-^ -7*1
Międzynarodowy magazyn elektroników hobbistów i profesjonalistów
9/97 � wrzesień � 5 zł 30 gr
\C\ =1 01
MODUŁY ANAllZATi PRZEŁĄCZNIK
ZACJI
STEROWNIK SILNIKÓW KROKO
ITINII 8-BITi KUMULATOR'
NiCd>
PODZESPOŁY:
TERMOSTATY JEDNOUKLADOWE
PROGRAMY:
BASIC DLA
MIKROKONTROLERÓW RODZINY 51
r
SPRZĘT: OKOMPUTER BASIC-TIGER
Ind�ki
9 771Z30 3529791 09>
PODZESPOŁY
Termostaty jednoukładowe
Specjalizacja
produkowanych współcześnie
układów scalonych zatacza
coraz szersze kręgi. Dzięki
niej coraz większą ilość
problemów, często
spotykanych w różnego
rodzaju urządzeniach
elektronicznych, można
rozwiązać przy pomocy
jednego układu scalonego,
zastępującego złożone
funkcjonalnie moduły,
wykonane w technice
dyskretnej.
W ańykule prezentujemy
grupę specjalizowanych
układów scalonych, które
stosunkowo niedawno
wprowadzono na rynek - są
to termostaty jednoukładowe.
Kłopoty z kontrolowaniem temperatury w urządzeniach elektronicznych pojawiły się w chwili, kiedy zaczęto powszechnie stosować elementy półprzewodnikowe. Pierwsze tranzystory i diody wykonywane były z bardzo czułego termicznie germanu, lecz mimo ciągłego udoskonalania technologii i wprowadzania coraz to nowych modyfikacji do stosowanych materiałów problemu nie udało się rozwiązać do końca. Każdy konstruktor - elektronik spotkał się z pewnością z całym szeregiem problemów związanych z negatywnym wpływem zmian temperatury na pracę tworzonych urządzeń. Niestabilność punktów pracy elementów aktywnych oraz zmniejszająca się wraz ze wzrostem temperatury odporność na uszkodzenia elementów półprzewodnikowych, stanowi cały czas bardzo istotny problem do rozwiązania dla konstruktorów.
Opr a co w ano o c żywi ści e wiele technik układowych, minimalizujących wpływ temperatury na pracę układów elektronicznych, nie zawsze jednak zdają one w pełni egzamin. Konstruowanie radiato-rów dla elementów, w których wydziela się duża ilość energii jest osobną, bardzo obszerną dziedziną wiedzy, lecz często spotykane są sytuacje, kiedy takie środki zabezpieczające nie są wystarczające.
Z największymi trudnościami borykają się konstruktorzy wzmac-
niaczy dużej mocy, zasilaczy oraz przetwornic - są to aplikacje wymuszające na elementach mocy pracę w skrajnych warunkach termicznych, często na granicy obszaru bezpiecznej pracy SOAR (ang. Safe Operation ARea).
Wraz ze wzrostem wymagań stawianych konstrukcjom elektronicznym niezbędne okazało się stosowanie wspomaganych układów chłodzących i stabilizujących temperaturę. Droższe wersje przedwzmacniaczy audio klasy au-diofilskiej (np. X-9908 firmy Lo-ran) są wyposażone w moduły termostatów gwarantujących utrzymanie w stabilnej temperaturze ok. 15�C wszystkich elementów tworzących pierwsze stopnie wzmocnienia i korekcji. Aby utrzymać temperaturę na żądanym poziomie, w komorze termicznej zastosowano moduł grzej ąco-chłodzący (z płytką Peltiera), sterowany cyfrowym regulatorem PID. W ocenie konstruktorów rozwiązanie to ogranicza poziom szumów i znacznie poprawia liniowość charakterystyki przenoszenia. Zdanie klientów jest chyba podobne, ponieważ według oficjalnych danych Loran sprzedaje blisko 50 sztuk tych przedwzmacniaczy miesięcznie, a warto zaznaczyć, że cena takiego urządzenia przekracza nieco 8000 funtów brytyjskich.
Elektronika Praktyczna 9/97
15
PODZESPOŁY
Nieco mniej awangardowym przykładem zastosowania układów termostatowych mogą być powszechnie stosowane "inteligentne" radia tory zintegrowane z wentylatorem, wykorzystywane do chłodzenia procesorów stosowanych we współczesnych komputerach domowych. Cała "inteligencja" tych radiatorów polega
ANALOG DEVICES
na zastosowaniu wentylatora włączanego elektronicznym termostatem, który jest uruchamiany tylko wtedy, gdy temperatura obudowy zabezpieczanego elementu przekroczy wartość dopuszczania.
Podobne rozwiązania są stosowane w zasilaczach wyższej klasy - dzięki załączaniu silnika wentylatora tylko w sytuacjach tego wymagających, ogranicza się pobór energii przez całe urządzenie, zmniejszony jest także poziom generowanego hałasu.
Na pierwszy rzut oka zagadnienie, którym się tutaj zajmujemy,
wydaje się nieco wydumane. Cóż to za problem zbudować termostat progowy? Wystarczy przecież wzmacniacz operacyjny lub tani komparator, kilka elementów biernych, jakiś czujnik temperatury i po problemie!
Rzeczywiście, zbudowanie termostatu nie jest obecnie zbyt kłopotliwe. Szeroka gama doskonałych jakościowo, stosunkowo tanich i łatwych w zdobyciu czujników temperatury oraz pozostałych elementów powoduje, że nawet mało wprawny konstruktor może bez większych trudności samodzielnie wykonać termostat.
Cóż więc wymusiło na producentach układów scalonych uzupełnienie oferty produkcyjnej o scalone termostaty? Jest to z jednej strony odpowiedź na rosnące wymagania użytkowników - konstruktorów, którzy uczą się (i chyba słusznie) stosowania coraz większej liczby specjalizowanych układów scalonych, pozwalających w sposób optymalny rozwiązać zadane problemy. Z drugiej strony, rozszerzenie oferty produkcyjnej zostało wymuszone realiami rynku masowego znacznie łatwiej jest przecież przejść wszystkie niezbędne etapy 5 | wtat budowania produkowanego urządzenia, które składa się z jednego układu scalonego, niż gdyby składało się ono z kilkunastu elementów. Znacznie prostsza jest zarówno logistyka produkcji, montaż urządzenia, jego uruchamianie i testowanie.
W chwili obecnej scalone termostaty znajdują się w ofercie produkcyjnej trzech liczących się firm: Analog Devices, D alias Semiconductor oraz National Semiconductor. Każda z firm opracowała własne rodziny
undbi
termostatów, różniące się zasadą dokonywania pomiaru, sposobem programowania nastaw temperatury, sposobem sterowania zewnętrznych układów sterujących, obudowami, itd.
Ze względu na dużą różnorodność dostępnych wersji termostatów usystematyzowanie informacji o nich postanowiliśmy rozpocząć od stworzenia najprostszego podziału, opartego na sposobie obróbki sygnału z czujnika temperatury.
Termostaty analogowe
Niezaprzeczalnym liderem w tej grupie układów są opracowania firmy Analog Devices. Fakt ten jest dość oczywisty, biorąc pod uwagę wieloletnie doświadczenia AD w produkcji różnorodnych układów analogowych.
Układ TMP01 (rys.l) integruje w swojej strukturze półprzewodnikowy czujnik temperatury, źródło napięcia referencyjnego, komparator okienkowy i moduł generatora histerezy. Wyjścia komparatora okienkowego buforowane są przez dwa tranzystory bipolarne z otwartymi kolektorami. Wydajność prądowa tych tranzystorów wynosi 20mA. Jedno z wyjść można wykorzystać do załączania grzałki po przekroczeniu progu temperatury minimalnej (oznaczone UNDER), drugie umożliwia sterowanie pracą układu chłodzą-
16
Elektronika Praktyczna 9/97
PODZESPOŁY
i i Hlstereza LOW � Mają Identyczne j wartości k Histweza HIGH

i i i * i
Napięcie wyjściowa na wyjściu OVER/UNDER i i
LO
i
Temperatura
Rys. 2.
cego, np. modułu Peltiera. Jest ono uaktywniane po przekroczeniu górnego progu temperatury (wyjście to nosi oznaczenie OVER). Układ TMP01 może być zasilany napięciem z zakresu 4,5..13,2V. Pobór prądu nie przekracza 500|iA, przy zasilaniu napięciem 5V.
Temperatury progowe ustala się przy pomocy rezystorów R1..3. Tak więc programowanie zakresów przełączania polega na dobraniu ich wartości. Napięcie odniesienia, które zasila dzielnik referencyjny, jest wysokostabilne i w praktyce niezależne od czynników zewnętrznych. Na wyjściu oznaczonym VPTAT pojawia się napięcie zależne od temperatury o współczynniku zmiany 5mV/�C.
Dzięki wbudowaniu w strukturę układu TMP01 generatora his-terezy, uniknięto niebezpieczeństwa powstania oscylacji na progach przełączania. Na rys.2 przedstawiono prosty wykres obrazujący wpływ histerezy na działanie sterowanych przez układ TMP01 elementów. Szerokość histerezy,
podobnie jak progi przełączania, można programować przy pomocy odpowiednio dobranych rezystorów.
Nieco bardziej rozbudowaną konstrukcją jest układ TMP12 (rys.3). Najważniejszą, z punktu widzenia użytkownika, r.trH,.H różnicą pomiędzy układami TMP01 i TMP12 jest wbudowanie w strukturę tego drugiego rezystora spełniającego rolę grzałki. Dzięki zastosowaniu tego rezystora możliwe jest wykorzystanie układu m.in. do pomiaru szybkości przepływu powietrza (w konsekwencji jakości wywołanego tym przepływem chłodzenia) w obudo-
VREF
TEMPERATURĘ
SENSOR &
TOLTAGE
REFERENCE
VPTAT
WINDOW COMPARATOR
HYSTERESIS GENERATOR
TMPOł
Układ z rys.4 spełnia rolę konwertera temperatura - częstotliwość. W tej aplikacji układ TMP01 wykorzystany jest tylko jako zwykły czujnik temperatury. Elementy tworzące termostat nie są tutaj wykorzystane.
Aplikacja przedstawiona na rys.5 przedstawia sposób sterowania przez układ TMP01 obciążeniami o dużej mocy. Dzięki zastosowaniu jako bufora napięciowo-prądowego optoizolowanego triaka możliwe jest odizolowanie galwaniczne części pomiarowej od obciążenia. Ponieważ termostat pobiera bardzo niewielką moc możliwe jest zasilanie części pomiarowej chociażby z baterii. Jej żywotność jest ograniczona w praktyce tylko przez prąd pobierany przez diodę świecącą optot-riaka. Moc sterowanego obciążenia w układzie z rys.5 jest ograniczona tylko przez maksymalny prąd przewodzenia triaka sterowanego przez MOC3011.
i- VREF<
- SET< HIGH
_ SET,
^ lowt
- GNDi
OVER
Rys. 3.
Rys. 4.
wie urządzenia elektronicznego. Inną możliwością wykorzystania tego rezystora jest przesunięcie skali p omiaru w wyniku zadania przy jego pomocy wstępnej temperatury, która będzie traktowana jako "0" skali.
Układy TMP01 i TMP12 mają identyczny układ wy p rowadzeń, dzięki czemu mogą być stosowane zamiennie, bez konieczności modyfikowania płytki drukowanej. Podobne są także ich układy aplikacyjne - przykłady pokazano na rys.4..6.
UNDER
Rys.6 przedstawia sposób sterowania przez układ TMP01 przekaźników, które załączają bezpośrednio obciążenia dużej mocy. W przypadku, gdy cewka przekaźnika nie wymaga sterowania prądem o natężeniu większym niż 20mA możliwe jest jej bezpośrednie zasilanie z wyjścia układu. W przypadku, gdy pobór prądu jest większy niż 2 Om A należy zastosować układ buforujący. W aplikacjach wymagających precyzyjnego pomiaru temperatury producent zaleca stosowanie zewnętrznych buforów prądowych, ponieważ obciążanie znacznymi prądami tranzystorów wyjściowych układu wywołuje zjawisko samopodgrzewania struktury, które jest wynikiem strat mocy w tych tranzystorach.
Ostatnim układem - termostatem z oferty Analog Devices jest
Elektronika Praktyczna 9/97
17
PODZESPOŁY
R1
R2
R3
VREF
TEMPERATURĘ SENSOR &
VOLTAGE REFERENCE
VPTAT
WINDOW COMPARATOR
HYSTERESIS GENERATOR
łMPOł
V =5V
Rys. 5.
AD22105. Jego budowę wewnętrzną przedstawiono na rys.7. Jest on znacznie prostszy i łatwiejszy w stosowaniu od dwóch juź opisanych układów, nie oznacza to jednak, źe jest on mniej funkcjonalny. Dokładność pomiaru temperatury przez AD22105 wynosi ok. 2,0�C, a wewnętrzna (zadana przez producenta) histereza 4�C. Próg przełączania zadawany jest przy pomocy jednego tylko zewnętrznego rezystora, który jest włączony pomiędzy wyprowadzenie RSET i masę zasilania. Dopuszczalny zakres napięcia zasilającego wynosi 2,7"7V, a moc rozpraszana w strukturze nie przekracza 23OfiW (przy 3,3V).
go dxivera sterującego przekaź-nikiein lub silnikiem wentylatora.
Termostaty cyfrowe
Drugą grupą układów termostatowych są struktury umownie nazwane "cyfrowymi". Umowność tego określenia wynika z faktu, źe pomiar temperatury odbywa się nadal w sposób analogowy, ale juź wynik pomiaru jest przetwarzany do postaci cyfrowej i tak obrabiany przez pozostałe moduły układu.
Układ AD22105 opracowano przede wszystkim z myślą o stosowaniu w urządzeniach zasilanych niskim napięciem (bateryjnie). Rezystor 200kLi wbudowany w strukturę układu można wykorzystać jako element "podciągający" napięcie na kolektorze tranzystora wyjściowego. Maksymalny prąd kolektora tego tranzystora wynosi 1 Om A, lecz zalecane jest stosowanie zewnętrzne-
Tab.1. Skrócoie zestawienie podstawowych parametrów i możliwości termostatów scaloiych.
TMP01 TMP12 AD22105 LM75 DS1620 DS1620R DS1621 DS1623 DS1625 DS1720 DS1B21
Zakres mieiHiych lemperalur [DC] Ś55 +125 Ś40 +100 Ś40 +150 Ś55 +125 Ś55 +125 Ś55 +125 Ś55 +125 Ś55 +125 Ś55 +125 Ś55 +125 Ś55 +125
Typowy błąd pan lani PC] ą1 ą3 2 ą2 ą1,5 ą1,5 Ś1 +3 Ś1 +3 ą2 ą2 ą2
Napięcie zasilania [V] 4,5 13,? 4,5 5,5 2,1 7,0 3,0 5,5 4,5 5,5 4,5 5,5 2,7 5,5 2,7 5,5 4,5 5,5 2,7 5,5 4,3 5,5
Pobór prądu (aklywiy) 5D0 SOD|iA 600|jA 120|jA 250 |jA 1mA 1mA 1mA 1mA 1mA 1mA 1mA
1 1 1 (progra-
Wyjścia 2 + analogowe 2 (z opcjonalnym (koni Rurował- 3 3 1 3 1 3 mowana
pullupem) ne) polaryzacja)
Rozdzielczość
preelworiika [biły]
Czas konwersji (max.) 100ms 200ms 200 ms 1s 1s 1s 1s 1s
Miniowy
Rodzaj iiieriejsu I2C 3-liniowy 3-liniowy I2C 3-liniowy I2C 3-liniowy (Touch
Memory)
Inne Progi i Progi i Próg Może Wszystkte Wszystkie Wszystkie Wszystkte Wszystka Wszystkie Układ
histereza histereza zadziałania pracować jako rejestry rejestry rejestry rejestry rejestry rejestry spełniający
ustawiana przy uslaw iana przy ustalany jest standardowy zapisywał ne są zapisywał ne są zapisywalne są zaptywalne są zapisywalne są zapisywalne są ro^ termostatu
pomocytrzech pomocy trzech jednym komparator - typu EEPROM typu EEPROM typu EEPROM typu EEPROM typu EEPROM typu EEPROM z wyjśctem
rezystorów rezystorów rezystorem termostat lub Możliwość Możliwość Możliwość Możliwość Możliwość Możliwość mocy Nastawy
Kompaiybilny z Wbudowany Hfctereza ma jako układ ntezaleznego niezateznego niezateznego ne zależnego ntezaleznego niezateznego zapisywane są
TMP12. rezystor 100&, stałą wartość kontroli ustawania ustawienia ustawieni ustawania ustawania ustawienia w pam^ci
spełniający 4flC przekroczenia wartości Th, wartości Th, wartości Th, wartości Th, wartości Th, wartości Th, EEPROM,
role grzejnika. temperatury w Tl Tl Wbudowany Tl Tl Istnieje Tl Istnieje Tl Istnieje poprzez
Kompatybilny z system te p,P rezystor możliwość możliwość możliwość interfejs 1-
TMP01 Dostępny w spełniający arytmetycznego arytmetycznego arytmetycznego liniowy
dw ith role grzejnika powiększenia pow^kszenia powiększenia
wersjach Programowo dokładności dokładności dokładności
napięciowych - kompatybilny z pomiaru pomiaru pomiaru
3,3Vlub5V DE1620 temperatury temperatury temperatury
Programowo Programowo
kompatybilny z kompatybilny z
DE1620 DE1620
Obudowa DIPS, EOICS, DIPS, EOICS EOICS EOICS, MiniEOICS DIPS, EOICS bd DIPS, EOICS DIPS, EOICS DIPS, EOICS EOICS PR-35, TO-220, EOICS
18
Elektronika Praktyczna 9/97
PODZESPOŁY
TEMPERATURĘ
SENSORA
VOLTAGE
REFERENCE
VPTAT
WINDOW COMPARATOR
HYSTERESIS GENERATOR
łMPOf
Rys. 6.
Termostaty cyfrowe są oferowane przez dwie firmy - Dallas Semiconductor i National Semi-conductor. Rozpoczniemy od prezentacji układu LM75, który jest najnowszym opracowaniem NS.
Strukturę wewnętrzną tego układu przedstawiono na rys.8. Jak widać jest ona bardzo złożona, lecz całość mieści się w miniaturowej obudowie SOP8. Temperatura obudowy mierzona jest z rozdzielczością 9 bitów, a gwarantowana dokładność wynosi ok. ą3�C. Czas konwersji nie przekracza lOOms.
Dzięki wyposażeniu układu LM75 w interfejs szeregowy zgodny ze standardem 12C oraz trzy bity adresowe ustawiane sprzętowo możliwe jest jednoczesne sterowanie do 8 takich układów dołączonych równolegle do mikro-kontrolera sterującego. Poprzez interfejs szeregowy można odczytać wynik ostatniego pomiaru temperatury, zawartość wewnętrznych rejestrów konfiguracyjnych, moż-
AD221O5
OUT 2
GND 3
NC 4
Rys. 7.
ANALOG
Ideyices
200k
SET-POINT
TEMPERATURĘ SENSOR
T] NC
T] NC
Sposób starowania przekaźników
z cewką wymagającą dużej mocy
steiującej
Sposób sterowania przekaźników
z cewką nie wymagającą
dużej mocy sterującej
liwa jest także konfiguracja trybu pracy układu.
już znany Czytelnikom EP - zarówno same układy, jak i programator do nich opisaliśmy w marcowym i kwietniowym numerze EP. Z punktu widzenia użytkownika układ DS1620 jest kompletnym termostatem z trzema niezależnymi wyjściami, które sygnalizują temperaturę zbyt niską i zbyt wysoką, a trzecie wyjście spełnia rolę sygnalizatora temperatury poprawnej (czyli znajdującej się pomiędzy zadanymi programi). Układ jest wyposażony w trój-przewodowy interfejs szeregowy, który umożliwia zarówno odczyt jak i programowanie zawartości wszystkich rejestrów. Niezależnie ustalane są: górny i dolny próg porównania oraz zwartość rejestru trybu pracy. Wszystkie rejestry
8 +V 3.0V-5LV
/ - / -i

1-Brt
WA
10-Bit
Digital
Dodmaflon
Fiter
&flit Delttt-Sigma Anolog-to-Digital CorwMtar
Temperatura Sensor
Corriiguration Register
Pointer Reflltter
Temperatura
SetPott Comparator
Configunttion Hetfster
Two-WIra Intarfacs
National Semiconductor
Rys. 8.
Tranzystor wyjściowy układu LM75 może spełniać rolę bufora sterującego zewnętrznym obciążeniem, możliwe jest także skonfigurowanie tego wyjścia jako generatora przerwań systemowych. Wszystkie rejestry są wykonane jako komórki SRAM bez możliwości podtrzymania zawartości po wyłączeniu zasilania. Dzięki wbudowanemu we wnętrze układu autozerowania od razu po włączeniu zasilania układ jest konfigu-rowany zawsze w ten sam sposób. W większości aplikacji wymagane będzie jednak każdorazowe kon-figurowanie wstępne układu przez procesor systemowy.
Bardzo ciekawą rodzinę scalonych termostatów opracowali konstruktorzy firmy Dallas Semiconductor. Układ DS1620 (rys.9) jest
zapisywalne są wykonane jako komórki pamięci EEPROM, tak więc wyłączenie zasilania nie powoduje konieczności ponownej konfiguracji układu, a w razie konieczności możliwa jest zmiana zawartości rejestrów. Rozdzielczość przetwornika A/C wynosi 9 bitów, co zapewnia rozdzielczość pomiaru 0,5�C. Najstarszy bit określa znak wyniku określającego temperaturę. Wynik przetwarzania porównywany jest przez komparator cyfrowy z danymi referencyjnymi zapisanymi w komórkach EEPROM.
Bardzo podobną do DS1620 konstrukcję wewnętrzną mają układy DS1621 i DS1625. Z zewnątrz (elektrycznie) różnią się one dość istotnie, ponieważ są wyposażone w dwuprzewodowy
Elektronika Praktyczna 9/97
19
PODZESPOŁY
interfejs I2C i posiadają tylko jedno wyjście z programowaną his-terezą. Dzięki zastosowaniu trzech pinów adresowych możliwe jest dołączenie do systemu jednocześnie do 8 takich układów.
Najnowszym opracowaniem firmy Dallas jest układ oznaczony DS1720, który jest funkcjonalnym odpowiednikiem DS1620, przystosowanym do pracy w szerszym zakresie napięć zasilających i wyposażonym w udokumentowane funkcje, pozwalające zwiększyć dokładność pomiaru (co jest standardowo dostępne w pozostałych układach tej rodziny).
Układy DS162 0, 1621, 1625 oraz DS1720 opracowano z myślą o zastosowaniu ich jako sterowników termostatycznych małej mocy. Mogą one pracować w trybie wyzwalanym lub w pełni autonomicznie, dzięki czemu są one łatwiejsze w stosowaniu od układów analogowych (nie wymagają żadnych elementów zewnętrznych, z wyjątkiem buforów wyjściowych).
Nieco inną filozofię przyjęto podczas konstruowania termostatów DS1821. Są to układy montowane w trójkońcówkowych obudowach TO-92S (PR-35) lub TO-220, oraz w obudowie SOP8. Wszystkie te układy programowane są przez jednoprzewodo-wy interfejs, bardzo zbliżony do interfejsu stosowanego w ukła-
CLK
Rys. 9.
dach Touch Memory ("pastylki" stosowane m.in. w immobilize-rach). Jedno z wyprowadzeń układu spełnia potrójną rolę -jest wejściem/wyjściem cyfrowym lub wyjściem termostatu, które może bezpośrednio sterować obciążeniem dużej mocy. Pozostałe wyprowadzenia służą do przyłączenia napięcia zasilającego 5V, które jest niezbędne do poprawnej pracy układu w trybie termostatowym. W odróżnieniu od poprzednio opisanych układów DS1821 mierzy temperaturę z rozdzielczością 8 bitów, co zapewnia dokładność 1�C w zakresie -55..+125�C.
Dl,.,
Dt...
Czas konwersji wynosi 1 sekun-dę.
Szczegółowy opis układów DS1821 oraz opis konstrukcji programatora dla nich przedstawimy w jednym z najbliższych numerów EP. Piotr Zbysiński, AVT
Autor dziękuje firmie Alfine za pomoc w zdobyciu materiałów.
Dodatkowe informacje na temat układów opisanych w artykule można zdobyć poprzez Internet, pod następującymi adresami: www. analog, com, www.dalsemi.com, www.natsemi.com.
Elektronika Praktyczna 9/97
TEST
W dziale "TEST" przedstawiamy narzędzia, programy i oprzyrządowanie pomocnicze, wykorzystywane w pracowniach konstrukcyjnych i laboratoriach elektronicznych. Prezentacja jest poprzedzona badaniami prowadzonych w laboratorium AVT. Zadaniem działu jest dostarczanie pełnej i sprawdzonej informacji o aktualnej ofercie krajowego rynku.
Multimetry uniwersalne
w cenie powyżej 450 zi
Zgodnie z zapowiedzią
sprzed czterech miesięcy,
tym razem sięgnęliśmy po
przyrządy uniwersalne nieco
wyższej klasy. Naszym
założeniem było
przedstawienie mierników
z grupy cenowej powyżej
450 zł, czyli stosunkowo
drogich.
O tym, co oferują
producenci takich mierników
ich użytkownikom,
staraliśmy się pokrótce
opowiedzieć w artykule.
W odróżnieniu do testów dwóch poprzednich grup mierników uniwersalnych (ukazały się one w EP3/97 oraz EP5/97), należących do niższej klasy cenowej, okazało się, że przyrządy linii profesjonalnej są znacznie mniej licznie reprezentowane na rynku. Powody takiego stanu są oczywiste - znaczącą częSć odbiorców przyrządów pomiarowych stanowią amatorzy i niewielkie biura konstrukcyjne, których budżety nie są zbyt zasobne.
Tak więc w tej częSci przeglądu przedstawiamy tylko 10 mierników, co oczywiScie nie wyczerpuje możliwoSci oferowanych przez krajowych dystrybutorów -ze względów technicznych pomi-nęliSmy m.in. miernik BM83 7 produkowany przez firmę Brymen (z oferty gdańskiej firmy Biali) oraz mierniki produkowane przez Hewlett-Packarda (dostępne u krajowego dystrybutora - w firmie Malkom-Direct). Adresy tych firm podajemy w zestawieniu poniżej, tak więc osoby zainteresowane wyrobami przez nie oferowanymi będą mogły kontaktować się bezpoSrednio z dealerami. Miernikom tym poSwięcimy osobne artykuły w najbliższych wydaniach EP.
Wracając do meritum naszego przeglądu - czym różnią się prezentowane przyrządy klasy wyższej od mierników zaliczanych do grupy popularnych?
Po pierwsze są to przyrządy wyposażone w przetwornik pomiarowy o dużej rozdzielczości. Typowe dla tej klasy mierników są wySwietlacze 35/4..5 cyfr (uwaga ta nie dotyczy miernika MX20), często z możliwoScią podSwietla-nia diodami LED. Zastosowanie
podświetlania ułatwia eksploatację miernika w terenie.
Kolejną cechą charakterystyczną tej grupy przyrządów jest bogate wyposażenie w funkcje rozszerzające ich podstawowe możliwoSci - np. mierniki Escort i Pro-tek umożliwiają jednoczesne mierzenie amplitudy i częstotliwości sygnału wejSciowego. Wyniki pomiarów wySwietlane są na dwóch niezależnych wySwietlaczach. Często stosowanym dodatkiem jest bargraf, umożliwiający Siedzenie tendencji zmian mierzonego sygnału. Największe dodatkowe moż-liwoSci pomiarowe ma miernik Protek 506, pozwala bowiem mierzyć (oprócz wielkoSci typowych dla tej klasy przyrządów) także in-dukcyjnoSć, pojemnoSć, temperaturę, częstotliwość, ma ponadto wbudowany prosty generator sygnałów prostokątnych.
WiększoSć mierników ma wbudowany przetwornik True RMS, dzięki czemu pomiary sygnałów zmiennych z nałożoną składową stałą stają się w pełni wiarygodne. Uzupełnieniem tej funkcji jest możliwoSć skalowania wySwietlanego napięcia bezpoSrednio w dBm z różnymi im-pedancjami dopasowania.
Oprócz szeregu "zewnętrznych" atrakcji, producenci mierników sporo uwagi poSwięcili zapewnieniu maksymalnej wiary-godnoSci wskazań. Przykładem może być Świadectwo kalibracji dołączane do mierników MX53 firmy Metrix.
WSród badanych przez nas przyrządów trzy zwróciły na siebie naszą szczególną uwagę. Były to (w kolejnoSci alfabetycznej): / Escort 2000, ze względu na nagromadzenie w nim ogromnej
iloSci bardzo użytecznych funkcji. Miernik ten można uznać w chwili obecnej za opracowanie awangardowe, które wyznacza kierunki dalszego rozwoju całej grupy przyrządów w swej klasie,
/ MX570, stanowiący niezwykłe połączenie miernika analogowego z cyfrowym. Zastąpienie bargrafu, który z natury rzeczy nie może pracować w czasie rzeczywistym, a jego wskazania są obarczone błędem dyskrety-zacji, standardowym ustrojem elektromagnetycznym, jest pomysłem bardzo ciekawymi oryginalnym. Miernik ten z pew-noScią znajdzie wielu zagorzałych zwolenników, chociaż użytkownicy mający już do-Swiadczenia z tradycyjnymi miernikami cyfrowymi będą musieli się nieco oswoić z bardzo nietypowo wyglądającym przyrządem,
/ Protek 506, który jest najbardziej uniwersalnym przyrządem spoSród opisywanych. Ze względu na największe możliwoSci pomiarowe jest szczególnie polecany do laboratoriów, lecz solidne wykonanie i wbudowane podświetlanie wyświetlacza LCD umożliwia stosowanie go także w pomiarach terenowych.
Pozostałe mierniki przedstawione w przeglądzie nie wyróżniają się w szczególny sposób, lecz dzięki solidniemu wykonaniu i naprawdę doskonałych parametrach mierniczych mogą zaspokoić wymagania najbardziej wybrednych użytkowników.
Szczegółowe zestawienie możliwoSci mierników zawarto w tabelach na str. 24 i 25.
Firma Adres
torów mul
Telefon
:onych do prz
Internet
Gdańsk, ul. Grunwaldzka 216 tel. [phone],
45-27-86, 45-35-30
Lablmed
Warszawa, ul. Sobieskiego 22 tel. [phone]
Mai kom Dlrect
Warszawa, ul. Ciołka 8 tel. [phone]
[e-mail]
[e-mail]
Warszawa, ul. Janowskiego 15 tel. [phone],
641-61-96,644-42-50
Radiotechnika Marketing
Wrocław, ul. H. Sienkiewicza 6 tel. [phone] Warszawa, ul.Obozowa 20 tel. [phone] w.38
Łódź, ul. G. Piramowicza 11/13 tel. [phone] Gdańsk, ul. R. Traugutta 84 tel. [phone]
Elektronika Praktyczna 9/97
23
TEST
Protek506
Escort 95
Escort 97
Escort 2000
Pomiar napięć stałych
400mV/4V/40V 400V/1000V
40mV/400mV/4V 40V/400V/1000V
40mV/400mV/4V 40V/400V/1000V
40mV/400mV 4V/40V/300V
Pomiar napięć zmiennych
400mV/4V/40V 400V/750V
40mV/400mV/4V 40V/400V/750V
40mV/400mV/4V 40V/400V/750V
40mV/400mV 4V/40V/300V
Pomiar prądów stałych
400u.A/400rnA/20A
400uA/4rnA/40mA/400m/y4A/10A
400uA/4rnA/40mA/400m/y4A/10A
40mA/400mA
Pomiar prądów zmiennych
400u.A/400mA/20A
400uA/4mA/40m/y400rnA/4A/10A
400uA/4rnA/40mA/400r�V4A/l 0A
40mA/400mA
Pomiar rezystancji
400Q/4kQ/40kQ
400kQ/4MQ/40MQ/40nS
Pomiar pojemności
100u.F
4nF/40nF/400nF/4uT
4nF/40nF/400nF/4u.F 40u.F/400u.F/9999u.F
Pomiar mdukcyjności
100H
Pomiar częstotliwości
do10MHz/1,5Vrms
100Hz/1kHz/10kHz 1Q0kHz/200kHz(10MHz)
100Hz/1kHz/10kHz 1Q0kHz/200kHz(10MHz)
do200kHz
Pomiar wzmo cm ematranzystora
+ (wymaga dodatkowego źródła zasilania)
Pomiar napięcia przewodzenia diody
Pomiartemperatury
+ (wbudowany czujnik temperatury otoczeni a, możliwość współpracy z sondą "K"
+ (czujnikwchodzi w skład wyposażeni a)
+ (współpracuje z czujnikiem typu K)
Pomiar współ czynnika wypełnieni a
Optyczny wskazm kzwarć
+ (wyświetla napis na wyświetlaczu)
Akustyczny wskaźm kzwarć
Testerbatern
Wskazanie stanu logicznego
Ilość cyfr wyświetlacza (maksymalne wskazanie)
4 (4000)
Bargrat
Ręczna zrnianazakresów
Automatycznazmiana zakresów
Data Hołd (max/mm /standard)
MAX/MI N/STANDARD
MAX/AVG/MIN
MAX/AVG/MIN
MAX/AVG/MIN
Wskaźn ik rozład owama baten i
Wbudowany generator
+ (2048/4096/8192Hz-4,5Vpp)
+ (programowany)
Zabezpieczenia
Instrukcja po polsku
Holster
Etui
Rozkładana nóżka-wspornik
Uwagi
Podświetlany wyświetlacz,
wbudowany przetwornik
True RMS, współpraca
z komputerem PC poprzez
złącze RS-232, możliwość
odmierzania czasu, podwójny
wyświetlacz, możliwość
dokonywania pomiarów
względnych W skład
wyposażeni a wchodzązaciski
"krokodyl"
Miernik może współpracować z komputerem PC Mozhwyjest pomiar sygnałów impulsowych, wskazania w dBrnz różnymi irnpedancjarni dopasowania Dzięki zastosowaniu wielofunkcyjne go wyświetlacza istnieje rnozhwośćpro wadzenia uproszczonej analizy mierzonych sygnałów Miermkrnawbudowany timeroraz układ automatycznego wyłącznikazasilama Wyświetlacz mawłączane podświetlanie Doskonale opracowana dokumentacja w języku polskim
U do skonał ona wersja miernika Escort 95 Może mierzyćsygnały
TrueRMS Miernik może
współpracowaćz komputerem
PC Mozhwyjest pomiar sygnałów
impulsowych, wskazamaw dBrn
z róznyrniirnpedancjarni
dopasowania Dziękizastosowamu
wie lof u nkcyj nego wyświ etl acza
istnieje możliwość prowadzenia
uproszczonej analizy mierzonych
sygnałów Miernik ma wbudowany
timeroraz układ automatycznego
wyłącznika zasilania Wyświetlacz
mawłączane podświetlanie
Doskonale opracowana
dokumentacjaw języku polskim
Miermkjest przystosowany dopomiarówTrue RMS Istnieje możliwość dokonywania pomiarów względnych Wbudowany generator przebiegów prostokątnych (ustawiana
częstotliwości współczynnik
wypełn le n i a) or az pr og ram owanych -
pamięć przebiegu rna16 pozycji
M ozn a p ro gr amo wać czas t rwan la
i poziom napięcia kazdegofragmentu
przebiegu niezależnie Generator może
pracować w trybie RAMP-generacji
napięciahmowo narastającego hub
opadającego Wbudowane źródło
napięcia (do ą15V) i prądu (do
ą25rnA) Do zasilam a tych źródeł
mezbędnyjestzewnętrznyzasilacz -
wchoazionw skład wyposażenia
miernika Wielofunkcyjny wyświetl acz
jest podświetlany Wbudowany
automatycznywyłącznik miernika
Zasilanie
9W6F22
9W6F22
9W6F22
9V/6F22 (+zasilacz - patrzUwagi)
Gwarancja
1 rok
2 lata
2 lata
2 lata
Świadectwo zatwierdzę matypu GUM
Dystrybutor
NDN
Labimed
Labimed
Labimed
24
Elektronika Praktyczna 9/97
TEST
MX20 MX53 MX54 MX570
Pomiar napięć stałych 200mV/2V/20W200V/1000V 500mW5V/50V/500W1000V 500mV/5V/50V/500V/1000V ' 400mV/4V/40V/400V/1000V
Pomiar napięć zmiennych 2V/20V/200V/750V 500mV/5V/50V/500V/750V 500mV/5V/50V/500V/750V 400mV/4V/40V/400V/750V
Pomiar prądów stałych 20mA/200mA/10A 5mA/50mA/500mA/10A 500uA/5mA/50mA/500mA/1 0A 400u^/4rnW/40rnW/400rnW/4W/10A
Pomiar prądów zmiennych 20mA/200mA/10A 5mA/50mA/500mA/10A 500uA/5mA/50mA/500mA/1 0A 400u^/4rnW/40rnW/400rnW/4W/10A
Pomiar rezystancji 200Q/2kQ/20kQ 200kQ/2MQ/20MQ 500Q/5kQ/50KQ 500KQ/5MQ/50MQ 500Q/5kQ/50KQ 500KQ/5MQ/50MQ 400Q/4kQ/40kQ 400kQ/4MQ/20MQ
Pomiar pojemności - 50nF/500 nF/5n-F/50 n-F 500uT/5mF/50mF 50nF/500nF/5uT 50uT/500u.F/5mF/50mF -
Pomiar mdukcyjności - - - -
Pomiar częstotliwości - do 500kHz do500kHz -
Po miar wzmocnię ni atranzystora - - - -
Pomiar napięcia przewodzenia diod + + + +
Pomiar temperatury - - + -
Po miar współczynnika wypełnieni a - + + -
Optyczny wskaźnik zwarć + - + +
Akustyczny wskaźnik zwarć + + + +
Tester baterii - - - -
Wskazanie stanu logicznego - - - -
Ilość cytr wyświetlacza (maksymalne wskazanie) (1999) 5 (50000) 5 (50000) 3% (3999)
Bargrat - + + + (wskaźnik analogowy)
Ręcznazmianazakresów + + + +
Automatycznazmiana zakresów + + + +
Data Hołd (max/mm /standard) STANDARD STANDARD MIN/MAX/STANDARD/AVG STANDARD/MAX
Wskaźnik rozładowania batem + + + +
Wbudowanygenerator - - - -
Zabezpieczenia + + + +
Instrukcjapo polsku - - - +
Holster - -(dostępnyjako opcja) - (dostępnyjako opcja) -(dostępnyjako opcja)
Etui - - - -
Rozkładana nózka-wspormk + + + +
Uwagi Obudowajest wyposażona w zatrzaski mocujące kable pomiarowe Możliwość pomiaru amplitudy impulsów, wbudowany przetwórnikTrue RMS, możliwość dokonywania pomiarów względnych, wbudowany układ kontroli bezpieczników, załączony raport kalibracji (ważny 1 rok), wbudowane filtry 50 i 60Hz, możliwość pracy w trybie ograniczonej rozdzielczości (do 5000), obudowa jest wyposażona w zatrzaski mocujące kable pomiarowe Bargrat wyposażony w funkcję ZOOM, możliwość wyboru typu czujnika pomiarowego temperatury (Pt 100/1 000), możliwość zmiany skalowani a pomiaru temperatury(�C/�F), wbudowany przetwornik True RMS, podświetlany wyświetlacz, możliwość wy skalowania pomiaru w dBm, wbudowane filtry50/60Hz, obudowajest wyposazonaw zatrzaski mocujące kable pomiarowe Przyrząd integruje w jednej obudowie miernik cyfrowy (z wyświetlaczem LCD) oraz analogowy Część analogowa pracuje w trybie pomiaru w czasie rzeczywistym, co pozwalana prowadzenie uproszczonej analizy kształtu sygnału mierzonego
Zasilanie 9W6F22 9W6F22 9W6F22 9V/6F22
Gwarancja 3 lata 3 lata 3 lata 3 lata
SwiadectwozatwierdzematypuGUM - - - -
Dystrybutor Radiotechnika Radiotechnika Śaoaofl-j i Radiotechnika eg 1 Radiotechnika Ś "- ml
1 ŁMTA. Wl Hntm
- - J i I li " k%? i 'Ś'ar.* r



Elektronika Praktyczna 9/97
SPRZĘT
BASIC-TIGER
Duża różnorodność
proponowanych na rynku
elektronicznym sterowników
może przyprawić o zawrót
głowy. Firmy oferują
różnorakie rozwiązania,
począwszy od pojedynczych,
wyspecjalizowanych układów
mikroprocesorowych, po
sterowniki zintegrowane
z wyświetlaczem LCD oraz
klawiaturą. Często zdarza się,
że użytkownikowi trudno jest
opanować szybko nowy język
programowania lub nie
odpowiada mu proponowany
przez wytwórcę typ
wyświetlacza czy interfejsu
wejść i a/wyjścia.
Tych wad ni a ma
mikrokontroler niemieckiej
prmy Wilke iechnology.
Oferuje ona niewielkich
rozmiarów moduł, którego
stosunek możliwości do ceny
bije na głowę wielu
konkurentów w dziedzinie
mi kr okoń trolerów.
"Basic-Tiger", bo tak nazywa się prezentowany kontroler, to niewielkich rozmiarów mikro-1 moduł wykonany w technice hybrydowej. W plastykowe], dwurzędowe] obudowie
0 wymiarach 62 x 40 x 10 mm producent umieścił wysokowydaj-ny mikroprocesor, pamięć Flash-ROM (128kB lub 5l2kB], pamięć nieulotną RAM (128kB, 256kB, 5l2kB lub 1MB] oraz opcjonalnie układ zegara czasu rzeczywistego, dwa porty transmisji szeregowej
1 wiele innych.
Oferowane są 2 wersje "Tigera": "Tiny-Tiger" - tańsza wersja o mniejszych możliwościach, umieszczona w obudowie o 44 wyprowadzeniach, oraz wersja "Basic-Tiger". Oba mikromoduły są oferowane w kilku odmianach, różniących się przede wszystkich ilością wbudowanej pamięci RAM oraz Flash-EEPROM (Flash-ROM]. Specyfikację przedstawia tabela 1.
Do rozpoczęcia pracy wystarczy układ zasilić, dołączyć niezbędne w systemie docelowym peryferia do końcówek modułu oraz oczywiście oprogramować.
I tu pojawia się prawdziwa zaleta tego układu. Do "kostki" jest dołączane doskonale opracowane oprogramowanie działające pod kontrolą MS Windows 3.1 lub 95. Zintegrowane środowisko pozwala pisać programy źródłowe w znanym wszystkim języku BASIC. Wiele dodatkowych poleceń i funkcji pozwala na proste, szybkie, a przede wszystkim skuteczne ob-shigiwanie całej architektury mikromodułu oraz peryferii sterownika. Dodatkowo, są dostępne moduły biblioteczne, oferujące gotowe
Tabela 1.
"Tiny-Tiger" "Basic-Tiger"
wymiary 60x28x11 mm 63x40x11 mm
waga 30 g 35 g
ilość końcówek(1/0) 44(31) 46 (33)
zasilanie 4,7 5,5V/około45mA1,GmA (wszystkie),
obciążalność wejść lubmaks 8x3,5rnA
reset typu "Power-ON-Reset" oraz poprzez zewnętrzne wejście
bateria do zegara + bufor RAM dołączana zewnętrznie poprzez pin 43 dołączana zewnętrznie poprzez pm 45
Flash-ROM 123 kB 123kB. 5i2kB
RAM 32 kB lub 123 kB 128kB, 256kB, 512kB lub 1MB
2 porty szeregowe poziomy TTL, z potwierdzeniem, końcówki portów mogą być użyte jako mykte porty I/0 poziomy TTL lub z dnuerern V24, z potwierdzeniem, końcówki portów mogą być użyte jako mykte porty I/0
wejścia A/D 4 kanały, rozdzielczość 8,10 bitów, napięcie wejściowe 0V Vret (Vret=3,5 5V), rezystancja wejściowa 1MQ
wyjścia PWM 2 kanały, rozdzielczość G, 7, 8 bitów, zakres częstotliwości 1,2Hz SOkHz (programowa <1,2kHz)
zegar (opcja) z kalendarzem + funkcja alarmu z wyjściem na pm 43 (aktywne "0")
procedury i funkcje obsługujące
główne urządzenia I/O jak:
/ wyświetlacze LCD (cała rodzina
oparta o HD44870]; / klawiatury matrycowe; / porty typu drukarkowego (Centronics];
/ porty szeregowe (transmisja asynchroniczna, prędkości: 300... 153600 bodów]; / zewnętrzne pamięci równoległe (SRAM, EPROM, EEPROM, ROM];
/ zewnętrzne porty wejścia - wyjścia (np. dołączone układy 74574, 74245 itp.]; / zapewnia programową generację
sygnałów in.cz.;
/ digitalizacja i odtwarzanie dźwięków (np. komunikatów słownych].
Oprogramowanie współpracuje z obydwoma typami modułów, umożliwia ich pełną obsługę, czyli: edycję zbioru źródłowego, kompilację, debugging oraz załadowanie kodu wynikowego wprost do pamięci Flash. Po załadowaniu, kod programu jest pamiętany do momentu następnego przeprogramowania przez użytkownika. Okres przechowywania kodu programu w stanie bez napięciowym jest taki, jak dla nowoczesnych pamięci typu "Flash" (ok. 100 lat]. Układ umożliwia podtrzymywanie wbudowanej pamięci SRAM (128kB] poprzez proste dołączenie baterii litowej. W ten sposób moduł "Tiger" ma możliwość przechowywania danych, np. wyników pomiarów lub obliczeń, w czasie transportu modułu.
Wymagania sprzętowe programu
Wymagania sprzętowe zintegrowanego środowiska do programowania "Basic-Tigera" i "Tiny-Tigera" są niewielkie. Wystarczy: y komputer PC z procesorem min.
80386; y 10 MB wolnego miejsca na
dysku twardym; y karta graficzna VGA; y 4 MB pamięci RAM; y myszka (Windows 3.1, 95]; y wolny port COM oraz stacja
dyskietek 3,5" (do instalacji
programu].
Najistotniejszą jednak zaletą, niespotykaną w innych rozwią-
zaniach oferowanych na rynku (w tej samej kategorii cenowej], jest wielozadaniowość "Basic-Tigera". Dzięki temu użytkownik ma możliwość kontrolowania wielu procesów jednocześnie, przy użyciu tylko jednego modułu. Następstwem tego jest także ułatwiony sposób programowania obsługi każdego z procesów (zdarzeń]. Programista w prosty sposób deklaruje poszczególne procedury obsługujące jakieś zdarzenie. Ma ponadto możliwość pełnej kontroli wykonywania wszystkich procesów, np. ustawienia priorytetu każdego z nich. Rozszerzony o wiele użytecznych funkcji język BASIC pozwala na bezpośrednią ingerencję w sprzętowe elementy architektury, zarówno modułu "Tigera", jak i dodatkowych pe-ryferiów dołączonych do niego. Nie ma przy tym potrzeby pisania skomplikowanych procedur w języku niskiego poziomu.
Oprócz samych modułów, producent zapewnia pełne oprogramowanie oraz kilka rodzajów systemów uruchomieniowych: od prostych płytek typu "Euro-Card" po kompletny system wyposażony m.in. w 82-klawiszową klawiaturę, wyświetlacz LCD (tekstowy 4x20 znaków] oraz wiele interfejsów I/O.
Dla nie znających języka angielskiego dobra wiadomość: w IV kwartale tego roku dostępna będzie w sprzedaży polska wersja oprogramowania, co z pewnością jest ewenementem w tej dziedzinie.
Podsumowując należy stwierdzić, że "Basic-Tiger" to doskonały produkt o bardzo dużych możliwościach. Może on znaleźć zastosowanie w profesjonalnych układach sterowania i kontroli. Dzięki doskonale opracowanemu oprogramowaniu nadaje się także do celów edukacyjnych z zakresu systemów wielozadaniowych.
W kolejnych numerach EP przedstawimy dokładniej możliwości modułów "Basic-Tiger" i "Tiny-Tiger", oprogramowanie wspomagające oraz zestawy uruchomieniowe dla przedstawionych modułów. Sławomir Surowiriski
Elektronika Praktyczna 9/97
27
PROJEKTY
Taryfikator rozmów telefonicznych
kit AVT-333
W erze telekomunikacji,
przy szybko wzrastającej
liczbie abonentów sieci
telefonicznej, często dochodzi
do sytuacji, kiedy to
otrzymywany rachunek za
usługi telefoniczne może
przyprawić nas o zawrót
głowy. Najczęstszą przyczyną
jest po prostu bardzo
intensywne korzystanie z Unii
telefonicznej przez abonenta.
Zdarzają się jednak sytuacje,
kiedy do naszej domowej
linii telefonicznej dołącza się
nielegalnie pirat. W tym
drugim przypadku grozi nam
niebezpieczeństwo płacenia
olbrzymich, często
przerastających nasze
możliwości rachunków, bądź
odłączenie aparatu przez
operatora sieci. Przyda się
więc przedstawione
w ańykule urządzenie. Dzięki
niemu będziemy mieli
m ożli wość śledzenia n a
bieżąco kosztu rozmowy, co
jest najlepszym bodźcem do
ograniczenia jej czasu, a tym
samym zmniejszenia
płaconych rach unków.
Daie techiiczie
/ detekcja impulsów SPM 16kHz 112kHz.
/ pojeinnośćlicsnikaimpulsów 9999(kwota 9999 zł, 99 groszy),
/ maksymalny koszt 1 impulsu 99 groszy,
/ zegar i kalendarz uwzględnia lata przestępne,
/ 2 pamięci rozmów dziennych i rozmówza ustalony okres,
/ wyświetlacz LCD alfanumeryczny, 2 linie po 1 6 znaków,
/ klawiatura 2 klawisze wielofunkcyjne z akustyczną sygnalizacją wciśnięci a,
/ tekstowa sygnalizacja zamku zasilania głównego,
/ zasilanie
główne 9VDC, 20mA, rezerwowe 6V, 9rnA - bateria,
/ wymiary 83x97x30rnrn bez obudowy,
Na łamach EP prezentowany był juź układ prostego licznika rozmów telefonicznych, umożliwiającego zliczanie impulsów telefonicznych i wyświetlanie zawartości licznika na 3,5-cyfrowym wyświetlaczu LED. Duża popularność tego układu oraz wiele listów od Czytelników skłoniła nas do opracowania inteligentnej wersji taryfikatora rozmów telefonicznych. Prezentowany układ łączy zalety zwykłego licznika impulsów telefonicznych z możliwościami, jakie daje nowoczesna technika mikroprocesorowa. Prezentowane urządzenie pozwala na ustawienie taryfy w złotówkach, dzięki czemu nawet w czasie prowadzenia rozmowy telefonicznej mamy możliwość podglądu kosztu rozmowy w złotówkach (i groszach). Dostępny jest również podgląd kosztu rozmów oraz liczba impulsów z bieżącego dnia oraz dowolnego okresu np. miesiąca, dzięki czemu w prosty sposób można dokonać analizy i porównania otrzymywanych rachunków tel efoni c zny ch.
Pomimo że układ spełnia wszystkie zalecenia dotyczące dołączania urządzeń elektronicznych do sieci telekomunikacyjnej, to ze względu na brak odpowiedniego świadectwa homologacji, jego wskazania nie mogą być formalną
podstawą do składania reklamacji w urzędzie telekomunikacyjnym.
Niemniej jednak korzystanie z możliwości bieżącego śledzenia kosztów rozmów wychodzących jest potrzebą każdego przezornego abonenta. Zawsze bowiem można łatwo stwierdzić, czy np. podczas nocy lub naszej nieobecności w mieszkaniu, do naszej linii nie dołącza się jakiś.... pajęczarz! W dobie wysokich opłat za usługi telefoniczne osobisty taryfikator przyda się z pewnością każdemu. Przyjrzyjmy się zatem temu ciekawemu urządzeniu.
Opis układu
Schemat elektryczny taryfikatora przedstawiono na rys.l. Sygnał z linii telefonicznej (punkty A i B) dostaje się na wejście układu dekodera U2, w roli którego pracuje znany już czytelnikom układ FX631. Jest to układ niskonapięciowego detektora sygnałów SPM (ang. Subscriber Pulse Me ter -miernik impulsów abonenta). Niski pobór prądu, doskonałe parametry dynamiczne oraz duża odporność na zakłócenia pozwoliły na zbudowanie, z wykorzystaniem tego układu, taryfikatora o bardzo dobrych parametrach. Wszystkich Czytelników zainteresowanych szczegółowymi danymi dotyczącymi detektora FX631 oraz innych
30
Elektronika Praktyczna 9/97
Taryfikator rozmów telefonicznych
Rys. 1. Schemat elektryczny taryfikatora.
ciekawych kostek przeznaczonych do monitorowania linii telefonicznej odsyłam do lektury poz. [1], Wysokonapięciowe kondensatory C5 i C6 wraz z warystorem R14 zabezpieczają wejście układu przed przecięciami, tak często występującymi w sieci telefonicznej. Diody Zenera D2 i D3 ograniczają amplitudę sygnału na wejściu do wartości około 10V. Wejście 15 układu dekodera SPM (U2) służy do wyboru systemu, a właściwie częstotliwości fali
nośnej sygnałów taryfikacyjnych, które obowiązują w danej sieci telefonicznej. W naszym kraju częstotliwość ta wynosi 16kHz, dlatego zwora powinna być zainstalowana w pozycji "do masy" (pkt. 2 i 3 JP1). Rezonator X2 stanowi zewnętrzny obwód układu oscylatora wbudowanego w U2. Generowany w ten sposób sygnał taktujący o częstotliwości 3,579545MHz jest dostępny na końcówce 3 układu dekodera. Aby go wykorzystać do "napędzania"
układu U2, należy połączyć ją z wejściem częstotliwości zegarowej (wyprowadzenie 4 dekodera). Takie, z pozoru niepotrzebne, rozdzielenie wewnętrznego układu oscylatora od pozostałych bloków funkcjonalnych jest jednak celowe. Przy pracy kilku układów FX631, połączonych w jednym większym systemie, możliwe jest zastosowanie tylko jednego oscylatora X2. Odpowiednią częstotliwość uzyskuje się z jednego układu i "zasila" się nią pozostałe układy, łącząc wszystkie wejścia zegara z wyjściem układu wyposażonego w oscylator X2.
Podczas transmisji ważnego sygnału SPM na wyjściu OUT dekodera U2 pojawia się, po zdekodo-waniu, stan niski, którego opadające zbocze powoduje inkrementa-cję wbudowanego w mikroprocesor Ul licznika TO. W ten sposób procesor zlicza impulsy taryfiku-jące, a mnożąc ich liczbę przez ustawioną przez użytkownika wartość jednego impulsu w złotówkach (groszach) otrzymujemy całkowity koszt rozmowy, który powinien być zgodny (przynajmniej zbliżony) z kwotą przedstawioną na rachunku telefonicznym.
Wszystkie komunikaty oraz koszty rozmów wypisywane są na 32-znakowym wyświetlaczu alfanumerycznym DLI. Zastosowano popularny na rynku model firmy Hitachi LM016. W układzie można zastosować także każdy jego odpowiednik (np. firmy NEC, Sanyo lub innych tajwańskich producentów). Ważne jest, aby protokół programujący wyświetlacza był zgodny ze standardem kontrolera HD44780, stosowanym powszechnie w takich wyświetlaczach.
Czytelników zainteresowanych programowanymi wyświetlaczami LCD oraz pochodnymi zachęcam do lektury pozycji [2] i [3], Ze względu na zbyt małą liczbę końcówek mikrokontrolera Ul, zastosowano 4-przewodową, dwuetapową transmisję do wyświetlacza DLI. Sygnały z końcówek portu Pl: D4...D7 przekazują 4-bito-we instrukcje i dane do modułu wyświetlacza, a sygnały RS i RW ustalają tryb transmisji. Sygnał EN (końcówka 3 Ul) uaktywnia DLI po ustawieniu wcześniej wspomnianych sygnałów danych i sterujących.
Elektronika Praktyczna 9/97
31
Taryfikator rozmów telefonicznych
+
sun
R14
TEL
CU _C12r
n no V->^ V->^
Rys. 2. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej.
Ze względu na spotykane w handlu dwa typy wyświetlaczy DLI: z pojedynczym (+5V) i podwójnym (+5V, -5V) napięciem zasilania, w układzie taryfikatora przewidziano dodatkowy układ inwertera polaryzacji napięcia. Rolę tę pełni układ U3. Dzięki układowi ICL7660 oraz kondensatorowi C17 dodatnie (+5V) napięcie zasilające jest konwertowane na napięcie ujemne (-5V), które dodatkowo wyfiltrowa-ne przez kondensator Cl6, dostaje się na jedno z wyprowadzeń jum-pera JP2. Drugie, skrajne wyprowadzenie, dołączone zostało do plusa zasilania. W efekcie, w zależności od zastosowanego wyświetlacza, użytkownik może przełączyć potencjometr kontrastu PRl pomiędzy masę a dodatnie lub ujemne napięcie zasilające. Zmieniając wartość PRl można stosownie do potrzeb ustawić wymagany kontrast liter. Oczywiście, w wypadku, gdy mamy do dyspozycji wyświetlacz w wersji z pojedynczym napięciem zasilającym, montaż układu U3 oraz kondensatorów C16...C18 jest zbędny. Jumper JP2 należy ustawić w pozycji 1-2, po czym ustalić odpowiedni kontrast za pomocą PRl.
Elementy Xl, Cl i C2 stanowią zewnętrzną część obwodu oscyla-tora procesora Ul. Elementy C3, Rl i D4 zapewniają prawidłowy
start całego urządzenia, po włączeniu głównego i rezerwowego napięcia zasilającego.
Do komunikacji z użytkownikiem procesor Ul wykorzystuje dwa przełączniki zwierne Kl i K2. Dzięki rezystorom R3 i R4, przy klawiszach zwolnionych, na wejściach 2 i 9 układu Ul panuje wysoki stan logiczny. Naciśnięcie któregoś z klawiszy powoduje zwarcie do masy jednego z tych wejść, co procesor odpowiednio interpretuje, podejmując decyzję o działaniu. Dołączony do wyprowadzenia buzzer BZl dodatkowo potwierdza krótkim sygnałem dźwiękowym fakt naciśnięcia lub przytrzymania jednego z klawiszy funkcyjnych (Kl, K2).
Przełącznik chwilowy SWl, który powinien być mechanicznie połączony z podstawą widełek w aparacie telefonicznym, informuje procesor Ul o fakcie podniesienia słuchawki. W przypadku rozmowy przychodzącej, impulsy z centrali nie będą docierać do użytkownika, a taryfikator będzie jedynie sygnalizował fakt toczącej się rozmowy. W wypadku zwarcia styków (podniesienia słuchawki) podczas dzwonienia do innego abonenta, nadchodzące impulsy taryfikujące będą automatycznie zliczane przez nasze urządzenie. Zastosowanie prostego rozwiązania w postaci zwykłego włącznika (SWl) uprościło konstrukcję i znacznie obniżyło koszt urządzenia.
Układ taryfikatora jest zasilany z dwóch źródeł. Pierwsze jest zbudowane z niskoprądowego stabilizatora U4, który przy zmieniającym się napięciu na gnieździe GNl w granicach 7...10V na swoim wyjściu utrzymuje stale napięcie zasilające dla układów TTL (katoda D5), zapewniając prawidłową pracę wszystkich układów taryfikatora. Do wyjścia stabilizatora jest
dodatkowo dołączone napięcie baterii BTl, dzięki czemu przy zaniku napięcia głównego układ może pracować dalej korzystając z zasilania rezerwowego. Diody D4 i D9 zapewniają prawidłowe spadki napięć na wyjściu układu zasilającego. Dioda D6 "podbija" napięcie 5V o wartość, która potem zostaje zredukowana przez D5, której zadaniem jest niedopuszczenie do wpływania prądu do wyjścia U4 w przypadku pracy z zasilaniem rezerwowym. Kondensatory C12 i Cli filtrują napięcie po stronie pierwotnej i wtórnej stabilizatora. Dodatkowo wszystkie układy scalone mają zblokowane końcówki zasilające kondensatorami lOOnF, co poprawia ich odporność na zakłócenia. Dioda D8 zabezpiecza taryfikator przed omyłkowym odwrotnym dołączeniem zasilania głównego.
Montaż i uruchomienie
Układ elektryczny zmontowano na dwustronnej płytce drukowanej z metalizacją otworów. Rozmieszczenie elementów przedstawia rys.2. Montaż najlepiej jest rozpocząć od wlutowania wszystkich elementów niskoprofilowych: rezystorów, diod oraz podstawek pod układy scalone. Następnie montujemy kondensatory, złącza, gniazdo zasilające oraz gniazdo przyłączeniowe linii telefonicznej i przełącznika SWl. Montując buzzer BZl najlepiej przykleić go do płytki drukowanej przy pomocy szybko-schnącego kleju np. "Super-Glue". Wyświetlacz powinien być umieszczony ponad górną częścią płytki drukowanej, jak to pokazano na zdjęciu w artykule. W układzie modelowym zamiast lutować na stałe wyświetlacz, za pomocą kawałków srebrzanki zastosowano 1-rzędowe złącze typu "goldpin", które przy-lutowano na stałe do DLI. Z drugiej strony na płytce drukowanej wlutowano także gniazdo pasujące do listwy "goldpin". Złącza takie znajdują się w sklepach ze specjalistycznymi elementami elektronicznymi, można je także znaleźć w ofercie handlowej AVT. Takie zamocowanie wyświetlacza pozwala na łatwe rozmontowanie i ewentualny serwis taryfikatora, który jednak po rocznej eksploatacji okazał się urządzeniem nie wymagającym żadnej obsługi.
32
Elektronika Praktyczna 9/97
Taryfikator rozmów telefonicznych
14-pinowe gniazdo wyświetlacza LDl jest przystosowane do wyświetlacza firmy Hitachi LM016 z jednorzędowym układem wyprowadzeń. W przypadku nabycia wyświetlacza z innym układem wyprowadzeń, np. 2-rzędowym (2x7 lub 2x8), lecz kompatybilnego ze wspomnianym wcześniej standardem, połączenia sygnałowe należy wykonać posługując się rys.3. Podane są na nim wszystkie sygnały niezbędne do prawidłowego sterowania DLl przez mikroprocesor Ul. Oczywiście, nabywcy wyświetlacza LDl mogą dołączyć ten moduł bezpośrednio do płytki bazowej naszego urządzenia.
W połowie płytki drukowanej znajdują się otwory, które wraz z dwoma narożnymi mogą służyć do przymocowania wyświetlacza DLl. Najlepiej jest to wykonać za pomocą 4 śrub z tulejkami dystansowymi o długości 18 mm.
Klawisze funkcyjne Kl i K2 należy wlutować około 5 mm ponad czoło wyświetlacza, tak aby po zamknięciu w obudowie można je było łatwo wcisnąć. W razie potrzeby ich końcówki można przedłużyć za pomocą odcinków srebrzanki o grubości ok. 1,5 mm, co w efekcie wyniesie je na odpowiednią wysokość ponad powierzchnię płytki drukowanej .
Baterię BTl można umieścić w specjalnym koszyku. Niestety, najmniejsze dostępne w handlu są nieco za długie (typowe do baterii UM-5), dlatego należy je skrócić na wymaganą długość, przecinając ostrym nożem koło jednego z boków, a następnie po skróceniu korpusu należy koszyk skleić i przykleić go bokiem do powierzchni płytki drukowanej, lutując dodatkowo jego końcówki.
Na płytce drukowanej przewidziano miejsce na wlutowanie opcjonalnego kołka Stocka, który jest połączony z masą układu. Jego użycie często ułatwia przedzwa-nianie oraz testy układu podczas
uruchamiania za pomocą przyrządów laboratoryjnych. Nie oznacza to bynajmniej, że prezentowany taryfikator wymaga tak skomplikowanej procedury uruchomieniowej. Jak się za chwilę okaże, poprawnie zm on t o w any układ, ze sprawnych i sprawdzonych dodatkowo elementów, nie wymaga żadnych regulacji.
nc - nie wykorzystane
Rys. 3. Opis złqcza do przyłqczenia wyświetlacza LCD.
Po zakończeniu montażu i skontrolowaniu wszystkich połączeń na płytce drukowanej, do gniazda GNl należy dołączyć zasilanie ze stabilizowanego zasilacza +9V o wydajności prądowej 50mA. Bateria BTl powinna być odłączona, a w obwód z zasilaczem warto włączyć miliamperomierz.
Po załączeniu zasilania na wyświetlaczu LCD powinien pojawić się czas (12:00), data (1/09/97 r) oraz w drugiej linii napis: "* oczekiwanie". Pobór prądu z zasilacza, przy napięciu zasilania 9V, nie powinien przekraczać 20mA (17mA w egzemplarzu modelowym). Naciśnięcie dowolnego klawisza powinno wywołać krótki sygnał dźwiękowy, a wyświetlacz zmieni wskazania. Jeżeli tak się dzieje, wstępne uruchomienie układu można uznać za zakończone. Teraz można przy dołączonym zasilaniu głównym włożyć baterię BTl do koszyka przyklejonego wcześniej do płytki drukowanej. Po odłączeniu zasilania głównego na wyświetlaczu wypisany zostanie zamiast komunikatu "o-czekiwanie", komunikat "brak zasilania". Pobór prądu z baterii nie powinien przekraczać 9mA.
Na koniec warto sprawdzić działanie detektora podniesienia słuchawki (SWl). W tym celu należy zewrzeć wyprowadzenia gniazda ARK2 do dołączenia tego przełącznika, na wyświetlaczu pojawi się komunikat "słuchawka", co świad-
czy o prawidłowej detekcji przez mikroprocesor Ul.
Taryfikator należy dołączyć bezpośrednio do linii telefonicznej, bocznikując tym samym swój aparat telefoniczny.
Obsługa taryfikatora
Do używania i ustawiania wszystkich funkcji służą tylko dwa klawisze. Nazwijmy je umownie jako: "UP" (górny) i "DN" (dolny). Klawisze te mają też kilka innych funkcji, w zależności na jakim poziomie menu aktualnie się znajdujemy. I tak klawisz "UP" ma także funkcję wyboru ("SELECT") odpowiedniej opcji w menu, jak i wyboru aktualnej nastawy: godzin, minut itd.
Opis klawiszy objaśnia rys.4.
Dla jasności zacznijmy od początku.
Po włączeniu zasilania na wyświetlaczu pojawi się następujący tekst:
12:00 l-09-97r
* oczekiwanie
(i)
Oznacza to, że układ rozpoczął pracę z fabrycznymi nastawami czasu i daty oraz wyzerowanym li czniki em ro zm ów.
Wciśnięcie klawisza UP spowoduje wyświetlenie licznika rozmów bieżącego dnia w formacie:
w dniu: 1-09-97 000 i= 0,00zl
(2)
co oznacza, że w dniu 1 września 1997 roku ogólna liczba płatnych
Elektronika Praktyczna 9/97
33
Taryfikator rozmów telefonicznych
impulsów z przeprowadzonych rozmów telefonicznych wynosi 0, co jest równe kwocie 0,00 zł.
Po około 10 sekundach układ samoczynnie powróci do wyświetlania danych, jak pokazano w przykładzie (1). Powrotu do wyświetlania (1) można także dokonać natychmiast naciskając dowolny klawisz.
Podobnie, naciśnięcie klawisza "DN" przy wyświetlaniu (1) spowoduje wyświetlenie drugiego, okresowego licznika rozmów, który sumuje wszystkie rozmowy z kolejnych dni, aż do chwili wyze-rowania go przez użytkownika (np. w momencie, kiedy ten otrzymuje rachunek telefoniczny). Format informacji będzie podobny jak w przypadku licznika dziennego, tak więc wyświetlacz wskaże:
dnia: 1-09-97 i= 0,00zl
(3)
Taryfikator wskazuje teraz, że od dnia 1 września 1997 roku całkowita liczba impulsów wyniosła 0 i ich koszt wyniósł 0,00 zł.
Warto teraz wypróbować działanie naszego licznika w praktyce, podczas rozmowy telefonicznej. Zanim jednak to nastąpi i dołączymy licznik do linii telefonicznej, musimy upewnić się i ewentualnie zamówić usługę nadawania odpowiednich sygnałów SPM u lokalnego operatora sieci telefonicznej. W naszym przypadku będzie to oczywiście najbliższy zakład telekomunikacji. W sieciach rozdzielczych dołączonych do nowoczesnych central telefonicznych, odpowiednie sygnały SPM dekodowane przez nasze urządzenie są zwykle dostępne. W starszych centralach może to być nie do uzyskania. Dlatego warto przed zbudowaniem naszego urządzenia zorientować się czy nasza linia telefoniczna może odbierać sygnały SPM - czyli impulsy 16kHz, niezbędne do obliczenia kosztu rozmowy.
Podczas testowania modelu taryfikatora u wielu abonentów okazało się, że w pewnych przypadkach, pomimo nadawania przez centralę ważnych sygnałów SPM ich prawidłowy odbiór był zakłócony lub wręcz niemożliwy. Wszystko to za sprawą starych sieci rozdzielczych (kabli łączą-
cych lokalną szafkę kablową z abonentem), w których na skutek złej jakości połączeń poziom zniekształceń był tak duży, że sygnały SPM po prostu nie docierały do abonenta. Miejmy jednak nadzieję, że w krótkim czasie takie sytuacje nie będą występowały, a jakość rozmów telefonicznych znacznie się poprawi.
W przypadku braku odbioru sygnałów taryfikujących, pomimo prowadzonej rozmowy i opłaconego serwisu SPM, warto postarać się o sprawdzenie specjalnym testerem telekomunikacyjnym gniazdka telefonicznego w swoim mieszkaniu.
Podniesienie słuchawki telefonu (zwarcie styków SWl) zostaje zawsze potwierdzone komunikatem:
12:00 l-09-97r * słuchawka
(4)
Teraz, jeżeli zadzwonimy do kogoś, to po odebraniu telefonu przez drugą stronę, po określonym, zależnym od strefy czasie, nadejdzie pierwszy impuls z centrali. Wyświetlacz wskaże wtedy:
0:34 0,19zl * rozmowa
(5)
co oznacza że minęły 34 sekundy rozmowy, a jej koszt wynosi 19 groszy.
Tekst w dolnej linii wskazuje jednoznacznie, że prowadzona jest rozmowa "wychodząca", czyli płatna. Wartości podane w przykładzie (5) są teoretyczne, bowiem założono, że impuls z centrali nadszedł po 34 sekundach rozmowy. Dlaczego nie po 1 minucie (np. przy rozmowie lokalnej)? Otóż w polskiej sieci telekomunikacyjnej impulsy taryfikujące wysyłane są w linię co 1 minutę, niezależnie od tego kiedy rozpoczęliśmy rozmowę. Jeżeli np. mamy pecha i po wykręceniu numeru nasz
impulsu, to już po 2 sekundach koszt naszej rozmowy będzie równy cenie 1 impulsu taryfikujące-go. Obecnie koszt ten w cenniku TP S.A. wynosił 19 gr.
Pamiętajmy o tym, że koszt impulsu w systemie taryfikacji stosowanym w naszym kraju jest zawsze taki sam, inna jest tylko częstotliwość zliczania tych impulsów przez licznik naszego numeru w centrali (a także w naszym liczniku). I tak przy rozmowie lokalnej impulsy nadchodzą co 1 minutę, inaczej jest w przypadku rozmów międzymiastowych czy międzynarodowych, gdzie ilość impulsów może wzrosnąć do kilku na 1 minutę. Stąd mówi się o innej cenie 1 minuty rozmowy, kiedy dzwonimy np. za granicę. Wszystkie szczegóły dotyczące cennika opłat za usługi telefoniczne można znaleźć w broszurach wydawanych przez krajowego operatora sieci telekomunikacyjnej.
W przypadku, gdy zakończymy rozmowę i odłożymy słuchawkę aparatu, nasze urządzenie automatycznie doda do wartości licznika dziennego koszt ostatniej rozmowy. Tak samo postąpi z licznikiem okresowym.
Przy pierwszym użyciu urządzenia warto jest ustawić prawidłową datę, czas oraz aktualny koszt impulsu, o który najprościej jest zapytać dzwoniąc pod numer 913.
Aby tego dokonać należy uaktywnić menu taryfikatora. W tym celu należy wcisnąć i przytrzymać klawisz "DN" (MENU). Po około 2 sekundach podwójny sygnał dźwiękowy potwierdzi uaktywnienie funkcji menu. Schemat tej dość prostej struktury przedstawia rys.5.
Po wejściu do menu wyświetlacz pokaże:
WCIŚNIĘCIE
O
krótkie
LICZNIK DZIENNY
długie
KASOWANIE LICZNIKA
w menu I przy ustawianiu
SELECT (wybóO
rozmówca podniósł słuchawkę np. 2 /^N dn UCZNIK sekundy przed \^/ OKRESOWY
nadejściem kolejnego płatnego RySi 4_ Znaczenie klawiszy taryfikatora.
I
MENU
OK (potwierdzenie)
d
34
Elektronika Praktyczna 9/97
Taryfikator rozmów telefonicznych
MENU
Rys. 5. Struktura menu taryfikatora.
* MENU (6)
ustaw czas
Naciskając klawisz SELECT (UP) można teraz poruszać się po menu, wywołując poszczególne opcje zgodnie z rys.5. Klawiszem DN (OK) można zatwierdzić wybór opcji i wejście do niej. W naszym przypadku ustawiamy czas i datę, tak więc wciskamy klawisz i wyświetlacz wskaże:
12:mm DD-MM-RR r ustaw czas
(7)
z migającym kursorem na pozycji godzin (12). Litery "mm" oraz "DD", "MM", "RR" dla ułatwienia pokazują obsługującemu format tego, co aktualnie ustawia. Oznaczają one odpowiednio: minuty, dzień, miesiąc oraz rok.
Klawiszem SELECT (UP) można teraz ustawić aktualną godzinę, a następnie klawiszem DN (OK) zatwierdzić ją i przejść do ustawiania minut. Po ustawieniu minut przechodzimy automatycznie do ustawienia daty w kolejności: dzień - miesiąc - rok. Tu uwaga, pomimo że kalendarz w czasie normalnej pracy uwzględnia lata przestępne oraz nierównomierną liczbę dni w przeciągu całego roku, to przy ustawianiu daty zakresy te nie są sprawdzane. Dlatego nie należy eksperymentować wpisując datę np. "31-02-97" (31 luty 1997), bowiem spowoduje to błędną pracę urządzenia.
Wprowadzenie roku (w wypadku roku 2000 będzie to liczba
"00") kończy ustawianie czasu i daty, po czym program wyświetla:
(8)
klawisz OK-zapis
w celu potwierdzenia ustawionych danych. Można tego dokonać naciskając klawisz OK (DN). W przeciwnym przypadku można wcisnąć klawisz SELECT (UP) lub odczekać około 10 sekund, po których układ samoczynnie przechodzi do menu głównego bez zapamiętania ustawionych nastaw.
Kolejną opcją (klawisz SELECT-UP) jest ustalenie kosztu jednego impulsu. Wyświetlacz menu wskaże:
* MENU (9)
ustaw taryfę
Klawiszem OK (DN) wchodzimy do tej opcji, wtedy wyświetlacz pokaże komunikat:
1 impuls: 10 gr. (10) ustaw taryfę
z migoczącym kursorem na pozycji wartości gorszy ("10"). Klawiszem SELECT (UP) można ustalić wartość taryfy w przedziale 0...99 groszy. Przydzielony zakres kosztu impulsu zdaje się być wystarczający, zważywszy, że koszt impulsu w momencie pisania artykułu (lipiec 1997) jest równy 19 groszom.
Podobnie, po ustaleniu taryfy klawiszem OK (DN) należy ten fakt potwierdzić lub zaniechać, wciskając klawisze SELECT (UP). W tym momencie taryfikator jest gotów do pracy. W menu pozostały jeszcze do omówienia trzy pozostałe opcje, tj.: "tryb pracy", "buzzer" i "informacja". 1. Opcja "tryb pracy" - możliwe są dwa warianty: praca w trybie normalnym i w trybie demonstracyjnym ("DEMO"), kiedy licznik zlicza impulsy "znikąd", symulując tym samym odbiór sygnałów SPM z sieci telefonicznej. Przy normalnym użytkowaniu powinniśmy ją ustawić na tryb "NORMALNY".
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
R1...R4: 10kO
R5, Rló: lkn
R6...R9: 39kQ
R10...R13: lOOkO
R14: warystor 250V
R15: 220O
PR1: 10kO potencjometr
montażowy
Kondensatory
Cl, C2: 3O...33pF
C3, C16, C17: 10jiF/16V
C4, C9, C10, C13...C16: lOOnF
C5, Có: 100pF/lkV
C7: luf stały (MKT lub MKSE)
C8: 470nF
Cli: 47...100M.F/ 6,3V tantal
Cl2: 220|iF/16V
C18: 47^F/10V
Półprzewodniki
Dl: 1N4148
D2, D3: dioda Zenera C10
D4...DÓ, D8: 1N4001
D7: C4V7
D9: dowolna germanowa (np.
AAP153)
DLI: wyświetlacz LMOló (LCD 2x16
znaków)
Ul: 89C2051 zaprogramowany
AVT-333
U2: FX631
U3: ICL7660 lub odpowiednik
U4: 78L05
Różne
Xl: ÓMHz rezonator kwarcowy
X2: 3,57MHz rezonator kwarcowy
BZ1: buzzer z generatorem
Kl, K2: przełącznik monostabilny
do druku
SW1: przełącznik monostabilny
JP1, JP2: "goldpin" 1x3 + jumper
GN1: gniazdo zasilające z bolcem
obudowa KM-35
złącza śrubowe ARK2 - 2szt.
podstawki pod układy scalone
koszyk na baterię UM-5
płytka drukowana AVT-333
BT1 �): bateria 6V (krótki
"paluszek")
Uwaga: bateria BT1 nie wchodzi wskiad zestawu. W wypadku zastosowania w kicie wyświetlacza DL 1 w wersji z pojedynczym napięciem zasilającym (+5V) elementy: U6, C16...C18 nie będą wchodziły wskiad zestawu AVT-333B.
Elektronika Praktyczna 9/97
35
Taryfikator rozmów telefonicznych
TARYFIKATOR TELEFONICZ*
AVT-333
Rys. 6. Proponowany wygląd płyty czołowej urządzenia.
tów dźwiękowych, czyli buzzera BZl. 3. Opcja "informacja" - pokazuje krótką informację na temat taryfikatora.
Pozostaje do omówienia zerowanie licznika okresowego. Można tego dokonać kiedy układ jest w stanie oczekiwania - wyświetlacz wskazuje tekst jak w przykładzie (1). Należy wcisnąć i przytrzymać klawisz SE-LECT (UP). Podobnie, jak w przypadku aktywacji menu, po około 2 sekundach pojawi się stan licznika okresowego, jak pokazano w przykładzie (3). Naciśnięcie dowolnego klawisza spowoduje pojawienie się pytania:
2. Opcja "buzzer" - pozwala na programowe wyłączenie efek-
(11)
* skasować ? -OK
Jeżeli chcemy skasować licznik okresowy, naciskamy klawisz OK (DN), jeżeli nie, klawisz UP (SE-LECT).
Cały licznik można zamknąć w obudowie KM-35, wycinając przedtem otwory na wyświetlacz DLI i klawisze. Na górną część można nakleić opis płyty czołowej, której widok przedstawiono na rys.6.
Uwaga: Dołączanie wszelkich urządzeń do linii telefonicznej, nie posiadających odpowiedniej homologacji wymaga zgody operatora lokalnej sieci telefonicznej! Sławomir Surowiński, AVT
Literatura [1] CML Communications ICs
Data Book, 1996 [2] Liąuid Crystal Character
Display Modules, Katalog
Hitachi [3] S.Surowiński, Inteligentny
wyświetlacz alfanumeryczny
LED, EP 5 i 6/97
36
Elektronika Praktyczna 9/97
PROJEKTY
Mininadajnik CW/SSB - 80/20m
kit AVT-351
Kolejny "klocek" dla
amatorów radiokomunikacji -
prosty, dwupasmowy nadajnik
przystosowany do
przekazywania dwóch
rodzajów transmisji: CW
i S SB. S woja ogromn ą
prostotą zachęci z pewnością
wielu konstruktorów do
samodzielnego wykonania.
Dodatkową zachętą do
podjęcia tego wysiłku niech
będzie ograniczenie liczby
samodzielnie nawijanych
cewek do zera!
Opis układu
Przedstawiony poniżej opis wykonania prostego mininadajni-ka jest uzupełnieniem przedstawionej w EP12/96 płytki odbiornika nasłuchowego CW/SSB - 80/ 20m. Po zestawieniu obydwu płytek w całość, można uzyskać dwupasmowy minitransceiver QRP, a po dodaniu jeszcze płytki wzmacniacza mocy i ewentualnie skali częstotliwości - pełnowartościowy transceiver krótkofalowy.
Podobnie jak podczas budowy odbiornika, autor postawił sobie zadanie, aby wykonać nadajnik bez konieczności nawijania cewek i stosowania drogiego filtru kwarcowego, np. PP9A2-3R.
Przy projektowaniu układu przyjęto następujące założenia: /możliwość nadawania emisji jed-nowstęgowych (SSB) i telegraficznych (CW) w zakresie częs-
totliwości 3,5..3,8MHz oraz 14,0..14,35MHz;
/zastąpienie cewek przez łatwe do nabycia dławiki w.cz., zaś drogiego fabrycznego filtru SSB - przez filtr drabinkowy zestawiony z czterech rezonatorów po 5MHz;
/maksymalne uproszczenie sposobu przełączania zakresów częstotliwości;
/nadajnik ma współpracować z generatorami FVO i BFO wykorzystanymi na płytce odbiornika AVT;
/zastosowanie nowoczesnych układów scalonych typu NE612, gwarantujących dobre parametry, przy dużej prostocie układu. Podobnie jak w przypadku układu odbiornika, zdecydowano się na układ z pojedynczą przemianą częstotliwości, z układem formowania sygnału SSB na częstotliwości 5MHz.
Mikrofon
Wzmacniacz m.cz. Modulator zrównoważony Filtr SSB Mieszacz zrównoważony Filtry LC l Wzmacniacz liniowy w.cz.

Ł i
Generator BFO Generator II VFO 1
Rys. 1. Schemat blokowy nadajnika.
Elektronika Praktyczna 9/97
37
Mininadajnik CW/SSB - 80/20m
Rys. 2. Schemat elektryczny nadajnika.
Warto przypomnieć, że p .cz. 5MHz zapewnia, przy jednym zakresie pracy generatora przestra-janego nadawanie w zakresie pasm 80m i 20m, we właściwych wstęgach bocznych i bez zmiany częstotliwości GFN (BFO).
Na rys. 1 przedstawiono schemat blokowy opisywanego nadajnika, zaś na rys. 2 jego schemat elektryczny. W urządzeniu zastosowano trzy układy scalone (nie licząc stabilizatora napięcia) oraz dwa tranzystory bipolarne w układzie drivera nadajnika.
Sygnał małej częstotliwości (0,3..3kHz) z mikrofonu dynamicznego lub np. z popularnej wkładki telefonicznej typu W-60, po wzmocnieniu w układzie wzmacniacza mikrofonowego USl (741) jest podany na wejście modulatora zrównoważonego US2 zrealizowanego na układzie NE612. Na drugie wejście modulatora jest skierowany sygnał z generatora fali nośnej 4998,5kHz (generator BFO odbiornika). Zrównoważenie układu odbywa się po stronie wejścia układu scalonego, za pośrednictwem potencjometru montażowego R8.
Sygnał wyjściowy z modulatora DSB, nie zawierający fali nośnej, a jedynie dwie wstęgi boczne, jest podany na filtr drabinkowy zestawiony z czterech rezonatorów kwarcowych Xl. ,X4 o jednakowych wartościach 5MHz oraz pięciu kondensatorów C10..C14 o pojemnościach po 33pF. Ma on pasmo przenoszenia około 2,4kHz, co jest niezbędne do prawidłowego formowania sygnału SSB.
Po przejściu sygnału przez filtr kwarcowy, już tylko jedna wstęga boczna (modulacja SSB) jest skierowana na drugi układ scalony NE612 (US3), pracujący tym razem jako mieszacz zrównoważony. Ponieważ pasmo przenoszenia filtru jest usytuowane powyżej częstotliwości GFN, na jego wyjściu uzyskamy górną wstęgę boczną (USB). Na drugie wejście mie-szacza jest podany sygnał z generatora przestrajanego w zakresie 8,5..9,35MHz. W wyniku zmieszania sygnału p.cz. z sygnałem VFO, na wyjściu uzyskuje się sygnał SSB na częstotliwości leżącej w zakresie pasma amatorskiego 80 lub 2Om. Ponieważ sygnał we-
Elektronika Praktyczna 9/97
Mininadajnik CW/SSB - 80/20m
jściowy był USB, na wyjściu otrzymamy sygnały pasma 80m z dolną wstęgą boczną oraz sygnały pasma 20m z górną wstęgą boczną. Automatyczne odwrócenie wstęgi bocznej zawdzięczamy pracy generatora VFO powyżej częstotliwości wejściowej w paśmie 80m, a w paśmie 20m - poniżej tej częstotliwości.
Na wyjściu mieszacza włączane są trójobwodowe filtry pasmowe L1..L3, C19..C25 (pasmo 80m) i L4..L6, C28..C34 (pasmo 20m), przełączane elektronicznie za pośrednictwem diod D1..D4.
Przełączenia zakresów dokonuje się przez odpowiednie ustawienie poziomu napięcia w punkcie "P" (przełącznik).
W przypadku pasma 80m ("P" = 12V), sygnał z mieszacza jest skierowany, poprzez spolaryzowane w kierunku przepustowym diody Dl D3 i filtr o paśmie przepustowym 3,5..3,8MHz (zestawiony z dławików o indukcyjnościach po IOjiH i pojemnościach po 150pF), na wejście drivera z tranzystorem T2. Przepływ prądu stałego przez diody jest następujący: +12V-L9-D1-R13-L8+6V, +12V-L1O-D3-R15-L8+6V.
Po przełączeniu odbiornika na pasmo 20m ("P" = 0V - zwarcie do masy sygnału przez spolaryzowane w kierunku przepustowym diody D2, D4), sygnał jest filtrowany w układzie o paśmie przepustowym 14,0..14,35MHz, zrealizowanym z dławików o indukcyjnościach po l|iH i pojemności po 150pF. Prąd stały w tym przypadku przebiega poprzez diody następująco: +6V-L8-R14-D2-L9-OV, +6V-L8-R16-D4-L1O-OV. Sygnał SSB po przejściu przez filtry
pasmowe jest wzmacniany w szerokopasmowym układzie dwutran-zystorowym.
W przypadku pracy telegraficznej (przełącznik w pozycji CW) przez klucz telegraficzny do wejścia zostaje dołączany rezystor RIO "rozrównoważający" modulator i na wyjściu modulatora pojawia się fala nośna.
Montaż i uruchomienie
Cały układ odbiornika zmontowano na płytce drukowanej o wymiarach 135x50mm, przedstawionej na wkładce. Rozmieszczenie elementów na płytce pokazano na rys. 3. Nadajnik został tak zaprojektowany, aby po wstawieniu wszystkich elementów nie trzeba było dokonywać żadnych czynności strojeniowych poza regulacją zrównoważenia modulatora oraz ustawieniem poziomu m.cz. Po dołączeniu generatorów VFO i BFO, a następnie załączeniu zasilania i zrównoważeniu modulatora za pomocą R8 na minimum sygnału wyjściowego (przy odłączonym mikrofonie), nadajnik powinien być gotowy do pracy. Tym niemniej, ze względu na tolerancje wartości zastosowanych kondensatorów oraz indukcyjności dławików, może zajść konieczność korekcji niektórych elementów układu.
Do wyjścia nadajnika można podłączyć dodatkowy wzmacniacz liniowy celem uzyskania wymaganej mocy wyjściowej lub - poprzez układ dopasowujący (skrzynkę antenową) - dwupasmową antenę i można już przeprowadzać próby pierwszych połączeń lokalnych. Pomimo niewielkiej mocy wyjściowej, praca w za-
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl, R8: 10kO (potencjometr
montażowy)
R2: 2,2kQ
R3: 220kO
R4, R5, R23: 10kO
Ró, R22: 100O
R7, R9: 47kO
RIO: 22kO
Rll, R12, R17, R21: 10O
R13, R14, R15, Rló, R19, R24:
R18: 4,7kQ
R20: 220O
Kondensatory
Cl, C5, C7, C8, C15, C17, C18
C2Ó, C27, C35, C39, C40, C41:
lOOnF
C2: 10|iF/16V
C3: 100^F/16V
CA/. 680pF
Có: l|iF/16V
C9, Cló, C3Ó, C37, C38: lnF
CIO, Cli, C12, C13, C14: 33pF
C19, C24: 220pF
C20, C25: 680pF
C21, C23: 22pF
C22, C28, C31, C33: 150pF
C29, C34: 470pF
C30, C32: 12pF
Półprzewodniki
DL D2, D3, D4: 1N4148
T2: 2N2369 lub odpowiednik
Tl: 2N3866 lub odpowiednik
US1: ULY7741 lub odpowiednik
US2, US3: NE612 (NE602)
US4: 7806
Różne
Xl, X2, X3, X4: 5,0MHz
LI, L2, L3, L7: 10^H
L4, L5, L6: ljiH
L8, L9, L10: lOO^H
Podstawki: DIP8 - 3 szt.
Pz: przełącznik hebelkowy
Płytka drukowana AVT-351
Rys. 3. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej nadajnika.
kresie pasma amatorskiego powinna być prowadzona wyłącznie przez osoby do tego uprawnione. Niezbędne informacje o tym, jak zostać krótkofalowcem (czyli uzyskać formalną licencję) zostały zamieszczone w miesięczniku Świat Radio 3/97. Andrzej Janeczek SP5AHT, AVT
Elektronika Praktyczna 9/97
39
PROJEKTY
Sterownik girlandy świetlnej
kit AVT-115
Kontynuujemy prezentację
modułów umożliwiających
łatwe zbudowanie nowoczesnej
rampy świetlnej, którą można
wykorzystać np. w osiedlowej
dyskotece lub po prostu
w domu, podczas spotkań
towarzyskich.
Prezentowany w ańykule
moduł powstał z myślą
o uzupełnieniu możliwości
opisanych dotychczas układów
(EP2/96 - AVT110flll,
EP3/97 - AYT-112).
O O O O O O O �000000
Kn*3O O � O O O O O
Kiok4O O O � O O O O
Kn*DO O O O � O O O
KiokaO O O O O � O O
Kn*7Q O O O O O � O
O O O O O O �
�ooooooo ooooooo
OOłOOOOO
ooooooo oooo�ooo
00000*00
oooooo�o ooooooo*
Rys. 1. Przykład sposobu działania girlandy świetlnej.
Proponowany układ jest kolejnym z cyklu urządzeń służących uzyskiwaniu ciekawych efektów świetlnych. Może współpracować z modułem wykonawczym AVT-110, ale może być także wykorzystywany jako oddzielne urządzenie sterujące girlandami diod świecących.
Z pewnością większość Czytelników wie, jak wygląda znany od dawna i popularny układ węża świetlnego. Jest to po prostu szereg punktów świetlnych, lampek lub diod LED, składający się z wielu równolegle ze sobą połączonych grup. Odpowiadające sobie punkty z każdej grupy możemy zapalać w odpowiedniej kolejności, uzyskując efekt "przesuwania się" świateł węża świetlnego. Po co zresztą pisać o czymś, co najlepiej pokazać na rysunku? Rys. 1 najlepiej ilustruje zasadę działania naszego urządzenia. Jest to najprostszy z dziesiątków możliwych układów świetlnych, które możemy zrealizować za pomocą opisanego niżej sterownika.
W dostarczanym w kicie EPROM-ie znajduje się kilkanaście różnych efektów świetlnych. Będą to przesuwające się grupy punktów, zmieniające kie-
runek ruchu i liczbę zapalonych jednocześnie punktów świetlnych.
Schemat elektryczny układu przedstawiony został na rys. 2. Łatwo zauważyć, że "sercem" układu jest pamięć EPROM 2764, w której przechowywane są dane umożliwiające wyświetlanie najrozmaitszych efektów świetlnych. Cały obszar pamięci EPROM został podzielony na osiem banków o pojemności 1024B każdy (rys.3). Być może niektórzy Czytelnicy zaniepokoili się z powodu małych rozmiarów pamięci, którą mamy do dyspozycji. Policzmy więc trochę: jeżeli częstotliwość zegara w naszym układzie będzie wynosić lHz, to kolejne sekwencje aktualnego efektu świetlnego wyświetlane będą co jedną sekundę. A zatem wyświetlenie całego efektu znajdującego się w jednym banku będzie trwało nieco ponad... 17 min! Maksymalną częstotliwością zegara, przy której oko ludzkie będzie w stanie zarejestrować ruch węża wydaje się być ok. lOHz. Tak więc, nawet przy maksymalnej częstotliwości zegara, sekwencje zaczną się powtarzać dopiero po ponad 1,5 minuty. To chyba zupełnie wystarczy, prawda?
W każdym z banków są zapisane inne efekty świetlne, a wyboru aktualnego banku dokonujemy dwoma metodami: ręcznie i automatycznie. Jeżeli trzy najstarsze
Elektronika Praktyczna 9/97
41
Sterownik girlandy świetlnej
10 AO OO A1 O1 A2 O2 A3 O3 A4 O4 A5 O5 A6 OS A7 O7 A8 A9 A10 A11 A12 A13 CE" OE 11
g 12
8 13
7 15
6 16
5 17
4 18
3 19
25
24
21
23
2
26
20
22
27
PGM VPP
1

27128
OPCJA IC41
Rys. 2. Schemat elektryczny układu.
wejścia adresowe pamięci dołączymy za pomocą jumperów JPl do przełącznika Sl, to możemy za pomocą tego przełącznika ręcznie ustawić stan tych wejść i tym samym wybrać odpowiadający nam w danej chwili zestaw efektów świetlnych.
Po włączeniu zasilania, układ z rezystorem R23 i kondensatorem C6 powoduje chwilowe wyzero-wanie obydwóch (ICl i IC3A) liczników, co daje gwarancję rozpoczęcia wyświetlania pierwszego
efektu od początku. Do adresowania pierwszych dziesięciu wejść pamięci wykorzystano dziesięcio-stopniowy licznik binarny z wbudowanym generatorem RC - 4060. Częstotliwość pracy generatora możemy regulować w szerokich granicach za pomocą potencjometru Pl. Najbardziej znaczące wyjście licznika ICl zostało połączone z wejściem drugiego licznika, którym jest układ 4520 - czterostopniowy licznik binarny. Może on służyć do automatycznego
zmieniania banków pamięci, a także umożliwia tworzenie efektów wymagających więcej pamięci niż lkB. Za pomocą jumpera JPl możemy wyjścia tego licznika dołączyć do trzech bardziej znaczących wejść adresowych pamięci, co spowoduje kolejne uaktywnianie banków pamięci i cykliczne wyświetlania zapisanych w nich efektów świetlnych. Możemy także stosować połączenia mieszane: np. dołączyć do wejść adresowych pamięci tylko dwa młodsze
42
Elektronika Praktyczna 9/97
Sterownik girlandy świetlnej
Adres początkowy Bank pamięci Ustawienie przełączników
000H 400H Banki 000 001
800H COOH Bank 3 010
1000H 1400H Bank 5 100
1800H Bank 7 110
1C00H Bank 8 ^g 111
Rys. 3. Podział pamięci na banki.
wyjścia licznika IC3A, a na wejściu A12 ustawiać za pomocą przełącznika Sl stan wysoki lub niski. Takie skonfigurowanie układu pozwoli na utworzenie dwóch efektów zajmujących po 4kB każ-dy.
Wyjścia danych pamięci EP-ROM dołączone są do wejść układu IC2, który zawiera osiem tranzystorów Darlingtona, wraz z rezystorami ograniczającymi prąd bazy. Tranzystory te wysterowują bezpośrednio osiem diod kontrolnych LED, które pozwalają na obserwację aktualnie realizowanego efektu świetlnego. Może to być użyteczne w przypadku, gdy rampa świetlna nie jest widoczna z miejsca zainstalowania sterownika.
Do naszego układu możemy dołączyć różne układy wykonawcze. Podstawowym jest moduł wykonawczy AVT-110 zawierający dziesięć triaków, co pozwala
na sterowanie girlandami żarówek
0 mocy zależnej tylko od dopuszczalnego prądu triaków zastosowanych w module AVT-110. W wersji podstawowej tego układu stosowane są triaki o dopuszczalnym prądzie 6 A, co daje maksymalną moc do ok. 12 00W na kanał! Moduł AVT-110 posiada wbudowany zasilacz przeznaczony także do zasilania układów sterujących. Jeżeli więc będziemy wykorzystywać ten układ, to montowanie stabilizatora napięcia IC5
1 kondensatorów C2 i C3 w układzie sterownika nie jest potrzebne. Przy zasilaniu układu z modułu AVT-110 jumper JP2 musi być ustawiony w pozycji odwrotnej niż na schemacie. Połączenie obydwóch układów wykonujemy za pomocą 14-żyłowego przewodu taśmowego zakończonego dwoma wtykami, wykorzystując złącze Zl.
Jeżeli jednak zadowolimy się mniejszą mocą światła emitowanego przez naszego węża, to możemy wykorzystać drugie złącze Z3. Możemy do niego dołączyć np. girlandy zbudowane z diod LED. Diody możemy łączyć ze sobą równolegle i szeregowo-rów-nolegle. Przykład: dołączenie do naszego układu girlandy z LED-ów pokazany jest na rys. 4. Musimy pamiętać, aby maksymalny prąd przypadający na jeden kanał nie przekroczył 5 OOmA. W przypadku rezygnacji ze stosowania modułu AVT-110, do naszego sterownika musimy dołączyć zasilacz prądu stałego (niekoniecznie stabilizowany) o napięciu maksymalnie 18V i prądzie
odpowiednim dla liczby zastosowanych diod LED.
W układzie modelowym zastosowano pamięć EPROM typu 2764 i taka będzie dostarczana w kicie. Istnieje możliwość zastosowania pamięci o dwukrotnie większej pojemności, np. 27128. Nie potrzeba w tym celu dokonywać żadnych przeróbek w układzie, ponieważ zastosowano w nim "na zapas" poczwórny przełącznik Sl, którego jedna sekcja nie była w układzie modelowym wykorzystywana.
Dostarczana w zestawie pamięć będzie zaprogramowana efektami świetlnymi takimi, jakie podobały się autorowi. Nie ma jednak żadnego powodu, aby posiadacze programatorów EPROM musieli koniecznie podzielać gust niżej podpisanego. Tym Czytelnikom autor pragnie polecić własną, sprawdzoną metodę obliczania liczb, które należy umieścić w kolejnych komórkach pamięci, polegającą na wykorzystaniu jakiegokolwiek arkusza kalkulacyjnego. Autor posługiwał się arkuszem MS EX-CELL, ale można zastosować dowolny inny arkusz kalkulacyjny, np. LOTUS.
Kolejność postępowania jest następująca:
1. W pierwszą kolumnę arkusza wpisujemy formułę przeliczającą zapis binarny na dziesiętny, tak jak pokazano na rys. 5. Komórkę z formułą musimy następnie przekopiować w dół, do kolejnych 8191 komórek.
2. Cały obszar roboczy: kolumny B, C, D, E, F, G, H i I zapeł-
Rys. 4. Sposób podłączenia diod LED do sterownika.
Elektronika Praktyczna 9/97
43
Sterownik girlandy świetlnej
Microsoft Excel - EPR0M3.XLS:2
LHk Edycja Widok Wstaw Format Narzędzia Dane'
Anal CE
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Pl: potencjometr obrotowy
J6 iJ
A B|C|D E F G|H 1
1 2_ =12*1+H2'2+G2ł4+F2*8+E2*1 6+D2*32+C2*64+B2*126 =13*1 -HH3*2+G3ł4+F3ł8+E3*1 6+D3"32-*-C3*S4+B3*1 28 ABCDEFGH 1 0 0 0 0 0 0 0 01000000
4 5 =14*1+H4^2+ G4ł4+F4*8+E4*16+D4*32+-C4*64+B4*12S =15*1+H5*2+G5*4+F51B+E5*16+D5*32+C5*64+B5ł129 0 10 1 o;0 o 0 0 0 0 0 1 ib |Q ,Q 0
E n In in n H In Rys. 5. Zapis formuły konwersji BIN -> DEC w arkuszu Excel.
Plik Edycja Widok Wstaw
lAnal CE
AT *
A B C D E F G H 1
1 A B C- D E F G H
123 I O O O O O O O
64 01000000
32 0 0 1 0 O 0 0 0
16 0 0 0 1 0 D 0 0
80 0 0 0 10 0 0
4000001 00
2000000 10
10 0 0 0 0 0 0 1
2000000 10
4000001 00
8 0 0 0 0 10 0 0
16 0 0 0 1 0 0 0 0
32 0 0 1 0 0 D 0 0
64 01000000
128 10000000
6401000000
32 00100000
\ Arkuszl
Rys. ó. Przykładowy wzór działania sterownika ("1" oznacza zapalonq diodę).
niamy zerami. Przy odrobinie wprawy w posługiwaniu się arkuszem kalkulacyjnym opisane czynności nie zajmą nam więcej niż minutę. Uwaga: wpisywanie zer w przypadku korzystania z EXCEL-a nie jest konieczne, można pozostawić puste komórki.
3. W kolumnach obszaru roboczego 1 reprezentuje zapaloną diodę, a 0 zgaszoną. Chyba teraz każdy może ocenić, jak wygodna jest proponowana metoda tworzenia programu do EPROM-u: po prostu graficznie przedstawiamy w arkuszu to, co zostanie wyświetlone przez ste-
rownik! Na rys. 6 podano najprostszy przykład: przesunięcie zapalonego punktu w prawo, a potem w lewo oraz wyniki konwersji kodu binarnego na dziesiętny w kolumnie A. Oczywiście, podczas tworzenia programu można, a nawet należy posługiwać się metodą kopiowania bloków obszaru roboczego. 4. Pozostaje już tylko zapisać liczby znajdujące się w kolumnie A w postaci pliku ASCII. Najwygodniej jest zaznaczyć potrzebny obszar, skopiować go i następnie "wkleić jako" w inne miejsce arkusza, zaznaczając, że kopiujemy wartości, a nie formuły. Skopiowany obszar z danymi zapisujemy w pliku ASCII i pozostaje tylko dokonać konwersji tego pliku do postaci binarnej, czytelnej dla programatora EPROM.
Montaż
i uruchomienie
Na rys. 7 przedstawiono rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej, której widok przedstawiono na wkładce wewnątrz numeru. Montaż wykonujemy w sposób typowy, rozpoczynając od wlutowania rezystorów, a kończąc na elementach o największych gabarytach. Pod układy scalone warto zastosować podstawki (podstawka pod pamięć EPROM jest absolutnie niezbędna).
Układ zmontowany ze sprawnych elementów nie wymaga
R1..RS, R15..R22: 5ÓCO
R9, RIO, Rll, R12, R14:
R13: 33kft
Kondensatory
Cl: 22nF
C2: 47O^F/1ÓV
C5, C3: lOOnF
C4: 220^F/ó,3V
Półprzewodniki
Dl, D2, D3, D4, D5, Dó, D7, DS:
LED i|>5 w dowolnym kolorze
101: 40Ó0
IC2: ULN2S03
IC3: 4520
IC4: 2764 zaprogramowany
EPROM
IC5: 7805
Różne
JP1: 3x4 goldpin + 4jumpery
JP2: 3 goldpin + jumper
Sl: SWDIP-4
Zl: 2x7 goldpin
Z2: ARK2
Z3: 2x5 goldpin
Przewód taśmowy 14-żyłowy +
2wtyki zaciskane FC-14
oczywiście żadnego uruchamiania. Zmontowaną płytkę łączymy z modułem AYT-110 za pomocą dostarczonego w kicie odcinka przewodu taśmowego. Zbigniew Raabe, AVT
Rys. 7. Rozmieszczenie elementów na płytce sterownika girlandy.
44
Elektronika Praktyczna 9/97
PROJEKTY
Moduły analizatora audio
kit AVT-258 kit AVT-259
Artykuł ten stanowi
pierwszą część uzupełnienia
opisu analizatora audio
z EP12/95 (przedstawiamy
tam ogólny opis
1 6-kanałowego analizatora).
W numerze G/96 opisaliśmy
moduł wyświetlacza
z kostkami rodziny LM39lX.
Z pewnym opóźnieniem, za
które serdecznie przepraszamy,
przedstawiamy kolejne moduły
tego analizatora.
Tematyka audio cieszy się nie słabnącym zainteresowaniem Czytelników EP. Opis akustycznego zestawu pomiarowego, przedstawiony w EP 12/95 również wywołał znaczny odzew. Zestaw ten wykonano z modułów, z których część była opisana wcześniej na łamach EP (w EP 6/96 przedstawiono wyczerpujący opis wskaźnika - moduł AVT-257).
Ponieważ na początku roku 1996 autor konstrukcji przeniósł niemal całą swą aktywność twórczą do siostrzanego pisma EdW, prezentacja kolejnych, potrzebnych modułów uległa opóźnieniu. Niniejszy artykuł zawiera wszystkie brakujące informacje potrzebne do wykonania zaprezentowanego wcześniej analizatora.
RIO linii R12 IIR11 IIRU IIRIfi IIRIft 11 HIT IIR1I Rit R2D IIRS1
Rys. 1. Schemat ideowy układu sterujqcego.
W układzie analizatora widma zastosowano wyświetlacz składający się z matrycy diod świecących, ułożonych w prostokąt o 16 kolumnach (szesnaście pasm częstotliwości) i 10 rzędach (dziesięć poziomów napięcia). Do sterowania takiego wskaźnika najlepiej jest zastosować metodę wyświetlania sekwencyjnego (z multiplek-sowaniem wyświetlanej informacji). To znaczy, że wybiera się na przykład pierwszą kolumnę wyświetlacza i jednocześnie podaje na wskaźnik z układem LM3915 (AVT-257) wyprostowany sygnał z filtru pasmowego o najniższej częstotliwości - w pierwszej kolumnie zaświeci się jedna dioda (lub słupek diod, zależnie od trybu pracy LM3915). Następnie wybiera się drugą kolumnę i podaje na wskaźnik LM3915 sygnał z drugiego filtru pasmowego, itd. Jeśli częstotliwość przemiatania wyświetlacza będzie większa niż kilkadziesiąt Hz, obraz na wyświetlaczu będzie stabilny wskutek bezwładności oka ludzkiego.
Aby zrealizować taki multi-pleksowy układ, należy zastosować generator taktujący z szesna-stokanałowym rozdzielaczem, szesnastokanałowy multiplekser i szesnaście prostowników.
W przedstawianym rozwiązaniu zrealizowano to na trzech płytkach drukowanych.
Na jednej płytce umieszczono układ taktujący i rozdzielacz, a na dwóch pozostałych dwa jednako-
Elektronika Praktyczna 9/97
47
Moduły analizatora audio
M O a
D M
J K
' C ' LE 'l '*' HFGP I
Rys. 2. Płytka drukowana układu sterującego.
we układy zawierające po osiem prostowników aktywnych i ośmio-kanałowy multiplekser.
Moduł sterujący: kit AVT-259
Pełny schemat ideowy modułu sterującego pokazano na rys.l. Wykorzystano tu układ taktujący z bramką US4A. Częstotliwość pracy wyznaczona jest wartością elementów Rl i Cl. Licznik USl (CMOS 4029) pracuje w trybie binarnym - liczy do szesnastu. Sygnały z jego wyjść są dekodo-wane przez dwa dekodery BCD na 1 z 10 typu CMOS 4028. Sygnały z wyjść licznika USl są ponadto potrzebne do sterowania dwóch
ośmiokanałowych multiplekserów CMOS 4051, umieszczonych w modułach AVT-258. Sygnały te są wyprowadzone na punkty oznaczone F, G, H i J. Ponieważ moduł steruje pracą dwóch jednakowych multiplekserów, potrzebne są sygnały zezwalające na ich przemienną pracę. Dlatego w module występują dwa komplementarne wyjścia J i K.
Na aktywnych wyjściach dekoderów US2 i US3 pojawia się stan wysoki. Stanem spoczynkowym jest niski.
Przy opisie modułu AVT-257 wspomniano o możliwości współpracy z wyświetlaczami o różnej organizacji - porównaj EP 6/96 str. 61 rys. 3. Przystosowany jest do tego nie tylko moduł wskaźnika AVT-257, ale i opisywany właśnie moduł sterujący AVT-259. Dlatego w górnej części rys.l pokazano sposób włączenia tranzystorów dla obu rodzajów wyświetlaczy. Po lewej stronie rysunku pokazano
połączenia przy sterowaniu kolumn od strony plusa zasilania. W takim przypadku tranzystory T1..T16 pracują w układzie ze wspólnym kolektorem i nie trzeba stosować rezystorów R10..R2 5 (można je zastąpić zworami).
W niektórych przypadkach, dla zmniejszenia mocy strat i mocy potrzebnej z zasilacza, można zasilać wskaźnik obniżonym napięciem (np. 5V), a pozostałe układy wyższym napięciem rzędu 12V. W tym celu przewidziano oddzielną linię zasilającą - na płytce jest to punkt R. Przy zasilaniu wyświetlacza niższym napięciem, trzeba zastosować rezystory R10..R25, aby zmniejszyć prąd płynący z wyjść kostek US2 i US3. Jeśli wyświetlacz ma być zasilany tym samym napięciem, co reszta układu, zależy wykonać zworę między punktami P, R.
W wersji podstawowej wystarczyłby jeden inwerter do odwrócenia sygnału z wyjścia QD licznika US2. Autor, przewidując różne sposoby wykorzystania modułu, wprowadził dwie bramki (US4b i US4d) sterowane dodatkowo sygnałem z punktu X. Umożliwia to wykorzystanie modułu do współpracy z innymi układami. Podanie na punkt X stanu niskiego wprowadza
.J
Rys. 3. Schemat ideowy prostownika.
UWAGAI R371T17 nls występują na schemacie.
48
Elektronika Praktyczna 9/97
Moduły analizatora audio
WZMACNIACZ
fRUMIK) WEJŚCIOWY
SZCZYTOWY
BADANY OBIEKT
_______J
AJ/T-2H J
GB4ERATOR--WOBULATOR
K E
JWT-2M
KfT-
WYŚWIETIACZ 18x111
WT-ttfi
UKŁAD NADZORUJĄCY
CYFROWY GENERATOR "PIŁY1
ZASILACZ
Rys. 4. Uproszczony schemat blokowy wobulatora.
obie bramki w stan wysoki, co blokuje oba dekodeiy (US2, US3) oraz współpracujące multipleksery. Możliwe jest wtedy zwiększenie liczby kolumn wyświetlacza do 32, 48 czy 64, przez zastosowanie dwóch lub więcej modułów AVT-259. Bramka US4c i odpowiednie zwory między punktem X, a Y lub Z umożliwią sterowanie wysokim lub niskim poziomem napięcia podanym na punkt M.
W układzie zastosowano też programowany licznik CMOS 4029. Wejścia A..D oraz wejście wpisujące E umożliwiają sterowanie zewnętrzne, niezależne od generatora taktującego. Rezystory R3..R7 potrzebne są na wypadek, gdyby podawane sygnały sterujące miały napięcie większe niż napięcie zasilania modułu AYT-259.
W podstawowym zastosowaniu nie wszystkie opisane możliwości są wykorzystywane i układ ulega znacznemu uproszczeniu. Zostanie to omówione w dalszej części artykułu.
Układ z rys. 1 jest zmontowany na płytce drukowanej, której widok przedstawiono na wkładce wewnątrz numeru. Rozmieszczenie elementów pokazano na rys.2.
Moduł prostownika
aktywnego
z multiplekserem:
kit AVT-258
Schemat ideowy układu pokazano na rys.3. Moduł ma osiem wejść sygnału zmiennego, oznaczonych 0..7 i zawiera osiem prostowników
Elektronika Praktyczna 9/97
aktywnych. W roli elementu prostującego nie występują tu diody, tylko tranzystory T1..T8. W stanie spoczynku tranzystory te praktycznie nie przewodzą - są ustawione na granicy przewodzenia. Napięcie na ich bazach (w stosunku do plusa zasilania) ustalone jest spadkiem napięcia na diodzie Dl. Potencjometrem Pl należy ustawić taki prąd przewodzenia diody, aby na kondensatorach C9..C16 napięcie nie było wyższe od kilku..kilkunastu mihwoltów.
Tranzystory T1..T8 powinny mieć jednakowe parametry - w praktyce wystarczy, jeśli będą pochodzić z jednej partii produkcyjnej.
Jeśli na bazie któregoś z tranzystorów T1..T8 pojawi się napięcie zmienne (podawane z zewnątrz przez kondensatory Cl..C8), wtedy dany tranzystor będzie się otwierał w ujemnych połówkach przebiegu zmiennego. W obwodzie kolektora pojawi się prąd. Wartość tego prądu zależeć będzie od rezystancji R1..R8. Jednocześnie prąd kolektora ograniczony jest wartością rezystorów R17..R24, na których wystąpią napięcia odpowiadające wyprostowanym połówkom przebiegu wejściowego. Ponieważ przebieg ten będzie tętniący, wprowadzono obwo-dy filtru uśredniającego z elementami R25..R32 i C9..Cl6. Na kondensatorach C9..C16 będą więc występowały napięcia stałe proporcjonalne do amplitudy przebiegów podawanych na wejścia oznaczone 0..7.
Przez dobór elementów R1..R8 oraz R17..R24 można zmieniać wzmocnienie prostownika - dla nikogo chyba nie ulega wątpliwości, że układ wzmacnia sygnał wejściowy - natomiast dobierając rezystory R17..R24 i R25..R32 można zmieniać charakterystykę dynamiczną prostownika. Gdy R25..R32 mają wartości dużo większe niż rezystory R17..R24, wtedy uzyskuje się filtr wartości średniej. Gdy rezystory R25..R32 mają wartości dużo mniejsze niż R17..R24 (lub gdy zastąpi się je zworami), wtedy uzyskuje się wskaźnik wartości szczytowej o krótkim czasie narastania i długim czasie opadania. Dla uzyskania odpowiednich czasów trzeba dobrać wartości kondensatorów C9..C16. W module przewidziano zastosowanie kondensatorów stałych o pojemności lfiF. W razie potrzeby można tu zastosować kondensatory elektrolityczne, ale tylko tantalowe. Zwykłe kondensatory elektrolityczne po dłuższym okresie przechowywania bez napięcia mają duży prąd upływu, który może zupełnie uniemożliwić działanie urządzenia, a w najlepszym razie zafałszuje wyniki pomiarów. Natomiast kondensatory tantalowe mają znacznie mniejszy prąd upływu i niewiele zmienia się on z upływem czasu.
Sygnały z ośmiu prostowników są doprowadzone do multipleksera zrealizowanego z użyciem znanej kostki CMOS4051. Wyjściem modułu jest w punkcie E.
Trzy wejścia adresowe A, B i C pozwalają podać na wyjście E sygnał z jednego z ośmiu kanałów. Natomiast wejście D współpracujące z końcówką kostki oznaczoną INH(ibit) pozwala zablokować wszystkie kanały. Stan wysoki na tym wejściu powoduje, że wyjście multipleksera jest w stanie wysokiej impedancji. To wejście jest
Moduły analizatora audio
Rys. 5. Płytka drukowana modułu prostownika.
konieczne przy współpracy w systemie więcej niż jednego modułu AVT-258.
Na schemacie pokazano także szereg innych elementów. W podstawowej aplikacji nie są one wykorzystywane. W niektórych zaawansowanych aplikacjach mogą się okazać bardzo przydatne.
W analizatorze widma moduł pracuje cały czas w ustalonym trybie - na wejścia na bieżąco są podawane przebiegi z wyjść filtrów pasmowych AYT-191 (por. EP 12/95 sti. 38 rys.2). Dzięki temu na wskaźniku składającym się z matrycy diod LED pojawiają się słupki o wysokości zmieniającej się wraz z zawartością analizowanego sygnału.
Opisywany moduł może też pracować w trybie pamiętania. To znaczy, że na wyświetlaczu można "zamrozić" obraz. Służy do tego wejście oznaczone F. W normalnym trybie tranzystor Tl9 nie przewodzi, natomiast Tl8 jest otwarty - przez diodę Dl płynie niewielki prąd wyznaczający punkty pracy tranzystorów prostownika na granicy przewodzenia. W takim stanie, nawet maleńkie sygnały pojawiające się na wejściach 0..7 będą otwierać tranzystory T1..8 (sygnały te będą prostowane i wzmacniane). Jeśli jednak na punkt F zostanie podane napięcie dodatnie, tranzystor Tl9 zacznie przewodzić, a tranzystor Tl8 zostanie zatkany. Przez diodę Dl i rezystor R39 nie będzie płynął prąd. Napięcie na rezystorze R39 spadnie do zera i tranzystory T1..T7 zostaną całkowicie zatkane - aby je otworzyć, amplituda sygnału wejściowego musiałaby być większa niż około 0,5V. Można tak dobrać poziomy sygnałów, aby podczas normalnej
pracy amplitudy sygnałów na wyjściach filtrów pasmowych nie były większe od tej wartości (jest to możliwe, bo przecież opisywany prostownik aktywny może wzmacniać sygnał kilkukrotnie, i na wejście wskaźnika AYT-257 zostanie podane napięcie stałe o odpowiedniej wartości). W efekcie, podanie stanu wysokiego na punkt F zablokuje tranzystory prostujące T1..T8 i jednocześnie zablokuje otwarte dotychczas tranzystory T9..T16. Kondensatory C9..C16 będą wówczas pełnić rolę kondensatorów pamiętających - nie będą ani ładowane (przez T1..T8), ani rozładowywane (przez rezystory R17..R24). W układzie z pamięcią kondensatory byłyby jednak ładowane prądem wejściowym współpracującej kostki wskaźnika LM3915. Trzeba pamiętać, że na wejściu tej kostki umieszczono tranzystor PNP, więc z wejścia układu LM3915 wypływa niewielki prąd (rzędu mikio-ampera lub mniej, ale jednak). Aby wyeliminować wpływ tego niewielkiego prądu, wprowadzono obwód z tranzystorami T20..T22. Jest to źródło prądowe o bardzo małej wydajności. W praktyce trzeba tak dobrać wartość R41, aby prąd płynący przez tranzystor T20 był równy prądowi wejściowemu współpracującej kostki LM3915 (3914, 3916).
Moduł ma jeszcze szersze możliwości. Oprócz możliwości zapamiętywania "obrazu" w trybie analizatora widma z filtrami, może też pracować w roli pamięci analogowej wskaźnika wobulatora.
W wobulatorze generator prze-stiajany napięciem (VCO) zmienia częstotliwość pod wpływem sygnału piłokształtnego. W danej chwili, na wyjściu generatora wy-
stępuje sygnał o jednej tylko częstotliwości. Jest to zupełnie inna sytuacja, niż w analizatorze widma z filtrami pasmowymi, w którym w sygnale występują jednocześnie składowe o różnych częstotliwościach. W analizatorze muszą być stosowane filtry pasmowe, które wydzielają z widma poszcze-
WYKAZ ELEMENTÓW
AVT-258 Rezystory
R1..RS: 9..12kn 1% R9..R1Ó: lOOkn 1% R17..R24: 30..39M
%
1%
R25..R32:
R33, R3S, R40:
R34..R3Ó, R39;
R41: dobrać
Pl: lOOkn miniaturowy
Kondensatory
C1..CS, C17: 330..470nF
C9..C1Ó: l^F
CIS: lOOnF ceramiczny
C19: 47..1OO^F/1ÓV
Półprzewodniki
Dl: 1N414S
T1..TS: BC55S
US1: 40ÓÓ
US2: CMOS 4051
AVT-259 Rezystory
Rl: 10kn
R2..R7, R10..R25, R42..R4Ó: zwora
RS, R9: nie montować
R2Ó..R41: S2
Kondensatory
Cl: 47nF
C2: lOOnF ceramiczny
C3, C4: 47..1CąiF/lóV
Półprzewodniki
T1..T1Ó: BC54S
US1: CMOS 4029
US2, US3: CMOS 402S
US4: CMOS 4093
50
Elektronika Praktyczna 9/97
Moduły analizatora audio
gólne składniki. W układzie wo-bulatora sygnał zmienia swą częstotliwość w ściśle określony sposób - nie trzeba więc stosować filtrów pasmowych. Jest to znaczne ułatwienie, ale za to układ pomiarowy wobulatora musi mierzyć sygnał w poszczególnych chwilach (czyli sygnały o określonych częstotliwościach), zapamiętać wyniki, a następnie po dokonaniu pomiarów zobrazować wyniki na wyświetlaczu w postaci punktów tworzących charakterystykę. W urządzeniach profesjonalnych tego typu stosuje się powszechnie przetworniki analogo-wo-cyfrowe, cyfrowo-analogowe i pamięć RAM lub EEPROM. Przejście na postać cyfrową otwiera ogromne możliwości przetwarzania mierzonych sygnałów, ale niestety jest dość kosztowne.
W prostszych zastosowaniach można we wskaźniku wobulatora zastosować pamięć analogową. Opisywany moduł może pełnić taką rolę. Na rys.4 pokazano uproszczony schemat blokowy takiego wobulatora. W takim zastosowaniu nie trzeba oczywiście montować w module AVT-258 tranzystorów T1..T19 i współpracujących z nimi elementów. Wystarczy multiplekser US2 i kondensatory C9..C16. Najprawdopodobniej potrzebne będą tranzystory T20..T22 oraz układ scalony USl.
Układ USl umożliwi dołączenie sygnału z prostownika. W fazie pomiaru starsze bity z cyfrowego generatora piły będą sterować ładowaniem kolejnych kondensatorów. Wraz ze zmianą częstotliwości generatora VCO, kondensatory C9..C16 naładują się do odpowiednich napięć. Napięcie to zostanie na nich niejako zapamiętane.
Potem, w zależności od konstrukcji układu nadzorującego, system może przejść w tryb odczytu i przez jakiś sensowny czas pokazać na wyświetlaczu zmierzoną wobulatorem charakterystykę. Bez układu pamiętającego zaobserwowanie kształtu charakterystyki byłoby utrudnione lub wręcz niemożliwe, zwłaszcza przy badaniu układów małej częstotliwości, gdy koniecznie trzeba stosować czasy wobulacji (czyli przemiatania) rzędu kilku czy kilkunastu sekund.
Przy odrobinie inwencji można wykonać układ nadzorujący, który mógłby przez ustalony krótki okres czasu wpisywać do kondensatorów pamiętających informacje o wynikach pomiaru przy poszczególnych częstotliwościach, a w pozostałym czasie układ pracowałby w trybie odczytu. Przy takiej pracy, nawet przy bardzo długim okresie wobulacji, obserwator miałby na ekranie cały czas aktualną charakterystykę, bez żadnego migotania.
Właśnie dla umożliwienia pracy w trybie zapisu, przewidziano dodatkowe wejście (oznaczone K) oraz klucz USld+USlc. Sterowanie kluczem jest możliwe przez punkt J.
Klucze USla i USlb nie mają konkretnego przeznaczenia i mogą być wykorzystane według potrzeb.
Rys.5 przedstawia rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej układu z rys.3.
Podobnie jak w przypadku układu AVT-259, również moduł AVT-258 w typowym zastosowaniu do wobulatora nie będzie zawierał wszystkich elementów pokazanych na schemacie ideowym na rys.3 i na schemacie montażowym na rys.5. Piotr Górecki, AVT
Elektronika Praktyczna 9/97
51
Uniwersalny sterownik silników krokowych
Moduły analizatora audio >
Po długiej przerwie przedstawiamy opisy dwóch kolejnych modułów wchodzqcych w skład analizatora audio. W tej części artykułu prezentujemy konstrukcje elektryczne dwóch modułów - płytki sterujqcej oraz prostownika, str. 47.
W EP niezbyt często zajmujemy się zagadnieniami zwiqzanymi ze sterowaniem silników elektrycznych. Konstrukcja, którq opisujemy wypełnia tę lukę - przy pomocy tego prostego układu i dowolnego komputera ze złqczem drukarkowym można sterować różnorodnymi silnikami krokowymi, str. 53.
Sterownik girlandy świetlnej A
Prezentowany w artykule układ opracowano z myślq o stosowaniu go jako przystawki zwiększajqcej możliwości dotychczas opisanych modułów girlandy świetlnej. Szczegóły na str. 41.
Przełqcznik polaryzacji
Zalety tego prostego układu doceniq wszyscy użytkownicy multimetrów analogowych, likwiduje on bowiem konieczność kontrolowania polaryzacji mierzonych napięć - str. 65.
Mininadajnik CW/SSB - 80/20m
Jest to kolejny fragment transceivera krótkofalarskiego. Dzięki zastosowaniu wtórze radiowym nadajnika nowoczesnych układów firmy Philips jego parametry sq naprawdę zadowalajqce, a konstrukcja niezbyt skomplikowana, str. 37.
Test
Jest to ostatnia część przeglqdu multimetrów. Tym razem przedstawiamy multimetry klasy wyższej, w cenie powyżej 450 zł -str. 23.
Dyskryminator > telefoniczny
Pierwszy z projektów nagrodzonych w konkursi EP na najciekawszq aplikację dowolnego mikrokontrolera 6-bitowego str. ż5
Monitor linii 8-bitowej
Jest to jeden z najprostszych przyrzqdów, nie liczqc oczywiście próbnika stanów logicznych, stosowany w laboratorium cyfrowym. Dzięki przemyślanej konstrukcji można go wykorzystać m.in. jako 8-kanałowy analizator stanów logicznych, str. 63.
Elektronika Praktyczna 9/97
T Termostaty jednoukładowe..
to jeden Iz hitów rynku lelektronicz-
przez trzy firmy, najbardziej liczqce się w chwili obecnej w tym segmencie rynku, str. 15.
Basic dla mikrokontrolerów MCS-51 Ą
Basic pomimo swoich wad jest nadal jednym z najbardziej popularnych języków programowania, zwłaszcza wśród poczqtkujqcych. O tym, w jaki sposób można programować w Basicu mikrokontrolery rodziny MCS-51 czytajcie na str. 69.
Basic - Tiger ^
Oferta handlowa AVT powiększyła się o niezwykle interesujqce mikrokomputery Basic Tiger, oraz zestawy narzędzi do realizacji projektów przy ich pomocy. Artykuł bardzo ważny dla fanów techniki mikroprocesorowej! Str. 27.
IKA
Nr 57
wrzesień '97
Swiat hobby!
Projekty zagraniczne
Tester akumulatorów NiCd z trójkolorowym wskaźnikiem LED,
Test
Multimetry uniwersalne, Projekh
Taryfikator rozmów telefonicznych............
Mininadajnik CW/SSB - 80/20m ..................
Sterownik girlandy świetlnej........................
Moduły analizatora audio..........................
Uniwersalny sterownik silników krokowych ,
iniprojekt
Monitor linii 8-bitowej,,, Przełqcznik polaryzacji,
Podzespoły
Termostaty jednoukładowe........................
Nowe podzespoły........................................
Nowość na rynku pamięci - układy FRAM ,
prze?
BASIC-Tiger.................................
Sterowniki impulsowe, część 4
,30 37 41 47 53
15 61 73
Ś
27 77
Ś
69
BASIC dla mikrokontrolerów MCS-51, część Raport E
Przedwzmacniacz audio sterowany cyfrowo, część 2 ,,,, 81 LŁLOiPkty Czytelnikó\^^^^^^^^^^^^^^
Dyskryminator telefoniczny..................................................85
ELEKTRONIKA og
PHZBYlYSŁ I RYNEK.......................................................oy
Info Świat..................................................................91
Nowości VANTISA...................................................92
I Kramik+Rynek.........................................................9
Listy ..^!1!1!1!1!1!^^
I Wykaz reklamodawców.....................................106
'' Ekspresowy Informator Elektroniczny.............107
Elektronika Praktyczna 9/97
PROJEKTY
Uniwersalny sterownik silników krokowych
kit AVT-344
Silniki krokowe nie są
zbyt często stosowane
w konstrukcjach amatorskich,
czego najważniejszą przyczyną
jest ich dosyć kłopotliwe
sterowanie. Spróbujemy
pokazać, że z tym problemem
można sobie dość łatwo
poradzić.
Temat silników krokowych, ich sterowanie i wykorzystywanie, nie był jak dotąd najlepiej traktowany na łamach Elektroniki Praktycznej. Tak naprawdę, to pojawił się na nich tylko jeden opis sterownika silnika krokowego, wykorzystanego do napędu skanera, autorstwa niżej podpisanego. A szkoda, bo silniki krokowe to bardzo ciekawe i użyteczne elementy mechaniczne, mogące w wielu przypadkach znacznie ułatwić konstruowanie wielu urządzeń użytkowych, a także zabawek, modeli czy makiet reklamowych. Temat zastosowania silników krokowych w układach automatyki podjęła jakiś czas temu "młodsza siostra" EP - Elektronika dla Wszystkich. Wykorzystano tam jedną z głównych zalet silnika krokowego: duży moment obrotowy przy dowolnie małej prędkości obrotowej, co pozwoliło na skonstruowanie układu napędowego do robota, bez przekładni mechanicznej.
Wymieniona powyżej cecha nie jest jedyną zaletą silnika krokowego. Silnik taki zapewnia prawie dowolną precyzję obrotu, zależną jedynie od zastosowanego sterownika. Jak wielka może być ta precyzja, najlepiej stwierdzić obserwując pracującą drukarkę lub
ploter. Tak jak inne wyroby, silniki krokowe systematycznie tanieją, a ponadto można je niejednokrotnie zdobyć z demontażu uszkodzonych lub przestarzałych elementów sprzętu komputerowego. Stacje dysków 360kB dawno już wylądowały na złomowiskach, a stacje 1,2MB znajdują się na najlepszej drodze do udania się na wieczny odpoczynek. Podobnie są wycofywane z użycia CD-ROM-y
0 podwójnej czy nawet poczwórnej prędkości. Każde z wymienionych urządzeń ma w swoim wnętrzu silniki krokowe, które można z powodzeniem wykorzystać do działalności hobbystycznej.
Silniki krokowe są produkowane w niezliczonej liczbie odmian, od maleńkich silniczków do napędu miniaturowych układów elektromechanicznych aż do silników przemysłowych o mocy setek
1 więcej watów. Autor zakłada, że Czytelnicy znają zasadę działania tych silników i tylko w skrócie przypomni podstawowe informacje.
Silnik krokowy składa się z wirnika, który w uproszczeniu możemy wyobrazić sobie jako pojedynczy magnes, i z dwóch lub czterech cewek umieszczonych dookoła wirnika. Przepuszczenie prą-
Elektronika Praktyczna 9/97
53
Uniwersalny sterownik silników krokowych
IM
L^ ----------------c ----------------c



1 _ IM n
L^ ----------------c ----------------c

Schemat elektryczny sterownika
du przez jedną z cewek powoduje obrót wirnika o kąt, zależny od typu silnika. Przepuszczając prąd przez kolejne cewki powodujemy skokowy obrót wirnika, którego prędkością uzależnioną tylko od częstotliwości przełączeń cewek. Tak więc, silnik krokowy jest szczególnym rodzajem silnika: nie może "żyć" bez mniej lub bardziej
skomplikowanego sterownika elektronicznego.
Z "elektronicznego" punktu widzenia, silniki krokowe możemy podzielić na dwa rodzaje: cztero-i dwufazowe. Silniki czterofazowe posiadają cztery cewki (lub więcej, ale połączonych w cztery, osobno zasilane grupy) i obrót silnika uzyskujemy przy cyklicznym prze-
puszczaniu prądu przez kolejne cewki. Ważne jest, że prąd nie musi zmieniać kierunku, co bardzo upraszcza konstrukcję sterownika. Natomiast łatwo odgadnąć, że silniki dwufazowe wyposażone są w dwie cewki (lub dwie grupy cewek). Zaprojektowanie sterownika do tych silników komplikuje fakt, że prąd płynący w cewkach musi tym razem zmieniać swój kierunek.
Dlaczego więc zdecydowaliśmy się na budowę sterownika silników dwufazowych, a nie łatwiejszego w realizacji układu współpracującego z silnikami czterofazowymi? Powód jest najzupełniej prozaiczny: silniki dwufazowe są po prostu znacznie łatwiej dostępne i występują w większej liczbie odmian.
54
Elektronika Praktyczna 9/97
Uniwersalny sterownik silników krokowych
Listing 1.
REM Program sterows
OUT SH37 8, 0
IWPUT "Podaj params
-lia silnikiem krokowyrt
tr opóźnię
na
X
OUT SH37 8, 8: FOR Kl= 11 TO X:
OUT SH378, 2: FOR Kl= 11 TO X:
OUT SH37 8, 4: FOR Kl= 11 TO X:
OUT SH378, 1: FOR Kl= 11 TO X:
LOOP UWTIL IWKEYS = CHR$(27)
OUT SH37 8, 0
WE XT K
WE XT K
WE XT K
WE XT K
Listing 2.
OUT &H378, 1: FOR Kl= 1ITO X: WEXT K
OUT &H378, 2: FOR Kl= 1ITO X: WEXT K
OUT &H378, 4: FOR Kl= 1ITO X: WEXT K
OUT &H378, 8: FOR Kl= 1ITO X: WEXT K
Listing 3.
REM PROGRAM STEROWAWIA SILWIKIEM KROKOWYM II
OUT LH3 7 8, 0
IWPUT "Podaj parametr opóźnienia"; X
OUT &H3 7 8, OUT &H3 7 8, OUT &H3 7 8, OUT &H3 7 8, OUT &H3 7 S, OUT &H3 7 8, OUT &H3 7 8,
128: FOR Kl= 1ITO X: WEXT K
128 + 32: FOR Kl= 11 TO X: WEXT K
32: FOR Kl= 1ITO X: WEXT K
32 4- 64: FOR Kl= 1ITO X: WEXT K
64: FOR Kl= 1ITO X: WEXT K
64 + 16: FOR Kl= 1ITO X: WEXT K
16: FOR Kl= 1ITO X: WEXT K
OUT &H378, 16 + 12 8: FOR Kl= 11 TO X: WEXT K
LOOP UWTIL IWKEYS = CHR$(27)
OUT LH3 7 8, 0
Podczas opracowywania konstrukcji sterownika przyjęto następujące założenia konstrukcyjne:
1. Układ musi umożliwiać sterowanie za pomocą komputera PC (lub innego wyposażonego w interfejs CENTRONICS) dwoma silnikami dwufazowymi w trybie bezpośrednim. Przez sterowanie w trybie bezpośrednim rozumiemy możliwość programowego sterowania każdą cewką silników osobno. Ten tryb sterowania daje prawie nieograniczoną precyzję poruszania silnika.
2. Należy przypuszczać, że wielu Czytelników zechce wykorzystać proponowany sterownik do kierowania prostymi zabawkami lub modelami. Precyzja sterowania nie będzie w takim przypadku już tak ważna i dlatego przewidziano możliwość sterowania silnikami także za pomocą komputera, ale w trybie pośrednim. Przy tym rodzaju pracy mamy tylko możliwość włączania każdego z silników w dowolnym kierunku, natomiast ich prędkość obrotową ustawiamy za pomocą sprzętowych elementów regulacyjnych.
3. Dyskryminowanie osób nie posiadających jeszcze komputerów jest sprzeczne z naszymi zasadami. Dlatego też nasz sterownik umożliwia ręczne kierowanie pracą silników, przez proste podawanie stanu wysokiego na odpowiednie wejścia układu.
Opis działania układu
Schemat elektryczny układu sterownika silników krokowych przedstawiony został na rys. 1. Wygląda na dość skomplikowany, ale to zwykłe złudzenie: cała górna część rysunku to przecież dwa identyczne bloki funkcjonalne. Analizę schematu rozpoczniemy od wyjaśnienia zasady pracy układu w trybie sterowania bezpośredniego. Aby silnik krokowy zaczął się obracać, musimy zasilać jego cewki według algorytmu pokazanego na rys. 2.
Strzałkami oznaczono kierunek przepływu prądu, a pojęcia "w prawo" i "w lewo" są czysto umowne, ponieważ rzeczywisty kierunek obrotów silnika trzeba będzie ustalić doświadczalnie. Każda z cewek silników została dołączona za pośrednictwem złącz Z2 i Z3 do przekątnych mostków utworzonych z par driverów ULN2803 i TD62783. Drivery ULN2803 zasilają cewki od strony minusa zasilania, a drivery TD62783 od strony plusa. Wejścia każdej z par driverów zostały ze sobą połączone i dołączone przez złącze Z4, do wyjść szyny danych portu CENTRONICS. W tym trybie pracy jumpery oznaczone JP3 muszą być zwarte, a pozostałe jumpery - rozwarte.
Rozważmy teraz, co się stanie jeżeli np. do wejścia Do doprowadzimy logiczny stan wysoki. Uaktywnione zostaną dwa drive-ry: IC5G i IC4H, co spowoduje przepływ prądu przez cewkę dołączoną do złącza Z3, piny 3,4. Z kolei podanie stanu wysokiego na wejście D2 spowoduje włączenie driverów IC4G i IC5H, co umożliwi przepływ prądu w tym samym kierunku, ale przez drugą cewkę silnika. Podanie stanu wysokiego kolejno na wejścia Qa i Q3 spełni do końca warunki zawarte na rys.2 i silnik wykona pierwsze cztery kroki. Cykliczne powtarzanie opisanej operacji będzie powodowało stałe obracanie się silnika. Odwrócenie kolejności włączania cewek spowoduje obrót w przeciwnym kierunku, zgodnie z rys. 2.
W trybie pracy sterowania bezpośredniego wystarczy wysyłać na wyjścia szyny danych interfejsu CENTRONICS liczby powodujące powstawanie na tej szynie odpo-
wiednich kombinacji stanów logicznych. Na listingu 1 przedstawiono najprostszy przykład programu powodującego stałe obracanie się silnika.
Parametr X decyduje o szybkości obrotów silnika i jego najmniejsza wartość jest określona typem procesora i zastosowanego silnika. Nie ma natomiast ograniczeń co do największej wartości, silnik może obracać się dowolnie wolno.
Zmiana w programie (listing 2) spowoduje obracanie się silnika w przeciwną stronę.
Na listingu 3 znajduje się jeszcze jeden przykładowy program sterujący silnikiem z podwójną precyzją, zasilający jego cewki zgodnie z algorytmem przedstawionym na rys.3.
Prezentowane programiki są oczywiście tylko przykładami ilustrującymi sposób programowego sterowania silnikami i mogą się przydać w trakcie uruchamiania układu przy pomocy komputera PC.
Omówienia wymaga teraz rola bramek zawartych w układach IC7 i IC8. Zabezpieczają one drivery przed uszkodzeniem w przypadku wystąpienia na wyjściach szyny danych stanów zakazanych. Podczas działania poprawnie napisanego programu taka sytuacja nie powinna się zdarzyć, ale nie każdy program jest napisany od początku bez błędów. Sytuacja, w której włączyłyby się naraz np. drivery IC7E i IC6E spowodowałaby totalną katastrofę: piękne zwarcie w układzie.
Obrót w prawo (umownie)
CEWKA1 CEWKA2
KROKI

KROK2

KROK3

KROK4 s

Obrót w lewo (umownie)
CEWKA1 CEWKA2
KROK1

KROK2

KROK3

KHOK4
***
Rys. 2. Sposób sterowania silnika krokowego.
Elektronika Praktyczna 9/97
55
Uniwersalny sterownik silników krokowych
CEWKA1 CEWKA2
KROK1
S
KR0K2 *s
S
KROK3 *s

KR0K4

KROK5 s

KROK6 S S
V.
KROK7 s

KROK8
s
Rys. 3. Sposób precyzyjnego sterowania silnika krokowego.
Przed takim nieszczęściem chronią właśnie bramki zawarte w układzie IC7. Jeżeli na wejścia którejkolwiek z nich podane zostaną jednocześnie dwie "jedynki", to stan niski z wyjścia tej bramki spowoduje powstanie także stanu niskiego na wyjściu bramki IC8D. Tranzystor Tl wyłączy się powodując także wyłączenie tranzystora T2 i w konsekwencji natychmiastowe odcięcie dopływu prądu do driverów. Dioda D5 ma za zadanie sygnalizować wystąpienie stanów zakazanych na szynie danych.
Zajmijmy się teraz ręcznym sterowaniem silnikami. Generator astabilny zbudowany z bramek IC2C i IC2D tworzy ciąg impulsów zegarowych dostarczanych następnie na wejście dwubitowego licznika, zbudowanego z przerzut-ników IC6A i IC6B. Wyjścia tego licznika są połączone z wejściami dwóch par bramek EX-OR, zawartych w strukturze układu IC3. Bramki te pełnią w układzie bardzo ważną funkcję: negują lub przepuszczają bez zmian stany logiczne podawane z wyjść licznika na wejścia dekoderów 1 z 4 -IClA i B. Wykorzystano tu interesującą cechę bramek typu EX-NOR: przy stanie wysokim na jednym wejściu przenoszą sygnał podany na drugie wejście bez zmian, natomiast przy stanie niskim na jednym wejściu, stany logiczne z drugiego wejścia są negowane.
W trybie pracy sterowania ręcznego, jumpery JPl powinny być zwarte, JP3 rozwarte, natomiast jumpery JP2 służą jako złącze do dołączenia sygnałów sterujących pracą układu.
Rozważmy teraz, co się stanie po podaniu stanu wysokiego na
jedno z wejść, przypuśćmy na JP2 1. Stan wysoki doprowadzony do wejścia bramki IC2B spowoduje powstanie na jej wyjściu stanu niskiego i w konsekwencji uaktywnienie dekodera IClB. Na wejściach bramek IC3C i D panuje stan niski wymuszony przez rezystor R4, wobec tego stany logiczne z wyjść licznika są przekazywane w formie zanegowanej na wejścia dekodera IClB. Logiczna jedynka występująca kolejno na wyjściach tego dekodera powoduje cykliczne włączanie par driverów i obracanie się silnika w stronę wskazówek zegara (umownie). Jeżeli teraz podamy logiczny stan wysoki na wejście JP2 2, to zajdą wszystkie opisane wyżej zjawiska z jednym wyjątkiem: stan wysoki na wejściach bramek IC3C i D spowoduje negowanie przez nie sygnałów logicznych i występowanie jedynki na wejściach dekodera w odwrotnej kolejności. Spowoduje to obracanie się silnika w stronę przeciwną do wskazówek zegara.
Działania układu po podaniu stanów wysokich na wejścia JP2 2 i 3 nie ma sensu opisywać, ponieważ jest identyczne z opisanym wyżej, a odnosi się jedynie do elementów obsługujących drugi silnik.
Tryb pracy sterowania pośredniego różni się od sterowania ręcznego tylko jednym szczegółem: stany wysokie na JP2 podawane będą z komputera. Wykorzystujemy tu rejestr dwukierunkowy interfejsu CENTRONICS pozostawiając szynę danych zarezerwowaną do innych celów. Podczas pracy w tym trybie jumpery JPl i JP2 muszą być zwarte, a JP3 - rozwarty. Efekt obracania się silników w wybranym kierunku uzysku- pyS 4 Rozmieszczenie elementów na płytce jemy podając drukowanej.
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
PR1: potencjometr montażowy
470kO
Rl, R2, R3, R4, R5, Ró, R7: 10kO
R9, R8: 510O
Kondensatory
Cl: 47O^F/1ÓV
C2, C5: lOOnF
C3: 22nF
C4: 220^F/ó,3V
Półprzewodniki
DL D2, D3, D4: 1N4148 lub
odpowiednik
D5: LED
IC1: 4555
IC2: 4001
IC3: 4077
IC4: 7805
IC4: ULN2804
IC5: TD62783
ICÓ: 4013
IC8, IC7: 4011
Tl: BC548
T2: BD136
Różne
JPL JP3: goldpin 2x8
JP2: goldpin 2x4
Zl: ARK2
Z2, Z3: goldpin 1x4
Z4: złącze DB-36 Centronics do
druku
podstawki pod układy scalone
płytka drukowana AVT-344
odpowiednie wartości do rejestru dwukierunkowego interfejsu CENTRONICS, którego adres jest
DUAL STEPPER MOTOR CDNRDLLER
oooooooc
DOOOOOOC
56
Elektronika Praktyczna 9/97
Uniwersalny sterownik silników krokowych
o 2 większy niż szyny danych. Jeżeli więc w naszym komputerze adres bazowy portu LPTl wynosi 378h, to adres rejestru dwukierunkowego będzie wynosił 37Ah. Podczas pisania programów sterujących pracą silników w trybie pośrednim należy jedynie pamiętać o dwóch cechach rejestru dwukierunkowego: cztery starsze bity rejestru nie są wykorzystywane i nie wolno nadawać im wartości "1", co niekiedy może spowodować zawieszenie się systemu. Drugą cechą, o której należy pamiętać jest fakt, że bity 0, 1 i 3 są w tym rejestrze poddawane inwersji. Aby więc uzyskać stan wysoki na wyjściu STROBE należy do rejestru wpisać wartość 10. Odpowiednio dla AUTO - 9, dla INIT - 15 i dla
SELECT - 3. Podanie do rejestru wartości 11 spowoduje wyłączenie obydwóch silników.
Montaż i uruchomienie
Na rys. 4 przedstawione zostało rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej. Widok płytki drukowanej przedstawiono na wkładce wewnątrz numeru.
Montaż wykonujemy w typowy sposób, rozpoczynając od elementów o najmniejszych gabarytach, a kończąc na wlutowaniu złącza CENTRONICS. Pod układy scalone warto zastosować podstawki. Dotyczy to szczególnie driverów, które najłatwiej mogą ulec uszkodzeniu podczas np. eksperymentowania z silnikami o nieznanych parametrach. Po zmontowaniu ze sprawdzonych elementów układ
nie wymaga uruchamiania, ale jedynie regulacji częstotliwości generatora. Do układu włączonego w tryb sterowania ręcznego dołączamy silnik krokowy. Jeżeli jest to silnik od sprzętu komputerowego, to najprawdopodobniej będzie posiadał odpowiedni wtyk. Następnie włączamy zasilanie, podajemy stan wysoki na odpowiednie wejście sterujące i obserwujemy zachowanie się silnika. Najprawdopodobniej, jeżeli suwak potencjometru montażowego PRl (rys. 1) znajduje się mniej więcej w środkowym położeniu, silnik będzie się wolno obracał. Następnie kręcąc tym potencjometrem "dodajemy gazu" w celu zorientowania się, jakie są maksymalne obroty danego typu silnika. Zbigniew Raabe, AVT
Elektronika Praktyczna 9/97
57
MINIPROJEKTY
Wspólną cechę układów opisywanych w działo "Mlnlprojekty" josf łatwość ich praktycznej realizacji. Na zmontowanie i uruchomienie układu w typowym przypadku wystarcza kwadrans. Mogą to być układy stosunkowo skomplikowane funkcjonalnie, niemniej proste w montażu i uruchamianiu, gdyż Ich złożoność i Inteligencja jest zwykle zawarta w układach scalonych. Wszystkie projekty opisywane w tej rubryce sq praktycznie wykonane w laboratorium AVT. Większość z nich wchodzi do oferty kitów AVT jako wyodrębniona seria "Mlnlprojekty" o numeracji zaczynającej się od 1000.
Monitor linii 8-bitowej
W codziennej praktyce
elektronika musimy
niejednokrotnie zbadać
siany wyjść, na których
pojawiają się dane
w formie słowa
ośmio bitowego.
Z pomiarami takimi mamy
do czynienia podczas
uruchamiania i testowania
systemów
mikroprocesorowych, oraz
układów mających
wsp óipia c owa ć
z komputerami.
Najczęściej stosowaną metodą sprawdzania stanu linii ośmiobitowej jest dołączanie do wyjść próbników stanów logicznych lub też po prostu diod LED. Nie są to metody najwygodniejsze, a ponadto wynik pomiaru przedstawiony jest w postaci binarnej, co przy szybko zmieniających się wartościach danych jest bardzo kłopotliwe. W pewnych przypadkach chcielibyśmy wyświetlić aktualny stan badanego fragmentu układu w postaci dziesiętnej,
a w innych znacznie wygodniejsza byłaby prezentacja danych w kodzie hexadecy-malnym. Ponieważ nie ulega wątpliwości, że posiadanie przyrządu umożliwiającego dokonywanie opisanych pomiarów bardzo ułatwiłoby nasze ciężkie życie elektroników, układ taki został zaprojektowany, wykonany i obecnie jego opis przekazujemy do dyspozycji Czy-
List.l.
100UT&H37S, 0
20 FOR R = 0 TO 255
30OUT&H37S.R
40 FOR T = 1 TO X ; NEXT T
50 NEXTR
REM Wartość x należy dobrać do
szybkości pracy zegara
komputera
telników EP.
Podczas
projektowania układu przyjęto następujące założenia Konstrukcyjne:
1. Układ powinien umożliwiać wyświetlanie w kodzie dziesiętnym liczb binarnych z zakresu od 00000000 do llllllllfE|Nl czyli o^ 0 do 255.
2. Niezwykle użyteczna może okazać się prezentacja danych w kodzie hexade-cymalnym (szesnastko-wym). Ponieważ w zastosowanej jako dekoder pamięci typu 2732 pozostało dużo miejsca, zrealizowa-
nie tej funkcji nie przedstawiało najmniejszego problemu. Przełączanie pomiędzy dwoma trybami wyświetlania powinno być realizowane za pomocą jumpera lub za pomocą dodatkowego przełącznika. 3. Dodatkowym, lecz niekiedy bardzo użytecznym "ba-jerkiem" powinna być informacja o tym, w jakim trybie wyświetlania danych aktualnie pracujemy. Podczas wyświetlania danych w kodzie dziesiętnym na trzech wyświetlaczach nie da się zrealizować tej funkcji. Natomiast przejście do wyświetlania w trybie hexadecymalnym jest wyraźnie sygnalizowane za pomocą dodatkowej litery "h" na ostatnim wyświetlaczu.
Schemat elektryczny proponowanego układu przedstawiony został na rys. 1. Od razu widać, że sercem układu jest pamięć EPROM, zastosowana w dość niekonwencjonalny sposób. Pracuje ona bowiem jako dekoder sterujący trzema wyświetlaczami siedmiosegmentowy-mi LED. Dzięki zastosowaniu tej pamięci zasada pracy układu jest trywialnie prosta. Generator multistabilny zbudowany na bramce U4D
generuje ciąg impulsów prostokątnych, które podawane są na wejście licznika modulo 3 zbudowanego z dwóch przerzutników typu D - U3. Wbrew pozorom, zastosowanie licznika "skleconego" z dwóch przerzutników zamiast typowego licznika binarnego pozwoliło na znaczne uproszczenie układu i nieskomplikowaną realizację multipleksowego wyświetlania. Jako punkt wyjścia do analizy pracy układu przyjmijmy moment, w którym obydwa przerzut-niki są wyzerowane. Stany wysokie z wyjść Q\ tych przerzutników podawane są na wejścia bramki NAND -U4C, której wejście znajdujące się w stanie niskim wy-sterowuje bazę tranzystora T2. Przewodzący tranzystor T2 zasila od strony plusa zasilania wyświetlacz W3. Wyjścia Q przerzutników połączone są z dwoma wejściami adresowymi pamięci EPROM - A8 i A9. Panujący na nich stan niski powoduje otworzenie dostępu do pierwszej lub czwartej strony pamięci (o organizacji pamięci w dalszej części artykułu), w zależności od położenia jumpera JP1. Nadejście impulsu zegarowego powoduje zmianę stanu pierwszego prze-
Elektronika Praktyczna 9/97
63
MINIPROJEKTY
U1
U2
VCC
O
C3 100nF
AO
A1
A2
A3
A4
A5
A6
A7
AS
AS
A10
A11
CE~ OE/VPP
OD O1 O2 O3 O4 O5 O6 O7
INA INB INC IND INE INF ING GND
OUTA OUTB OJTC OUTD
OUTE OJTF OUTG COF*I
S Q
U3A 4O13
" , +5 VDC
Rys. I.
4093
rzutnika. Na wyjściu bramki U4C powstaje stan wysoki powodując wyłączenie tranzystora T2. Przewodzić natomiast zaczyna tranzystor T3 zasilając wyświetlacz W2. Jednocześnie uaktywniona zostaje druga lub piąta strona pamięci EPROM. Kolejne narastające zbocze impulsu zegarowego powoduje wyze-rowanie pierwszego prze-rzutnika i włączenie drugiego. Tym razem zaczyna przewodzić tranzystor Tl zasilając wyświetlacz Wl oraz uaktywniona zostaje trzecia lub szósta strona pamięci. Kolejny impuls zegarowy powoduje włączenie się pierwszego przerzutnika. Stan wysoki z wyjść Q obydwóch przerzutników powoduje powstanie stanu niskiego na wyjściu bramki U4, który po zanegowaniu przez bramkę U4A powoduje natychmiastowe wyzerowanie licznika i cykl pracy układu powtarza się od początku.
24681
O
eooh 2cyfraHEX
500h 1 cyfra HEX
400h znak'h'
300h wolne
200h 3 cyfra DEC
IDOh 2 cyfra DEC
OOOh 1 cyfra DEC
Rys. 2.
Przejdźmy teraz do najważniejszego zagadnienia -do omówienia roli pamięci EPROM i jej zawartości. Jak już wspomniano, pełni ona funkcję dekodera sterującego segmentami wyświetlaczy. Podczas normalnej pracy układu, do wejść adresowych AO.. A7 pamięci jest dołączone za pośrednictwem złącza Zl badane urządzenie. Tak więc, na wspomnianych wejściach mogą wystąpić liczby z zakresu od 00000000 do llllllll(mN) czyli od 0 do 255. Z całego obszaru pamięci wyodrębnione zostało sześć stron: pierwsze trzy do obsługi wyświetlaczy w trybie wyświetlania dziesiętnego, a trzy następne do wyświetlania w kodzie heksadecymalnym. Strony 1 i 4 obsługują wyświetlacz W3 - najmniej znaczącą cyfrę w trybie wyświetlania dziesiętnego i literę "h" przy wyświetlaniu w systemie hex. Strony 2 i 4 zawierają kody potrzebne do sterowania wyświetlaczem W2, a strony 3 i 6 odpowiadają za wyświetlenie najbardziej znaczącej cyfry na wyświetlaczu Wl. Organizację pamięci najlepiej ilustruje rys. 2.
Omówienia wymaga jeszcze rola jumpera JPl. Pozwala on zmieniać tryb wyświetlania z decymalnego na hek-
sadecymalny. Zwarcie wejścia adresowego A9 pamięci do masy powoduje wyświetlanie w trybie dziesiętnym. Dołączenie wejścia A9 do plusa zasilania, czyli podanie na niego logicznego stanu wysokiego powoduje przesunięcie aktywnego obszaru pamięci "w górę" i udostępnienie stron z kodami sterującymi wyświetlaczami w trybie hex.
Montaż
i uruchomienie
Na rys.3 przedstawiona została mozaika ścieżek płytek drukowanych oraz rozmieszczenie na nich elementów. Na jednej płytce umieszczono główną część układu, a na drugiej tylko wyświetlacze. Już na pierwszy rzut oka widać, że płytka pokazana na rysunku różni się nieco od przedstawionej na fotografii.
Przewidując trudności z nabyciem pamięci EPROM typu 2732 przeprojektowaliśmy płytkę tak, aby można było stosować dwa rodzaje pamięci: 2732 i 2764. Mon-
taż wykonujemy w typowy i wielokrotnie opisywany sposób: rozpoczynając od elementów najmniejszych, a kończąc na podstawkach pod układy scalone, kondensatorach i złączach. Płytki łączymy ze sobą odcinkiem przewodu taśmowego zakon-
64
Elektronika Praktyczna 9/97
MINIPROJEKTY
czonego dwoma wtykami zaciskanymi. Na jednym końcu drugiego przewodu taśmowego, wykorzystywanego do badania stanów linii, zaciskamy złącze. Natomiast przewody na drugim końcu rozdzielamy i przylutowuje-my do nich osiem chwytaków i jeden krokodylek -przewód masy. Zastosowanie chwytaków umożliwi nam dołączenie układu nawet bezpośrednio do nóżek układu scalonego. Na chwytakach warto zaznaczyć, do którego z wejść układu każdy z nich jest dołączony. Można to zrobić za pomocą niezmywalnego flamastra (chwytaki muszą być wtedy w jasnym kolorze) lub, bardziej elegancko, za pomocą nalepek wykonanych na papierze samoprzylepnym. Alternatywą jest umieszczenie układu w obudowie, wypro-
wadzenie przewodów przez dziewięć otworków i ich opisanie na płycie czołowej. Jeżeli stosujemy pamięć typu 2732, to wkładamy ją w podstawkę tak, aby nóżki 1,2,27 i 28 podstawki pozostały wolne.
Zmontowany ze sprawnych elementów układ nie wymaga oczywiście ani uruchamiania, ani regulacji. Jeżeli wejścia urządzenia nie są do niczego dołączone, to po włączeniu zasilania na wyświetlaczach ukaże się liczba "255" w trybie dziesiętnym, lub "FFh" w trybie hexadecymalnym. Poprawność pracy układu możemy sprawdzić wymuszając na jego wejściach niskie poziomy logiczne i obserwując, czy liczby ukazujące się na wyświetlaczach odpowiadają kombinacji zero - jedynko-wej ustawionej na wejściu.
Jeżeli dysponujemy jakimkolwiek komputerem wyposażonym w złącze CENTRONICS, to możemy przetestować zbudowany układ w naj-wygodniejszy sposób. Dołączamy mianowicie nasz przyrząd do wyjść danych portu (nie zapominając o połączeniu masy). Następnie na wyjście portu wysyłamy po prostu kolejne liczby z zakresu 0..255. Możemy to zrobić np. z poziomu interpretera BASIC-a, za pomocą prostego programiku (list.l). Przez cały czas mówiliśmy o naszym układzie jako o monitorze szyny 8-bitowej. Nie oznacza to bynajmniej, że nie można go zastosować do obrazowania w systemie dziesiętnym lub w hex stanu mniejszej liczby wyjść. Jeżeli na przykład potrzebujemy zbadać stan sześciu bitów danych, to wystarczy podłączyć do badanego układu sześć "młodszych" końcówek pomiarowych, a pozostałe dwie zewrzeć do masy. Możemy także zastosować jeszcze inną "sztuczkę": badać jednocześnie stan dwóch linii 4-bitowych. W taki jednak przypadku możliwe jest jedynie wyświetlanie wyników w kodzie heksadecymal-nym.
Zbigniew Raabe, AVT
WYKAZ ELEMENTÓW
Kondensatory
Cl: 22nF
C2: 22O^F/1OV
C3: lOOnF
Rezystory
RP1: 22O..47OQ
(7 rezystorów)
RP2: 10..22kQ (R-pack SIL9)
Rl: 22kQ
R2, R3, R4: 3,3..4,7kQ
Półprzewodniki
Tl, T2, T3: BC557 lub
odpowiednik
Ul: pamięć EPROM 2732
lub 2764 (zaprogramowana)
U2: ULN2OO3
U3: 4013
U4: 4093
Wl, W2, W3: wyświetlacz
siedmiosegmentowy
KINGBRIGHT (wspólna
anoda)
Różne
Zl, Z2, Z3: goldpin 2x5
Z4: ARK2
2 wtyki zaciskowe + odcinek
kabla taśmowego 10 żył
ok. 10 cm
Wtyk zaciskowy + odcinek
kabla taśmowego 10 żył
ok. 20 cm
8 chwytaków technicznych
(w jasnym kolorze)
1 krokodylek
JP1 jumper + 3 goldpiny
Kompletny układ i płytki drukowane są dostępne w ofercie AVT pod oznaczeniem AYT-1144.
Rys. 3.
Elektronika Praktyczna 9/97
65
MINIPROJEKTY
Przełącznik polaryzacji
Podczas pracy
z wskazówkowym
przyrządem do pomiaru
napięć stałych, pojawia się
pewna niedogodność
w sytuacji, gdy zmienia
się polaryzacja badanego
napięcia. Trzeba wtedy
zamieniać miejscami
przewody pomiarowe lub
manipulować specjalnym
przełącznikiem. Jeżeli chce
się obserwować
wolno zmienny przebieg
ciągle zmieniający wartości
od dodatnich do
ujemnych, taka
manipulacja przyrządem
może okazać się nie do
wykonania.
Bardzo prosty układ pozwala uzyskać na wyjściu zawsze dodatnie napięcie proporcjonalne do napięcia przyłożonego do wejścia. Polaryzacja napięcia wejściowego sygnalizowana jest zapaleniem odpowiedniej diody LED. Dodatkowo układ może być wykorzystany do detekcji przejścia badanego napięcia przez zero.
Układ jest zbudowany z dwóch wzmacniaczy operacyjnych zasilanych symetrycznymi napięciami dodatnim i ujemnym - schemat elektryczny znajduje się na rySil. W przypadku gdy napięcie wejściowe jest dodatnie, dioda Dl przewodzi, a układ UlA działa jak normalny wtórnik napięcia. Oznacza to, że napięcie na
jego wyjściu ma taką samą wartość jak napięcie na wejściu. Różnice o wartości miliwoltów zależą od jakości użytego wzmacniacza, jego napięcia niezrów-noważenia itd. W tej sytuacji tranzystor Tl nie przewodzi i D3 nie świeci. Jednocześnie to samo dodatnie
napięcie podane ______________________________
na wejście odwracające wzmacniacza UlB sprawia, że pra- duża rezystancja w pętli cuje on z otwartą pętlą sprzężenia zwrotnego), a po-(dioda D2 spolaryzowana jawiające się na jego wyjściu zaporowo, a więc bardzo ujemne napięcie otwiera
Elektronika Praktyczna 9/97
65
MINIPROJEKTY
+vc
+VCO-
ŚVC O-
C1 22uF
C2
Rys. 1.
tranzystor T2. Będzie wtedy świecić dioda D4 sygnalizując dodatnią polaryzację napięcia wejściowego. Przy sygnale wejściowym o napięciu mniejszym od zera, UlA pracuje z otwartą pętlą wy-sterowując tranzystor Tl, a świecenie D3 sygnalizuje polaryzację ujemną. Układ UlB pracuje wtedy jak wzmacniacz odwracający
0 wzmocnieniu równym 1 a napięcie wyjściowe jest dodatnie. Równość wzmocnienia obu torów: dodatniego
1 ujemnego ustawia się potencjometrem PRl. Wpływ temperatury na napięcie
D3
przewodzenia Dl i D2 nie pogarsza dokładności układu.
Zakres napięć badanych, które można dołączyć do wejścia układu zależy od typu użytych wzmacniaczy operacyjnych i napięć zasilających układ. Używając takich elementów jakie podano w wykazie i napięć zasilających ą12V, zakres konwertowanego napięcia wejściowego wynosił ą10V. Błąd sygnalizacji przejścia przez zero, kiedy gasła jedna dioda a zapalała się druga, mieścił się w przedziale ą5mV.
Płytkę drukowaną przystawki pokazano na wkładce
wewnątrz numeru, a rozmieszczenie elementów jest widoczne na rys.2. Ryszard Szymaniak, AVT
Rys. 2
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
PRl, R3, R4: 10kQ Rl, R2: 39kQ R5: 33kQ R6, R7: 470Q Kondensatory C2, Cl: 22^F/25V Półprzewodniki Dl, D2: 1N4148 D3, D4: LED Tl, T2: BC557..9 Ul: TL082
Kompletny układ i płytki drukowane są dostępne w ofercie AVT pod oznaczeniem AYT-1160.
66
Elektronika Praktyczna 9/97
NOWE PODZESPOŁY
Modemy standardów V23 i Bell-202 firmy L00
FX604 jest układem CMOS o niskim poborze mocy, przeznaczonym do transmisji asynchronicznej (standard V23, prędkoSć 12OOb/s) w systemach telemetrycznych, opartych na liniach telefonicznych. Dodatkowo można stosować transmisję w kanale zwrotnym (prędkoSć 75b/s) zgodnie ze standardem CCITT (rys.l).
Ten mały układ może obsłużyć linie Tx i Ex oraz bezpoSrednio współpracuje z mikrokon-trolerem. Wymaga rezonatora kwarcowego o częstotliwości 3,58 MHz. Może być zasilany napięciem od 3,0V do 5,5V i w stanie oczekiwania pobiera jedynie luA. Jest produkowany w obudowach 16-pin do montażu przewlekanego i SMD. Do tego modemu firma CML oferuje zestaw uruchomieniowy EV6020.
Układ FX614 jest układem CMOS o niskim poborze prądu, przeznaczonym do transmisji asynchronicznej standardu Bell-202 z prędkoScią 12OOb/s. Ma również moż-liwoSć transmisji w kanale zwrotnym (5b/ s lub 150b/s). Może również współpracować z mikrokontrolerem i posiada odpowiedni układ dopasowujący. FX614 może być używany w systemach telemetrycznych. Przy zasilaniu 3,0V układ pobiera luA w stanie czuwania, a ok. 1 mA w stanie pracy, co czyni go idealnym do zastosowań w urządzeniach przenoSnych. Wymaga zastosowania standardowego rezonatora o częstotliwości 3,58 MHz. Jest on dostępny w obudowach 16-pin do montażu przewlekanego i SMD.
Rys. 1.
Układ redukcji szumów HUSH
Układ SSM2000 jest scalonym reduktorem szumów w sygnale audio. Umożliwia osiągnięcie redukcji szumu o ok. 25dB, bez ko-niecznoSci wcześniejszego poddawania obrabianego sygnału dodatkowym procesom preemfazy lub deemfazy. Układ SSM2000 może być bezpoSrednio stosowany do sygnałów kodowanych wg standardu Dolby.
Stopień redukcji szumu jest w sposób dynamiczny dopasowywany do całkowitego poziomu sygnału audio. Dzięki wbudowaniu w strukturę układu wzmacniacza o wzmocnieniu ustalanym napięciem (ang.
firmy
ANALOG DEVICES
VCA - rys.2), możliwe jest wykorzystanie go jako stopnia regulacyjnego o dobrych parametrach elektrycznych. Układ jest wyposażony także w dwa wejScia sterowania cyfrowego, które umożliwiają włączanie układu redukcji szumu oraz wyciszanie sygnału na wyjSciu.
Dopuszczalne napięcie zasilania mieSci się w zakresie 7..18V, odstęp sygnału od szumu toru akustycznego wynosi ok. lOOdB, a zniekształcenia harmoniczne wnoszone przez stopnie wzmacniaczy nie przekraczają 0,02% (przy lkHz).
SSMS00O
PRE-DETECTOR
SIGNAL CONDmONAL
Rys. 2.
L/RIN 1,2f
24,23
UR
OUT
7 17
VCABCTERNAL MUTE COMTROL PORT
Elektronika Praktyczna 9/97
67
NOWE PODZESPOŁY
Nowości firmy
Altera - jeden z liderów na rynku układów PLD - oferuje nową rodzinę układów dużej skali integracji FLEX6000. Są to układy wykonane w nowoczesnej technologii 0,5 oraz 0,35|lm, przystosowane do pracy z zasilaniem 5 i 3,3V.
Architektura układów serii FLEX6000 jest nieco podobna do znanych od dłuższego czasu FLEX8000 oraz FLEXl0000. Nieco większą uwagę zwrócono na komunikację pomiędzy sąsiednimi LAB-ami, co znacznie poprawiło szybkość v, pracy układów. Zastosowanie nowych rozwiązań technologicznych znacznie -poprawiło gęstość upakowania, co znalazło wyraźne odbicie w ich cenie.
Obecnie są dostępne cztery układy nowej rodziny (tab.l).
Kolejną, na razie zapowiadaną nowością, będą układy określane mianem Michslangs-lo. Będą to odpowiedniki funkcjonalne doskonale znanych układów serii MAX7000S (programowanych w systemie], przystosowane do pracy z zasilaniem 3,3V.
Matryca pamięciowa układów Michslan-gslo jest typu EEPROM. Nowoczesna technologia 0,35|lm (cztery warstwy metalizacji] pozwoliła uzyskać dużą maksymalną szyb-
kość pracy (do 170MHz], przy znacznej gęstości upakowania (max. 20000 bramek przeliczeniowych]. Konstruktorzy układów wprowadzili bardzo istotną nowość, polegającą na rozdzieleniu linii zasilających struktury logicznej od portów I/O (rys. 3). Dzięki takiemu rozwiązaniu układy zasilane napięciem 3,3V mogą byc stosowane w systemach cyfrowych zasilanych napięciami 2,5V, 3,3V lub 5V.
Układy Michslangslo będą dostępne od początku 1998 roku. Przewiduje się, że jako pierwsze będą dostępne wersje przedstawione wtab.2.
Rys. 3.
Tabela 2.
Cecha M32 M64 M128 M256 M400 M560 M768 M1008
Liczba bramek przeliczeniowych 600 1250 2500 5000 8000 12000 16000 20000
Liczba rnakrokornórek 32 64 128 256 400 560 768 1008
Czas propagacji [ns] 5 5 5 6 7,5 7,5 9 9
Tabela 1.
Właściwość EPF6010 EPF6016 EPF6016A EPF6024A
Technologia 0,5|xrn 0,5|xrn 0,35^m 0,35|xm
Napięcie zasilania [V] 5 5 3,3 3,3
Liczba bramek przeliczeniowych 5000 10000 8000 16000 8000 16000 12000 24000
Liczba bloków LE 800 1320 1320 1960
Liczba pmów 1/0 160 197 197 215
Obudowa 144TOFP 208POFP 144TOFP 208POFP 240POFP 256 BGA 144TOFP 208POFP 240POFP 256BGA 208POFP 240POFP 256BGA
Binarny licznik czasu firmy
DALLAS
SEMICONDUCTOR
Kolejną nowością opracowaną w ostatnich tygodniach przez firmę Dal las jest układ licznika czasu rzeczywistego, który nosi oznaczenie DS160 2. Integruje on w swoim wnętrzu dwa 32-bitowe liczniki zliczające impulsy sekundowe z wewnętrznego generatora, którego częstotliwość jest stabilizowana dołączanym kwarcem. Pojemność liczników czasu odpowiada okresowi 125 lat, co w zupełności wystarcza w większości zastosowań.
Liczniki zintegrowane w strukturze układu mają odmienne przeznaczenia - jeden z nich jest licznikiem czasu rzeczywistego i pracuje cały czas - jego zasilanie jest buforowane baterią o napięciu 2,5..3,5V. Drugi licznik jest zegarem czasu pracy - zlicza tylko wtedy, gdy jest włączone napięcie zasilające końcówkę Vcc. Zastosowanie takiego układu np. w sterownikach silników elektrycznych lub maszyn umożliwia stwierdzenie faktycznego wieku urządzenia i przepracowanego przez nie czasu.
Strukturę wewnętrzną układu DS160 2 przedstawiono na rys.4. Jest on wyposażony w trój przewód o wy interfejs szeregowy (identyczny jak w scalonych termostatach DS1620], który umożliwia zarówno odczyt
zawartości liczników, jak i ich programowanie i kasowanie. Każdy cykl dostępu do zawartości liczników wymaga przesłania 8-bitowego słowa rozkazu i następnie odczytanie lub zapisanie 32-bitowego słowa danych. Rejestr dekodujący słowa sterujące obsługuje 7 poleceń.
Układ może byc zasilany napięciem z zakresu 4,5..5,5V. W stanie aktywnym pobiera prąd o natężeniu lmA (interfejs szeregowy pracuje] lub 50|xA w trybie zliczania. Prąd pobierany z baterii buforowej nie przekracza 50nA. Maksymalna częstotliwość taktowania wejścia interfejsu wynosi 2MHz.
Rys. 4.
^ MBITCOKTlNUOUa ^
Rgr w PORT 1-----------------------------------Ś 1' COUNTER
CLK w ----> PBOTOCOL REGISTER -----' i
mc DSOLLATOF <-<- XI

f 6i
DA SEMI LLAS :ONDUCTOR O8OLLAT0P TOM REGISTER ACTFtfE COUNTER


< POWER CONTHOL % f


68
Elektronika Praktyczna 9/97
PROGRAMY
Basic dla mikrokontrolerów MCS-51, część 1
Jest to pierwsza część
artykułu, w którym pokrótce
omówimy możliwości
nowoczesnego interpretera
Basica dla mikrokontrolerów
rodziny MCS-51.
Pomimo opinii, że Basic
jest najgorszym z możliwych
języków programowania, nam
się wydaje, że początkujący
mikroprocesor owcy mogą
śmiało z niego korzystać -
jego prostota i stosunkowo
duże możliwości niwelują
wszelkie niedoskonałości.
No to RUN...
Możliwość wykorzystania we własnych projektach mikrokomputerów jednoukładowych jest dla większości konstruktorów łakomym kąskiem. Nawet bardzo złożone funkcjonalnie układy realizuje się przy ich pomocy w bardzo prosty sposób. Niewielkie płytki drukowane, niższy pobór prądu, łatwość wprowadzania zmian i modyfikacji, które zawsze przecież towarzyszą prototypom, to argumenty, wobec których nikt nie może być obojętny.
Ci z Czytelników, którzy śledzą projekty zamieszczane np. w Elektronice Praktycznej z pewnością są pod wrażeniem finezji układów z komputerami jednoukładowymi, a pozostali powinni koniecznie zapoznać się na przykład z projektem miernika częstotliwości zamieszczonym w numerze 12/96.
Początkujący konstruktorzy rzadko sięgają po mikroprocesory. Boją się ich złożoności, nie mają narzędzi wspomagających pracę, nie potrafią programować. Nie bez znaczenia jest również bariera psychologiczna - niechętnie sięgamy po podzespoły nieznane lub takie, które mogą sprawić kłopoty.
W pismach wydawnictwa AVT opublikowano szereg projektów, które w założeniach miały ułatwić początkującym start w tej dziedzinie. Przykładowo, kit AVT-222 zawierający procesor 8031 z pamięcią EPROM i układami towarzyszącymi uwalnia nas od kłopotów sprzętowych, gdyż w zasadzie jest to gotowy, przetestowany sterownik. Do tej niewielkiej płytki od razu można podłączyć urządzenia wykonawcze (np. przekaźniki) i uzyskać gotowe urządzenie. Część sprzętowa nie powinna zatem sprawić kłopotu temu, kto umie posługiwać się lutownicą i miernikiem uniwersalnym
Pozostaje oczywiście problem oprogramowania. Niestety tutaj jest o wiele gorzej - konstruktor
amator, nie dysponujący dużą gotówką, skazany jest właściwie na programowanie w asemblerze, przy wykorzystaniu sharewa-re'owych wersji kompilatora (np. dostępnego na płycie CD-EPl). Innymi słowy: nie dość, że od razu trafia na najtrudniejszy język programowania, to jeszcze musi mieć komputer PC - platformę do pracy wspomnianego asemblera skrośnego. Samo napisanie i skompilowanie bez błędów programu nie oznacza końca kłopotów.
Prawa Murphy'ego są nieubłagane i zazwyczaj nawet programy kilkudziesięcioliniowe zawierają w swej początkowej formie po kilka błędów. Dużą część z nich można wprawdzie wyłapać na programowych symulatorach procesora (znowu problem z pecetem!), jednak zawsze będą takie błędy, które ujawnią się dopiero po zaprogramowaniu EPROM-u. Symulator programowy jest bowiem zbyt hermetyczny i w zasadzie pozwala przetestować jedynie poprawność algorytmu. Komfortowa praca nad oprogramowaniem wymaga zatem sprzętowego symulatora procesora lub chociażby symulatora pamięci EPROM.
Czy zatem nie ma żadnej prostszej metody? Takiej dla początkującego amatora? Taniej a niezłej? Czy nikt do tej pory nic nie wymyślił? Owszem TAK!
Rozwiązanie to nazywa się Ti-ny Basic. Jest to prosty interpreter języka Basic przeznaczony dla rodziny jednoukładowych komputerów serii MCS-51 i został napisany przez firmę Intel. Jego zaletą jest niewielki obszar zajmowanej pamięci stałej, np. EPROM (3kB), możliwość pracy bez dodatkowej, zewnętrznej pamięci RAM oraz właśnie to, że jest to interpreter pozwalający wykonywać program instrukcja po instrukcji, z pełnym wglądem programisty do pamięci portów, rejestrów i zmiennych. Jak
Elektronika Praktyczna 9/97
69
PROGRAMY
Tabela 1. Zestawienie skróconych postaci
poleceń i funkcji Tiny Basic.
Polecenia
C. CALL D. DECIMAL E. END
F. FOR G. GOTO GOS. GOSUB
H. HEX I. LJ_ IN. INPUT
L. LET LI. LIST N. NEXT
NEW NEW P. PRINT PRO. PROM
R. RETURN RA. RAM RES. RESET
RO. ROM RU. RUN REM REMARK
T. TO T. THEN
Funkcje i zmienne specjalne
A ABS A. AND C. CBYTE
D. DBYTE M. MOD N. NOT
0. OR R. RBIT RN. RND
X. XBYTE X. XOR
bardzo ułatwia to uruchamianie programów nie trzeba chyba nikogo przekonywać.
Interpreter pracuje w kilku trybach zależnych od sprzętowej konfiguracji sterownika. Najprostsza konfiguracja wymaga jedynie procesora 8751 (lub 8031 z zewnętrznym EPROM-em) zawierającego kod interpretera, układu MAX 232 konwertującego poziomy napięć interfejsu RS232 procesora i terminala współpracującego z procesorem poprzez ten interfejs. Zasada pracy programu jest bowiem następująca: komputer (terminal) zawierający monitor i klawiaturę jest dla sterownika urządzeniem do wprowadzania i wyświetlania danych. Znaki pisane na klawiaturze są przesyłane do sterownika, a wyniki pracy wyświetlane na jego ekranie.
Terminalem może być dowolny komputer PC, na którym uruchomiono program obsługi portu szeregowego (np. terminal win-dowsowy, Telix, Procomm, Tele-mate) lub inne komputery, nawet 8-bitowe C64, Atari XL/XE, Am-strad czy ZX Spectrum, zawierające programowe lub sprzętowe łącze RS232. Tak niskie wymagania spowodowane są tym, że zadaniem terminala jest jedynie wyświetlanie na ekranie znaków wysyłanych przez sterownik i wysyłanie do sterownika znaków z klawiatury. Nie należy myśleć, że podłączony terminal jest zawsze potrzebny (byłoby to bez sensu), wykorzystuje się go jedynie na etapie pisania i uruchamiania programu. Później, po zakończeniu prac, gotowe dzieło umieszcza się w pamięci stałej i terminal można odłączyć.
Dodanie do wersji minimalnej pamięci RAM pozwala na bardziej komfortową pracę z Ba-siciem (giną ograniczenia, o których będzie mowa później), natomiast dodanie stałej pamięci zewnętrznej lub jej rozbudowanie ponad 4 KB dla wersji z 8031 pozwala zapamiętać nawet duże programy lub dane (tablice stałych). Basic potrafi automatycznie rozpoznać, ile pamięci RAM jest w systemie i skorzystać z rozszerzenia poza 128 bajty zawarte w chipie. Dużym ułatwieniem jest również wbudowana procedura detekcji szybkości pracy łącza RS232. Pozwala to stosować praktycznie dowolne kwarce w sterowniku, uwalniając się od zakupu kryształu o magicznej częstotliwości ll,0592MHz.
Testowanie szybkości RS-a odbywa się podczas startu systemu. Po włączeniu zasilania sterownika, na klawiaturze terminala naciskamy kilkakrotnie spację lub małe "c", aż do pojawienia się winiety Basica i znaku zachęty interpretera ">". O tym, czy Basic będzie pracował w trybie interak-cyjnym z terminalem, czy też ma automatycznie przejść do wykonywania gotowego programu Basico-wego zapisanego w pamięci stałej, decyduje stan logiczny wejścia RxD procesora. Zwarcie tej nóżki do masy, zostanie zrozumiane podczas startu sterownika jako żądanie wykonania gotowego programu. Interpreter pominie również procedurę detekcji szybkości RS-232.
Szybkość pracy interpretera nie jest porywająca, jednak można uznać ją za wystarczającą. Nie ma żadnej przeszkody, aby krytyczne z punktu widzenia szybkości procedury programu zrealizować za pomocą wstawek asemblerowych. Ponieważ są to jednak wstawki, a nie całe procedury, ich pisanie i testowanie jest o wiele przyjemniejsze.
Tiny Basic jest interpreterem wyłącznie stało przecinkowym. Wszystkie używane liczby muszą być całkowite i zawierać się w przedziale -32767 do +32768.
Opis języka Tiny Basic
Ponieważ na temat języka Basic napisano wiele książek i arty-
kułów prasowych, bez sensu byłoby na łamach EP opisywać szczegółowo metody i sposoby programowania w Basicu. Dlatego w niniejszym artykule ograniczymy się do skrótowego opisu komend języka odsyłając jednocześnie do literatury tych wszystkich, dla których okaże się on niewystarczający.
Liczby
Tiny Basic jest programem sta-łoprzecinkowym, wszystkie używane liczby oraz wyniki operacji matematycznych muszą zawierać się w zakresie -32767 do 32767.
Zmienne
Użytkownik ma do dyspozycji 2 6 zadeklarowanych wstępnie zmiennych, o jednoliterowych nazwach od A do Z. Przy pracy bez zewnętrznej pamięci RAM liczba dostępnych zmiennych jest mniejsza i użytkownik dysponuje tylko dwunastoma w zakresie od A do L. Nie jest ważne czy posługujemy się małymi, czy też dużymi literami, gdyż Basic automatycznie dokonuje konwersji na duże litery.
Funkcje
Dostępne są jedynie dwie funkcje: ABS (X) - daje moduł
wyrażenia X RND (X) - daje pseudolosową
liczbę z zakresu od 1 do X
Operacje matematyczne
Oprócz typowych działań jak: "+" - czyli dodawania "-" - odejmowania "*" - mnożenia "/" - dzielenia stałoprzecinkowego
(na przykład 16/3=5, 14/5=2,
8/5=1),
Dostępny jest jeszcze operator MOD, za pomocą którego można otrzymać resztę z dzielenia całkowitego (na przykład 16 MOD 3 = 1, 14 MOD 5 = 4, 8 MOD 5 = 3).
Operacje logiczne
Lista dostępnych operatorów logicznych jest typowa. Operują na wszystkich bitach danych: NOT - negacja AND - iloczyn (3 AND 6=2,
24 AND 8=8) OR - suma (3 OR 6 = 7, 24
OR 8 = 24)
TO
Elektronika Praktyczna 9/97
PROGRAMY
XOR - suma modulo 2 (3 XOR 6=5,4 XOR 7 =3)
Operatory porównania
> - więcej niż
< - mniej niż
= - równość
o - nierówność
>= - więcej lub tyle samo
<= - mniej lub tyle samo
Wynik operatora porównania jest równy 1 dla prawdy i 0 dla fałszu. Taka sama reprezentacja dotyczy operacji logicznych. Pozwala to uprościć w programie zapis badania warunków.
Wyrażenia
Do budowy wyrażeń można użyć liczb, zmiennych i funkcji, łącząc je za pomocą operatorów. Kolejność obliczania przez program wyrażeń jest następująca: na początku są wykonywane operacje negacji, później mnożenie, dzielenie, MOD i AND, a następnie operacje dodawania, odejmowania, OR, XOR i na końcu operacje porównania. Wartość wyrażenia
Basic wylicza od lewej do prawej strony. Powyższe reguły kolejności można zmienić za pomocą nawiasów.
Przykład:
10LETA=(X+2)*Y+321+(X=Y)*3+(X<=Y) da: 328 przy X=l i Y=l, 338 przy X=2 i Y=4
Komendy
Jeśli wpisywane rozkazy nie zostaną poprzedzone numerem linii, zostaną zinterpretowane jako komendy, czyli polecenia do natychmiastowego wykonania. Wszystkie opisane dalej polecenia języka mogą być użyte jako komendy bezpośrednie. Następujących trzech poleceń wolno jednak używać tylko jako komendy bezpośrednie:
RUN - uruchamia wpisany program; LIST - wyświetla listing programu
od pierwszej linii; LIST 40 - wyświetla listing programu od linii wskazanej; NEW - kasuje program, ustawia wartość wszystkich zmiennych na zero.
Skróty
Aby maksymalnie efektywnie korzystać z pamięci RAM sterownika, słowa kluczowe języka mogą być skracane. Tak więc słowo PRINT może zostać zapisane jako "P.", "PR.", "PRIN.". Skrótu dokonuje się za pomocą kropki. Dodatkowo, można pominąć słowa LET i THEN w poleceniu IF. Wpisanie bezpośrednio nazwy zmiennej spowoduje wypisanie jej wartości na ekranie terminala. Tak prosta inspekcja jest bardzo wygodna na etapie uruchamiania programu. Zestawienie najbardziej skróconych komend przedstawiono w tab.l. Dzięki skrótom w jednej linii Basica można umieścić kilka instrukcji (rozdzielamy je dwukropkami). Robert Magdziak. AVT
Interpreter Tiny Basic jest dostępny na płycie CD-EPl, dostępnej w sprzedaży wysyłkowej (ku-pon zamówienia).
Elektronika Praktyczna 9/97
71
PODZESPOŁY
Nowość na rynku pamięci - układy FRAM
Nowe, orygin aln e,
technologie pojawiają się na
współcz esnym ryn k u
elektroniki w coraz dłuższych
odstępach czasu. Stosunkowo
najmniej dzieje się wśród
pamięci RAM i ROM -
powiększanie ich pojemności,
skracanie czasu dostępu
i obniżanie kosztów struktur
nie wiąże się
z wprowadzeniem w życie
żadnej istotnie nowej idei -
większość osiągnięć jest
wynikiem wytężon ej pracy
laboratoriów udoskonalających
technologię produkcji.
Pewien przełom,
oczekiwany od blisko 50 lat,
jednak nastąpił - szczegóły
w artykule.
Nowoczesne technologie półprzewodnikowe pozwoliły na szybki rozwój różnego typu pamięci. Stopniowo doskonalono technologię ich produkcji, duży nacisk był kładziony na ograniczenie rozmiarów pojedynczych komórek, dzięki czemu możliwym się stało wprowadzenie do seryjnej produkcji pamięci o pojemnościach rzędu dziesiątek i setek milionów bitów, a także wielu typów pamięci umożliwiających przechowywanie zapisanych informacji bez zasilania.
Praktycznie wszystkie stosowane dotychczas układy pamięciowe wykorzystywały w swym działaniu dawno opracowane techniki zapamiętywania informacji, ograniczano się głównie do poprawiania technologii produkcji struktur.
Od pewnego czasu coraz szerzej się mówi o zupełnie nowym rodzaju pamięci, w których informacja zapamiętywana jest w kondensatorach ferroelektrycznych -stąd pochodzi nazwa całej rodziny układów - Ferroelectric RAM.
O tym, jakie zjawiska fizyczne wykorzystano w działaniu pamięci FRAM, o ich zaletach, wadach, możliwościach i szansach na rynku elektroniki piszemy w tym artykule.
Jak działa FRAM?
Podstawy działania pamięci FRAM są łatwe do zrozumienia, a rozważania dobrze jest zacząć od krótkiego omówienia funkcjonowania pamięci DRAM. Na rys.l przedstawiono schemat funkcjonalny komórki DRAM. Zapisanie logicznej "1" do komórki DRAM wymaga naładowania kondensatora pod odpowiednim adresem pamięci.
W przeszłości producenci używali jako dielektryka tego kondensatora zwykłego tlenku krzemu. Teraz znacznie częściej producenci DRAM stosują bardziej wymyślne związki krzemu. Wynika to z faktu, że przy określonych rozmiarach okładek i odległości mię-
dzy nimi o pojemności kondensatora decyduje stała jego dielektryka. Odejście od tlenku krzemu jest wynikiem dążenia do ograniczania rozmiarów kondensatorów, co pozwala zwiększyć gęstość upakowania struktur półprzewodnikowych.
Wszystkie dielektryki stosowane w kondensatorach są z natury rzeczy niedoskonałe - zawsze pewna ilość ładunku wypływa z kondensatora na skutek defektów dielektryka. Oznacza to w praktyce, że zachowanie zawartości pamięci DRAM wymaga odświeżania jej zawartości. Pamięć DRAM jest odświeżana po podaniu odpowiednich sygnałów z kontrolera DRAM. Pamięci DRAM z autood-świeżaniem dokonują tego procesu, gdy kontroler zostaje wyłączony np. ze względu na potrzebę oszczędzania energii.
Kolejną, bardzo istotną właściwością pamięci DRAM jest niszczący charakter odczytu. Uzyskanie dostępu do danego bitu oznacza rozładowanie odpowiadającego mu kondensatora, który następnie - by zachować informację -musi zostać powtórnie naładowany. Czas potrzebny do przeprowadzenia tej operacji oraz czas do naładowania tzw. wewnętrznych węzłów pamięci DRAM określają, jak często można uzyskać dostęp do danego miejsca pamięci.
W jakim stopniu podane wyżej informacje dotyczą również pamięci FRAM? Jak wynika z rys.2 i rys.3, komórki FRAM z jednym jak i z dwoma tranzystorami wyglądają podobnie do komórek DRAM. Podstawy technologii FRAM powstały w latach 50., kie-
LJnia selekcji bitu
Rys. 1.
Elektronika Praktyczna 9/97
73
PODZESPOŁY
Linia bitu
Linia bitu
Kondensatory ferroelektryczne
Linia słowa
Linia referencyjna
Rys. 2.
dy to odkryto, że pewne materiały, noszące nazwę perowskitów, po poddaniu działaniu pola elektrycznego uzyskują polaryzację, zależną od zwrotu wektora pola. Co ważne, owa polaryzacja pozostaje po usunięciu pola i ani zewnętrzne pola magnetyczne, ani elektryczne nie mają wpływu na stan komórki. Przyłożone wewnętrzne pole elektryczne powoduje ustawienie atomu materiału w jednym z dwóch stabilnych położeń, w którym pozostaje on do momentu przyłożenia pola o przeciwnym zwrocie (rys.4).
Kilka niekorzystnych zjawisk ograniczało możliwości technologii we wcześniejszych etapach jej rozwoju. Po pierwsze, warstwy tlenkowe uzyskiwane w latach 50. były bardzo grube, co stwarzało konieczność stosowania napięć polaryzujących o wartościach przekraczających 100V. Liczba wykonywalnych operacji zapisu była ograniczona, a operacje dostępu do komórki zakłócały stany sąsiednich komórek. Te i inne zjawiska sprawiły, ż kondensatory ferroelektryczne pozostawały obiektem akademickich badań jeszcze przez wiele dziesięcioleci.
W roku 1990 okazało się, że większość z wymienionych zjawisk została wyeliminowana bądź w znacznym stopniu ograniczona. Grubości warstw tlenkowych są rzędu dziesiątek nanometrów, co pozwala dokonywać zapisu przy pomocy napięć o wartościach rzędu 2,7V, z perspektywą dalszego obniżenia. Stosowane rozwiązanie
Linia bitu
Linia słowa
Unia referencyjna
Rys. 3.
bramki wybierającej i specjalnie opracowane kondensatory odizolowane od każdego z tranzystorów, rozwiązują problem zakłóceń. Nowe materiały umożliwiają dokonanie cykli zapisu rzędu 1012, z perspektywą 1015 w ciągu najbliższych kilku lat. We współczesnych kondensatorach ferroelektrycznych jako dielektryka używa się materiału nazwanego PZT (cyrkonian-tytanian ołowiu). Inne materiały, posiadające wyższe stałe dielektryczne, krótsze czasy dostępu, mniejsze prądy upływu i wymagające niższych napięć zapisu, są w trakcie opracowywania, jak np. Y-l firmy Sy-metrix Corp.
Podczas operacji odczytu z pamięci FRAM układy dekoderów podają na kondensator pole elektryczne, natomiast wzmacniacze odczytu detekują przepływający prąd (większy w przypadku zmiany polaryzacji), a informacja w postaci logicznego "0" lub "1" przekazywana jest na wyjścia układu. Tak więc podobnie jak w przypadku DRAM odczyty FRAM mają charakter niszczący. Odpowiednie układy wewnętrzne pod koniec operacji odczytu dokonują ponownego zapisu danych.
Ma to poważne skutki dwojakiego rodzaju: po pierwsze, podczas szacowania szybkości pracy pamięci należy wziąć pod uwagę czasy ponownego zapisu i wstępnego ładowania. Po drugie, zarówno operacja odczytu jak i zapisu "obciąża" pamięci FRAM w sensie ilości wykonywalnych cykli.
Aby podnieść niezawodność we współczesnych pamięciach FRAM stosuje się architekturę 2T-2C (dwa tranzystory - dwa kon-
densatory - rys.2). W architekturze tej odczyt jest różnicowy - dokonuje się pomiaru różnicy prądów płynących po podaniu pola elektrycznego przez dwa kondensatory z dielektrykiem ferroelektrycznym. Podstawową zaletą takiego odczytu jest niezawodność, uzyskiwana dzięki eliminacji wszelkich skutków degradacji obydwu kondensatorów.
Rozwiązanie takie zapewnia dłuższy czas przechowywania informacji oraz większą liczbę cykli. Ceną jest bardziej kosztowna architektura - dwa tranzystory, dwa kondensatory, dwie linie danych i bardziej złożone wzmacniacze odczytu. Dalej - odczyt różnicowy trwa dłużej niż odczyt zwykły, co zwiększa czas dostępu. Z tych, a także z innych powodów producenci pamięci FRAM dążą do jak najszybszego wprowadzenia architektury zbliżonej do stosowanej w pamięci DRAM - 1T-1C (rys.3), co umożliwi także uzyskanie wyższych gęstości upakowania bitów.
Perspektywy pamięci FRAk
Powstaje pytanie, czy FRAM pozostanie pamięcią o ograniczonych rozmiarach produkcji, czy też stanie się kolejnym, masowo produkowanym standardowym typem pamięci.
Firma Ramtron powróciła do prób z technologią FRAM w 1984 roku. W roku 1988 zaprezentowała pierwszą pamięć FRAM o pojemności 256 bitów, która została wykonana w technologii 4|im.
Pierwszy układ FRAM posiadał bardzo złożoną strukturę komórki - aż 6 tranzystorów i 2 kondensa-
Pole BlektrycznB
Rys. 4.
= Pb = 0 = ZrTi
Elektronika Praktyczna 9/97
PODZESPOŁY
tory - było to po prostu odzwierciedlenie standardowej komórki SRAM z podtrzymaniem. Architektura taka zajmowała dużo miejsca, uniemożliwiając wysoką gęstość upakowania, co bardzo wyraźnie odbijało się na koszcie produkcji.
W roku 1992 firma Ramtion wprowadziła układ FRAM nowej generacji, oparty na prostszej i mniejszej strukturze komórki, zawierającej tylko dwa tranzystory i dwa kondensatory (jak na rys. 2). Pamięć ta miała pojemność 4kB i była wykonana w technologii l,5fim. Największym zastosowaniem, jakie ten układ znalazł, były gry produkowane przez znaną w naszym kraju firmę Sega. Niestety, w swoich najnowszych produktach firma Sega zastosowała nośnik pamięciowy w postaci płyty CD-ROM.
W chwili obecnej Ramtion proponuje najszerszą ofertę pamięci FRAM - od 4 do 256kb, wyposażonych w interfejsy PC, szerego-wo-równoległy (SPI) i równoległy. Dostępne wersje układów mogą pracować z napięciami zasilania z zakresu 4,5...5,5V oraz 2,7..3,6V, zakresy temperatur pracy 0�C -70�C (zwykły) i -40�C - 85�C (rozszerzony).
Bieżące prace rozwojowe obejmują wprowadzenie mni ej s zy ch kom orek, z a wi er a j ą -cych jeden tranzystor i jeden kondensator (jak na rys.3). Ramtron przewiduje rozpoczęcie rozprowadzania próbek tych pamięci już pod koniec bieżącego roku.
Ramtion jest prekursorem nowoczesnych technologii FRAM, ostatnio jednak firma ta zebrała znaczną grupę licencjobiorców, wśród których znajdują się najpoważniejsi na rynku producenci pamięci ulotnych i nieulotnych. W roku bieżącym Ramtron podpisał umowę licencyjną z firmami Samsung i SGS-Thomson. Firma posiada takie umowy z firmami Fujitsu (od 1996 roku), Toshiba (od 1995 roku), Rohm (od 1993 roku) i Hitachi (od 1992 roku).
Firma Rohm która, jako jedna z niewielu wśród partnerów Ramtron już produkuje pamięci FRAM, dostarcza na rynek 16-kb pamięć
Tabela 1. Porówiaiie techiologii ikładów pamięciowych.
Technologia FRAM SRAM HVRAM EEPROM Flash DRAM
Rozmiar komórki Średni Duży Duży Średni Mały Średni
Hieolotność Tak Nie Tak Tak Tak Nie
Szybkość zapisu 150..200ns 25..100ns 25..45ns 10ms 5..10^s 50..100ns
Szybkość od czy to interfejsu równoległego {ns} 150..200 25-100 25..25 60-150 70.150 30..70
Maksymalna ilość operacji na komórce pamięci 10I0..10I? Bez ograniczeń Bez ograniczeń 105 (ograniczona tylko ilość zapisów) 106 (ograniczona tylko ilość zapisów) Bez ograniczeń
Średni pobór mocy Mały Mały Średni Średni Średni Wysoki
szeregową, opracowuje zas pamięci szeregowe o pojemnościach 4 i 64kb. Rohm ma działać przede wszystkim w zakresie układów FRAM o niskiej pojemności oraz integrować pamięci FRAM z innymi typami pamięci oraz układami logicznymi.
Firma Hitachi rozprowadza próbki swej pierwszej pamięci FRAM z wejściem równoległym o po-
jemności 256kb, oznaczonej HM7lV832. Jest to układ wykonany w zaawansowanej technologii 0,8fim, zasilany napięciem 3V. Czas dostępu tego układu wynosi odpowiednio:
150ns przy odczycie oraz 235ns podczas cyklu zapisu i odczytu. Pobór prądu w stanie aktywnym i w stanie standby wynoszą odpowiednio 20mA i 15fiA. Prezentowana pamięć zapewnia utrzymanie zapisanej informacji przez okres 10 lat, wykonanie 1O12 cykli.
Hitachi w ciągu dwóch najbliższych lat wprowadzi na rynek nowe układy o pojemności 1 lub 4Mb. Układ wykonywany będzie w wielowarstwowej technologii nowej generacji 0,5 firn, z komórką 1 tranzystor
1 kondensator, z kondensatorem typu "stac-ked".
Pozostali posiadacze licencji - Fujitsu, Samsung, SGS-Thomson i Toshiba, znajdują się na różny ch etapach przygotowywania technologii i ar-chitektury. W październiku Samsung ogłosił opracowanie 64-kb układu wykorzystującego komórkę lT-lC, kondensator typu "stacked" oraz technologię z podwójną warstwą
Elektronika Praktyczna 9/97
75
PODZESPOŁY
metalu. Kilku innych potentatów prowadzi prace nad pamięcią FRAM we własnym zakresie. W 1996 roku, podczas konferencji International Solid State Cir-cuits Conference (ISSCC), firma NEC przedstawiła własny lMb układ FRAM, zasilany napięciem 3,3V, o czasie dostępu 60ns i cyklu odczyt/zapis lOOns. Układ ten, wykonany w technologii l|im, na dielektryku z tlenków bizmutu, tantalu i strontu, posiadał komórkę 1T-1C, a jego pobór prądu w stanie aktywnym i w stanie standby wynosił odpowiednio 50mA i IOjiA. Parametry czasowe tego układu są bliskie parametrów współczesnych pamięci DRAM.
Zarówno Matsushita jak i Micron Technology wystąpiły na ISSCC w 1994. Micron Technology przedstawiła przegląd technologii i zastosowań FRAM, jednak bez ujawniania stanu oraz planu prac rozwojowych. Firmy Matsushita i Symetrix przedstawiły pamięć FRAM o pojemności 256kb, czasie dostępu lOOns i zasilaniu 3,3V. Układ wykorzystuje komórkę 1T-1C, z pojedynczą warstwą metalu, technologię l,2|im oraz dielektryk Y-l, który nie jest materiałem PZT.
Dokumentacje Ramtron i Hitachi pozwalają zorientować się, że celem obu firm jest doprowadzenie do wykorzystywania ich technologii FRAM w nieulotnych pamięciach RAM, pamięciach SRAM z podtrzymaniem bateryj-nym oraz EEPROM, a następnie rozszerzenie zastosowań na pamięci SRAM o niskim poborze mocy, niskiej pojemności pamięci FLASH oraz DRAM. Inne firmy oferujące pamięci FRAM mają zbliżone zamierzenia. W chwili obecnej wszystkie te firmy traktują FRAM jako doskonałą technologię pamięci do takich nowych zastosowań, jak inteligentne karty i karty identyfikacyjne RF (RFID). W tym ostatnim zastosowaniu, w którym często występują operacje zapisu i odczytu, cała energia zasilania pobierana jest z pola elektromagnetycznego emitowanego przez nadajnik. W przypadku RFID operacje zapisu i odczytu powinny wymagać niewiele energii i trwać krótko, tak by dystans między nadajni-
kiem i systemem RFID mógł być duży, a czas wymiany informacji - krótki.
Jak dalece realistycznie wyglądają cele stawiane sobie przez producentów pamięci FRAM? Część inżynierów wstrzymuje się z poważnym potraktowaniem pamięci FRAM, co wynika z jej nie najlepszych w rzeczywistości parametrami w porównaniu z zapowiedziami. Nawet jeśli technologia ta poprawi swą złą reputację i zainteresuje dostatecznie przemysł, nadal trzeba będzie porównać jej podstawowe parametry z parametrami innych technologii (tab. 1)
Producenci dążący do ograniczenia kosztów i zwiększenia stopnia upakowania zmierzają ku jednemu - zintegrowaniu w sposób opłacalny coraz większej liczby bitów. Opłacalność uzależniona jest od wielu czynników. Po pierwsze, od powierzchni krzemu przeznaczanej przez projektantów na jeden bit przechowywanej informacji. Najwcześniejsza komórka FRAM 6T-6C była duża i złożona, dzisiejsza komórka 2T-2C jest mniej więcej dwukrotnie większa od komórki pamięci DRAM czy EEPROM i około trzy razy większa od komórki pamięci FLASH przy tej samej skali litografii procesu. Z drugiej strony, komórka FRAM 2T-2C jest mniejsza niż cztero i sześciotranzystorowe komórki SRAM, a tym bardziej niż komórki nieulotnej pamięci RAM. Dalszy rozwój technologii w kierunku architektury 1T-1C i umieszczenie kondensatora nad lub pod tranzystorem powinny doprowadzić do ograniczenia rozmiaru komórki FRAM do wielkości porównywalnej z komórką DRAM. I rzeczywiście -firma Hitachi rozważa wprowadzenie do masowej produkcji układów z komórką typu FRAM jako jeden z wariantów przy opracowywaniu opłacalnej gigabi-towej pamięci DRAM. Stałe dielektryczne kondensatorów FRAM, będące miarą zdolności kondensatora do gromadzenia ładunku, są wyższe niż we współczesnych układach opartych o tlenki krzemu, pozwalają więc na mniejsze rozmiary kondensatorów, a więc niższy koszt.
Inny element istotny przy ocenie opłacalności pamięci FRAM stanowią pozostałe układy wchodzące w skład scalanej struktury, jak połączenia, dekodery, wzmacniacze odczytu, bufory wyjściowe i pompy napięcia. Zwolennicy układów FRAM wskazują tu na pewną zaletę tej technologii w porównaniu z pamięciami EEPROM. W przypadku pamięci FRAM przy operacji zapisu wykorzystywane jest bezpośrednio napięcie 3,3V, natomiast technologia EEPROM wymaga wewnętrznych układów podnoszących napięcie. Ponieważ wysiłki konstruktorów pamięci FRAM są obecnie skupione bardziej na uzyskaniu niskiego poboru mocy niż szybkiego dostępu, niepotrzebne stają się szybkie, zajmujące dużo miejsca bufory wyjściowe. Przewidywane przejście do komórki 1T-1C oznacza także dalszą minimalizację rozmiarów wzmacniaczy odczytu oraz połączeń między liniami bitowymi.
Technologia FRAM eliminuje także potrzebę stosowania odrębnego układu sterowania zasilaniem oraz baterii niezbędnych w przypadku SRAM z podtrzymaniem bateryjnym.
Skala technologii procesu i jej zgodność z technologiami innych układów także mają wpływ na koszty. Najlepsze współczesne mikroprocesory, pamięci DRAM i SRAM wykorzystują technologię 0,3|im - 0,4|im, podczas gdy pamięć FRAM wykonywana jest w starszej technologii 0,8|im l|im. Takie rozwiązanie pozwala producentom pamięci FRAM wykorzystać już zamortyzowane sprzęt i technologie. Niestety, starsza technologia oznacza niższą gęstość upakowania bitów, która przy masowej produkcji ma większe znaczenie niż koszty urządzeń. Nie bez znaczenia jest fakt, że proces wytwarzania pamięci FRAM jest w 75% zgodny z procesem produkcji DRAM, a różnice występują tylko w kilku ostatnich etapach, w tym w etapie nakładania ferroelektryka. Tomasz Jaworski
W artykule wykorzystano materiały udostępnione przez firmy Ramtron, SGS-Thomson oraz Hitachi.
Elektronika Praktyczna 9/97
SPRZĘT
Sterowniki impulsowe, część 4
Przetwornice
W czwartej części artykułu
prezentujemy pozostałe typy
przetwornic DC/DC. Kończymy
w ten sposób przegląd
podstawowych rozwiązań
stosowanych w tych mało
znanych konstrukcjach. Kołejny,
ostatni już, odcinek poświęcimy
omówieniu istotnych zagadnień
związanych z konstruowaniem
zasilaczy impulsowych - doboru
elementów i ich istotnych
parametrów.
Rys, 21, Schemat ideowy przeciwsobnej przetwornicy samowzbudnej,
Przetwornice samowzbudne
Do analizy przetwornic pod względem wytwarzanych przez nie zakłóceń włączono także przetwornice samowzbudne. Charakteryzują się one tym, że układ wytwarzający przebiegi sterujące załączające klucze tranzystorowe jest integralną częścią przetwornicy i nie występuje potrzeba (tak jak w przetwornicach obcowzbudnych) dołączania wejściowego sygnału sterującego. Upraszcza to znacznie konstrukcję kosztem niewielkiego skomplikowania przy nawijaniu transformatora. Ponieważ z wcześniejszych rozważań wynika, że przetwornice zaporowe są bardzo niekorzystne, jeżeli chodzi
0 wielkość tętnień jak i zakłócających impulsów szpilkowych, zatem dalszej analizie poddano tylko samowzbudne przetwornice przeciwsobne, które ze wszystkich przetwornic samowzbudnych charakteryzują się najlepszymi parametrami. Podstawowy schemat ideowy przeciwsobnej przetwornicy samowzbudnej przedstawia rys. 21.
W przetwornicy tej charakterystyczne jest występowanie dodatkowych uzwojeń sterujących bazami tranzystorów ( w celu zapewnienia symetrii uzwojenia są identyczne, tzn. Lp1=LpJ, Lba=Lb3 oraz Lwa=Lw3) oraz elementów inicjujących i zapewniających występowanie drgań w obwodzie (elementy Rl, R2, Cl). Tranzystory Tl
1 T2 pracują jako klucze, przechodząc od stanu nasycenia do stanu zatkania. Proces przełączania jest taki, że jeżeli tranzystor Tl jest nasycony, to przepływa przez niego prąd uzwojenia pierwotnego Ipl. Energia transfor-
ŚP1
0 x Ł T t

0 i Ł T t

0 i Ł T t
----------------->
-~~~~~^ x i ^-' t

X t
1

X T t

mowana jest poprzez transformator na wyjście, a dodatkowe uzwojenie wzbudzające, połączone z bazą, wysterowywuje tranzystor i utrzymuje go w stanie nasycenia.
Ten stan trwa do chwili, gdy rdzeń transformatora zacznie się nasycać. Od tej chwili prąd Ipl nie narasta, co powoduje zmniejszanie napięcia wysterowującego tranzystor. Zmniejszenie napięcia Ube powoduje zmniejszenie prądu kołektorai jeszcze większy spadek napięcia Ube (efekt dodatniego sprzężenia zwrotnego). W efekcie tranzystor Tl wyłącza się, a załącza się tranzystor T2 i cały proces powtarza się.
Najbardziej charakterystyczne przebiegi napięć i prądów w obwodzie przetwornicy przeciwsobnej, samowzbudnej przedstawia rys.22. Jak widać prąd kolektora wykazuje występowanie znacznych impulsów, co jest związane z początkową fazą nasycania się rdzenia transformatora. Zjawisko to, niezbędne dla działania konwertera, jest jednocześnie szkodliwe z punktu widzenia sprawności przetwornicy oraz, co najistotniejsze, rzutuje na duży poziom impulsów zakłócających, pojawiających się na wyjściu.
Przetwornica przeciwsobna, samowzbud-na charakteryzuje się, podobnie jak obco-wzbudna przetwornica przeciwsobna, dobrym wykorzystaniem rdzenia transformatora (bipolarne zmiany wartości strumienia). Pomimo swoich korzystnych cech, wysoki poziom zakłóceń dyskwalifikuje tę przetwornicę jako przetwornicę dostarczającą mało zakłóconego napięcia wyjściowego.
Przetwornice rezonansowe
Kolejną strukturą konwertera o małym poziomie zakłóceń jest przetwornica rezonansowa. Przetwornice tego typu są mało znane i rzadko wykorzystywane praktycznie. Przetwarzanie napięcia w tym przypadku polega na wykorzystaniu sinusoidalnych przebiegów napięć i prądów obwodu rezonansowego LC. Zapewnia to sinusoidalne przetwarzanie napięć i w rezultacie mały poziom zakłóceń generowanych przez konwerter. Rozwiązanie przetwornicy rezonansowej zostanie pokazane na przykładzie przetwornicy przepustowej pracującej w trybie nieciąg-łym. Podstawowy schemat ideowy tej przetwornicy został pokazany na rys.23.
Praca w nieciągłym trybie oznacza, że prąd płynący w obwodzie rezonansowym jest w rzeczywistości przebiegiem złożonym z połówek sinusoid. Obwód rezonansowy przetwornicy stanowią indukcyjność Lr oraz przeniesiona na stronę pierwotną transformatora pojemność Cr. Częstotliwość rezonansowa takiego obwodu jest równa:
f =J
0 x T t
Rys, 22, Przebiegi napięć i prgdów w obwodzie przeciwsobnej przetwornicy samowzbudnej,
2-71-A/Lr-Cr-Il2
gdzie: n=zp/zw (przekładnia transformatora).
Lr stanowi indukcyjność rozproszenia transformatora lub (gdy jej wartość jest zbyt mała) zewnętrzną indukcyjność o małej wartości. Obciążenie przetwornicy jest połączo-
Elektronika Praktyczna 9/97
77
SPRZĘT
Rys, 23, Schemat ideowy rezonansowej przetwornicy przepustowej,
nący przez Lp znów zmieni swój znak na dodatni, tranzystor jest już wyłączony. Dalsze drgania odbywają się w drugim obwodzie rezonansowym, jaki tworzą prze tran sformowana pojemność C oraz indukcyjność główna transformatora. Ważniejsze przebiegi napięć i prądów w obwodzie przetwornicy przedstawia rys.24. Regulację napięcia stałego na wyjściu otrzymuje się przez zmianę częstotliwości kluczowania tran-
ne równolegle z kondensatorem szeregowego obwodu rezonansowego.
Jeśli tranzystor T jest włączony, przez szeregowy obwód rezonansowy przepływa prąd sinusoidalny. Po upływie czasu równego połowie okresu drgań prąd ten opada do zera i zaczyna zmieniać swój kierunek. W tym momencie otwiera się dioda D2
zystora (a nie jak w przetwornicach konwencjonalnych przez zmianę współczynnika wypełnienia przebiegu y). Powoduje to zmianę częstotliwości pracy wraz ze zmianą obciążenia, co nie zawsze jest do przyjęcia. Kłopotliwa jest także praca dla bardzo wysokich częstotliwości przełączających-wartości Lporaz Cpsą bardzo małe, co jest czyn-
;(D2)
Tfc
t
Rys, 24, Przebiegi napięć i prgdów w obwodzie przeciwsobnej przetwornicy rezonansowej (Uster-napięcie sterujgce, la-prqd drenu tranzystora, l(D2)-prqd diody D2, Ud-napięcie drenu tranzystora),
umożliwiając przepływ tego prądu z ominięciem tranzystora. Powoduje to, że potencjał drenu jest mniejszy od potencjału źródła o spadek napięcia na przewodzącej diodzie D2. W tym czasie tranzystor T jest wyłączany, co zapewnia minimalne straty mocy podczas procesu komutacji (gdyż przez tranzystor nie przepływa prąd). Długość czasu włączenia tranzystora nie jest zatem krytyczna, musi być tylko większa od połowy okresu drgań obwodu rezonansowego, a mniejsza od całego okresu. Gdy prąd pły-
Rys, 25, Zmiana napięcia wyjściowego realizowana poprzez zmianę częstotliwości pracy f ,
nikiem krytycznym jeś- a' li chodzi o sposób montażu elementów oraz ich tolerancje wartości i stałości czasowe parametrów. Aby uniezależnić się od indukcyjnoś-ci rozproszenia transformatora, która w różnych egzemplarzach może być różna, należy stosować zewnętrzną indukcyjność szerego- "' wą, która wymaga, w celu zachowania takiej samej wartości częstotliwości rezonansu, mniejszej pojemności Cr. To jednak powoduje obniżenie wartości impulsu prądowego przepływającego przez tranzystor (w przybliżeniu odwrotnie proporcjonalnego do wartości ./Lr/Cr). Może to sta-
nowić utrudnienie w uzyskaniu wymaganej mocy wyjściowej.
W celu wyeliminowania zmiennej częstotliwości pracy należy zastosować przetwornicę pracującą w trybie ciągłym. W tym przypadku zmiana napięcia wyjściowego jest osiągana dzięki wykorzystaniu krzywej dobroci obwodu rezonansowego (rys.25). Ustalając częstotliwość pracy na zboczu charakterystyki rezonansowej obwodu, poprzez niewielkie zmiany częstotliwości uzyskuje się duże zmiany napięcia wyjściowego (dla obwodów o dużej dobroci).
Konwertery z ciągłym trybem pracy są wykonywane zwykle jako układy półmost-kowe, przy czym obciążenie może zostać połączone szeregowo z obwodem rezonansowym (rys.26a), lub równolegle do pojemności rezonansowej Cr(rys.26b).
Dla układu a) obwód rezonansowy stanowi indukcyjność Lr i wypadkowa pojemność złożona z dwóch kondensatorów CJ 2, które pełnią także rolę pojemnościowego dzielnika napięcia wejściowego. Taki typ przetwornicy jest preferowany dla wysokich napięć wyjściowych. Dla układu b) obwód rezonansowy także stanowi indukcyjność Lr oraz pojemność Cp. Kondensatory Cj/2 tworzą pojemnościowy dzielnik napięcia. W celu zapobieżenia zmniejszeniu dobroci Q obwodu stosuje się dławik wyjściowy Lo, który powoduje zwiększenie impe-dancji transformowanej na stronę pierwotną, a bocznikującą kondensator obwodu rezonansowego.
Przetwornice rezonansowe, mimo że zapewniają sinusoidalne przetwarzanie napięcia, mały poziom zakłóceń na wejściu i wyjściu przetwornicy oraz wysoką sprawność posiadają także wiele wad. Nie umożliwiają one elastycznej stabilizacji napięcia wyjściowego od dużych zmian zarówno napięcia wejściowego, jak i impedancji obciążenia. Rozrzuty rzeczywistych parametrów stosowanych elementów (m.in. indukcyjności rozproszenia, jak i pasożytnicze pojemności międzyzwojowe) powodują, że przetwornice

� W

� I-W2 D2
W
Rys, 26, Półmostkowe przetwornice rezonansowe (a-z obcigżeniem podlgczonym szeregowo do obwodu rezonansowego, b-z obcigżeniem poaigczonym równolegle do pojemności Cr),
Elektronika Praktyczna 9/97
SPRZĘT
laryzując ją w kierunku przewodzenia. Potencjał Uj wzrasta do wartości Up, natomiast potencjał U3 jest w przybliżeniu równy zeru. Prądy płynące przez indukcyjnoś-u0 ci opadają liniowo w czasie i są wtedy równe:
Rys, 27, Schemat ideowy przetwornicy Cuka,
takie są bardzo kłopotliwe w produkcji seryjnej. Ponadto istotne staje się rozmieszczenie elementów na płycie drukowanej jak i prowadzenie ścieżek przewodzących.
Przetwornica Cuka
Przetwornica ta, mało znana i rzadko wykorzystywana, zapewnia zmniejszenie poziomu zakłóceń konwertera poprzez zapewnienie ciągłego przepływu prądu, zarówno na wejściu, jak i na wyjściu układu. W celu omówienia zasady pracy tego konwertera przedstawiono najpierw jego wersję bez izolacji galwanicznej wejścia od wyjścia. Wersja z izolacją galwaniczną nie zmienia istoty zjawisk i polega tylko na zastosowaniu transformatora separującego. Podstawowy schemat ideowy przetwornicy Cuka przedstawiono na rys. 27.
W celu analizy pracy układu założono, że elementy przełączające (tranzystor i dioda) są idealne oraz, że napięcia U oraz Uo są w przybliżeniu stałe (tzn. kondensatory C oraz Co mają duże pojemności).
W pierwszej fazie pracy włączony jest tranzystor T. Nagłe zmniejszenie się potencjału Ul (do potencjału masy) powoduje, że dioda D jest spolaryzowana w kierunku zaporowym. Przez indukcyjność La płynie liniowo w czasie narastający prąd o wartości:
= Li min+-------- Ś t
Li
natomiast prąd płynący przez cewkę Lr/ jest równy:
L() Lmm
1,2
Po upływie czasu t prądy te osiągają wartości:
Ll(T) = iLl max = I LI mm+---------T
Li
Il2(X) = Il.2max = L.2r
Up-Uo
L2
Po upływie czasu t tranzystor jest wyłączany. Warunki początkowe indukcyjności wymuszają przepływ prądu przez diodę, po-
lL2(t) =
Up-Uv
Li
Uo
L2
(t - T)
Przez porównanie i przekształcenie powyższych zależności otrzymuje się, że: 1
P" �J'l-Y
gdzie y=t/T (współczynnik wypełnienia przebiegu sterującego). Charakterystyka sterowania ma postać:
T T _ T T . I
Jak widać przetwornica ta umożliwia zarówno zmniejszanie (dla y<0,5), jak i zwiększanie (dla y>0,5) napięcia wyjściowego. Jeśli indukcyjności La oraz Lr/ zostaną nawinięte na tym samym rdzeniu tworząc transformator, to tętnienia prądu wejściowego i wyjściowego mogą zostać zredukowane do minimum. Modyfikację układu przedstawia rys.28.
Jeśli tranzystor jest włączony, to prąd ia płynie przez La narastając liniowo w czasie. Przez uzwojenie Lr/ także płynie prąd narastający liniowo w czasie, a na cewce występuje dodatnie napięcie. To napięcie powoduje wymuszenie przepływu prądu przez cewkę La do źródła (efekt transformatorowy). Ponieważ 1^=1^, zatem nachylenia zboczy tego wymuszanego prądu oraz prądu ia są identyczne. Prądy te płyną jednak w odwrotnych kierunkach znosząc się wzajemnie. Przez indukcyjność La płynie zatem tylko prąd stały o wartości:
Rys, 28, Konfiguracja minimalizujgca tętnienia wejściowe i wyjściowe,
Tl-U�,
gdzie: Po-moc wyjściowa, r|-sprawność przetwornicy.
Jeśli tylko sprzężenie pomiędzy cewkami Lj i L3 jest wystarczająco duże (k=l), wtedy także prąd i3 przepływający przez indukcyjność L3 jest prądem stałym pozbawionym tętnień.
W celu zapewnienia izolacji galwanicznej pomiędzy wejściem konwertera a jego wyjściem konieczne jest zastosowanie transformatora izolacyjnego o przekładni 1:1. Schemat ideowy takiego rozwiązania przedstawia rys.29. Charakterystyka sterowania pozostaje identyczna jak w przypadku braku bariery galwanicznej.
Przetwornica Cuka umożliwia uzyskanie małego poziomu zakłóceń wejściowych, jak i wyjściowych. Pewnym Uo mankamentem jest fakt, że układ się nieco komplikuje (należy stosować dwa elementy magnetyczne w postaci transformatora LaL3 oraz transformatora izolującego 1:1). Dużą komplikację stanowi także prawidłowe sprzęgnięcie indukcyjności La oraz L3, co jest koniecznym warunkiem uzyskania dobrego efektu końcowego.
Rys, 29, Przetwornica Cuka z izolacjg galwaniczng,
Przetwornica sinusoidalna
Metoda sinusoidalnego przetwarzania napięcia, stosowana w przetwornicach rezonansowych, może zostać zrealizowana także w inny sposób (poprzez wysterowanie stopnia mocy napięciem sinusoidalnym). Ponieważ podczas procesu przetwarzania najczęściej do dyspozycji istnieje tylko napięcie unipolarne, zatem ideę odpowiedniego ukła-
+5V
stopień sterujący mocy
U star
Rys, 30, Idea sinusoidalnego przetwarzania napięcia,
du sinusoidalnego przetwarzania napięcia przedstawia rys.30. W takiej konfiguracji indukcyjność rozproszenia nie powoduje powstawania jakichkolwiek przepięć.
Próbując oszacować sprawność takiej przetwornicy należy rozważyć pracę końcówki mocy obciążonej transformatorem. Dla przetwarzania napięcia unipolarnego najbardziej odpowiedni jest stopień mocy klasy B wykonany z użyciem komplementarnej pary tranzystorów bipolarnych. Uproszczony schemat stopnia mocy przedstawia rys.31.
Zakładając przepływ sinusoidalnego prądu wyjściowego (I=Imsin(cot)), napięcie na wyjściu będzie przesunięte w fazie o kąt fazowy ty (U=Umsin(cot-it>)). Średnia moc pobierana ze źródła napięcia P jest równa:
+Uz
Rys, 31, Stopień końcowy mocy-analiza sprawności,
Elektronika Praktyczna 9/97
79
SPRZĘT
Tabela 1. Porównanie istotnych cech przetwornic DC/DC.
przetwornica
cecha zaporowa przepustowa przeciw sobna półmostkowa mostkowa samowzbudna rezonansowa Cuka
złożoność układu mała średnia duża duża duża mała duża duża
układ sterowania prosty prosty złożony bardzo złożony bardzo złożony bardzo prosty złożony złożony
Ilość uzwojeń mała mała duża średnia średnia bardzo duża średnia średnia
rozmiar transformatora bardzo duży duży mały mały mały mały mały mały
rozmiar dławika bardzo duży duży mały mały mały mały mały mały
tętnienia napięcia wyjściowego bardzo duże średnie małe małe małe małe małe małe
poziom zakłóceń wyjściowych bardzo duży średni mały mały mały mały mały mały
ŚI
2
I" Uz Ś Im- sin(m Ś t)dt = -
T g TT
Natomiast moc wydzielana na obciążeniu Po:
Um-Ln
COS Sprawność jest zatem równa:
Po TT Um
Tl =--------= Ś COS CD---------
Pzas 2 Uz
Największa wartość amplitudy napięcia wyjściowego jest równa Ummax=Ui/2, zatem:
7C
4 Y Kąt fazowy it>=arctg(R/coL), zatem:
09-L
COS(f) = -
Dążąc do maksymalizacji sprawności (cosi)>= 1) otrzymuje się zależność: tO-LR.
Należy zatem dążyć do zwiększania częstotliwości pracy lub indukcyjności uzwojenia pierwotnego transformatora. To jednak powoduje w przetwornicy podwyższającej napięcie n-krotne (n-przekladnia transformatora) zwiększenie liczby zwojów strony wtórnej, co zwiększa indukcyjności rozproszoną oraz stwarza kłopoty techniczne (ograniczona objętość karkasu rdzenia).
Moc strat wydzielająca się na tranzystorach jest równa:
_, _, Uz-Ln Urn-Im
P strat = Pzas - Po =--------------------------COS 71 2
osiąga wartość maksymalną dla:
Uz
Um = -
równą:
TT- COSCp
2-TT Z-COS(f>
Generalnie można stwierdzić, że sprawność przetwornicy sinusoidalnej jest raczej niewielka, co jednak dla małych przetwarzanych mocy nie wydaje się być istotną przeszkodą.
Podsumowanie
Najważniejsze cechy analizowanych standardowych przetwornic DC/DC zostały zamieszczone w tabeli 1.
Jak wynika z tego zestawienia, do przetwarzania napięcia stałego o małych zakłóceniach najlepiej nadaje się obcowzbudna przetwornica przeciwsobna. Pomimo złożonej konstrukcji samego konwertera, jak i układu sterowania oraz bardziej kłopotliwego nawijania transformatora zyskuje się najlepsze wykorzystanie rdzenia transformatora (co umożliwia jego miniaturyzację) oraz najmniejsze wartości tętnienia napięcia wyjściowego i impulsów zakłócających. Adam Myalski
80
Elektronika Praktyczna 9/97
ŚWIAT HOBBY
1. Vom Blitz getrotfen, 4str.
W artykule przedstawiono opis układu serii PSDX11, który spełnia rolę programowalnego, wielozadaniowego interfejsu dla systemów mikroprocesorowych . Jest to bardzo nowatorska konstrukcja, opracowana przez firmę WSI - w jednej strukturze półprzewodnikowej zintegrowano wszystkie elementy niezbędnedostworzenia pełnowartościowego komputera z procesorem rodziny '51.
2. Basisarbeit, 5 str.
Firma Motorola jest bardzo aktywna na rynku zaawansowanych mikroprocesorów -w artykule opisano kolejny zestaw ewaluacyjny dla procesora MC68332. Uniwersalna konstrukcja układu umożliwia stosowanie go w dowolnych aplikacjach, jako wydajnej jednostki centralnej.
3. Mini-power, 5 str.
Prezentacja nowego układu
przetwornicy impulsowej, który został opracowany przez firmę Linear Technology. Przy pomocy tego układu (nosi on oznaczenie LT1307) możliwe jest zbudowanie miniaturowej przetwornicy podwyższającej napięcie, zasilanej pojedynczym ogniwem 1,5V. Wysoka częstotliwość taktowania przetwornicy pozwoliła wydatnie zmniejszyć wymiary dławika, co ma ogromne znaczenie w sprzęcie prze-
ELU
joumal
4. Sigma -delta, 3 str.
Artykuł przedstawiający teorię przetwarzania sygnałów analogowych na cyfrowe, nazwaną .
5. NF-verstarkerT 4 str.
Pierwsza część cyklu artykułów poświęconych naj-ważn i e jszy m za gad n i en io m związanym z projektowaniem wzmacniaczy audio.
6. Immer unter storm, 9 str.
Interesujący przegląd różnych technik projektowania zasilaczy awaryjnych (z ang. UPS) połączony z prezentacją najbardziej popularnych modeli na rynku niemieckim.
ELV4/97
7. NF-signalgenerator 5G-1000, 4 str.
Opis konstrukcji miniaturowego generatora sygnałów sinusoidalnych o częstotliwościach z zakresu 10Hz..100kHz. Możliwa jest regulacja amplitudy i poziomu składowej stałej. Pomimo dość dobrych parametrów jest to urządzenie bardzo proste, składa się bo-
wiem z układu TL084 i niewielkiej ilości elementów biernych. Zawartość harmonicz-nychw sygnale wyjściowym nie przekracza 0.2%.
8. Universal entstorfilter EF540, 4 str.
Opisany w artykule filtr pasywny znajdzie z pewnością uznanie wśród konstruktorów zajmujących się modelarstwem - pozwala bowiem zminimalizować zakłócenia radiowo - elektryczne generowane przezszczotki komutujące.
9. 150 watt audioverstar-ker der spitzenklasse,
3 str.
Projektanci ELV sięgnęli po raz kolejny po układy serii Overture firmy National Se-miconductors (znane skądinąd Czytelnikom EP). Tym razem jest to konstrukcja wzmacniacza stereofonicznego o mocy muzycznej ok. 150W. Dzięki zastosowaniu specjalnego radiatorao wymuszonym chbdzeniu całość ma stosunkowo niewielkie wymiary.
10. Universal filterschal-tungen, 5 str.
W artykule przedstawiono układ prostego filtru aktywnego pierwszego stopnia
0 dowolnie kształtowanej charakterystyce. Autor zawarł w opisie bardzo cenne informacje dotyczące zasad projektowania takich i filtrów
1 metod dobierania elementów.
11. Der eletronische schussel, 5 str.
Przegląd elektronicznych zabezpieczeń (ale nie alarmów!) stosowanych we współczesnych samochodach . Najbardziej zaawansowane rozwiązania wykorzystują system namierzania satelitarnego GPS...
12.12C tastatur board,
2 str.
Opis konstrukcji prostej klawiatury równoległej, współpracującej bezpośrednio z magistralą I2C. Rolę interfejsu klawiatura-I2C spełnia układ PCF8574.
13. Sensor-taste, 2 str.
Przykład nietypowego zastosowania przerzutnika4013 -spełnia on tu rolę bardzoczu-łego wzmacniacza i prze-rzutnika, które to elementy wykorzystano do wykrycia zwarcia styków sensora przez palec. Dzięki zastosowaniu konfigurowanego przerzutnika wyjściowego układ może pracować w trybie bistabilnym lub monosta-bilnym.
14. E-feld messgerat,
3 str.
Opis konstrukcji elektronicznego miernika natężenia po-
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 9/97
ŚWIAT HOBBY
la elektrycznego. Wskazania wyświetlane są na wskaźniku paskowym LED, którym steruje popularny układ LM3914.
EVERYDAY WITH PRACTICAL ELECTRONICS 7/97 15. Micro pest scarer, 5str.
Układ ten pozwala zapobiec niepożądanym wizytom różnych zwierząt podziemnych w naszym ogrodzie. Sterownikiem urządzenia jest
zaprogramowany mikrokont-rolerPIC12C508.
16. Karaoke echo unit, 6str.
W artykule opisano proste w wykonaniu cyfrowe echo, którego konstrukcja oparta jest na układzie firmy Holtek HT8955. Współpracuje on z pam i ęc ią dyn am ic zną 41256, gdzie magazynowane są próbki sygnału audio.
17. Infrared remote cont-
rol repeater, 4 str.
Urządzenie przyda się wszystkim fanom elektronicznych "leniuchów", ponieważ pozwala wydatn ie zwi ęk-szyć ich zasięg. Rolę wzmacniacza wejściowego spełnia układ LF411, poprzedzony j ed nostop n iowy m wzmac n ia-czem z tranzystorem
BC550. Tranzystor BC337 "napędza" diodę nadawczą I RED, która powinna być wy-celowanaw stronęodbiaor-nika.
8
Elektronika Praktyczna 9/97
RAPORT E P
Duża popularność kitów Ve!!emana zachęciła nas do publikowania cyklu artykułów "Raport EP", w których szczegółowo opisujemy konstrukcje wybranych zestawów (na podstawie oryginalnych Instrukcji). Przedstawiamy Czytelnikom uwagi dotyczące montażu i uruchomienia każdego opisywanego kitu.
Wszystkie przedstawiane w "Raporcie EP" urządzenia były zmontowane i uruchomione w laboratorium EP przez doświadczonych konstruktorów.
Przedwzmacniacz audio sterowany cyfrowo, część 2
kit YELLEMAN K-4100
Kończymy opis konstrucji
dość niezwykłego
przed wzmacniacza audio.
Dzięki zastosowaniu sterowania
cyfrowego, regulacja parametrów
toru jest bardzo precyzyjna
i nie zmieniają się one
w czasie. Zapewniają to
nowoczesne układy scalone.
Montaż układu
Cały układ przedwzmacniacza zmontowano na 4 jednostronnych płytkach drukowanych. W skład kitu, oprócz kompletu niezbędnych podzespołów, wchodzi metalowa obudowa oraz zgodna wzornic z o z tunerem płyta czołowa, wykleja-na folią z wytłoczoną klawiaturą membranową. Dwa transformatory sieciowe oraz dodatkowe akcesoria w postaci gniazd zasilania, śrub, tulejek dystansowych i wkrętów zapewniają bezproblemowy montaż bez użycia dodatkowych materiałów. Producent nie zapomniał także o załączeniu przewodów montażowych i sznura sieciowego. Podczas rozpakowywania elementów warto te drobne, mechaniczne umieścić w jakimś pudełku, co oszczędzi nasze nerwy w przypadku zapodziania któregoś z nich. Z praktyki wiemy wszyscy, jak wygląda domowy warsztat elektronika, a takie sytuacje zdarzają się bardzo często. Nie bez kozery przypominam o tym, bowiem w kicie Yellemana nie ma "zapasowych" części. Dotyczy to nawet popularnych "kołków montażowych" służących do wykonywania połączeń przewodem między płytkami drukowanymi.
histrukcja montażu napisana jest w kilku językach, brakuje jednakże wersji polskiej. Z oznaczeń w tekście łatwo jest zorientować się w kolejności montażu podzespołów na płytkach drukowanych, co jest dość istotne w urządzeniach montowanych wraz z elementami mechanicznymi. Niestety osoby nie znające np. angielskiego lub niemieckiego mogą mieć pewne trudności z montażem elementów mechanicznych. Dlatego w artykule podajemy kilka wskazówek, dzięki którym nie będzie konieczne korzystanie ze słownika podczas składania urządzenia.
Montaż należy rozpocząć od płytki przekaźnika oznaczonej symbolem P4100R. Przed wlutowaniem typowych dla montażu na płytce gniazd bezpiecznikowych warto włożyć w nie stary bezpiecznik, tak aby zachować odpowiednią odległość obu złączy i aby zmniejszyć naprężenia działające na wkładkę po jej zainstalowaniu.
Kolejnym etapem jest zmontowanie płytki odbiornika podczerwieni. Płytka oznaczona jest jako P6711P. Tu uwaga, pod układ scalony ICl nie stosujemy podstawki, a diodę LED należy zamontować w pozycji poziomej, jak pokazuje rysunek w dokumentacji kitu.
Nieco więcej uwagi i czasu należy poświęcić płytce czołowej, na której umieszczono wszystkie wskaźniki LED wraz z częścią cyfrową przedwzmacniacza. Montaż należy rozpocząć od wlutowania zwór oznaczonych jako J, rezystorów, podstawek pod układy scalone, na końcu zaś diod świecących LED. Podczas montażu należy wciskać je aż do zetknięcia się dolnej powierzchni soczewki diody z płytką drukowaną. Należy przy tym pamiętać, aby nie nagrzewać zbyt mocno skróconych w ten sposób do minimum wyprowadzeń, co mogłoby doprowadzić do uszkodzenia LED. Najlepszym sposobem jest przylutowanie najpierw jednego wyprowadzenia każdej diody, następnie odwrócenie płytki w celu odpowiedniego dogięcia diod świecących, tak aby były rozmieszczone równomiernie. Dopiero po upewnieniu się o równym rozłożeniu elementów można przylutować drugie końcówki.
Ostatnią diodą LED jest LD68 (okrągła ł=5mm], którą należy wlutować na leżąco. Odpowiedni rysunek w instrukcji wyjaśnia ten problem.
Elektronika Praktyczna 9/97
RAPORT E P
Producent kitu w celu wyeliminowania prześwitów między diodami, co zdarza się w przypadku gęstego ich upakowania, zaleca po montażu przeplecenie ich paskiem czarnej taśmy samoprzylepnej
0 szerokości ok. 13mm. Na rys.4 pokazano sposób optycznego odseparowania każdej z LED.
Montaż płytki czołowej kończy wlutowanie gniazda zaciskowego do złącza klawiatury oraz umieszczenie w podstawkach odpowiednich układów scalonych IC2...IC5.
Ze względu na dużą liczbę elementów, szczególnie biernych, płytka bazowa oznaczona jako P4100B zajmuje najwięcej czasu podczas montażu. Dla zachowania takich samych parametrów w obu kanałach stereo, jako elementy bliźniacze dla kanałów prawego i lewego, zastosowano metalizowane rezystory 1%. Wchodzące w skład kitu kondensatory są także wysokiej jakości. Całości dopełnia 20 złoconych gniazd typu "chinch", lutowanych bezpośrednio w płytkę drukowaną.
Ciekawostką jest możliwość zmiany czułości wejść przed-wzmacniacza. W instrukcji kitu podano dokładny sposób zmiany tego parametru. Polega to na obliczeniu, według podanego wzoru, rezystancji niezbędnych do uzyskania dopasowania każdego wejścia do indywidualnych potrzeb użytkownika. Ma to szczególnie znaczenie w przypadku stosowania wysokiej jakości źródeł dźwięku.
W urządzeniu jest możliwa zmiana parametrów sygnału wyjściowego sterującego bezpośrednio wzmacniaczem mocy. Wymaga to modyfikacji rezystorów R87L i R.
Przy doborze rezystancji wejściowej gniazd stosuje się zależność: Rx=(%tłumienie*23500)/(100-%tłumienie),
1 np. dla tłumienia sygnału 50% potrzebny jest rezystor o wartości 22kQ. Im większa jest wartość rezystora, tym mniejsza czułość wejścia. Należy oczywiście pamiętać, że każda zmiana rezystancji wejściowej powoduje zmianę proporcji sygnału na wyjściu dla eąuali-zera oraz RECl i REC2.
Przy doborze rezystora wyjściowego R87 stosujemy zależność: R87 = 470 * (wzmocnienie -1). Normalnie wzmocnienie wynosi 2 i np.
dla zmiany tego parametru na 4 otrzymujemy wartość R87 = 470 * 3 = 14100, czyli l,5kn (dla napięcia wyjściowego 2V).
Po podjęciu decyzji o parametrach wejściowych i wyjściowych przedwzmacniacza można zabrać się do zamontowania pozostałych elementów: diod, kondensatorów oraz na końcu elementów półprzewodnikowych, zgodnie z ogólnie przyjętymi zasadami montażu.
Po zakończeniu należy bezwzględnie jeszcze raz skontrolować poprawność wszystkich połączeń drukowanych oraz usunąć ewentualne zwarcia na płytkach.
Montaż elementów mechanicznych rozpoczynamy od przykręcenia czterech gumowych nóżek na dolnej ściance obudowy. Następnie należy przykręcić gwintowane tulejki dystansowe, z których jedna, wskazana w instrukcji, powinna mieć bezpośredni kontakt galwaniczny z obudową. W tym celu przed przykręceniem jej należy zdrapać farbę, którą pokryta jest obudowa w miejscy styku tulejki.
Następnie należy przykleić maskownicę płyty czołowej przedwzmacniacza. Ze względu na umieszczoną na niej membranową klawiaturę warto poprosić drugą osobę o pomoc. Pamiętajmy, że krzywe jej przyklejenie do frontu obudowy uniemożliwi prawidłowy odczyt nastaw - diod LED umieszczonych na frontowej płytce drukowanej. Folie najlepiej nakleić w sposób, który przedstawiliśmy w jednym z numerów EP przy okazji opisu cyfrowego tunera FM (EP 1/97).
Kolejną czynnością jest przykręcenie do obudowy gniazd sieciowych: wejściowego i wyjściowego. Na płycie czołowej należy zamontować gniazdo słuchawkowe, wkręcając je w nagwintowany otwór w blasze. W dalszej kolejności przykręcamy dwa transformatory sieciowe zaginając ich końcówki w pozycji poziomej tak, aby nie mogły zetknąć się z pokrywą obudowy po jej założeniu.
Teraz można przykręcić, do wcześniej założonych tulejek dystansowych, płytkę przekaźnika. Podczas łączenia płytki wyświetlaczy i bazowej należy posłużyć się
dwoma kablami taśmowymi, których wlutowanie będzie wymagało nieco zręczności. Prostym sposobem jest zarobienie końcówek każdej ze stron poprzez ocynowanie, po czym ścięcie ich pod lekkim skosem. Znakomicie ułatwi to włożenie 12 takich zakończeń w otwory w płytce drukowanej.
Płytkę odbiornika podczerwieni należy przykręcić jedną śrubą M3 dodając z obu stron nacinane podkładki, tak aby moduł nie obracał się, a dioda odbiorcza wraz z sygnalizacyjną LED znalazła się w okienku w płycie czołowej obudowy.
W instrukcji montażu producent zaleca stopniowe okablowywanie połączeń między płytkami, my, jak wynika z praktyki, polecamy przykręcenie przed tą operacją płyty bazowej przedwzmacniacza. Dodatkowo po tej czynności należy sprawdzić miernikiem zwarć lub omomierzem jakość połączenia galwanicznego obudowy z masą przedwzmacniacza.
Okablowanie najlepiej przeprowadzić wg załączonego w instrukcji rysunku montażowego. Pierwszą czynnością jest połączenie punktów "MAINS" na płytce przekaźnika z gniazdem wejściowym zasilania sieciowego. Gniazdo wyjściowe łączymy z punktami SW na wspomnianej płytce. W obu przypadkach należy przed przylutowaniem kabli założyć na ich końce kawałki koszulki termokurczliwej, co zabezpieczy miejsca połączeń przed przypadkowym dotknięciem podczas uruchamiania urządzenia.
Uwaga: Ze względu na występujące w układzie napięcie 220V wszystkie doprowadzenia zasilania należy bezwzględnie zabezpieczyć taśmą izolacyjną lub odcinkami koszulki termokurczliwej. Niestety, ta ostatnia nie wchodzi w skład kitu Vellemana, lecz można ją zamówić wraz z urządzeniem poprzez dział łączności z Czytelnikami. Pamiętajmy, że przedwzmacniacz posiada metalową, nieuziemioną obudowę, toteż dodatkowe środki ostrożności podczas montażu i uruchamiania są bezwzględnie konieczne.
Kolejną czynnością podczas okablowywania jest połączenie punktów RY na płytce przekaźni-
82
Elektronika Praktyczna 9/97
RAPORT E P
Rys. 4. Sposób na eliminację wzajemnego "przeświecania się' diod LED.
ka z takimi samymi na module bazowym. Następnie łączymy strony pierwotne TRAFOl i 2 z punktami TRI i TR2 na płytce P4100R, natomiast wtórne z oznaczonymi jako VA i VB kołkami na płytce bazowej .
Ostatnią czynnością wymagającą użycia kabla jest połączenie gniazda słuchawkowego z punktami na płytce modułu P4100B.
Uruchomienie
W skład zestawu wchodzi przewód sieciowy, którym należy zasilić przedwzmacniacz. Po jego włączeniu powinna zaświecić się dioda odbiornika podczerwieni (z prawej strony płyty czołowej). Dwiema parami kabli połączeniowych typu CHINCH należy połączyć wyjście i wejście opcjonalnego eąuali-zera, korzystając z gniazd na tylnej ściance obudowy. Niewykonanie tego uniemożliwi sprawdzenie poprawności działania naszego układu. Następnie należy zmierzyć napięcie na gnieździe wyjściowym kanału prawego i lewego, korzystając z miernika uniwersalnego ustawionego raz w pozycji pomiaru napięcia stałego, drugi raz zmiennego. W obu przypadkach przyrząd powinien wskazywać zero. Czynność tę należy powtórzyć po włączeniu przedwzmacniacza klawiszem POWER lub pilotem zdalnego sterowania K4101.
Po załączeniu powinny zapalić się następujące wskaźniki: PHONO, centralna dioda LED wskaźnika
BALANCE oraz wskaźnik FLAT przy regulatorze barwy tonu.
Należy sprawdzić działanie wszystkich klawiszy regulatorów "na sucho" (najlepiej dołączając źródło sygnału do jednego z wejść). Zamiast dołączania od razu końcówki mocy, warto skorzystać ze słuchawek, które przyłączamy do wyjścia HP-OUT. Jeżeli wszystko przebiegło pomyślnie, można śmiało dołączyć wzmacniacz mocy i jeszcze raz przetestować układ, wykorzystując w miarę możliwości wszystkie gniazda wejściowe. Posiadacze dowolnego eąualizera mogą dołączyć go do gniazd do tego przeznaczonych i po włączeniu funkcji FLAT sprawdzić dopasowanie korektora do naszego urządzenia. Warto przy tym sprawdzić w danych technicznych posiadanego urządzenia parametry jego wejść i wyjść.
Ci z Czytelników, którzy zdecydują się na zakup opcjonalnego pilota podczerwieni, powinni sprawdzić jego działanie testując wszystkie klawisze funkcyjne. Na końcu należy zamknąć obudowę przykręcając jej górną pokrywę. Wzmacniacz jest gotowy do pracy.
Uwagi końcowe
1. Przedstawione w artykule urządzenie posiada dużą zaletę z punktu widzenia amatora - elektronika. Mianowicie nie wymaga żadnych regulacji podczas uruchamiania. Poprawnie zmontowany układ gwarantuje działanie od pierwszego włączenia.
2. Jak się okazało, w praktyce nie jest konieczna zmiana parametrów rezystancji wejściowej układu. To samo dotyczy strony wyjścia. Do testów użyto końcówki mocy także Velleman (moc 600W). Jakość dźwięku była znakomita. Brak jakichkolwiek trzasków, przy dźwięku sieciowego i gwizdów przy korzystaniu ze słuchawek świadczy o dobrze przemyślanej konstrukcji mechanicznej urządzenia i dobrze zaprojektowanych połączeniach masy w całym układzie. Powodem zminimalizowania nieprzyjemnych zakłóceń jest także pozorne rozrzucenie w dość obszernej obudowie wszystkich bloków przedwzmacniacza, szczególnie transformatorów sieciowych.
3. Układ posiada użyteczną cechę stopniowego przywracania głośności po wyłączeniu funkcji MU-TE. Zapobiega to nieprzyjemnemu silnemu "uderzeniu" po wyłączeniu wyciszania.
4. Cyfrowe sterowanie umożliwiło w prosty sposób realizacje kilku dodatkowych funkcji, które przy konstrukcjach standardowych są nie do uzyskania. Jedną z nich jest zapamiętywanie wszystkich nastaw, a więc wzmocnienia, balansu oraz regulacji tonów, oddzielnie dla każdego źródła sygnału. Dodatkowe klawisze MEM i CALL pozwalają odpowiednio zapamiętać aktualne nastawy w pamięci mikroprocesora oraz w razie potrzeby je przywrócić.
5. Jeżeli ktoś zdecyduje się na zakup przedstawionego urządzenia, gorąco polecam zamówienie pilota podczerwieni. Jego nieduży koszt w porównaniu z ceną przedwzmacniacza jest z nadwyżką rekompensowany funkcjonalnością sterowania całego zestawu, szczególnie gdy posiadamy opisany wcześniej tuner FM.
6. Ogólna ocena prezentowanego układu jest bardzo dobra. Parametry, zarówno techniczne, jak i użytkowe urządzenia, nie odbiegają funkcjonalnością od urządzeń wyższej klasy oferowanych na rynku. Wzorowo wykonana konstrukcja mechaniczna oraz profesjonalny wygląd całości podnoszą walory użytkowe cyfrowego zestawu stereo.
7. Na koniec informacja dotycząca klawiszy dostępnych na płycie czołowej przedwzmacniacza: POWER - włącznik zasilania; INPUT SELECTOR - wybór wejścia
- wyboru dokonuje się sekwencyjnie;
VOLUME - klawisze regulacji głośności - regulacja w krokach 2dB;
MUTE - klawisz wyciszania;
BALANCE - klawisze regulacji balansu;
TONĘ CONTROL - cztery klawisze po dwa do regulacji tonów wysokich i niskich;
MEM - klawisz zapamiętania aktualnych nastaw regulatorów;
CALL - klawisz przywołania wartości domyślnych nastaw regulatorów.
SS
Elektronika Praktyczna 9/97
83
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.
Dyskryminator telefoniczny
Prezentujemy pierwszy
z projektów nagrodzonych
w konkursie EP, który hyl
poświęcony opracowaniu
system u
mikroprocesorowego na
dowolnym
mikrokon troi er ze
8-biiowym.
Jest to dyskryminaior
połączeń telefonicznych,
który zapobiega
możliwości
wykoizystywa n i a
zabezpieczanego telefonu
do doprowadzenia firmy
do sianu upadłości, o co
przy dzisiejszych
stawkach za impulsy, nie
jest trudno.
Projekt
035
Właściwości dyskrym li atora
/ współpracujez telefonem
z wyb le rani ern i mpul sowyrn, / mewyrnagazewnętrznegoźródła
zasilania, / umożliwia niezależne ustawienie
uprawmerina
1-miasto. infohnię (0300 )
i telefony komórkowe (090 ),
2-konkursy(0700 ),
3-kra|(0 ),
4-świat (00 ), / zawsze można dzwonić na numery
alarmowe (9 )
Rys. 1.
Jeśli nie możemy zdyscyplinować domowników lub pracowników a rachunki telefoniczne ciągle rosną, przyda się urządzenie, które zrobi to za nas - dyskryminator telefoniczny.
Wprawdzie Telekomunikacja Polska S.A. na żądanie abonenta może zablokować automatyczne numery kierunkowe międzynarodowe i międzymiastowe, staje się to jednak kłopotliwe, gdy naprawdę musimy gdzieś zadzwonić, a rozmowę trzeba zamawiać przez telefonistkę.
Opis układu
Schemat elektryczny układu przedstawiono na rys. 1. Dyskryminator włącza się szeregowo z aparatem telefonicznym Mostek diodowy MDI umożliwia poprawną pracę licznika niezależnie od aktualnej polaryzacji napięcia z centrali. Dioda lawinowa Dl zabezpiecza tranzystor T2 przed zbyt wysokim napięciem, mogącym pojawić się w linii telefonicznej.
Rolę stabilizatora pełni dioda Zenera D3. Przez diodę Schottky'ego D2 napięcie jest podawane na kondensatory C3 i C4. Elementy te
pełnią rolę zasilacza. Równocześnie napięcie z diody D3 jest podane na wejście Pl.O procesora Ul. Z tego wejścia procesor wczytuje informację o tym, czy płynie, czy nie płynie prąd w pętli abonenckiej. Rezystor R3 ustala próg czułości układu wejściowego. Tranzystory T2 z rezystorem Rl i Tl z rezystorem R2 pełnią rolę klucza przerywającego linię telefoniczną sterowanego z wyjścia P3.0 układu Ul. Procesor przerywa linię, gdy zostanie wybrany zabroniony numer.
Elektronika Praktyczna 9/97
85
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
Listing 1.
łłinclude eio51.li;
łdefine L_CYFR 4 / . liczba
(tdefine WEJŚCIE Pl .0 1* wejsoi
#define PRZER P3 .0 1* wyjści
łdefine CZYTAJ Pl .3 1* wyjści
#define WEJWIAT Pl .4 1* wejści
łdefine WE_KRAJ Pl .5 1* wejści
łdefine WE_KONKUI Pl 6 /* wej
łdefine WE_MIASTO Pl. 7 /* wej
cyfr nadzorowanych */
3 detektora pętli 1-płynie prąd */ Ś na klucz przerywający 1-klucz zwarty */ s zezwalające na czytanie DIP-SWITCH-a*/ -. 0 -zezwolenie na rozmowy międzynarodowe* / 0-zezwolenie na rozmowy międzymiastowe*/ Scie 0-zezwolenie na numery 0700 */
#defi #defi #defi #defi #defi #defi
ZWARCIE 2 /
PRZERWA 4 /
CYFRA 20 /
ODŁOŻENIE 1 PODNIESIENIE
MAK 255 /
odstęp
rcia w cyf
erwy w cyf
iędzy i ?yfra
dla o dłożi
dla P odni.
nia i i>rt ibek
*10
KWARC 3579545 /* częstotliwość kwarcu */
CZAS_10MS (int)(-KWARC/12 * 10/1000)
L0W( liczba ) ( (char)( (int) (liczba) ) ) HIGH( liczba ) ( (char) ( ( (int) (liczba) )
STALE
GLOBALNE
st char ALARM[] = "9. . . ";
st char MIASTO [] = "z. . . 0800090 . ";
st char KONKURSU = "0700";
st char KRAJ[] = "01. .02. .03. .04. .05..06. ,070z07z007:
st char ŚWIAT [ ] = " 00 . . ";
ZMIENNE
GLOBALNE
numer [L_CYFR] ; /* bufor odbieranych cyfr */
przerwa, zwarcie; / liczniki czasu przerwy, zwarcia
faza; /* numer fazy */
cyfra; /* numer kolejny odbieranej cyfry */
i; / zmienna indeksująca /
FUNKCJE
Ś test(char* t)
/ wraca z 1 j esli numer zawiera się we wz
char porów = 0;/* licznik porównań */
char wynik = 0;/* licznik zgodnych cyfr */
while( *t )
(
if ( numer[i]
porow++; switch( *t
pętli */
if ( numer[i] == ((*t) wynik++; break;
if ( numer[i] == 10 ) wynik++; break;
if ( numer[i] != 10 ) wynik++; break;
wynik++;
if ( i == L_CYFR ) (
i = 0;
if ( wynik == porów ) retum ( 1 );
porów = 0;
wynik = 0;
eturn( 0 );
Ślterrupt [0x0B] vo
b_imp (yoid)
/* obsługa przerwa
CZYTAJ = 0;
TR0 = 0; /* przeładuj time:
TF0 = 0;
TL0 = LOW ( CZAS_10MS ) ;
TH0 = HIGH ( CZAS_10MS ) ;
TR0 = 1;
if( !WEJSCIE ) /* czytaj sta
if ( przerwa != MAK ) przerwa++;
przerwa = 0;
if( zwarcie != MAK )
aza )
0: /* spoczynek */
if( zwarcie == PODNIESIENIE )
break;
for ( i = 0; i e L_CYFR; i++ )
cyfra = 0;
break;
if ( przerwa == PRZERWA ) /* oczekiwanie na przerwę */
if( (zwarcie == CYFRA) && (numer [cyfra] != 0) )
/* koniec cyfry */
{
if( cyfra == L_CYFR )
faza = 4; /'sprawdzono wszystkie nadzorowane cyfry*/
cyfra++; /* wczytuj następną cyfrę */ if ( ! ( test(ALARM) I I !WE_MIAST0
&& test(MIASTO) I I !WE_KONKURS && test (KONKURS) I I !WE_KRAJ && test(KRAJ) I I !WE_SWIAT && test (ŚWIAT) ) )
bre akr
if( zw arcie == ZWARCIE ) /* oczek LWi inie na zwarcie */
{
if( nu mer[cyfra ] < 10 ) /* 1 iie wi ęif( przerwa == ODŁOŻENIE ) break;
if( przerwa == ODŁOŻENIE ) faza = 5; /* dodaj włas
break;
/* rozłącz */
PRZER = 0;
faza = 0;
break;
CZYTAJ = 1;
yoid (
PROGRAM main(yoid)
G L 0 W N Y
przerwa = 0;
TMOD &= 0xfl; /* ustawienie i
TMOD 1= 0x01;
TR0 = 0;
TF0 = 0;
TŁO = Oxff;
TH0 = Oxff;
PT0 = 0;
TR0 = 1;
for(;;) /* główna pętla pro<
86
Elektronika Praktyczna 9/97
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl, R2, R5: 1 OOkO R3, Ró: lkQ R4: lOkO Kondensatory
Cl, C2: 33pF C3: 100nF/ó3V C4: 22OO^F/1ÓV Półprzewodniki
Ul: AT89C2051
Tl: BC553
T2: BCS47
T3: BC380
MDI: mostek Groelzo
1A/1OOV
Dl; BZW06^64V
D2: 1N5317
D3: C6V2 UW
D4: C3V3 LUW
Różne
Kwarc Gl: 3,579545MHz
Prełgcznik SW1: DIP4
Złgcze Zl: ARK2
Podstawko pod Ul: DIL20
Układ zerowania procesora T3, R4, R5, D4, R6 powoduje uruchomienie procesora dopiero po osiągnięciu przez napięcie zasilające poziomu około 3,5V. Zapewnia to pewny start procesora pomimo silnych wahań napięcia zasilania w czasie pracy. Przełącznik SWl umożliwia ustawienie dozwolonych kierunków dla danego telefonu.
Uruchomienie
Układ zmontowany na płytce drukowanej przedstawiono na rys. 2. Uruchomienie należy rozpocząć od
dokładnego sprawdzenia poprawności montażu. Następnym krokiem jest włączenie dyskryminatora szeregowo z aparatem telefonicznym z wybieraniem impulsowym. Po podniesieniu mikrotelefonu na kondensatorze C4 powinno pojawić się napięcie około 6V.
Następnie należy ustawić wszystkie pozycje przełącznika SWl na OFF. W tej sytuacji powinno udać się zadzwonić do numerów zaczynających się na 9, np. ze-garynki (926). Inne połączenia powinny zostać przerwane w momencie wykrycia pierwszej niedozwolonej cyfry.
Na koniec można ustawić SWl zgodnie z własnym życzeniem i układ jest gotowy do pracy.
Oprogramowanie
Program dyskryminatora napisano w języku C (IAR Systems) - list.l. Po skompilowaniu program zajmuje niecały 1KB pamięci programu i kilkadziesiąt bajtów wewnętrznej pamięci danych. Praca programu polega na odbieraniu cyfr nadawanych impulsowo przez telefon. Odbierane są pierwsze cztery cyfry. Jeżeli wybierany numer nie należy do dozwolonych, połączenie jest przerywane.
Program po wykryciu uderzenia w widełki dodaje własne rozłączenie, uniemożliwiając obejście dyskryminatora.
Tablice numerów dozwolonych są wpisane na
Rys. 2.
stałe do programu i nie ma możliwości ich zmiany. Deklaracja tablic wygląda następująco:
constcharALARM[] = "9 ", constcharMIASTO[] = "z 0800090", const char KONKURS[] = "070011, constcharKRAJ[] = "01 02 03 04 05 06 070z0ft007z08 C6 ", constcharSWIAT[] = M00 ",
Tablica ALARM[] jest dozwolona zawsze i obejmuje numery zaczynające się cyfrą "9...".
Tablica MIASTO[] jest udostępniana po zwarciu pozycji 1 SWl. Obejmuje numery zaczynające się od cyfry różnej od zera "z...", numery infolinii zaczynające się od cyfr "0800" i numery telefonów komórkowych "090.".
Tablica KONKURS[] jest udostępniana po zwarciu
pozycji 2 SWl i obejmuje numery zaczynające się na "0700".
Tablica KRAJ[] jest udostępniana po zwarciu pozycji 3 SWl. Obejmuje numery zaczynające się od "01.." do "09..", z wyjątkiem numerów zaczynających się na "0700". Można zauważyć, że tablica ta zezwala również na rozmowy z numerami infolinii i telefonami komórkowymi.
Tablica SWIAT[] jest udostępniana po zwarciu pozycji 4 SWl i obejmuje numery zaczynające się na "00..".
Funkcja sprawdzająca traktuje: cyfry - dosłownie, "z" to cyfra różna od zera, pozostałe znaki m.in. "." to dowolna cyfra. Tomasz Gumny
Elektronika Praktyczna 9/97
87
PROJEKTY ZAGRANICZNE
Tester akumulatorów NiCd z trójkolorowym wskaźnikiem LED
Prezentowane urządzenie
pozwala oszacować stopień
naładowania większości
akumulatorów NiCd
spotykanych w gospodarstwie
domowym. Stan akum ulatora
sygnalizuje trójbarwny
wskaźn ik LED, którego
czerwone świecenie oznacza
konieczność naładowania,
świecenie żółte - przydatność
do eksploatacji, świecenie
zielone - stan dobry.
Urządzenie pozwala w prosty
sposób stwierdzić, jak długo
m ożn a będzie jeszcze
eksploatować akumulator, nim
stanie się konieczne jego
ładowanie.
Prostota użytkowania na
pewno przyczyni się do
zdobycia przez tester znacznej
popularności wśród osób
mających niewiele wspólnego
z techniką, np. dzieci lub
lu dzi starszych.
Płytka testera znajduje się w niewielkiej obudowie z tworzywa sztucznego, wraz z bateriami o dużej pojemności. Urządzenie jest wyposażone w przewód z końcówką bananową, którą należy dotknąć dodatniego bieguna testowanego akumulatora. Biegunem ujemnym akumulatora (częścią dolną) należy dotknąć metalowego kołka znajdującego się w obudowie - można tego dokonać przy pomocy tylko jednej ręki. Po naciśnięciu przycisku S2 zaświeci dioda LED.
Urządzenie można wykorzystać do testowania wyłącznie akumulatorów kadmowo-nikl owych, a nie baterii. Testować można wyłącznie pojedyncze ogniwa, nie zaś zestawy zawierające kilka ogniw, jak np. PP3 o napięciu 9V. Testowane więc będą ogniwa typu "AA", "C" lub "D". Pierwsze z wymienionych są zdecydowanie najczęściej wykorzystywane w warunkach domowych.
Zawodność zasilania akumulatorowego
Stałe nadzorowanie stanu ogniw kadmowo-nikl owych jest sprawą bardzo istotną, głównie dlatego, że ich pojemności są znacznie niższe od pojemności baterii alkalicznych. Tak więc akumulator NiCd wymaga częstego ładowania i może nagle odmówić współpracy. Wydajność baterii jednorazowego użytku spada w miarę jej rozładowywania, a więc można dosyć łatwo zorientować się, że nadchodzi moment, kiedy jej wymiana będzie konieczna. Wydajność akumulatorów NiCd pozostaje niemal stała do chwili, w której przestają stanowić źródło zasilania.
Tester akumulatorów NiCd z trójkolorowym wskaźnikiem LED reaguje na poziom napięcia akumulatora, który nieco obniża się
wraz z ubytkiem ładunku. Akumulator taki po naładowaniu wykazuje - pod obciążeniem - napięcie około 1,5V. Spada ono szybko i każde wskazanie powyżej 1,4V można uważać za oznakę pełnego naładowania. Gdy akumulator straci połowę ładunku, napięcie na jego końcówkach wyniesie około 1,28V, a po utracie trzech czwartych ładunku będzie to około 1,2V. Napięcie IV oznacza kres możliwości korzystania z akumulatora.
Podczas pomiaru tester dołącza do akumulatora obciążenie, które można zwiększyć naciskając drugi klawisz urządzenia. Test z wyższym obciążeniem jest przydatny w przypadku akumulatorów
0 większej pojemności lub akumulatorów małych, pracujących z dużym obciążeniem. Chcąc uprościć urządzenie można z opcji zwiększania obciążenia zrezygnować.
Opis układu
Schemat ideowy testera akumulatorów NiCd przedstawiono na rys.l. Najistotniejsze elementy układu to źródło napięcia odniesienia 2,5V (Dl) oraz tani bipolarny wzmacniacz operacyjny ICl. ICl jest elementem niezawodnym
1 nie ulegnie zniszczeniu w razie odwrotnego podłączenia badanego akumulatora. Z taką ewentualnością niestety trzeba się liczyć, zwłaszcza jeśli testy mają być przeprowadzane przez dzieci. W przypadku odwrotnego podłączenia badanego akumulatora wskaźnik LED jest wyłączony.
Bateria Bl, złożona z dwóch połączonych szeregowo baterii litowych o napięciu 3V, stanowi 6V zasilanie układu. Pobór prądu zasilania ma miejsce tylko wtedy, gdy naciśnięty jest przełącznik S2 (TEST), tak więc można oczekiwać długiego czasu eksploatacji baterii, nawet kilku lat, w zwiąż -
Elektronika Praktyczna 9/97
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
Rys. 1. Schemat testera akumulatorów NiCd.
ku z czym powinny one nosić niedawną datę produkcji.
Naciśnięciu przełącznika S2 towarzyszy doprowadzenie zasilania do wzmacniacza operacyjnego ICl, a także przepływ prądu przez rezystor R7 i źródło napięcia odniesienia Dl. Na schemacie zostało ono oznaczone symbolem diody Zenera, ponieważ odgrywa podobną rolę. Jest to jednak znacznie bardziej dokładny element. Jeśli tylko napięcie zasilania nie jest mniejsze niż 3,5V, na Dl wystąpi spadek napięcia dokładnie 2,5V. Napięcie odniesienia doprowadzone jest do dwóch dzielników rezystancyjnych, złożonych z elementów odpowiednio R3, VR1, i R4 oraz R5, VR2 i R6. Wartości rezystorów stałych zostały dobrane w taki sposób, by zakres regulacji potencjometrami wynosił około 0,2V. W przypadku VRl zakres ten dotyczy przedziału od 1,2V do 1,4V, natomiast w przypadku VR2 - przedziału od 1,1V do 1,3V. To ograniczenie zakresu pozwala na uzyskanie bardziej dokładnych wskazań testera.
Oba wzmacniacze wchodzące w skład układu ICl pracują jako komparatory. Jeśli napięcie podane na wejście nieodwracające (+) komparatora jest wyższe niż napięcie przyłożone do wejścia odwracającego (-), stan na jego wyjściu będzie wysoki, a przy odwrotnym zwrocie różnicy napięć - niski. Wysoki stan wyjściowy w przypadku użytego wzmac-
niacza operacyjnego jest o około 2V niższy od dodatniego napięcia zasilania i wynosi w przybliżeniu 4V.
Dodatni biegun testowanego akumulatora zostaje połączony z odwracającym wejściem wzmacniacza ICla (wyprowadzenie 2), i nieodwracającym wejściem IClb (wyprowadzenie 5). Przez rezystor R2, stanowiący obciążenie ogniwa, płynie prąd o natężeniu około 60mA (wartość ta zależy od napięcia ogniwa). Takie warunki testu stosuje się w przypadku akumulatorów o niewielkich pojemnościach, np. "AA" lub "AAA". Naciśnięcie przełącznika S2 powoduje dołączenie dodatkowego obciążenia Rl, zwiększając prąd płynący z akumulatora do około 300mA.
Działanie układu zilustrowane zostanie przykładem. Przypuśćmy, że potencjometry VRl i VR2 zostały ustawione tak, że na ich suwakach występują napięcia odpowiednio 1,35V i 1,25V, które pojawią się również na wejściu nieodwracającym ICla oraz wejściu odwracającym IClb.
Załóżmy także, że napięcie testowanego akumulatora wynosi 1,4V. Jest więc on dobrze naładowany. Na wejściach komparatora ICl napięcia mają takie wartości, że stan jego wyjścia będzie niski. Czerwona część diody LED D2 będzie więc wyłączona. Wejście nieodwracające komparatora IClb spolaryzowane jest wyższym napięciem niż jego wejście od-
wracające, a więc na wyjściu IClb pojawi się stan wysoki, co spowoduje świecenie zielonej części diody LED D2.
Jeśli napięcie testowanego akumulatora wynosi tylko 1,1V, jest on prawie rozładowany. Warunki panujące na wejściach obu komparatorów są teraz odwrotne -nastąpi włączenie czerwonej diody, zielona zaś będzie wyłączona.
Załóżmy teraz, że napięcie badanego akumulatora wynosi około 1,3V, co oznacza stan średniego naładowania. Na wyprowadzeniu 3 układu ICla panuje napięcie wyższe niż na wyprowadzeniu 2, a więc czerwona dioda LED jest włączona. Także napięcie na wyprowadzeniu 5 jest wyższe od napięcia na wyprowadzeniu 6, a więc dioda zielona również świeci. Obie diody znajdują się w tej samej obudowie z półprzeźroczystego tworzywa, dzięki czemu uzyska się w efekcie świecenie żółte.
Diody mają wspólną katodę i oddzielne wyprowadzenia anod. Rezystory R8 i R9 ograniczają prądy diody zielonej i czerwonej. Ponieważ spadek napięcia na włączonej diodzie LED wynosi około 2V, a napięcie wyjściowe komparatora w stanie wysokim wynosi około 4V, to wartości R8 i R9 dobrano tak, by natężenie prądu diod wynosiło około lOmA, co zapewni dostatecznie jasne świecenie i nie będzie stanowić nadmiernego obciążenia dla baterii zasilającej tester.
Montaż i uruchomienie
Mozaikę ścieżek druku płytki testera oraz schemat rozmieszczenia elementów przedstawia rys.2.
Montaż urządzenia jest prosty
wszystkie podzespoły, wraz z bateriami Bl, mieszczą się na płytce. Jeśli opcja testowania pod zwiększonym obciążeniem nie jest potrzebna, można nie montować rezystora Rl oraz przełącznika Sl.
W płytce należy wywiercić otwory umożliwiające jej zamocowanie do obudowy oraz przymocowanie do niej baterii, pocyno-wać obszar miedzi, który będzie stanowił kontakt z ujemnym biegunem baterii.
Wlutować podstawkę pod układ scalony oraz wszystkie re-
10
Elektronika Praktyczna 9/97
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
n/c k REF25Z
Rys. 2. Mozaika ścieżek druku i schemat rozmieszczenia elementów na płytce.
zy story. Potencjometry należy mocno wcisnąć w otwory w płytce tak, aby wysokość zmontowanej płytki była jak najniższa. Również przy lutowaniu przełączników zachować minimalną długość wyprowadzeń. Pozwoli to zamontować je w pozycji stojącej oraz ułatwi montaż płytki w obudowie.
Do punktu oznaczonego "B2" przy lutować 5-cm odcinek przewodu (plecionki), a do punktu z oznaczeniem "B2+" - odcinek 20-cm podobnego przewodu, najlepiej elastycznego, o niewielkim przekroju.
Baterie stanowiące zasilanie urządzenia należy odpowiednio przygotować, tj. przy pomocy chusteczki higienicznej zetrzeć wszelkie ślady dotknięć palcami. Większa z powierzchni baterii oznaczona jest znakiem "+". Ogniwa należy położyć jedno na drugim, dodatnimi biegunami ku górze - powstanie w ten sposób połączenie szeregowe. Przycisnąć je mocno do siebie i okleić krawędzie taśmą izolacyjną z PCW. Wystające części taśmy należy obciąć tak, aby dolna i górna powierzchnia zestawu ogniw była całkowicie odsłonięte. Taśma jest jednocześnie elementem zapobiegającym zwieraniu baterii przez blaszkę dociskającą, która także pełni funkcję doprowadzenia dodatniego bieguna zasilania do płytki.
Element dociskający baterie w prototypie wykonano według rys.3. Użyto kawałka blachy mosiężnej o wymiarach 35xl5mm. Wykorzystany materiał jest dostatecznie sprężysty i sztywny, a zarazem łatwy do przycięcia i zgięcia. Dopuszczalne jest oczywiście zastosowanie innych materiałów.
Blaszkę należy równo zagiąć, używając imadła lub szczypiec. Wywiercić w blaszce otwory pod śruby w punktach odpowiadających otworom istniejącym w płytce. Zagiąć rogi blaszki przy pomocy pary szczypiec. Uwaga -zagięcia powinny być małe, tak by obejmowały tylko górną baterię.
Ułożyć baterie na płytce i nałożyć na nie blaszkę. Baterie powinny być bezpiecznie utrzymywane i mocno dociskane do p ocynowanego obszaru druku. W razie potrzeby dogiąć lub odgiąć blaszkę - należy zapewnić dobry kontakt blaszki z dodatnim biegunem zestawu baterii.
Wstawić układ ICl w podstawkę. Dokonać pomiaru położenia przełączników i otworu ustalającego, a następnie wywiercić odpowiednie otwory w pokrywie obudowy. Wykonać otwór pod kołek, stanowiący ujemny kontakt pomiarowy, oraz otwór pod przewód kabla dodatniej końcówki pomiarowej.
Kołek można wykonać spiło-wując śrubę z płaskim łbem wal-
cowym. Mocując śrubę w otworze włożyć pod nakrętkę końcówkę lutowniczą, do której zostanie przylutowany przewód łączący z punktem ,,B2-".
Zostawiając pewien nadmiar przewodu przylutowanego do punktu "B2+" między płytką a obudową zawiązać na nim węzełek, a przewód przeprowadzić następnie przez otwór obudowy. Upewnić się, że nie grozi oderwanie przewodu w miejscu przy-lutowania. Na drugi koniec przewodu założyć wtyczkę bananową o średnicy 2mm.
Założyć pokrywę obudowy na korpusy przełączników. Dioda LED D2 powinna nieco wystawać przez otwór obudowy. Założyć nakrętki na przełączniki, które stanowić będą elementy mocujące płytkę drukowaną. Zmierzyć długość kołka dystansowego, który zostanie przeprowadzony przez otwór ustalający, a następnie przyciąć kołek. Na czas uruchamiania układu zdjąć pokrywę z płytki.
Podczas regulacji wygodnie jest, przy pomocy taśmy samoprzylepnej lub gumy, zablokować przełącznik S2 w pozycji "włączony". Bez podłączenia badanego akumulatora powinna świecić czerwona sekcja diody LED.
Urządzenie można uruchomić używając tylko cyfrowego woltomierza, jednak w pierwszym okresie eksploatacji konieczne mogą
Widok z boku
15mm
Otwory do montowania
Miejsca zgięć
Widok z przodu
, . ... . 2mm Zgięcia biacny \
2mm
Rys. 3. Rysunek blaszki dociskającej baterie zasilające tester.
Elektronika Praktyczna 9/97
11
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
okazać się dodatkowe regulacje, które zapewnią poprawne działanie układu.
Uruchamiając tester przy pomocy woltomierza należy połączyć ujemny zacisk przyrządu z kołkiem znajdującym się w obudowie, natomiast zacisk dodatni - z suwakiem potencjometru VRl, który należy ustawić tak, by wskazanie woltomierza wynosiło 1,2 8V. Najłatwiej jest to zrobić dotykając końcówką przewodu woltomierza połączonego z suwakiem metalowego pierścienia, widocznego w górnej części potencjometru.
Następnie należy połączyć dodatni zacisk woltomierza z suwakiem potencjometru VR2 i ustawić suwak tak, by wskazanie wyniosło l,20V. Napięcia takie występują na akumulatorze rozładowanym do połowy i do trzech czwartych pojemności.
Inny sposób wyregulowania testera wymaga rozładowania akumulatora w kontrolowany sposób. Najlepiej użyć jako obciążenia żarówki do latarek, o parametrach l,25V/250mA. Obciążyć naładowany akumulator żarówką i zmierzyć czas, po którym świecenie żarówki osłabnie. W przypadku standardowego akumulatora "AA" (500mAh) powinno to nastąpić po upływie około 2 godzin.
Należy teraz podjąć decyzję, po upływie jakiego czasu rozładowania akumulator przestaje być dobrze naładowany, a staje się tylko nadający do użytku, czy wręcz wymagający ładowania.
Zwykle przyjmuje się, że rozładowywany krócej niż przez połowę czasu całkowitego rozładowania, akumulator może zostać uznany za dobrze naładowany, a po rozładowywaniu przez połowę do trzech czwartych czasu całkowitego rozładowania - za nadający się jeszcze do użytku. Po dłużej trwającym rozładowywaniu akumulator wymaga naładowania.
Naładować akumulator ponownie i rozładowywać (przy pomocy żarówki) przez połowę czasu całkowitego rozładowania. Następnie podłączyć akumulator do testera - powinna zaświecić zielona sekcja diody LED. Ustawić potencjometr VR2 tak, że czerwona sekcja diody LED zaczyna się włączać, dając efekt żółtawego świecenia. Rozładowywać akumulator do czasu odpowiadającego granicy przydatności do użytku. Podłączyć tester i ustawić potencjometr VRl tak, by sekcja zielona diody LED zgasła, a świeciła jedynie sekcja czerwona.
Po zakończeniu regulacji zamknąć płytkę w obudowie, wstawiając w otwór ustalający kołek dystansowy. Urządzenie nadaje się do eksploatacji.
Używając testera trzeba pamiętać , że nie należy kontrolować stanu akumulatorów bezpośrednio po wyjęciu ich z urządzenia, w którym właśnie pracowały. Akumulator powinien przed pomiarem pozostawać przez pewien czas bez obciążenia.
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl: 5,ÓQ (jeśli konieczny: patrz
tekst)
R2: 22Q
R3: 39kO
R4, R6: 43kO
R5: 47kO
R7: 2.2kO
R8, R9: 220O
VR1, VR2: 10kQ, węglowy,
pionowy
Półprzewodniki
Dl: REF25Z, precyzyjne źródło
napięcia odniesienia 2,5V
D2: trójbarwna dioda LED, (|)5mm
IC1: LM358N
Różne
Bl: bateria litowa CR2032,
20mm, 2szt.
Sl, S2: miniaturowy przełącznik
(ew. 1 - patrz tekst)
podstawka 8-nóżkowa
wtyk bananowy
kołek dystansowy z tworzywa
sztucznego
cyna, końcówka lutownicza, śruba
M3 z nakrętką itp.
Wiedzy w zakresie stosowania zwiększonego obciążenia użytkownik nabierze w miarę zdobywania doświadczenia, jednakże przy zwykłych, małych akumulatorach obciążenie to raczej nie będzie potrzebne. Terry de Vaux-Balbirnie
Artykuł publikujemy na podstawie umowy z redakcją miesięcznika "Everyday Practical Electronics".
Elektronika Praktyczna 9/97