plik

LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 4/99

ELEKTOR w EdW

Elle

r w

w E

Wskaźnik ładowania baterii z zasilacza sieciowego

hoćbyś  był  dum−
nym  posiadaczem
najnowszej,  auto−

matycznej ładowarki akumulato−
rów  NiCd,  ciągle  możesz  mieć
kłopot  z nietypową  “niekompa−
tybilną”  baterią,  na  przykład
o rzadko  spotykanym  napięciu
lub  wymagającą  dużo  większe−
go  prądu  ładowania  niż  ten,  ja−
kiego może dostarczyć twoja ła−
dowarka  ze  sklepowej  półki.
W takich  przypadkach  uwaga
wielu osób zwraca się w stronę
regulowanych  zasilaczy  siecio−
wych  (o prądzie,  powiedzmy,
500mA), ponieważ jest to praw−
dopodobnie  najtańszy  sposób
zapewnienia  napięcia  i prądu
stałego  wymaganego  do  łado−
wania  baterii.  Taki  “przyzagro−
dowy” system ładowania, choć
szybki i niezbyt wydajny, jednak
działa.  Trzeba  jednak  pamiętać,
że  podlega  następującym  ogra−
niczeniom:

1. Powinieneś mieć jasny

pogląd odnośnie wartości prądu
ładowania.  W przypadku  stoso−
wania  zasilacza  regulowanego,
ale niestabilizowanego, możesz
regulować  prąd  regulując  sko−
kowo napięcie wyjściowe.

2. Musisz wiedzieć, czy prąd

rzeczywiście płynie przez bate−
rię. Tym samym wskaźnik prze−
pływu prądu jest o wiele bar−
dziej przydatny, niż wskaźnik na−
pięcia.

3. Aby zabezpieczyć cię

przed zapomnieniem o cyklu ła−
dowania, wskaźnik powinien
być widoczny tam, gdzie często
przebywasz.

W przedstawionym tu ukła−

dzie  dioda  LED  świeci,  gdy  na−
pięcie  baza−emiter  tranzystora
przekracza około 0,2V. Przy uży−
ciu  rezystora  szeregowego
o wartości  1

Ω

, jak na schema−

cie,  zaświeci  się  przy  prądzie
około  200mA,  a przy  około
40mA,  jeśli  R1  zostanie  zastą−
piony przez rezystor 4,7

Ω

Ubytek napięcia spowodo−

wany przez ten wskaźnik nie
może nigdy przekroczyć napię−
cia baza−emiter (U

) tranzysto−

ra,  czyli  około  0,7V.  Nawet  jeśli
prąd  płynący  przez  R1  jeszcze
wzrośnie  ponad  poziom,  przy
którym U

= 0,7V, baza tranzy−

stora “wchłonie” nadmiar prą−
du. Proponowany tutaj tranzy−

stor BU406 w obudowie TO−
220 może pracować z prądem
bazy do 4A (można wykorzystać
jakikolwiek inny tranzystor dużej
mocy − przyp. red. EdW).

Przy pomocy takiego wska−

źnika ładowania możesz prze−
zwyciężyć wymienione powyżej
ograniczenia 2 i 3.

Pozostaje problem znajomo−

ści wymaganego prądu. Jak dłu−
go U

pozostaje poniżej mniej

więcej 0,6V, napięcie na R1 jest
wiarygodnym wskaźnikiem prą−
du  ładowania.  Zamiennie  mo−
żesz  włączyć  amperomierz,  by
określić  prąd  ładowania  przy
różnych  ustawieniach  napięcia
wyjściowego zasilacza. Następ−

nie  powinieneś  wybrać  pomię−
dzy  rozsądnie  szybkim  ładowa−
niem, powiedzmy, przez 6−7 go−
dzin  prądem  C/5  lub  wolniej−
szym,  np.  przez  14  godzin  prą−
dem  C/10.  C jest  pojemnością
baterii  w (mili−)amperogodzi−
nach,  zazwyczaj  nadrukowaną
na baterii. Ogólnie, im mniejszy
prąd  ładowania,  tym  mniejsze
ryzyko  uszkodzenia  baterii,  jeśli
zapomnisz wyłączyć ładowarkę.

W pewnych przypadkach bę−

dzie możliwe wbudowanie ukła−
du  do  zasilacza  sieciowego.
Może  to  być  jednak  niebez−
pieczne  z powodu  obecności
napięcia  sieciowego  wewnątrz
obudowy  zasilacza.  Innym  roz−
wiązaniem  jest  umieszczenie
układu  w obudowie  pilota  zdal−
nego sterowania.

Układ nie jest zabezpieczony

przed odwrotną polaryzacją ba−
terii. Jeśli takie zabezpieczenie
jest niezbędne, należy wprowa−
dzić bezpiecznik bądź inny prze−
rywacz obwodu.

Prro

ojje

ktt:: J

J.. G

nzza

alle

ezz

s.. 1

1..

Powielacz impedancji wejściowej

mpedancja

wejściowa

układów

wzmacniacza

operacyjnego ze sprzęże−

niem dla prądów zmiennych nie−
mal  całkowicie  zależy  od  rezy−
stancji  ustalającej  stałoprądowy
punkt  pracy.  Jeśli  stosowany
jest wzmacniacz CMOS lub FET,
impedancja  wejściowa  samego
układu  scalonego  jest  bardzo
wysoka. Natomiast wypadkowa
rezystancja  wejściowa  układu
zależy właśnie od wartości opor−
ników  zastosowanych  w obwo−
dach  wejściowych  (lub  obwo−
dach  sprzężenia  zwrotnego).
Ostatecznie  oporność  wejścio−
wa  układu  zbudowanego  przy

użyciu współczesnego wzmac−
niacza operacyjnego może się−
gnąć 10M

Ω

. Jeśli potrzebna jest

jeszcze większa wartość, można
skorzystać z

układu “boot−

strap”,  umożliwiającego  pod−
wyższenie  impedancji  wejścio−
wej  do  bardzo  wysokich  warto−
ści. Na schemacie rezystory R1
plus R2 tworzą obwód określają−
cy  stałoprądowy  punkt  pracy
układu  wzmacniacza  operacyj−
nego  IC1.  Bez  dalszych  działań,
impedancja  wyjściowa  wynio−
słaby  około  20M

Ω

. Jednak sy−

gnał wyjściowy jest podany
zwrotnie (w fazie) na obwód
wejściowy tak, że prąd zmienny

płynący przez R1 jest radykalnie
mniejszy. Impedancja wejścio−
wa Zin dla przebiegów zmien−
nych wyniesie:

Zin =[(R2+R3)/R3](R1+R2)]

Przy wartościach elementów,

jak na schemacie, Zin ma war−
tość około 1G

Ω

Układ pobiera prąd około 3mA.

Prro

ojje

ktt:: H

H.. B

d R

d.. E

W::

Układ tego typu może być

zrealizowany  z użyciem  dowol−
nego  wzmacniacza  operacyjne−
go  o małym  (stałym)  prądzie
polaryzacji  wejść  np.:  TL071
TL081.

s.. 1

1..

Prezentowany układ nie

jest najnowocześniejszym su−
perszybkim  przetwornikiem.
Jeśli szukasz jakiegoś rozwią−
zania superszybkiego i wyrafi−
nowanego,  z czystym  sumie−
niem  pomiń  ten  artykuł.  Jeśli
jednak  czasem  potrzebujesz
przetworzyć równoległe infor−
macje 8−bitowe na szeregowe
i przesłać  je  z prędkością  nie
większą  niż  9600  bodów,  nie
przegap tego prostego układu.
Jeśli  poszukujesz  prostego
i niezbyt wyrafinowanego roz−
wiązania,  właśnie  ten  układ
może  się  okazać  najbardziej
odpowiednim blokiem.

Niniejszy artykuł pokazuje,

jak  zatrudnić  kilka  najzwyklej−
szych układów scalonych TTL
do przetwarzania danych rów−
noległych  na  format  szerego−
wy.  Format  transmisji  jest
standardowy: 8 bitów danych,
jeden bit stopu i brak bitu pa−
rzystości  −  w praktyce  usta−
wienie  takie  będzie  odpowie−
dnie dla wszystkich, no może
z wyjątkiem  najbardziej  egzo−
tycznych przypadków.

Schemat elektryczny prze−

twornika równoległo−szerego−
wego można znaleźć na rry

y−

u 1

1. Sercem układu jest

układ  scalony  IC3,  typu
74LS150.  Jest  on  odpowie−
dzialny  za  właściwe  przetwa−
rzanie równoległo−szeregowe.
Osiem  z szesnastu  wejść  te−
go multipleksera jest połączo−
nych  wejściem  równoległym,

czyli  złączem  K2.  Wejście  0
(nóżka  8)  układu  scalonego
IC3  reprezentuje  bit  startu,
a wejścia  1  do  8  (nóżki  1...7
i 23) − bity danych. Na koniec,
wejście  (nóżka  22)  służy  do
generowania  bitu  stopu.  Wej−
ścia multipleksera 74LS150 są
kolejno uaktywniane za pośre−
dnictwem licznika BCD IC2 ty−

pu  74LS160  (74HC160).  Każ−
de  wciśnięcie  przycisku  S1
powoduje, że licznik 74LS160
liczy w górę od 0 do 9 i w ten
sposób  dostarcza  odpowie−
dnich  kodów  BCD  do  wejść
A − D (nóżki 11, 13...15) multi−
pleksera  IC3.  W wyniku  dzia−
łania  kondensatora  C2,  to  sa−
mo dzieje się po włączeniu za−

silania. W rezultacie jeden bajt
zostaje przetworzony i prze−
słany.

Jeśli układ jest wykorzysty−

wany jako podzespół większe−
go  urządzenia,  elementy  R1,
R2,  C1  i S2  można  pominąć,
natomiast  wejście  IC1a połą−
czyć z odpowiednim układem
sterującym.

Elle

r w

w E

LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 4/99

Przetwornik równolegle/szeregowo
Z ośmiu na jeden i na odwrót

ażżd

y k

utte

err m

a p

prrzzy

ajjm

niie

ejj ttrrzzy

y p

orrtty

y::

a s

szze

erre

e ((o

ozzn

czza

e c

czzę

ęs

stto

o R

S−

2)) ii jje

n rró

ów

olle

głły

y.. Ł

Łą

ąc

czze

e s

szze

erre

S−2

2 jje

stt c

ciią

ąg

glle

e b

arrd

dzzo

o p

ulla

arrn

e ii c

hę

ęttn

niie

e w

y−

orrzzy

stty

e.. W

W w

wiie

ellu

u w

h zza

dzzii k

o−

niie

czzn

oś

ść

ć s

orrzzy

stta

niia

a zz p

orrttu

u s

szze

erre

o k

m−

utte

erra

a.. D

e zz a

allb

o d

o k

utte

erra

a m

gą

ą b

yć

ć p

prrzze

e−

słła

e n

ett k

kiillk

aś

śc

ciie

e m

ettrró

ów

w p

prrzze

ezz jja

ką

ąk

ollw

wiie

użży

yłło

wą

ą lliin

niię

ę.. Z

arró

ów

o w

w k

utte

erra

h,, jja

ii w

w p

prro

offe

sjjo

alln

h u

urrzzą

ąd

dzze

niia

h zz n

niim

mii w

pó

ółłp

prra

a−

ujją

ąc

h b

arrd

dzzo

o c

czzę

ęs

stto

o ttrrzze

a zza

miie

niia

ać

ć iin

nffo

orrm

a−

cjję

ę rró

ów

olle

głłą

ą n

a s

szze

erre

wą

ą.. N

ajjc

czzę

ęś

śc

ciie

ejj s

są

ą d

o tte

e−

o w

orrzzy

stty

e a

allb

o m

miik

krro

prro

orry

y,, a

allb

o s

e−

cjja

alliizzo

e u

kłła

y s

allo

e,, o

niie

e c

orra

azz c

czzę

ęś

śc

ciie

ejj

sttę

ęp

e jja

o e

elle

ntty

y S

D.. P

Prrzze

ciię

ęttn

y h

stta

a c

orra

azz m

niie

ejj s

szza

s,, b

y jje

e w

w p

prro

stty

y s

só

ób

b w

o−

rrzzy

stta

ać

ć..

czza

m tta

kżże

e h

yś

śc

cii c

ciie

elliib

y w

orrzzy

stty

y−

ać

ć p

orrtt s

szze

erre

y k

utte

erra

a zza

arró

ów

o d

o zzb

biie

erra

a−

niia

a d

h ((p

prrzze

yłła

niie

e iin

nffo

orrm

cjjii d

o k

utte

erra

a)),,

jja

k ii d

o s

stte

erro

niia

a ((p

prrzze

yłła

niie

e d

h zz k

utte

e−

rra

a d

o u

urrzzą

ąd

dzze

niia

a w

pó

ółłp

prra

ujja

o)).. P

Prra

ktty

a d

o−

dzzii,, żże

e n

ajjw

wiię

ęc

ejj k

kłło

ottó

ów

w s

prra

wiia

a b

bllo

u..

ozzw

wiią

ązza

niie

e p

prrzze

stta

wiio

e w

w tty

m a

arrtty

ulle

e d

o−

dzzii,, żże

e d

brrą

ą a

alltte

errn

atty

wą

ą m

ożże

e b

yć

ć o

arrc

ciie

e s

siię

ę n

arrś

śc

cii p

czzc

ciiw

h e

elle

nttó

ów

w d

krre

ettn

h.. P

Prro

wrro

ottn

y,, zza

miia

a ffo

orrm

attu

u s

szze

erre

o n

a rró

ów

w−

olle

głły

y,, jje

stt rró

ów

niie

e p

prro

stty

y..

s.. 1

1..S

att e

elle

kttrry

czzn

y p

prrzze

ettw

orrn

niik

a rró

ów

olle

głło

o−s

szze

erre

o.. Z

a p

oś

śrre

niic

cttw

m tty

yllk

czztte

erre

h p

prro

stty

h u

kłła

dó

ów

w s

allo

h T

L,, d

e rró

ów

olle

głłe

e zzo

stta

ajją

ą zza

miie

niio

e n

a ffo

orrm

att s

szze

e−

rre

y o

o s

szzy

oś

śc

cii ttrra

miis

sjjii d

o 9

0 b

biittó

ów

w n

a s

dę

ę..

Działanie reszty układu po−

winno być zrozumiałe, ponie−
waż zastosowano naprawdę
prosty układ licznika. Przerzut−
nik

zbudowany

wokół

IC1a i IC1b może być ustawia−
ny za pośrednictwem S1 i re−
setowany przez licznik BCD za
pośrednictwem  tranzystora
T1  na  końcu  transmisji  kodu
szeregowego.  Gdy  przerzut−
nik  jest  ustawiony,  licznik  zli−
cza i każdy kolejny impuls ze−
garowy powoduje umieszcze−
nie  następnego  bitu  na  linii
wyjścia  szeregowego.  Prosty
generator RC sygnału zegaro−
wego jest zbudowany z bufo−
rami IC1c i IC1d. Został on do−
brany tak, że osiągnięto szyb−
kość transmisji 9600 bitów na
sekundę.  Dokładną  szybkość
ustawia się za pośrednictwem
potencjometru  montażowego
P1.  Przy  mniejszych  szybko−
ściach transmisji należy odpo−
wiednio  zwiększyć  kondensa−
tor  C3.  Na  przykład,  dla  pręd−
kości  2400  dobrym  wyborem
jest  kondensator  1µF (stały,

foliowy).  W ten  sposób  układ
może być dopasowany do nie−
mal każdej szybkości transmi−
sji, jaką zechcesz zastosować
−  wszystko  co  musisz  zrobić,
to  modyfikacja  oscylatora  od−
powiednio do potrzeb.

RS232, krok po kroku

Zrozumiałeś, że informacje

szeregowe  pojawiają  się  na
wyjściu W multipleksera (nóż−
ka  10).  Jedynym  pominiętym
dotychczas  elementem  jest
interfejs  dopasowujący  do  li−
nii. Do tego celu wezwaliśmy
na pomoc zasilany symetrycz−
nie  wzmacniacz  operacyjny
CA3130.  Wzmacniacz  ten,
skonfigurowany  jako  kompa−
rator,  zamienia  sygnały  o po−
ziomach TTL odbierane z mul−
tipleksera  na  szeregowe  sy−
gnały  o poziomach  +5V oraz
−5V.  W ten  sposób  staraliśmy
się  spełnić  wymagania  elek−
tryczne określone dla interfej−
su  RS232.  W tym  prostym
rozwiązaniu  wykorzystywana

jest tylko jedna linia interfejsu
szeregowego:  TxD  (nadawa−
nych  danych).  Na  złączu  K1
zostały  połączone  ze  sobą  li−
nie uzgodnienia RTS (Request
To Send − żądania nadawania)
z CTS  (Clear  To  Send  −  goto−
wości  do  nadawania),  podob−
nie  jak  trójka  DSR  (Data  Set
Ready  −  gotowości  zestawu
danych),  DCD  (Data  Carrier
Detected  −  wykrycia  nośnej
danych)  i DTR  (Data  Terminal
Ready  −  gotowości  terminala
danych).  W ten  typowy  spo−
sób port RS232 jest “uaktyw−
niony” i gotowy do komunika−
cji  szeregowej.  Choć  w zasa−
dzie  zgodnie  ze  standardem
poziomy napięć na linii powin−
ny być wyższe, jednak w prak−
tyce  prosty  zasilacz  o napię−
ciach  wyjściowych  +5V

−5V jest wystarczający dla te−

go projektu.

W drugą stronę

Do tej pory omawialiśmy

jedynie przetwarzanie z for−
matu równoległego do szere−

gowego. Proces odwrotny, od
formatu szeregowego do rów−
noległego również dokonuje
się w bardzo prosty sposób.

Odpowiedni układ przed−

stawia rry

k 2

2. Złącze K1

odbiera  dane  szeregowe,  na
przykład z portu szeregowego
komputera  PC.  Również  i tu
niektóre  piny  złącza  są  ze  so−
bą  zwarte,  co  zresztą  w tym
wypadku  nie  ma  znaczenia.
Sygnał

szeregowy

(TxD)

z nóżki 3 złącza K1 przez rezy−
stor  ochronny  R1  i inwerter
IC1a jest  podawany  na  wej−
ście 1D (nóżka 2) rejestru IC4.
IC2a i IC2b tworzą przerzutnik
RS (Set−Reset) i w połączeniu
z oscylatorem  zbudowanym
z

wykorzystaniem IC2d

IC2c

oraz licznikiem typu

74HCT160 tworzą razem ser−
ce układu, jeśli chodzi o takto−
wanie.

Gdy dane (o poziomach

+5V i −5V) pojawią się na wej−
ściu  szeregowym,  zostaną
przetworzone do poziomu TTL
(R1, IC1a), a następnie dopro−
wadzone do wejścia przerzut−
nika bistabilnego RS. Przerzut−
nik  ten  uruchamia  oscylator,
po czym impulsy zegarowe są
przesyłane do wejścia licznika
IC3  i rejestru  przesuwnego
IC4. I właśnie ten rejestr prze−
suwa  odebrane  bity  jeden  za
drugim na odpowiednie pozy−
cje, skąd na koniec cyklu mo−
gą  być  odebrane  przez  złącze
K2.

Gdy oscylator IC2c wytwo−

rzy dziewięć impulsów zega−
rowych, przerzutnik RS jest
ponownie zerowany za pośre−
dnictwem sygnału na wyjściu
3CT=9 układu IC3 (nóżka 15),
po

zanegowaniu

przez

IC1c.Obwód  RC  złożony  z R2
i C1  wydłuża  ostatni  impuls.
Gdyby  to  nie  zostało  zapew−
nione,  istniałaby  poważna
obawa,  że  rejestr  przesuwny
zgubi  ostatni  impuls,  głównie
dlatego,  że  IC4  (jako  układ
CMOS) jest nie tak szybki, jak
IC3  (układ  HCT).  Obwód  RC,
złożony  z C3  i R4,  dostarcza
impulsów

strobujących,

umożliwiających  wczytanie
danych  do  rejestru  wyjścio−
wego  IC4.  Sygnał  ten  pocho−
dzi  z tego  samego  wyjścia
układu  IC3.  Odebrane  dane
pozostaną  na  wyjściu  (złączu

Elle

r w

w E

LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 4/99

s.. 2

2.. P

Prrzze

ettw

arrzza

niie

e w

w o

wrro

ottn

m k

kiie

erru

u rró

ów

niie

eżż n

niie

e jje

stt p

prro

blle

m.. T

n p

prro

stty

y u

kłła

d zza

a−

miie

niia

a iin

nffo

orrm

cjje

e s

szze

erre

e n

a rró

ów

olle

głłe

e..