MEADC"!J - elektroniczno-elektromechaniczny przetwornik A/C do komputera PC
P R O E K T Y
MEADC"! - elektroniczno-
elektromechaniczny
przetwornik A/C
do komputera PC
kit AVT-499
Wiosenne nastroje
umołliwiły nam stworzenie
tego projektu, ktÛry jest nie
tylko peÅ‚en twÛrczej radoÅ›ci,
urzekajÄ…cy prostotÄ… i finezjÄ…
zastosowanych rozwiÄ…zaÒ, ale
posiada takÅ‚e mnÛstwo
walorÛw praktycznych.
Przekonajcie siÍ o tym
sami!
Chciałbym dzisiaj zapropono- ka oraz wiele innych, umołliwia-
waĘ Czytelnikom Elektroniki Prak- jÄ…cych zarÛwno pracÍ jak i zaba-
tycznej budowÍ urzÄ…dzenia zupeÅ‚- wÍ. My elektronicy oczekujemy
nie nowego rodzaju, ktÛre stano- jednak czegoÅ› wiÍcej: potrzebuje-
wiĘ bÍdzie istotny krok naprzÛd my ukÅ‚adÛw umoÅ‚liwiajÄ…cych wy-
w rozwoju ukÅ‚adÛw przeznaczo- korzystanie ogromnych moÅ‚liwoÅ›-
nych do wprowadzania danych ci PC-ta w naszej pracy, w na-
do komputerÛw klasy PC. szym laboratorium elektronicz-
Bez ukÅ‚adÛw peryferyjnych na- nym. UrzÄ…dzenia takie sÄ… od
wet najnowocześniejszy komputer dawna produkowane, a takłe wy-
PC byÅ‚by jedynie bezuÅ‚ytecznÄ… konywane przez hobbystÛw. Trud-
kupą złomu, zagracającą niepo- no obecnie wyobraziĘ sobie nawet
trzebnie nasze biurko. Dlatego teł średnio dobrze wyposałony war-
maszyna ta od "narodzenia" zosta- sztat elektronika, w ktÛrym nie
Å‚a wyposaÅ‚ona w stosowne urzÄ…- znalazÅ‚oby siÍ programatora EP-
dzenia wejÅ›ciowe i wyjÅ›ciowe, ta- ROM-Ûw, czy teÅ‚ emulatora tych
kie jak klawiatura, monitor, mysz- pamiÍci. ØywioÅ‚owo rozwijajÄ…ca
Elektronika Praktyczna 4/99
42
MEADC"! - elektroniczno-elektromechaniczny przetwornik A/C do komputera PC
siÍ technika mikroprocesorowa
takłe stawia swoje coraz to
nowsze wymagania, zapełniając
nasze laboratoria programatorami
i emulatorami wszelkiego typu
procesorÛw.
Wprowadzanie do komputera
informacji cyfrowej jest w załołe-
niu dośĘ proste i sprowadza siÍ
do wykonania odpowiedniego, naj-
czÍÅ›ciej niezbyt skomplikowanego
interfejsu. Inaczej ma siÍ sprawa
z wartoÅ›ciami analogowymi, ktÛre
najpierw muszą zostaĘ przetwo-
rzone do postaci cyfrowej. Tu
napotykamy na znaczne trudności
i koniecznośĘ stosowania kosztow-
nych i nieraz niezbyt dokładnych
przetwornikÛw A/D.
UkÅ‚ad, ktÛry zaprojektowaÅ‚em
jest właśnie takim przetworni-
kiem, ale w odrÛÅ‚nieniu od urzÄ…-
dzeÒ fabrycznych odznacza siÍ Rys. 1. Schemat elektryczny bloku przetwornika.
wyjątkową dokładnością i bardzo
niskimi kosztami wykonania. Do miernika analogowego, najlepiej zwalam sobie ułyĘ tego określe-
jego budowy bÍdziemy potrzebo- o duÅ‚ych wymiarach, typu tzw. nia) przeze mnie przetwornika.
waĘ jedynie paru tanich i po- tablicowego. Jednak nie tylko to jest wałne,
wszechnie dostÍpnych ukÅ‚adÛw Nie bez znaczenia sÄ… korzyÅ›ci Å‚e koszt jego budowy jest stosun-
scalonych i - na tym właśnie ekonomiczne i moralne wynikają- kowo niewielki, nie wszystko mo-
polega nowatorstwo proponowa- ce z powszechnego stosowania łemy przecieł sprowadzaĘ do pie-
nego przeze mnie rozwiÄ…zania - wynalezionego (tak, z dumÄ… po- niÍdzy! BÍdziemy mieli takÅ‚e mo-
Elektronika Praktyczna 4/99
43
MEADC"! - elektroniczno-elektromechaniczny przetwornik A/C do komputera PC
ralnÄ… satysfakcjÍ, Å‚e uchroniliÅ›my
przed zmarnowaniem lub złomo-
waniem wartościowe, choĘ nieco
przestarzałe przyrządy pomiaro-
we! Nie jesteśmy bogatym krajem
i nie staĘ nas jeszcze na marno-
trawstwo i wyrzucanie cennych
elementÛw na Å›mietnik!
Zaprojektowane przeze mnie
urządzenie zostało nazwane
MEADC (ang. Magneto-Electric
Analog to Digital Converter) i pod
tÄ… nazwÄ… zgÅ‚oszone do UrzÍdu
Patentowego.
Opis działania układu
Schemat elektryczny prze-
twornika A/D typu MEADC po-
kazano na rys. 1 i 2. Na rys.
1 widzimy cyfrowÄ… czÍśĘ steru-
jącą układu, a rys. 2 przedsta-
wia zespÛÅ‚ czujnikÛw analizujÄ…-
cych poÅ‚oÅ‚enie wskazÛwki ana-
logowego miernika wychyłowe-
go. Omawianie schematÛw roz-
poczniemy od tej wÅ‚aÅ›nie czÍÅ›ci
urzÄ…dzenia.
W wykonaniu praktycznym
wskazÛwka miernika elektrome-
chanicznego zostanie umieszczo-
na pomiÍdzy rzÍdem transopto-
rÛw szczelinowych zbudowa-
nych z diod LED D1..D32 i fo-
totranzystorÛw T1..T32. JuÅ‚
w tym momencie mołemy oce-
niĘ, jak wysoka jest dokładnośĘ
proponowanego przyrzÄ…du:
układ umołliwia precyzyjne
okreÅ›lenie aÅ‚ 32 poÅ‚oÅ‚eÒ wska-
zÛwki, co daje nam, po prze-
liczeniu na system dwÛjkowy,
imponującą rozdzielczośĘ okreś-
loną słowem 5-bitowym!
Tab. 1.
A B C D !E Kanał
0 0 0 0 0 Y0
0 0 0 1 0 Y1
0 0 1 0 0 Y2
0 0 1 1 0 Y3
0 1 0 0 0 Y4
0 1 0 1 0 Y5
0 1 1 0 0 Y6
0 1 1 1 0 Y7
1 0 0 0 0 Y8
1 0 0 1 0 Y9
1 0 1 0 0 Y10
1 0 1 1 0 Y11
1 1 0 0 0 Y12
1 1 0 1 0 Y13
1 1 1 0 0 Y14
1 1 1 1 0 Y15
x X x X 1 Żaden
Rys. 2. Schemat elektryczny bloku czujników.
Elektronika Praktyczna 4/99
44
MEADC"! - elektroniczno-elektromechaniczny przetwornik A/C do komputera PC
Wejścia adresowe
WYKAZ ELEMENTÓW
tych ukÅ‚adÛw zo-
Rezystory
stały połączone
RP1, RP2, RP3, RP4: R-PACK SIL
rÛwnolegle i doÅ‚Ä…-
1..10k&!
czone do piÍciu
R1, R34, R35: 100k&!
młodszych wyjśĘ
R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8, R9,
licznika binarne-
R10, R11, R12, R13, R14, R15, R16,
go typu 4520 -
R17, R18, R19, R20, R21, R22, R23,
IC3. Do wejścia
R24, R25, R26, R27, R28, R29, R30,
zegarowego (we-
R31, R32, R33: 220&!
jście EN wyko-
Kondensatory
rzystane jako ze-
C1: 10nF
garowe) doprowa-
C2: 470µF/16V
dzony jest prze-
C3: 100nF
bieg prostokÄ…tny
Półprzewodniki
tworzony przez
D1..D32: dioda LED Ć1mm
generator zbudo-
wany na bram- IC1, IC2: 4067
kach IC4A i IC4B. IC3: 4520
Istotne dla
IC4: 4011
Rys. 3. Rozmieszczenie elementów na płytce
pracy przetworni- IC5: 74HCT574
drukowanej modułu dekodera.
ka jest właściwe
IC6: 4001
wykorzystanie
T1..T32: fototranzystor Ć1mm
Kolektory fototranzystorÛw sÄ… wejśĘ zezwolenia !E multiplekse-
Różne
doÅ‚Ä…czone za poÅ›rednictwem zÅ‚Ä…- rÛw, ktÛre pozwoliÅ‚o w prosty
CON1: złącze CENTRONICS
cza CON4 do wejśĘ przetwornika sposÛb zbudowaĘ z dwÛch ukÅ‚a-
lutowane w płytkę
na zÅ‚Ä…czu CON3. WskazÛwka mier- dÛw 16-wejÅ›ciowych jeden blok
CON2: ARK2
nika poruszajÄ…c siÍ przed odbior- przeÅ‚Ä…cznika 32-wejÅ›ciowego.
CON3, CON4: 2 goldpin 17x2
czymi fototranzystorami stale ZasadÍ dziaÅ‚ania pojedynczego
Odcinek przewodu taśmowego
przysłania jeden z nich. Wynika układu typu 4067 przedstawia
ok. 30cm + 2 wtyki zaciskane
stÄ…d, Å‚e w danym momencie tylko tab. 1, a w tab. 2 pokazano zasadÍ
34pin
jeden tranzystor nie zwiera jed- działania połączonych ze sobą
nego z wejśĘ przetwornika do ma- dwÛch takich ukÅ‚adÛw w cyklu
sy. zliczania modulo 32.
Popatrzmy teraz na rys. 1, Tak wiÍc ukÅ‚ad zbudowany stan logiczny (wymuszony przez
przedstawiajÄ…cy gÅ‚Ûwny blok prze- z dwÛch multiplekserÛw bezustan- przewodzÄ…ce tranzystory T1..T32)
twornika MEADC. Sercem ukÅ‚adu nie skanuje wejÅ›cia przetwornika. nic specjalnego siÍ nie dzieje.
sÄ… dwa multipleksery - demultip- Do momentu kiedy na sprawdza- Dopiero w chwili natrafienia na
leksery typu 4067: IC1 i IC2. nych wejÅ›ciach wystÍpuje niski wejÅ›cie, na ktÛrym panuje stan
Rys. 4. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej modułu czujników (zmniejszone do 80 %).
Elektronika Praktyczna 4/99
45
MEADC"! - elektroniczno-elektromechaniczny przetwornik A/C do komputera PC
na mu zaradziĘ w bardzo prosty Wyginamy koÒcÛwki tych ele-
sposÛb: przeÅ‚Ä…czyĘ wyjÅ›cia prze- mentÛw w sposÛb pokazany na
twornika z szyny danych do piÍ- rys. 5. Musimy uczyniĘ to wy-
ciobitowego rejestru dwukierun- jÄ…tkowo delikatnie, aby nie
Rys. 5. Sposób montażu
kowego portu CENTRONICS. Re- uszkodziĘ delikatnych wyprowa-
fototranzystorów i diod LED.
jestr dwukierunkowy, jak sama dzeÒ. NastÍpnie wkÅ‚adamy foto-
nazwa wskazuje, umołliwia tranzystory i diody LED w przy-
wysoki (czyli wejście połączone
transmisjÍ danych w dowolnym gotowane na nie otwory o Å›red-
z fototranzystorem zasÅ‚oniÍtym
kierunku, niezaleÅ‚nie od typu nicy 2mm i lutujemy koÒcÛwki
w danym momencie przez wska-
pÅ‚yty gÅ‚Ûwnej lub karty multi I/ do wÅ‚aÅ›ciwych pÛl lutowni-
zÛwkÍ miernika) nastÍpuje reakcja
O. czych.
układu. Na wyjściu jednego z mul-
Wracajmy jednak do naszego Dalsze postÍpowanie bÍdzie
tiplekserÛw pojawia siÍ stan wy-
układu. Informacja o połołeniu w znacznym stopniu zalełało od
soki, a w konsekwencji na wyj-
wskazÛwki miernika magnetoelek- typu posiadanego miernika.
Å›ciu bramki NOR IC6A wystÍpuje
trycznego została wpisana do bu- W prototypie zastosowałem mier-
stan niski, ktÛry przekazany zo-
fora i przy kałdym cyklu zlicza- nik produkcji byłego ZSRR (fab-
staje na wejście zegarowe bufora
nia licznika IC3 jest odświełana. rika nomier 16) o bardzo wysokiej
linii 74HCT574 - IC5. Stan wyjśĘ
WartośĘ zapisanÄ… w rejestrze mo- jakoÅ›ci. SzczegÛÅ‚y poÅ‚Ä…czenia ukÅ‚a-
licznika IC3, jednoznacznie okreÅ›-
Å‚emy odczytaĘ programowo w do- du detekcji poÅ‚oÅ‚enia wskazÛwki
lający aktualne połołenie wska-
wolnym momencie. widoczne sÄ… na fotografiach.
zÛwki miernika, zostaje przepisa-
Warto zauwałyĘ, łe urządzenie W kałdym jednak przypadku
ny do bufora.
dziaÅ‚a caÅ‚kowicie samodzielnie, wskazÛwka miernika wychyÅ‚owe-
Wyjścia bufora linii IC5 zosta-
bez wspomagania ze strony oprog- go musi znaleüĘ siÍ pomiÍdzy
ły dołączone do złącza CON1
ramowania komputera. OdciÄ…Å‚a to rzÍdami diod i fototranzystorÛw,
umoÅ‚liwiajÄ…cego komunikacjÍ
procesor i umoÅ‚liwia wspÛÅ‚pracÍ a jej szerokośĘ musi umoÅ‚liwiaĘ
przetwornika z komputerem. Do
z przetwornikiem nawet najsÅ‚ab- caÅ‚kowite zasÅ‚oniÍcie jednego fo-
tej komunikacji wykorzystamy
szym komputerom. totranzystora. Niekiedy bÍdziemy
port rÛwnolegÅ‚y komputera i jego
zmuszeni zwiÍkszyĘ szerokośĘ
szynÍ danych. Jest to rozwiÄ…zanie
MontaÅ‚ i uruchomienie wskazÛwki, przyklejajÄ…c do jej
najprostsze, ale niestety
Na rys. 3 i 4 pokazano roz- koÒca maÅ‚y kawaÅ‚ek czarnego pa-
ìpodnoszÄ…ce poprzeczkÍî wyma-
mieszczenie elementÛw na pÅ‚yt- pieru.
gaÒ sprzÍtowych stawianych kom-
kach. Ich mozaiki ściełek znajdu- Obie zmontowane płytki łą-
puterowi.
jÄ… siÍ na wkÅ‚adce wewnÄ…trz nu- czymy ze sobÄ… za pomocÄ… typo-
WiÍkszośĘ komputerÛw,
meru. wego przewodu taśmowego za-
a wÅ‚aÅ›ciwie ich pÅ‚yt gÅ‚Ûwnych,
MontaÅ‚ mniejszej pÅ‚ytki, wy- koÒczonego 34-koÒcÛwkowymi
starszych od Pentium jest wy-
konanej na laminacie dwustron- wtykami.
posałona w jednokierunkowe
nym z metalizacją, wykonujemy Pozwoliłem sobie napisaĘ
porty Centronics, nie umołli-
wedÅ‚ug ogÛlnie znanych zasad, prosty program obsÅ‚ugujÄ…cy za-
wiajÄ…ce transmisji danych ìw
rozpoczynajÄ…c od elementÛw projektowany przeze mnie prze-
stronÍî komputera. Gdyby kto-
o najmniejszych gabarytach, twornik. Program ten działa
kolwiek z CzytelnikÛw spotkaÅ‚
a koÒczÄ…c na wlutowaniu kon- w Å›rodowisku WINDOWS95/98/
siÍ z takim problemem, to moÅ‚-
densatorÛw elektrolitycznych NT i dostÍpny bÍdzie w nie da-
i zÅ‚Ä…cza CENTRONICS. Pod ukÅ‚a- jÄ…cej siÍ przewidzieĘ przyszÅ‚oÅ›ci
dy scalone warto zastosowaĘ pod- na stronie internetowej Elektroni-
stawki. Pewnej uwagi bÍdzie wy- ki Praktycznej. Dla tych Czytel-
magaÅ‚ montaÅ‚ dwÛch pÅ‚ytek, na nikÛw, ktÛrzy chcieliby napisaĘ
ktÛrych zamocowane bÍdÄ… foto- program samodzielnie, podajÍ
tranzystory i diody nadawcze proste wskazÛwki (odnoszÄ…ce siÍ
LED. Diody i fototranzystory lu- do jÍzyka BASIC). Odczytu zmie-
tujemy od strony druku w nastÍ- rzonej wartoÅ›ci dokonujemy za
pujÄ…cy sposÛb: pomocÄ… polecenia:
INP (&H378) dla portu LPT1
Odczytana wartośĘ dziesiÍtna
musi mieÅ›ciĘ siÍ w przedziale
0..32 i mołe zostaĘ poddana dal-
szej obrÛbce programowej, zaleÅ‚-
nej jedynie od zastosowania do
jakiego przeznaczyliśmy nasz prze-
twornik.
Zbigniew Raabe pod kierunkiem
Rys. 6. Okno programu
kierownika zespołu Biura
współpracującego z MEADC.
Konstrukcyjnego AVT
Elektronika Praktyczna 4/99
46