plik

Pozdrawiamy: Zbigniewa Sumera z Będzina, Jacka Cudajewicza,
Bartka Tułacza z Lasowic, Marcina Lubnaua z Torunia, Andrze−
ja  Szewieczka  z Chałupek,  Grzegorza  Przewdzieckiego,  Piotra
Jakubowskiego, Rafała Radzimskiego z Białogardu, Macieja Ad−
rianowicza,  Rafała  Koconia,  Łukasza  Gwoździa,  Emila  Kacz−
marka, Konrada Chojnackiego, Dariusza Wysokińskiego z War−
szawy,  Artura  Gombosza  z Milanówka,  Macieja  Adrianowicza,
Jacka  Leszczyńskiego,  Sebastiana  Korzenia,  Czesława  Czarnec−
kiego z Olesna, Mirosława Szymańskiego, Grzegorza Podgórskie−
go, Dariusza Grzesicę, Andrzeja Sordyla, Bartka Wichra, Janu−
sza Przewłockiego, Daniela Szymborskiego, Grzegorza Małgow−
skiego, Marcina Krawca i Sylwię Beredę z Legionowa.

Uwagi do rubryki Errare humanum est dotyczące EdW 08/2002 przy−
słali: Rafał Burszewski z Tczewa, Przemysław Agata z Pabianic,
Zbigniew Gibek ze Świętochłowic, Paweł Lasko z Nowego Sącza,
Andrzej Szymczak ze Środy Wlkp., Adam Grzesiak z Ostrowa
Wlkp., Krzysztof Wysocki z Kozienic, Marcin Garncarek z Prze−
mocza, Tomasz Jędras z Lubina i Krzysztof Smoliński z Sieradza.

Nagrody otrzymują: Łukasz Podgórnik i Adam Grzesiak.

Bardzo dziękujemy za liczne pozdrowienia i życzenia, które dociera−
ją do naszej Redakcji. Dzięki nim, jak również bardzo ciekawym
listom, wiele radości sprawia nam przeglądanie poczty.

Nagrodę książkową za listy do Poczty (i nie tylko) otrzymuje

Grzegorz Niemirowski z Ryk.

W Poczcie EdW 9/2002 ukazał się list Bartosza Reichela, który
„odrobinę” skrytykował Visual Basica. Także Piotr Górecki, we wstę−
pie do Mikroprocesorowej oślej łączki, zawarł pewne opinie na temat
języków programowania. Wywołało to ciekawą reakcję jednego z na−
szych stałych Czytelników, który napisał dwa poniższe listy:

Piszę w sprawie listu Pana Bartosza Reichela, opublikowanego

w EdW  9/2002.  List  ten  jest  bardzo  ciekawy,  niestety,  nie  mogę  się
zgodzić z tym, co jego autor pisze o VB. To nie jest żaden kanał! VB
jest normalnym językiem o dużych możliwościach i nadającym się do
wielu  zastosowań.  Pliki  OCX  i dodatkowe  biblioteki  stosowane  są
w wielu językach, w C++, Delphi i innych. Skończyły się czasy, gdy
cały  program  był  w jednym  pliku.  Zupełnie  nie  rozumiem  zdania
o niechlujstwie  i lenistwie.  Jest  ono  prawdziwe  dla  każdego  języka,
nie tylko dla VB. Nie twierdzę, że VB jest lepszy albo gorszy od pro−
ponowanego przez Pana Reichela Delphi. Wszelkiego rodzaju święte
wojny o wyższości Świąt Bożego Narodzenia nad Świętami Wielkano−
cy nie mają sensu i nie powinny znaleźć się w takim czasopiśmie jak
EdW. Poza tym, przecież znajomość jednego języka nie wystarczy, na−
wet  jeśli  programować  będziemy  tylko  mikrokontrolery.  Nie  można

trzymać  się  tylko  jednego,  jedynie  słusznego  języka,  a inne  mieszać
z błotem, często tylko dlatego, że się ich nie zna, albo zna tylko po−
bieżnie.  Kto  już  zaczął  poznawać  jakiś  język,  np.  VB,  a potem  usły−
szał, że on się do niczego nie nadaje, niech nie przestaje go pozna−
wać. Przekona się, że zdobyta wiedza się przyda. Jednocześnie niech
będzie  otwarty  na  poznawanie  i wykorzystanie  innych  języków  pro−
gramowania.

Pozdrawiam,

Grzegorz Niemirowski

To mój drugi list o językach. Nie ukrywam, że ten pierwszy napisałem
z cichą nadzieją, że zostanie opublikowany w Poczcie. Już długo pro−
gramuję w VB i znam co nieco ten język, dlatego drażnią mnie wszel−
kie bezsensowne ataki, które często są pozbawione obiektywnych ar−
gumentów.

Bardzo więc Pana proszę, żeby nie używał Pan sformułowań typu

„(...) Visual Basic albo lepiej DELPHI”. VB na pewno nie jest gorszy
od Delphi, a często lepszy. Każdy niech pisze w tym co lubi i to co jest
do danego zastosowania najodpowiedniejsze. Faworyzowanie jakie−
goś języka nie ma sensu. Nie wiem, pod jakim wpływem napisał Pan
to zdanie o VB i Delphi, w każdym bądź razie często można spotkać
nieprzychylne opinie o VB z ust ludzi, którzy nie mają pojęcia o tym
języku. Nadal np. pokutuje przekonanie, że język ten nie jest kompilo−
wany, tylko interpretowany. Oczywiście jest to nieprawdą, może mylą
VB z Basikiem na Commodore? Dobrze, że chociaż oddzielił Pan te
języki w swojej wyliczance ze strony 36 z EdW 9/02. Aha, Visual C++
to nie jest jakaś modyfikacja C++, to jest kompilator języka C++
firmy Microsoft, a nie język programowania.

Pozdrawiam,

Grzegorz Niemirowski

gnthexfiles@poczta.onet.pl

www.grzegorz.net

ICQ# 163509464

GG# 3148039

Witam!
Odpuszczam sobie długie wstępy typu och i ach! I tak ci, którzy czy−
tają wasze pismo, wiedzą, że jest po prostu THE BEST i koniec! A ci,
którzy nie czytają, to ich problem!

Przechodząc do sedna sprawy, chcę wam powiedzieć, że pomysł

Mikroprocesorowej  oślej  łączki  jest  wspaniały!  Sam  już  od  dawna
obiecywałem  sobie,  że  wreszcie  wezmę  się  za  mikroprocesory!  Ale
Bascom się skończył, czasu było mało i tak jakoś zleciało. No a teraz
wreszcie coś nowego i od podstaw! Żałuję jedynie, że dopiero w paź−
dzierniku, no, ale jakoś to pogodzę z nauką! Prawdę mówiąc, już pla−
nuję  układy,  które  wykonam  z wykorzystaniem  mikroprocesorów

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Listopad 2002

Poczta

W rubryce „Poczta” zamieszczamy fragmenty Waszych li−

stów oraz nasze odpowiedzi na pytania i propozycje. Elek−

tronika dla Wszystkich to nasze wspólne pismo i przez tę

rubrykę chcemy zapewnić jak najbardziej żywy kontakt re−

dakcji z Czytelnikami. Prosimy o listy z oczekiwaniami

w stosunku do nas, z propozycjami tematów do opracowa−

nia, ze swoimi problemami i pytaniami. Postaramy się

w miarę możliwości spełnić Wasze oczekiwania.

Specjalną częścią „Poczty” jest kącik tropicieli chochlika

drukarskiego „Errare humanum est”. Wśród Czytelników,

którzy nadeślą przykłady błędów, będą co miesiąc losowa−

ne nagrody w postaci kitów z serii AVT−2000. Piszcie więc

do nas, bardzo cenimy Wasze listy, choć nie na wszystkie

możemy szczegółowo odpowiedzieć. Jest to nasza wspól−

na rubryka, dlatego będziemy się do Was zwracać po imie−

niu, bez względu na wiek.

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Listopad 2002

Jaki jest wzór na obliczanie częstotliwości granicznej
filtrów dolno− i górnoprzepustowych pierwszego rzędu?

Chodzi o filtry RC, jak na rysunku obok. Pod−
stawowy wzór: f = 1 / 2

warto uprościć do postaci f = 0,159 / RC
gdzie częstotliwość w hercach, rezystancja
w omach, pojemność w faradach.

Jeśli pojemność podamy w mikrofaradach

a rezystancję w kiloomach, częstotliwość wyj−
dzie w kilohercach.

Przy dokładnych obliczeniach należy wziąć

pod uwagę i w razie potrzeby uwzględnić rezy−
stancję wyjściową i wejściową współpracują−
cych stopni. Ponieważ dokładne obliczenia zazwyczaj nie są koniecz−
ne, można oszacować z grubsza częstotliwość czy wartości elementów
w sposób przybliżony.

Niektórzy praktycy pamiętają częstotliwość graniczną dla jednej

pary wartości R, C i potem szybko na kawałku kartki dokonują przy−
bliżonego przeliczenia.

Przykładowo pojemność 1uF i rezystancja 1k

Ω

dają częstotliwość

graniczną około 160Hz. Jeśli potrzebny był−
by  filtr  o częstotliwości  około  50Hz,  albo
pojemność,  albo  rezystancję  trzeba  zwięk−
szyć  mniej  więcej  trzykrotnie,  np.:  1uF,
3k

Ω

. Można dać inne proporcjonalne war−

tości, np.: 220nF, 15k

Ω

albo 100nF,

30...33k

Ω

. Ilustruje to tabelka:

Mam  taką  prośbę:  w latach  1966−70  byłem  czytelnikiem
miesięcznika MŁODY TECHNIK i w jednym z nich prze−
czytałem  artykuł  na  temat  wykonania  lampki  wiecznej
przy grobie lub grobowcu. Były podane − rodzaj i rozmiar
płyt  metalowych  do  zakopania  w ziemi,  głębokość,  odle−
głość tych płyt oraz moc żarówki (wydaje mi się, że 1,5 V).
Ja chcę wykonać taką lampkę z 12 diod świetlnych wraz
z jakimś  małym  włącznikiem  zmierzchowym,  tak  aby  na
noc mogło to oświetlenie samoczynnie się włączyć. Może
ktoś mi poradzi, jak to zrobić.

Najwidoczniej był to pomysł na wykonanie ogniwa elektrochemicz−
nego. Pomysł jest interesujący, jednak efekt będzie zależał od wielu
czynników, między innymi od wilgotności gruntu. Jeśli ktoś z Czytel−
ników ma jakieś godne uwagi informacje (problem elektrod, uzyski−

wanych napięć) czy tym bardziej doświadczenia praktyczne, bardzo
prosimy o zaprezentowanie ich w EdW. Zgłoszenia prosimy opatrzyć
dopiskiem WIECZNA LAMPKA.

Chciałbym zapytać, co to jest procesor PIC i AVR. Czym
się różnią te procesory od poznanego na łamach EdW pro−
cesora 89C2051?

Z treści listu wynika, że pytający jest początkującym elektronikiem,
czerpiącym wiedzę o procesorach jedynie z kursu BASCOM College.
Podstawowa odpowiedź brzmi: procesorów PIC nie da się zaprogra−
mować za pomocą programu BASCOM. Procesory PIC produkowa−
ne  przez  firmę  Microchip  mają  zupełnie  inną  budowę  wewnętrzną,
inne  możliwości,  wyprowadzenia,  rozkazy.  Jest  to  odrębna  rodzina
procesorów, konkurencyjna w stosunku do rodziny, z której pochodzi
89C2051.  Obecnie  nie  można  powiedzieć  ani  że  procesory  PIC  są
lepsze,  ani  że  gorsze.  Po  prostu  jest  to  inna  rodzina  procesorów
o mniej więcej zbliżonych możliwościach. W najbliższym czasie Re−
dakcja nie przewiduje publikacji materiałów na temat skądinąd bar−
dzo dobrych procesorów PIC.

Natomiast procesory AVR pochodzące z firmy ATMEL i różnice

w stosunku do 89C2051 będą bardziej szczegółowo opisane w jed−
nym z pierwszych odcinków mikroprocesorowej Oślej łączki.

1. Przymierzam się do zakupu radioodtwarzacza do samocho−
du, mam na oku kilka modeli. Dokładnie chodzi mi o THD
radioodtwarzacza i proszę o sprostowanie mojego toku myślo−
wego jeżeli jest błędny, np: jeżeli moc wynosi 18 W, a występu−
jący przy niej poziom zniekstałceń jest równy 1%, to jeśli zwięk−
szymy moc, czy zwiększy się także poziom zniekształceń. Jeśli
tak, jak bardzo będzie to słyszalne?
2. Chciałbym do swojego przyszłego systemu audio zaprojekto−
wać i zbudować zwrotnicę częstotliwościową, ale nie wiem, czy
rozmieszczenie elementów i grubość ścieżek będzie miało
wpływ na właściwości zwrotnicy?

Ad 1. THD (Total Harmonic Distortion) to całkowite zniekształce−
nia  sygnału.  Podczas  normalnej  pracy  każdego  współczesnego
wzmacniacza  mocy  zniekształcenia  te  są  niższe  od  1%,  zwykle
wynoszą poniżej 0,1%). W przypadku wzmacniacza samochodowe−
go problem THD nabiera innego znaczenia, niż w sprzęcie stacjo−
narnym. Po pierwsze we wnętrzu jadącego samochodu zawsze wy−
stępują  obce  dźwięki  (szum  opon,  silnika,  dźwięki  zewnętrzne),
które  są  znacznie  większe  od  składowych  harmonicznych  sygnału

Skrzynka
Porad

W rubryce przedstawiane są odpowiedzi na pytania nade−

słane do Redakcji. Są to sprawy, które, naszym zdaniem,

zainteresują szersze grono Czytelników.

Jednocześnie informujemy, że Redakcja nie jest w stanie

odpowiedzieć na wszystkie nadesłane pytania, dotyczące

różnych drobnych szczegółów.

R C f

1uF

Ω

160Hz

1uF

Ω

50Hz

220nF 15k

Ω

50Hz

100nF 30k

Ω

50Hz

3uF

Ω

50Hz

....

.... 50Hz

Wielu melomanów posiada − z racji ogra−
niczeń mieszkaniowych − niewielkie zesta−
wy  głośnikowe  −  tzw.  monitory,  dlatego
uzupełniają  oni  dolną  część  pasma  aku−
stycznego subwooferem − kolumną odtwa−
rzającą  tylko  najniższe  częstotliwości.  Ci
wszyscy, dla których muzyka jest w życiu
ważna,  chcieliby  słuchać  basu  takiego  ja−
kim on jest naprawdę, a nie buczenia i du−
dnienia. Z kolei, aby się do tego stanu zbli−
żyć,  potrzebny  jest  dobry  system:  filtr −
wzmacniacz  −  zestaw  głośnikowy,  którego
cena przyprawia o ból głowy. Ja też lubię
posłuchać kontrabasu i perkusji, a szastać
pieniędzmi nie powinienem; zrobiłem więc
pewne doświadczenie...

W „normalnym” systemie subwoofera,

według rysunku 1, mamy filtr dolnoprzepu−
stowy i wzmacniacz zasilający głośnik umie−
szczony w obudowie. Ponieważ, jak pokazu−
je rysunek 2, charakterystyka głośnika opada
w stronę  niższych  częstotliwości  już  od  ok.
100Hz,  stosuje  się  kilka  różnych  systemów
akustycznych, które służyć mają przesunięciu
możliwie nisko punktu załamania charaktery−
styki częstotliwościowej. Powszechnie stoso−
wanym  rozwiązaniem  jest  układ  „bass−re−
flex”,  czyli  odpowiednich  wymiarów  rura
promieniująca najniższe częstotliwości w fa−
zie z membraną  głośnika. W ten sposób tro−
chę  sztucznie  można  wzmocnić  częstotliwo−
ści w okolicy 30−100Hz. Za to poniżej często−
tliwości  rezonansu  mechanicznego  głośnika
w obudowie  charakterystyka  spada  już  „na
łeb,  na  szyję”  i właściwie  nic  się  już  nie  da
z tym  zrobić.  Pokazuje  to  charakterystyka
b na rysunku 2. Ponadto w okolicy częstotli−
wości  rezonansowej  wzrasta  wielokrotnie
wartość impedancji cewki głośnika i w związ−
ku  z tym  maleje  prąd  płynący  w cewce.
A mniejszy  prąd  −  to  mniejsze  wychylenia
membrany  i mniejsze  ciśnienie  akustyczne.
Aby  uzmysłowić  sobie,  co  się  dzieje  w tym
zakresie  basu,  trzeba  jeszcze  dodać  zmiany
fazy  fali  ciśnienia  akustycznego  w stosunku

do fazy sygnału wejściowego oraz  opóźnie−
nia  w związku  z istnieniem  rury  bass−refle−
ksowej. To wszystko powoduje, że odczuwa−
my  bas  jako  rozmyty,  rozlazły,  dudniący,
a mimo  pozornie  dużej  dawki  mocy  ciągle
brakuje tego solidnego, najniższego basu.

Niektórzy ratują się w tym momencie

podkręcaniem regulatora basu do maksi−
mum, ale to przeważnie tylko pogarsza spra−
wę. Basu nie da się wymusić, jeśli nie ma go
na płycie. Możemy starać się jedynie mniej
lub bardziej prawidłowo odtworzyć to, co zo−
stało zapisane na krążku CD.

Z punktu widzenia poprawności odtwa−

rzania  fazy  lepsze  jest  rozwiązanie  kolum−
ny  subwoofera  jako  zamkniętej.  W tym
przypadku  jednak  mamy  do  czynienia
z charakterystyką  częstotliwościową  a na
rysunku 2. Pewną poprawę daje zastosowa−
nie dwóch jednakowych głośników w ukła−
dzie „tandemu”, co pokazuje charakterysty−
ka c oraz fotografia 1.

Mamy więc w miarę mocny bas, kolumna

szybko reaguje na impuls (brak otworu), ale
w dalszym ciągu przydałoby się więcej naj−
niższego basu z zakresu 20−30Hz. I tu doszli−
śmy do sedna sprawy.

Idea

Zróbmy taki eksperyment: zbadajmy kształt
prądu płynącego przez głośniki. W tym celu
trzeba wstawić szeregowo z głośnikami nie−
wielki rezystor, na którym spadek napięcia
świadczyć będzie o płynącym prądzie. Przy−
najmniej tak mówi prawo Ohma, a dlaczego
mielibyśmy je kwestionować?

I tutaj ci, którzy dysponują oscyloskopem

2−kanałowym, będą zadziwieni. W układzie
z rysunku 1, tylko z dodanym opornikiem rzę−
du 0,47

Ω

między głośnikiem a masą, podaje−

my na wejście sygnał sinusoidalny i oglądamy
przebieg napięcia na tymże rezystorze na tle si−
nusoidy wejściowej. Okazuje się, że w okolicy
odczuwanej  jako  niski  bas,  czyli  powiedzmy
20−60Hz,  prąd  płynący  przez  głośniki    wcale
nie  odzwierciedla  sygnału  podanego  do  wej−
ścia wzmacniacza. Inne jest wszystko: ampli−
tuda, faza i kształt! Pokazuje to fotografia 2.

Głośnik to dość skomplikowany instru−

ment  i nie  podejmuję  się  wytłumaczyć  do
końca zjawisk, które się tam pojawiają. Wy−
daje się jednak, że powinno nam bardziej za−
leżeć na jak najlepszym odwzorowaniu prądu
w cewkach  głośników.  Bardziej  niż  na
odwzorowaniu  napięcia  na  ich  zaciskach.
W końcu  to  prąd  powoduje  wychylenie
membrany,  a nie  samo  istnienie  napięcia  na
zaciskach cewki głośnika.

Projekty AVT

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Listopad 2002

Rys. 1

Rys. 2 Charakterystyka głośnika

Fot. 1 Zastosowanie dwóch jedna

kowych głośników w układzie

„tandemu”

W całym tym eksperymencie chciałem

uzyskać właśnie to − aby odwzorowaniem na−
pięcia wejściowego wzmacniacza był prąd
głośników, a nie napięcie na głośnikach.

Opis układu

Zastosowałem zatem układ przedstawiony
w postaci poglądowej na rysunku 3.

Sygnał wejściowy (z filtru dolnoprzepu−

stowego)  podany  jest  nie  bezpośrednio  na
wejście  naszego  klasycznego  wzmacniacza
mocy,  tylko  na  wejście  nieodwracające  do−
datkowego  wzmacniacza  operacyjnego.  Do
jego  wejścia  odwracającego  doprowadziłem
sygnał będący spadkiem napięcia na dodatko−
wym rezystorze połączonym szeregowo z gło−
śnikiem  (głośnikami).  Rezystor  ten  wtrącony
został w obwód głośnika, aby można było na
bieżąco  mierzyć  jego  prąd.  Teraz  dodatkowy
wzmacniacz  musi  wypracować  taki  sygnał,

aby spadek napięcia na rezystorze pomiaro−
wym był równy sygnałowi wejściowemu co
do amplitudy, fazy i kształtu, mimo wszelkich
przeciwności ze strony głośnika i jego obudo−
wy, które chciałyby temu przeszkodzić.

W zależności od zasilania, jakie najwygo−

dniej będzie użyć dla dodatkowego wzmacnia−
cza,  trzeba  zaprojektować  odpowiedni  układ
rzeczywisty. Najbardziej prawidłowym wydaje
się symetryczne zasilanie napięciem ±15V. Po−
nieważ na początku użyłem do subwoofera sta−
rego wzmacniacza 50W firmy Braun z demo−
bilu, z jednym napięciem +65V i kondensato−
rem  na  wyjściu,  musiałem  nieco  przekompo−
nować  układ  polaryzacji  wejść,  aby  nie  robić
dodatkowego  symetrycznego  zasilacza.  Zo−
stańmy jednak przy prostym i przejrzystym za−
silaniu symetrycznym. Rzeczywisty układ bę−
dzie wyglądał jak na rysunku 4.

Dwa rezystory wejściowe (z obu kanałów

stereo) i kondensator 330nF tworzą odpowie−
dni  filtr  górnozaporowy,  którego  charaktery−
stykę (rysunek 5 − b) dobrałem tak, że po zło−
żeniu jej z opadającą w kierunku małych czę−
stotliwości  charakterystyką  akustyczną  całej
reszty systemu subwoofera (rysunek 5 − a) usi−
łuje  ona  zbliżyć  ją  do  moich  potrzeb.  Jedno−
cześnie  w kierunku  wyższych  częstotliwości
odcina ona wyższe partie basu i resztę pasma
z nachyleniem  6dB/okt.  −  w zakresie  gdzie
charakterystyka głośnika jest już płaska. Trze−
ba poświęcić trochę czasu, aby dobrze „zestro−
ić”  ten  filtr  z resztą  systemu  akustycznego,
czyli aby charakterystyka systemu subwoofe−
ra wspólnie z charakterystyką np. monitorów

zlewały  się  w jeden  dźwiękowy  obraz,  że
tak  malowniczo  to  ujmę.  A wspomniana
„reszta  systemu”  to  nie  tylko  wzmacniacz
i głośniki, to również pomieszczenie odsłu−
chowe z całym jego wyposażeniem w firan−
ki, dywaniki, meble itd.

I jeszcze coś na temat filtru: ponieważ

jego charakterystyka jest jednostajnie opa−
dająca w zakresie słyszalnych częstotliwo−
ści (rysunek 5 − b), strojenie może polegać
wyłącznie  na  regulacji  wzmocnienia
wzmacniacza  operacyjnego  za  filtrem  za
pomocą  potencjometru  P.  Nie  potrzeba

zmieniać elementów R i C w samym filtrze,
bo przesuwamy charakterystykę  b w pionie.
Na to samo by wyszło, gdybyśmy zmieniali
elementy  RC  i krzywa  ta  przesuwałaby  się
w poziomie.  Można  stosować  tu  wymyślne
filtry n−tego rzędu, ale uważam, że znacznie
ważniejszą sprawą na tym etapie jest uzyska−
nie prądowego sterowania głośników.

Wracajmy zatem do meritum. Po zbudo−

waniu układu z rysunku 4 możemy przystąpić
do zbadania jego działania. Na wszelki wypa−
dek proponuję na początku podłączyć głośnik
przez dodatkowy rezystor rzędu 33

Ω

/5W.

Układ przy źle dobranych parametrach lubi się
wzbudzić  na  częstotliwości  kilku  herców,  co
może  się  okazać  zabójcze  dla  głośników.
Oczywiście ten rezystor powinien być włączo−
ny  między  wyjście  wzmacniacza  a głośnik,
aby jego wartość − dla pomiaru prądu − nie do−
dawała się do rezystora pomiarowego 0,47

Ω

Trzeba zwrócić dużą uwagę na stabilność

układu − należy zacząć od niewielkiego wzmoc−
nienia dodatkowego wzmacniacza. Można ją re−
gulować wartością rezystora R6. Małe wzmoc−
nienie daje gorsze parametry sygnału wyjścio−
wego, ale zapewnia bardziej stabilną pracę. Po−
tem można zwiększyć wzmocnienie tego stop−
nia aż do granicy stabilności, po czym zmniej−
szyć je dla bezpieczeństwa o ok. 30%.

Jak widać z fotografii 3, podczas pierw−

szych prób i pomiarów zastosowałem montaż
„wisząco−pajęczynowy”, ale tak mnie intere−
sowały wyniki, że nie myślałem o estetyce.

Po dobraniu wzmocnienia możemy podać

na wejście całego układu sinusoidę o częstotli−
wościach w zakresie 10−100Hz i zaobserwo−
wać, jak na jej tle zachowuje się napięcie na
rezystorze 0,47

Ω

. Satysfakcja gwarantowana!

Moim zamysłem było to, aby pozostawić

dotychczas używany wzmacniacz basowy

Projekty AVT

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Listopad 2002

Fot. 3 Montaż „wisząco – pajęczynowy”

Rys. 5

Rys. 3

Rys. 4

Fot. 2 Prąd płynący przez głośniki

nie odzwierciedla sygnału

podanego do wejścia wzmacniacza

bez  żadnych  zmian.  Na  schematach  jest  on
obwiedziony  przerywaną  linią.  Sprzężenie
zwrotne  (napięciowe)  uwzględniłem  w jego
symbolu,  bo  ono  prawie  zawsze  istnieje  −
w takiej  czy  innej  postaci.  Nie  musimy  się
jednak nim zajmować, bo traktujemy wzmac−
niacz mocy jako odrębne, autonomiczne urzą−
dzenie, które wzmacnia swój sygnał wejścio−
wy.  Wzmacnia  i napięcie,  i prąd,  ale  w taki
sposób,  że  jego  napięcie  wyjściowe  odwzo−
rowuje kształt napięcia wejściowego. My zaś
− dla celów naszego doświadczenia − potrze−
bujemy, aby napięcie wejściowe odwzorowa−
ne  było  przez  prąd  wyjściowy,  ponieważ
przypuszczamy, że tak będzie lepiej.

Ocenę właściwości tego układu pozosta−

wiam Czytelnikom, którzy na pewno zechcą to
sprawdzić. Ja w każdym razie nie wracam do
poprzedniego − klasycznego − układu. Według
mnie nareszcie mam niski bas, odtworzony
bardziej precyzyjnie, bez niekontrolowanych
„dodatków” ze strony głośników i obudowy.

Warto sprawdzić, na ile obecne zasilanie

głośnika  odbiega  od  poprzedniego.  Zobacz−
my  zatem  kształt  napięcia  na  głośniku  przy
zmianach  częstotliwości  w okolicach  rezo−
nansu głośnika.

Jak widać z fotografii 4a,b,c,d,e jest on

zdecydowanie  inny  niż  sygnał  wejściowy.
Jest  inny,  niż  był  w układzie  „normalnym”.
I musi taki być, jeśli chcemy, aby kształt prą−
du  w głośnikach  pozostawał  taki,  jaki  jest
kształt  napięcia  zapisany  na  płycie.  Krótko

mówiąc:  teraz  nasz  stary  wzmacniacz  jest
zmuszony  do  produkowania  napięcia  wyj−
ściowego o takim kształcie, aby prąd w gło−
śniku wyglądał tak, jak chce tego producent
płyty.  Uzyskane  przebiegi  przedstawione  są
na oscylogramach − fotografia 4a,b,c,d,e.

Na początek − dla sprawdzenia działania

samego układu sterowania prądowego, poda−
łem jednak sygnał (sinusoidę) za filtrem. Na
wszystkich  zdjęciach  sinusoida  o stałej  am−
plitudzie przedstawia sygnał zdjęty z oporni−
ka  0,47/5W w obwodzie  głośnika,  czyli  jest
to kształt prądu, jaki płynie przez cewkę gło−
śnika.  Jego  kształt,  amplituda  oraz  faza  są
stałe  dla  zakresu  częstotliwości  10−100Hz,
tak samo jak w sygnale podanym na wejście
+  dodatkowego wzmacniacza operacyjnego
(za  filtrem  dolnoprzepustowym  na  rysunku
4).  Zmieniający  się  sygnał  −  to  napięcie  na
wyjściu wzmacniacza mocy.

Ustawienia oscyloskopu: Kanał 1: napię−

cie na rezystorze 0,47

Ω

/5W; 0,2V/dz. Kanał

2: napięcie wyjściowe wzmacniacza mocy;
2V/dz. Podstawa czasu: 5ms/dz.

Po tych pomiarach nastąpił kilkutygo−

dniowy okres słuchania muzyki w nowym
układzie subwoofera.

Montaż i uruchomienie

Po testach wykonałem nieco solidniejszy mon−
taż dodatkowych układów na płytce uniwer−
salnej (fotografie 5 i 6) zamkniętej w małej
obudowie z tworzywa sztucznego i podłączy−
łem do „prawdziwego” wzmacniacza mocy.

Jak widać na fotografii 7, jest to wybitnej
urody i dobrej jakości piecyk firmy Mitsubi−
shi Electric. Duży rezystor 0,47

Ω

umieści−

łem we wnętrzu wzmacniacza mocy, aby nie
prowadzić dość długich przewodów głośni−
kowych do dodatkowej obudowy.

Prosty układ dodatkowy według rysunku

4 można zmontować na niewielkiej płytce
drukowanej, pokazanej na rysunku 6. Moż−
na w niej wykorzystać różnego typu wzmac−
niacze operacyjne, np. TL072, niekoniecz−
nie typ podany na schemacie.

Ciąg dalszy na stronie 23.

Projekty AVT

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Listopad 2002

Fot. 4 a, b, c, d, e

Kształt napięcia na głośniku

przy zmianach częstotliwości

okolicach rezonansu głośnika

Fot. 5 Montaż na płytce uniwersalnej

Fot. 6

Wykaz elementów

R11,,R

R22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..222200kk

Ω

R33,,R

R55 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11kk

Ω

R44 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000kk

Ω

R66,,R

R77 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1100kk

Ω

R88 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..00,,2222

Ω

//55W

R11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..2222kk

Ω

C11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..333300nnFF
C

C22,,C

C33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000nnFF cceerraam

miicczznnyy

C44 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..4477µµFF
C

C55 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000nnFF
C

C66,,C

C77 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000nnFF cceerraam

miicczznnyy

C88,,C

C99 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000

µµ

FF//2255V

C1100,,C

C1111 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1100

µµ

//5500V

U11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..44555588
U

U22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..77881155
U

U33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..77991155

Komplet podzespołów z płytką jest dostępny

w sieci handlowej AVT jako kit szkolny AVT−

Projekty AVT

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Listopad 2002

Jest to urządzenie, które umożliwia wyświe−
tlanie  w  przestrzeni  napisów  oraz  prostych
obrazków, może też pełnić funkcję efektow−
nego  zegara.  Siedem  wirujących  diod  LED
daje  efekt  zawieszonych  w  powietrzu  cyfe−
rek. Jest to iluzja, ale jest bardzo interesująca
i  wygląda  miło.  Zaprojektowane  urządzenie
posiada naprawdę duże możliwości. Umożli−
wia m.in. włączanie i zatrzymanie przesuwu
napisów,  regulację:  prędkości  przesuwu  na−
pisów, szerokości napisów, szerokości okna,
w którym wyświetlane są napisy, programo−
wanie  haseł  reklamowych,  cykliczne  wy−
świetlanie  pojedynczego  hasła  lub  zdania,
kolejne  wyświetlanie  wszystkich  zaprogra−
mowanych  haseł  reklamowych.  Pełny  opis
funkcji  oraz  sposób  programowania  zamie−
szczę na końcu niniejszego tekstu.

Wyświetlacz widmowy jest podobny do

opisanego w EdW (numer 7/2002)  µProjektu
3000 o nazwie Widmo, albo magiczna różdżka.
Podobny  w  tym  sensie,  że  wykorzystuje  ten
sam efekt stroboskopowy, czyli powstały efekt
bazuje na wadzie ludzkiego oka,  jaką jest nie−
wątpliwie  inercja  –  bezwładność.  Urządzenie
sterowane  jest  za  pomocą  dowolnego  pilota
pracującego  w  standardzie  RC5.  Jest  to  na−
prawdę bardzo wygodny sposób komunikacji,
zwłaszcza że urządzenie podczas pracy jest w
ciągłym ruchu (wykonuje ruch obrotowy).

Jak to działa?

Schemat ideowy urządzenia widoczny jest na
rysunku 1. Jest to w miarę prosty układ elek−
tryczny, ale zastosowany w nim mikroproce−
sor AT90S8535AVR umożliwia realizację
naprawdę skomplikowanych operacji.

Mikrokontroler ten sprostał zadaniu, które

mu powierzyłem, ze względu na swoje moż−
liwości sprzętowe.

Za pracę wyświetlacza odpowiedzialny

jest program napisany w języku Bascom
AVR ver.1.11.6.4. Program można ściągnąć
ze strony internetowej EdW www.edw.com.pl
z działu FTP.

Wykonane przeze mnie urządzenie posia−

da dwa niezależne źródła zasilania. Część
elektroniczna zasilana jest z 9V baterii, która

umieszczona  została  w  elemencie  wirują−
cym.  Jest  to  bardzo  korzystne  rozwiązanie,
ponieważ pozbyłem się problemu z doprowa−
dzeniem zasilania do części ruchomej, a sto−
sunkowo  ciężka  bateria  zapewniła  przeciw−
wagę dla modułu  wyświetlającego. 3 baterie
4,5 V umieszczone w podstawie posłużyły do
zasilania  silnika  napędowego.  Opcjonalnie
zamiast  baterii  można  dołączyć  zewnętrzny
zasilacz  12–14  V.  Jako  element  napędowy
wykorzystałem silnik z odtwarzacza wideo.

Jak wynika z przedstawionego schematu

ideowego,  oprócz  mikrokontrolera  znajdują
się tam też inne elementy. Jednym z nich jest
odbiornik  podczerwieni  SFH506,  bez  które−
go niemożliwa byłaby  komunikacja z urzą−
dzeniem  za  pomocą  pilota.  Na  płytce  umie−
ściłem  też złącze SPI umożliwiające progra−
mowanie  mikroprocesora.  W praktyce  nie
jest ono potrzebne, ale na etapie projektowa−
nia  urządzenia  i  modyfikacji  parametrów
może okazać się bardzo pomocne.

###

Rys. 1

śś

doprowadzić  do  niego  zasilanie  z  baterii  i
sprawdzić  poprawność  działania,  aby  unik−
nąć przykrych niespodzianek. Baterię może−
my umieścić w specjalnym uchwycie, który
jest ogólnie dostępny w sklepach elektrycz−
nych lub tak jak w moim przypadku, wyko−
rzystać kabel ze starego zasilacza kostkowe−
go z możliwością ładowania tego typu bate−
rii.  Po  prostu  obciąłem  kawałek  tego  prze−
wodu  wraz  ze  specjalną  końcówką.  Baterię
mocujemy po przeciwnej stronie niż płytkę,
za  osią  obrotu.    Dalszy  montaż  elementów
przeprowadzamy  w  sposób  typowy:  rezy−
storki, kondensatorki... i tak do układu IC1.
Gotową płytkę trzeba będzie też zabudować,
dla estetycznego wyglądu całego urządzenia.
Posłuży  nam  do  tego  również  rynienka  na
przewody,  tylko  o  innych  wymiarach.  Na
rynku  dostępnych  jest  wiele  rodzajów,  pro−
ponuje  dobrać  taką,  w  której  „zamkniemy”
baterię 9V. Jeżeli ktoś posiada cienką blachę
aluminiową, może pokusić się o wykonanie
obudowy  w  kształcie  przypominającym
przebieg  prostokątny.  Na  górnej  części  ry−
nienki trzeba jeszcze umocować w miarę bli−
sko  osi  obrotu  odbiornik  podczerwieni,
który  możemy  umocować  za  pomocą  kleju,
a  do  płytki  podpiąć  cieniutkimi  kabelkami.
Nie ma znaczenia, czy umocujemy go w pio−
nie,  czy  położymy  −  nie  będzie  to  miało
wpływu  na  pracę  elementu.  Jeszcze  tylko
trzy  otwory:  jeden  na  włącznik  zasilania,
drugi wywiercony u spodu rynienki na foto−
diodę,  trzeci  do  mocowania  całości  na  osi
wirnika  i  gotowe!  Za  nami  już  półmetek.
Kolejnym etapem będzie zdobycie silniczka,
najlepiej  prądu  stałego  (ja  wykorzystałem

stary  silniczek  z  magnetowidu)  oraz  jakiejś
obudowy, w której go umieścimy. Znów pro−
pozycja z mojej strony – plastikowa donicz−
ka na kwiatek!, oczywiście + podstawka do
niej, która posłuży nam do „zamknięcia” ca−
łości od spodu. Wielkość doniczki zależy od
konstruktora, który zdecyduje, czy zasilanie
będzie pochodziło z baterii, czy z zasilacza.
Bieguny  napięcia  zasilania  silnika  powinny
być tak dobrane, aby wirnik obracał się prze−
ciwnie do ruchu wskazówek zegara. Donicz−
ka jest  niewątpliwie dobrym rozwiązaniem
ze  względu  na  łatwość  dostępu  (sklepy  go−
spodarcze,  itp.),  wiercenia  otworów,  a  dla
mnie  najważniejsze,  dająca  stabilną  podsta−
wę  (mowa  o  doniczce  typu  ścięty  stożek).
Oprócz silnika w doniczce musimy umieścić
diodę podczerwoną wraz z rezystorem ogra−
niczającym  prąd,  ale  w  takim  miejscu,  aby
podczas  obrotu  części  ruchomej  „spotykała
się” z fotodiodą. Diodę możemy zabudować
w zatyczkę od długopisu i przykleić do do−
niczki.    Teraz  musimy  jakoś  umocować
część ruchomą na osi wirnika.

Ja użyłem do tego specjalnie zaprojekto−

wanej  tulejki,  która  ma  z  jednej  strony
otwór pasowany na wcisk osi wirnika, nato−
miast  z  drugiej  strony  trzpień  gwintowany.
Mając  już  wszystkie  te  elementy,  zaczyna−
my montować je w jedną całość. Należy pa−
miętać, aby przykręcić linijkę z diodami do
płytki  głównej,  ponieważ  siła  odśrodkowa
może sprawić nam niespodziankę w postaci
jej  „odfrunięcia”.  Ostatnim  etapem  tej  czę−
ści będzie wyważenie elementu wirującego,
proponuję  zamocować  po  stronie  baterii
śrubę  M8,  którą  będziemy  mogli  wkręcać
lub wykręcać. Po złożeniu w całość i wywa−
żeniu mamy niekonwencjonalną zabawkę.

Obsługa układu

Po włączeniu zasilania części wirującej dio−
dy powinny zapalić się na krótki moment
oraz dodatkowo powinien pojawić się sygnał
dźwiękowy.

Aby ustawić czas 12:23:25, wciskamy

klawisz  o  kodzie  15  (gdy  wyświetlany  jest
zegar),  a  następnie  1;2;2;3;2;5  uwaga: po
każdym  naciśnięciu  klawisza  należy  odcze−
kać ok. 0,5s!

Aby zaprogramować tekst „ABC”, wci−

skamy klawisz o kodzie 15 (gdy wyświetlany
jest dowolny napis), a następnie 0;1;0;2;0;3
(A− 01; B− 02; C−03), uwaga: kod 3;3 (33)
kończy wprowadzanie tekstu!

Na pewno niektórzy patrząc na schemat

urządzenia, zastanawiali się, po co użyłem
diody prostowniczej na ścieżce „+” zasilania

mikrokontrolera. Otóż okazało się, że we−
wnętrzny oscylator układu pracuje przy na−
pięciu zasilania poniżej 4,5V (w moim przy−
padku) i zadaniem tej diody jest obniżenie go
do tej wartości.

Na koniec podam Wam ciekawostkę,

którą możecie wykorzystać przy ulepszeniu
własnego wyświetlacza widmowego, miano−
wicie zmiana kierunku obrotów silnika na
zgodny z ruchem wskazówek zegara, powo−
duje efekt lustrzany. Po zastosowaniu modu−
łów laserowych napis wyświetlany może być
np. na ścianie.

Łukasz Hrapek

Projekty AVT

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Listopad 2002

Wykaz elementów

Rezystory

R11−R

R77,,R

R1100 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..332200

Ω

R88 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..222200

Ω

R99 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..22M

Ω

Kondensatory

C11,,C

C22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..2222ppFF

C33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000

µµ

Półprzewodniki

D11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11N

N44000044

D22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..ddiiooddaa ppooddcczzeerrw

woonnaa

D33−D

D99 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..ddiiooddyy LLEED

D 55m

D1100 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..ffoottooddiiooddaa
IIC

C11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..A

ATT9900S

S88553355

IIC

C22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..77880055

IIC

C33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..D

S11881133

P11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..S

SFFH

H550066

Różne

Q11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..88M

Hzz

Q22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..3322776688H

Hzz ((zzeeggaarrkkoow

wyy))

S11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..ssw

wiittcchh ddw

wuuppoozzyyccyyjjnnyy

ZZaassiillaanniiee11−22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..łłąącczznniikk
X

X11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..w

wttyykk D

B99

X22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..ggnniiaazzddoo kkąąttoow

wee D

B99

G11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..B

Buuzzzzeerr

G11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..B

Baatteerriiaa 99V

Pooddssttaaw

wkkaa ppoodd IIC

C11

Komplet podzespołów z płytką

jest dostępny w sieci handlowej AVT

jako kit szkolny AVT−2651

Być może sądzisz, że Tobie nie są potrzebne
automaty  (Autoplacer,  Autorouter),  bo  bę−
dziesz ręcznie projektować ścieżki na swoich
niezbyt przecież skomplikowanych płytkach.
Nie radziłbym jednak od początku odrzucać
pomocy  automatów.  Chodzi  o to,  żebyś  do−
browolnie nie zamknął sobie okna na szeroki
świat  i nie  pozbawił  możliwości  dalszego
rozwoju.

Tylko przy rysowaniu schematu wystar−

czy  znajomość  elementarnych  zasad.  Na−
prawdę  niewiele  wiedzy  i jeszcze  mniej  do−
świadczenia wystarczy, by narysować prawi−
dłowy  schemat.  Przy  projektowaniu  płytki
jest  znacznie  trudniej.  Projektowanie  płytki
to przeniesienie idei z rysunku na postać jak
najbardziej realną, fizyczną. Kluczową spra−
wą jest rozmieszczenie elementów, a można
to zrobić na tysiące i miliony sposobów. Na
płytce na jednej lub kilku warstwach miedzi
trzeba zaplanować punkty lutownicze (Pads),
ścieżki  (Tracks),  wypełnienia  (Fills),  łuki
(Arcs), wielokąty (Polygons), a w wielowar−
stwowych  dodatkowo  przelotki  (Vias),  pła−
szczyzny  zasilania  (Power  Planes),  otwory
do mocowania i pomocnicze elementy tech−
nologiczne.  Dobra  płytka  ma  nadruk  (Top
Overlay)  ułatwiający  montaż  i późniejszą
identyfikację elementów. Przy projektowaniu
połączeń  liczy  się  nie  tylko  zgodność  ze
schematem ideowym, ale też rozmieszczenie
elementów  na  płytce.  W wielu  przypadkach
trzeba  uwzględnić  rezystancję  ścieżek  (sze−
rokość  i przebieg),  zwłaszcza  masy,  oraz
wzajemny  wpływ  wytwarzanych  pól  elek−
trycznych  i magnetycznych.  W szybkich
układach  cyfrowych  i w układach  w.cz.  ko−
niecznie  trzeba  brać  pod  uwagę  dodatkowe
czynniki,  nie  tylko  pojemności,  indukcyjno−
ści i rezystancję miedzi, ale też właściwości
materiału płytki (stała dielektryczna) i innych
użytych  materiałów  izolacyjnych.  Od  tych
parametrów  silnie  zależą  właściwości  trans−

misyjne, tłumienie, odbicia i oscylacje przy
przesyłaniu bardzo szybkich sygnałów.

Projektant płytki drukowanej zawsze ma

do wyboru niezliczoną ilość możliwości. Je−
go płytka może być zaprojektowana pod róż−
nymi względami albo lepiej, albo gorzej.
I trzeba bezlitośnie stwierdzić:

n i e m a

p ł y t e k i d e a l n y c h

Płytka zawsze jest odzwierciedleniem

lepszych  lub  gorszych  umiejętności  autora,
a zwykle  jest  też  efektem  licznych  kompro−
misów,  że  wymienię  tylko  kompromis  mię−
dzy  starannością  dopracowania  szczegółów,
a szybkością zrealizowania projektu.

We wcześniejszych latach projektowanie

płytek drukowanych niewątpliwie było sztu−
ką, a nie rzemiosłem. Projektant musiał sam
wszystko  przewidzieć,  zaplanować  i wyko−
nać. Dziś coraz więcej zadań biorą na siebie
automaty,  dokładniej  −  specjalizowane  pro−
gramy do projektowania. Protel ma na przy−
kład wbudowany Autoplacer do automatycz−
nego  rozmieszczania  elementów  i Autorou−
ter do automatycznego prowadzenia ścieżek.
Nie  znaczy  to,  że  wszystko  można  i warto
wykonać automatycznie. Wbudowane w Pro−
tela  automaty  mają  poważne  ograniczenia,
o czym  się  wkrótce  przekonasz.  Na  pewno
błędem  byłoby,  gdybyś  od  początku  próbo−
wał  wszystko  zrealizować  automatycznie.
Ale jeszcze gorszym błędem byłoby, gdybyś
chciał po staremu projektować płytki wyłącz−
nie  „na  piechotę”,  na  podstawie  odręcznego
schematu ideowego. Na pewno trzeba korzy−
stać z netlisty i automatycznie „wrzucać” ele−
menty na płytkę, czy raczej obok płytki.

Później, wprzypadku płytki z niewielką

liczbą  podzespołów,  możesz  sobie  pozwolić
na  luksus  ręcznego  rozmieszczenia  elemen−
tów  i ręcznego  poprowadzenia  ścieżek.
W przypadku  bardziej  złożonych  projektów
ręcznie rozmieścisz na płytce tylko kluczowe
elementy  –  na  przykład  złącza  czy  gniazda,

które muszą zostać rozstawione w ściśle
określonych miejscach. Pozostałe elementy
umieści Autoplacer, a Autorouter zaprojektu−
je potem wszystkie ścieżki. Ingerencja czło−
wieka (czyli Twoja) w bardzo skomplikowa−
ną płytkę polegać będzie na końcowych po−
prawkach i kosmetyce.

Zarówno metoda ręczna, jak i automatycz−

na mają swoje mocne i słabe strony. Projekto−
wanie ręczne daje pełną kontrolę nad projek−
tem, co przy odpowiednim podejściu gwaran−
tuje ładny przebieg ścieżek i przemyślane roz−
mieszczenie elementów. Jest to jednak metoda
czasochłonna – czas projektowania gwałtow−
nie rośnie wraz ze stopniem skomplikowania
układu. Istnieje granica, powyżej której ręczne
projektowanie naprawdę nie ma sensu. Jeśli
układ ma zawierać dziesiątki elementów, ręcz−
ne projektowanie wszystkiego jest nieopłacal−
ne; gdy chodzi o setki elementów – jest abso−
lutnie niemożliwe, bo trwałoby wieki.

Projektowanie z użyciem automatów zna−

komicie  oszczędza  czas.  Jednak  zlecenie
wszystkiego  automatowi  zazwyczaj  oznacza
przedziwne  rozmieszczenie  elementów  i za−
skakujące  poprowadzenie  ścieżek.  Często  al−
gorytmy projektowe dają tak osobliwe wyniki,
że uznasz je za niedopuszczalne. Sam się o tym
przekonasz,  zlecając  Protelowi  zaprojektowa−
nie nawet stosunkowo prostych płytek.

Ci, którzy mają przyzwyczajenia z daw−

nych lat, są skłonni do wpełni ręcznego roz−
mieszczania elementów i trasowania ścieżek
(ja też zauważam u siebie takie skłonności),
a młodzi  i najmłodsi  chcą  korzystać  tylko
z automatów.  Nie  trać  czasu  na  całkowicie
ręczne projektowanie, ale też nie ufaj w peł−
ni  automatom.  Znajdź  złoty środek. Problem
wtym, że nie sposób szybko określić, gdzie ten
złoty  środek  leży.  Dużo  zależy  od  stopnia
skomplikowania  układu.  Sytuacja  jest  ponie−
kąd paradoksalna: czym bardziej złożony jest
układ, tym więcej trzeba korzystać z automatu.

Kurs Protela

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Listopad 2002

Spotkanie 8

Jak  wspomniałem  na  poprzednim  spotkaniu,
moim zadaniem jest przekonać Cię, że projekto−
wanie płytek za pomocą Protela, na pozór bar−
dzo  skomplikowane  i dziwne,  w rzeczywistości
jest  lekkie,  łatwe  i przyjemne,  ale  pod  warun−

kiem pełnego zrozumienia kluczowych zasad.

Wszystko dlatego, że domyślne ustawienia

Protela są dobre dla płytek z maleńkimi elemen−
tami SMD, a nie z klasycznymi, przewlekanymi
elementami. Muszę Cię więc najpierw zapoznać

z filozofią, która legła u podstaw Protela i w tym
kontekście  zapoznać  zarówno  z wbudowanymi
automatami,  takimi  jak  Autoplacer i Autorou−
ter,  jak  i mechanizmami  bieżącej  kontroli  po−
prawności projektu.

Czym  prostsza  płytka,  tym  więcej  można
i warto  projektować  ręcznie.  Warto  być
otwartym i eksperymentować, żeby wypraco−
wać  indywidualny  styl  pracy,  a nie  od  razu
„skostnieć na z góry upatrzonych pozycjach”.
W każdym przypadku nie wystarczy nauczyć
się  podstaw  obsługi  programu.  Trzeba
uwzględnić przynajmniej dwie różne sprawy:
− znajomość możliwości Protela,
− kompromis między elegancją płytki a cza−
sem projektowania.
Mimo częściowej automatyzacji projektowa−
nie  płytek  nadal  pozostaje  sztuką.  Może  nie
bardzo trudną, ale na pewno sztuką. Potrzeb−
nych  umiejętności  na  pewno  nie  można  po−
siąść przez przeczytanie kilku artykułów czy
książki. Trzeba ćwiczyć, próbować i stopnio−
wo  wypracować  sobie  własny  styl  pracy.
Chcąc  osiągnąć  mistrzostwo,  a przynajmniej
satysfakcjonujące  wyniki,  trzeba  być  otwar−
tym  i eksperymentować.  Koniecznie  trzeba
też dobrze poznać filozofię, jaką kierowali się
twórcy Protela. Ogromnie ważną rolę odgry−
wają w tym reguły projektowania  − (Rules).

Rules, czyli reguły

Jak  już  wiesz,  Protel  zawiera  szereg  reguł
projektowych (Rules), które musi spełnić da−
ny  projekt  –  na  pierwszym  spotkaniu  zaglą−
daliśmy  do  tych  reguł  (D –  R).  Reguły  te
trzeba  starannie  przeanalizować  i ustawić
stosownie  do  potrzeb.  Wtedy  Protel  będzie
pilnował  poprawności  wszystkich  szcze−
gółów, co naprawdę jest ogromnie wygodne.

Niestety, domyślne ustawienia tych reguł,

występujące po instalacji, są dobrane bardzo
niestarannie, przez co podczas projektowania
płytki  Protel  zupełnie  niepotrzebnie  sygnali−
zuje mnóstwo błędów i konfliktów. Jeśli masz
świeżo zainstalowanego Protela, upewnij się,
że  jego  twórcy  świadomie  czy  niechcący
ogromnie  utrudnili  początkującym  projekto−
wanie płytek. Ustawienia niektórych reguł są
wręcz  wewnętrznie  sprzeczne.  Trzeba  z tym
zrobić porządek. Poleceniem D – R (Design,
Rules)  otwórz  okno  z wieloma  zakładkami
i regułami. Wiele z nich dotyczy skompliko−
wanych  projektów  z szybkimi  układami.
My  na  szczęście  na  razie  będziemy  wyko−
rzystywać  tylko  niewielką  część  reguł.  Na
razie  interesują  nas  dwie  zakładki:  Routing
i Placement.

Kliknij zakładkę Routing i zaznacz na nie−

biesko pierwszą regułę, czyli Clearence Con−
straint i kliknij przycisk Properties. Otworzy
się okno tej reguły. Chodzi o odstęp między
punktami i ścieżkami. Minimalny odstęp 12
milsów jest prawidłowy − nie zmieniaj go,
tylko kliknij OK. Zaznacz następną regułę
(Routing Corners). Możesz wybrać styl − po−
zostaw 45Degrees. Zmień natomiast wartości
wobu okienkach Setback na 25 oraz 200, jak
pokazuje rysunek 18.

Po kliknięciu OK zaznacz następną regu−

łę (Routing Layers) i otwórz jej okno, klika−

jąc Properties. Ponieważ płytka ma być jed−
nostronna, wyłącz warstwę Top Layer, wy−
bierajac NotUsed, a po przewinięciu na dole
dla warstwy BottomLayer wybierz Any. Za−
twierdź, klikając OK.

Reguł Routing Priority, Routing Topology

i reguł SMD nie zmieniaj. W regule Routing
Via Style zmień średnicę na 70mil, a otwór na
32mil (0,8mm), jak pokazuje rysunek 19.

Koniecznie zmień bezsensowne wartości re−
guły Width Constraint dotyczącej szerokości
ścieżek (Minimum − 12, Maximum − 200mil,
Preferred − 30mil), jak pokazuje rysunek 20.

Reguł z zakładek Manufacturing, High

Speed, Signal Integrity oraz Other nie musisz
dotykać.

Na zakładce Placement (umieszczanie

elementów) koniecznie zmień jedną regułę:
Component Clearence Constraint. Zwiększ
minimalny odstęp między elementami (Gap)
do 12 milsów lub więcej, a sposób sprawdza−
nia (Check Mode) z szybkiego na pełny − Full
Check, jak pokazuje rysunek 21.

Rozsądne ustawienie re−

guł (rules) znakomicie po−
może Ci podczas pracy, bo
będzie sygnalizować rzeczy−
wiste błędy i kolizje i nie do−
puści do powstania błędów.

Podkreślam to bardzo

mocno: jeśli nie zrozumiesz
w pełni omawianego tu za−
gadnienia  ustawiania  re−
guł,  szybko  się  zniechęcisz
i potem  zechcesz  wyłączyć
sygnalizację  nieprawdopo−
dobnej  ilości  błędów.  Nie

wyłączaj sygnalizacji błędów, wprost prze−
ciwnie – upewnij się, że jest włączona (D – O,
zakładka Layers, DRC Errors), jak pokazuje
rysunek 22.

A teraz już możemy wziąć się za projekto−

wanie  płytki  do  omawianego  wcześniej  nie−
typowego generatora przebiegu sinusoidalne−
go.  Wszystkie  potrzebne  pliki  zawarte  są
wprojekcie GenSin1.ddb umieszczonym na
naszej stronie internetowej w postaci spako−
wanej.  Możesz  wykorzystać  wcześniejszy
projekt GenSin0.zip, gdzie też znajdziesz po−
trzebny schemat. Na rysunku 23 przypomi−
nam ten schemat. Niewiele elementów, tylko
dwa układy scalone, więc płytka będzie nie−
wielka − niech ma wymiary 50x35mm. Oczy−
wiście będzie to płytka jednostronna.

Teraz dla wprawy, zgodnie ze wskazów−

kami opisanymi wpoprzednim odcinku, zrób
dwie płytki: jedną za pomocą kreatora (PCB
Wizard), drugą ręcznie. Oczywiście chodzi

Kurs Protela

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Listopad 2002

Rys. 19

Rys. 20

Rys. 21

Rys. 22

Rys. 18

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Listopad 2002

Podzespoły

Charakterystyka

Czym  większa  prędkość  obrotowa  silnika
krokowego, tym jest on słabszy. Wynika to z
kilku przyczyn. Choć nie trzeba znać wszyst−
kich  szczegółów  z  tym  związanych,  należy
mieć  świadomość  kilku  podstawowych  za−
leżności. Rysunek 44a pokazuje uproszczo−
ną  charakterystykę  silnika.  Na  osi  poziomej
zaznaczona jest częstotliwość impulsów ste−
rujących  określających  prędkość  obrotową,
na pionowej – moment obrotowy, który okre−
śla siłę. Punkt A pokazuje maksymalną czę−
stotliwość rozruchu. Przy większej częstotli−
wości  silnik  w  ogóle  nie  ruszy.  Jeśli  jednak
silnik ruszy przy mniejszej prędkości, można
go  stopniowo  rozpędzić  do  prędkości  więk−
szej.  Punkt  B  wyznacza  maksymalną  pręd−
kość  silnika.  Większej  nie  da  się  osiągnąć.
Punkty A i B mają małe znaczenie praktycz−
ne,  ponieważ  dotyczą  silnika  nieobciążone−
go. Jeśli silnik ma ruszyć i to od razu pod ob−
ciążeniem,  trzeba  zacząć  od  mniejszej  pręd−
kości – pokazuje to przykładowy punkt C. Je−
śli już silnik zacznie pracować, można stop−
niowo zwiększyć jego prędkość aż do warto−
ści wyznaczonej przez punkt D.

Wynika stąd ważny wniosek. Jedynie przy

prędkościach  i  obciążeniu  wyznaczonym
przez zielone pole charakterystyki silnik mo−
że  pracować  w  tak  zwanym  trybie  start−sto−
powym.  Będzie  wtedy  pracował  synchro−
nicznie i nie „zgubi” ani jednego impulsu ste−
rującego.

Jeśli silnik ma pracować w trybie wyma−

gającym  szybkiej  zmiany  kierunku,  zakres
pracy będzie jeszcze węższy (mniejsza pręd−
kość  maksymalna).  Z  kolei  zaznaczona  na
szaro  część  charakterystyki  pokazuje  obszar

pracy, który można wykorzystać, jeśli zasto−
sowany zostanie inteligentny sposób stero−
wania ze stopniowym przyspieszaniem i ha−
mowaniem. Warto pamiętać, że można w ten
sposób zwiększyć możliwości silnika.

Uproszczona charakterystyka z rysunku

44a nie pokazuje wszystkich właściwości sil−
nika. Wspomniane wcześniej rezonanse me−
chaniczne  spowodują,  że  przy  sterowaniu
pełnokrokowym  dla  pewnej  częstotliwości
impulsów  silnik  w  ogóle  nie  będzie  praco−
wał. Pokazuje to, znów w uproszczeniu, ry−
sunek  44b.  Dokładnej  charakterystyki  nie
sposób  podać,  bo  częstotliwość  rezonansu
mechanicznego  zależy  nie  tylko  od  silnika,
ale  i  od  obciążenia.  Charakterystyka  będzie
dużo gładsza przy sterowaniu półkrokowym,
tym  bardziej  przy  mikrokrokowym.  W każ−
dym  razie  w  prawidłowo  zaprojektowanym
systemie albo rezonanse są zmniejszone (wy−

eliminowane), albo zakres częstotliwości ro−
boczych jest mniejszy i nie grozi wpadnię−
ciem w taki obszar. Szczegółowe omówienie
problemu i stosowanych rozwiązań zdecydo−
wanie wykracza poza ramy artykułu.

Problemy z prądem

Jednym z ważnych problemów, o którym ko−
niecznie  trzeba  wiedzieć,  jest  powolne  nara−
stanie  prądu  w  uzwojeniach  silnika.  Każde
uzwojenie przedstawia sobą pewną indukcyj−
ność L i pewną rezystancję R. Po dołączeniu
napięcia prąd nie od razu osiąga wartość wy−
znaczoną przez napięcie i rezystancję. W sze−
regowym obwodzie RL prąd narasta stopnio−
wo. Stała czasowa wynosi L/R. Jeśli impulsy
sterujące mają małą częstotliwość, nie ma to
większego  znaczenia.  Jeżeli  jednak  impulsy
sterujące  są  krótkie  (prędkość  obrotowa  du−
ża), prąd nie zdąży narosnąć do ustalonej war−
tości U/R. Oznacza to zmniejszenie momentu
użytecznego  silnika  ze  wzrostem  prędkości
obrotowej. Przyczynę ilustruje rysunek 45.

Aby zmniejszyć wpływ tego zjawiska, na−

leżałoby zwiększyć prędkość narastania prą−
du.  Najprostszy  sposób  polega  na  (znacz−
nym,  nawet  kilkukrotnym)  zwiększeniu  na−
pięcia zasilania i dodaniu szeregowego rezy−
stora. Stała czasowa L/R jest wtedy mniejsza
− dzięki większemu napięciu zasilania prąd w
uzwojeniu narasta szybciej. Wartość dodane−
go rezystora powinna być taka, żeby prąd w
stanie  ustalonym  był  równy  prądowi  nomi−
nalnemu silnika. Schemat i przebiegi dla jed−
nego uzwojenia silnika bipolarnego pokazuje
rysunek  46.  Sposób  taki  jest  prosty  i  sku−
teczny, ale wadą są duże straty mocy w doda−
nych rezystorach.

Listopad 2002

część 5 − właściwości
i sterowniki

Rys. 44

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Listopad 2002

Rozwiązanie zadania powinno zawierać schemat elektryczny i zwięzły opis działania.

Model i schematy montażowe nie są wymagane, ale przysłanie działającego modelu lub jego

fotografii zwiększa szansę na nagrodę.

Ponieważ rozwiązania nadsyłają Czytelnicy o różnym stopniu zaawansowania, mile widziane

jest podanie swego wieku.

Ewentualne listy do redakcji czy spostrzeżenia do erraty powinny być umieszczone na oddzielnych

kartkach, również opatrzonych nazwiskiem i pełnym adresem. Prace należy nadsyłać w terminie

45 dni od ukazania się numeru EdW (w przypadku prenumeratorów – od otrzymania pisma pocztą).

łł

Uwaga uczestnicy i sympatycy Szkoły Konstruktorów! Oto ważny komunikat:

Każdy uczestnik Szkoły proszony jest o przysłanie do Redakcji swojej fotografii i kilku zdań o sobie.

Szkoła Konstruktorów istnieje już prawie siedem lat. Wgrudniowym lub styczniowym numerze ukaże się specjalny dodatek, Galeria Szkoły Konstruktorów,

w którym Redakcja chciałaby zaprezentować publicznie uczestników Szkoły. Później Galeria mogłaby zostać umieszczona na stałe na stronie internetowej EdW.

Niech będzie to jeszcze jedna forma wyróżnienia i nagrody za trud rozwiązywania zadań. Dlatego zwracamy się do uczestników, czyli osób, których

nazwisko przynajmniej raz pojawiło się w rozwiązaniu Szkoły w ciągu całego jej istnienia. Najbardziej zależy nam na przedstawieniu czołówki uczestni−
ków zarówno z obecnej tabeli, jak i poprzedniej tabeli, która uległa skróceniu w grudniu 2000 w związku z rozdziałem nagród w ramach Promocji Mło−
dych Talentów. Chcemy przedstawić portrety: zarówno fotografie, jak i kilka zdań o uczestniku (w tym zainteresowania pozaelektroniczne).

Jeśli ktoś z czołówki uczestników z sobie znanych względów nie chciałby zaprezentować swej fotografii, proszony jest o przysłanie choć kilku zdań o sobie.
Ze względu na przepisy prawne musimy od Was otrzymać zgłoszenie własnoręcznie podpisane rozpoczynające się od słów:
Proszę o umieszczenie mojej fotografii oraz poniższych danych w Galerii Szkoły Konstruktorów EdW:
Wzwiązku z tym wszystkie zgłoszenia muszą być nadesłane zwykłą pocztą. Celem akcji jest nie tylko zaprezentowanie uczestników, ale też umożli−

wienie wzajemnych kontaktów. Do tej pory wszystkie „nitki” Szkoły zbiegają się w Redakcji EdW. Chcemy ułatwić wzajemne bezpośrednie kontakty. Dla−
tego osoby, które gotowe są nawiązać kontakt z innymi, proszone są o udostępnienie swoich „namiarów” (adres pocztowy, e−mailowy, telefon, nr Gadu−
Gadu, własna strona internetowa).

Do Galerii zapraszamy nie tylko uczestników, ale też sympatyków Szkoły, którzy z różnych względów nie brali jeszcze w niej udziału. Wprzypadku

sympatyków nie przewidujemy publikacji fotografii, tylko kilka zdań o danej osobie i informacje o możliwości kontaktu.

Termin wysyłania zgłoszeń upływa 15 listopada 2002.Wzwiązku z akcją zmodyfikowaliśmy comiesięczną miniankietę, żebyście mogli wykorzystać

gotowy formularz. Zgłoszenie można też przysłać w liście, a nawet na kartce pocztowej (dobrej jakości fotografię można wtedy przysłać e−mailem).

Bardzo prosimy wszystkich uczestników i sympatyków Szkoły o poparcie akcji i nadsyłanie swoich zgłoszeń.

Galeria Szkoły Konstruktorów

Pomysł zadania 81 nadesłał Tomasz Fertak
z Warszawy. Z pewnością zamierza kupić no−
wy samochód i już wcześniej zastanawia się,
co elektronik mógłby ulepszyć w garażu. Na
pierwszy rzut oka temat elektronika w gara−
żu może budzić najróżniejsze skojarzenia. Po
chwili zastanowienia okazuje się jednak, że
elektronik w garażu może mieć sporo roboty.

Najpierw podaję oficjalny temat zadania:

Zaprojektuj urządzenie(−a) elektroniczne,
przydatne w garażu.

Wbrew pozorom, możliwości jest wiele.

Na pewno w grę wchodzą różnorodne syste−

my alarmowe i sygnalizacyjne. Pomyślcie
i zapytajcie znajomych, jakie mają zdanie
w tej sprawie.

Oprócz układów alarmowych bardzo inte−

resujące  byłyby  projekty  ułatwiające  korzy−
stanie z garażu. Wyobraźcie sobie jak najbar−
dziej  realną  sytuację:  niektóre  garaże  mają
bramy  zdalnie  sterowane  pilotem.  Jeśli  nie
można  pilotem  włączyć  światła,  właściciel
wieczorem  zdalnie  otworzy  bramę  (drzwi),
wjedzie, zgasi światła...
i musi po ciemku „doczołgać się” do wyłącz−
nika  światła.  Czy  nie  można  tego  zmienić?
Wystarczyłby  prosty  wyłącznik  świetlny:
oświetlenie czujnika silnym światłem reflek−
torów włączyłoby światło w garażu i ewentu−

alnie na zewnątrz na kilka minut. Tych kilka
minut wystarczy, żeby właściciel wysiadł,
pozamykał drzwi i nie martwiąc się o świa−
tło, poszedł do domu.

A może zaprojektować prosty układ cza−

sowy, który włączy oświetlenie na kilka mi−
nut po każdym otwarciu drzwi garażu?

Jeszcze inną możliwością jest zastosowa−

nie  w garażu  czujnika  parkowania.  Współ−
czesne samochody mają obłe kształty i zwy−
kle  trudno  jest  wzrokowo  ocenić  odległość
od ściany czy regału. Przydałoby się urządze−
nie sygnalizujące odległość od ściany (prze−
szkody). Może to być dalmierz ultradźwięko−
wy, umieszczony dokładnie naprzeciw tabli−
cy  rejestracyjnej.  Ale  może  całkowicie

Zadanie nr 81

wystarczające byłoby wykorzystanie jakichś
czujników mechanicznych, np. elastycznych
„wąsów”? Tu dobrze byłoby, żeby sygnaliza−
cja była płynna lub wielostopniowa, by kie−
rowca miał orientację, jaka odległość dzieli
go od przeszkody?

Oprócz sygnalizacji „czołowej” we

współczesnych wąskich garażach ma rację
bytu sygnalizacja „boczna”, dająca kierowcy
pewność, że prawym lusterkiem o coś nie za−
haczy i że będzie miał dość miejsca, by otwo−
rzyć drzwi i wysiąść. Czy warto myśleć nad
takim układem naprowadzającym?

A może ktoś zechce zaprojektować jakiś

wielofunkcyjny „kombajn” do garażu? Tu

zalecam rozwagę. Na pewno urządzenie nie
powinno być drogie, a ma być niezawodne,
dlatego  nie  radzę  zbytnio  komplikować
układu.  Może  niektóre  zadania  należy  roz−
wiązać inaczej niż na drodze elektronicznej,
np. zamiast radaru parkowania zainstalować
odpowiednio  umieszczone  lusterko.  Co
o tym sądzicie?

Jestem przekonany, że nadeślecie inte−

resujące  pomysły  i rozwiązania.  Jak  za−
wsze,  liczą  się  dobre  pomysły  i za  dobrą
ideę  można  otrzymać  więcej  punktów  niż
za  typowe  „rzemieślnicze”  rozwiązanie
układowe.

Koniecznie zapytajcie zaprzyjaźnionych

kierowców, jak oni widzą możliwość „zelek−
tronizowania” garażu. Weźcie pod uwagę, że
w grę  wchodzą  zarówno  garaże  w piwnicy
budynku,  garaże  wolno  stojące  na  działce
jak  i garaże  osiedlowe,  oddalone  od  mie−
szkania właściciela nawet o kilkaset metrów.
Jeśli  ktoś  wykonał  podobne  urządzenie
wcześniej,  też  może  śmiało  przysłać  infor−
mację  i model  lub  fotografie.  Jeśli  ktoś
próbował, ale np. okazało się, że urządzenie
okazało się zbyt zawodne, niech również na−
pisze  o swoich  wnioskach.  Czekam  też  na
propozycje kolejnych zadań. Pomysłodawcy
wykorzystanych  zadań  otrzymują  nagrody
rzeczowe.

Temat zadania 77 brzmiał: Zaprojektować
urządzenie elektroniczne przydatne do do−
mowego akwarium, terrarium czy oczka
wodnego.

Także i tym razem otrzymałem wiele pro−

pozycji teoretycznych i kilkanaście modeli.

Rozwiązania teoretyczne

Udział niektórych Kolegów ograniczył się do
podania tematu do przemyślenia. Przykłado−
wo Marcin Dyoniziak z Brwinowa przysłał
z telefonu komórkowego pytanie: Czy zbudo−
wać  układ,  który  włącza  pompkę  w oczku
wodnym w dzień? Karol Kowalczuk z Gra−
bowca  proponuje  sterownik−zegar  włączają−
cy  oświetlenie  i przypominający  o koniecz−
ności nakarmienia ryb i oczyszczenia akwa−
rium. Karol słusznie stwierdził, że dla dobra
rybek przydałby się dodatkowy sygnalizator
przekroczenia temperatury poza dopuszczal−
ne granice i niedostatecznego napowietrzenia
wody.  Piotr Bechcicki z Sochaczewa  prze−
wertował  wcześniejsze  wydania  EdWi po−
dał, które układy i pomysły można wykorzy−
stać jako rozwiązanie postawionego zadania.

Paweł Lasko z Nowego Sącza napisał

m.in.: Kiedyś miałem małego żółwia. Trzeba
go było karmić i poić, gdyż sam nie umiał je−
szcze tego. (...) Miałem także myszy, rasowe−
go szczura, papugi i ciągle ten sam problem:
zapominałem dawać im jeść. Myślałem nad
układem z procesorem, który działałby w na−
stępujący sposób:

Układ włącza się dopiero gdy jest jasno

i czeka na jakieś dłuższe dźwięki np. ścielone−
go łóżka (chyba nikt nie chciałby w niedzielę
zostać postawionym na nogi przez syrenę na−
szego  układu  zaraz  o świcie  czy  po  prze−
wróceniu  się  na  bok).  Po  wystąpieniu  tych
dłuższych  dźwięków  włącza  się  owa  syrena
sygnalizująca, że trzeba dać jeść zwierzątku.
Syrena  działa  np.  przez  20  sekund  i jeśli  nie
zostanie  wciśnięty  przycisk  nakarmione,  to
włącza  się  co  5  minut.  Jeśli  zaś  przycisk  zo−
stanie wciśnięty, to syrena włącza się za jakieś

6 godzin, informując, że trzeba podać zwie−
rzęciu obiad (ten okres wypadałoby pozosta−
wić do regulacji użytkownikowi ze względu na
różne pory karmienia różnych zwierząt).

Paweł napisał też o możliwości kontrolo−

wania poziomu wody w akwarium, by sygna−
lizator przypomniał o konieczności jej uzu−
pełnienia.

12−letni Michał Włodarczyk z Krakowa

zaproponował budowę „mętniaka” – układu
sprawdzającego stopień zmętnienia wody na
drodze fotoelektrycznej (Wlodarczyk.gif)

Szymon Janek z Lublina przysłał sche−

mat  prostego  regulatora  mocy  (żarówki,
grzałki) z triakiem i potencjometrem oraz ter−
mostatu  własnego  pomysłu.  Jakub  Świegot
ze  Środy  Wlkp.  przysłał  schemat  automa−
tycznego wyłącznika oświetlenia i regulatora
temperatury.  Podobnie  schemat  regulatora
temperatury z wiekową kostką 723 zapropo−
nował Dariusz Szybiak z Drohobyczki. Na−
tomiast  Paweł  Joachimiak z Jarocina  przy−
słał schemat regulatora temperatury z tranzy−
storowym  przerzutnikiem  Schmitta.  Dawid
Lichosyt z Gorenic nadesłał schemat regula−
tora  temperatury  pracującego  na  interesują−
cej, nietypowej zasadzie oraz schemat układu
czasowego  (impulsatora)  do  pompki  powie−
trza. Zaproponował też prosty czujnik pozio−
mu  wody  w  terrarium,  by  zwierzęta  zawsze
miały dostęp do świeżej wody. Choć schema−
ty nie są dopracowane, Dawidowi niewątpli−
wie  należy  się  pochwała  za  pomysłowość.
Piotr Podczarski z Redecza  Wlk.  również
przysłał  schemat  niecodziennego  układu  –
termometru.  Rafał  Kobylecki z Czarnowa
nadesłał kilka schematów, m.in. automatycz−
ny wyłącznik oświetlenia, regulator tempera−
tury  i pomysł  wykonania  automatycznego
dozownika suchego pokarmu.

Serdecznie zachęcam Rafała i wcześniej

wymienionych  Kolegów  do  praktycznych
prób.  Pozwoli  im  to  skutecznie  zweryfiko−
wać  praktyczną  przydatność  i odkryć  ewen−
tualne błędy i niedoróbki.

O takich wcześniejszych próbach napisał

Filip Rus z Zawiercia: co prawda opracowa−
łem model do rozwiązania zadania dotyczą−

cego wyłączania odbiornika TV, ale jego wa−
dliwe działanie, delikatnie mówiąc, zdener−
wowało mnie i spowodowało poczucie rezy−
gnacji (...) Po przeanalizowaniu treści zada−
nia 77 zdecydowałem się na zaprojektowanie
„kombajnu akwariowego”.

„Kombajn” Filipa ma sprawdzać i regulo−

wać  oświetlenie  oraz  temperaturę,  kontrolo−
wać  poziom  i mętność  wody  oraz  sterować
pracą  filtru.  Schemat  można  znaleźć  na  na−
szej stronie internetowej jako Rus.gif.

Mariusz Chilmon z Augustowa napisał:

Zadanie 77 okazało się trudniejsze, niż mi się
na  początku  wydawało.  Myślałem  już,  że
w ogóle  je  sobie  „odpuszczę”,  ale  w końcu
coś  wymyśliłem.  Chociaż  praktyczna  przy−
datność tego układziku może okazać się wąt−
pliwa, to cieszę się z niego :−)

Udało mi się bowiem uporać z pewnymi

problemami osobistymi i pokonać „elektro−
niczny” kryzys. Także EdW miała w tym swój
udział, za co serdecznie dziękuję :))

Układ Mariusza (Chilmon.gif) ma wykry−

wać  brak  pożywienia  w pojemniku  z jedze−
niem.  Brak  pożywienia  odsłoni  fotorezystor
umieszczony  na  dnie  i sygnał  dźwiękowy
przypomni o uzupełnieniu zapasu.

Jarosław Tarnawa z Godziszki przysłał

schematy automatycznego dozownika pokar−
mu,  termostatu  akwariowego  z kostką
LM3914 oraz sterownika oświetlenia i pracy
pompy  fontanny  (Tarnawa.gif).  Idea  ostat−
niego urządzenia jest jak najbardziej słuszna
– nie ma sensu, by mała przydomowa fontan−
na pracowała przez całą noc. Prosty układ Ja−
rosława wyłączy oświetlenie i pompę po za−
padnięciu  zmroku.  Znacznie  lepszy  byłby
układ  zapewniający  pracę  pompy  w dzień
i kilka godzin po zapadnięciu zmroku, nato−
miast oświetlenie fontanny powinno być włą−
czane  właśnie  na  te  kilka  godzin  po  zapa−
dnięciu zmroku. Pomyślcie o takim układzie
i spróbujcie go zrealizować w możliwie pro−
sty, tani i bezpieczny sposób.

Spośród propozycji teoretycznych na ko−

niec zostawiłem pomysł Mirosława Kopery
z Dębicy, który swego czasu był zapalonym
akwarystą i ma nadzieję jeszcze wrócić

Szkoła Konstruktorów

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Listopad 2002

Rozwiązanie zadania nr 77

fotoelektrycznego do krokomierza pokazany
jest na fotografii 16.

Jeśli chodzi o zadanie 77, jak zwykle naj−

więcej punktów, upominki i nagrody można
było zdobyć za niepowtarzalne, własne po−
mysły oraz za praktyczne próby, a nie za po−
wtarzanie typowych rozwiązań czy tym bar−
dziej przerysowywanie schematów.

Upominki otrzymają: Bartosz Czerwiec,

Wojciech Macek, Marek Osiak, Tomasz Wi−
śniewski, Jakub Jagiełło, Dariusz Dreli−
charz, Mirosław Kopera i Marcin Wiązania.

Nagrody otrzymują: Remigiusz Idzikowski,

Dawid Kozioł, Marcin Malich i Michał Stach.
Prawie wszyscy wymienieni z nazwiska otrzy−
mują punkty (1...7). Autorzy projektów skiero−
wanych do publikacji otrzymają honoraria.

Serdecznie zapraszam do udziału w roz−

wiązywaniu kolejnych zadań i do nadsyłania
prac w terminie.

Wasz Instruktor

Piotr Górecki

Szkoła Konstruktorów

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Listopad 2002

− S

Szzkkoołłaa K

Koonnssttrruukkttoorróów

w kkllaassaa IIII

Marcin Wiązania Gacki. . . . . . . . . . . . . . . 109
Dariusz Drelicharz Przemyśl  . . . . . . . . . . . 72
Mariusz Chilmon Augustów  . . . . . . . . . . . 71
Michał Stach Kamionka Mała  . . . . . . . . . . 49
Marcin Malich Wodzisław Śl.  . . . . . . . . . . . 44
Jarosław Chudoba Gorzów Wlkp.  . . . . . . . 42
Krzysztof Kraska Przemyśl  . . . . . . . . . . . . 37
Bartłomiej Radzik Ostrowiec Św.  . . . . . . . 37
Roman Biadalski Zielona Góra  . . . . . . . . . 33
Piotr  Wójtowicz Wólka Bodzechowska . . . 33
Jarosław Tarnawa Godziszka  . . . . . . . . . . 32
Dariusz Knull Zabrze  . . . . . . . . . . . . . . . . 29
Filip Rus Zawiercie  . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
Piotr Romysz Koszalin  . . . . . . . . . . . . . . . 27
Rafał Stępień Rudy  . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
Piotr Dereszowski Chrzanów  . . . . . . . . . . 24
Szymon Janek Lublin  . . . . . . . . . . . . . . . . 23
Mariusz Ciołek Kownaciska . . . . . . . . . . . . 20
Radosław Ciosk Trzebnica  . . . . . . . . . . . . 20

Jakub Kallas Gdynia  . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
Jacek Konieczny Poznań  . . . . . . . . . . . . . 20
Michał Koziak Sosnowiec  . . . . . . . . . . . . . 20
Michał Pasiecznik Zawiszów . . . . . . . . . . . 18
Radosław Koppel Gliwice  . . . . . . . . . . . . . 17
Łukasz Cyga Chełmek  . . . . . . . . . . . . . . . 16
Jakub Jagiełło Gorzów Wlkp.  . . . . . . . . . . 16
Dawid Lichosyt Gorenice  . . . . . . . . . . . . . 16
Andrzej Sadowski Skarżysko Kam.  . . . . . . 16
Maciej Jurzak Rabka . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
Ryszard Milewicz Wrocław  . . . . . . . . . . . . 15
Emil Ulanowski Skierniewice . . . . . . . . . . . 15
Artur Filip Legionowo  . . . . . . . . . . . . . . . . 14
Robert Jaworowski Augustów  . . . . . . . . . 14
Aleksander Drab Zdziechowice  . . . . . . . . . 13
Wojciech Macek Nowy Sącz  . . . . . . . . . . . 13
Bartek Czerwiec Mogilno  . . . . . . . . . . . . . 12
Zbigniew  Meus Dąbrowa Szlach.  . . . . . . . 12
Arkadiusz Zieliński Częstochowa  . . . . . . . 12

Piotr Bechcicki Sochaczew  . . . . . . . . . . . . 11
Sebastian Mankiewicz Poznań  . . . . . . . . . 11
Paweł Szwed Grodziec Śl. . . . . . . . . . . . . .  11
Marcin Dyoniziak Brwinów  . . . . . . . . . . . . 10
Tomasz Gajda Wrząsawa  . . . . . . . . . . . . . 10
Dawid Kozioł Elbląg  . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
Piotr Podczarski Redecz  . . . . . . . . . . . . . 10
Bartek Stróżyński Kęty  . . . . . . . . . . . . . . . 10
Maciej Ciechowski Gdynia  . . . . . . . . . . . . . 9
Mariusz Ciszewski Polanica Zdr. . . . . . . . . . 9
Filip Karbowski Warszawa  . . . . . . . . . . . . . 9
Witold Krzak Żywiec  . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Piotr Kuśmierczuk Gościno . . . . . . . . . . . .  9
Kamil Urbanowicz Ełk . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Michał Waśkiewicz Białystok . . . . . . . . . . . . 9
Piotr Wilk Suchedniów  . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Krzysztof Żmuda Chrzanów  . . . . . . . . . . . . 9

Punktacja Szkoły Konstruktorów

Rozwiązanie zadania 77

WEdW7/2002  zamieszczony  był  schemat
nadesłany jako rozwiązanie jednego z wcze−
śniejszych zadań Szkoły. Przy bliższym zba−
daniu sprawy okazało się, że jest to rozwią−
zanie  zadania  70  –  uciszacz  szczekającego
psa,  a nie  wykrywacz  grzmotów.  Niemniej
działanie  ma  być  takie  samo:  po  wykryciu
głośnego  dźwięku  ma  się  odezwać  sygnali−
zator. Oryginalny układ pokazany jest na ry−
sunku A.

Znów dopatrzyliście się sporej liczby

usterek.  Większość  uczestników  wykryła
trzy główne błędy:
1.  Brak  bramki  pośredniczącej  (inwertera)
między U1A, U1B. Wprezentowanym ukła−
dzie  zespół  generatorów  będzie  pracował
błędnie  (w stanie  spoczynku  generatora

U1A będzie pracował generator U1B). Układ
powinien wyglądać, jak na rysunku B.
2.  Brak  rezystora
między kolektorem
T1  a masą.  Teore−
tycznie  na  wejściu
sterującym  genera−
tora  U1A będzie
stan  nieokreślony,
w praktyce  będzie  tam  stan  wysoki,  wynikają−
cych choćby z naładowania pojemności wejścio−
wej bramki przez T1. Ilustruje to rysunek C.
3.  Nieprawidłowa  budowa  wzmacniacza  sy−
gnału,  zawierającego  mikrofon,  wzmacnia−
cze operacyjne i tranzystor T1.

Kilku uczestników stwierdziło, że mikro−

fon (zapewne elektretowy) nie ma obwodów
polaryzacji. To nieprawda. Polaryzację za−

pewnia rezystor R1. Mikrofon
będzie pracował.

Standardowo rzeczywiście

w obwodzie  polaryzacji  mi−
krofonu  stosuje  się  dodatko−
wy rezystor i kondensator we−
dług  rysunku  D.  Ich  zada−
niem  jest  jedynie  odsprzę−
gnięcie  obwodu  mikrofonu,
by  nie  dopuścić  do  samow−
zbudzenia.  Taki  lub  jeszcze

bardziej rozbudowany obwód polaryzacji mi−
krofonu  jest  absolutnie  niezbędny,  gdy
wzmacniacz  ma  duże  wzmocnienie.  Trzeba
pamiętać,  że  pod  wpływem  zmian  sygnału
zmienia się w jakimś niewielkim stopniu na−

pięcie  zasilania.  Te
zmiany napięcia zasi−
lania  przedostają  się
przez  rezystor  R1
z powrotem do obwo−
du  mikrofonu  i dalej
na  wejście  wzmac−
niacza. Wtakiej sytuacji, gdy wzmocnienie
jest duże, łatwo o powstanie pętli dodatnie−
go sprzężenia zwrotnego i o samowzbudze−
nie.  Womawianym  układzie  zapewne  nie
będzie  potrzebne  duże  wzmocnienie,  bo
uciszacz  mocowany  będzie  na  obroży  psa,
czyli  blisko  źródła  głośnego  dźwięku.  Co
prawda,  ze  względu  na  spodziewane  nie−
zbyt duże wzmocnienie, ryzyko samowzbu−
dzenia  nie  jest  wielkie,  niemniej  zawsze
warto  pamiętać  o problemie  odsprzęgania
zasilania.  Tym  bardziej,  że  układ  ma  być
zasilany z małej baterii o znacznym oporze
wewnętrznym:  bloczka  9V lub  dwóch,
trzech baterii litowych. I tu mam zarzut do
większości uczestników: tylko jedna osoba
zwróciła uwagę na istotny błąd – brak kon−
densatora  filtrującego  napięcie  zasilania.
Przyznam  lojalnie,  że  sam  usunąłem  ten
kondensator  (elektrolit)  ze  schematu,  by
wprowadzić  jeszcze  jedną  usterkę.  Można
stwierdzić, że jej nie dostrzegliście.

Ale wracajmy do układu. Jeśli chodzi

o punkt 3, opinie były rozmaite. Nic dziw−
nego, zaproponowany układ jest co naj−
mniej nietypowy, dlatego koniecznie trzeba
określić zamierzony sposób działania. Ma to

Fot. 16 Model Michała Koziaka

być uciszacz szczekającego psa, więc poja−
wienie  się  głośnych  dźwięków  powinno
uruchomić  generator,  który  wytworzy  serię
dźwięków  nieprzyjemnych  dla  zwierzęcia.
Wspoczynku  na  wejściu  generatora  musi
więc  być  stan  niski  –  patrz  rysunki  B i C.
Tym samym w spoczynku tranzystor T1 po−
winien być zatkany.

Patrząc na układ

od  strony  wejścia,
obwody  mikrofonu
możemy  uznać  za
dopuszczalne.  Do−
puszczalna  jest  też
praca  wzmacniacza
LM358  na  pozio−
mie masy. Zapropo−
nowane  przez  nie−
których  układy  według  rysunku  E są  po−
prawne,  ale  można  pozostawić  oryginalną
konfigurację − kostka LM358 jest znana z te−
go,  że  może  pracować  w takich  warunkach.
Oznacza  to,  że  w spoczynku  na  wyjściu
pierwszego  wzmacniacza  napięcie  wyjścio−
we będzie równe zeru (potencjał masy z do−
kładnością  do  kilkunastu  miliwoltów).  Tym
samym w spoczynku kondensator C3 będzie
w pełni naładowany przez R4
i będzie  na  nim  występować
pełne  napięcie  zasilania.
Z kolei  napięcie  na  rezysto−
rze R4 będzie równe zeru.

Pojawienie się sygnału

z mikrofonu  zaowocuje  poja−
wieniem się na wyjściu pierw−
szego  wzmacniacza  napięcia
dodatniego. Dzięki diodzie spowoduje to czę−
ściowe rozładowanie C3. Właśnie rozładowa−
nie,  co  w tym  przypadku  oznacza  wzrost  na−
pięcia na R4 i na wejściu drugiego wzmacnia−
cza operacyjnego. Tym samym na wyjściu dru−
giego  wzmacniacza  w spoczynku  będzie  na−
pięcie równe zeru (potencjał masy) i pod wpły−
wem głośnych dźwięków będzie ono rosnąć.

Wzrost napięcia na wyjściu drugiego

wzmacniacza  być  może  powinien,  zdaniem
pomysłodawcy,  spowodować  reakcję  tranzy−
stora  T1  i włączenie  generatora.  Tak  jednak
nie będzie z kilku względów.

Po pierwsze, żeby wyłączyć tranzystor T1

napięcie  baza−emiter  musi  być  mniejsze  niż
0,6V. Napięcie na wyjściu wzmacniacza ope−
racyjnego  musiałoby  wzrosnąć  praktycznie
do  dodatniego  napięcia  zasilania.  Wiekowa,
skądinąd znakomita kostka LM358 na pewno
nie  jest  wzmacniaczem  typu  rail−to−rail.  Co
prawda ma obwody, zapewniające pracę wej−
ścia  i wyjścia  w pobliżu  ujemnego  napięcia
zasilania, ale na pewno ani wejście, ani wyj−
ście nie będzie poprawnie pracować w pobli−
żu dodatniego napięcia zasilania. Ilustruje to
rysunek  F,  pokazujący  stopnie  wyjściowe
pierwszego  wzmacniacza  operacyjnego
i przypuszczalne  napięcia  maksymalne  przy
dużym sygnale z mikrofonu. Rysunek ten udo−

wadnia, że tranzystor T1 na pewno zawsze bę−
dzie przewodził, aby go zatkać, należałoby
zastosować dzielnik według rysunku G.

Ale taki dziel−

nik nic nie pomo−
że,

ponieważ

z wcześniejszego
opisu  wyraźnie
wynika, iż w spo−
czynku T1, który niewątpliwie jest tranzysto−
rem PNP, będzie przewodził, a więc napięcie
na jego kolektorze będzie bliskie dodatniemu
napięciu  zasilania,  co  oznacza  stan  wysoki.
A stan  wysoki  uruchomi  generator  U1A.
Działanie musi być odwrotne!

Tu niektórzy uczestnicy proponowali

zmienić  tranzystor  na  NPN,  na  przykład  we−
dług  rysunku  H.  Można,  ale  po  co?  Wydaj−
ność  wyjściowa  wzmacniacza  jest  znacznie
większa  niż  10mA,  więc  wystarczy  zastoso−
wać  C3  o niewielkiej  pojem−
ności, np. 10...22

F i wzmac−

niacz  dobrze  poradzi  sobie
z jego  rozładowaniem.  Czyż
więc  nie  wystarczy  uprościć
układu  według  rysunku  J,
a drugi wzmacniacz wykorzy−
stać według rysunku K lub L?
Przecież bramka U1A ma dużą
histerezę,  wielką  oporność
wejściową  i może  być  śmiało
dołączona wprost do C3.

Przy okazji muszę wspo−

mnieć,  że  nie  mają  racji  uczestnicy,  którzy
stwierdzili,  że  R3  i PR1  trzeba  zamienić
miejscami.  Można,  niemniej  obie  wersje
z rysunku M są poprawne, trzeba tylko do−

brać wartość tych re−
zystancji, by zapew−
nić

wymagane

wzmocnienie.

Nie trzeba też

usuwać kondensatora
C2. Jego obecność
nie jest konieczna,
ale jest pożądana, bo
wzmacniacz nie wzmacnia wtedy swego wej−
ściowego napięcia niezrównoważenia.

Nie należy też usuwać diody i kondensa−

tora C3, co sugerowało dwóch uczestników –
dzięki nim generator będzie pracował nie tyl−
ko w czasie szczekania psa, ale też nieco dłu−
żej – takie przedłużone działanie jest absolut−
nie konieczne.

Nagrody otrzymują:

Piotr Podczarski Redecz Wlk.,
Marcin Węgielewski Pokory,
Piotr Ślusarczyk Lubin.

Zadanie 81

Na rysunku N pokazany jest układ będący
rozwiązaniem zadania 74 naszej Szkoły. Jest
to układ włączania nietypowego mikrofonu
za pomocą transoptora.

Jak zwykle pytanie brzmi:

Co tu nie gra?

Jak zwykle proszę o krótkie odpowiedzi

plus  ewentualnie  rysunek  –  poprawiony
schemat.  Kartki,  listy  i e−maile  oznaczcie
dopiskiem  NieGra81 i nadeślijcie  w termi−
nie  45  dni  od  ukazania  się  tego  numeru
EdW.  Autorzy  najlepszych  odpowiedzi
otrzymają upominki.

Piotr Górecki

Szkoła Konstruktorów

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Listopad 2002

Ośla łączka

Podstawowym celem naszego cyklu jest

opanowanie  programowania  tak  zwanych  mi−
krokontrolerów  jednoukładowych.  W naszych
rozważaniach  będziemy  wymiennie  stosować
nazwy  mikrokontroler,  procesor  i mikroproce−
sor,  nie  wgłębiając  się  w szczegóły  dotyczące
nazewnictwa. Do tej pory łyknąłeś już sporą pi−
gułkę wiedzy o programowaniu w QBASIC−u.
Niestety, jeszcze nie możemy przystąpić do pro−
gramowania mikroprocesorów − bez znajomości
najważniejszych  zasad  ich  budowy  zgubiłbyś
się z kretesem.

Już wkrótce zaczniesz pisać programy

w dialekcie  języka  BASIC.  Język  BASIC  już
z grubsza poznałeś, więc choć może o tym nie
wiesz, znasz też podstawowe zasady programo−
wania  mikroprocesorów.  Pomoże  w tym  pro−
gram BASCOM w darmowej, demonstracyjnej
wersji  przeznaczonej  dla  procesorów  rodziny
AVR. Program BASCOM, podobnie jak QBA−
SIC jest kompilatorem – on tłumaczy program
napisany w BASIC−u na tak zwany kod maszy−
nowy,  zrozumiały  dla  procesora  jednoukłado−
wego. Tym samym BASCOM wykona za Cie−
bie  całą  czarną  robotę  i sam  zatroszczy  się
o różne ważne szczegóły, o których możesz nie
mieć zielonego pojęcia. I właśnie to jest genial−
ne ułatwienie dla Ciebie, póki co, początkujące−
go programisty.

Aby jednak sensownie wykorzystać możli−

wości procesora, nie wystarczy znajomość bądź
co bądź uniwersalnego języka programowania,
jakim  jest  BASIC.  Trzeba  znać,  przynajmniej
z grubsza,  budowę  i możliwości  programowa−
nych  mikroprocesorów.  Poznanie  wszystkich
szczegółów  budowy  wewnętrznej  i metod  ich
wykorzystania  wymagałoby  wiele  czasu  i naj−
prawdopodobniej by Cię zniechęciło. Na razie,
by jak najszybciej zacząć praktyczne ćwiczenia,
pominiemy szczegóły. Podam Ci tylko najważ−
niejsze,  absolutnie  niezbędne  informacje  doty−
czące  mikroprocesorów,  które  będziemy  pro−
gramować.

I nie przejmuj się, jeśli na razie czegoś nie

pojmiesz.  Celowo  podaję  tu  niektóre  informa−
cje,  których  może  od  razu  nie  zrozumiesz  do
końca . W przyszłości będziesz do tego materia−
łu  wielokrotnie  wracać,  i wtedy  stopniowo
wszystko stanie się oczywiste.

A więc głowa do góry i zaczynamy.

Cechą charakterystyczną omawianych nie−

zmiernie  pożytecznych  stworków  jest  fakt,  że
z pomocą  kilku  dodatkowych  elementów  po−
zwalają  zrealizować  najróżniejsze  fantastyczne
projekty.  Mikrokontroler  to  właściwie  bardzo

uniwersalny układ scalony, uniwersalna ma−
szynka (prawie) do wszystkiego. Trzeba go tyl−
ko zaprogramować.

Kiedyś system mikroprocesorowy musiał

składać  się  z kilku  układów  scalonych  (proce−
sor, pamięć RAM, pamięć EPROM,
układy  pomocnicze),  a początkują−
cych  odstraszały  zawiłe  sposoby
programowania i kasowania progra−
mu.

Dziś jest nieporównanie łatwiej.

Programowanie  mikroprocesorów
przestało  być  zajęciem  dla  wtaje−
mniczonych.  Praktycznie  wszystko,
co niezbędne, zawarte jest w jednej
kostce,  którą  na  dodatek  można  za−
dziwiająco  łatwo  zaprogramować.
Dostępne jest bogate oprogramowa−
nie na komputer PC, wspomagające
tworzenie potrzebnych programów.

W ramach kursu wykorzystamy

popularne,  mające  naprawdę  duże
możliwości  procesory  firmy  ATMEL o ozna−
czeniu  AT90S2313,  mające  20  wyprowadzeń.
Fotografia 1 pokazuje wygląd naszego bohate−
ra w całej okazałości.

Fotografia 2 pokazuje dwa pokrewne pro−

cesory z rodziny AVR, różniące się liczbą koń−
cówek. W ramach naszego kursu takimi wersja−
mi w zasadzie nie będziemy się zajmować, ale
w razie  potrzeby  zawsze  można  będzie  z nich
skorzystać  –  zasady  programowania  są  iden−
tyczne,  a budowa  wewnętrzna,  wbrew  pozo−
rom, jest bardzo, bardzo podobna.

Rysunek 1 pokazuje najprostszy schemat

aplikacyjny, czyli układ pracy procesora ‘2313.
W klasycznych  układach  scalonych  funkcje
wszystkich  wyprowadzeń  są  ściśle  określone,
natomiast  w mikroprocesorach  jest  inaczej.

Charakterystyczną  cechą  jest  tu  obecność  wy−
prowadzeń  uniwersalnych.  Nasz  główny  boha−
ter  ma  aż  15  takich  uniwersalnych  wyprowa−
dzeń.  Każde  może  być  wyjściem  albo  wej−
ściem,  zależnie  od  życzenia  programisty,  czyli
powiedzmy to wyraźnie:
zależnie od Twojego życzenia.

Pozostałe pięć wyprowadzeń pełni ściśle

określone, oczywiste funkcje:
− dwie są końcówkami zasilania (nóżki 10, 20),
− dwie służą do podłączenia rezonatora kwarco−
wego (n. 4, 5),
− jedna to wejście zerujące RESET (n. 1); zwy−
kle nie jest ona do niczego podłączona.

Opis wyprowadzeń

Końcówki zasilające (nóżki 10, 20). W cza−
sach

prehistorycznych

układy

cyfrowe

były  zasilane  napięciem
5V±0,5V.  Teraz  jest  ina−
czej.  Nasze  mikrokontro−
lery  możemy  zasilać  na−
pięciem z zakresu 2,7...6V,
co  umożliwia  zasilanie
z trzech, a nawet z dwóch
zwyczajnych  baterii  1,5−
woltowych.  Aby  zmniej−
szyć  ryzyko  błędnego
działania,  linie  zasilające
powinny  być  odsprzęgnię−
te  pojemnością.  Minimum
to  kondensator  10

F, jak

na rysunku 1, ale lepiej za−
stosować równoległe połą−
czenie kondensatora elek−
trolitycznego 10...100

i ceramicznego  kondensa−
tora  100nF,  umieszczone−
go  możliwie  blisko  nóżek
10 i 20.

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Listopad 2002

Mikroprocesorowa Ośla łączka

Budowa mikroprocesora

czy wiesz, że...

mikroprocesor to w rzeczywistości

bardzo uniwersalny

układ scalony?

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Listopad 2002

Rezonator kwarcowy, zwany potocznie

kwarcem,  jest  niezbędny  do  zapewnienia  po−
prawnej  i precyzyjnej  pracy  procesora.  Kwarc
pracuje  w obwodzie  wewnętrznego  oscylatora
(generatora), wytwarzającego sygnały taktujące
dla  prawie  wszystkich  obwodów  procesora.  Ze
względu  na  dużą  stabilność  częstotliwości,  sy−
gnał oscylatora kwarcowego może być i zwykle
jest  wykorzystywany  do  precyzyjnego  odmie−
rzania czasu. W typowych zastosowaniach rezo−
nator kwarcowy współpracuje z dwoma małymi
kondensatorami (zwykle o pojemności 33pF).

Procesor może też być taktowany sygnałem

z zewnątrz podawanym na końcówkę 5 (nóżka
4 pozostaje wtedy niepodłączona), ale takiej
wersji na razie nie będziemy wykorzystywać.
Fotografia 3 pokazuje kilka rezonatorów kwar−
cowych i małe kondensatory współpracujące.

Częstotliwość

taktowania

wersji

AT90S2313−4 (90LS2313), zasilanej napięciem
2,7...6V,  może  wynosić  0...4MHz.  Wersja
AT90S2313−10  może  być  taktowana  przebie−
giem  do  10MHz,  ale  napięcie  zasilania  musi
wynosić 4,0...6V. Procesor może pracować na−
wet przy bardzo małych częstotliwościach tak−
tujących, co czasem warto wykorzystać. Czym
mniejsza  częstotliwość,  tym  mniejszy  pobór
prądu, ale i mniejsza moc obliczeniowa.

Obwody zerowania (RESET). Praktycznie

wszystkie mikroprocesory mają wyprowadzoną
końcówkę zerującą, oznaczoną RESET. Umoż−
liwia  ona  na  przykład  prawidłowe  rozpoczęcie
pracy  po  włączeniu  zasilania.  Pozwala  także
w każdej chwili wyzerować układ, czyli rozpo−
cząć  działanie  programu  od  początku,  co  też
czasem jest wykorzystywane.

Końcówka RESET wykorzystywana jest

w zupełnie  innej  roli  podczas  programowania
procesora, ale Ty na razie nie musisz nic o tym
wiedzieć. W odróżnieniu o zdecydowanej więk−
szości  procesorów,  w podstawowych  aplika−
cjach  do  końcówki  RESET naszego  głównego
bohatera  nie  trzeba  dołączać  żadnych  elemen−
tów zewnętrznych.

Uniwersalne

porty

wejścia/wyjścia.

Odmiennie jak w innych układach scalonych, te
uniwersalne  wyprowadzenia,  w liczbie  piętna−
stu, mogą pełnić albo rolę wejść, albo wyjść, al−
bo jeszcze inne, przewidziane przez producenta.
Zanim  wykorzystasz  te  końcówki,  musisz  je
skonfigurować,  czyli  ustalić  ich  właściwości,
stosownie  do  zadania,  jakie  mają  pełnić.  Przy−
kładowo,  jeśli  zechcesz,  nóżki  numerach  2,  3,
18, 19 będą wejściami, a pozostałe – wyjściami.
Może też być odwrotnie albo też dowolnie ina−
czej. Wiele innych mikroprocesorów nie wyma−
ga  konfigurowania  końcówek  we/wy  –  nasz
procesor zdecydowanie tego wymaga, ale za to

oferuje dodatkowe możliwości. Szczegółami
zajmiemy się przy okazji pierwszych ćwiczeń.

Na razie zapamiętaj tylko, że zarówno po−

szczególnymi końcówkami we/wy, jak i wszyst−
kimi innymi funkcjami procesora sterujemy na
drodze cyfrowej, wpisując do odpowiednich bi−
tów logiczną jedynkę lub logiczne zero. Logicz−
na jedynka to po prostu obecność napięcia (za−
silania), a logiczne zero to brak napięcia (po−
tencjał masy). Więcej informacji znajdziesz
w ELEMENT−arzu.

Nóżki 12...19 tworzą tak zwany port B, za−

wierający  osiem  dwukierunkowych  linii  wej−
ścia/wyjścia  (ang.  I/O –  Input/Output).  Nato−
miast nóżki 2, 3, 6, 7, 8, 9, 11 to drugi port, jak−
by niekompletny, bo zawierający tylko 7 bitów,
co  wiąże  się  z ograniczoną  liczbą  końcówek
układu scalonego.

Budowa wewnętrzna

Omawiany niepozorny układ scalony z 20 nóż−
kami, oprócz portów we/wy, ma wewnątrz wie−
le  skomplikowanych,  niezmiernie  ważnych
i pożytecznych obwodów. ALU to Arithmetic
Logic  Unit,  czyli  jednostka  arytmetyczno−lo−
giczna. To właściwie jest mózg naszego mikro−
kontolera. Tu przeprowadza się obliczenia i in−
ne  operacje,  najczęściej  właśnie  z wykorzysta−
niem  liczb  ośmiobitowych.  Pisząc  programy
z pomocą BASCOM−a nie musisz nic wiedzieć

o ALU i o wielu szczegółach związanych z roz−
kazami i z adresowaniem. Nie musisz też dokła−
dnie wiedzieć, jak działa mikroprocesor: jak re−
alizuje program, jak pobiera kolejne rozkazy, jak
przeprowadza  obliczenia.  Dlatego  rysunek  2,
pokazujący  blokowy  schemat  wewnętrzny  na−
szego bohatera potraktuj jako element pomocni−
czy.  W przyszłości,  jeśli  zechcesz,  poznasz
wszystkie szczegóły budowy procesora w spo−
sób bardziej dogłębny i wyczerpujący. Na razie,
choć  nie  musisz  wiedzieć  wszystkiego,  zapa−
miętaj, iż nasz główny bohater ma trzy rodzaje
pamięci:

Pamięć FLASH to pamięć programu.

Omawiane procesory mają 2 kilobajty, czyli
2048 bajtów pamięci programu. W rzeczywisto−
ści zorganizowana jest ona jako 1024 słów 16−
bitowych, ale to mało istotny szczegół.

Nasz program dla procesora powstanie na

komputerze PC. Stworzymy zwyczajny plik te−
kstowy, mający rozszerzenie .bas. Ten plik zo−
stanie  przez  program  BASCOM  sprawdzony
i zamieniony  na  niezrozumiałe  dla  człowieka
ciągi zer i jedynek. I taka ostateczna postać pro−
gramu  zostanie  załadowana  z komputera  PC
właśnie do pamięci FLASH naszego procesora.
Pomoże w tym prościutki programator, właści−
wie kabelek.

W idealnym przypadku procesor zaprogra−

mujemy tylko raz i program pozostanie w nim

Ośla łączka

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Listopad 2002

na stałe, pracując w jakimś urządzeniu. W rze−
czywistości nie jest aż tak dobrze. Popełniamy
błędy, a nawet do działającego programu wpro−
wadzamy  poprawki  i ulepszenia.  Nie  potrzeba
wtedy  kolejnego  procesora.  Pamięć  FLASH
można szybciutko skasować i zapisać od nowa.
Oznacza  to,  że  jeśli  się  pomylisz  lub  zechcesz
coś ulepszyć, możesz szybciutko poprawić pro−
gram i wprowadzić go do procesora.

Mam dla Ciebie bardzo dobrą wiadomość:

możesz się mylić często – pamięć programu
można programować i kasować co najmniej
1000 razy.

Podsumujmy: zawartość pamięci programu

(FLASH)  wprowadzamy  do  procesora  z ze−
wnątrz  (z komputera  PC  przez  programator).
Podczas pracy procesora zawartość tej pamięci
pozostaje  stała  –  mikroprocesor  nie  może  jej
zmienić.  Wyłączenie  zasilania  nie  ma  wpływu
na zawartość pamięci FLASH.

Pamięć RAM to pamięć operacyjna. Oma−

wiane procesory mają 128 bajtów (czyli 128x8
bitów) pamięci operacyjnej. W angielskich ma−
teriałach często nazywana jest pamięcią SRAM
(od Static RAM), ale my z wrodzonej delikatno−
ści  pozostaniemy  przy  ogólniejszej  nazwie
RAM. Pamięć RAM, przeznaczona do bieżącej
pracy, jest intensywnie wykorzystywana w cza−
sie  działania  procesora.  Tu  przechowywane  są
dane i wyniki obliczeń potrzebne podczas nor−
malnej  pracy  układu.  Oczywiście  wszystko
w postaci  zer  i jedynek,  zorganizowanych
w ośmiobitowe  porcje  –  bajty.  Pamięć  RAM
można  zapisywać  dowolną  ilość  razy  –  panuje
tu ciągły ruch i nie ma limitu cykli zapisu. Ale,
co ważne – zapisane tu dane bezpowrotnie giną
po wyłączeniu zasilania

Programując procesor z pomocą BASCOM−a

nie troszczymy się w ogóle o pamięć RAM i jej
zawartość.  BASCOM  sam  określa  sposób  jej
wykorzystania. A potem, w czasie pracy proce−
sora  o bieżącej  zawartości  RAM−u zadecyduje
program  (zapisany  wcześniej  w pamięci
FLASH).

Podsumujmy: pamięć RAM może być zapi−

sywana dowolnie wiele razy, ale zapisane dane
giną po wyłączeniu zasilania.

Pamięć pomocnicza EEPROM. Nasz

główny  bohater  ma  128  bajtów  (128x8  bitów)
pamięci EEPROM, która jest czymś pośrednim
pomiędzy pamięcią programu i RAM−em – mo−
żemy ją zaprogramować z zewnątrz (z kompu−
tera PC), podobnie jak pamięć FLASH. Co bar−
dzo ważne, program w czasie działania również
może  zmieniać  zawartość  EEPROM−a.  Dane
zapisane  w EEPROM−ie  (także  zera  i jedynki)
nie  giną  po  wyłączeniu  zasilania.  Jest  to  nie−
zmiernie cenna zaleta, bo można tu przechowy−
wać różne dane, na przykład ostatnie ustawienia
czy nawet wyniki pomiarów.

Pamięć EEPROM wykorzystujemy według

własnego uznania. Nie jest to jednak konkuren−
cja dla RAM−u, bo zapis EEPROM−u jest powol−
ny,  trwa  tysiące  razy  dłużej,  niż  zapis  RAM−u.
Koniecznie trzeba też pamiętać, że liczba cykli
zapisu jest ograniczona do 100 000 razy (odczytu
–  bez  ograniczeń).  Wydawałoby  się,  że  100  000
cykli  zapisu  to  dużo,  ale  jeśli  czas  spodziewanej
pracy  procesora  wynosi  kilkanaście  lat,  pamięć
EEPROM  nie  może  być  modyfikowana  częściej

niż 1 raz na godzinę. W praktyce EEPROM służy
do zapamiętania rzadko zmienianych danych
i ustawień.

Podsumujmy przeznaczenie rodzajów pa−

mięci: FLASH – do trwałego zapisania progra−
mu i ewentualnych stałych danych, RAM – do
bieżących operacji, EEPROM – do rzadko
zmienianych ustawień i danych pomocniczych.

Rejestry dodatkowe. Nawet pobieżne

przejrzenie karty katalogowej wskazuje, że nasz
procesor  ma  więcej,  niż  deklarowane  128  baj−
tów  pamięci  RAM.  Coś  w tym  jest,  ale  ściślej
biorąc, nie są to (ośmiobitowe z definicji) bajty
„zwyczajnej”  pamięci.  Te  dodatkowe  komórki
to tak zwane ośmiobitowe rejestry.

Czym różni się ośmiobitowa komórka „zwy−

kłej” pamięci RAM od ośmiobitowego rejestru?

Do zwykłej komórki RAM−u możemy wpi−

sać  jakąś  wartość,  konkretnie  liczbę  dwójkową
z zakresu  0...255,  a potem  możemy  tę  liczbę
wielokrotnie  odczytywać.  Rejestry  też  mogą
pełnić rolę RAM−u, ale mają dodatkowe możli−
wości.

Na przykład w naszym procesorze są 32 re−

jestry robocze ogólnego przeznaczenia (general
purpose working registers), które współpracują
bezpośrednio z ALU i pozwalają łatwo przepro−
wadzać  obliczenia  i inne  operacje.  Nie  można
natomiast  przeprowadzać  operacji  obliczenio−
wych  bezpośrednio  na  komórkach  „zwykłej”
pamięci RAM – liczbę (liczby) z RAM−u trzeba
przenieść do jednego z tych 32 rejestrów robo−
czych i dopiero „poddać obróbce”. Pisząc pro−
sty program z wykorzystaniem BASCOM−a nie
musisz nic wiedzieć o tych 32 rejestrach robo−
czych,  bo  BASCOM  sam  dba  o właściwe  ich
wykorzystanie.

Oprócz tych 32 rejestrów roboczych nasz

bohater  ma  jeszcze  zarezerwowane  miejsce  na
64  dodatkowe,  niezmiernie  ważne  rejestry,  na−
zywanych  rejestrami  wejścia−wyjścia  (in−
put/output registers, I/O registers). Wrócimy do
nich  później.  Na  razie  omówmy  inne  obwody,
które pełnią różne ważne role.

Na rysunku 3 masz zaznaczone poszczegól−

ne  rodzaje  pamięci.  Aby  zapisać  lub  odczytać
coś  do  pamięci,  trzeba  najpierw  podać  adres,
czyli  numer  kolejny  konkretnej  komórki  (reje−
stru) i dopiero potem coś wpisać lub odczytać.
Oczywiście  adres  jest  liczbą.  Dla  pamięci  pro−
gramu (FLASH) przestrzeń adresowa obejmuje
liczby  0...1023  (bo  mamy  1024  słów  16−bito−
wych).  Dla  pamięci  EEPROM  adresem  jest
liczba z zakresu 0...127, dla pamięci RAM i re−

jestrów sprawa jest troszkę bardziej skompliko−
wana, w każdym razie adresem też jest liczba
z zakresu 0...223. Procesor z programem napi−
sanym z pomocą BASCOM−a doskonale radzi
sobie w sobie znany sposób z obsługą wszyst−
kich tych rodzajów pamięci, stosując odpowie−
dnie tryby adresowania.

Inne ważne obwody

System przerwań. Dzięki systemowi przerwań
w razie potrzeby można przerwać bieżącą pracę
procesora i kazać mu wykonać inną pilną pracę.
Jest to bardzo cenna zaleta, pozwala bowiem re−
alizować zadania w sposób bardzo elastyczny.
Zalety systemu przerwań można zilustrować
przykładem z życia wziętym.

Jeśli mieszkasz w domku jednorodzinnym

i spodziewasz się gości, możesz co pół minuty
wyglądać przez okno i tym sposobem spraw−
dzać, czy nie stoją już za furtką. Jest to niewąt−
pliwie jakiś sposób, ale czy najlepszy? Czy nie
lepiej zainstalować przy furtce dzwonek?

Mając dzwonek, nie musisz co chwilę bie−

gać do okna. Możesz spokojnie zająć się lektu−
rą cyklu Ośla łączka zawartego w Twym naju−
lubieńszym czasopiśmie i po prostu czekać na
sygnał dzwonka.

Podobnie jest z mikroprocesorem. Można go

tak zaprogramować, żeby co chwila sprawdzał
jakiś warunek (fachowo nazywa się to polling).
Ale zwykle lepiej, szybciej i bardziej elegancko
można to rozwiązać za pomocą omawianego
systemu przerwań.

Oto dalsze przykłady: Jeśli w trakcie czyta−

nia tego tekstu zadzwoni Twój telefon, zapewne
przerwiesz  czytanie,  zaznaczysz  lub  zapamię−
tasz  fragment,  w którym  przerwałeś  lekturę
(być  może  czasopismo odłożysz  na  stos in−
nych),  odbierzesz  telefon,  a potem  powrócisz
do  lektury  w miejscu,  w którym  ją  przerwałeś
(zdejmiesz ze stosu).

Taki dzwonek to w żargonie komputerowym

żądanie obsługi przerwania. Odbierając telefon
przeprowadzasz procedurę obsługi przerwania.
To odkładanie na stos i zdejmowanie ze stosu to
też nieprzypadkowe sformułowania.

Proszę bardzo: tyle razy odbierałeś telefon

w błogiej nieświadomości, że właśnie obsługu−
jesz przerwanie, podobnie jak molierowski bo−
hater, który mówił prozą!

Jeżeli jednocześnie pojawią się zgłoszenia

dwóch przerwań, na przykład odezwie się dzwo−
nek telefonu i usłyszysz odgłos kipiącego mle−
ka, to wtedy zdecydujesz się na obsługę prze−

rwania o

wyższym

priorytecie: najpierw
wyłączysz kuchenkę
i odstawisz garnek, po−
tem odbierzesz telefon.

Dokładnie tak sa−

mo jest z przerwaniami
w mikroprocesorach,
gdzie  też  mamy  kilka
źródeł  przerwań.  Mi−
kroprocesor  po  otrzy−
maniu  sygnału  zgło−
szenia (żądania) obsłu−
gi  przerwania  przery−
wa  normalną  aktyw−
ność  (odkłada  coś  na

Ośla łączka

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Listopad 2002

jakiś stos) i obsługuje zgłoszenie lub zgłoszenia
w kolejności zależnej od ich priorytetu. Potem
wraca do swojego pierwotnego zadania (zdej−
mując przedtem coś ze stosu).

Jeżeli ty podczas obsługi jednego przerwa−

nia (rozmowa telefoniczna) otrzymasz zgłosze−
nie innego, ważniejszego przerwania (np. usły−
szysz  odgłos  kipiącego  mleka),  przerwiesz  ob−
sługę przerwania o niższym priorytecie, by ob−
służyć przerwanie o wyższym priorytecie (wyłą−
czysz  kuchenkę  i odstawisz  garnek).  Ale  jeśli
w czasie  obsługi  przerwania  (rozmowa  telefo−
niczna) otrzymasz przerwanie o niższym priory−
tecie (np. dziecko czy młodsze rodzeństwo upo−
mni  się  o coś  do  zjedzenia),  nie  obsłużysz  tak
zgłoszonego przerwania. Obsłużysz je po skoń−
czeniu rozmowy telefonicznej: dasz maluchowi
jeść  i dopiero  wtedy  wrócisz  do  lektury.  Tak
może działać i nasz główny bohater, jeśli go od−
powiednio ustawimy, ale domyślnie woli on, by
następne przerwanie, niezależnie od priorytetu,
poczekało  sobie  spokojnie  do  zakończenia  ob−
sługi poprzedniego.

Najogólniej biorąc, przerwania mogą być

wewnętrzne i zewnętrzne. Nasz procesor oprócz
ośmiu źródeł przerwań wewnętrznych, ma dwa
wejścia  przerwań  zewnętrznych.  Rolę  tę  mogą
pełnić nóżki o numerach 6, 7. Jak wskazuje ry−
sunek 1 nóżki te mogą być zwykłymi wejściami
lub  wyjściami,  ale  jeśli  chcemy  skorzystać
z przerwań zewnętrznych, wykorzystamy je ja−
ko  wejścia  przerwań.  Dlatego  na  schematach
nóżki 6 i 7 oznaczane są też jako INT0 i INT1,
jak  pokazuje  rysunek  4,  ponieważ  przerwanie
to po angielsku interrupt.

Na razie tyle informacji o przerwaniach Ci

wystarczy. W praktyce przerwania wykorzystu−
jemy często i chętnie, a BASCOM znakomicie
nam  to  ułatwia.  Aby  skorzystać  z przerwań,
trzeba  odblokować  i skonfigurować  system
przerwań. W przyszłości, gdy będziemy przera−
biać  wspólnie  ćwiczenia,  przekonasz  się  iż
w sumie jest to naprawdę bardzo proste, bo za−
miast  wgłębiać  się  w szczegóły,  które  dawniej
śmiertelnie  straszyły  początkujących,  skorzy−
stamy z „gotowców”, czyli działających progra−
mów  napisanych  wcześniej,  dostarczanych
z BASCOM−em  lub  w ramach  naszego  cyklu
ćwiczeń.  Dzięki  BASCOM−owi  nie  będziemy
też ani trochę martwić się o stos, który przerażał
nie tylko ofiary „świętej” Inkwizycji.

Liczniki, czyli timery

Omawiany mikroprocesor wyposażony jest
w dwa liczniki, ang. counter. Zazwyczaj liczni−
ki te zliczają impulsy pochodzące z (wewnętrz−

nego) generatora kwarcowego, przez co stają
się licznikami czasu. Dlatego w opisach obok
nazwy licznik używa się określenia timer (czy−
taj: tajmer).

Jak (prawie) wszystko w procesorach, są to

liczniki  dwójkowe.  Timer/licznik  oznaczony
T/C0  (TC0)  jest  licznikiem  ośmiobitowym,
czyli  zlicza  od  0  do  255  (dwójkowo:
0...11111111).  T/C1  (TC1)  jest  licznikiem  16−
bitowym,  a więc  zliczającym  od  0  do  65535.
Liczniki te mogą zliczać impulsy „pokładowe−
go” generatora kwarcowego (wprost, lub wstęp−
nie podzielone) albo impulsy z zewnątrz (i wte−
dy można wybrać aktywne zbocze, zwiększają−
ce zawartość licznika). Wtedy jako wejścia ze−
wnętrznych  impulsów  służą  nóżki  o numerach
8, 9, oznaczane tradycyjnie T0, T1, jak pokazu−
je rysunek 5.

Liczniki zatrzymuje się i uruchamia progra−

mowo. Można załadować do nich wstępnie ja−
kąś  liczbę.  W dowolnej  chwili  można  też  od−
czytać  zawartość  pracujących  liczników  albo
też wpisać do liczników nową zawartość, co po−
zwala realizować różnorodne zadania. Zliczenie
„do  końca”  i rozpoczęcie  następnego  cyklu  li−
czenia od zera może być wykorzystane jako sy−
gnał przerwania dla procesora. Mówimy wtedy
o (wewnętrznych) przerwaniach od timera.

U naszego głównego bohatera licznik T/C1

ma dodatkowe obwody i oferuje bardzo poży−
teczne  możliwości.  Choć  szczegóły  nie  są  Ci
na razie niezbędne, wspomnę tylko ogólnie, że
można w sposób cyfrowy na bieżąco porówny−
wać  zawartość  pracującego  licznika  z podaną
liczbą, a wynik w postaci stanu wysokiego lub
niskiego  jest  dostępny  na  nóżce  numer  15,
która  jak  pokazuje  rysunek  5,  oznaczana  jest
dodatkowo  OC1.  Przy  wykorzystaniu  tego
wyjścia  licznik/timer  T/C1  może  być  wyko−
rzystany do generowania przebiegu prostokąt−
nego o ustalonym okresie i wypełnieniu zależ−
nym od podanej liczby, jak obrazowo pokazu−
je to rysunek 6. Działanie jest, z grubsza bio−
rąc, następujące:

Licznik T/C1 liczy sobie spokojnie na prze−

mian w górę i w dół impulsy, np. z zewnętrz−
nego generatora kwarcowego. Zawartość licz−
nika to liczba, której wartość zmienia się cy−
klicznie od zera do wartości maksymalnej − na

rysunku  6  ilustruje  to  czerwona  linia.  Do  spe−
cjalnego rejestru wpisujemy liczbę N nie więk−
szą  od  maksymalnej  zawartości  licznika.
W czasie, gdy liczba ta jest większa od bieżącej
zawartości  pracującego  licznika,  na  końcówce
OC1  będzie  stan  wysoki.  Gdy  mniejsza  −  stan
niski. W ten sposób wypełnienie przebiegu na
wyjściu  OC1  zależy  od  tej  wpisanej  liczby  N.
Wpisując  odpowiednią  liczbę,  uzyskamy
współczynnik wypełnienia impulsów w zakre−
sie od 0 do 100%. Rysunek 6 pokazuje przebie−
gi, gdy liczba N przybiera trzy wartości.

Licznik T/C1 staje się w ten sposób tak

zwanym generatorem PWM (o zmiennym wy−
pełnieniu)  czyli  swego  rodzaju  przetworni−
kiem  cyfrowo−analogowym.  Wypełnienie
przebiegu prostokątnego, a tym samym średnie
napięcie na nóżce OC1, jest proporcjonalne do
podanej  liczby  N.  Wystarczy  zastosować  pro−
sty obwód filtrujący RC, by z takiego przebie−
gu impulsowego uzyskać napięcie stałe, zależ−
ne od liczby N.

Wykorzystując cyfrowy układ porównujący

– 16−bitowy komparator można też łatwo skró−
cić cykl pracy licznika T/C1, by liczył od zera
do podanej liczby N (1...65536).

Można też za pomocą sygnału podawanego

na nóżkę 11, oznaczaną ICP, w dowolnej chwi−
li przechwycić (odczytać i zapamiętać) aktualny
stan licznika T/C1.

Opisane zdarzenia (przepełnienie, porówna−

nie cyfrowe i przechwycenie zawartości liczni−
ka) mogą być kolejnymi źródłami przerwań.
Dzięki takim dodatkowym funkcjom licznik
T/C1 okazuje się niezmiernie przydany w wielu
zastosowaniach.

UART

Dla  ułatwienia  życia  programistom,  omawiany
procesor  został  wyposażony  w tak  zwany
UART (Asynchronous  Receiver  and  Transmit−
ter),  pozwalający  w prosty  sposób  zrealizować
transmisję w popularnym standardzie RS−232C.
Oznacza to, że nasz bohater w trakcie pracy mo−

że  bez  trudu  porozumiewać  się
z komputerem PC lub innymi urzą−
dzeniami  przez  port  szeregowy
(w każdym  komputerze  PC  są  co
najmniej  dwa  takie  porty:  COM1,
COM2).  Dla  nas,  programujących
w BASCOM−ie,  wykorzystanie  ta−
kiego sposobu transmisji jest dodat−

kowo ułatwione, a realizacja łącza szeregowego
i ustawienie jego parametrów są bardzo proste.

Jeśli procesor ma realizować dwukierunkową

transmisję szeregową z pomocą układu UART,
należy wykorzystać końcówki o numerach 2, 3

Ośla łączka

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Listopad 2002

oznaczane RXD (wejście odbiornika) oraz TXD
(wyjście nadajnika), jak pokazuje to rysunek 7.

Obwody UART u naszego głównego boha−

tera są dość skomplikowane, zawierają dodat−
kowe liczniki, ale są to liczniki zupełnie nieza−
leżne od omawianych wcześniej timerów T/C0
i T/C1. Układ UART może też być źródłem
przerwań wewnętrznych, co oczywiście jest ko−
lejnym udogodnieniem.

Komparator analogowy

Omawiany mikroprocesor, będący niewątpliwie
układem  cyfrowym,  ma  „na  pokładzie”  poży−
teczny  element  analogowy:  komparator.  Kom−
parator  porównuje  napięcia,  podawane  na  jego
dwa wejścia. Ten analogowy komparator może
być wykorzystywany rozmaicie, na przykład do
realizacji  prostych  przetworników  analogowo−
cyfrowych. Jak pokazuje rysunek 8, wejściami
komparatora  są  końcówki  o numerach  12,  13,
które analogicznie jak w poprzednich przypad−
kach,  mogą  oczywiście  być  „zwykłymi”  wej−
ściami lub wyjściami. Stan wyjścia komparato−
ra można odczytać programowo, można też wy−
korzystać  go  jako  sygnał  przerwania  lub  jako
polecenie przechwycenia stanu licznika T/C1.

Aby wykorzystać ten analogowy kompara−

tor, trzeba go włączyć (dosłownie włączyć zasi−
lanie). Wykonuje się to programowo, wpisując
jedynkę do odpowiedniego bitu, jak pokazuje to
w uproszczeniu rysunek 9.

Watchdog,
czyli państwo w państwie

Watchdog, dosłownie czuwający pies rzeczywi−
ście czuwa nad prawidłowym przebiegiem pra−
cy programu. Ten pies wymaga, by go co jakiś
czas  pogłaskać.  Jeśli  jest  regularnie  głaskany,
siedzi cicho, jakby go nie było. Ale jeśli tylko
nie  zostanie  pogłaskany  w ciągu  określonego
czasu,  wpadnie  w szał  i swymi  drastycznymi
metodami na pewno doprowadzi do tego, żeby
go znów regularnie głaskano.

Uważasz, że to bez sensu?

Tak naprawdę watchdog to licznik z wła−

snym, prywatnym generatorem. Ten generator
i licznik pracują zupełnie niezależnie od genera−
tora kwarcowego. Gdy licznik zliczy „do końca”
i zacznie od zera, spowoduje reset procesora
i rozpoczęcie działania programu od początku.

Prawidłowo działający program w regular−

nych  odstępach  czasu  zeruje  licznik  watch−
dog’a i reset procesora nie nastąpi. Może się jed−
nak zdarzyć i niestety zdarza się, że pod wpły−
wem zakłóceń zewnętrznych program przestanie
działać poprawnie; procesor nie zepsuje się, ale
przykładowo wpadnie w tak zwaną martwą pę−
tlę i przestanie realizować przewidzianą rolę. Ta−
ka awaria spowoduje błędne działanie urządze−
nia, ale ponieważ licznik watchdog’a nie będzie
wtedy  zerowany,  więc  po  krótkim  czasie  rzędu
milisekund, a co najwyżej kilku sekund nastąpi
reset  procesora  i program  zacznie  działać  po−
prawnie od początku.

Na pierwszy rzut oka działanie watchdoga

może  wyglądać  dziwnie,  ale  w wielu  zastoso−
waniach jest to naprawdę pożyteczne rozwiąza−
nie, bo radykalnie polepsza niezawodność urzą−
dzeń opartych na mikroprocesorach. Watchdoga
można  też  wykorzystywać  do  sprytnych  sztu−
czek  mających  na  celu  zmniejszenie  poboru
energii.

Watchdog może, ale nie musi być wykorzy−

stany − aby skorzystać z pomocy tego psa−straż−
nika, trzeba po pierwsze go włączyć, a po dru−
gie  odpowiednio  napisać  program.  Watchdog
nie  wykorzystuje  żadnych  zewnętrznych  koń−
cówek,  wszystkie  jego  układy  są  zawarte  we−
wnątrz,  a sterowanie  jest  programowe.  Upro−
szczony schemat obwodów watchgoga pokaza−
ny jest na rysunku 10.

Power Down i Idle,
czyli oszczędzamy prąd

Może na podstawie swoich odczuć i obserwacji
otoczenia sądzisz, że wszyscy kombinują, żeby
jak  najmniej  pracować.  Zupełnie  inaczej  jest
z naszym  bohaterem.  Mikroprocesor  to  bardzo
pracowite  zwierzątko.  Ciągle  coś  robi.  Można
zaryzykować  stwierdzenie,  że  jak  nic  nie  robi,
to  też  coś  robi.  Mówiąc  obrazowo,  zazwyczaj
bezproduktywnie „kręci się” w pętli i tylko cze−
ka, by móc wykonać coś pożytecznego. Nie tak
łatwo go zatrzymać.

Może wyda Ci się to dziwne, ale w bardzo

wielu programach procesor ma niewiele roboty
i przez ogromną większość czasu niejako kręci
się w kółko, jak pies za własnym ogonem (przy−
pomnij sobie „pustą” pętlę DO...LOOP). Dla

procesora to żaden problem, bo nie dostaje za−
dyszki, a my też nie przejmujemy się, że jego
możliwości wykorzystane są w znikomym stop−
niu. Tylko w rzadkich przypadkach, gdy bardzo
zależy nam na zmniejszeniu poboru prądu,
chcemy naprawdę zatrzymać procesor.

Jeśli nie zależy nam na prądzie, pozwalamy

mu  bezproduktywnie  „kręcić  się”  w kółko.
Rzecz  w tym,  że  podczas  takiego  bezproduk−
tywnego kręcenia się procesor zużywa tyle sa−
mo prądu, co w trakcie użytecznej pracy – rzę−
du dziesięciu miliamperów (kilka do kilkunastu
miliamperów,  zależnie  od  napięcia  zasilania
i częstotliwości rezonatora kwarcowego). To na
pozór niewiele, ale przy zasilaniu z małej bate−
rii liczy się każdy miliamper. I tu mam dla Cie−
bie  dobrą  wiadomość:  można  tak  napisać  pro−
gram, by po wykonaniu zadania procesor zasnął
i pobierał znacznie mniej prądu.

Płytka drzemka, zmniejszająca pobór prądu

mniej więcej 3−krotnie to tak zwany stan IDLE.
W stanie IDLE większość obwodów procesora
„śpi”, pracuje jednak generator kwarcowy
i ewentualnie liczniki. Można obudzić procesor
lekkim szturchnięciem, mianowicie za pomocą
dowolnego przerwania.

Nawet jeśli wszystkiego nie rozumiesz, za−

pamiętaj: program wprowadza procesor w stan
IDLE, a z tej drzemki budzi go dowolne prze−
rwanie.

Oprócz lekkiej drzemki mamy też do dys−

pozycji bardzo głęboki sen – stan zwany PO−
WER DOWN. W tym stanie zostaje zatrzyma−
ny także generator kwarcowy i timery, a pobór
prądu jest mniejszy niż 1uA. Pracuje ewentual−
nie tylko Watchdog, a wtedy pobór prądu jest
rzędu kilkudziesięciu mikroamperów. Z tego

głębokiego  snu  można
obudzić naszego bohatera
tylko  przez  mocne  cią−
gnięcie  za  uszy,  a tak  na−
prawdę  albo  przez  sprzę−
towy  reset  z wykorzysta−
niem  końcówki  numer  1,
albo  przez  jedno  z prze−
rwań zewnętrznych INT0,
INT1,  albo  właśnie  przez
watchdoga.

Rejestry I/O

Omówiliśmy wszystkie
najważniejsze

obwody

wewnętrzne mikroprocesora.

Jest tego sporo. A pełnionych funkcji jest na−

prawdę dużo. Może się zastanawiasz, jak reali−
zuje się sterowanie mnóstwem urządzeń i funk−
cji. Na przykład jak włączyć zasilanie kompara−
tora analogowego, albo jak wybrać stopień
podziału licznika watchdoga?

Nie masz chyba wątpliwości, że wszystki−

mi  funkcjami  steruje  się  cyfrowo,  przez  usta−
wiane  (wpisywanie  logicznej  jedynki)  lub  ze−
rowanie  (wpisywanie  logicznego  zera)  odpo−
wiednich  komórek  (bitów).  Włączenie  zasila−
nia  komparatora  analogowego  następuje  po
wpisaniu jedynki do bitu o nazwie ACD (patrz
rysunek  9),  a o stopniu  podziału  licznika
watchdoga  decyduje  zawartość  trzech  bitów
oznaczonych  WDP0...WDP2.  Ale  gdzie  i jak
dostępne są te bity?

Ośla łączka

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Listopad 2002

W mikroprocesorach jednoukładowych wy−

korzystuje się bardzo interesujący sposób.
Skoncentruj się teraz, omówimy naprawdę bar−
dzo ważne zagadnienie.

Jak już wiesz z rysunku 3, procesor oprócz

omówionego  już  RAM−u i 32  rejestrów  robo−
czych ogólnego przeznaczenia ma jeszcze miej−
sce  na  64  rejestry  wejścia/wyjścia.  I właśnie  za
pomocą  tych  rejestrów  możesz  sterować  wszel−
kimi  urządzeniami  dodatkowymi  i odczytywać
ich stan. Procesor „widzi” te urządzenia podob−
nie jak komórki pamięci RAM: może je odczyty−
wać, może do nich wpisywać (jeśli to ma sens).

Przykładowo (pojedynczy) bit ACD włącza−

jący  zasilanie  komparatora  zawarty  jest
w (ośmiobitowym)  rejestrze  o nazwie  ACSR
(Analog  Comparator  Control  and  Status  Regi−
ster), jednym z 64 możliwych rejestrów I/O.

Jak pokazuje rysunek 11, w rejestrze ACSR

są  jeszcze  inne  bity  związane  z komparatorem
analogowym,  sterujące  jego  pracą.  Nie  musisz
nich  o nich  wiedzieć  –  dzięki  BASCOM−owi
będziemy obsługiwać komparator w dużo prost−
szy sposób.

Analogicznie bity WDP0...WDP2 to trzy

najmłodsze bity zawarte w rejestrze o nazwie
WDTCR (Watchdog Timer Control Register),
jak pokazuje rysunek 12.

W rejestrach ACSR i WDTCR nie wszyst−

kie bity są wykorzystane (praktycznie – nie ist−
nieją)  –  zaznaczyłem  je  kolorem  szarym.  Tak
samo jest z innymi urządzenia−
mi.  Na  przykład  ośmiobitowy
licznik  TC0  też  jest  widziany
jak  komórka  pamięci,  jako  re−
jestr o nazwie TCNT0. Można
zapisać doń liczbę (dwójkową),
można też odczytać bieżącą za−
wartość  licznika.  Zasadę  orga−
nizacji  rejestrów  I/O pokazuje
obrazowo rysunek 13.

Czy widzisz, jak znakomity

jest taki właśnie sposób stero−
wania różnymi urządzeniami
wejścia/wyjścia? Czy już doce−
niasz to genialne rozwiązanie?

Dzięki niemu cała rodzina

procesorów  ma  identyczną  ar−
chitekturę,  te  same  rozkazy,
a różni  się  jedynie  obecnością
lub  brakiem  niektórych  obwo−
dów i odpowiadających im re−
jestrów.  A dla  obsługi  różno−
rodnych urządzeń we/wy zare−
zerwowane  są  64  bajty  prze−
strzeni  adresowej.  Zarezerwo−
wane, nie znaczy, że wszystkie
te rejestry istnieją (fachowo: są
zaimplementowane).  W na−
szym  procesorze  ‘2313  wystę−
puje 32 rejestry spośród możli−
wych  64.  W innych  proceso−
rach  liczba  istniejących  reje−

strów  jest  inna.  Na  przykład  w ośmiołóżko−
wym  mikroprocesorze  90S2343  z fotografii  2
mamy  tylko  5  końcówek  portu  B,  a portu
D i odpowiednich  rejestrów  brak.  W sumie
spośród  możliwych  64,  istnieje  tam  tylko  17
rejestrów, a i to w większości niekompletnych.

kolei w

40−nóżkowym procesorze

90S8535 z fotografii 2, dysponującym pamięcią
FLASH 8kB, EEPROM 512 bajtów i RAM 512
bajtów,  oprócz  poznanych  obwodów  masz  je−
szcze do dyspozycji: trzeci licznik−timer T/C2,
8−kanałowy  10−bitowy  przetwornik  analogo−
wo/cyfrowy,  dodatkowe  porty  we/wy  o ozna−
czeniach A, C (razem 32 linie we/wy) i „praw−
dziwy”  port  SPI.  Do  obsługi  wszystkich  tych

urządzeń w sumie istnieją w nim aż 54 rejestry
I/O spośród możliwych 64.

W tabeli 1 znajdziesz opis rejestrów I/O na−

szego głównego bohatera (90S2313) z zaznacze−
niem, które rejestry obsługują poszczególne urzą−
dzenia. Szarym kolorem zaznaczyłem bity niewy−

korzystane. W tabeli
znajdziesz tylko na−
zwy rejestrów. Usu−
nąłem  adresy,  które
przy  wykorzystaniu
BASCOM−a okazu−
ją się niepotrzebne –
wystarczy podać na−
zwę i ew. numer bi−
tu.  Przykładowo  za
włączenie  zasilania
komparatora  odpo−
wiada  bit  ACD,
który  również  mo−
żemy  opisać  jako
najstarszy  bit  reje−
stru  ACSR,  czyli
ACSR.7,  natomiast
bity  licznika  watch−

doga (WDP0...WDP2) możemy określić jako:
WDTCR.0
WDTCR.1
WDTCR.2

Tabela ta wygląda dość groźnie. Na Twoje

wielkie  szczęście  na  razie  nie  będzie  Ci  nie−
zbędna.  Zastanawiałem  się,  czy  ją  Ci  w ogóle
zaprezentować. Doszedłem jednak do wniosku,
że  ma  to  głęboki  sens.  Już  teraz  rozszerzy  Ci
horyzonty, a w przyszłości umożliwi pełne wy−
korzystanie  firmowej  karty  katalogowej  i po−
znanie wszystkich szczegółów budowy i stero−
wania procesora.

Ośla łączka

WDTOE

WDE

WDP2

WDP1

WDP0

Nazwa

Bit7

Bit6

Bit5

Bit4

Bit3

Bit2

Bit1

Bit0

Rejestr
stanu

SREG

Stos

SPL

SP7

SP6

SP5

SP4

SP3

SP2

SP1

SP0

GIMSK

INT1

INT0

GIFR

INTF1

INTF0

TIMSK

TOIE1

OCIE1A

TICIE1

TOIE0

TIFR

TOV1

OCF1A

ICF1

TOV0

Przerwania

MCUCR

ISC11

ISC10

ISC01

ISC00

TCCR0

CS02

CS01

CS00

TCNT0

Timer/Counter0 (8 Bitów)

TCCR1A

COM1A1

COM1A0

PWM11

PWM10

TCCR1B

ICNC1

ICES1

CTC1

CS12

CS11

CS10

TCNT1H

Timer/Counter1 – Counter Register High Byte

TCNT1L

Timer/Counter1 – Counter Register Low Byte

OCR1AH

Timer/Counter1 – Compare Register High Byte

OCR1AL

Timer/Counter1 – Compare Register Low Byte

ICR1H

Timer/Counter1 – Input Capture Register High Byte

Liczniki
(timery)

ICR1L

Timer/Counter1 – Input Capture Register Low Byte

Watchdog

WDTCR

WDTOE

WDE

WDP2

WDP1

WDP0

EEAR

EEPROM Address Register

EEDR

EEPROM Data Register

EEPROM

EECR

EEMWE

EEWE

EERE

PORTB

PORTB7

PORTB6

PORTB5

PORTB4

PORTB3

PORTB2

PORTB1

PORTB0

DDRB

DDB7

DDB6

DDB5

DDB4

DDB3

DDB2

DDB1

DDB0

Port B

PINB

PINB7

PINB6

PINB5

PINB4

PINB3

PINB2

PINB1

PINB0

PORTD

PORTD6

PORTD5

PORTD4

PORTD3

PORTD2

PORTD1

PORTD0

DDRD

DDD6

DDD5

DDD4

DDD3

DDD2

DDD1

DDD0

Port D

PIND

PIND6

PIND5

PIND4

PIND3

PIND2

PIND1

PIND0

UDR

UART I/O Data Register

USR

RXC

TXC

UDRE

UCR

RXCIE

TXCIE

UDRIE

RXEN

TXEN

CHR9

RXB8

TXB8

UART

UBRR

UART Baud Rate Register

Komparator
analogowy

ACSR

ACD

ACO

ACI

ACIE

ACIC

ACIS1

ACIS0

ACO

ACI

ACIE

ACIC

ACIS1

ACIS0

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Listopad 2002

Już teraz wspomnę na przykład, że aby

skonfigurować  port  B,  wpiszesz  zera  i jedynki
do  rejestrów  oznaczonych  DDRB  i PORTB.
Natomiast  jeśli  zechcesz  sprawdzić  stan  portu
B, odczytasz po prostu dane z rejestru PINB. Na
razie nie będziemy wgłębiać się w dalsze szcze−
góły.  Sposoby  obsługi  poszczególnych  urzą−
dzeń reprezentowanych w poszczególnych reje−
strach poznasz w trakcie ćwiczeń.

W każdym razie zapamiętaj, że pracą wszy−

stkich dodatkowych obwodów procesora steru−
jemy wykorzystując rejestry wejścia−wyjścia.

Na marginesie wspomnę jeszcze, że inne ro−

dziny  mikroprocesorów  jednoukładowych  wy−
korzystują  podobne  zasady:  wewnętrzne  urzą−
dzenia  mikrokontrolera  też  są  widziane  przez
procesor jako komórki pamięci, do których (je−
śli to ma sens) można zapisywać i które można
odczytywać.

Programowanie

Nasz główny bohater może być zaprogramowa−
ny  na  przynajmniej  dwa  sposoby.  To  znaczy
ostateczny  program  może  być  wprowadzany
z komputera PC do pamięci FLASH procesora
w różny sposób. Dane mogą być wprowadzane
równolegle,  po  osiem  bitów,  albo  szeregowo,
bit  po  bicie.  Nas  interesuje  wyłącznie  metoda
szeregowa  polegająca  na  wykorzystaniu  tak
zwanego łącza SPI (Serial Peripheral Interface).
Łącze SPI ma trzy linie: MISO (Master data In−
put,  Slave  data  Output),  MOSI  (Master  data
Output, Slave data Input) oraz wejście sygnału
taktującego  CLK  (Clock  –  zegar).  W naszym
procesorze  ‘2313  to  nie  jest  „prawdziwy”  port
SPI – służy on tylko do programowania. Dlate−
go nie musisz wiedzieć na temat portu SPI zu−
pełnie nic.

Co ważne, procesory AVR można nawet

przeprogramować w układzie bez wyjmowania
czy wylutowywania z płytki − można na przy−
kład w ten sposób wprowadzić nowszą, ulep−
szoną wersję programu.

I taką prostą, niezmiernie atrakcyjną metodę

programowania będziemy wykorzystywać pod−
czas ćwiczeń. Oszczędzi to mnóstwo czasu, bo
programowanie, testowanie i modyfikacje moż−
na  wykonać  w ten  sposób  dosłownie  w ciągu
kilku sekund. Korzystając z modułu testowego
(który  będzie  opisany  w następnym  numerze
EdW jako  projekt  główny)  wszystko  to  masz
w zasięgu ręki.

Podane ogólne informacje o łączu SPI wska−

zują, że proces programowania jest bardzo pro−
sty. Z punktu użytkownika BASCOM−a rzeczy−
wiście  jest  genialnie  prosty,  choć  wykorzysty−
wane  procedury  przesyłania  danych,  weryfika−
cji i kasowania są dość skomplikowane. Ty nie
musisz się nimi interesować, bo całą czarną ro−
botę  wykona  BASCOM.  Twoim  zadaniem  bę−
dzie tylko podłączenie procesora do portu dru−
karkowego  komputera  PC  i „spuszczenie”  doń
programu jednym kliknięciem myszki. No, mo−
że trochę przesadziłem: dwoma kliknięciami.

Najprostszy najprawdziwszy programator

procesorów  AVR  jest  naprawdę  zadziwiająco
prosty:  zawiera  podstawkę,  rezonator  kwarco−
wy  i dwa  współpracujące  kondensatory  oraz
kondensator  filtrujący  obwód  zasilania.  Na
wszelki  wypadek  można  dodać  rezystory

ochronne i kontrolkę obecności napięcia zasila−
nia LED. Na czas programowania na końcówce
numer 1 (wejście RESET) trzeba wymusić stan
logiczny  niski,  więc    ostatecznie  do  zaprogra−
mowania procesora potrzebnych jest tylko pięć
przewodów: cztery linie sygnałowe i masa. Ca−
łość wystarczy dołączyć do portu drukarkowe−
go komputera PC (LPT). Nie potrzebny jest na−
wet  zasilacz.  Napięcie  zasilania  (tylko  +5V)
można pobrać z komputera PC z portu joysticka
(tzw.  GAME  PORT).  Schemat  ideowy  takiego
szokująco prostego programatora pokazany jest
na rysunku 14. Na rysunku znajdziesz numery
i nazwy  końcówek  portu  drukarkowego  LPT.
Fotografia 4 pokazuje programator, który wy−
korzystywałem przygotowując niektóre ćwicze−
nia niniejszego cyklu.

Na razie wystarczy Ci tyle wstępnych wia−

domości  o naszym  głównym  bohaterze,  proce−
sorze  AT90S2313  z rodziny  AVR.  Jeśli  uwa−
żasz, że to dużo, i że wiesz już wszystko o pro−
cesorze  ‘2313,  to  się  grubo  mylisz.  Żebyś  nie
uważał, że zjadłeś wszystkie rozumy, wspomnę
króciutko,  czego  nie  omówiliśmy.  I podziękuj
twórcy  BASCOM−a,  Markowi  Albertsowi,  bo
to dzięki niemu możesz (przynajmniej na razie)
pozostać w błogiej nieświadomości co do tych

licznych  trudnych  szczegółów.  BASCOM
uwalnia  Cię  na  przykład  od  konieczności  do−
kładnego  poznawania  architektury  procesora,
a co znacznie ważniejsze, nie musisz poznawać
ponad setki nietypowych rozkazów  asemblera
(jakie zadania wykonują, co zmieniają, z jakich
rejestrów  korzystają).  Nie  musisz  nic  wiedzieć
o stosie  i jego  obsłudze.  Nie  musisz  znać  roz−
mieszczenia i funkcji poszczególnych bitów kil−
kudziesięciu  rejestrów  sterujących  i kontrol−
nych. Nie musisz pamiętać ani nawet rozumieć
zasad organizacji przestrzeni adresowej pamię−
ci RAM, obejmujących niejako podwójne adre−
sy  32  rejestrów  roboczych  (ogólnego  przezna−
czenia) i 64 rejestrów I/O. Nie musisz też wgłę−
biać się w liczne tryby adresowania.

To naprawdę wielkie ułatwienie! Dzięki

Markowi

Albertsowi,

który  udostępnił  bezpłat−
nie w pełni użyteczną we−
rsję  programu,  możesz
szybko  i bezboleśnie  za−
cząć

programowanie.

A tak na marginesie: naj−
lepiej  podziękujesz  Mar−
kowi  Albertsowi,  jeśli
kupisz  licencjonowaną
wersję BASCOM−a.

Nie jest to ogromny

wydatek.  Zastanów  się
więc nad zakupem pełnej
wersji.  Z jej  pomocą  za−
programujesz też większe
procesory, np. wspomnia−
ny  90S8535.  Co  ważne,
jako  posiadacz  licencjo−
nowanej,  pełnej  wersji
będziesz  mieć  nieograni−
czony  dostęp  (przez  In−
ternet)  do  najnowszych
wersji  programu  (pro−

gram jest ciągle
ulepszany).

AVR
kontra ‘51

Zanim przejdziemy
do  ćwiczeń,  muszę
zająć  się  jeszcze
jedną  ważną  spra−
wą.  Na  rynku  do−
stępnych  jest  wiele
różnych  typów  mi−
k r o p r o c e s o r ó w.
Ściślej biorąc, są to
całe rodziny mikro−
procesorów  z róż−
nych  firm.  Można
tu  wymienić  choć−
by  rodziny  ’51,

PIC, ST62, 8080, MC05, MC08. Ta rozmaitość
jest  efektem  silnej  walki  konkurencyjnej.  Nie
będę Ci mącił w głowie szczegółami. Nieprzy−
padkowo  w poprzednich  akapitach  wspomina−
łem o głównym bohaterze, co sugeruje, że będą,
czy  też  są,  inni  bohaterowie.  W samej  rzeczy!
Podstawą  naszego  kursu  jest  mikroprocesor
AT90S2313,  będący  przedstawicielem  rodziny
AVR. Już wiesz, że nasz bohater ma większych
i mniejszych  krewniaków,  bardzo  do  niego

Ośla łączka

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Listopad 2002

podobnych. Nie będę wdawał się w szczegóły –
mikrokontrolery rodziny AVR są naprawdę zna−
komite: ich twórcy włożyli wiele trudu i pomy−
słowości,  żeby  Ci  udostępnić  procesory  łatwe
w użyciu,  szybkie  i mające  szerokie  możliwo−
ści.  Na  dodatek  można  je  w dziecinnie  prosty
sposób  programować,  na  przykład  z pomocą
programu BASCOM AVR i kilkużyłowego ka−
belka.

Wygląda na to, że wielu Czytelników niniej−

szego  cyklu  niczego  nie  podejrzewając,  roz−
pocznie spotkania z mikroprocesorami od tych
wspaniałych,  nowoczesnych  kostek.  I nie  ma
w tym nic dziwnego, ani złego. Ja jednak muszę
dla  czystego  sumienia  wspomnieć  o szerszym
kontekście całej sprawy.

Mianowicie procesory rodziny AVR firmy

ATMEL są  nowością,  osiągnięciem  ostatnich
lat,  owocem  długotrwałego  procesu  udoskona−
lania  technologii  produkcji.  Co  bardzo  ważne,
pod wieloma względami nie są prostą kontynu−
acją  rozwoju  wcześniej  znanych  procesorów.
Procesory AVR mają szansę zdobyć silną pozy−
cję  na  rynku,  ale  niewiele  wskazuje,  że  wyprą
wszystkie inne procesory jednoukładowe. Kon−
kurencja  nie  śpi  i też  wypuszcza  interesujące
procesory  innych  rodzin.  I tu  dochodzimy  do
istoty  problemu:  nie  chcę  Cię  „wpuścić  w ka−
nał”  procesorów  AVR,  co  prawda  nowocze−
snych,  ale  na  pewno  bardzo  specyficznych,
odmiennych od wszystkich innych, i co tu ukry−
wać, dość drogich.

Zapewne na razie nie czujesz wagi proble−

mu; nie obchodzi Cię, że są to procesory RISC,
że mają architekturę harwardzką z przetwarza−
niem potokowym, jednotaktowy cykl maszyno−
wy i specyficzne, jedyne w swoim rodzaju roz−
kazy. Patrząc z tej strony i mówiąc najprościej:
procesory rodziny AVR w środku są zupełnie
inne, niż procesory innych rodzin.

Ale z drugiej strony, producent (firma

ATMEL)  zadbał  o zachowanie  dużego  podo−
bieństwa  zewnętrznego:  układu  wyprowadzeń
i większości możliwości, do wcześniej znanych
procesorów  z rodziny  ‘51.  Nieprzypadkowo
układ wyprowadzeń i kluczowe cechy naszego

głównego boha−
tera,

kostki

AT90S2313  są
niemal  identycz−
ne,  jak  opraco−
wanego  wcze−
śniej  popularne−
go

procesora

AT89C2051 tej
samej

firmy

ATMEL (proce−
sor  ten  był  pod−
stawą kursu BA−
SCOM College).
Ilustruje to rysu−
nek  15,  pokazu−
jący  układ  wy−
p r o w a d z e ń
i oznaczenia obu
procesorów.  Ko−
stka AT89C2051
jest

nowocze−

snym  przedsta−
wicielem  znanej
od lat i niezmier−
nie  popularnej
rodziny ‘51, wywodzącej się od mikroproceso−
ra 8051. Rodziny ogromnej, z bogatymi trady−
cjami – kilka poważnych firm produkuje wiele
odmian procesorów rodziny ‘51, mających taka
samą architekturę i zestaw rozkazów. Jeśli ktoś
pozna  jakikolwiek  procesor  rodziny  ’51,  może
bez trudu napisać program dla dowolnego inne−
go procesora tejże rodziny − bardzo łatwo „prze−
siąść się” na inną kostkę z rodziny ‘51, kostkę
o większych lub mniejszych możliwościach.

I tu zaczyna się mój dylemat. Nie chciałbym

zamknąć Cię w getcie procesorów AVR. Dlate−
go  powinieneś  rozszerzyć  horyzonty  przynaj−
mniej  na  rodzinę  ’51.  Co  prawda  procesor
90S2313 jest nieco lepszy od 89C2051, ale też
mniej więcej dwukrotnie droższy. Do zaprogra−
mowania  89C2051  potrzebny  jest  (niezbyt
skomplikowany) programator i zasilacz, a pro−
gramy  pisane  są  w BASCOM  8051.  Dla
90S2313  wystarczy  kabelek  i program  BA−

SCOM AVR. Jednak, co bardzo istotne, progra−
my  pisane  w BASCOM−ach  dla  obu  proceso−
rów są w sumie bardzo podobne. Jak wiesz, są
dwie  wersje  programu  BASCOM:  BASCOM
8051, przeznaczony dla procesorów rodziny ’51
oraz BASCOM AVR. Pisząc prostsze programy
pod BASCOM−em tych w sumie dość istotnych
różnic w budowie prawie nie widzimy. Prostsze
programy w wersjach dla AVR i ’51 są niemal
identyczne; w przypadku bardziej wymyślnych
trzeba uwzględnić różnice w budowie i sposoby
sterowania, ale w sumie nie są to bardzo trudne
zagadnienia.  Postaram  się  pokazać,  a przynaj−
mniej zasygnalizować te różnice.

Aby więc nie skazać Cię od początku na do−

żywocie w towarzystwie AVR−ów, równolegle
jako  wątek  pomocniczy,  będę  wspominał
o „ortodoksyjnych”  procesorach  rodziny  51.
W niektórych momentach kursu zwrócę uwagę
na różnice między 90S2313 a 89C2051, żebyś
w przyszłości łatwo mógł przesiąść się na tań−
sze  i niewiele  uboższe  procesory  rodziny  ’51.
Już  teraz  wspomnę  o najważniejszych  różni−
cach.  Procesory  89C2051  nie  mają  ani  watch−
doga,  ani  pamięci  EEPROM.  Licznik−timer
T/C1  jest  prostszy  i realizuje  mniej  funkcji
(brak wymyślnych trybów pracy licznika: prze−
chwytywania, generatora PWM, stąd brak wyj−
ścia  OS1  i wejścia  ICP).  Inny  jest  też  system
przerwań.  Do  wyprowadzenia  RESET musi
być dołączony kondensator. Prostsze są obwo−
dy i sposób sterowania portów we/wy. W pro−
cesorach  AVR  trzeba  koniecznie  na  początku
programu określić rolę każdej z końcówek wej−
ścia/wyjścia,  natomiast  w rodzinie  ’51  każda
końcówka  może  automatycznie  pełnić  rolę
wejścia,  o ile  tylko  wpisany  jest  do  niej  stan
wysoki.  W docelowym  układzie  często  mogą
pracować  wymiennie  procesory  90S2313  lub
89C2051,  oczywiście  odpowiednio  zaprogra−
mowane. Mam nadzieję, że wzmianki o proce−
sorach rodziny ‘51 przydadzą się też uczestni−
kom kursu BASCOM College, który był wcze−
śniej prowadzony w EdW.

Piotr Górecki

Ośla łączka

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Listopad 2002

Do czego to służy?

Pomysł wykonania prezentowanej przetwor−
nicy pojawił się, gdy zdecydowałem się do−
łączyć  do  PC  mikrofon  z  wbudowanym
wzmacniaczem.  Mikrofon  ten  wymaga  na−
pięcia +12V przy poborze prądu rzędu kilku
mA. Na pozór napięcie takie bez problemów
można uzyskać z zasilacza komputera i wy−
starczyłoby  je  odfiltrować,  aby  uniknąć  za−
kłóceń (najlepiej byłoby zastosować stabili−
zator  LDO  −  LowDrop  −  Out).  Przy  tak  ni−
skim  poborze  prądu  spadek  napięcia  na  ta−
kim  elemencie  może  się  zawierać  w  grani−
cach 0,15 − 0,2V. Jednakże takie proste roz−
wiązanie ma również dość istotną wadę − na−
leżałoby jakoś wyprowadzić zasilanie na ze−
wnątrz obudowy. Ponieważ nie jestem zwo−
lennikiem  wystających  przewodów,  a  nie
miałem  zamiaru  instalować  dodatkowego
złącza  na  jednej  z  zaślepek,  postanowiłem
wykorzystać  napięcie  +5V dostępne  na
gnieździe  GAMEPORT.  Takie  rozwiązanie
umożliwi  również  wykorzystanie  propono−
wanego  układu  w  sytuacji,  gdy  potrzebuje−
my napięcia o większej wartości niż dostęp−
ne w układzie.

Układ jest pojemnościową przetwornicą

napięcia,  dostarczającą  stabilizowane  napię−
cie  o  wartości  12V.  W przypadku  potrzeby
uzyskania  napięcia  o  innej  wartości,  układ
daje  się  łatwo  zmodyfikować  i  umożliwia
uzyskanie  napięcia  o  potrzebnej  wartości.
Układ ten został wykonany wyłącznie z ele−
mentów  łatwo  dostępnych  i  o  niskiej  cenie.
Pomimo stosunkowo niewielkiej wydajności
prądowej  przetwornicy,  jestem  pewien,  że
Czytelnicy  znajdą  wiele  interesujących  i
przydatnych zastosowań tej konstrukcji.

Jak to działa?

Schemat prezentowanego układu przedstawio−
ny został na rysunku 1. Na schemacie można
wyróżnić trzy podstawowe bloki funkcjonalne:
− blok generatora, wykonany na bramkach

IC1A oraz IC1B,

− blok bufora/drivera mocy wykonany na

bramkach  IC1C  −  IC1F,  dostarczający
dwóch  przebiegów  prostokątnych,  prze−
suniętych  w  fazie  o  180  stopni,  niezbęd−
nych do poprawnej pracy przetwornicy,

− układ czterokrotnego powielacza napię−

cia, wykonany na diodach D1−D4 oraz
kondensatorach C4, C5 i C8, dostarczają−
cy napięcie o wartości kilkunastu woltów
(zależnie od obciążenia).

Wydajność prądowa prezentowanego

układu zależy w znacznej mierze od wartości
pojemności użytych kondensatorów.

Jeżeli wymagane napięcie wyjściowe po−

winno charakteryzować się dużą stałością (w
moim przypadku nie okazało się to koniecz−
ne),  lepiej  jest  zastosować  przetwornicę  po−
jemnościową  ze  stabilizacją  napięcia  wyj−
ściowego. Układy takie są dostępne w ofercie
wielu producentów. Założeniem prezentowa−
nej  konstrukcji  było  umożliwienie  wykona−
nia  bardzo  prostej  przetwornicy  z łatwo  do−
stępnych elementów, bez specjalnych wyma−
gań co do jej parametrów. Należy pamiętać,
że  żaden  z zacisków  wyjściowych  nie  jest
dołączony do masy wejściowej.

Ciąg dalszy na stronie 51.

Rys. 1 Schemat ideowy

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Listopad 2002

Do budowy tego urządzenia skłoniła

mnie żona – zapalona akwarystka.

Sterownik umożliwia utrzymanie sta−

łej, wcześniej nastawionej temperatu−

ry. Drugą przydatną funkcją jest stero−

wanie oświetleniem – można ustawić

godzinę włączenia i wyłączenia oświe−

tlenia. Poza tym na bieżąco wyświe−

tlany jest na przemian aktualny czas

oraz temperatura.

Opis układu
i programowanie

Schemat  ideowy  sterownika  przedstawiony
został na rysunku 1, a schemat wyświetlacza
na  rysunku  2.  Urządzenie  oparte  jest  o mi−
krokontroler AT89C4051. Do kontroli napię−
cia  zasilania  zastosowałem  specjalizowany
układ resetu DS1812.

Program zawiera instrukcje obsługujące

zegar  czasu  rzeczywistego  PCF8583  oraz
czujnik temperatury DS1820 wykorzystujący
tor  1WIRE.  Procedury  obsługujące  te  ele−
menty są standardowe, z jednym wyjątkiem.
W podprogramach  Settime i Gettime obsłu−
gujących  RTC−a w komórce  o adresie  100
wpisywane są dane dotyczące czasu włącze−
nia, a pod adresem 110 dane dotyczące czasu
wyłączenia oświetlenia. W zależności od sta−
nu portu p1.0 włączany jest poprzez tranzy−
stor T1 przekaźnik sterujący oświetleniem.

Urządzenie obsługiwane jest czterema przy−

ciskami zdefiniowanymi w programie jako S1−
S4 (instrukcja Alias). W czasie trwania głównej
pętli programu Displaytime możemy za pomo−
cą S1 wejść w tryb ustawiania czasu (Settime:
S1 − ustawiamy godziny, S2 − minuty). Za po−
mocą S2 czas włączenia (Seton) i po naciśnię−

ciu  S4  wyłączenia  (Setoff)  oświetlenia  (usta−
wianie jak wyżej). Przycisk S3 służy natomiast
do  ustawienia  temperatury  (Ustawtemp:  S1
w górę, S2 w dół). Z każdego trybu wychodzi−
my, naciskając S4, lub, jeżeli w ciągu około 10
sekund nic nie naciśniemy,  program po wyko−
naniu instrukcji For...Next (kiedy y=1500) sam
wyjdzie z opisanych wyżej podprogramów do
programu  głównego  (naciśnięcie  przycisków
ustawiania powoduje wyzerowanie zmiennej
y, odraczając czas automatycznego opuszcze−
nia podprogramu). Dodatkowo dzięki wyko−
rzystaniu instrukcji Sound każde naciśnięcie
któregoś  z przycisków  S1−S3  potwierdzone
jest krótkim „bipkiem” (podprogram Shortsi−
gnal) lub po wyjściu z trybów ustawień (S4)
długim „bipkiem”(podprogram Longsignal).

((

))

1
2

SL1

SL4

SL6

SL5

250mA

F3 1A

TR1

−

1A\50V

C1
33p

C2
33p

220u

C4
470u

33p

100n

BC548

IC2
LM7805

1
2
3
4
5
6
7
8
9

IC1

AT89C4051

R2 10k

10k

R4
100k

R5
100k

1k
1k
1k

REL1

BAT1

SL2

VCC

+12

SL3

11MHz

REL2

1
2
3
4

IC4

PCF8583

32768Hz

R1
10k

LCD

1WIRE

SWTH

DIOD

MAIN

LGHT

HEAT

SL1
LCD DISPLAY

RST__

GND

VCC

IC3

DS1813

VCC

+12

R6
R7
R8

VCC

Rys. 1 Schemat ideowy sterownika

Do wizualizacji danych i stanu urządzenia

wykorzystany  został  wyświetlacz  16*1  (ze
względów  ekonomicznych),  który  obsługi−
wany jest przez mikrokontroler na pinach do−
myślnie  ustawionych  w pakiecie  BA−
SCOM8051.  Zgodnie  z ustaloną  w progra−
mie pętlą (1 do 320) naprzemiennie (co ok. 5
sekund)  wyświetlana  jest  aktualna  tempera−
tura i czas. Dodatkowo dzięki zdefiniowaniu
dodatkowego  znaku  (coś  na  kształt  lampki
z promykami)  jako  chr(0)  na  wyświetlaczu
możemy odczytać aktualny stan oświetlenia.
Przycisk S4 umożliwia włączanie i wyłącza−
nie oświetlenia, a także wyjście z funkcji au−
tomatycznego sterowania oświetleniem (pod−
programy Alon i Aloff).

Na płytce sterownika zamontowałem pod−

stawkę pod pamięć szeregową typu
AT24C04, gdzie na wypadek zaniku napięcia
przechowywane miały być ustawienia doty−
czące czasu i temperatury.

Jednakże po napisaniu procedur obsługu−

jących  wspomnianą  kostkę,  okazało  się,  że
wielkość  programu  przekracza  możliwości
„szczuplutkiej”  AT89c4051.  Już  myślałem,

że nici z moich planów, kiedy to nagle przy−
szło „oświecenie”. Otóż przypomniałem so−
bie wykład 6 − Magistrala I

C (EdW9/00),

gdzie  przedstawiono  schemat  blokowy
PCF8583. Jak wiosenna łączka zaszyta w ka−
wałku krzemu rozpościera się obszar wolnej
pamięci  RAM  (adres  0Fh−FFh)  i grzechem
byłoby jej nie wykorzystać. Napisanie samej
procedury  było  już  tylko  wyjątkowo  przy−
jemną  formalnością.  Zadeklarowałem  pod−
program Gettemp obsługujący odczyt zapisa−
nej wcześniej temperatury oraz Settemp − po−
zwalający  na  zapisanie  ustawionej  tempera−
tury, jak również napisałem niezbędne proce−
dury. Linię programu ustalającą temperaturę
na  23

C (R=23) zastąpiłem poleceniem

odczytania zapamiętanej temperatury (call
gettemp). To wszystko! Zostaje nawet trochę
wolnej pamięci procesorka (!), a podstawka
pod pamięć szeregową jest już zbędna.

Doraźnie do obsługi temperatury przypo−

rządkowałem zmiennej r domyślną wartość
23 (23

C to optymalna temperatura dla ry−

bek akwariowych), a PCF8583 jest podłą−
czony do alternatywnego źródła zasilania (3

voltowej bateryjki
litowej). Tak więc
po włączeniu za−
silania głównego
„zegarek”

cały

czas trzyma... czas,
a

temperatura

w akwarium utrzy−
mywana jest na
poziomie

mniej

więcej 23

C. Mniej

więcej, bo wpro−
wadziłem 0,5 stop−
niową

histerezę

(E=R – 0,5) zapobiegając w ten sposób drga−
niom styków przekaźnika sterowanego z portu
p3.0 przez tranzystor T2.

Temperaturę można

regulować w zakresie 0−
99

C, dlatego nazwałem

moje urządzenie „Sterow−

nik (niekoniecznie) akwariowy”. Urządzenie
można także wykorzystać do „regulacji cie−
pła” w domu.

Opisany program przetestowałem na płyt−

ce testowej AVT−2500. Program działa bez
zarzutu.

Płytki drukowane sterownika i wyswietla−

cza przedstawione zostały na rysunkach 3 i 4.

Listing programu w formacie Bascoma

można ściągnąć ze strony internetowej EdW
http://www.edw.com.pl/library/pliki/stera−
kri.zip

Remigiusz Idzikowski

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Listopad 2002

Rys. 2 Schemat ideowy wyświetlacza

Rys. 3 Schemat montażowy sterownika

Wykaz elementów

Sterownik
R

R11−R

R33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1100kk

Ω

R44,,R

R55 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000kk

Ω

R66−R

R88 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11kk

Ω

C11,,C

C22,,C

C55 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..3333ppFF

C33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..222200µµFF//99V

C44 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..447700µµFF//1166V

C66 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000nnFF cceerraam

miicczznnyy

B11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..m

moosstteekk 11A

A\\5500V

D11−D

D44 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11N

N44114488

Q11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1111M

Hzz

Q22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..3322776688H

Hzz

TT11,,TT22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..B

C554488

IIC

C11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..A

ATT8899C

C44005511

IIC

C22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..LLM

M77880055

IIC

C33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..D

S11881133

IIC

C44 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..P

CFF88558833

IIC

C55 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..D

S11882200

REELL11 R

REELL22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..pprrzzeekkaaźźnniikk 1122V

V S

DTT,,

nnpp.. G

G22R

R−11−1122D

C ffiirrm

myy O

TTR

R11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..TTS

S22//1144

FF11

.. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..

bbeezzppiieecczznniikk 225500m

FF22,,FF33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..bbeezzppiieecczznniikk 11A

FF11−FF33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..ggnniiaazzddaa bbeezzppiieecczznniikkoow

wee ddoo ddrruukkuu

JJ11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..jjuum

mppeerr

SLL44− S

SLL66 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..A

K22

SLL22,,S

SLL33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..ggnniiaazzddoo ggoollddppiinn 44P

PIIN

N FF

SLL77 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..ggnniiaazzddoo ggoollddppiinn 1166P

PIIN

N FF

ATT11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..bbaatteerriiaa lliittoow

waa 33V

Wyświetlacz
R

R11,,R

R22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1100kk

Ω

TT11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..B

C554488

G11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..ppiieezzoo

D11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..LLEED

D zziieelloonnaa

D22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..LLEED

D cczzeerrw

woonnaa

D33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..LLEED

D żżóółłttaa

D44 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11N

N44114488

S11−S

S44 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..m

miikkrroossw

wiittcchh

SLL11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..ggnniiaazzddoo ggoollddppiinn P

PIIN

N1166 FF ((22 sszztt..))

HLL11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..zzłłąącczzee ggoollddppiinn P

PIIN

N1166 M

M ((22 sszztt..))

HLL22,,H

HLL33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..zzłłąącczzee ggoollddppiinn P

PIIN

N44 M

Wyyśśw

wiieettllaacczz aallffaannuum

meerryycczznnyy LLC

D 1166**11 lluubb 1166**22

Komplet podzespołów z płytką jest dostępny w sieci handlowej AVT

jako kit szkolny AVT−2493

Rys. 4 Schemat montażowy

wyświetlacza

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Listopad 2002

Radiowe  służby  profesjonalne  już  kilka  lat
temu odeszły od wykorzystywania telegrafii
Morse'a, ale emisja ta jest nadal wykorzysty−
wana  w praktyce  krótkofalarskiej.  Znajo−
mość  odbioru  i nadawania  telegrafii  (CW)
jest  obowiązkowa  dla  kandydatów  zgłasza−
jących się na egzamin na świadectwo radio−
operatora  kat  I.  Z tego  też  względu  chcemy
pomóc chętnym w opanowaniu CW.

Choć zbudowanie generatora do samo−

dzielnej nauki telegrafii nie jest trudne, to
jednak sama nauka musi być prowadzona
według pewnych, ustalonych zasad.

Najprostszym sposobem na uzyskanie sy−

gnałów m.cz. jest wykorzystanie dostępnych
generatorów  m.cz.  lub  nawet  buzzerów,  np.
z oferty handlowej AVT. W zasadzie do nau−
ki nadawania alfabetem Morse'a dobre będzie
dowolne źródło sygnału w zakresie częstotli−
wości  400Hz−1000Hz  (według  upodobań),
gdzie można wprowadzić przerywanie obwo−
du zasilania kluczem telegraficznym. Najwy−
godniej jest kupić fabryczny klucz sztorcowy,
np.  z demobilu,  ale  na  początek  wystarczy
zwieracz w postaci dźwigni dwustronnej, wy−
konany z dostępnych materiałów.

Zbudowanie dwóch zestawów oddalo−

nych  od  siebie,  np.  wg rysunku  1, sprawi,
że nauka z drugą zaprzyjaźnioną osobą może
dać  lepsze  wyniki  niż  nauka  samodzielna.
Można  wtedy  prowadzić  „normalną  łącz−
ność”  poprzez  wystukiwanie  całych  zdań
(sposobem  jawnym)  lub  za  pośrednictwem
kodu, np. krótkofalarskiego CQ stosowanego
na pasmach telegraficznych.

Jak wiadomo, cały sekret w zastosowaniu

alfabetu Morse'a polega na umiejętnym opa−
nowaniu sztuki odbierania i nadawania za
pośrednictwem sygnałów dźwiękowych
w postaci tak zwanych „kresek” i „kropek”.

Oczywiście najlepiej i najłatwiej jest zdo−

być podstawy nauki CW na kursach radiote−
legrafistów. Jeden z takich kursów organizu−
je aktualnie Klub Krótkofalarski w Piekarach
Śląskich (szczegóły są podane w Świat Radio
10/02).  Również  posiadacze  komputerów
mogą  użyć  jednego  z wielu  programów  do
nauki  CW (dostępne  także  w Internecie).
Można nabyć z ogłoszeń, np. w naszym mie−
sięczniku, jedną z oferowanych płyt CD czy
nawet  kaset  magnetofonowych  i użyć  zwy−
kłego, domowego odtwarzacza.

Na początek jednak nieco wiadomości te−

oretycznych. Alfabet Morse'a pochodzi od na−
zwiska  amerykańskiego  wynalazcy  Samuela
Morse'a (1791−1872),  który  jako  pierwszy
w latach  1835−38  zbudował  praktyczny  tele−
graf  elektromagnetyczny,  a następnie  w 1840
roku  stworzył  dla  niego  alfabet  telegraficzny.
Alfabet,  podobny  do  używanego  dzisiaj,
z kropkami i kreskami oraz odstępem o jedna−
kowej  długości,  został  wprowadzony  po  raz
pierwszy  przez  Niemca  o nazwisku  Gerke
w 1848 roku. Ostateczna postać alfabetu Mor−
se'a została  przyjęta  przez  Międzynarodowy
Związek  Telegraficzny  w 1865  roku  i prze−
trwała do dzisiaj.

Alfabet telegraficzny jest swoistym ko−

dem,  którego  zasadnicze  właściwości  pole−
gają na tym, że:
− każdy znak telegraficzny składa się z różnej
liczby  elementów,  a więc  kombinacji,  które
się nie powtarzają,
−  długość  poszczególnych  elementów,  jak
również i znaków telegraficznych, jest różna,
− odległość (odstęp) między elementami zna−
ku oraz samymi znakami jest stała.

Każdy znak telegraficzny to różne kombi−

nacje krótkich elementów, które przyjęto na−
zywać „kropką” (krótki dźwięk, słuchowo
„ti”), dłuższych elementów, które przyjęto

nazywać „kreską” (dłuższy dźwięk, słucho−
wo „ta”) i odstępów między nimi.

Przyjmując za jednostkę wymiaru „krop−

kę”, ustalono, że długość kreski równa się
trzem kropkom, odległość między kropkami
i kreskami w znaku telegraficznym równa się
jednej kropce, odległość między znakami
równa się trzem kropkom, a między słowami
(grupami) − pięciu kropkom.

Współczesne metody nauki radiotelegrafii

kładą szczególny nacisk na to, aby uczący się
odbierał  nadawane  znaki  (sygnały)  telegra−
ficzne  słuchowo  nieco  wcześniej,  aniżeli
uzmysłowi sobie ich kształt wzrokowo. Ozna−
cza  to,  że  sygnały  telegraficzne  trzeba  naj−
pierw usłyszeć w całości, zanim się je „zoba−
czy” (tzn. policzy kombinację „kresek” i „kro−
pek”).  Telegrafista  mówi  o melodii  znaków,
a nie  ich  wyglądzie:  litera  „S”  to  „ti−ti−ti”
(a nie „trzy kropki”). Z tego też powodu wska−
zane jest, aby pierwsze próby nauki, zarówno
w nadawaniu, jak i odbiorze, były wykonywa−
ne pod okiem doświadczonego telegrafisty.

Oczywiście telegrafii nie można się nau−

czyć szybko. Jednym z błędów popełnianych
przez początkujących radioamatorów jest
chęć nauczenia się wszystkiego w ciągu kil−
ku dni czy tygodni. Nauka telegrafii polega
jednak na wyrabianiu odruchów, a to wyma−
ga dłuższego czasu, nawet pół roku.

W każdym razie naukę telegrafii najlepiej

trenować systematycznie, średnio po około
pół godziny dziennie.

Z praktyki wiadomo, że najważniejsza

jest regularność i z tego względu powinno się
ćwiczyć codziennie, według ustalonej kolej−
ności znaków.

Kolejność opanowania znaków obowią−

zująca na kursach jest następująca:
abs/tg/jn/ok/qf/mz/ix/dr/he/wl/yp/vc/u/82/91
/73/16/50/?!/=/ (znaki łamania dzielą po−
szczególne porcje liter).

Zalecana jest taka, a nie inna kolejność,

gdyż znaki dobrano na zasadzie ich niepodo−
bieństwa.

Ciąg dalszy na stronie 59.

Rys. 1

Podstawy

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Listopad 2002

Ciąg dalszy ze strony 51.

Poniżej zamieszczamy litery i cyfry alfa−

betu Morse'a w kolejności zalecanej podczas
nauki:

ti−ta

ta−ti−ti−ti

ti−ti−ti

ta−ta−ti

ti−ta−ta−ta

ta−ti

ta−ta−ta

ta−ti−ta

ta−ti−ta−ta

ta−ta

ti−ti−ta−ti

ta−ta−ti−ti

ti−ti

ta−ti−ti−ta

ta−ti−ti

ti−ta−ti

ti−ti−ti−ti

ti−ta−ta

ti−ta−ti−ti

ta−ta−ti−ta

ti−ta−ta−ti

ti−ti−ti−ta

ta−ti−ta−ti

ti−ti−ta

ti−ti−ta−ta−ti−ti

ta−ta−ti−ti−ta−ta

ta−ti−ti−ti−ta

ta−ti−ti−ta−ti

ta−ta−ta−ti−ti

ti−ti−ta−ta−ta

ti−ta−ta−ta−ta

ta−ta−ta−ta−ti

ti−ti−ti−ta−ta

ta−ta−ti−ti−ti

ta−ti−ti−ti−ti

ti−ti−ti−ti−ta

ti−ti−ti−ti−ti

ta−ta−ta−ta−ta

Choć było to napisane wcześniej, przypo−

minamy: w każdym znaku telegraficznym
„kropki” to krótkie dźwięki („ti”), zaś „kre−
ski” to dźwięki trzykrotnie dłuższe od kropek
(„ta”). Odległość między kropkami i kreska−
mi równa się jednej kropce, między znakami
równa się trzem kropkom, a między słowami
(grupami) − pięciu kropkom.

Przed nauką nadawania dobrze jest skon−

sultować sposób trzymania klucza. W klubie
łączności telegrafista może pokazać, w jaki
sposób trzyma się prawidłowo klucz i jaka
powinna być praca nadgarstka.

Na zamieszczonym zdjęciu (SQ9FMU

podczas łączności ze szczytu Babiej Góry)
widać poprawne ułożenie palców radioopera−
tora na gałce klucza telegraficznego.

Podczas nauki odbioru znaków telegra−

ficznych  warto  przestrzegać  następujących
zasad:
− nadawanie tekstów ćwiczebnych może pro−
wadzić tylko wykwalifikowany radiotelegra−
fista  (osoba  znająca  alfabet  Morse'a),
w przeciwnym razie, na skutek błędnego lub
niedokładnego  nadawania,  osoba  szkolona

nabierze  złych  przyzwyczajeń,  które
w późniejszym toku nauki jest bardzo trudno
wyeliminować;
− nie wolno przystępować do nauki nadawa−
nia, zanim nie potrafi się prawidłowo odbie−
rać wszystkich znaków telegraficznych;
− dobrze jest do nauki wykorzystać odpowie−
dni  program  komputerowy  lub  skorzystać
z nagranych  na  kasetę  magnetofonową  tek−
stów kontrolnych;
−  pamiętać  należy,  że  dobrze  jest  uczyć  się
w grupach  kilku−,  kilkunastoosobowych,  ze
względu na dodatkową motywację do nauki;
−  nauczanie  telegrafii  jest  procesem  żmud−
nym, długotrwałym i trudnym − zwykle trwa
około  3  miesięcy  przy  założeniu  treningu  2
razy w tygodniu po 2 godziny lekcyjne;
− podczas nauki wystąpi kilka razy zjawisko
„totalnego  mieszania  się  całego  materiału”;
nie  należy  się  tym  zrażać,  trzeba  przetrwać
ten okres, a po pewnym czasie treningu sytu−
acja będzie opanowana;
− po opanowaniu odbioru znaków telegraficz−
nych można przejść do nauki nadawania w se−
kwencji:  klucz  sztorcowy,  klucz  półautoma−
tyczny (tzw. BUG), a na końcu klucz elektro−
niczny (tzw. manipulator dwudźwigniowy).

Zaleca się, aby nauka odbioru znaków al−

fabetu Morse'a odbywała się z prędkością
około 5 grup/min. (taka obowiązuje na egza−
minie). Na pasmach to tempo okaże się zbyt
wolne, szczególnie podczas zawodów, gdzie
liczy się liczba nawiązanych łączności. Ale
to praktyka czyni mistrza!

Andrzej Janeczek

Podstawy

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Listopad 2002

Zaniki napięcia sieciowego 220V zdarzają się
zawsze.  Można  rozważać  jedynie,  gdzie  wy−
stępują  częściej  i jak  długo  trwają.  Dla  jed−
nych chwilowy brak zasilania jest „do wytrzy−
mania”.  Pozostałym,  nawet  kilkusekundowe
zaniki napięcia mogą wyrządzić mniejsze lub
większe szkody. Jako przykład szkody można
wymienić,  np.  utratę  danych.  Użytkownicy
komputerów rozumieją doskonale co to ozna−
cza.  Nagłe  wyłączenie  komputera  w trakcie
pisania programu czy ważnego tekstu lub two−
rzenia bazy danych może być bardzo nieprzy−
jemne. Nie wszystkie programy oferują funk−
cję autozapisu co kilka minut. A jeśli nawet, to

zapominamy odpowiednio je skonfigurować
czy włączyć. Programy pracujące pod poczci−
wym DOS−em rzadko kiedy taką funkcję ofe−
rują. W przypadku zaniku zasilania efekt na−
szej pracy nie zostaje zapisany. Niekiedy mo−
że dojść do całkowitej utraty pliku.

Przezorniejsi i zasobniejsi finansowo

użytkownicy  komputerów  zaopatrują  się
w specjalny  zasilacz  –  tzw.  UPS  (z ang.
Uninterruptible  Power  Supply).  Produkuje
się  kilka  jego  odmian,  różniących  się  nieco
budową wewnętrzną i ceną.

Głównym zadaniem każdego zasilacza

awaryjnego UPS jest podtrzymanie napięcia

zasilania  220V (zasilającego  np.  komputer,
serwer,  itd.)  przez  co  najmniej  kilka  minut.
Dzięki temu użytkownik może spokojnie za−
pisać  stan  swojej  pracy  na  dysku  twardym,
zakończyć  działanie  uruchomionych  progra−
mów,  prawidłowo  wyjść  z systemu  i wyłą−
czyć komputer.

Opisany w niniejszym artykule UPS nale−

ży  do  klasy  najprostszych  konstrukcyjnie,
spełniających  jednak  swoje  podstawowe
zadanie.  Jest  to  konstrukcja  przykładowa,
dostosowana do potrzeb komputera autora.

Rys. 1

−

W urządzeniu występują wysokie napięcia groźne dla życia i zdrowia. Osoby niepełnoletnie mogą wykonać urządzenie tylko pod opieką wykwalifikowanych opiekunów.

Opis układu

Opisywany  zasilacz  UPS  składa  się  z kilku
nieskomplikowanych  modułów.  Schemat
ideowy  całej  konstrukcji  przedstawia  rysu−
nek  1.  Zasada  działania  niżej  opisanego
UPS−a jest łatwa do zrozumienia. Gdy w sie−
ci  energetycznej  obecne  jest  napięcie,  aku−
mulator żelowy 12V jest stale ładowany pro−
stą  ładowarką  buforową,  która  jest  tutaj  ni−
czym  innym  jak  stabilizatorem  napięcia.  Jej
konstrukcja  opiera  się  na  stabilizatorze  U1.
Akumulator ładowany jest do czasu osiągnię−
cia  na  jego  zaciskach  napięcia  równego
napięciu wyjściowemu stabilizatora powięk−
szonego o napięcie przewodzenia czerwonej
diody LED D1 (około 1,8V), która pełni jed−
nocześnie rolę wskaźnika obecności napięcia
sieciowego.  Maksymalny  prąd  ładowania
jest ograniczony prądem dopuszczalnym U1,
stopniem  rozładowania  akumulatora  (im
większe tym mniejsza rezystancja wewnętrz−
na i większy prąd), wydajnością TR1. U1 do−
puszcza maksymalnie przepływ prądu około
1A dla  wersji  standardowej  stabilizatora
(7812), 2A dla 78S12, 3A dla 78T12. Napię−
cie na zaciskach naładowanego akumulatora
pracującego  w zasilaczu  UPS  powinno
wynosić

2,23÷2,33V/ogniwo

czyli

6x2,23÷2,33= 13,38÷13,98V.

Prosta ładowarka spełnia ten warunek.

W egzemplarzu  modelowym  na  wyjściu  za−
stosowanego  stabilizatora  U1  oraz  diodę
LED  D1,  napięcie  wyjściowe  wynosiło
13,8÷13,9V w zależności  od  temperatury
struktury U1. W miarę wzrostu napięcia aku−
mulatora  stabilizator  będzie  stopniowo
zmniejszał  prąd  ładowania.  Gdy  akumulator
zostanie naładowany przepływać przez niego
będzie  prąd  konserwujący  rzędu  kilkudzie−
sięciu mA. Dzięki takiemu działaniu tej pro−
stej ładowarki akumulator będzie stale utrzy−
mywany w stanie naładowanym.

Zanik napięcia sieciowego spowoduje

wyłączenie  dotychczas  włączonego  przeka−
źnika  REL1.  Efektem  czego  będzie  przełą−
czenie jego styków. Tym samym akumulator
zostanie odłączony od ładowarki i przyłączo−
ny do przetwornicy podwyższającej napięcie
(z 12V na około 220V/50Hz). Odtąd przyłą−
czony do UPS−a komputer będzie z niej zasi−
lany. Przedstawiona na schemacie przetwor−
nica  jest  chyba  najprostszą  z możliwych.
Głównymi  jej  elementami  są  układ  scalony
U2 oraz tranzystory MOSFET T1 i T2. U2 to
popularny, uniwersalny generator CMOS. Tu
pracujący jako astabilny.

Użytkownik UPS−a powinien być infor−

mowany  o fakcie  zaniku  napięcia  w sieci
energetycznej. Dzięki takiej informacji szyb−
ko  zorientuje  się,  że  komputer  jest  zasilany
ze  źródła  awaryjnego  (tj.  akumulatora).
W związku z tym należy niezwłocznie zapi−
sać  na  dysku  twardym  efekt  swojej  pracy
oraz  poprawnie  zamknąć  wszystkie  otwarte
aplikacje  i wylogować  się  z systemu  opera−

cyjnego. Dopiero po tych czynnościach trze−
ba  wyłączyć  UPS  (służy  do  tego  wyłącznik
W1)  i tym  samym  komputer.  Od  tego  mo−
mentu  czekać  na  ponowne  pojawienie  się
prądu  w sieci  220V.  O przełączeniu  w tryb
zasilania  awaryjnego  informuje  tylko  jeden
element – generator piezo Q1. Jest on stero−
wany za pomocą jednego z czterech styków
przełącznych przekaźnika REL1. W momen−
cie zaniku napięcia generator jest przyłącza−
ny  równolegle  do  kondensatora  C1.  Energia
w nim  zgromadzona  wystarczy  na  kilkuse−
kundowe zasilanie Q1.

Montaż i uruchomienie

Pod względem elektronicznym zaprezentowa−
ny  w niniejszym  artykule  UPS  jest  nieskom−
plikowany.  Montaż  zaczynamy  od  wlutowa−
nia  w płytkę  drukowaną  wszystkich  podze−
społów, których symbole są widoczne na ry−
sunku 2. Pod układ scalony U2 zaleca się dać
podstawkę. Diody D1 nie należy lutować bez−
pośrednio  w płytkę,  lecz  za  pośrednictwem
około dziesięciocentymetrowego odcinka izo−
lowanego  przewodu  niskonapięciowego.
W pozostałe  punkty  lutownicze  o średnicy
otworów równej 2mm lutujemy około 30−cen−
tymetrowe  odcinki  izolowanych  przewodów
sieciowych o średnicy 1,5÷2mm („linka”).

Teraz nieco trudniejsze zadanie. Należy

dobrać wielkość obudowy. Powinna ona być
na  tyle  duża,  aby  poza  płytką  zmieściły  się
w niej nieuwzględnione na płytce elementy:
TR1, TR2, REL1, W1, G1, G2, gniazda bez−
piecznikowe, LED D1, dwa gniazda, np. „ba−
nanowe” do przyłączania akumulatora na ze−
wnątrz  obudowy.  Takie  rozwiązanie  ma  tę
zaletę, że w razie niekorzystania z kompute−
ra  (tym  samym  UPS−a)  akumulator  można
odłączyć bez rozkręcania obudowy i zastoso−
wać do innych celów.

Po dobraniu obudowy przystępujemy do

wmontowania w nią zmontowanej płytki dru−
kowanej. Należy ją przykręcić przy pomocy
śrub z nakrętkami przeciągniętymi przez dwa
3−milimetrowe  otwory  płytki  oraz  odpowia−
dające  im  otwory  wywiercone  np.  w dnie
obudowy.  Aby  strona  lutowania  płytki  nie
stykała się z metalowym dnem obudowy, na
przeciągnięte  przez  otwory  obudowy  śruby
trzeba nakręcić 2−3 nakrętki.

Do przykręcenia transformatora toroidal−

nego TR2 wystarczy jedna, dłuższa śruba
z nakrętką. W bocznych ściankach obudowy
należy wykonać wiertarką otwory umożli−
wiające osadzenie w nich diody LED, gniazd
bezpiecznikowych i zasilania oraz wyłączni−
ka W1.

Elementy T1, T2, U1 zostały wlutowane

blisko  jednego  z dłuższych  brzegów  płytki.
Dzięki  temu  możliwe  jest  ich  przykręcenie
do  ścianki  obudowy  (wywiercić  3  otwory

∅

3mm i przykręcić śrubami z nakrętkami).

Cała obudowa jest metalowa. Spełnia tym sa−
mym rolę radiatora. Przed przykręceniem T1,
T2, U3 − należy pod elementy te podłożyć
podkładki silikonowe i przekładki izolacyjne
(pokryć z obu stron pastą silikonową − najle−
piej białą o podwyższonej przewodności
cieplnej, tj. typu „H”). Celem tych zabiegów
jest odizolowanie elektryczne T1, T2, U1 od
siebie i od obudowy.

Po przykręceniu w/w podzespołów do

obudowy przystępujemy do łączenia ich ze
sobą zgodnie ze schematem. Czynność łącze−
nia przeprowadzamy przy pomocy izolowa−
nych odcinków przewodów sieciowych tego
typu, jak wystające z płytki. Stosujemy zasa−
dę jak najkrótszych połączeń, wówczas są jak
najmniejsze spadki napięć.

Na końcu łączymy wszystkie przewody

wychodzące z płytki z elementami, które zna−
lazły się poza płytką. Właśnie

czynności łą−

czenia przewodów z podzespołami UPS−a wy−
magają  wzmożonej  uwagi  od  montującego.
Dlatego  ten  końcowy  etap  montażu  powinna
przeprowadzać  osoba  doświadczona  w tego
typu  pracach.  Byłoby  dobrze,  gdyby  istniała
możliwość skontrolowania poprawności mon−
tażu ze schematem przez taką osobę.

Po zmontowaniu zasilacz awaryjny UPS

należy  podłączyć  zgodnie  z rysunkiem  3
(wariant I). Następnie włączyć włącznik W1
na  obudowie  UPS−a (odtąd  z komputera
można  już  normalnie  korzystać).  Od  tego
momentu  należy  poczekać  na  pełne  nałado−
wanie akumulatora. W zależności od pojem−
ności,  aktualnego  stopnia  rozładowania
zastosowanego  akumulatora  i mocy  TR2
będzie  to  trwało  kilkanaście  −  kilkadziesiąt
godzin. Na wszelki wypadek warto poczekać
2−3  dni  na  pełne  naładowanie.  Po  całkowi−
tym naładowaniu akumulatora pora przepro−
wadzić „test generalny”:
–  Uruchamiamy  komputer,  następnie  otwie−
ramy  jakąś  aplikację,  np.  edytor  tekstu.

Forum Czytelników

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Listopad 2002

Rys. 2

Wyciągamy  teraz  kabel  zasilający  UPS
z gniazda  sieciowego.  Komputer  powinien
nadal działać bez zarzutu, tj. obraz na moni−
torze  musi  być  wciąż  widoczny,  a urucho−
miona  aplikacja  nie  może  „zawieszać  się”.
Przeprowadzamy teraz próbę zapisu na dysk
twardy.  Gdy  czynność  ta  powiedzie  się,
a komputer  będzie  można  poprawnie  wylo−
gować z systemu – nasz UPS zdał egzamin.
Jeśli  prawidłowo  dobraliśmy  moc  transfor−
matorów  (zwłaszcza  TR1,  zbyt  słaby  TR2
w przypadku  niewielkiego  „niedoszacowa−
nia” oznaczać będzie dłuższy czas ładowania
akumulatora) i pojemność akumulatora (zbyt
„nędzny”  nie  będzie  w stanie  podtrzymać
wystarczająco długo napięcia zasilania kom−
putera)  UPS  przejdzie  wspomniany  test
w zdecydowanej większości przypadków.

Co jednak zrobić, jeśli nie udało się nam

dobrać  dostatecznych  parametrów  użytych
transformatorów  i akumulatora?  Nie  każde−
go będzie stać w takiej sytuacji na wymianę
tych  elementów  na  inne,  wydajniejsze.  Nic
straconego.  Istnieje  wciąż  szansa  na  korzy−
stanie  z dobrodziejstw  UPS−a.  Pod  jednym
warunkiem:  zgadzamy  się  na  wariant
„oszczędnościowy”  (zob.  rys.  3−wariant  II).
Polegać on będzie na niepodłączaniu do zbyt
mało  wydajnego  UPS−a monitora.  Skutko−
wać  to  będzie  wprawdzie  wyłączeniem  się
monitora  w razie  zaniku  napięcia  sieciowe−
go,  jednak  nadal  możliwe  będzie  zapisanie
na  dysku  twardym  stanu  naszej  pracy,  np.
pliku  pisanego  w arkuszu  kalkulacyjnym.
Wystarczy, ze spiszemy na kartce skróty kla−
wiaturowe uruchamiające  zapis  i wyjście
z programów,  z których  korzystamy.  Kartkę
taką  warto  będzie  mieć  zawsze  w pobliżu
komputera.  W razie  zaniku  napięcia  siecio−
wego  wciskamy  kombinacje  klawiszy  pro−
gramu odpowiadające za zapis, z którego ak−

tualnie  korzystaliśmy  –  przykładowo  dla
WordPada Windows (i wielu innych progra−
mów) będzie to Ctrl+S. Za zamknięcie pro−
gramu działającego pod systemem Windows
odpowiada skrót lewy Alt+F4. Ten sam skrót
odpowiada za włączenie okna zamykania sy−
stemu – wystarczy wtedy wcisnąć Enter, aby
Windows  został  poprawnie  zamknięty.  Gdy
to nastąpi (objaw: LED sygnalizująca pracę
dysku  twardego  gaśnie)  można  wyłączyć
UPS  i tym  samym  zasilany  za  jego  pośre−
dnictwem komputer.

Decydując się na ten oszczędnościowy

wariant  zasilacza  UPS  warto  przed  jego
podłączeniem  przećwiczyć  zapisywanie  pli−
ków  i zamykanie  aplikacji/systemu  przy  po−
mocy skrótów klawiaturowych.

Wariant „oszczędnościowy” mogą wyko−

nać także te osoby, których komputer po−
biera dość znaczną moc z sieci 220V. W ta−
kiej  sytuacji  dołączenie  „prądożernego”,
standardowego  monitora  dodatkowo
zwiększałoby  pobór  mocy.  Wymagałoby
to poniesienia większego wydatku związa−
nego  z nabyciem  wystarczająco  „mocne−
go”  transformatora  i akumulatora.  W do−
brej  sytuacji  będą  posiadacze  energoo−
szczędnych  monitorów  z ekranem  ciekło−
krystalicznym (LCD). Niestety te są nadal
dość  kosztowne.  Na  wydajny  wariant
UPS−a mogą pozwolić sobie też ci, którzy
jako  akumulator  zamierzają  wykorzystać
dość  niedrogi  akumulator  samochodowy,
np. jego najmniejszą wersję o pojemności
rzędu 36Ah. Jest on wprawdzie dość duży
i ciężki, dysponuje jednak znaczną pojem−
nością. W przypadku, gdy UPS będzie pra−
cował jako stacjonarny nie ma to większe−
go znaczenia.

W najgorszej sytuacji będą Ci, którzy

„grubo”

niedoszacowali

elementów

TR1,TR2 lub/i akumulatora. Wtedy pro−

blemu nie rozwiąże nawet w/w wariant. Ko−
nieczne będzie zaopatrzenie się w podzespo−
ły o wystarczających parametrach i najpraw−
dopodobniej nabycie/wykonanie większej
obudowy.

Uwagi końcowe

Jeśli obudowa nie będzie w stanie odprowa−
dzić nadmiaru ciepła z T1,T2, trzeba zastoso−
wać większą lub/i dodatkowe radiatory. Za−
stosowane MOSFET−y T1,T2 charakteryzują
się niską rezystancją w stanie otwarcia
(0,04

Ω

) co pozwala na przenoszenie dużych

mocy  przy  stosunkowo  niewielkim  nagrze−
waniu  struktury  tranzystora.  Maksymalnie
mogą przenosić prądy do 30A. Uwzględnia−
jąc pewną rezerwę i zakładając, że moc strat
zostanie  skutecznie  odprowadzona  (maksy−
malna temperatura złącza Tj

max

=150

C) moż−

na przyjąć, że pozwoli to na sterowanie trans−
formatorem TR1 o mocy do 400−500W.

Jak najprościej dobrać wystarczającą

moc transformatora TR1? Wystarczy w tym

celu, szeregowo z wtykiem zasilania kompu−
tera, wraz z monitorem włączyć jakikolwiek
multimetr  uniwersalny  ustawiony  na  zakres
pomiaru  prądu  zmiennego  2−20A.  Otrzyma−
ny  wynik  z multimetru  trzeba  przeliczyć  na
moc w watach. Szacunkowo można przyjąć,
że  przepływ  prądu  (zużywanego  przez  ze−
staw komputerowy) 0,45A wymaga zastoso−
wania  jako  TR2  transformatora  o mocy
100W.  Ze  względu  na  wysoką  sprawność
i stosunkowo nieduże wymiary (oraz łatwość
zamocowania) zalecam użycie transformato−
ra toroidalnego.

Czynność pomiaru prądu po−

winna wykonywać doświadczona osoba do−
rosła

(pomocą będzie rysunek 4). Dlatego

początkujący lub/i niepełnoletni powinni

Forum Czytelników

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Listopad 2002

Rys. 3

Rys. 4

Wykaz elementów

R11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000kk

Ω

C11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..22220000

µµ

FF//2255V

C22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..4477nnFF M

KTT

R11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..K

P0088 ((22A

A//880000V

V,, ppiioonnoow

wyy))

D11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..LLEED

D cczzeerrw

woonnaa 55−1100m

U11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..ssttaabbiilliizzaattoorr 77881122 ((II

maaxx

==11A

A)),,

7788S

S1122 ((II

maaxx

==22A

A)),, 7788TT1122 ((II

maaxx

==33A

A,, w

wtteeddyy B

R11 nnaa 33A

A))

TT11,,TT22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..B

UZZ1111((5500V

V//3300A

A//00,,0044

Ω

))

U22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..C

D44004477 ((M

Y7744004477))

Pozostałe
B

B11,, B

B22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..22A

A//225500V

V W

WTTA

A–

–TT

TTR

R11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..TTS

STT 110000//3355 ((22xx1100V

V//55A

A ttoorrooiidd)) lluubb iinnnnyy

–

– ppaattrrzz tteekksstt

TTR

R22 .. .. .. .. .. .. .. .. ..TTS

S 1188//B

B11 ((1122V

V//11A

A)) lluubb iinnnnyy –

– ppaattrrzz tteekksstt

Q11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..ggeenneerraattoorr ppiieezzoo H

M11221122 lluubb ppooddoobbnnyy

G11 .. .. .. .. .. ..ggnniiaazzddoo ddoo kkoom

mppuutteerroow

weeggoo kkaabbllaa zzaassiillaajjąącceeggoo

((zz uuzziieem

miieenniieem

m))

G22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..ggnniiaazzddoo ssiieecciioow

wee zz bboollcceem

m uuzziieem

miiaajjąąccyym

W11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..22xx1100A

A//225500V

V ((w

wyyłłąącczznniikk zz zzaassiillaacczzaa A

ATT

lluubb ppooddoobbnnyy))

Akkuum

muullaattoorr 1122V

V//77A

Ahh ((ppaattrrzz tteekksstt))

Gnniiaazzddaa bbeezzppiieecczznniikkoow

wee ((w

wkkrręęccaannee w

w oobbuuddoow

węę))

Pooddssttaaw

wkkaa D

DIIP

P1144

Prrzzeew

wóódd zzaassiillaajjąąccyy ((zz uuzziieem

miieenniieem

m)) ddoo kkoom

mppuutteerraa

REELL11:: R

R1155,, w

weerrssjjaa –

– 44P

DTT 1100A

A//225500V

V ((44 ssttyykkii pprrzzeełłąącczznnee))

Obbuuddoow

waa m

meettaalloow

waa − ddoobbrraaćć ddoo w

wiieellkkoośśccii zzaassttoossoow

waannyycchh

TTR

R11 ii TTR

R22

Gnniiaazzddaa ii w

wttyykkii bbaannaannoow

wee ((ddoo pprrzzyyłłąącczzaanniiaa aakkuum

muullaattoorraa))

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Listopad 2002

Układ  służy  głównie  do  zabawy  z dźwię−
kiem,  jednak  po  pewnych  modyfikacjach
może  spełniać  poważniejsze  zadania,  takie
jak  nietypowy  sterownik  reklamy  świetlnej
lub  numeru  domu.  W wersji  podstawowej
układ steruje zawartymi w wyświetlaczu dio−
dami  LED.  Czym  większa  częstotliwość
dźwięku  docierającego  do  mikrofonu,  tym
szybciej porusza się punkt, a właściwie jedna
z kresek  na  wyświetlaczu.  Tworzy  to  efekt
podobny do miniaturowego węża świetlnego.

Opis układu

Sygnał z mikrofonu jest dwukrotnie wzmac−
niany  przez  wzmacniacze  operacyjne
IC1B i IC1C.  Wzmacniacz  IC1A służy  do
wytworzenia  sztucznej  masy  na  poziomie
połowy  napięcia  zasilania.  Sygnał  ze
wzmacniacza  IC1C jest  podawany  na  wej−
ście  zegarowe  licznika  binarnego  IC2  –
4024. Jest to licznik siedmiobitowy, wyposa−
żony  w przerzutnik  Schmitta.  Na  jego  wyj−

ściach  otrzymujemy  częstotliwość  dźwięku
podzieloną  przez  2,4,8  itd.  Wyjście  Q4
(można  wybrać  inne)  podłączone  jest  do
wejścia zegarowego układu IC3 – 4017. Ko−
lejne wyjścia IC3 podłączone są do segmen−
tów od a do f wyświetlacza LED (w układzie
wykorzystano tylko sześć segmentów). Wyj−
ście  Q7  połączone  jest  z wejściem  reset.
Skraca to cykl zliczania do sześciu, zamiast
do dziesięciu.

Układ może być zasilany napięciem sta−

łym od 8V do 18V, niekoniecznie stabilizo−
wanym.

Montaż i uruchomienie

Układ  można  zmontować  na  płytce  uniwer−
salnej.  Montaż  należy  rozpocząć  od  naj−
mniejszych elementów, kończąc na układach
scalonych  i wyświetlaczu  LED.  Pod  układy
scalone warto dać podstawki. Układ nie wy−
maga uruchamiania, prawidłowo zmontowa−
ny działa od razu.

Marcin Kartowicz

Rys. 1 Schemat ideowy

żż

śś

źź

Wykaz elementów

R11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..44,,33kk

Ω

R22−R

R77 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000kk

Ω

R88−R

R1111 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11kk

Ω

C11,,C

C66 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000nnFF

C22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000nnFF cceerraam

miicczznnyy

C33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000µµFF//1166V

C44 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..4477µµFF//1166V

C55 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1100µµFF//1166V

IIC

C11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..TTLL008844

IIC

C22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..44002244

IIC

C33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..44001177

Wyyśśw

wiieettllaacczz ssiieeddm

miioosseeggm

meennttoow

wyy

Miikkrrooffoonn eelleekkttrreettoow

wyy

Podzespoły

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Listopad 2002

Każdy elektronik prędzej czy później ulepsza
coś w swoim sprzęcie grającym. Jedną z ta−
kich  przeróbek  bywa  zastąpienie  potencjo−
metru  głośności  we  wzmacniaczu  precyzyj−
nym dzielnikiem rezystancyjnym, choćby dla
sprawdzenia, co to daje. Zdobywamy więc z
niemałym  trudem  dwusekcyjny,  powiedzmy
10−pozycyjny  przełącznik  jak  najlepszej  ja−
kości i... co dalej?

Trzeba zakupić oporniki, ale jakie? Już in−

tuicja podpowiada, że chyba nie jednakowe.

Włączamy więc komputer i każemy mu

liczyć wykorzystując jakąś odmianę języka
BASIC.

Programik pokazany jest w ramce.
Przełącznik lutujemy w ten sposób, że

pierwszy kontakt łączymy z masą, a między
każdy następny wstawiamy kolejny obliczo−
ny rezystor (rysunek A).

Po wpisaniu rozdzielczości dzialka (w de−

cybelach na działkę), jaką sobie życzymy

i  całkowitej  oporności  R dzielnika,  będącej
najczęściej  również  rezystancją  wejściową
wzmacniacza − w mgnieniu oka otrzymuje−
my zestaw wartości rezystorów, który speł−
nia  wymagania  logarytmicznej  regulacji
głośności.

Oto wynik działania powyższego progra−

mu dla całkowitej rezystancji 10 000

Ω

——————————————————

630.9573364257812

260.2935791015625

367.6744995117188

519.35400390625

733.6070556640625

1036.24755859375

1463.738525390625

2067.5859375

2920.54248046875

Mając takie narzędzie można nawet poku−

sić się o dobranie takiego zesta−
wu  wartości,  aby  znajdowało
się w nim jak najwięcej warto−
ści z szeregu. Nie ma przecież
problemu, aby np. automatycz−
nie  wydrukować  (z użyciem
kolejnej  pętli)  20  zestawów
wartości,  z których  wszystkie
różnią  się  nieco  założoną  roz−
dzielczością  lub  rezystancją
wejściową i potem oszacować,
który  z nich  jest  najbardziej
„przyjazny”.

To wszystko można oczy−

wiście obliczyć kalkulatorem, albo i
bez niego, jeśli ktoś to jeszcze
potrafi, ale będzie to trwało tak
długo, że odechce się nam ekspery−
mentów.

Muszę jeszcze przestrzec tych,

którzy rozpędzą się tak w tym pisa−
niu  programów,  że  zaczną  obliczać
układy  RLC.  Jeśli  pojawiają  się  re−
aktancje,  trzeba  stosować  rachunek
zespolony,  a to  już  trochę  wyższa
szkoła  jazdy.  W przeciwnym  razie
otrzymamy zafałszowane wyniki.

Przykład

Załóżmy, że chcemy zbudować pod−
grzewacz  puszki  z piwem  zasilany
baterią  12V.  Znamy  oporność  we−
wnętrzną  baterii  i jej  napięcie  bez
obciążenia.  Nie  wiemy  natomiast,
jaką  oporność  powinien  mieć  drut
oporowy  grzałki,  aby  uzyskać  ma−

ksymalną moc grzewczą przekazy−

waną puszce. Pomijam sensowność takiego
przedsięwzięcia, wytrzymałość baterii itd.

Powinno się napisać wzór na pochodną

mocy względem Rg, przyrównać ją do zera i
z tego równania obliczyć Rgmax. Ale to
wiedzą tylko „wtajemniczeni”, a z nich
jeszcze nie wszyscy to potrafią do końca zro−
bić. Poniższą metodą może to zrobić każdy.

Prąd grzałki wynosi I=U / (Rw + Rg), gdzie

U=12V, Rw − oporność wewnętrzna baterii =
2

Ω

, a Rg − poszukiwana oporność grzałki.
Moc grzałki wynosi zatem:

P = I

* Rg

czyli P =

Rw+Rg * Rg

Musimy polecić naszemu komputerowi

takie zadanie: „Oblicz i pokaż mi moc grzał−
ki dla wielu różnych wartości Rg, a ja sobie
wtedy wybiorę takie Rg, przy którym jest
maksymalna moc”.

Teraz tłumaczymy to na BASIC:

U=12:Rw=2
for Rg=.4 to 5 step .2

P=(U/(Rw+Rg))^2*Rg
?Rg,P

next Rg

i po ułamku sekundy mamy wyniki (w lewej
kolumnie Rg, w prawej P):

.6000000238418579 12.78106498718262
.800000011920929 14.69387722015381
1 16
1.200000047683716 16.875
1.400000095367432 17.4394474029541
1.600000143051147 17.77777862548828
1.800000190734863 17.95013809204102
2.000000238418579 18
2.200000286102295 17.95918273925781
2.400000333786011 17.85124015808105
2.600000381469727 17.69376182556152
2.800000429153442 17.5
3.000000476837158 17.27999877929688
3.200000524520874 17.04141998291016
3.40000057220459 16.79012298583984
3.600000619888306 16.53061103820801
3.800000667572021 16.26634788513184
4.000000476837158 15.99999904632568
4.200000286102295 15.73361015319824
4.400000095367432 15.46875
4.599999904632568 15.20661163330078
4.799999713897705 14.94809722900391
4.999999523162842 14.69387817382812

z których widać, że istnieje wyraźne maksi−
mum mocy (P=18W) dla Rg = Rwe = 2

Ω

Na koniec chciałbym polecić ze wszech

miar takie podejście w ogóle do techniki i ży−
cia, aby starać się na różne sposoby dociec
prawdy. Jeśli potrafimy posłużyć się rozwią−
zaniem analitycznym, to bardzo dobrze, jeśli
mamy jakiś gotowy program, który umożli−
wia takie obliczenia − też dobrze, ale jak nie

Rys. A Schemat skokowego dzielnika napięcia

Do czego używamy komputera ?

( )

część 2

(pierwsza część artykułu ukazała się w EdW 5/2002 str. 64)

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Listopad 2002

FLASH

W roku 1979 przedstawiono inną koncepcję,
która  pojawiła  się  jako  komercyjny  produkt
w roku  1984.  Pamięć  FLASH  jest  w sumie
bardzo podobna do pamięci EEPROM: moż−
na ją zapisywać i kasować elektrycznie. Róż−
nica polega na tym, że w pamięci EEPROM
selektywnie  zapisuje  się  i automatycznie  ka−
suje  pojedyncze  bity  czy  bajty,  a w pamięci
FLASH zapis nowych danych wymaga wcześ−
niejszego skasowania całego sektora (kilkaset
lub  więcej  bajtów).  Skasowanie  to  przy−
wrócenie stanu, powiedzmy, spoczynkowego.

Choć w pamięci FLASH nie można zmie−

niać  dowolnie  zawartości  pojedynczych  ko−
mórek, jak w pamięciach RAM i EEPROM,
jednak wbrew pozorom nie jest to wadą, po−
nieważ w większości zastosowań nie ma po−
trzeby  indywidualnego  kasowania  i zapisy−
wania  pojedynczych  bajtów.  A rezygnacja
z kasowania pojedynczych komórek pozwala
uprościć  komórkę  (jeden  tranzystor),  a tym
samym uzyskać większą gęstość upakowania
i pojemność,  porównywalną  z pamięciami
EPROM oraz zmniejszyć cenę.

Pamięć FLASH to też matryca komórek,

zorganizowanych  w rzędy  i kolumny.  Rysu−
nek 8 pokazuje uproszczoną budowę prostej
pamięci, zwanej FLASH NOR. Podstawą jest
zawsze komórka pamięci, zawierająca tranzy−
stor  MOSFET i wykorzystująca  pojemność
pływającej  bramki.  Ta  pojemność  jest  w pa−
mięci  FLASH  zadziwiająco  mała,  wynosi
drobny ułamek pikofarada (rzędu 1 femtofa−
rada). Pływająca bramka, całkowicie odizolo−
wana  od  pozostałych  elementów,  pełni  rolę
pułapki  potencjału  (potential  well).  Odczyt

pamięci to po prostu sprawdzenie stanu nała−
dowania tej pojemności. Odczyt polega w su−
mie  na  podaniu  odpowiedniego  napięcia  na
bramkę  sterującą  (control  gate)  i stwierdze−
niu, czy tranzystor przewodzi, czy nie. Jest to
możliwe wskutek pojemnościowego sprzęże−
nia  obu  bramek  i kanału  tranzystora  (patrz
rys. 5 w EdW 10/2002.) Stan tranzystora pod−
czas odczytu zależy ostatecznie od stanu nała−
dowania pływającej bramki.

Natomiast zapis i odczyt to zmiana ilości

ładunku  elektrycznego  (elektronów)  w ob−
szarze tej pływającej bramki. Do kasowania,
czyli usuwania elektronów z obszaru pływa−
jącej bramki, na pewno
wykorzystuje  się  oso−
bliwe  zjawisko  tunelo−
wania

(Fowler−Nor−

dheim  tunneling),  zo−
brazowane  wcześniej
za  pomocą  przykładu
z mlekiem.  Poważnym
problemem  wytwór−
ców  jest  dobranie  gru−
bości  materiału  izola−
cyjnego

(dwutlenku

krzemu,  azotku  krzemu)  pływającej  bramki
oraz  napięcia  kasowania,  by  proces  tunelo−
wania  zachodził  z akceptowalną  szybkością
i jednocześnie  nie  doprowadził  do  trwałego
uszkodzenia  warstwy  tlenku.  Czym  grubsza
warstwa tlenku, tym większa niezawodność,
ale  też  większe  napięcie  jest  wymagane  do
wystąpienia  zjawiska  tunelowania  o odpo−
wiednim natężeniu i dłuższy czas programo−
wania/kasowania. We współczesnych pamię−
ciach FLASH grubość warstwy izolacyjnego
tlenku wynosi zwykle tylko 10 nanometrów,
a natężenie pola elektrycznego wymagane do
powstania  efektu  tunelowego  jest  rzędu
700...1000V/mm.  Wymagana  jest  tu  zaska−
kująco  duża  precyzja.  Użytkownik  pamięci
FLASH nie zdaje sobie sprawy, że potrzebne
napięcia i czasy muszą być starannie dobrane
oraz  dostosowane  do  precyzyjnie  dobranej,
znikomej grubości izolacji bramki. Potrzebne
podwyższone  napięcia  (zwykle  ok.  12V)  są
generowane  wewnątrz  układu  scalonego,
a inne  obwody  zapewniają  potrzebne  se−
kwencje czasowe impulsów kasujących, pro−
gramujących i odczytujących. Na rysunku 9

Rys. 8

Rys. 9

dodatek

miesięcznika

a g a z y n

l e k t r o n i k i

ż y t k o w e j

To warto wiedzieć

śś

łł

śś

łł

śś

pokazano w uproszczeniu komórkę pamięci
FLASH i napięcia na elektrodach podczas
poszczególnych operacji.

Pamięci FLASH są realizowane w roz−

maity sposób, stąd określenia NAND, AND,
NOR,  DINOR,  itd.  Przykładowo  pamięci
FLASH NOR są najprostsze. Zapis następu−
je  z użyciem  „gorących  elektronów  (HEI),
kasowanie  wskutek  efektu  tunelowego,
szybkość  zapisu  i odczytu  jest  dobra,
ale wielkość komórki uniemożliwia uzyska−
nie  dużych  pojemności.  Pamięci  FLASH
NAND  do  zapisu  i odczytu  wykorzystują
efekt tunelowy. Umiarkowana wielkość ko−
mórki,  niskie  napięcie  zasilania  (3,3...5V),
szeregowy dostęp do danych, niewielki po−
bór  mocy  są  w wielu  zastosowaniach  istot−
nymi  zaletami.  Z kolei  pamięci  FLASH
AND  umożliwiają  osiągnięcie  większych
pojemności (ponad 32MB) przy zachowaniu
wielu  innych  zalet.  Fotografie  5a...5c
pokazują  przykłady  scalonych  pamięci
FLASH.  Foto−
grafia  5a poka−
zuje  nowoczesne
pamięci w minia−
turowych  obudo−
wach BGA z wy−
prowadzeniami
„kulkowymi”.

Co prawda nie sprawdziły się

oczekiwania  z końca  lat  80.,  że
pamięci  FLASH  błyskawicznie
wyprą EPROM−y, a to głównie ze
względu na problemy z niezawod−
nością wczesnych wersji. Pamięci
FLASH okazały się jednak na tyle
atrakcyjne, że są obecnie szeroko
stosowane.  Głównie  jako  wy−
mienne  nośniki  danych.  Podsta−
wowymi  zaletami  współczesnych
pamięci  FLASH  są:  trwały  zapis
(zwykle ponad 20 lat), możliwość
wielokrotnego kasowania i zapisu
(co najmniej tysiące razy), szybki
odczyt.

Pamięci Flash zastępują twarde

dyski  −  patrz  fotografia  6,  poka−
zująca  stały  dysk  o pojemności
1GB. Dysk o znacznej pojemności
niemający ruchomych części, pra−
cujący bez szumu, oferujący szyb−
ki dostęp do danych, mający małe
wymiary i masę jest niewątpliwie
atrakcyjny  do  wielu  zastosowań.
Niestety,  koszt  w przeliczeniu  na
jednostkę  pamięci  jest  dużo  wy−
ższy niż w dyskach twardych.

Pamięć FLASH pełni rolę pa−

mięci programu w mniejszych mi−
kroprocesorach. Wspomniane pro−
cesory zawierają też pamięć EE−
PROM oraz RAM. Fotografia 7
pokazuje trzy takie mikrokontrole−
ry z rodziny AVR firmy ATMEL.

Coraz popularniejsze karty SD

(Secure  Digital)  oraz  konkuren−
cyjne Memory Stick to nic  inne−
go,  jak  pamięć  FLASH  w specy−

ficznej obudowie − patrz fotografia 8. Wyko−
rzystywane są powszechnie w cyfrowych
aparatach fotograficznych i kamerach.

Karty

pa−

mięci  do  gier
k o m p u t e r o −
wych  Nintendo
N64  (fotogra−
fia  9),  PlaySta−
tion  czy  Dre−
amcast  firmy
Sega  to  także

To warto wiedzieć

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Listopad 2002

pamięci  FLASH.  Takie  nośniki  jak  Com−
pactFlash  (CF),  MultiMediaCard  (MMC),
SmartMedia  (SM),  PCMCIA memory  cards
(Type  I and  Type  II)  też  zawierają  pamięć
FLASH,  a nie  pamięć  magnetyczną  −  patrz
fotografie 10, 11.

Nonvolatile RAM

Pamięci FLASH mają liczne zalety, niemniej
mała szybkość kasowania i zapisu, rzędu mi−
lisekund,  jest  barierą,  uniemożliwiającą  wy−
korzystanie  ich  w szeregu  aplikacji.  Wszę−
dzie  tam,  gdzie  potrzebna  jest  pamięć  nieu−
lotna o dużej szybkości, trzeba szukać innych
rozwiązań.  Od  dawna  znane  są  proste  roz−
wiązania

nieulotnych

pamięci

RAM

(NVRAM  lub  NOVRAM  −  nonvolatile
RAM)  polegające  na  zamknięciu  w jednej
obudowie  pamięci  RAM  w wersji  CMOS
i baterii litowej. Wewnętrzna (niewymienna)
bateria  zapewnia  podtrzymanie  zawartości
nawet przez 10 lat.

Innym znanym rozwiązaniem jest połącze−

nie  pamięci  SRAM  i EEPROM.  Każda  ko−
mórka pamięci RAM ma pomocniczą komór−
kę EEPROM. W razie zaniku zasilania zawar−
tość  pamięci  RAM  zostaje  skopiowana  do
EEPROM w ciągu 10ms. Po powrocie zasila−
nia, zawartość jest z powrotem kopiowana do
RAM−u.  Wadą  rozwiązania  jest  skompliko−
wana budowa i konieczność dodania w syste−

mie obwodów odpowiednio wcześniej wy−
krywających wyłączenie zasilania. Zaletą jest
duża szybkość pracy pamięci SRAM i nieo−
graniczona trwałość tej pamięci.

Trwają próby zbudowania prostszych pa−

mięci będących połączeniem SRAM i EE−
PROM, ale nie jest to wiodący kierunek ze
względu na niezbędny stopień skomplikowa−
nia komórki.

FRAM

Interesującym rozwiązaniem szybkiej pamię−
ci nieulotnej jest pamięć FRAM opracowana
w firmie Ramtron w latach 1984−1992. W ro−
ku  1993  pojawiła  się  pamięć  FRAM  o po−
jemności 4Kb. Ramtron wszedł w strategicz−
ne alianse lub udzielił licencji takim firmom
jak  np.  Rohm,  Fujitsu,  Toshiba,  Samsung,
Texas Instruments, Hitachi czy Infineon. Od
ponad roku dostępna jest pamięć FM24C256
o pojemności 64kB, która jest zamiennikiem
standardowej pamięci EEPROM 24C64. Na−
pięcie zasilania wynosi 3V, czas zapisu/kaso−
wania jest prawie 300 razy krótszy niż w pa−
mięci  EEPROM,  liczba  cykli  zapisu  −  nieo−
graniczona  (EEPROM  −  1  milion  cykli).
Trwałość zapisu wynosi co najmniej 10 lat.

Od roku Fujitsu oferuje specjalizowane

mikroprocesory jednoukładowe przeznaczo−
ne do wielofunkcyjnych kart chipowych, za−
wierające pamięć FRAM (32−bitowa jednost−
ka centralna, 64kB pamięci FRAM) − patrz
fotografia 12.

Generalnie pamięć FRAM ma szybkość

zapisu  tysiące  razy  większą  niż  EEPROM
i FLASH  (70ns  zapis  i odczyt)  i znacznie
mniejszy pobór prądu podczas pracy (nawet
500−krotnie),  a trwałość  jest  nieporównanie
większa (co najmniej 100000 razy większa).
Predestynuje  to  ją  do  pracy  w nośnikach,
gdzie  wymagana  jest  nie  tylko  duża  szyb−
kość, ale też niezawodność i bezpieczeństwo
danych.

Pamięć FRAM jest pamięcią ferroelek−

tryczną. Powszechnie znane i wykorzystywa−
ne są materiały ferromagnetyczne. Można po−
wiedzieć, że materiały ferromagnetyczne po−
trafią  zapamiętać  jedną  z dwóch  polaryzacji
pola magnetycznego. Wynika to z charaktery−
styki magnesowania, która ma kształt pętli jak
przypomina  to  rysunek  10.  W materiałach
ferromagnetycznych  następuje  niejako  zapa−
miętanie kierunku pola magnetycznego dzię−
ki  pętli  histerezy  magnetycznej.  Omawiana

pamięć  FRAM  nie
wykorzystuje  ma−
teriałów  ferroma−
gnetycznych,  tylko
ferroelektryczne.
Są  to  mało  popu−
larne

materiały,

które mogą zapa−
miętać

kierunek

pola elektrycznego.
Dzięki pętli histerezy „elektrycznej”, poddane
działaniu pola elektrycznego zapamiętują je−
go biegunowość, czyli polaryzację. Charak−
terystyka też wygląda tak, jak na rysunku 10.

W zwykłych dielektrykach poddanych

działaniu pola elektrycznego, nośniki ładun−
ku ulegają przemieszczeniu po wpływem po−
la, ale po jego zaniku wracają do neutralnego
stanu spoczynkowego. W materiałach ferroe−
lektrycznych  działanie  pola  elektrycznego
o odpowiedniej biegunowości trwale zmienia
polaryzację cząstek krystalicznego materiału
czynnego.  W pamięciach  FRAM  wykorzy−
stuje  się  materiał  ferroelektryczny  zwany
PZT będący związkiem ołowiu, cyrkonu i ty−
tanu  −  Pb(ZrTi)O

. Zewnętrzne pole elek−

tryczne powoduje przeskakiwanie central−
nych atomów (cyrkonu/tytanu) między dwo−
ma stabilnymi położeniami. Ilustruje to rysu−
nek 11. Taki materiał ferroelektryczny zacho−
wuje się jak kondensator trwale ładowany na
przemian napięciem o przeciwnej polaryzacji.

Komórka  pamięci  FRAM  zawiera  taki  kon−
densator  pamiętający  i tranzystor  MOSFET,
analogicznie,  jak  wcześniej  omówiona  pa−
mięć  DRAM.  Odpowiednio  ukształtowane
linie  adresowe  pozwalają  zmieniać  stan
„kondensatora pamiętającego”. Ponieważ ta−
ka konstrukcja nie wymaga odświeżania za−
wartości,  zużycie  energii,  zarówno  podczas
pracy, jak w spoczynku, jest znikome. Choć
pamięci  FRAM  mają  liczne  zalety  i są  do−
stępne  od  lat,  na  razie  nie  zdobyły  wielkiej
popularności,  gównie  ze  względu  na  cenę
i ograniczoną  pojemność.  Poważnym  rywa−
lem dla pamięci FRAM mogą się okazać pa−
mięci MRAM, które obecnie wychodzą z eta−
pu prób i pomału wchodzą na rynek.

MRAM

Pamięć MRAM łączy w sobie bardzo ważne
zalety trzech rodzajów pamięci: szybkość po−
równywalną ze SRAM, gęstość upakowania
porównywalną z DRAM i trwałość zapisu pa−
mięci EPROM. Taka pamięć MRAM mogła−
by zastąpić w komputerach nie tylko pamięć

To warto wiedzieć

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Listopad 2002

Rys. 10

Rys. 11

RAM, ale i twardy dysk! Według oczekiwań
twórców pamięć MRAM mogłaby być tańsza
od dzisiejszych twardych dysków. I takie są
oczekiwania  zarówno  twórców,  jak  i przy−
szłych  odbiorców.  Rewolucyjne  pamięci
MRAM, o ile tylko ich cena okaże się przy−
stępna,  mogłyby  szybko  i skutecznie  wy−
przeć z rynku wszystkie inne pamięci, w tym
SRAM, DRAM i FLASH. Podstawową wadą
pamięci MRAM jest... ich brak na rynku. Fo−
tografia  tytułowa i fotografia  13  pokazują
struktury  pamięci  MRAM  opracowane
w IBM.

Podstawowa komórka MRAM nie zawie−

ra kondensatorów i tranzystorów. Sercem jest
tu ultraminiaturowe magnetyczne złącze tu−
nelowe (MJT − Magnetic Tunnel Junction).
Dwie warstwy ferromagnetyczne, np. kobal−
tu, są przedzielone warstewką dobrego izola−
tora, np. Al

.Warstwy ferromagnetyka (ko−

baltu) można niezależnie magnesować w jed−
nym  z dwóch  kierunków.  Warstewka  izola−
cyjna ma znikomą grubość rzędu 1nm, czyli
grubość  kilku  atomów.  Pomimo  obecności
cienkiej warstwy izolatora, przez takie złącze
może  płynąć  prąd  związany  z omówionym
wcześniej zjawiskiem tunelowania. Prąd pły−
nący przez złącze świadczy o rezystancji ta−
kiego  złącza  tunelowego  −  wykorzystywane
jest to do odczytu. A rezystancja złącza zale−
ży  od  wzajemnej  orientacji  magnetycznej
(kierunków namagnesowania) dwóch warstw
magnetycznych; orientacja zgodna − mała re−
zystancja; przeciwna − duża rezystancja. Na−
magnesowanie  jednej  z warstw  złącza  jest
stałe  dzięki  dodatkowym  zabiegom.  Nama−
gnesowanie  drugiej  można  zmieniać  za  po−
mocą  pola  magnetycznego,  wytwarzanego
przez  prąd,  płynący  przez  sąsiadującą  linię
zapisu.  W ten  sposób  krótki  impuls  prądu
płynącego „obok” zmienia stan komórki pa−
mięci,  a o  stanie  o zawartości)  komórki
świadczy jej rezystancja. Budowę i działanie
pamięci MRAM ilustruje rysunek 13.

Idea leżąca u pod−
staw

pamięci

MRAM jest prosta
i znana od lat. Po−
czątki

pamięci

MRAM  sięgają  ro−
ku  1984,  kiedy  to
w firmie  IBM  za−
częto  nad  nimi  pra−
ce.  IBM  jest  posia−
daczem kluczowych
patentów.  Niedaw−
no  IBM  i Infineon
zdecydowały

się

wspólnie  pracować
nadtymi  pamięcia−
mi.  Zainteresowani
nimi  są  też  Hewlett
Packard  i Honey−
well.  Znaczne  osią−
gnięcia  ma  też  Mo−

torola, która w czerwcu 2002 przedstawiła
swój prototyp pamięci MRAM o pojemności

1Mbit  i czasie  dostępu  50ns.  Motorola,
podobnie  jak  IBM/Infineon,  przewiduje
wprowadzanie  pamięci  MRAM  na  masowy
rynek w roku 2004.

Jeśli pamięci MRAM mają odegrać

spodziewaną  rolę,  muszą  być  dopracowane
do ostatniego szczegółu, a przede wszystkim
muszą  być  bardzo  tanie.  Pomimo  wielu  lat
badań i przeznaczenia na nie blisko 5 miliar−
dów dolarów, pamięci MRAM nie są jeszcze
gotowe  do  masowego  upowszechnienia.
Wprawdzie  pierwszy  laboratoryjny  model
ujrzał  światło  dzienne  w roku  1998,  jednak
droga do masowej produkcji jest nadal odle−
gła. Właściwości złącza bardzo silnie zależą
od jednorodności i równości warstwy izola−
cyjnej. Wszystkie komórki muszą mieć jed−
nakowe  właściwości.  Dużym  wyzwaniem
jest  też  odmienna  technologia  produkcji
i konieczność  stosowania  rzadkich,  ko−
sztownych  materiałów.  Niemniej  dokonany
postęp  jest  ogromny.  Udało  się  zmniejszyć
rezystancję złącza 10 milionów razy. Udało
się opanować problem zależności rezystancji
złącza od grubości warstwy izolatora. Czasy
zapisu  i odczytu  są  rzędu  10ns,  czyli  kilka
razy  lepiej,  niż  w pamięciach  DRAM.  Wo−
bec  tak  fantastycznych  perspektyw,  inten−
sywne  prace  badawcze  trwają  i pojawienie
się  pamięci  MRAM  na  rynku  spodziewane
jest w roku 2004.

Inne rozwiązania i kierunki

Rozwój w dziedzinie pamięci idzie w różnych
kierunkach. Ulepszane są popularne dziś pa−
mięci, zwłaszcza RAM i FLASH. Spotyka się

doniesienia  o wyko−
rzystaniu innych mate−
riałów  półprzewodni−
kowych,  na  przykład
węglika krzemu (SiC),
który  zapewnia  w su−
mie  jeszcze  lepsze  pa−
rametry niż krzem.

Komórki typowych

pamięci DRAM, EE−
PROM

FLASH

w rzeczywistości  są
elementami  analogo−
wymi.  Pamięci  EE−
PROM  (FLASH)  są
zresztą  wykorzystywa−
ne  w urządzeniach  do
analogowej  rejestracji
głosu,  na  przykład
w układach  rodziny
ISD  (Winbond).  Sto−
pień  naładowania  kon−
densatora  pamiętające−
go może odzwierciedlać
więcej  stanów,  niż  dwa
(0, 1). Jeśliby układy za−
pisu  i odczytu  rozróż−
niały cztery stany, ozna−
czałoby  to  podwojenie

To warto wiedzieć

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Listopad 2002

Rys. 12

czzy

ytt

piis

Rys. 13

realnej pojemności pamięci. I takie opraco−
wania istnieją. Przy rozróżnianiu 8 pozio−
mów, pojemność wzrosłaby 4−krotnie.

Proponuje się też zupełnie nowe rozwiąza−

nia. Na przykład istnieją laboratoryjne proto−
typy stałych pamięci optycznych. Firma Intel
prowadzi badania między innymi nad pamię−
ciami polimerowymi oraz pamięciami OUM.

Pamięć polimerowa nie zawiera tranzy−

storów. Jest to matryca zbudowana z polime−
rowych  łańcuchów  obdarzonych  stałym  ła−
dunkiem, umieszczona między rzędami pozio−
mych i pionowych linii. Podanie napięcia mię−
dzy jedną linię pionową i jedną poziomą adre−
suje jedną komórkę i pozwala zmienić polary−
zację zawartego w niej ładunku. Analogiczne
zmierzenie biegunowości napięcia między ty−
mi dwoma liniami to odczyt zawartości tej ko−
mórki.  Pamięci  polimerowe  są  stosunkowo
powolne, jednak ich zaletą jest niski koszt pro−
dukcji i możliwość zbudowania pamięci wie−
lowarstwowej  o wielkiej  pojemności.  Po  do−
pracowaniu technologii może to być dobry, bo
tani kandydat do stosowania w sprzęcie elek−
tronicznym powszechnego użytku.

Pamięci OUM (Ovonic Unified Memory)

mają wiele wspólnego z popularnymi dyskami
CD  i DVD.  W dyskach  optycznych  promień
lasera silnie nagrzewa specjalnie dobrany ma−
teriał (stop) i zmienia jego właściwości optycz−
ne powodując zapis informacji. Kontrolowane
w czasie  podgrzanie  tego  samego  fragmentu
do  nieco  niższej  temperatury  przywraca  pier−
wotną strukturę i powoduje skasowanie zapisu.

W stałych pamięciach OUM wykorzysty−

wane są podobne materiały (stopy). Podobnie,

jak w innych pamięciach stałych, cząstki ma−
teriału  czynnego  umieszczone  są  w węzłach
siatki. Różnica w działaniu polega na tym, że
materiał jest podgrzewany nie światłem lasera,
tylko  płynącym  przezeń  prądem.  Także  i tu
temperatura  i czas  podgrzewania  powodują
zmiany struktury materiału między krystalicz−
ną  a amorficzną.  Zamiast  jednak  mierzyć
zmianę  właściwości  optycznych,  w pamię−
ciach OUM mierzy się zmiany rezystancji ma−
teriału, która jest różna w stanie krystalicznym
i amorficznym. Prace nad opanowaniem tech−
nologii masowej produkcji są zaawansowane.
Zaprezentowano  nawet  4−magabitowy  proto−
typ  i może  się  okazać,  że  pamięć  OUM  jest
dobrym konkurentem dla MRAM.

Firma Axon zaproponowała jeszcze inne

obiecujące  rozwiązanie,  nazwane  PMCm
(Programmable  Metallisation  Cell  memo−
ry).  Wykorzystuje  ono  trwałe  zmiany  rezy−
stancji substancji na drodze elektrochemicznej.
Podstawą jest wykorzystanie elektrolitu zawie−
rającego jony srebra. Jony srebra mogą poru−
szać się bardzo szybko na krótkich dystansach
pod  wpływem  pola  elektrycznego.  Elektrolit
wraz  z dwoma  elektrodami  tworzy  komórkę
pamięci.  W stanie  spoczynkowym  komórka
ma wysoką rezystancję. Podanie niewielkiego
napięcia  między  elektrody  (0,2V...0,25V)  po−
woduje szybkie zredukowanie jonów srebra do
srebra  i utworzenie  stabilnych  połączeń  elek−
trycznych między elektrodami − rezystancja ra−
dykalnie  maleje.  Po  podaniu  napięcia  o prze−
ciwnej biegunowości komórka wraca do stanu
wysokiej  rezystancji.  Prawidłowo  dokonany
zapis utrzyma się przez wiele miesięcy. Odczyt

polega na podaniu bardzo krótkiego impulsu,
który sprawdza, czy komórka reprezentuje
przerwę (pojemność), czy niską rezystancję.

Czas dostępu jest na razie na poziomie

10ns, ale czas ten będzie krótszy w bardziej
zminiaturyzowanych  wersjach.  Możliwości
miniaturyzacji  są  bardzo  dobre,  osiągnięcie
rozmiarów  rzędu  10nm  dałoby  możliwość
magazynowania nieprawdopodobnie wielkich
ilości informacji. Dodatkową zaletą jest praca
przy bardzo małych napięciach zasilania. Ma−
łe napięcie (200mV) i mały prąd (10

A) ozna−

czają też zadziwiająco mały wydatek energii
na  przełączenie  czy  odczytanie  komórki.  To
też  sprzyja  dalszej  miniaturyzacji.  Pojawie−
nie  się  pierwszych  komercyjnych  pamięci
PMCm spodziewane jest około roku 2004.

Podsumowanie

Rozwój  w dziedzinie  pamięci  jest  szybki,
niemniej  na  razie  podąża  utartymi  drogami,
a kierunki wytyczone zostały na początku lat
70. ubiegłego wieku. Ze względu na rosnące
potrzeby,  należy  się  spodziewać,  że  współ−
czesne różnorodne rodzaje pamięci mogą zo−
stać  zastąpione  nowymi,  zupełnie  innymi
rozwiązaniami. Bardzo poważnym kandyda−
tem  na  przyszłego  zwycięzcę  jest  MRAM,
ale różnorodność potrzeb może zaowocować
współistnieniem kilku rodzajów pamięci. Ze
względu na duży udział pamięci w rynku na−
leży się spodziewać, że przyszłość przyniesie
interesujące  i najprawdopodobniej  zaskaku−
jące rozwiązania.

Zbigniew Orłowski

To warto wiedzieć

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Listopad 2002

Komputerowe humory

Komputer − Narzędzie tortur.
Hardware − Techniczne określenie dla każdego elementu spokrewnionego z kompute−
rem, który można rzucić o ścianę i/lub kopnąć.
Software − Dane (zwykle bezużyteczne) zapisane w pamięci komputera w celu wypro−
wadzania użytkownika z równowagi komunikatami o błędach.
Pamięć − Najbardziej różnorodny i najmniej pojemny z komputerowych komponentów.
Użytkownicy − Profesjonalne określenie ludzi, którzy ciągle gapią się w monitor. Użyt−
kownicy są podzieleni na cztery podstawowe grupy: początkujący, średnio zaawanso−
wani, zaawansowani i eksperci.
Użytkownicy początkujący − Ludzie obawiający się, że naciśnięcie klawisza może ze−
psuć ich komputer.
Użytkownicy średnio zaawansowani − Ludzie niewiedzący jak naprawić komputer po
naciśnięciu klawisza, który go zepsuł.
Użytkownicy zaawansowani − Ludzie, którzy wiedzą jak naprawić swój komputer, jed−
nak nie wiedzą, że inni mogą się do niego włamać.
Eksperci − Użytkownicy, którzy włamują się do komputerów innych.

− Co jest najszybsze w twoim komputerze?
− W moim? Wiatraczek.

Sprzedawca zachwala klientowi najnowszy model komputera:
− Szanowny Panie, ten komputer wykona za pana połowę pracy.

− Hm... w takim razie muszę kupić dwa.
Jaką modlitwę odmawia głęboko wierzący użytkownik komputera?
W imię Ojca i Syna, i Ducha Świętego....."Enter".

Jakie opakowania są najdroższe?
Pudełka do gier. Na giełdzie gra bez pudełka kosztuje 25 zł, a w sklepie razem z pudeł−
kiem 150 zł.

− Co robi informatyk zanim wysiądzie z samochodu?
− Zamyka wszystkie okna.

Samochodem jedzie chemik, mechanik samochodowy i informatyk. Nagle samochód
staje bez powodu w szczerym polu. Każdy z pasażerów próbuje na swój sposób wyja−
śnić przyczynę awarii...
Chemik: To zapewne problem mieszanki paliwowej.
Mechanik samochodowy: To z pewnością problem silnika.
Informatyk: Panowie, a może po prostu wyjdziemy z samochodu, zamkniemy wszystko
i za chwilę spróbujemy uruchomić ponownie?

Kolega zwraca się z prośbą do informatyka:

− Pożycz mi 1000 zł.
− Dobra, niech będzie okrągłe 1024.

Document Outline