2003 08 Szkoła konstruktorów klasa II

Szkoła Konstruktorów

Elektronika dla Wszystkich

(szczególnie 16-segmentowe LED-y oraz ze-
gar PCF8583). (...) Ze względu na małą
liczbę wyprowadzeń procesora zastosowałem
dodatkowy zatrzask U3 typu 74HCT573. (...)

Oryginalny schemat pokazany jest na ry-

sunku 6. Dwie strony płytki tego niecodzien-
nego urządzenia pokazane są na fotografiach
6 i 7. Jak widać na fotografii 6, Michał przy-
słał też drewniane elementy podstawki, two-
rzącej wraz z płytką konstrukcję do postawie-
nia na biurku. Gratuluję młodemu uczestniko-
wi pomysłu i realizacji! Projekt wykonany
przy użyciu SMD jest zbyt trudny dla więk-
szości Czytelników, ale na pewno taki układ,
właśnie ze względu na stopień trudności (wy-

konanie płytki, zdobycie elementów, montaż),
może dla niektórych stanowić interesujące
wyzwanie. Kto chciałby wykonać coś podob-
nego, szerszy opis, projekt płytki w Protelu
oraz pliki źródłowe programu znajdzie na
stronie internetowej jako Koziak.zip (99kB).

Podsumowanie

Bardzo się cieszę, że aż trzy nadesłane pro-
jekty mogłem skierować do publikacji (Zie-
liński, Biadalski, Wiązania). Dwa dalsze
godne większego zainteresowania (Knioła,
Koziak) opisałem pokrótce, a komplety ory-
ginalnych materiałów dostępne są na naszej
stronie internetowej. Tym samym plon zada-
nia 86 uważam za znakomity. Szczerze
mówiąc, zabrakło mi tylko „ręcznego” kalen-
darza. Jeden z pomysłodawców zadania za-
proponował budowę układu, gdzie ręczna in-
gerencja zwyczajnym przyciskiem zmienia-
łaby datę i przypominałaby zrywanie kartek
w klasycznym kalendarzu. Brak takiego ład-
nego świecącego „ręcznego” kalendarza to
jest mój jedyny niedosyt dotyczący tego za-
dania. Nic nie szkodzi – wszystko wskazuje,
że modułowy „ręczny” kalendarz będzie te-
matem jednego z następnych zadań.

W podsumowaniu zadania chciałbym pod-

kreślić, iż wielu uczestników po analizie
odrzuciło pomysł elektronicznego terminarza.
Zwracali uwagę na trudność wprowadzania
informacji. Doceniam wnioski tych, którzy

zrezygnowali z rozbudowanych
układów i uniknęli niepotrzeb-
nych kosztów, na przykład
w kwestii wprowadzania da-
nych. Inni chcieli zastosować
klawiaturę jak w klasycznym te-
lefonie komórkowym i wpisy-
wać tekst jak przy pisaniu SMS-
ów. Ktoś zaproponował dużą
klawiaturę od komputera PC,
a jeszcze inni chcieli ładować
zawartość terminarza z kompu-
tera PC przez port szeregowy.

Niektórzy słusznie uznali, że nie ma sensu
tworzenie konkurencji dla terminarzy dostęp-
nych w telefonach komórkowych i kompute-
rach: jeśli terminarz z małym wyświetlaczem
LCD miałby współpracować z komputerem
PC, to czy warto w ogóle robić takie urządze-
nie? Również i ja mam wątpliwości, czy sza-
ry, mały wyświetlacz LCD umieszczony
w niezgrabnej obudowie może konkurować
z wyrobami fabrycznymi. Cieszę się, iż
znaczna część osób wyraźnie podkreśliła, że
należy poważnie rozważyć stosunek nakładu
pracy i kosztów do efektu. Ja rozumiem, jak
wielką satysfakcję daje samodzielne wykona-
nie jakiegokolwiek działającego urządzenia,
jednak lepiej skoncentrować się na urządze-
niach, których nie można kupić w sklepach.
Stąd znacznie wyżej oceniam zaproponowane
urządzenia z diodami i wyświetlaczami LED.
Również i ja uważam, iż tylko takie wyświe-
tlacze dadzą potrzebny efekt, zwłaszcza 16-
segmentowe wyświetlacze alfanumeryczne.

Gratuluję wszystkim Kolegom wymienio-

nym z nazwiska. Przykro mi, że nie mogę
wszystkich obdarować nagrodami i upominka-
mi, niech nagrodą będzie przyjemność zapre-
zentowania się ogromnej rzeszy Czytelników
EdW. Nagrody za zadanie 86 otrzymują Mi-
chał Koziak i Paweł Knioła. Nagrody czy ra-
czej upominki książkowe, a po publikacji ho-
noraria otrzymają Arkadiusz Zieliński, Ro-
man Biadalski i Marcin Wiązania. Upomin-
ki otrzymają też: Dawid Lichosyt, Piotr
Bechcicki, Krzysztof Żmuda, Jarosław Tar-
nawa i Mariusz Chilmon. Aktualna punkta-
cja zawarta jest w tabeli. Ponawiam prośbę: je-
śli nadsyłacie pracę do Szkoły e-mailem, poda-
wajcie od razu swój adres pocztowy, a przynaj-
mniej miejscowość zamieszkania. Serdecznie
zapraszam do udziału w rozwiązywaniu kolej-
nych zadań i do nadsyłania prac w terminie.

Wasz Instruktor

Piotr Górecki

Fot. 6 Model Michała Koziaka

Fot. 7 Strona elementów modelu Mi-

chała Koziaka

- Szkoła KKonstruktorów klasa III

Rozwiązanie zadania 86

W EdW 4/2003 na stronie 36 zamieszczony
był schemat mikroprocesorowej, dwukanało-
wej laserowej bariery świetlnej do naprowa-
dzania samochodu podczas wjazdu do gara-
żu, nadesłany jako rozwiązanie jednego z po-
przednich zadań. Oryginalny schemat poka-
zany jest na rysunku A. Kontaktron zamoco-
wany w drzwiach ma zapewnić automatycz-
ne włączenie na stałe modułów laserowych

i mikroprocesora podczas wjeżdżania do ga-
rażu. Jeśli samochód przetnie jeden z torów
świetlnych, włączy się brzęczyk i zaświeci
dioda LED podświetlająca strzałkę, sugerują-
cą zmianę kierunku jazdy.

Nieprzypadkowo w rubryce Co tu nie

gra? zamieściłem schemat urządzenia oparte-
go na mikroprocesorze. Po kursach dotyczą-
cych mikroprocesorów coraz więcej rozwią-
zań i projektów wykorzystuje te nad wyraz

pożyteczne i nowoczesne elementy. Mikro-
procesory oferują naprawdę fantastyczne
możliwości i genialnie ułatwiają konstrukcję
rozmaitych urządzeń. Nie można jednak bez-
krytycznie dać się porwać fali fascynacji ich
możliwościami. Problem w tym, że wielu po-
czątkujących koncentruje się na programie
i traktuje zupełnie po macoszemu wszystko,
co współpracuje z mikroprocesorem. Rezulta-
tem są elementarne błędy wielu osób, które za

Elektronika dla Wszystkich

Szkoła Konstruktorów

mało czasu poświęcają podstawom elektro-
nicznego rzemiosła. W Elektronice dla
Wszystkich musimy i chcemy poświęcać mi-
kroprocesorom odpowiednią ilość miejsca.
Nie możemy jednak pomijać klasycznych
układów, które znakomicie kształcą. Kto naj-
pierw pozna dobrze klasyczne układy elek-
troniczne, a potem „przesiądzie się” na mi-
kroprocesory, bardzo wiele zyska. Kto chce
od razu zostać „mikroprocesorowym kon-
struktorem” bez gruntownego opanowania
podstaw, jest skazany na liczne błędy i fru-
stracje. Przykładem jest prezentowany sche-
mat. Powyższe uwagi absolutnie nie mają na
celu ośmieszyć „mikroprocesorowców” –
chodzi tylko o właściwą kolejność nauki
(oczywiście jak zawsze, nie podaję też żad-
nych informacji ułatwiających „namierze-
nie” twórcy schematu – osoba Autora nie ma
tu nic do rzeczy, chodzi tylko o to, żebyśmy
się wszyscy czegoś nauczyli). Mikroproceso-
ry to nie tylko programowanie, ale też grun-
towna znajomość podstaw warsztatu elektro-
nicznego. Autora schematu serdecznie za-
chęcam do dalszych prób – przede wszyst-

kim prób praktycznych, najlepiej na bazie
mniej skomplikowanych układów scalonych.
A jeśli chodzi o zamieszczony schemat, na-
płynęło wiele prac z licznymi uwagami. Za-
cznijmy od drobiazgów.

Wielu uczestników sygnalizowało zły

symbol fotorezystora i kontaktronu na sche-
macie. Rzeczywiście, zazwyczaj dla kontak-
tronu i fotorezystora używa się nieco innych
symboli, ale nie ma to żadnego znaczenia
praktycznego. Autor po prostu wykorzystał
symbole popularnych elementów bibliotecz-
nych, dostępne w używanym programie, stąd
taka forma. Trzeba pamiętać, że to tylko
schemat, więc sposób jego narysowania nie
ma znaczenia dla działania układu. Nie moż-
na uznać tego za błąd.

Pojawiły się też w odpowiedziach błędne

sugestie. Nie trzeba na przykład podciągać
do plusa zasilania końcówki P1.2 współpra-
cującej z kontaktronem – wystarczy wewnę-
trzny rezystor podciągający. Tylko końcówki
P1.0 i P1.1, jako wejścia komparatora analo-
gowego, nie mają rezystorów podciągają-
cych.

Drobną i nieznaczącą usterką jest też brak

wartości rezystorów R4, R5. Może on mieć
wartość w szerokim zakresie 2,2k

Ω...470kΩ.

To wygląda na zwyczajne przeoczenie.

Usterką o większym znaczeniu jest od-

wrotne włączenie tranzystora T2, ale wyglą-
da na to, że zamiana miejscami kolektora
i emitera też jest przypadkowym przeocze-
niem – tranzystor T1 jest włączony prawidło-
wo. Za podobny przykład roztargnienia
uznaję obecność napisu 12V przy przekaźni-
ku. Jak wiadomo, procesor 89C2051 może
być zasilany napięciem co najwyżej 6V, więc
można po prostu zastosować przekaźnik 5-
woltowy. Można też zasilić przekaźnik na-
pięciem +12V, ale wtedy trzeba byłoby ozna-
czyć etykietkę zasilania skrótem innym niż
VCC. Przekaźnik 5-woltowy dużej mocy
może pobierać ponad 100mA, a 12-woltowy
ponad 50mA. Tymczasem wzmocnienie tran-
zystora T3 typu BC337-16 może być równe
100x (katalog podaje wartość 100...250).
Wobec tego prąd bazy powinien być większy
niż 1mA dla przekaźnika 5V i 0,5mA dla
przekaźnika 12-woltowego. Tymczasem prąd
bazy będzie mniejszy i to nie tylko z powodu
dużej wartości R9. Przy takim połączeniu na-
leżało zastosować tranzystor Darlingtona,
np. BC617, który przy takich prądach ma
wzmocnienie powyżej 10000x.

Właściwie już tu doszliśmy do głównych

błędów w układzie. Kilku uczestników
stwierdziło, że wartość R9 jest za duża i na-
leży ją zmniejszyć. Tak byłoby, gdyby pro-
cesor był typu 90S2313, gdzie wydajność
wyjść w stanie wysokim jest duża i przekra-
cza 10mA. Pomysłodawca układu zapo-
mniał albo nie wiedział, że w procesorze
89C2051 spoczynkowa wydajność wyjść
w stanie wysokim jest znikoma – gwaranto-
wana wydajność prądowa wyjść procesora
89C2051 w stanie wysokim jest mała, rzędu
kilkudziesięciu mikroamperów. Tylko
w stanie niskim wyjścia mają dużą wydaj-
ność, ponad 20mA.

I właśnie tu tkwią najważniejsze błędy.

Mała wydajność wyjść w stanie wysokim po-
winna zapewnić prawidłowe działanie tran-
zystora T4 i brzęczyka ze względu na mały
pobór prądu. Ale tak mały prąd wyjściowy
procesora na pewno nie wystarczy do wyste-
rowania tranzystora T3 typu BC337. Tym
bardziej nie wystarczy do zaświecenia super-
jasnych diod LED D3, D4 – przy prądzie kil-
kudziesięciu mikroamperów będą praktycz-
nie niewidoczne. Wartość rezystorów R2, R3
nie ma znaczenia.

I tu doszliśmy do błędu, który najbardziej

rzuca się w oczy. Ewidentnym nieporozu-
mieniem jest dołączenie modułów lasero-
wych wprost do wyjść procesora. Jak wiado-
mo, przy małych prądach dioda laserowa za-
chowuje się jak zwykła dioda LED. Dopiero
przy prądach powyżej wartości progowej,
wynoszącej kilkadziesiąt miliamperów,

Marcin W

Wiązania Busko Zdrój . . . . . . . . . . . 162

Mariusz CChilmon Augustów. . . . . . . . . . . . . . 96

Dariusz DDrelicharz Przemyśl . . . . . . . . . . . . . 92

Michał SStach Kamionka Mała . . . . . . . . . . . . 86

Jarosław TTarnawa Godziszka . . . . . . . . . . . . . 54

Roman BBiadalski Zielona Góra . . . . . . . . . . . 53

Michał KKoziak Sosnowiec . . . . . . . . . . . . . . 51

Jarosław CChudoba Gorzów Wlkp. . . . . . . . . . 49

Marcin M

Malich Wodzisław Śl. . . . . . . . . . . . . 44

Krzysztof KKraska Przemyśl . . . . . . . . . . . . . . 41

Piotr RRomysz Koszalin . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

Bartłomiej RRadzik Ostrowiec Św. . . . . . . . . . 37

Piotr W

Wójtowicz Wólka Bodzechowska . . . . . 37

Rafał SStępień Rudy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

Arkadiusz ZZieliński Częstochowa . . . . . . . . . . 34

Dawid LLichosyt Gorenice . . . . . . . . . . . . . . . 30

Dariusz KKnull Zabrze . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

Szymon JJanek Lublin . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

Filip RRus Zawiercie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

Piotr DDereszowski Chrzanów . . . . . . . . . . . . . 24

Piotr BBechcicki Sochaczew . . . . . . . . . . . . . 23

Radosław CCiosk Trzebnica . . . . . . . . . . . . . . 22

Mariusz CCiołek Kownaciska . . . . . . . . . . . . . 20

Robert JJaworowski Augustów . . . . . . . . . . . . 20

Jakub KKallas Gdynia . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

Jacek KKonieczny Poznań . . . . . . . . . . . . . . . 20

Bartek CCzerwiec Mogilno . . . . . . . . . . . . . . . 18

Jakub JJagiełło Gorzów Wlkp. . . . . . . . . . . . . 18

Michał PPasiecznik Zawiszów . . . . . . . . . . . . . 18

Radosław KKoppel Gliwice . . . . . . . . . . . . . . . 17

Łukasz CCyga Chełmek . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

Piotr PPodczarski Redecz . . . . . . . . . . . . . . . . 16

Andrzej SSadowski Skarżysko-Kam. . . . . . . . . 16

Jakub Świegot Środa Wlkp. . . . . . . . . . . . . . 16

Tomasz GGajda Wrząsawa . . . . . . . . . . . . . . . 15

Maciej JJurzak Rabka . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

Ryszard M

Milewicz Wrocław . . . . . . . . . . . . . . 15

Emil UUlanowski Skierniewice . . . . . . . . . . . . 15

Krzysztof Żmuda Chrzanów . . . . . . . . . . . . . . 15

Artur FFilip Legionowo . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

Dawid KKozioł Elbląg . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

Paweł SSzwed Grodziec Śl. . . . . . . . . . . . . . . 14

Aleksander DDrab Zdziechowice . . . . . . . . . . . 13

Wojciech M

Macek Nowy Sącz . . . . . . . . . . . . 13

Michał GGołębiewski Bydgoszcz . . . . . . . . . . . 12

Zbigniew M

Meus Dąbrowa Szlach. . . . . . . . . . 12

Tomasz JJadasch Kęty . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

Sebastian M

Mankiewicz Poznań . . . . . . . . . . . 11

Marcin PPiotrowski Białystok . . . . . . . . . . . . 11

Andrzej SSzymczak Środa Wlkp. . . . . . . . . . . 11

Marcin DDyoniziak Brwinów . . . . . . . . . . . . . 10

Bartek SStróżyński Kęty . . . . . . . . . . . . . . . . 10

Mariusz CCiszewski Polanica Zdr. . . . . . . . . . . 9

Filip KKarbowski Warszawa . . . . . . . . . . . . . . . 9

Paweł KKnioła Lublewo . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

Arkadiusz KKocowicz Czarny Las . . . . . . . . . . . 9

Witold KKrzak Żywiec . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

Piotr KKuśmierczuk Gościno . . . . . . . . . . . . . . 9

Kamil UUrbanowicz Ełk . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

Michał W

Waśkiewicz Białystok . . . . . . . . . . . . 9

Piotr W

Wilk Suchedniów . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

Tomasz BBadura Kędzierzyn . . . . . . . . . . . . . . 8

Krzysztof BBudnik Gdynia . . . . . . . . . . . . . . . . 8

Adam CCzech Pszów . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

Krzysztof GGedroyć Stanisławowo . . . . . . . . . . 8

Rafał KKobylecki Czarnowo. . . . . . . . . . . . . . . 8

Przemysław KKorpas Skierniewice . . . . . . . . . 8

Sławomir OOrkisz Kuślin . . . . . . . . . . . . . . . . 8

Punktacja Szkoły Konstruktorów

Szkoła Konstruktorów

Elektronika dla Wszystkich

zachodzi zjawisko laserowe. Okazuje się
więc, że nie tylko w przedstawionym ukła-
dzie dołączenie laserów jest błędne. Nawet
włączenie laserów między plus zasilania
a porty jest niedopuszczalne. W karcie kata-
logowej procesora 89C2051 podane jest, że
przy zasilaniu +5V przy prądzie wyjściowym
20mA napięcie na końcówce nie przekroczy
0,5V, czyli na obciążeniu pozostanie 4,5V.
Dołączenie modułu laserowego wymaga na-
pięcia zasilającego około 3V. Można się
spodziewać, że przy takim obciążeniu rze-
czywisty prąd wyjściowy procesora będzie
znacznie większy od 20mA i może wystar-
czyć do pracy lasera. Nie ma jednak co do te-
go pewności, a ponadto w karcie katalogowej
znajduje się ważna uwaga, odnosząca się do
obciążenia wyjść w stanie niskim: Under ste-
ady state (non-transient) conditions, IOL
must be externally limited as follows: Maxi-
mum IOL per port pin: 20 mA, Maximum to-
tal IOL for all output pins: 80 mA. If IOL
exceeds the test condition, VOL may exceed
the related specification. Pins are not gua-
ranteed to sink current greater than the listed
test conditions.

Uwaga ta przekreśla także możliwość

„wyduszenia” z wyjść procesora prądu
znacznie większego niż 20mA. I na tę naj-
większą wadę układu słusznie zwróciła uwa-
gę większość uczestników.

Za drugą poważną wadę większość ucze-

stników uznała wykorzystanie niemodulowa-
nego promienia światła. Rzeczywiście, taki
układ zostanie „oszukany” przez jakiekol-
wiek źródła światła. Umieszczenie fotorezy-
storów w rurkach poprawi sytuację, ale też
nie zagwarantuje poprawnej pracy systemu.
Bardzo skutecznym rozwiązaniem byłoby
wykorzystanie odbiorników TFMS5360 lub
SFH506-36 reagujących na paczki impulsów
o częstotliwości 36kHz. Taka impulsowa ba-
riera podczerwieni byłaby odporna nie tylko

na światło widzialne, ale też na niemodulo-
wane promieniowanie podczerwone. Przy
rozsądnym napisaniu programu przebieg
o częstotliwości 36kHz można wytworzyć za
pomocą procesora.

Poszczególni uczestnicy zgłosili jeszcze

inne uwagi. Oto przykłady:
- Jeżeli bowiem oświetli się garaż, to nawet
najjaśniejszych diod nie będzie w nim widać.
Dlatego proponowałbym zastąpić je małymi
żaróweczkami podświetlającymi odpowiedni
napis, wtedy oczywiście będzie niezbędne
użycie tranzystorów z opornikami.
- Sprawa kontaktronu. Z własnego doświad-
czenia wiem, że tak podłączony będzie spra-
wiał problemy. Efektem jego działania będzie
sporadyczne załączanie się światła. Wszystko
przez drgania styków, które będą wywoływać
niepożądane skutki. Oczywiście istnieją pro-
gramowe sposoby wyeliminowania tego efek-
tu, ale po co „chodzić dłuższą drogą”? Wy-
starczy wstawić kondensator ceramiczny
o wartości 100nF i będzie dobrze.
- Jeśli zastosować przekaźnik 5V, to warto
byłoby sterować nim za pośrednictwem tran-
zystora PNP od strony plusa zasilania - po
starcie na wyjściu procesora pojawia się stan
wysoki (czyli przekaźnik byłby wyłączony).
Ta sama uwaga może dotyczyć też buzzera.
- Rezonator 11,059 MHz jest przysłowiową
„armatą na wróbla”. Przy tak prostym ukła-
dzie wystarczy 1MHz, a nawet ceramiczny
500kHz, przy czym dla tego ostatniego ko-
densatory C2 i C3 powinny mieć większą po-
jemność - o około 15pF.
- Jeśli fotorezystory są silnie oświetlone -
żadna strzałka nie świeci się. Jeśli któraś
wiązka laserowa zostanie przecięta - zapala
się odpowiednia dioda LED. Brzęczyk włą-
cza się razem z każdym z LED-ów. (...) Układ
o takim działaniu można zrobić bez stosowa-
nia żadnych układów scalonych, wystarczy
jedynie kilka tranzystorów!

Nagrody-upominki za najlepsze odpowiedzi

otrzymują: Piotr Krzyżaniak - Rybnik, Rafał
Zięba - Kality, Paweł Konopacki - Gliwice.

Zadanie 90

Na rysunku B pokazany jest schemat układu
nadesłany jako rozwiązanie jednego z po-
przednich zadań Szkoły. Ma to być aktywny
tor podczerwieni.
Jak zwykle pytanie brzmi:

Co tu nie gra?

Proszę o możliwie krótkie odpowiedzi. Czy

idea jest błędna, czy tylko chodzi o drobną
usterkę? Kartki, listy i e-maile oznaczcie dopi-
skiem NieGra90 i nadeślijcie w terminie 45 dni
od ukazania się tego numeru EdW. Autorzy
najlepszych odpowiedzi otrzymają upominki.

Piotr Górecki