazda sieciowe umieszczone z tyłu obudowy. W trybie STAND-BY przekaźnik jest wyłączony.
Wbudowany zasilacz (rys. 3) dostarcza niezbędnych napięć zasilających przedwzmacniacz. Jako elementów stabilizujących napięcie zasilania użyłem popularnych układów 7805 i 7812.
Montaż i uruchomienie układu
Całość jest zmontowana na sześciu płytkach drukowanych. Rysunków płytek klawiatury i zasilacza nie zamieszczam, gdyż roz-
C0IC9kond, flliTMlqcoU4
mieszczenie klawiszy jest sprawą indywidualną.
Jako płytkę procesora wykorzystałem gotowy kit AVT222. Płytka ta jest umieszczona w gniazdach znajdujących się na płytce procesora audio. Montaż należy przeprowadzić według ogólnych zasad.
Szczególnej staranności montażu wymagają: płytka
WYKAZ ELEMENTÓW Przedwzmacniacz Rezystory
Rl, R2: l,2kLl
R3, R4: lOOkn
R7..11: 4,7kn
R12..15, R16, R18: 2,2kn
R17, R19: 470kn
Kondensatory
Cl, C4: 5,6nF
C2, C5: 33nF
C3, Có: 15nF
C7: 100nF/lóV
C8, C9: 22OpF
CIO, Cli: 470nF
C12..15, C22, C23: 22OpF
C16..19: l,5nF
C20, C21: 470nF
Półprzewodniki
U4: TDA8425
T1..5: BC237
Dl..5: 1N4148
Różne
PK1..5: dowolne przekaźniki
miniaturowe 12V
Moduł sterujący Rezystory
Rl, R5: 470H
R2: 4,7kn
R3: 68kn
R4, R6: 2,2kn
R7: 10kn
R8, R9: 4,7kn
RIO: 8,2kn
Rl 1: 3,9kn
Kondensatory
Cl: 3,3nF
C2..25: lOOnF (blokujg
zasilanie - nie zaznaczono
na schemacie z rys. 2)
C26..29: 22nF/lóV (blokujg
audioprocesor a (elementy należy montować możliwie płasko, gdyż z góry montuje się na niej kit AVT222) oraz płytka wyświetlacza (ze względu na dużą liczbę zwór). Poprawnie zmontowany układ działa od pierwszego włączenia. Poprawność działania powinna objawić się w sposób następujący: po włączeniu do sieci układ przechodzi automatycznie w stan czuwania (dioda "STAND-BY" świeci na czerwono, wyświetlacz wygaszony). Następnie, przyciskiem SWO ("STAND-BY") lub z pilota włączamy przedwzmacniacz. Dioda "STAND-BY" zmieni kolor świecenia na zielony, a wyświetlacz wskaże wartość wzmocnienia w obu kanałach równą 20. Gdy tak się stanie, możemy przystąpić do prób odsłu-chowych i testowania poszczególnych funkcji. Robert Senktas
zasilanie - nie zaznaczono na schemacie z rys. 2) C30, C32: 27pF C32: lO^F Półprzewodniki US1: 80C51 (wchodzi w skład kitu AVT-222) US2: 74LS373 (wchodzi w skład kitu AVT-222) US3: 27C64, zaprogramowana
US4: 74LS374 Ul: 4532 U2: 74LS138 U3: SAA1064 Tl, T5, T6: BC327 T2, T3: BC238 T4: 2N2369 T7: BC547 Dl..6: LED
D7: LED dwukolorowa D8: 1N4148 DLI, DL2: podwójne wyświetlacze LED, wspólna anoda Różne
R-pack w obudowie DILló 8x4,7 kn SwO..16: mikroprzelgczniki
Zasilacz Kondensatory
CO: 100nF/25V
Cl, C5: 22OOnF/25V
C2, C3, Có, C7, C9: lOOnF
C4, C8: IOOOhF
Półprzewodniki
Ul: 7805
U2: 7812
MP1, MP2: mostki
prostownicze 1A/50Y
86
Elektronika Praktyczna 10/97
BIBLIOTEKA EP
Co dwa miesiące przedstawiamy w "Bibliotece EP' dostępne w księgarniach książki poświęcone elektronice I dyscyplinom pokrewnym.
"EDI - elektroniczna wymiana dokumentacji**, Valerie Leyland, Wydawnictwa Naukowo -Techniczne, 1995 r.T 215 str.
A 1
Elektroniczna
wymiana
dokumentacji
Mimo, że nie zdajemy sobie z tego sprawy, z zagadnieniami lub raczej z efektami wykorzystania EDI spotykamy się w naszym codziennym życiu. EDI to nic innego, jak kolejna propozycja zwiększenia efektywności działalności gospodarczej. Zwiększenia efektów nie tylko w zakresie wzrostu produkcji, lecz również poczynienia oszczędności w kosztach działalności (wprowadzenie przez General Motors systemu just-in-time pozwoliło na zmniejszenie kosztów, związanych z zapasami magazynowymi, z 8 do 2 mld dolarów].
Tak więc EDI to nie jest zwykła wymiana papierków, tu chodzi o coś więcej. Prawidłowe wykorzystanie komputerów i oprogramowania pozwala wprowadzić olbrzymie oszczędności i wyeliminować, tak bardzo zawodny, czynnik ludzki. Książka mówi o tym, jak powinien wyglądać dobrze zaprojektowany system prowadzenia firmy, jak wdrożyć go, w miarę możliwości bezboleśnie, w życie.
Książka adresowana jest do menedżerów, informatyków korporacyjnych, dyrektorów i innych osób na szczeblu decyzyjnym.
"Poczta elektroniczna", L aniont WoodT Wydawnictwa Nauko wo-Techniczne, 1994 r.T 263 str.
Książka "Poczta elektroniczna" to strzał w dziesiątkę, niestety kilka lat spóźniony. Obec-
nie chyba już nikt nie używa oprogramowania pracującego pod kontrolą systemu MS-DOS chcąc skorzystać z poczty elektronicznej. Przejrzenie swojej poczty czy wysłanie faksu jest dużo prostsze przy wykorzystaniu oprogramowania pracującego pod Windows 3.1 lub 95, niż męczenie się z wpisywaniem koszmarnych zaklęć w jakimś języku skryptowym. Również porady, jak przygotować do wysłania tekst napisany w Word for DOS są raczej nie na miejscu, obecnie powszechnie używa się Word for Windows.
Książka wydana w USA w 1993 roku była aktualna, lecz obecnie po czterech latach, w dobie oszałamiającego rozwoju internetu, zawartość powinna byc gruntownie zmieniona. Pewne uwagi można mieć również do treści książki - książka jest prawdopodobnie wiernie przetłumaczona z języka angielskiego i nie uwzględnia polskiej specyfiki. Przykładowo porady dotyczące różnych usług telekomunikacyjnych, które powinno się zamówić są, delikatnie mówiąc, trochę irytujące podczas lektury książki - w Polsce radość sprawia fakt podłączenia, po kilku lub nawet kilkunastu latach oczekiwania, linii telefonicznej.
"Projektowanie i rozwój języka C++"T Bjarne Stroustrup, Wydawnictwa Naukowo -Techniczne, 1996 r.T 511 str.
Bjarne Stroustrup jest dla języka C++ taką postacią, jaką dla języka C jest Dennis Ritchie lub Brian Kernighan czy dla języka Pascal Nikolaus Wright. Nie ma potrzeby nikomu przybliżać tych nazwisk.
Książka jest dosyć nietypową pozycją wśród bibligrafii poświęconej językom programowania. Zadaniem książki nie jest
przedstawienie specyficznych właściwości języka, a nawet nie omówienie standardowych bibliotek. Autor, na ponad pięciuset stronach, opisuje i dogłębnie analizuje decyzje podejmowane podczas definiowania nowego języka (pierwotną nazwą języka znanego obecnie jako C++ była "język C z Klasami"]. Książka jest napisana w świetnym stylu - czyta ją się jak beletrystykę najwyższego lotu. Liczne wątpliwości, jakie targały autorem podczas tworzenia definicji nowego języka, są opisane w sposób szczegółowy. Wypunktowane są wszystkie za i przeciw, argumentacja przy podejmowaniu decyzji jest bardzo fachowa i trudno nie zgodzie się z logiką wywodu autora.
W pierwszym rozdziale, pt. "Prehistoria języka C++", opisano jak doszło do powstania języka C z Klasami. W następnych rozdziałach omówiono kolejne fazy opracowywania standardu języka C + + , motywy wprowadzenia specyficznych elementów do języka (na przykład funkcji rozwijanych].
Książka jest godna polecenia wszystkim zajmującym się programowaniem, nie tylko w języku C+ + .
"C++ zadania i odpowiedzią Tony L. Hansen, Wydawnictwa Naukowo -TechniczneT 1994r.T 617 str.
Książka "C++ zadania i odpowiedzi" jest uzupełniającą lekturą do, znanej chyba wszystkim programującym w C+ + , książki Bjarnefa Stroustrup a "Język C++". Nie jest żadnym odkryciem stwierdzenie, że aby biegle posługiwać się dowolnym językiem programowania
należy poświęcić setki godzin na ćwiczenia i rozwiązywanie drobnych, ale bardzo pouczających zadań. Na żadnym kursie programowania czy wykładzie akademickim nie można zdobyć odpowiedniej biegłości i doświadczenia. Bazując na wiadomościach wyniesionych z jakiegokolwiek szkolenia każdy samodzielnie musi nauczyć się władać językiem programowania.
Tony L Hnimn
Jak każdy dobry podręcznik książka Bjarnefa Stroustrupa zawiera dużą liczbę zadań do samodzielnego rozwiązania. Jak jednak stwierdzić czy nasze rozwiązanie jest poprawne, przy czym chodzi nie tylko o to aby program działał - istotny jest również styl i wykorzystanie możliwości języka. Z pomocą przychodzi książka "C++ zadania i rozwiązania", która jest zbiorem rozwiązań zadań z podręcznika Bjarnefa Stroustrupa. Możliwość porównania swojego rozwiązania z proponowanym przez autora jest bardzo kształcąca. Przeanalizowanie różnic pomiędzy swoim kodem a kodem zawodowego programisty (w programowaniu zwykle jest kilka prawidłowych odpowiedzi], może przynieść w przyszłości nieocenione korzyści. Zawarte w książce kody źródłowe są bogato komentowane, co podnosi ich czytelność.
Układ książki jest zbliżony do układu książki "Język C++", tak więc odszukanie rozwiązania zadania z podręcznika nie powinno nastręczać trudności. Przed każdym rozwiązaniem powtórzona jest treść zadania. Aby maksymalnie skorzystać z książki niezbędne jest Wcześniejsze kupienie podręcznika Bjarnefa Stroustrupa.
88
Elektronika Praktyczna 10/97
PROJEKTY ZAGRANICZNE
Odstras
zwierząt
Jest to jedno z urządzeń
bardzo lubianych przez
Czytelników EP - ma bowiem
bardzo prostą konstrukcję,
a przy tym jest bardzo
użyteczne. Przy jego pomocy
możemy zabezpieczyć swój
ogród lub mieszkanie przed
wizytami nieproszonych
małych gości.
Prostotę układową
konstruktor uzyskał dzięki
zastosowaniu najnowszego
mikrokontrolera firmy
Microchip, o zaledwie ośmiu
wyprowadzeniach!
małych
Poniższy projekt jest modyfikacją i rozszerzeniem poprzedniego projektu podobnego urządzenia [EPE 5/89), które cieszyło się ogromnym zainteresowaniem Czytelników. Uniemożliwia ono wstęp różnym zwierzątkom na świeżo zasiane grządki w ogródku, a także wszędzie tam, gdzie nie są one mile widziane. Częstotliwość pracy urządzenia leży poza zakresem dźwięków słyszanych przez człowieka i nie będzie przeszkadzać sąsiadom.
Zastosowanie w ogródku to tylko jedna z licznych możliwości wykorzystania urządzenia - inne mogą być wręcz korzystne dla odstraszanych zwierząt. Przykładem może tu być ostrzeganie przed pojazdami o napędzie elektrycznym, które ruszają natychmiast i bezgłośnie, co jest przyczyną wielu wypadków, których ofiarami padają właśnie zwierzęta.
W stosunku do pierwotnej wersji układ ma możliwość wyzwalania sygnałem pochodzącym z zewnętrznego czujnika, np. podczerwieni. Jest wtedy uruchomiony na pewien okres czasu, po czym zostaje wyłączony i będzie oczekiwał na kolejny impuls wyzwalający. Opcja ta może być uaktywniona bądź zablokowana.
Kolejne istotne rozszerzenie, to dodanie wyjścia umożliwiającego sterowanie drugiego nadajnika ultradźwiękowego, który generuje impulsy w innych momentach niż nadajnik główny. Będzie to dawać wrażenie innego sygnału, nadchodzącego z innego miejsca. Ponieważ rozchodzenie się fali ultradźwiękowej jest kierunkowe, zwierzęta będą odstraszane w sposób bardziej skuteczny i będzie można chronić przed nimi większy obszar.
Opis układu
Uproszczony schemat blokowy odstraszacza przedstawia rys.l. Układ wysterowuje krótkimi impulsami o dużej mocy nadajnik ultradźwiękowy pracujący z częstotliwością 32kHz, przy czym wy-
sterowania te następują w przypadkowych odstępach czasu i trwają od dwóch do czterech sekund. Pobór prądu jest umiarkowany i umożliwia zastosowanie zasilania akumulatorowego - wynosi on średnio 15mA, a więc 6 akumulatorów Ni-Cd typu C zapewni autonomiczność urządzenia przez około 80 godzin. Jeśli przewidywana jest bardzo intensywna eksploatacja urządzenia, lepiej jest wykorzystać jako źródło zasilania stary akumulator samochodowy lub zastosować zasilanie sieciowe.
Układ zawiera stabilizator napięcia, na którego wejście podać można dowolne napięcie od 9V do 24V. Napięcie nie musi być wygładzane, ponieważ w układzie znajduje się kondensator o dostatecznie dużej pojemności. Zasilanie może być doprowadzone przewodem o długości do 80m.
Inny atrakcyjny wariant zasilania to użycie niewielkiej baterii słonecznej i ośmiu akumulatorów Ni-Cd (typu AA). Takie rozwiązanie będzie skuteczne przez większą część sezonu ogródkowego i przyda się szczególnie tam, gdzie nie doprowadzono jeszcze zasilania sieciowego.
Opis układu
Kompletny schemat ideowy odstraszacza przedstawia rys.2. Układ ICl jest programowanym mikro-kontrolerem, generującym paczki sygnału o częstotliwości 32kHz, które przez rezystor R12 są podawane na bazę tranzystora TR2, tworzącego stopień wyjściowy.
Obciążenie tranzystora TR2 stanowi układ rezonansowy Li, C2, dostrojony do częstotliwości 3 2kHz. Podczas trwania każdej z paczek sygnału, tranzystor TR2 jest kluczowany z częstotliwością 3 2kHz. Podczas pierwszego włączenia tranzystora, prąd przepływa przez uzwojenia cewki Li, a energia jest magazynowana w polu rdzenia ferrytowego cewki. Po wyłączeniu tranzystora napięcie na cewce narasta do około +50V i ładuje kondensator C2.
Elektronika Praktyczna 10/97
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
+5V Zasilacz
Mikrokontroler
Wyjście 1
+9.4V Zasilacz
+VeSUPPLY
Zasilanie zewnętrzne
Stopień wyjściowy
Przetwornik ultradźwiękowy
Wyjścia 2
-O Wyjście do zewnętrznego wzm.
-----------------------------------------------------------O Wejście wyzwalające
M---------O 0V(QND)
Rys. 1. Uproszczony schemat blokowy odstraszacza zwierząt.
Energia zgromadzona w C2 zostaje następnie przekazana do pola cewki. Cykle takie wykazywałyby malejącą amplitudę napięcia, ale po każdym włączeniu tranzystor TR2 doprowadza energię do układu i amplituda nie maleje. Jeśli układ rezonansowy jest prawidłowo zestrojony, a kluczowanie tranzystora TR2 odbywa się we właściwych momentach, na cewce Li stale jest obecny sygnał o wysokiej amplitudzie i częstotliwości 32kHz, przekazywany do nadajnika TXl przez diodę Zenera D3 i diodę LED D4.
Dioda D2 stanowi bardzo istotny element układu - uniemożliwia spadek napięcia na cewce poniżej napięcia masy zasilania. Bez diody w układzie, tranzystor TR2 byłby polaryzowany rewer-syjnie, co prowadziłoby do ograniczenia amplitudy międzyszczy-towej napięcia na obciążeniu. Aby zminimalizować straty, jako D2
należy bezwzględnie użyć diody podanej w wykazie elementów.
Przepływ prądu przez przetwornik TXl sygnalizuje dioda LED D4, która świeci podczas dodatnich połówek cyklu. Wskazuje to na prawidłowe działanie układu. Podczas ujemnych połówek cyklu prąd płynie przez diodę D3. Jako D3 użyto diody Zenera o niskim napięciu przebicia, w związku z czym można nawet zrezygnować z obecności diody LED w układzie, który bez niej także będzie funkcjonował prawidłowo. Rozwiązanie takie może być interesujące zwłaszcza wtedy, gdy nie chcemy, by urządzenie przyciągało czyjąkolwiek uwagę.
Zasilacz zaprojektowano tak, by mógł współpracować z różnymi napięciami zasilania. Jest to bardzo istotne, ponieważ przetwornik TXl jest sterowany dużym sygnałem i mógłby ulec
zniszczeniu przy zbyt wysokim napięciu zasilania. Standardowe, niestabilizowane zasilacze o nominalnym napięciu 9V mogą dawać nawet do 2 0V napięcia wyjściowego, co najpewniej doprowadziłoby do uszkodzenia przetwornika TXl. Sytuacji takiej zapobiega stabilizator, zapewniający napięcie zasilania układu 9,4V, przy napięciu wejściowym stabilizatora od 10V do 24V. Dioda D6 zabezpiecza układ przed skutkami odwrotnego podłączenia biegunów zasilania. Dioda Zenera D5 daje napięcie odniesienia bazy tranzystora TR3, wynoszące 10V dla szerokiego zakresu napięć wejściowych stabilizatora. Tranzystor TR3 jest włączany, gdy napięcie na jego emiterze spada o 0,6V w stosunku do potencjału bazy. Do obciążenia płynie wtedy prąd przez diodę D6 i tranzystor TR3. Jeśli napięcie na obciążeniu osiągnie 9,4V, tranzystor zostaje zatkany, a napięcie doprowadzane do obciążenia jest stabilizowane. Kondensator C3 wygładza napięcie i odsprzęga linię zasilania.
Napięcie 9,4V zasila stopień wyjściowy i jest wyprowadzone na zewnątrz układu, z przeznaczeniem do zasilania ewentualnego drugiego modułu urządzenia.
Napięcie zasilające układ ICl jest obniżone do około 5V dzięki obecności drugiego stabilizatora napięcia z rezystorem Rll ograniczającym prąd, diodą Zenera Dl i złą-
-o +9V (bateria)
Zasilacz
-o stabilizowany (+9,4V)
-O +10Vto+24V
0V
-O GND
-o Do wzmacniacza
-o Wyzwalanie zewn. 1 -o Wyzwalanie zewn. 2
Rys. 2. Schemat ideowy odstraszacza zwierząt.
10
Elektronika Praktyczna 10/97
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
Rys. 3. Mozaika ścieżek płytki drukowanej i rozmieszczenie elementów na płytce (skala 1:1).
czem E-B tranzystora TRI. Elementy te stabilizują napięcie zasilania i zabezpieczają przed jego spadkiem układ ICl. Mikrokontrolery zazwyczaj źle działają przy obniżonym napięciu zasilania. Wyjściem w takiej sytuacji jest podanie impulsu zerującego, powodującego rozpoczęcie działania procesora od pierwszej linii programu.
Zastosowany w urządzeniu kontroler będzie działał bardzo dobrze i będzie znosił znaczne wahania napięcia zasilania. Mimo to, warto uzupełnić układ o kilka elementów, które wyeliminują wszelkie możliwości niewłaściwego działania kontrolera.
Wyprowadzenie 4 układu ICl jest wejściem zerowania. Podanie na to wyprowadzenie niskiego poziomu powoduje wyzerowanie rejestrów kontrolera i wystartowanie programu od pierwszej instrukcji.
Po włączeniu napięcia zasilania, na wyprowadzeniu 4 układu ICl - dzięki obecności rezystora R3 - utrzymuje się niski poziom, utrzymujący kontroler w stanie wyzerowania. Sytuacja taka utrzymuje się do momentu włączenia tranzystora TRI.
Po włączeniu zasilania, napięcie na diodzie Zenera Dl narasta i ustala się na poziomie 4,7V, kiedy dioda zaczyna przewodzić. Napięcie zasilania układu ICl jest już prawidłowe, niemniej jednak tranzystor TRl w dalszym ciągu nie przewodzi, utrzymując niski poziom na wejściu zerującym ICl. Gdy napięcie na emiterze TRI wzrośnie o dalsze 0,6V, zacznie
układu ICl zewrzeć ze sobą, aby dzięki obecności rezystora R9 panował na nich stan wysoki.
Drugi sygnał wyjściowy jest dostępny na wyprowadzeniu 3 układu ICl. Sygnał ten, analogicznie jak sygnał na wyprowadzeniu 2, powinien sterować układ składający się z tranzystora wyjściowego, cewki i przetwornika ultradźwiękowego . Rl 0 pełni funkcję rezystora oganiczającego prąd bazy.
Aby ograniczyć wpływ pojemności kabli, długość przewodu łączącego układ z drugim modułem wyjściowym nie powinna przekraczać lOm. W przypadku długości większych lepiej jest użyć dwóch, niezależnych odstraszaczy z jednym układem zasilającym.
Ponieważ w takiej sytuacji oba układy będą pracowały niezależnie, generowane przez nie sygnały nie będą zsynchronizowane i odstraszanie może być bardziej skuteczne.
Montaż i uruchomienie
Odstraszacz należy zmontować na płytce drukowanej, której rozkład ścieżek i rozmieszczenie elementów przedstawia rys.3.
Aby jak najbardziej uprościć montaż, wszystkie podzespoły, w tym dioda LED i przetwornik ultradźwiękowy, znajdują się na tej samej płytce. Każda płytka odstraszacza stanowi więc niezależne, samodzielne urządzenie, a jedyne połączenia zewnętrzne to doprowadzenie zasilania, wyprowadzenie zasilania do drugie-
przewodzić złącze E-B, tranzystor TRI zostanie włączony, a na wyprowadzeniu 4 układu ICl pojawi się stan wysoki. W tym momencie kontroler zaczyna wykonywać instrukcje programu. Jeśli z jakiegokolwiek powodu napięcie spadnie, tranzystor TRI zostaje wyłączony, a kontroler utrzymywany w stanie wyzerowania. Stan ten będzie trwał do momentu powrotu właściwego napięcia zasilania.
Stabilizację napięcia zasilania układu ICl zapewnia dioda Dl szeregowo połączona ze złączem E-B tranzystora TRI. Jest to rozwiązanie niestandardowe, ale działa bardzo dobrze i jednocześnie zabezpiecza kontroler przed konsekwencjami spadku napięcia zasilania.
Wyprowadzenia 6 i 7 układu ICl umożliwiają zewnętrzne wyzwalanie urządzenia. Rezystory R4 i R6 stanowią zabezpieczenie przed zbyt dużym natężeniem prądu wejściowego, a rezystory R5 i R7 wymuszają niski poziom na wejściach 6 i 7.
Rezystor podciągający R9 umożliwia wyzwolenie układu sygnałem opadającym. Jeśli chcemy
zrezygnować z opcji n . .. , ,.. . , , , , ,
J� l ' Rys. 4. Modyfikacje drugiego modułu odstraszacza
zewnętrznego^ wy-. dwje zworkj (miedzy kontaktami 2 i 3 podstawki zwalania, należy wy- ; zamias+ rezystora RIO). Pozostałe elementy jak prowadzenia 6 i 7 w module głównym.
(+S,4V)
Elektronika Praktyczna 10/97
11
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
+10VTO+24V
O
COMMON QND (0V) u THIG. 2 O TRIG. 1 O EXT. SIG. +10VTO +24VC BCT. POWER
Rys. 5. Okablowanie dwóch modułów odstraszaczy.
go modułu oraz ewentualnie podłączenie sensorów zapewniających wyzwalanie zewnętrzne.
Przed przystąpieniem do montażu dobrze jest wykorzystać płytkę jako szablon do wykonania w obudowie otworów pod przetwornik i diodę LED. W tym celu należy zaznaczyć na pokrywie obudowy punkty odpowiadające otworom w płytce, przeznaczonym do montażu przetwornika i diody LED. Środki okręgów, które należy wyciąć, leżą w połowie odcinków łączących pary otworów. Średnica otworu pod diodę LED powinna wynosić 3mm.
Płytkę można przymocować do spodniej części lub do pokrywy obudowy. Mocowanie do pokrywy jest wygodniejsze, ale śruby mocujące będą wtedy widoczne.
Montaż należy rozpocząć od wstawienia niskich elementów: rezystorów i diod. Przy montażu tych ostatnich należy zwracać uwagę na ich polaryzację. Kreska widoczna na symbolu diody na schemacie rozmieszczenia elementów oznacza katodę.
Lutowane elementy powinny leżeć na płytce. Najłatwiej jest lutować po kilka elementów i odcinać ich wyprowadzenia przed przystąpieniem do montażu następnych.
Po zakończeniu montażu mniejszych elementów wlutować podstawkę pod układ ICl, a następnie kondensatory. Kondensator C2 może być wlutowany dowolnie, natomiast kondensatory Cl i C3 mają określoną polaryzację - od strony wyprowadzenie "ujemnego" na obudowie kondensatora widnieje kreska.
Wszystkie użyte w układzie tranzystory są różnych typów i nie wolno ich zamieniać miej-
scami. Przy doborze tranzystorów należy zwrócić szczególną uwagę na BC212 i BC183, które dostępne są w dwóch wariantach wyprowadzeń. Nie należy używać tranzystorów z literą "L" na końcu symbolu, a jedynie z literą "K" lub bez żadnej litery.
Przygotowując cewkę Li należy nawinąć na karkas 48 zwojów drutu i okleić je taśmą samoprzylepną. Zwoje nie muszą być nawijane ciasno ani w sposób szczególnie uporządkowany.
Wyprowadzenia cewki powinny znaleźć się z tej samej strony rdzeni, tak aby na karkasie znalazło się 49 pełnych uzwojeń. Wyprowadzenia powinny mieć długość około 30mm, z czego ostatnie 6mm należy oczyścić z emalii, np. papierem ściernym lub nożem, i pocynować.
Cewkę można teraz zamontować na płytce. Wyprowadzenia cewki należy przylutować do płytki w punktach oznaczonych symbolem Li.
Płytka jest utrzymywana we właściwym położeniu w obudowie po włożeniu przetwornika ultradźwiękowego w otwór z gumowym przepustem o średnicy 18mm. Montażu najlepiej jest dokonać wstawiając - nie lutując -wyprowadzenia diody LED w otwory płytki (zwracając uwagę na to, by krótsze wyprowadzenie znalazło się od strony przetwornika TXl) i wkładając przetwornik w otwór z przepustem. Następnie włożyć płytkę tak, by wyprowadzenia przetwornika tra-
fiły w przewidziane pod nie otwory i przylutować je. Wepchnąć diodę LED w otwór obudowy i przylutować. Jeśli dioda zostanie wlutowana odwrotnie, nie ulegnie ona uszkodzeniu, ale po prostu nie będzie świecić.
Płytkę można teraz wyjąć z obudowy, wypychając przetwornik z otworu z przepustem, a następnie przystąpić do uruchamiania.
Przed wstawieniem układu ICl w podstawkę należy dokładnie sprawdzić montaż i lutowanie. Staranne sprawdzenie, z użyciem szkła powiększającego, pozwoli uniknąć długotrwałego poszukiwania usterek.
Przed wstawieniem układu ICl w podstawkę należy sprawdzić zasilacz. Wystarczy do tego prosty multimetr umożliwiający pomiar napięcia stałego w zakresie od 0V do 10V oraz zasilacz o napięciu od 12V do 20V. Może to być zasilacz sieciowy lub zestaw baterii, z ograniczeniem natężenia prądu, np. przez rezystor szeregowy o wartości od 10L2 do 100L2.
Doprowadzić napięcie z zasilacza do odpowiednich punktów płytki i zmierzyć napięcie na diodzie Zenera D5, które powinno wynosić około 10V.
Jeśli napięcie to jest niskie, upewnić się, czy dioda D5 nie została odwrotnie wlutowana. Jeśli jest ono zbyt wysokie, sprawdzić czy dioda została prawidłowo wlutowana i czy jest to rzeczywiście dioda o napięciu Zenera 10V. Jeśli wartość napięcia jest
Mikrokontroler PIC 12C5O8
Przedstawiany projekt wykorzystuje nowy mikrokontroler PIC firmy Microchip. W wielu prostych zastosowaniach niezbędne są elastyczność i duże możliwości mikrokontrolera oraz ograniczona liczba linii we/wy. Przed wprowadzeniem na rynek mikrokontrolera PIC 12C508 jedynym rozwiązaniem było użycie układu o 18 wyprowadzeniach, zajmującego więcej miejsca i powodującego wyższe koszty (wynika to z kosztów obudowy i transportu układów scalonych).
Nowy układ firmy Microchip ma nie tylko małe wymiary, ale również w pełni wykorzystuje swe wyprowadzenia. Poza dwoma wyprowadzeniami zasilania wszystkie pozostałe 6 może być użytych jako linie we/ wy. W takiej konfiguracji zamiast zewnętrznego rezonatora kwarcowego wykorzystuje się wewnętrzny generator zegarowy RC. Stabilność i dokładność takich generatorów jest zwykle niska, ale układ wyposażony jest w specjalny kod "kalibracyjny", który umożliwia dostrojenie generatora zgodnie z wymaganiami.
Elektronika Praktyczna 10/97
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
prawidłowa, sprawdzić, czy napięcie na kondensatorze C3 wynosi około 9V. Jeśli jest ono niższe, sprawdzić prawidłowość wlutowania tanzystora TR3 i usunąć ewentualne zwarcia w okolicy elementów Li, D2 i TR2, które mogłyby stanowić przyczynę podwyższonego poboru prądu.
Jeśli napięcie zasilania układu wynosi około 9V, sprawdzić czy napięcie na kontakcie 1 podstawki pod układ ICl jest równe 5V, a napięcie na kontakcie 4 jest bardzo do tej wartości zbliżone. Jeśli napięcia te są nieprawidłowe, sprawdzić elementy TRI, Dl, Rll i Cl.
Jeśli dostępny jest zasilacz z regulacją napięcia wyjściowego, można sprawdzić, czy napięcie na kontakcie 4 podstawki spadnie do zera, gdy napięcie na kontakcie 1 obniży się poniżej 5V, a także czy napięcia 9V i 5V pozostają stabilne, przy zmianie napięcia wejściowego stabilizatora od 10V do 24V.
Jeśli wszystkie powyższe pomiary dałby wyniki pozytywne, wstawić układ ICl w podstawkę
1 uruchomić zasilanie. Po upływie czterech sekund dioda LED D4 powinna zaświecić, a następnie świecić w różnych odstępach czasu przez około 2..4 sekund.
Jeśli dioda D4 nie świeci, należy upewnić się, czy układ ICl działa, mierząc napięcia na wyprowadzeniach 1 i 4 (powinny wynosić około 5V) i sprawdzając, czy napięcie na wyprowadzeniu
2 podnosi się do około IV, w odstępach czasu od dwóch do czterech sekund. Jeśli tak jest, na bazie tranzystora TR2 powinny być mierzalne impulsowe zmiany napięcia około O,1V. Jeśli warunki uruchamiania urządzenia są luksusowe i dysponujemy oscyloskopem, należy sprawdzić, czy na wyprowadzeniu 2 układu ICl i na bazie tanzystora TR2 pojawiają się paczki impulsów o częstotliwości 32kHz.
Jeśli impulsy są obecne, ale dioda LED D4 nie świeci, zmierzyć poziom napięcia na kolektorze TR2, który powinien wynosić około 9V. Jeśli napięcie to jest niskie, sprawdzić, czy dioda D2 i cewka Li zostały prawidłowo wlutowana i czy w układzie nie ma przerwy.
Pozostałe do sprawdzenia elementy to TX1, D3 i D4 (LED). Prostym sposobem sprawdzenia diody D4 jest zwarcie przetwornika ultradźwiękowego rezystorem około lkn. Jeśli dioda D3 i D4 zostały właściwie wlutowa-ne, D4 powinna zaświecić.
Eksploatacja urządzenia
Przy prawidłowej pracy układu może być słyszalny lekki trzask towarzyszący początkowi i końcowi każdej paczki impulsów. Układ pracuje skutecznie, a jego elementy nie ulegają przegrzaniu.
Układ nie wymaga dalszej procedury uruchomieniowej i może zostać użyty zgodnie z przeznaczeniem. Jeśli będzie eksploatowany na zewnątrz, miejsce połączenia części obudowy dobrze jest okleić taśmą PCW i zabezpieczyć przetwornik przed deszczem. Można w tym celu użyć np. przeciętej butelki z tworzywa sztucznego, unikając jednak szczelnego zamknięcia urządzenia. Mogłoby to doprowadzić do niepożądanego wzrostu temperatury.
Adapter sieciowy doskonale nadaje się do zasilania urządzenia, jego przewód musi być jednak podwójnie izolowany, a napięcie mieścić się w przedziale dopuszczalnych napięć wejściowych stabilizatora.
Mikrokontroler PIC posiada drugie wyprowadzenie, na którym dostępny jest ten sam generowany przebieg. Można go wykorzystać do sterowania drugiego modułu odstraszacza. Do budowy drugiego modułu niezbędna jest płytka drukowana oraz elementy R12, TR2, TX1, D2, D3, D4, C2, C3 i LI.
Zasilanie drugiego modułu pochodzi z pierwszej płytki, a sygnał sterujący ze wspomnianego drugiego wyjścia mikrokontrolera. Połączenie należy wykonać pozbawi onym ekranu trój żyłowym przewodem. W module "slave" należy zewrzeć punkty lutownicze odpowiadające wyprowadzeniom 2 i 3 układu ICl oraz wlutować zworkę w miejsce rezystora RIO, tak aby sygnał sterujący dotarł do rezystora Rl 2 (rys.4). Rys.5 przedstawia okablowanie obu modułów.
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
(węglowe warstwowe, 0,25W, 5%)
Rl, R13: 2,2kQ
R2, R4, R6: 10kO
R3, R5, R7, R8: 47kQ
R9: 4.7kO
RIO, R12: lka
Rll: 470O
Kondensatory
Cl: 100uF/ó,3V, elektrolityczny,
wyprowadzenia jednostronne
C2: 22nF/400V/ poliestrowy, raster
lOmm
Cl: 220mF/1ÓV, elektrolityczny,
wyprowadzenia jednostronne
Półprzewodniki
Dl: BZX79 (dioda Zenera 4.7V,
200mW)
D2: BY407A (1A)
D3: 1N746A (niskonapięciowa
dioda Zenera)
D4: LED, 3mm, wysoka
intensywność świecenia
D6, D7: 1N4001 1A/5OV (patrz
tekst)
TRI: BC121
TR2: ZTX451
TR3: BC183
ICl; PIC 12C508 MMXI,
zaprogramowany (patrz tekst)
Różne
TX1: M3218ST, przetwornik
ultradźwiękowy 32kHz
LI: cewka z rdzeniem ferrytowym
o niskich stratach
Mikrokontroler PIC
Użyty w urządzeniu układ scalony stanowi nowość wśród mik-rokontrolerów. Jest to jednorazowo programowalny kontroler, wyposażony w zegar wewnętrzny i kilka (do 6) linii we/wy, oferowany w obudowie o 8 wyprowadzeniach.
Czytelnicy pragnący zaprogramować kontrolery we własnym zakresie mogą uzyskać oprogramowanie na dyskietce (odpłatnie) w redakcji EPE lub ściągnąć je z serwera redakcji (bezpłatnie -adres www.epemag.wimborne.-co.uk). Zbiór znajduje się w pod-katalogu PICaPEsT. Mark Stuart, EPE
Artykuł publikujemy na podstawie umowy z redakcją miesięcznika "Everyday Practical Electronics".
Elektronika Praktyczna 10/97
13