LT*
i
L�
�^
iędzynarodowy magazyn elektroników hobbistów i profesjonalistów
1/99
styczeń � 6 zł 80 gr
GENERATOR EFEKTU
NAGRYWARK& UKŁADÓW- SERII J
;ŻUJNKIEM OPTYCZNYM
.ITACZ mim35IWXUzL}KL+QEN\ TOP-SWITCH
___ TT
'NY^STABILIIATOR WARSZTATOWY
PROGRAMY: ATMEL-CUPL DLA WINI
NA
DLA PR0CE
Totaily Logi cal
Indsks 357t77 * ISSN 123D-3SEt
9 771427 040993 01>
-.finąny 4.5DM
SPRZĘT
rtabl
oni
- obudowa przenośnego komputera o dużych możliwościach rozbudowy
Dzięki bogatej ofercie kart
zwiększających możliwości
komputera, można go zmienić
praktycznie w dowolny przyrząd
pomiarowy. Oscyloskop, analizator
stanów logicznych, generator
funkcyjny - to tylko przykładowe
zastosowania komputera w
laboratorium elektronicznym.
Korzystanie
z takiego sprzętu poza laboratorium truthip sobie wyobrazić, przede wsz\$tkim z powodu jego gab
Opisywany komputer to umożliwia. Jest to połączenie idei komputera przenośnego z atutami komputera stacjonarnego. Zwarta budowa i mała masa umożliwiają przenoszenie komputera, natomiast zastosowanie płyty głównej standardu AT umożliwia jego konfigurację zgodnie z potrzebami i możliwościami finansowymi użytkownika. Ponadto komputer można rozbudować wykorzystując miejsce w obudowie na 5 kart pełnej długości i 1 kartę krótką. Gniazda kart rozszerzających są osłonięte przykrywką, aby nie uległy uszkodzeniu podczas transportu. W obudowie wygospodarowano miejsce na dwa napędy 3,5" (np. dysk twardy i stacja dyskietek] i jeden napęd 5,25" (np. CD-ROM, DVD]. Komputer jest wyposażony w klawiaturę małego formatu. Klawiatura służy również do osłonięcia ekranu LCD podczas transportu. Ekran zastosowany w Portable PCIII, to dobrej jakości kolorowy wyświetlacz LCD (z aktywną matrycą] o przekątnej 13,3" i rozdzielczości 10 24x768. Obudowa jest wykonana z tworzywa sztucznego o dużej odporności mechanicznej.
Testowany przez nas komputer był wyposażony w płytę główną ASUS TX97 z procesorem Intel Pentium MMX o częstotliwości taktowania 233 MHz. Na płycie zainstalowano 512 kB pamięci cache drugiego poziomu i 64 MB pamięci RAM. Z tyłu obudowy znajduje się włącznik zasilania i gniazdo do dołączenia kabla zasilającego, natomiast z boku przycisk umieszczono RESET i pokrętło regulacji jaskrawości ekranu LCD. Ze
względu na zastosowane standardowe podzespoły, parametry komputera nie różniły się od parametrów komputerów spotykanych na rynku.
Podstawową zaletą komputera jest jego przenośność przy zachowanej możliwości rozbudowy standardowymi kartami. Należy jednak zwrocie uwagę, że zasilanie komputera jest możliwe tylko napięciem sieci -producent nie przewidział pracy z zasilaniem bateryjnym. Jest to poważne ograniczenie możliwości wykorzystania komputera w terenie.
Do Portable PCIII jest dołączana 12-stronicowa, bogato ilustrowana zdjęciami instrukcja. Są tam zawarte niezbędne informacje na temat instalacji płyty głównej i kart rozszerzeń. Jest dostępna w języku angielskim, ale wziąwszy pod uwagę dużą liczbę fotografii, nie powinno być kłopotów przy korzystaniu z niej. W zestawie jest również dyskietka zawierająca oprogramowanie i sterowniki do monitora LCD. Do zestawu testowanego w redakcji dołączone było również oprogramowanie z driverami dla zastosowanej płyty głównej. Paweł Zbysiński
Komputer w obudowie Portable PCIII udostępniła redakcji firma Elmark z Warszawy.
Staidardowe wyposażę ile obidowy Portable PCIM
y kabel zasilający,
y kabel do dołączania stacji dyskietek,
y kabel do dołączania dysku twardego,
y ramka do mocowania 2 napędów 3,5"
5,25",
y klawiatura,
y kolorowy ekran LCD, 13,3", 1024x768
1 napędu
37
PROJEKTY
Sterownik świetlówek małej mocy
kit AVT-803
Przedstawiamy kolejny
projekt z trudnej dziedziny
elektroniki - wysokoprądowej
i wysokonapięciowej techniki
impulsowej. Jak jednak
dowodzi autor projektu,
"impulsy" można szybko
oswoić, dzięki czemu
urządzenia dotychczas trudne
do wykonania dla
elektroników, stały się łatwe
w montażu i przewyższają
parametrami swoje
elektrom ech an iczn e
pierwowzory.
Współcześnie produkowane sterowniki świetlówek są układami o dużym stopniu komplikacji. Oprócz realizacji niezbędnych dla prawidłowej pracy lampy trzech faz: podgrzewania elektrod, zapłonu i normalnej pracy, często oferują one rozbudowane układy zabezpieczeń (zwarcia wewnątrz lampy, brak lampy itp.), układy regulacji jasności, stabilizacji jasności świecenia w funkcji napięcia zasilania, aż po korektor współczynnika mocy.
Nie zawsze maksymalne rozbudowanie układu jest uzasadnione ekonomiczne, szczególnie wtedy, gdy nie towarzyszy mu wymierny zysk w postaci np. wydłużonego czasu eksploatacji lampy.
Prezentowany w artykule sterownik ma prostą konstrukcję, zapewniającą jego wysokie walory użytkowe i jest łatwy w realizacji. Przeznaczony jest do sterowania świetlówkami małej mocy i radykalnie rozwiązuje problem strat mocy występujący w rozwiązaniach klasycznych.
Cóż z tego, że do oświetlenia np. akwarium użyliśmy świetlówki o mocy tylko 8W, skoro z uwagi na dużą wartość indukcyjności statecznika wytraca się w nim kolejne 5W? W niniejszym układzie straty mocy zostały ograniczone do wartości nie przekraczającej 2W, tak że dla elementów mocy nie są potrzebne radiatory!
Obwody wejściowe
Schemat elektryczny urządzenia przedstawiono na rys. 1. W obwodzie wejściowym zastosowany został prosty filtr przeciwzakłóceniowy z dławikami Dłl i Dł2 oraz kondensatorami Cl i C2. Rezystor Rl pełni rolę ogranicznika impulsu prądowego w momencie włączenia układu do sieci oraz bezpiecznika. Po wyprostowaniu w mostku Ml napięcie sieci jest filtrowane za pomocą kondensatora C3. Z uwagi na duże rozmiary tego elementu zastosowano kondensator o najmniejszej możliwej pojemności - jedynie IOjiF.
Czasem wartość ta okazuje się zbyt mała, co objawia się płynącym wzdłuż lampy zafalowaniom świecenia (interferencja tętnień sieci z częstotliwością falownika).
Sterownik falownika
Wyprostowane i odfiltrowane napięcie trzeba "pofalować", czyli zamienić na szybkozmienne napięcie o kształcie prostokątnym i amplitudzie równej napięciu na C3. Zadanie to spełnia kontroler Ul wraz z kluczami MOS. Jako Ul pracuje specjalizowany sterownik-falownik L6 965 firmy STMicroelec tronie s.
Jest to układ scalony wykonany w mieszanej technologii BCD, pozwalającej łączyć na jednej strukturze układy bipolarne ana-
Elektronika Praktyczna 4/99
49
Sterownik świetlówek malej mocy
Rys. 1. Schemat elektryczny urządzenia.
logowe z cyfrowymi a nawet mikroprocesorowymi. Jego schemat blokowy przedstawiamy na rys. 2.
Wyprowadzenia RF i CF to wejścia do podłączenia elementów określających częstotliwość pracy układu. Układ oscylatora zawarty w układzie powstał na bazie popularnego timera 555 - na schemacie blokowym widoczne są charakterystyczne trzy rezystory i dwa komparatory. Z jego wyjścia prostokątny sygnał o wypełnieniu 50% jest podawany do układu realizującego tzw. czas martwy. Wymusza on mikrosekundowy odstęp czasu pomiędzy zakończeniem przewodzenia jednego tranzystora kluczującego, a włączeniem drugiego.
Ponieważ przejście tranzystora kluczującego ze stanu głębokiego nasycenia do zatkania nie następuje natychmiast, przy braku wspomnianego opóźnienia występowałyby sytuacje, gdy oba tranzystory byłyby w stanie przewodzenia. Prąd, który w takim momencie płynąłby przez te elementy nie byłby niczym ograniczony, a co to oznacza dla tranzystorów, łatwo można się domyślić.
Odpowiednio przygotowane sygnały są kierowane następnie do driverów kluczy. Jedną z unikalnych cech układu L6965 jest obwód przesuwania poziomu napięcia, pozwalający w układzie półmostkowym sterować "górnym" kluczem bez pośrednictwa transformatora separującego! Zauważmy, że napięcie sterujące górny FET zmienia się w jednym takcie,
od zera do około 12V, natomiast w drugim przekracza napięcie zasilania sterownika. W pierwszej chwili może się to wydawać dziwne, jednak aby przekonać się, że tak musi być, wystarczy rozpatrzyć sytuację, gdy dolny FET jest zatkany, a górny przewodzi -napięcie na jego źródle jest wówczas bliskie napięciu zasilania, a więc napięcie bramki musi być wyższe od zasilania układu o kilkanaście woltów.
Zasilanie kontrolera i sterownika
Skoro driver górnego FET-a wymaga zasilania wyższego niż cały sterownik, to musi istnieć układ to realizujący. Zasilanie układu L6965 można podzielić na dwie części. Pierwsza, klasyczna, zasila wewnętrzne obwody układu scalonego i driver dolnego FET-a. W chwili włączenia układu do sieci poprzez rezystor R2 ładuje się kondensator C4. Gdy napięcie na nim wzrośnie do około 12V, wbudowany w Ul obwód kontroli napięcia zasilania uruchamia oscylator i odbloko-wuje klucze - całość startuje. Ważną cechą wyróżniającą układ produkowany przez STM jest niski prąd startowy - tylko 150|iA, co ogranicza istotnie straty mocy na rezystorze R2. Podczas startu Ul czerpie energię z kondensatora C4. Nie ma jej wiele i starcza ona dosłownie na kilka przełączeń kluczy. Dlatego podczas normalnej pracy C4 musi być doła-dowywany.
Układ doładowywania składa się z dwójnika C5, R6 dołączonego do wyjścia układu falownika (wyprowadzenie 6 Ul). Ponieważ na końcówce tej występuje fala prostokątna o amplitudzie około 300V, to łatwo, dobierając wartość pojemności C5, można zapewnić przepływ prądu o wartości około 6mA, koniecznej do zasilania układu podczas pracy. Dioda Ze-nera DZl ogranicza maksymalne napięcie zasilające Ul do wartości 18V.
Zasilanie drivera górnego tranzystora kluczującego realizuje kondensator C9 i wbudowany w strukturę przełącznik na tranzystorze FET. W uproszczeniu działanie układu polega na ładowaniu kondensatora C9 do napięcia panującego na wyprowadzeniu 1 (około 15V) gdy przewodzi T2. Później, po zatkaniu T2 i przewodzeniu Tl, napięcie na końcówce 8 przekracza o wspomniane 15V napięcie zasilania układu.
Klucze
Jako tranzystory kluczujące zostały zastosowane popularne N-kanałowe MOSFET-y z izolowaną obudową. Duża wydajność prądowa sterownika i niewielka moc układu pozwalają na zastosowanie innych, podobnych tranzystorów o napięciu Uds>450V i Id>2A.
Układ podgrzewania elektrod
Za każdym razem po włączeniu układu do sieci konieczne jest wstępne podgrzanie elektrod
50
Elektronika Praktyczna 4/99
Sterownik świetlówek malej mocy
CV9
OHI
"-------*OLJ3W
Rys. 2. Schemat blokowy układu L6965.
świetlówki. W przeważającej części przypadków do realizacji tej funkcji używa się termistora PTC dołączonego równolegle do kondensatora zapłonowego Cli. Mała rezystancja termistora w stanie zimnym silnie tłumi obwód rezonansowy DL3, Cli, ograniczając napięcie na lampie do kilkunastu woltów i zapewniając w ten sposób przepływ sporego prądu podgrzewającego żarniki. W miarę nagrzewania się PTC rośnie dobroć układu rezonansowego, a zatem rośnie napięcie przyłożone do świetlówki, aż nastąpi zapłon.
Rozwiązanie takie ma szereg zalet, które trudno zapewnić w inny sposób bez istotnej komplikacji układu. Przede wszystkim termis-tor skutecznie tłumi stany nieustalone, jakie pojawiają się podczas startu układu - przypadkowe skoki napięcia źle wpływają na trwałość lampy. Drugą zaletą jest to, że zapłon lampy następuje przy najmniejszym możliwym napięciu (trwałość lampy!) - dzięki PTC narasta ono powoli, bez przepięć i gwałtownych skoków. Kolejną zaletą, szczególnie istotną przy produkcji masowej, jest niska cena tego elementu - przy zamówieniach hurtowych kosztuje on kilkanaście centów - i dalsze oszczędności związane z wielkoś-
cią płytki drukowanej itp. Wadą układu podgrzewania elektrod z zastosowanym termistorem są większe straty mocy - element ten się przecież nagrzewa.
Opisywany układ wyposażono więc w kombinowany układ grzania żarnika. Po włączeniu układu do sieci kondensator C6 nie jest naładowany i tranzystor T4 zatkany. Kondensatory obwodu oscyla-tora C7 i C8 są zatem połączone szeregowo i układ pracuje z częstotliwością wyższą (60kHz) od nominalnej (48kHz). Przy częstotliwości 60kHz (patrz wykres na rys. 3) obwód rezonansowy DL3, Cli jest już na tyle odstrojony od rezonansu, że napięcie na kondensatorze Cli jest małe i nie wystarcza do zapłonu świetlówki. Przez elektrody świetlówki płynie prąd, co realizuje fazę grzania żarników. Wartość tego prądu zależy od częstotliwości, im jest ona większa, tym wypadkowa impe-dancja obwodu Dł3, Cli wraz z rezystancją żarników jest większa i prąd grzania mniejszy. Zbyt bliskie "umiejscowienie częstotliwości grzania" w stosunku do nominalnej częstotliwości pracy, tak aby prąd grzania był możliwie duży się nie udaje - napięcie na Cli jest wtedy już na tyle duże, że wystarcza do zaświecenia lam-
py na tzw. "zimno", czyli bez podgrzewania elektrod.
Nie wolno dopuszczać do sytuacji, kiedy świetlówka zapala się natychmiast po włączeniu układu do sieci - jest to wyraźny sygnał, iż zapalana jest na zimno, a więc z poważnym uszczerbkiem dla jej trwałości.
Wybór częstotliwości grzania odbywa się więc w sposób kompromisowy i drogą eksperymentów. Podana wcześniej wartość 60kHz jest bezpieczna, jeśli chodzi o zapłon na zimno. Prąd grzania wynosi jednak tylko około 130mA, a więc połowę typowej wartości. Aby skompensować tę niedogodność, wydłużony został czas grzania do prawie dwóch sekund. Po jego upływie kondensator C6 naładuje się już do dostatecznie dużej wartości napięcia, by wymusić nasycenie T4. Zwarcie przez nasycony T4 kondensatora C8 powoduje zmniejszenie częstotliwości pracy układu do 48kHz i zapłon lampy.
Dysponując termistorem (zalecam tę konfigurację, gdyż w 100% pewnie steruje ona świetlówką), można pominąć układ sterowania częstotliwością lub też wyłączyć jego pracę np. zwierając C8.
Obwody zabezpieczeń
Układ sterownika świetlówki musi być odporny na przeciążenia i stany nieustalone pojawiające podczas pracy. W układach sterowania świetlówkami kompaktowymi, gdzie po uszkodzeniu się lampy całość wyrzuca się do śmieci, sterowniki świetlówek TL muszą być o wiele bardziej wytrzymałe. O ile z nową lampą nie ma problemów i zapala się łatwo, to jednak koniec końców może się zdarzyć, że:
- przepali się jedna z elektrod świetlówki;
- wypalone elektrody uniemożliwią zapłon lampy.
Możliwych stanów awaryjnych z pewnością może być więcej, jednak po głębszej analizie okazuje się, że z punktu widzenia układu elektronicznego daje się je podciągnąć pod jedną z dwóch wymienionych powyżej kategorii. Obie awarie są jednakowo groźne dla sterownika. Przerwa w obwodzie świetlówki, spowodowana chociażby włączeniem układu bez
Elektronika Praktyczna 4/99
51
Sterownik świetlówek malej mocy
lampy, powoduje pracę falownika bez obciążenia. Ponieważ klucze sterowane są falą prostokątną o współczynniku wypełnienia bliskim 50%, co jest konieczne z punktu widzenia sprawności układu, pojawiające się bez obciążenia asymetrie i opóźnienia w przełączaniu powodują przepływ niezwykle groźnego dla kluczy tzw. prądu skrośnego. Prąd ten pojawia się wtedy, gdy tranzystory mocy przewodzą jednocześnie (a nie na przemian) i jego wartość może być na tyle duża, iż klucze ulegną natychmiastowemu uszkodzeniu, nie wspominając już o ich silnym grzaniu się w tym stanie.
Drugi typ awarii to brak zapłonu lampy, spowodowany najczęściej normalnym końcem eksploatacji świetlówki. Elektrody zostają wtedy normalnie podgrzane, później zaś układ pozostaje trwale w stanie bliskim rezonansowi w obwodzie DL3, Cli. Dobroć tak odstrojonego dwójnika jest rzędu 3..4,z ale i to oznacza, że klucze będą pracować z prądem właśnie tyle razy przewyższającym wartość nominalną.
Do detekcji prądu skrośnego służy umieszczony w obwodzie źródła tranzystora T2 rezystor R18. Gdy przepływający przez niego prąd przekroczy w impulsie 1,5A (tak duża wartość nie pojawia się podczas normalnej pracy), to poprzez diodę D2 kondensator C12 zostanie naładowany do napięcia wystarczającego do otwarcia tranzystora T3. Tranzystor ten zwiera trzecie wyprowadzenie Ul do masy, blokując w ten sposób pracę oscylatora i wyłączając kluczowanie tranzystorów. Ponieważ po chwili C12 rozładuje się poprzez
podgrzewanie eektrod
Tab. 1. Podstawowe parametry świetlówek i układu dławika
Świetlówka Napięcie pracy Prąd nominalny Indukcyjność dławika Częstotliwość rezonansowa zC=3,9nF Typowe podgrzewanie
TL13W 78V 0,165A 3,2mH 45kHz 0,35A/1s
TL8W 48V 0,165A 3,6mH 42,5kHz 0,35A/1s
TL4W 25V 0,165A 4mH 40kHz 0,35A/1s
4SkHz 48kHz
Rys. 3. Przebieg zmian impedancji obwodu DŁ3-C11 w funkcji częstotliwości z zaznaczeniem punktów pracy dla grzania elektrod i normalnej pracy.
rezystancje R16 i R17, układ Ul zostanie odblokowany i cały proces zacznie się powtarzać. Szybkość tego procesu można regulować dobierając wartość pojemności C12.
Zabezpieczenie w przypadku, gdy świetlówka się nie zaświeci, działa w identyczny sposób. Z uwagi jednak na inną wartość progową prądu do jego detekcji został wykorzystany rezystor R14. Automatyczne powtarzanie się procesu blokowania i odblokowy-wania oscylatora jest niewątpliwą zaletą układu, gdyż powtarza proces zapłonu, gdy brak zapłonu był przypadkowy.
Jak wykonać dławik?
Jak już wspomniano, dławik Dł3 jest jednym z najważniejszych elementów układu zapłonnika i do jego zadań należy przede wszystkim ograniczenie prądu płynącego przez lampę do wartości nominalnej. Dla konstruktora istotne jest iż w praktycznym układzie niewielki prąd płynący przez Dł3 podczas normalnej pracy, rzędu 0,16 A, ulega zwielokrotnieniu trzy- lub czterokrotnemu w chwili zapłonu. Rdzeń dławika nie może się więc nasycać przy zwielokrotnionej wartości prądu. Gdy niestety to nastąpi, indukcyjność Dł3 istotnie się zmniejszy, a prąd płynący przez elektrody zwiększy się na tyle, że ze świetlówki zrobi się jednorazowa lampa błyskowa.
Powyższy akapit napisałem celowo, aby przestrzec Czytelników przed przypadkowym eksperymentowaniem. Nietrudno się bowiem domyślić, że w miejsce proponowanego przeze mnie dławika Dł3 można użyć dowolnego innego o takiej samej indukcyjności. Z uwagi na wspomniane nasycanie prawdopodobieństwo, że będzie on pasował jest niestety niewielkie.
Do wykonania dławika można użyć rdzenia E20/6 produkcji Pol-feru lub EFD20 Philipsa. Różnice
pomiędzy nimi są niewielkie i sprowadzają się do tego, że EFD20 ma znacznie mniejsze straty mocy i może pracować przy znacznie wyższych częstotliwościach.
Nawijanie dławika jest łatwe i nie powinno przysporzyć nikomu kłopotów. Do nawinięcia potrzebny będzie drut o średnicy około 0,3mm. Drutem tym nawijamy 100 zwojów. W zależności od średnicy drutu lub wybranej kształtki, uzwojenie będzie się składało z trzech do pięciu warstw. Ponieważ w momencie zapalania świetlówki, a więc pracy dławika prawie rezonansowej, indukowane w nim napięcie może przekraczać 800V, konieczne jest staranne izolowanie poszczególnych warstw uzwojenia, tak aby uniemożliwić przebicia między nimi. Z tego też powodu korzystniejsze jest nawijanie w większej liczbie warstw. Nie wolno również nawijać drutu od jednego brzegu karkasu do drugiego - konieczne jest pozostawienie choćby minimalnego odstępu ochronnego.
Po nawinięciu uzwojenia trzeba sprawdzić indukcyjność. Skoro jest to dławik, to użyty rdzeń musi mieć szczelinę powietrzną, tak aby wypadkowa stała Al była około 300. Nieszczęśliwie jednak, dostępne w handlu rdzenie praktycznie nigdy nie mają żadnej szczeliny powietrznej. Co zatem robić?
Wyjścia są dwa: osoby uzdolnione manualnie i niezwykle cierpliwe mogą zeszlifować (np. na osełce) środkową kolumnę rdzenia (w trakcie szlifowania co pewien czas trzeba montować rdzeń i kontrolować indukcyjność), natomiast pozostałe osoby (ale za to w znakomitej większości) szczelinę wykonają na kolumnach bocznych, przekładając je izolacją o grubości około 0,lmm. Takie obejście problemu możliwe jest przy niewielkich mocach przenoszonych przez element - w naszym przypadku na
52
Elektronika Praktyczna 4/99
Sterownik świetlówek malej mocy
szczęście ma to miejsce. Do dokładnego dobrania grubości szczeliny potrzebny jest miernik induk-cyjności. Szerokość szczeliny dobiera się tak, by po prostu induk-cyjność dławika była równa 3,2mH.
W przypadku, gdy układ ma współpracować ze świetlówką 8W lub nawet 4W, indukcyjność dławika powinna być nieco większa, to jest 3,6mH. Dla takiej wartości liczba zwojów powinna wynieść 110.
Montaż i uruchomienie
Układ sterownika został zmontowany na jednostronnej płytce drukowanej o wymiarach 105x32mm. Widok mozaiki ścieżek przedstawiono na wkładce wewnątrz numeru, a rozmieszczenie elementów na rys. 4.
Przy lutowaniu elementów korzystamy z typowych reguł kolejności montażu. Układ scalony sterownika wygodnie jest umieścić w podstawce. Z uwagi na niewielką moc sterowanych świetlówek i wysoką sprawność sterownika, dla tranzystorów kluczujących Tl i T2 nie są wymagane radiatory. Posiadacze termistora PTC nie muszą montować elementów C6, C8, T4 oraz R3. ,R5. Zamiast tego montują zworę w miejscu kondensatora C8 i oczywiście termistor. Ponieważ element ten się nagrzewa, lutuje się go na długich wyprowadzeniach, tj. bez ich skracania i wygina w sposób pokazany na fotografii, tak aby znalazł się on nad dławikiem Dł3 i z dala od innych elementów.
Do uruchomienia sterownika wystarczy miernik uniwersalny (z pomiarem częstotliwości) i zasilacz warsztatowy. Pierwszym krokiem jest sprawdzenie pracy układu scalonego. W tym celu podajemy z zasilacza warsztatowego napięcie 15V podłączając zaciski równolegle do kondensatora C4.
Sprawdzamy obecność napięcia zmiennego na wyprowadzeniach 5,7 i mierzymy na nich częstotliwość kluczowania układu. Przełączenie pomiędzy fazą grzania i normalnej pracy najłatwiej jest zrealizować poprzez zwarcie kondensatora C6.
W następnym kroku podłączamy ten sam zasilacz do zacisków sieciowych i kontrolujemy polaryzację i obecność napięcia na kondensatorze filtrującym C3. Później podłączamy świetlówkę i włączamy układ do sieci - po krótkiej zwłoce świetlówka powinna się zaświecić. Gdy zapłon następuje natychmiast, można próbować zmniejszyć wartość kondensatora C8 do 4,7nF, co zwiększy częstotliwość grzania do 62kHz.
Ci z Czytelników, którzy dysponują multimetrem zdolnym do pomiaru przebiegów zmiennych w paśmie przekraczającym 60kHz mogą pokusić się o sprawdzenie i ewentualną korektę prądu płynącego przez lampę. Amperomierz należy włączyć szeregowo z dławikiem Dł3, a korekty można dokonać poprzez zmianę indukcyj-ności dławika bądź zmianę częstotliwości pracy układu za pomocą rezystora R7.
Przed zmianami warto się upewnić, czy napięcie sieci wynosi 220V - regulacja w przypadku gdy tak nie jest nie ma oczywiście sensu. Po zakończeniu uruchamiania pozostaje tylko porządnie skleić rdzeń dławika i zamknąć układ w obudowie
Świetlówki o większej mocy
Opisany układ sterownika można z powodzeniem wykorzystać do sterowania innymi świetlówkami o mocy nie przekraczającej 18 W. Elementami podlegającymi zmianie będzie przede wszystkim wartość indukcyjności dławika Dł3. Wylicza się ją z dwóch pros-
WYKAZ ELEMENTÓW:
Rezystory
Rl: 2,2Q/2W drutowy lub termistor
NTC 50/1W
R2: 180kQ/lW
R3: 24kQ
R4: 3kQ
R5: 5,ókQ
R6: 33Q/0,25W
R7, RIO: 10kO
R9, Rl 1: 22Q/0,25W
R12, R13: 180kQ/0,5W
R14: 4,7Q/0,5W
R15: 100O
R16: lkn
R17: 33kQ
R18: 2,2Q/0,5W
Kondensatory
Cl: 100nF/250VAC
C2: 2/2nF/400V ceramiczny
C3: 10uF/350V
C4: 4,7uF/25V
C5: 470pF/630V
Có: 330uF/ó,3V
C7: l,5nF/63V foliowy
C8: 5,ónF/63V foliowy
C9: 100nF/63V
CIO: 100nF/250V
Cli: 3,9nF/1000V
C12: 2,2uF/25V
Półprzewodniki
DL D2, D3: 1N4148
DZ1: BZY80C18
Ml: okrągły 1A/4OOV
Tl, T2: IRFIBC30, IRF820, IRF840
T3, T4: BC548
Ul: L6569 (STMicroelectronics)
Różne
DLL DLI: dławiki gotowe IOOuH
np. Polfer DSp70.10-101K
DL3: dławik 3,2mH/0,5A, rdzeń
i karkas E20/6 F807 (Polfer) lub
EFD20 - 3F3 (Philips), uzwojenia
i wykonanie według opisu
w tekście
PTC: termistor PTC 150O, np.
Cera-Mite 307C1407BHAB, SIEMENS
B59150-J120-A20
Złącza ARK-5mm, trzy sztuki -
podwójne, podstawka DIP-8 pod
Ul
Rys. 4. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej.
tych zależności. Na początku liczymy wartość potrzebnej reaktan-cji dławika:
XL= (310V-UL)/(1,41�lL)
L =XL/(2�jc�F)
gdzie UL i IL to nominalne napięcie i prąd świetlówki, a F to częstotliwość pracy. Robert Magdziak. AVT
Elektronika Praktyczna 4/99
53
PROJEKTY
Samochodowy alarm ze zdalnym sterowaniem,
część 1
kit AVT-804 - centralka alarmu
kit AVT-805 - pilot radiowy
kit AVT-806 - pilot na podczerwień
kit AVT-807 - odbiornik podczerwieni
jeżeli chcesz zabezpieczyć
swój samochód przed
kradzieżą, mamy dla Ciebie
interesującą propozycję: alarm
ze zdalnym sterowaniem
o bardzo rozbudowanych
m ożli wo ści a ch.
Dzięki zastosowaniu
specjalizowanych układów
firmy Holtek, konstrukcja
urządzenia jest bardzo prosta
i zaskakująco tania!
Przeglądając katalog firmy HOLTEK (polecam wszystkim płytę CD-EP4 z tym właśnie katalogiem) napotkałem na prawdziwą rewelację - układ HT6280. Początkowo nie zwróciłem na niego uwagi, ponieważ producent nadał mu dość mylącą nazwę "Car Alarm Decoder", która kojarzyła mi się raczej z układami typu MC14026..28 niż z kompletną, bardzo rozbudowaną centralą alarmu i zdalnego sterowania do samochodu.
Tak, na tym tanim układzie, dodając jedynie kilka elementów dyskretnych, można zbudować kompletny układ alarmu samochodowego i to o wysokich walorach użytkowych. W strukturze układu znajduje się nie tylko dekoder odszyfrowujący sygnały nadawane przez pilota, ale także kompletny układ sterujący pracą sygnalizatorów alarmowych, układ pamięci alarmu i sygnalizacji jego zadziałania.
Elektronika Praktyczna 4/99
55
Samochodowy alarm ze zdalnym sterowaniem
S4
D8
1N4148
D5
1N4148
I D4
1N4148 D1
| D7 | D6 | D3
"liN414BHiN41 48"T7n41 48
1N4148
1N4148
330k
IC1
10
12
A11
D12
D13
D14
D15
D16
D17
DATAOUT
LED
OSC2
OSC1
GND
UCC A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0
24 23 22
21 20
19 18 17 16 15 14 13
HT5247
Rys. 1. Schemat elektryczny nadajnika - pilota sterującego pracą systemu.
Układ jest przystosowany do sterowania zamkiem centralnym, posiada wbudowaną funkcję PA-NIC, a na dodatek posiada jeszcze kilka dodatkowych, "wolnych" kanałów do przesyłania danych, które mogą być wykorzystane do sterowania dowolnymi urządzeniami umieszczonymi w samochodzie. I to wszystko w jednym, stosunkowo tanim i łatwo osiągalnym układzie scalonym!
Wysoko wyspecjalizowane układy scalone zwykle ograniczają nieco fantazję użytkownika, gdyż funkcje układu i sposób ich realizacji zdefiniowane są już przez producenta. W przypadku układu HT6280 mamy do dyspo-
zycji taką liczbę funkcji dodatkowych, że z pewnością każdy konstruktor będzie nimi usatysfakcjonowany i zbuduje sobie układ odpowiadający dokładnie jego potrzebom.
Ponieważ z łatwością udało mi się znaleźć w katalogu tej samej firmy układ przeznaczony do zbudowania pilota współpracującego z taką centralką alarmową, niewiele myśląc przystąpiłem do budowy alarmu samochodowego. Z rezultatami mojej pracy chciałbym teraz zapoznać Czytelników Elektroniki Praktycznej. Zachęcam Was do budowy tego układu, pomimo że na rynku są dostępne, w dużej liczbie fabryczne, systemy alarmowe do samochodów.
Tab. 1. Opis wyprowadzeń układu kodera - HT6247
Pin Funkcja Opis
1, 13..23 A0..A11 Wejścia adresowe z trzema stanami. Mogą być podłączone do plusa zasilania, do minusa lub pozostawione nie podłączone
2.7 D12..D17 Wejścia danych. Mogą być podłączone do plusa zasilania lub pozostawione nie podłączone. Uwaga: na wejściach nie podłączonych występuje stan "0"!
8 DATA OUT Szeregowe wyjście transmisji danych
9 LED Wyjście diody kontrolnej LED (aktywne w stanie niskim)
10,11 OSC Wejścia podłączenia rezystora zewnętrznego oscylatora
12 GND Masa zasilania
24 VC Dodatnie napięcie zasilania (3,5..12VDC)
Argumentem przemawiającym za wykonaniem proponowanego układu jest niska cena zastosowanych w nim elementów, oraz fakt, że amatorska konstrukcja alarmu jest zawsze trudniejsza do sforsowania dla złodzieja niż fabryczna, której budowę każdy może łatwo poznać.
Opis działania układu
Na rys. 1 pokazano schemat nadajnika - pilota sterującego pracą systemu, a na rys. 2 schemat centralki alarmowej.
Analizę schematów rozpocznijmy od układu nadawczego, którego sercem jest układ HT6247, a do transmisji danych wykorzystany został gotowy radiowy moduł nadajnika 430MHz. Układu HT6247 nie ma sensu szczegółowo opisywać, ponieważ jego zasada działania jest bardzo podobna do znanych układów MC14026 lub UM3758. Wystarczy tylko wspomnieć, że układ pracujący w naszym pilocie jest wyposażony w wewnętrzny oscyla-tor i do działania potrzebuje zaledwie jednego elementu zewnętrznego: rezystora określającego częstotliwość pracy tego oscylatora. Wejścia A0..A11 są wejściami z trzema stanami aktywnymi co oznacza, że
56
Elektronika Praktyczna 4/99
Samochodowy alarm ze zdalnym sterowaniem
+ 2 2 5 i 3
w z z
+ O C3
Rys. 2. Schemat elektryczny centralki alarmowej.
podczas programowania kodu mogą być dołączone do plusa, minusa zasilania lub nie podłączone do niczego.
Zasilanie układu jest doprowadzane z jednego z czterech przycisków S1..S4 za pośrednictwem diod separujących Dl, D4, D5 i D8. Druga grupa diod wymusza na odpowiednich wejściach danych stany wysokie, umożliwiając w ten sposób przesłanie do odbiornika żądanej informacji. Przycisk Sl powoduje naprzemienne uzbrajanie i rozbrajanie systemu alarmowego, przycisk S2 włącza opisaną szerzej w dalszej części artykułu funkcję PANIC, S3 naprzemiennie zmienia stan wyjścia ON/OFF w odbiorniku (patrz opis w dalszej części artykułu), a przycisk S4 uaktywniający wyjście danych Dl 5 w układzie odbiorczym może być wykorzystany do sterowania urządzeń dodatkowych lub np. do zerowania systemu alarmowego.
Wyjście danych DATA OUT steruje bezpośrednio pracą radiowego modułu nadawczego - Ql. Dzięki zastosowaniu tego elementu uniknęliśmy tak nie lubianego przez wszystkich nawijania cewek i strojenia obwodów w. cz. Dioda LED D9 służy do sygnalizowania poprawnej pracy nadajnika.
Na rys. 2 pokazano część od-biorczo-wykonawczą samochodowego systemu alarmowego. Jego sercem jest tak reklamowany przeze mnie układ scalony HT6280. Najprostszą drogą do zrozumienia działania systemu alarmowego jest dokładne poznanie funkcji tego układu.
Wymieńmy najważniejsze funkcje dostępne w układzie HT6280: - Uzbrajanie - rozbrajanie systemu alarmowego. Funkcja ta jest uaktywniana po odebraniu prawidłowego kodu transmisji, w którym bit D12 ma wartość "1". Jeżeli system alarmowy jest uzbrojony, to odebranie takiego kodu powoduje jego rozbrojenie. Na wyjściach FLASH i SIREN pojawią się wtedy dwa krótkie impulsy powodujące wizualne i akustyczne potwierdzenie odebrania polecenia o rozbrojeniu systemu. Jeżeli system jest rozbrojony, to odebranie kodu z D12 "1" spo-
Elektronika Praktyczna 4/99
57
Samochodowy alarm ze zdalnym sterowaniem
WYKAZ ELEMENTÓW
Pilot radiowy Rezystory
Rl: 330kO R2: l,2kQ Półprzewodniki
IC1: HT6247
DL D2, D3, D4, D5, D6, D7, D8:
1N4148 lub odpowiednik
D9: LED $3mm
Różne
Ql: radiowy moduł nadawczy RT1
Sl, S2, S3, S4: przyciski typu RESET
Obudowa typu KM 14
Centralka Rezystory
Rl: 200kO
R2, R3, R6, R7, R8, R9, RIO, Rl 1,
R16: l,5kQ
R4, R5, R12, R13: 330O
R14, R15: lOOka
Kondensatory
Cl: 470uF/16V
C2: 220mF/16V
C3, C4, C5: lOOnF
Półprzewodniki
DL D4, D5: 1N4148
D2, D3: dioda Zenera 5,1V
IC1: HT6280
IC2: 78L05
TL T2, T5, T6, 17, T8: BC548
T4, T3: BD912
Różne
CON1, CON2, CON3, CON5:
ARK3
CON4: ARK2
JP2, JP1: 2x goldpin + jumper
woduje jego uzbrojenie i potwierdzenie tego faktu pojedynczym impulsem na wyjściach SIREN i FLASH. - Włączanie alarmu. Jeżeli system znajduje się w stanie uzbrojenia, to pojawienie się kryterium alarmu na jednym z wejść AL+, AL- lub TRIG spowoduje włączenie akustycznej i optycznej sygnalizacji alarmowej. Jeżeli kryterium alarmu zostanie usunięte, to układ wykona cztery cykle sygnalizacyjne i przejdzie do stanu czuwania. Włączenie sygnalizacji alarmowej jest dodatkowo sygnalizowane szybkim migotaniem diody LED, które trwa aż do wyzerowania systemu za pomocą dodatniego impulsu na wejściu ACC.
Ql: radiowy moduł odbiorczy RR4 REL1: przekaźnik RM82/12V
Pilot na podczerwień Rezystory
PRL 220kO
Rl: 330kO
R2: 10kO
R3: 22kO
R4: L5kO
R5: 100O
R6: 20O
Kondensatory
Cl: lOOpF
C2: 22nF
Półprzewodniki
ICL HT6247
IC2: NE555 CMOS
Tl: BC337 lub odpowiednik
D1..D8: 1N4148 lub odpowiednik
D9: dioda nadawcza IRED
D10: dioda LED $3mm
Różne
SL S2, S3, S4: przyciski typu RESET
Obudowa typu KM 14
Moduł odbiornika podczerwieni Rezystory
Rl: 100O R2: 22kO R3: lkn Kondensatory Cl: 100uF/16V C2: lOOnF Półprzewodniki ICL TFMS5360
Funkcja PANIC. Odebranie prawidłowego kodu transmisji, w którym bit 13 ma wartość "1" spowoduje włączenie sygnalizacji akustycznej i optycznej na okres 1 cyklu. Uaktywnienie funkcji PANIC jest dodatkowo sygnalizowane szybkim migotaniem diody LED, które będzie trwać aż do wyzerowania systemu dodatnim impulsem na wejściu ACC.
Funkcja wyjść LOCK i UN-LOCK. W momencie uzbrajania systemu alarmowego na wyjściu LOCK pojawia się impuls dodatni trwający 2 s. Wyjście UNLOCK uaktywnia się w podobny sposób w momencie rozbrajania układu. Obydwa te wyjścia mogą być wykorzysta-
ne np. do sterowania przekaźnikami włączającymi układ zamka centralnego w samochodzie.
- Wyjście ARM. Po uzbrojeniu systemu alarmowego na tym wyjściu utrzymuje się stan wysoki . Może być wykorzystany np. do sterowania zasilaniem czujników alarmowych umieszczonych w samochodzie.
- Wyjście ON/OFF jest prawdziwym "darem niebios" (a właściwie darem konstruktorów firmy HOLTEK) dla projektantów systemów alarmowych. Wraz z dodatkowymi wyjściami danych D15..D17 daje nam kolejne możliwości dostosowania budowanego systemu alarmowego do naszych potrzeb. Wyjście ON/OFF uaktywnia się naprzemiennie po każdym odebraniu prawidłowego kodu transmisji, w którym bit D14 ma wartość "1".
- Dodatkowe wyjścia danych D15..D17. Wyjścia te uaktywniają się po odebraniu prawidłowego kodu transmisji, w którym odpowiednio bity Dl 5, D16 lub D17 mają wartość "1". Wyjścia te, dostępne zarówno w stanie uzbrojenia jak i rozbrojenia systemu alarmowego, mogą być wykorzystane zarówno do sterowania dodatkowymi funkcjami tego systemu, jak i do sterowania dowolnymi urządzeniami elektrycznymi zamontowanymi w samochodzie.
Tak więc, opisując układ HT62 80 przedstawiliśmy działanie naszego systemu alarmowego, w którym układ ten pracuje w typowej, zalecanej przez producenta konfiguracji. Pozostaje nam tylko do omówienia sposób zasilania układów wykonawczych i opis funkcji dodatkowych, które mogą być wykorzystywane podczas ewentualnej rozbudowy systemu.
Wyjście FLASH ICl steruje za pośrednictwem tranzystora Tl przekaźnikiem RELl, do którego styków możemy dołączyć światła sygnalizacji optycznej alarmu. Ponieważ styki zastosowanego przekaźnika mają dość dużą obciążalność prądową, można do sygnalizacji wykorzystać zarówno światła kierunkowskazów jak i światła mijania lub nawet drogowe.
Nowoczesne akustyczne sygnalizatory alarmowe pobierają nie-
58
Elektronika Praktyczna 4/99
Samochodowy alarm ze zdalnym sterowaniem
wiele prądu i dlatego do ich zasilania zastosowałem tranzystor T4, sterowany przez tranzystor T5, którego baza jest zasilana z wyjścia SIREN ICl.
Tranzystor T3 ma za zadanie doprowadzenie (po uzbrojeniu systemu) zasilania do aktywnych czujników alarmowych, o ile takie zostaną zainstalowane w samochodzie.
Wejścia wyzwalające alarm zostały zabezpieczone diodami Ze-nera D2 i D3 przed uszkodzeniem spowodowanym podaniem na nie zbyt wysokiego napięcia.
Tranzystory T6 i T7 są sterowane z wyjść LOCK i UNLOCK układu HT6280 i są przeznaczone do ewentualnego sterowania przekaźnikami zamka centralnego w samochodzie. Tranzystor T8 może służyć do sterowania (najczęściej przez przekaźnik) jakimkolwiek urządzeniem elektrycznym umieszczonym w samochodzie. Można go wykorzystać np. do zdalnego włączania i wyłączania światła w kabinie samochodu. Spotkałem się ostatnio z układami alarmowymi, których dodatkową funkcją było zdalne włączanie i wyłączanie silnika samochodu. Stanowczo jednak odradzam stosowanie takich dziwacznych rozwiązań! Nie tylko są one sprzeczne z Kodeksem Drogowym (nie wolno oddalać się od samochodu z pracującym silnikiem), ale mogą nawet doprowadzić do niebezpiecznego wypadku w razie pozostawienia samochodu z włączonym biegiem. W zamian chciałbym podsunąć Warn pewien pomysł , także o statnio sto sowany w fabrycznych systemach alarmowych.
Dodatkową funkcją naszego systemu może być ułatwienie odnajdywania samochodu na parkingu! Straciłem już sporo czasu i nerwów na szukanie własnego samochodu pozostawionego na ogromnych, zatłoczonych parkingach przed supermarketami. Tranzystor T8 może za pośrednictwem odpowiedniego przekaźnika włączać np. światła drogowe samochodu, których zaświecenie ułatwi odnalezienie pojazdu na parkingu.
Wejście ACC służące do wy-zerowania systemu po zadziałaniu alarmu zostało wyprowadzo-
ne na styk ACC. Zwarcie go ze stykiem +5V powoduje przywrócenie układowi normalnego trybu pracy. Przycisk wykonujący tę funkcję może być ukryty gdzieś wewnątrz samochodu. Zerowanie systemu można także rozwiązać w inny sposób: wykorzystując wyjście danych Dl 5, uaktywniane przyciskiem AUX w pilocie.
Etyka zawodowa nakazuje mi wspomnieć także o wadach, a właściwie o jednej, bardzo istotnej wadzie zbudowanego przeze mnie systemu. Otóż kostki HT6280 i HT6247 używają do transmisji danych stałego kodu ochrony. Kod ten wprawdzie możemy zmieniać, przeprogramowując odpowiednio nadajnik i odbiornik, ale jest to czynność dość kłopotliwa i zajmująca sporo czasu. Stały kod emitowany przez nadajnik pilota może zostać dość łatwo "podsłuchany" przez niepowołane osoby za pomocą urządzeń, które można stosunkowo łatwo zbudować, a nawet nabyć w całym majestacie prawa. Czy wiec możemy jakoś usunąć wadę naszego układu i maksymalnie utrudnić złodzie-
jom życie? Tak, rozwiązanie jest bardzo proste: zastosowanie transmisji danych w podczerwieni!
Jak powszechnie wiadomo, fale radiowe rozchodzą się w miarę równomiernie we wszystkich kierunkach i w przypadku pilota do systemu alarmowego docierają na odległość ok. 30..100m. Tak więc, transmisja taka może być odebrana przez każdego, kto znajduje się w jej zasięgu. Zasięg pilota na podczerwień nie przekracza zwykle, a nawet nie powinien przekraczać kilku, najwyżej kilkunastu metrów. Wiązka podczerwieni emitowana przez pilota rozchodzi się w stosunkowo małym kącie bryłowym, co sprawia, że jej odebranie przez niepowołane osoby jest bardzo utrudnione, jeżeli w ogóle możliwe. Włączanie i wyłączanie alarmu samochodowego z odległości kilkudziesięciu metrów, połączone z efektownym błyskaniem świateł jest być może bardzo spektakularne, ale pamiętajmy, że podstawowym zadaniem systemu alarmowego jest skuteczne zabezpieczanie naszego mienia. Zbigniew Raabe, AVT
Tab. 2. Opis wyprowadzeń układu centralki alarmowej - HT6280.
Pin Funkcja Opis
1,40 osc Wejścia dołączenia rezystora oscylatora
2 DIN Wejście szeregowej transmisji danych
3..5,25,26 NC Nie wykorzystywane
6..17 A0..A11 Wejścia adresowe z trzema stanami. Mogą być podłączone do plusa zasilania, do minusa lub pozostawione nie podłączone
18..20 D15..D17 Dodatkowe wyjścia danych
21 ON/OFF Wyjście dodatkowe. Po każdym przesłaniu danych, w których bit D14 ma wartość "1" stan na tym wyjściu zmienia się naprzemiennie
22 RESET Zerowanie układu aktywnego w stanie niskim
23 TEST Wyjście testowe (w procesie produkcji)
24 ACC Wejście kasowania alarmu, stanu PANIC oraz pamięci alarmu
27 VDD Dodatnie napięcie zasilania (+5VDC)
28 LOCK Wyjście sterowania zamkiem centralnym. Podczas uzbrajania alarmu występuje na nim impuls dodatni
29 LED Wyjście diody kontrolnej LED
30 UNLOCK Wyjście sterowania zamkiem centralnym. Podczas rozbrajania alarmu występuje na nim impuls dodatni
31 FLASH Wyjście sterowania światłami wykorzystywanymi jako sygnalizator alarmowy. Aktywne w stanie wysokim
32 SIREN Wyjście sterowania alarmowym sygnałem akustycznym. Aktywne w stania wysokim
33 TRIG Wejście wyzwalania alarmu. Aktywne w stanie wysokim
34 AL- Wejście wyzwalania alarmu zboczem opadającym
35 AL+ Wejście wyzwalania alarmu zboczem dodatnim
36 ARM Wyjście aktywne podczas uzbrojenia alarmu (stan wysoki)
37 OPT2 Wejście zezwolenia na działanie wyjścia FLASH (stan niski - zezwolenie)
38 VSS Masa zasilania
39 OPT1 Wejście zezwolenia na działanie wyjścia SIREN (stan niski - zezwolenie)
Elektronika Praktyczna 4/99
59
Bezcenne narzędzie od Vantisa ^
Na str. 31 przedstawiamy sposób zdobycia najnowszego, bezpłatnego oprogramowania narzędziowego firmy Yantis. Za miesiqc -krótka instrukcja: jak się tym posługiwać.
Alarm samochodowy ^
Urzqdzenie o zaskakujqco dużych możliwościach! Dzięki zastosowaniu specjalizowanych układów firmy Holtek konstrukcja profesjonalnego alarmu samochodowego ze zdalnym sterowaniem jest łatwa i bardzo tania w wykonaniu. Zapraszamy na str. bb.
Sterownik świetlówek małej mocy |
Nasz redakcyjny kolega opracował kolejne urzqdzenie, działajqce w "tajemniczy", impulsowy sposób. Jego zadaniem jest szybkie i pewne zapalanie świetlówek - str. 49.
Odbiorniki GPS firmy Garmin 1
Na str. 27 przedstawiamy dwa niezwykle nowoczesne urzqdzenia - przenośne odbiorniki] GPS. Do przeczytania tego artykułu zachęcamy przede wszystkim tych wszystkich Czytelników, których interesuje najnowsza technika mikroprocesorowa.
Programator mikrokontro-lerów AVR
Wielu z Was odetchnie z ulgq, wreszcie AVRy w EP... Tym spektakularnym opracowaniem rozpoczynamy prezentację możliwości tych mikrokontrole-rów na łamach pisma. Start na str. 60.
Dodatkowy układ przywoławczy do telefonu
Jest to urzqdzenie dedykowane osobom majqcym duże mieszkania, domy lub... kłopoty ze słuchem. Przy jego pomocy "dzwonek" telefonu staje się słyszalny w dużej odległości. Str. 76.
Stereofoniczny wzmacniacz słuchawkowy
Na str. 75 przedstawiamy opis konstrukcji nowoczesnego wzmacniacza stereofonicznego, który można zastosować np. w domowym zestawie multimedialnym, jako przenośny wzmacniacz do walkmana lub wzmacniacz testowy.
Programator-
emulator
mikrokontro-
lerów
AT89CxO51
Drugim odcinkiem kończymy opis konstrukcji tego urzqdze-nia, str. 65.
Projekty Czytelników
Prezentujemy kolejny projekt nagrodzony w zeszłorocznym konkursie. Tym razem jest to mikroprocesorowy sterownik pieca C.O. Rzecz bardzo praktyczna! Str. 87.
Elektronika Praktyczna 4/99
Digital DNA... A
...czyli nowy program promocyjny firmy Motorola. Szczegóły znajdziecie na str. 37.
Niby nic takiego - Appa 17
Na str. 30 przedstawiamy wrażenia z krótkiego testu miernika Appa 17.
SUPERPROgramator
Jest to urzqdzenie zdecydowanie nie na kieszeń amatora elektroniki, ale za to niemal niezbędne w laboratorium, Str, 34.
Proste jak easy
Kolejna trzecia już część artykułu o programowanym sterowniku logicznym easy. Na str. 39 przedstawiamy zaawansowane funkcje sterowania, które zostały zaimple-mentowane w easy.
IKA
Nr 76
kwiecień '99
Świat hobby
zagranicy
Wysokościomierz z mikrokontrolerem PIC, cześć 2.................15
Elektor w EP ^^^^^^^^^^^^^^^^^B
Potencjometr elektroniczny.......................................................21
Tani optoizolator dla RS-232.......................................................22
Lepszy dźwięk, więcej możliwości,
zgodność z poprzednikiem........................................................23
"Bezcenne" narzędzia od Yantisa.............................................31
Sprzęg
Odbiorniki GPS firmy Garmin......................................................27
SUPERPROgramator.....................................................................29
Niby nic takiego-Appa 17........................................................30
Ultraprecyzyjny generator sygnału wzorcowego...................34
Systemy pomiarowe i testery urzqdzeń fonicznych................35
Proste jak &asy...........,,,,".......,,",,...............................................39
Internet ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^fl
Cyfrowy DNA................................................................................37
frojekty
--^^K>--------i
MEADC - elektroniczno-elektromechaniczny
przetwornik A/C do komputera PC..........................................42
Sterownik świetlówek malej mocy............................................49
Samochodowy alarm ze zdalnym sterowaniem, cześć 1 .....55
Programator procesorów AVR, cześć 1 ...................................60
Programator-emulator
mikrokontrolerów AT89CxO51, cześć 2......................................65
Uniwersalne moduły I2C..............................................................68
Stereofoniczny wzmacniacz słuchawkowy.............................75
Dodatkowy układ przywoławczy do telefonów.....................76
Nowe podzespoły.......................................................................79
Moduły rgdiowe firmy RFM............"^........................................85
Projekty Czytelników
Mikroprocesorowy moduł do sterowania
węglowym piecem CO..............................................................87
Info Świat.........................................................................95
InfoKraj............................................................................97
Kramik+Rynek................................................................99
Listy.................................................................................105
Wykaz reklamodawcow............................................116
Ekspresowy Informator Elektroniczny
Wyniki konkursów........................................................105
Elektronika Praktyczna 4/99
7
PROJEKTY
Programator procesorów AVR, część 1
kit AVT-812
Procesory jednoukładowe
zrobiły prawdziwą karierę
w świecie elektroniki. Sukces
ten wiąże się z rozwojem
elektronicznego sprzętu
powszechnego użytku. Im
urządzenia stawały się
łatwiejsze w użyciu, bardziej
sprawne
i niezawodne, tym bardziej
rosło zapotrzebowanie na
elementy sterujące ich pracą,
czyli mikrokontrolery. Dotyczy
to także układów automatyki
przemysłowej. Dziś trudno
spotkać urządzenie
elektroniczne bez
inteligentnego sterownika,
będącego dalekim krewnym
dużych komputerów.
Rozwój elekreonicznego sprzętu powszechnego użytku i możliwość ulokowania w nim swoich wyrobów stanowiła silny bodziec dla wielu firm zajmujących się produkcją układów wielkiej skali integracji.
Początkowo na rynku dominowały układy z grupy 8049, następnie słynny 8051 produkowany najpierw przez Intela oraz mikio-sterowniki firmy Motorola. W latach 90. pojawiły się nowe rodzaje procesorów, nierzadko bardzo wyspecjalizowanych i zminiaturyzowanych.
Firma Atmel zaistniała na rynku najpierw ze swoją odmianą sterownika '51, w którym zastąpiono niewygodną, kasowaną ultrafioletem pamięć EPROM, elek-try c zni e pr ogr am o w aną p ami ęci ą FLASH EEPROM. Taki sposób zapisu kodu programu do pamięci sterownika jest bardzo wygodny, zwłaszcza na etapie pracy nad programem i w produkcji małose-ryjnej. W przypadku polskiego rynku można stwierdzić, że pro-
cesory te znalazły na nim swoje miejsce. Od ponad dwóch lat Atmel promuje nową rodzinę procesorów ochrzczonych wspólnym mianem AVR.
Procesory wchodzące w skład rodziny różnią się wielkością i możliwościami, jednak kilka cech pozostaje wspólnych. Najważniejszą z nich jest oparcie wewnętrznej budowy sterowników na architekturze RISC, bazującej na uproszczonej liście rozkazów wykonywanych najczęściej podczas jednego cyklu zegarowego. Powoduje to znaczne przyśpieszenie pracy układu, w którym jeden cykl zegara taktującego odpowiada jednemu cyklowi rozkazowemu. Określenie "uproszczona lista rozkazów" wcale nie oznacza, że jest ona krótka, ponieważ wzbogacono ją o cały zestaw skoków warunkowych i trybów adresowania. W związku z tym wszystkie procesory wyposażone są w rozbudowany zestaw rejestrów uniwersalnych bezpośrednio współpracujących z akumulatorem, co dodatko-
.60
Elektronika Praktyczna 4/99
m
^r
O
^ Co oo O
zr
"O CD
o5 3
ST
o M CD
CD
C10
Ll Cl
JP2
Ul
RST P1.7
P3.0 P1.6
P3.1 P1.5
XTAL2 P1.4
XTAL1 P1.3
P3.2 INTQ P1.2
P33 INT1 A P1.1
P3^ TO A+ P1.0
P3.7
89C2051
U2
10
12
13
15
16
VCC O-
R2OUT
T2IN
T1 IN
R1OUT
R1 IN
ti our
QND
VCC
R2 IN
T2 OUT
C2+
Cl
V+
C1 +
MAX232
X
R1 470
VCC
O
U3 78L05
Podstawki do programowania procesorów ssrii
AVR
Cl 47/J/16
D3 1N4004
Dl
VO VI GND
-1-

ca 100n C9 47^/10 1 C13 10C(j/25
o
Q
3
o o o
w
o o-
>
73
Programator procesorów AVR
wo zwiększa szybkość działania układów.
Producent określa moc obliczeniową sterowników na równą 1MIPS przy częstotliwości zegara lMHz. Maksymalna częstotliwość zegara dla większości typów procesorów AVR zawiera się w przedziale 10..24MHz. Kolejną cechą wspólną jest wyposażenie prawie wszystkich typów sterowników w wewnętrzne pamięci RAM i EEPROM oraz sprzętowy zegar watchdoga. Wszystkie procesory posiadają szeregowy interfejs SPI umożliwiający w prosty sposób ich programowanie oraz zapisywanie i odczytywanie danych do i z wewnętrznej pamięci EEPROM. Linie portów wyjściowych procesorów pozwalają na bezpośrednie sterowanie różnych układów zewnętrznych, np. diod LED, ponieważ w stanie niskim potrafią przyjąć prąd o wartości nawet 20mA. Konstruktorzy dużo uwagi poświęcili redukcji mocy pobieranej przez sterowniki, co umożliwia ich stosowanie w sprzęcie zasilanym bateryjnie.
Pobór prądu w czasie normalnej pracy wynosi przeciętnie kilka miliamperów, natomiast w czasie uśpienia, gdy podtrzymywana jest zawartość wewnętrznych rejestrów i aktywny jest tylko wewnętrzny zegar watchdoga, pobór prądu wynosi jedynie 50|iA.
Kolejną interesującą cechą wszystkich procesorów jest możliwość zakończenia trybu uśpienia poprzez podanie odpowiedniego poziomu napięcia na linii portu P3 i wygenerowanie przerwania.
Mamy nadzieję, że ten krótki wstęp zachęci Was do bliższego poznania procesorów AVR. Aby ułatwić Warn nieco to zadanie, w drugiej części artykułu omówimy nieco bardziej szczegółowo możliwości poszczególnych układów tej rodziny, a teraz przejdziemy do prezentacji konstrukcji programatora, opisywanego w artykule.
Opis układu
Schemat elektryczny programatora pokazano na rys. 1. Jego budowa jest bardzo prosta, ale można za jego pomocą zaprogramować praktycznie każdy rodzaj procesora AVR. Wynika to z faktu zastosowania w nim szeregowego interfejsu SPI.
SERIAL DATA INPLJT PB5(MOSI)
SERIAL DATA OJTPJT PB6PSO)
SERIAL CLOCKINPUT PB7(SCK)
Rys. 2. Przebieg sygnałów w czasie transmisji.
Wszystkie sterowniki z rodziny AVR mogą być programowane na dwa sposoby. Pierwszy z nich, który można określić jako tradycyjny, wykorzystuje do wymiany danych pomiędzy programatorem, a programowanym procesorem jeden z jego portów, a kilka dodatkowych sygnałów podawanych na linie pozostałych portów steruje całym procesem. Sposób ten wymaga zaangażowania wielu linii danych. Jeżeli programator ma obsłużyć procesory w różnych obudowach i o różnej liczbie wyprowadzeń, trzeba się liczyć z koniecznością stosowania adapterów lub multipleksowaniem wyprowadzeń programatora, w zależności od typu aktualnie programowanego procesora.
Drugi sposób wiąże się z wykorzystaniem w każdym typie procesora specjalnego szeregowego interfejsu o zredukowanej liczbie wyprowadzeń, w tym przypadku trzech. Zastosowanie do programowania jedynie trzech "drutów" - SPI (tak naprawdę dochodzi jeszcze zasilanie, linia RESET oraz doprowadzenia zegara) bardzo upraszcza procedurę programowania, a w pewnych warunkach umożliwia przeprogramowanie procesora nawet wtedy, gdy znajduje się w systemie, w którym pracuje.
Interfejs SPI składa się z następujących linii sygnałowych: linii zegara synchronizującego transfer informacji SCK, linii danych wejściowych MOSI i linii danych wyjściowych MISO. Przebieg sygnałów na tych trzech liniach w czasie transmisji pokazano na rys. 2.
Programowanie polega na wysłaniu linią MOSI kodów sterujących i ewentualnie danych, które określą sposób w jaki ma się zachować programowany układ. Kody są to 3 lub 4 bajty wysyłane bit po bicie, z najstarszym bitem jako pierwszym. Odczytane dane
procesor wysyła w ten sam sposób linią MISO, z najstarszym bitem jako pierwszym.
Kody sterujące wpisywane są do procesora podczas narastającego zbocza zegara SCK, natomiast dane pojawiające się na linii MISO mogą być odczytane podczas opadającego zbocza impulsu zegarowego. Sygnały na liniach MOSI i MISO mogą się zmieniać jedynie podczas stanu niskiego na linii zegarowej SCK.
Procesory AVR wyposażone w interfejs SPI reagują na kilka kodów sterujących. Ich format w przypadku procesora 90S2313 pokazano w tab. 1.
W celu rozpoczęcia korzystania z interfejsu SPI należy spełnić kilka prostych warunków. Przed podaniem napięcia zasilającego trzeba podać na wyprowadzenia procesora RESET i SCK stan niski oraz dołączyć do wyprowadzeń XTAL rezonator kwarcowy o nominalnej częstotliwości lub podać sygnał taktujący na wyprowadzenie XTALl. Po włączeniu zasilania należy odczekać 20ms, a następnie wysłać cztery bajty rozkazu Programing enable. Od tego momentu procesor znajduje się w trybie programowania. Zapisanie do pamięci procesora nowego kodu programu wymaga wcześniejszego wykasowania zawartości pamięci FLASH, co nastąpi po wysłaniu rozkazu Chip erase, a następnie odczekaniu lOms na zakończenie operacji kasowania pamięci.
Jednocześnie z pamięcią FLASH wykasowane zostaną wszystkie dane zapisane w pamięci EEPROM procesora. Zapis danych do pamięci programu wykonuje się za pomocą rozkazu Write Program Memory. Litery a, b oznaczają wyrażony binarnie adres komórki pamięci, do której zostanie dokonany zapis. Liczba znaczących bitów w przypadku procesorów o większej pojemności
62
Elektronika Praktyczna 4/99
Programator procesorów AVR
e _ ~^~
o o SD
0 o o
o o
^_ o
3 o
o o
o
X2
o o o o
o o o
O O
o o o o
6
o
o o
o o
o
o
Rys. 3. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej.
pamięci FLASH będzie oczywiście większa niż w przykładzie odnoszącym się do procesora 90S2313. Ponieważ format rozkazów procesorów AVR jest 16-bitowy, a przesyłane bajty danych są 8-bitowe (4 bajt rozkazu oznaczony literami "i"), identyfikator "H" określa, która połówka kodu jest aktualnie transmitowana. Starsza i młodsza połówka kodu rozkazu zapisywane są pod jednakowym adresem a, b.
W czasie odczytu pamięci procesora adresowanie z wykorzystywaniem bitu "H" jest identyczne jak podczas zapisu. Różnica polega na tym, że po wysłaniu 3 bajtów linią MOSI, odczytywany bajt danych pojawi się na linii MISO.
Do zapisu i odczytu danych do i z pamięci EEPROM procesora służą rozkazy Write EEPROM Memory i Read EEPROM Memory, a cała wymiana danych przebiega podobnie jak w przypadku pamięci programu. Różnica polega na tym, że przed nowym zapisem nie ma konieczności czyszczenia pamięci rozkazem Chip erase.
Zaadresowana komórka EEPROM jest automatycznie czyszczona przed zapisem nowych danych. Następnie trzeba odczekać 4ms przed wysłaniem kolejnego kodu interfejsem SPI.
Rozkaz Write Lock Bits pozwala zaprogramować bity zabezpieczeń chroniące obie pamięci przed możliwością doprogramo-wania nowych danych, a także przed ich odczytaniem. Bity są aktywne, gdy przyjmują wartość
0. Bity mogą być skasowane jedynie w wyniku działania rozkazu Chip erase. Rozkaz Read Device Code odczytuje kod typu procesora. Zakończenie sesji programowania wymaga wyłączenia zasilania oraz pozostawienia wyprowadzenia RESET na poziomie wysokim, gdy zasilanie zostanie włączone ponownie.
Dzięki temu, że programator wykorzystuje w swoim działaniu interfejs SPI, jego budowa może być stosunkowo prosta. Zasadniczym elementem urządzenia jest procesor 89C2051, który kontroluje przepływ danych liniami interfejsu oraz włącza i wyłącza przekaźnik PKl dołączający napięcie zasilania do programowanego procesora. Pracą programatora steruje komputer poprzez standardową linię RS dołączaną do gniazda Pl. Parametry transmisji portem RS to: szybkość 9600 bodów, 8 bitów danych, brak bitu parzystości oraz 1 bit stopu. Układ scalony U2 dokonuje konwersji poziomów logicznych sygnałów do standardu TTL.
W założeniu programator miał być jak najprostszym urządzeniem współpracującym z zewnętrznym komputerem klasy PC. Z tego powodu oprogramowanie procesora Ul potrafi jedynie obsługiwać interfejs SPI oraz rozróżnia 3 rozkazy sterujące, co zupełnie wystarczy, aby prawidłowo zapisać i odczytać dane z wszystkich procesorów AVR.
Każdy z rozkazów składa się z kilku bajtów danych. Najpierw wysyłany jest znak litery (w for-
macie ASCII) określający rodzaj rozkazu, następnie jego parametry, dane, a na końcu bajt sumy kontrolnej. Bajt ten powstaje poprzez wykonanie operacji XOR na wszystkich kolejnych bajtach rozkazu z wyłączeniem oczywiście samego bajtu sumy kontrolnej. Po prawidłowym wykonaniu każdej operacji programator potwierdza ten fakt wysyłając w odpowiedzi literę "A". Wysłanie jakiegokolwiek innego znaku lub brak odpowiedzi powinien być interpretowany przez komputer sterujący jako błąd.
Rozkazy sterujące i opis poszczególnych bajtów: 1.Rozkaz ustawienia parametrów programatora:
"S"abk0c
"S" - kod ASCII (53h) identyfikatora rozkazu
ab - dwa bajty określające adres początkowy, od którego programator rozpocznie odczytywanie lub zapisywanie danych do procesora
k - parametr określający sposób pracy programatora. Bajt ten może przyjmować następujące wartości: 0 - następne rozkazy odczytu lub zapisu będą dotyczyły pamięci programu procesora
1 - następne rozkazy będą dotyczyły pamięci EEPROM procesora
2 - programator powinien uaktywnić bity zabezpieczające programowanego procesora
FFh - programator powinien się zresetować
0 - bajt o stałej wartości równy zero
c - bajt sumy kontrolnej
2.Rozkaz odczytu danych:
"R"xc
"R" - kod ASCII (52h) identyfikatora rozkazu
x - liczba bajtów danych, które mają być odczytane z pamięci procesora
c - bajt sumy kontrolnej
3.Rozkaz zapisu danych do pamięci procesora:
"W'xd...dc
"W" - kod ASCII (57h) identyfikatora rozkazu
x - liczba bajtów danych d, które mają być zapisane do pamięci procesora (FLASH lub EEPROM, co zależy od paramet-
Elektronika Praktyczna 4/99
63
Programator procesorów AVR
ru k wysłanego we wcześniejszym rozkazie ustawienia parametrów)
d - bajty danych, których liczba została określona parametrem x. Liczba danych może być dowolna lecz nie większa niż 32
c - bajt sumy kontrolnej
Programator po odebraniu rozkazu ustawienia parametrów, przede wszystkim ustawia swój wewnętrzny licznik danych zgodnie z wartością przekazaną parametrami ab. Licznik ten po każdym zapisie lub odczycie pamięci procesora AVR jest zwiększany o jeden. Z tego powodu ustawienie początkowego adresu, np. podczas odczytu całej dostępnej pamięci FLASH procesora, można przeprowadzić tylko raz, wysyłając na początku rozkaz SabkOc. Programator zapamiętuje także parametr k i do czasu jego zmiany wszelkie odczyty lub zapisy będą dotyczyć wybranego typu pamięci.
Potwierdzenie wykonania rozkazu przez programator w przypadku rozkazu odczytu jest nieco zmodyfikowane. Po wysłaniu kodu litery "A" (41h) programator wysyła także odczytane dane w liczbie określonej w rozkazie odczytu parametrem x, dołączając na końcu bajt sumy kontrolnej c. Po wykonaniu każdego rozkazu odczytu danych lub zapisu, programator przez ok. 0,6s podtrzymuje w stanie załączenia przekaźnik PKl. Jeżeli w tym czasie nie zostanie odebrany kolejny rozkaz, styki przekaźnika zostaną rozłączone i programowany procesor AVR bez obaw można wyjąć
z podstawki. Wysłanie polecenia resetu programatora powoduje natychmiastowe rozłączenie styków i przejście programatora w stan oczekiwania na kolejny rozkaz.
Przykładowa sekwencja rozkazów, dotycząca zapisania do pamięci FLASH nowego programu dla sterownika AVR, a potem sprawdzenia czy zapis został dokonany poprawnie, może wyglądać następująco:
S, 0, 0, 0, 0, c (ustawienie początkowego adresu zapisu na OOh i typu pamięci na FLASH)
W,20h,d,...,d,c (zapis bloku 32 bajtów)... (zapis kolejnych bloków danych)
W,32,d,...,d,c
S,0,0,FFh,c (reset programatora)
S,0,0,0,0,c
R,20h,c (odczyt danych z pamięci programowanego procesora w celu weryfikacji)
R,20h,c
S,0,0,FFh,c (reset programatora)
Podany opis powinien okazać się wystarczający do napisania własnego programu sterującego pracą programatora. Wszystkim, którzy nie mają ochoty tworzyć go samodzielnie proponujemy jego funkcjonalną, prostą wersję pracującą w środowisku Windows95 (wchodzi w skład kitu).
Montaż i uruchomienie
Konstrukcja mechaniczna programatora jest bardzo prosta. Na płytce drukowanej (rozmieszczenie elementów na rys. 3) oprócz innych części znajdują się także podstawki do osadzania proceso-
Tab. 1.
Kod sterujący BajU Bajt2 Bajt3 Bajt4
Programing enable 1010 1100 0101 0011 xxxxxxxx xxxxxxxx
Chip erase 1010 1100 100xxxxx xxxxxxxx xxxxxxxx
Read Program Memory 0010 H000 xxxxxxaa bbbb bbbb OOOO 0000
Write Program Memory 0100 H000 xxxxxxaa bbbb bbbb iiiiiiii
Read EEPROM Memory 1010 0000 xxxxxxxx xbbb bbbb OOOO OOOO
Write EEPROM Memory 1100 0000 xxxxxxxx xbbb bbbb iiiiiiii
Write Lock Bits 1010 1100 111xx21x xxxxxxxx xxxxxxxx
Read Device Code 0011 0000 xxxxxxxx xxxxxxbb OOOO OOOO
gdzie: a, b binarnie określony adres pamięci z 'a' oznaczającymi starsze bity H bit określający czy chodzi o młodszy [0] czy starszy [1] bajt kodu programu (dane zapisywane są do pamięci programu jako bajty, natomiast w ALU przetwarzane jako 16-bitowe słowa), o dana odczytywana z wyjścia MISO i dana zapisywana do pamięci 1, 2 bity zabezpieczenia przed odczytem x ustawienie tak oznaczonego bitu nie jest istotne
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl, R2: 470O Kondensatory
Cl, C5, C6, C7, CIO: 47^F/1ÓV
C2, C3, Cli, C12: 27pF
C8, C4: lOOnF
CIO: 2,2jiF
Cl 3: 100|iF/25V
Półprzewodniki
Dl, D2: LED czerwona i zielona
D3: 1N4004
Ul: 89C2051 zaprogramowany
U2: MAX232
U3: 78L05
Różne
PKl: przekaźnik miniaturowy 5V
typu OMRON
Pl: złącze DB9 żeńskie do druku
Xl: ll,059MHz
X2: 4MHz
U4: precyzyjna podstawka DIP20
U5: precyzyjna podstawka DIP40
Uó: precyzyjna podstawka DIP8
rów AVR na czas programowania. Zastosowanie 3 typów podstawek pozwala programować niemal wszystkie typy układów. Dodatkowo sygnały interfejsu SPI wyprowadzone są na gniazdo JP2. Procesor przed rozpoczęciem programowania lub czytania należy umieścić w podstawce z odpowiadającą mu liczbą styków (na fotografii pokazana jest starsza wersja programatora, jedynie z dwoma typami podstawek). Wcześniej płytkę programatora należy połączyć z odpowiednim gniazdem portu RS komputera standardowym kablem oraz zasilić napięciem stałym o wartości 8..12V dołączanym do gniazda JPl.
Po uruchomieniu na komputerze programu sterującego i rozpoczęciu czytania lub zapisu procesora AVR, przekaźnik na płytce zostanie załączony, co sygnalizuje zapalenie się diody D2. Po zakończeniu programowania dioda zgaśnie i procesor może być wyjęty z podstawki. Jednocześnie może być programowany tylko jeden procesor. W programatorze najlepiej użyć podstawek ze złączami precyzyjnymi, które nie ulegną zniszczeniu na skutek częstego wkładania i wyjmowania programowanych procesorów. Ryszard Szymaniak, AVT
64
Elektronika Praktyczna 4/99
PROJEKTY
Programator - emulator mikrokontrolerów
AT89CxO51, część 2
kit AVT-498
Kończymy opis konstrukcji
programatora-em ulatora
procesorów AT89CxO51.
W tej części ańykuiu
prezentujemy sposób
podłączenia urządzenia do
komputera oraz zalecenia do
montażu i uruchomienia.
Oprogramowanie
Program dla procesora sterującego napisano w języku C (IAR Systems). W stanie spoczynkowym procesor oczekuje na bajty programu. Transmisja z komputera odbywa się z szybkością 4800 bodów. Słowo musi zawierać 8 bitów danych, bit parzystości (even) i dwa bity stopu. Ponieważ sterownik programatora nie ma możliwości zgromadzenia całego programu w pamięci buforowej, zastosowano inne rozwiązanie. Odebrane bajty są zapisywane w 50-elementowym buforze kołowym FIFO. Stąd, niemal na bieżąco, dane są przepisywane do pamięci FLASH. Transmisja programu rozpoczyna się od bajtu 02H. Jest to pierwszy bajt
PRZEJŚCÓWKA
DB25-DDB9
WTYK
(DO KABLA)
KABEL DO TRANSMISJI
GNIAZDO (DO PROGRAMATORA)
GNIAZDO
(DO KOMPUTERA LUB PRZEJŚCIOWA)
GNIAZDO (DO KOMPUTERA)
Rys. 4. Sposób wykonania kabli.
rozkazu LJMP, od którego musimy rozpocząć uruchamiany program. Poprawne odebranie takiego bajtu powoduje wykonanie sekwencji początkowej (Power-up Sequence). Sygnał INH przyjmuje wysoki, a PRÓG, XTALl/U i ABC niski stan logiczny. Po lOms jest ustawiane wyjście P3.2/U i kasowane wyjście INH. Kolejną czynnością jest wyczyszczenie całej pamięci FLASH. Wyjście P3.457/U jest kasowane, co powoduje następujące ustawienie wejść programowanego procesora: P3.3=H, P3.4=L, P3.5=L, P3.7=L. Sygnał PRÓG przyjmuje wysoki stan logiczny, co w połączeniu z zerem logicznym na wyjściu ABC powoduje podanie napięcia programującego +12 V na wejście RST procesora. Wówczas na wejściu P3.2 programowanego procesora pojawia się ujemny impuls o czasie trwania lOms. Po tym czasie napięcie programujące jest wyłączane (PROG=0), a po dalszych 2ms procesor z wykaso-waną pamięcią jest gotowy do programowania. Warto zwrócić uwagę, źe przez cały ten czas (około 25ms) dane przychodzące z komputera są gromadzone w buforze FIFO. Po wyczyszczeniu pamięci procesora rozpoczyna się zapisywanie bajtów nowego programu. Wyjście P3.457 jest ustawiane, co powoduje pojawienie się na wejściach P3.4, P3.5, P3.7
Elektronika Praktyczna 4/99
65
Programator - emulator mikrokontrolerow AT89CxO51
Rys. 5. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej.
stanu wysokiego, a na P3.3 stanu niskiego. Wyjście PRÓG również jest ustawiane, a na port Pl wystawiany jest zapisywany bajt. Krótki, ujemny impuls na wejściu P3.2 zezwala na wpisanie danej. Następnie wyłączane jest napięcie programujące (PROG=0). Ze względu na ograniczoną liczbę wejść, nie jest testowany pin P3.1 (RE-ADY/BUSY) programowanego procesora. Przyjęto maksymalny czas oczekiwania na zapisanie bajtu (Byte Write Cycle Time), gwarantowany przez producenta (2ms). Cykl zapisu jest pomijany, jeśli bajt do zapisania ma wartość FFH. Ostatnią czynnością jest inkrementowanie licznika bajtów dodatnim impulsem na wejściu XT ALi. Cykl ten powtarza się dla każdego odebranego bajtu. Jeśli wystąpi błąd parzystości, programowanie zostaje natychmiast przerwane. Programator przechodzi w stan oczekiwania nie gasząc diody LED3 (BUSY/ERROR). Należy wówczas powtórzyć transmisję. Po sekundzie od poprawnego odebrania ostatniego bajtu następuje ustawienie sygnału ABC i przyłączenie procesora do układu uruchamianego oraz odblokowanie kluczy przez skasowanie sygnału INH. Wynika z tego, że między nadawanymi z komputera bajtami programu nie mogą wystąpić przerwy dłuższe od
jednej sekundy. Przyjęta szybkość transmisji danych z komputera została zdeterminowana czasem programowania jednego bajtu pamięci programu i wynosi 4800 bodów. Do połączenia programatora z komputerem należy wykonać dwużyłowy kabel zakończony z jednej strony wtykiem DB9 lub DB25. Na drugim końcu znajduje się trójpinowe gniazdo do złącz igłowych. Schemat takiego kabla przedstawiono na rys. 4.
Do transmisji zbioru z komputera do programatora najprościej napisać plik wsadowy o krótkiej nazwie np. P.BAT. Przy założeniu, że korzystamy z pierwszego portu szeregowego, plik taki powinien zawierać ustawienie parametrów transmisji:
9MODE COM1 4800 El 8 I 2
i polecenie przesłania binarnego pliku z programem na port szeregowy:
9COPY /B %1 COM1
Wywołanie w DOS-ie wygląda następująco:
PIPROGRAM.BIN
Jeśli korzystamy z programu Norton Commander, możemy wykorzystując komendę Extension Fi-le Edit utworzyć w pliku EXT.MNU wiersz o następującej treści:
BIN P.BAT !:!\!.!
Dzięki temu każde "najechanie" na plik z rozszerzeniem .BIN i zatwierdzenie ENTER-em spowoduje przesłanie go do programatora.
W systemie WIN-DOWSi95 możemy również zastosować dwa rozwiązania. Pierwsze to nakazać systemowi otwieranie plików z rozszerzeniem * .BIN z programu P.BAT. Programowanie uruchamia się wówczas podwójnym klik-nięciem na pliku binarnym z uruchamianym programem.
Drugie rozwiązanie polega na utworzeniu skrótu do p liku P.BAT. We Właściwościach skró-
ZASILACZ SIECIOWY
B-12V
tu na karcie Program należy usta- wić "Uruchom: Zminimalizowane" i "Zamknij przy zakończeniu". W tym przypadku wystarczy "przeciągnąć" plik z programem w postaci binarnej na ikonę skrótu do P.BAT i "upuścić".
Zapewne w innych komputerach realizacja transmisji będzie równie prosta. W każdym przypadku przesłanie i wpisanie pliku o długości 2048 bajtów zajmuje niecałe 5s.
UWAGA: Programator nie sprawdza, czy liczba przesłanych bajtów wykracza poza pojemność pamięci procesora. Z jednej strony nakłada to na obsługującego programator obowiązek sprawdzenia, czy plik binarny nie jest za duży. Z drugiej strony programator umożliwia programowanie nowych procesorów, jak np. AT89C4051, wyposażonych w 4KB pamięci programu. A nie jest to z pewnością ostatnie słowo firmy Atmel...
Montaż
Uwaga: Przed rozpoczęciem montażu warto wyraźnie zaznaczyć mikroprocesor z zapisanym programem sterującym, aby nie pomylić go z procesorem przeznaczonym do programowania.
Wszystkie podzespoły programatora zamontowano na jednej, dwustronnej płytce drukowanej. Ze względu na znaczną liczbę
+5V
o
D2 EfflMOI
C4 lOOnF
7805 GND
O 20(Z1)
C5 lOOnF
r
RySi ó. Proponowany układ testowy.
66
Elektronika Praktyczna 4/99
Programator - emulator mikrokontrolerow AT89CxO51
otworów przejściowych, warto skorzystać z gotowej płytki z metalizowanymi otworami. Rozmieszczenie elementów przedstawiono na rys. 5. Montujemy kolejno: rezystory, diody, transoptor, podstawki pod układy scalone, kondensatory i złącza. Jako ostatnie wlutowuje-my przycisk, rezonator kwarcowy i diody świecące. Pod rezonatorem kwarcowym po stronie elementów przebiegają ścieżki, dlatego wluto-wując rezonator należy zastosować przekładkę z materiału izolacyjnego. Jeśli przewidujemy wykorzystanie układu jako zwykłego programatora, możemy zamiast zwykłej podstawki pod programowany procesor zamontować podstawkę typu ZIF (z dźwigienką). Najbardziej popularne podstawki ZIF firmy 3M/Textool mają dość szerokie wyprowadzenia i ich montaż na płytce może być nieco utrudniony. Znacznie tańsze, choć trudniejsze do zdobycia, są podstawki firmy Aries. Przewidując możliwość montażu podstawki Zl typu ZIF, pozostawiono na płytce drukowanej nieco więcej wolnego miejsca oraz zdublowano opis sitodrukowy wskazujący sposób wkładania programowanego procesora.
Uruchomienie
Uruchomienie jak zawsze rozpoczynamy od sprawdzenia poprawności montażu. Należy zwrócić baczną uwagę, czy przy lutowaniu nie powstały zwarcia miedzy polami lutowniczymi. Do uruchamiania będą niezbędne oba kable: emulacyjny i transmisyjny, tak więc teraz jest ostatni dzwonek, aby je wykonać. W pierwszym etapie wkładamy w podstawkę tylko układ przetwornicy U2. Po włączeniu napięcia zasilającego +5V z zewnętrznego zasilacza sprawdzamy, czy świeci dioda LED2 (POWER) i ewentualnie mierzymy napięcie na wyprowadzeniu 6(U2) lub na kondensatorze C3. Powinno ono wynosić od 11,4 do 12,6V. Upewniamy się, czy jest wlutowany transoptor TOl i podłączamy programator do komputera za pomocą przygotowanego wcześniej kabla transmisyjnego. W stanie spoczynku dioda LED1 (DATA) powinna pozostać zgaszona. W czasie nadawania dowolnego pliku dioda zacznie nierównomiernie świecić. Jest
to prawidłowy objaw, bowiem LEDl pokazuje bezpośrednio stan na linii TxD łącza szeregowego, który podczas trwania transmisji się zmienia. Przy przesyłaniu krótkiego programu to świecenie diody może wyglądać jak krótkie, ledwie zauważalne błyśniecie. Jeśli wszystko przebiegło poprawnie, wyłączamy napięcie zasilające, wkładamy w podstawki pozostałe układy scalone, pozostawiając na razie pustą podstawkę Zl. W takim stanie przeprowadzamy ponownie transmisję dowolnego pliku. Pierwszy nadany bajt (musi to być liczba 02 H) powinien zapalić diodę LED3 (BUSY/ER-ROR). Sekundę po nadaniu ostatniego bajtu dioda powinna zgasnąć. Jeśli tak się nie stało, to znaczy, że wystąpił błąd transmisji i musimy ją powtórzyć. Następnie w podstawkę Zl wkładamy procesor przeznaczony do zaprogramowania. Przykładowy program testujący TEST.ASM może mieć postać:
0000 ORG 0
0000 02 00 03 LJMP
0003
0003 43 87 02 ORLPCON,#02
Początkowy skok jest wymagany przez odbiornik szeregowy, bowiem jak wspomniano wcześniej, pierwszy odebrany bajt musi mieć wartość 02H. Dla sprawdzenia poprawności działania programatora niezbędny jest układ, który zapewni zasilanie, taktowanie i poprawny sygnał zerowania. Schemat takiego minimalnego układu przedstawiono na rys. 6. Wyłącznik SW2 służy do wyłączenia napięcia zasilającego przed wyciągnięciem programowanego procesora z podstawki. Oczywiście programator można również sprawdzić w dowolnym innym układzie, który spełnia trzy wymienione wcześniej warunki. W podstawkę takiego układu wkładamy wtyk emulacyjny. Po załączeniu zasilania programujemy procesor programem testującym w postaci binarnej TEST.BIN. Chwilę po zakończeniu programowania powinny zgasnąć diody BUSY/ERROR i RUN. Każdorazowe naciśnięcie przycisku RESET musi spowodować zapalenia diody RUN. Dzieje się tak dlatego, że zegar procesora startuje już przy aktywnym stanie na wejściu
RST. Natychmiast po zwolnieniu przycisku dioda zgaśnie, gdyż działanie programu testowego polega na wprowadzeniu procesora w stan Power Down. W tym stanie zegar procesora jest zatrzymany i dioda LED4 (RUN) gaśnie. Jeśli wszystko przebiegło pomyślnie, to właśnie staliśmy się posiadaczami bardzo przydatnego urządzenia, które zaoszczędzi nam masę czasu zwykle traconego na wyciąganie procesora, programowanie i ponowne wkładanie go z powrotem do podstawki. Nie mówiąc już o korzyściach, jakie daje możliwość skupienia się na uruchamianym programie bez rozpraszania uwagi na innych prozaicznych czynnościach. Aby jednak programator stał się w pełni przyrządem warsztatowym, należałoby go jeszcze - jak to określił jeden z uczestników internetowej Listy Dyskusyjnej EP - "ubrać w jakieś szatki". Tomasz Gumny, AVT
Elektronika Praktyczna 4/99
67
PROJEKTY
Uniwersalne moduły I2C
Moduł wyświetlacza LCD 31/2 cyfry kit AVT-809
Prezentujemy ostatni
z modułów systemu PC -
numeryczny wskaźnik 31/2
cyfry z wyświetlaczem LCD.
Dzięki zastosowaniu
specjalizowanego sterownika
firmy Philips programowanie
tego modułu w systemie
użytkownika będzie bardzo
proste.
Jakoś tak się przyjęło, źe jeśli wyświetlacz LCD 372 to koniecznie z ICL 7106. Natomiast układ mikroprocesorowy to nieśmiertelne multi-pleksowane 7-segmentowce LED albo od razu wyświetlacz alfanumeryczny. Są to rozwiązania dobre i sprawdzone, ale w pewnych okolicznościach 37 cyfry (to rzecz jasna określenie umowne - może być 4 lub 472 lub jeszcze inny) jest korzystniejsze:
- w urządzeniach bateryjnych, gdzie zależy nam na rzeczywiście znikomym poborze prądu, a przy tym na minimalnych, wymiarach i ciężarze;
- w złych warunkach oświetlenia i widoczności - LED jest słabo widoczny przy silnym oświetleniu (nasłonecznieniu), natomiast czytelność wartości liczbowych na typowym alfanumeryku jest zbyt mała z dużej odległości, z racji niewielkich wymiarów znaków (pomijam drogie wyświetlacze specjalizowane).
Na potrzeby prezentowanego w ar-lykule zestawu PC opracowano kilka układów sterujących wyświetlaczami LCD. Do prototypowego modułu wyświetlacza (rys. 1) zastosowano układ PCF8576T w obudowie VSO56 (w DIL nie występuje). Wymaga on znacznej precyzji w lutowaniu (raster 0,75 mm), ale w zamian dostajemy
"elegancki" płaski zespół o grubości niewiele większej niż wysokość wyświetlacza.
Układ praktycznie nie potrzebuje elementów dodatkowych - jedynym koniecznym jest Rl ustalający częstotliwość wewnętrznego oscylatora. Dodatkowe elemenly R2 i R3 służą do tłumienia zakłóceń na PC, a Cl do tłumienia zakłóceń zasilania.
Adres sprzętowy układu jest stały i nie przewidziano (z racji planowanych zastosowań) jego zmiany: A0, Al, A2 oraz SA0=Low.
Na wyprowadzenie VLCD podajemy napięcie zasilania wyświetlacza (podobnie jak w wyświetlaczach alfanumerycznych, napięcie przemienne zasilania segmentów jest formowane z różnicy VDD-VLCD). Do typowego wyświetlacza 3V2 cyfry zastosowałem VLCD=0V, co daje w trybie (stańc) pracy statycznej układu (o trybach za chwilę) amplitudę zasilania ok. 10V - kontrastowość jest bardzo dobra.
Wyprowadzenia BP0-BP3, to zasilania maks. 4 elektrod tylnych (back-planes), natomiast S0-S39 - zasilania 40 segmentów. Przy trybie statycznym wykorzystujemy jeden sygnał BP i łącznie możemy wyświetlić 40 segmentów. Przy maksymalnym mul-tipleksowaniu: 4*40=160 segmentów.
68
Elektronika Praktyczna 4/99
Uniwersalne moduły I2C
BOI B02 B03 B04 B05 BOB BO7 BOB BO9 B1O B11 B12 B13 B14 B15 B16 B17 BIB B19 B20
C3
A1O
AO7
mmfótótńtamm
DQDQmmSS
e 3 s
Rys. 1. Schemat elektryczny modułu klawiatury.
My wykorzystujemy tryb statyczny �o (jest on ustalany programowo).
A19 Ta nadmiarowość nie jest wadą,
A18 bo multipleksowanie może prowadzić
(w zależności od typu wyświetlacza) do znacznego spadku kontrastu (o A16 tym wiedzą użytkownicy niektórych
A15 modeli mierników Metex). W tym
AH trybie sygnały na wszystkich wypro-
A13 wadzeniach BP są współbieżne
A12 i można je połączyć dla zwiększenia
wydajności wyjścia - tutaj nie jest to potrzebne i BP1-BP3 pozostały wolne. Wyprowadzenie BPO łączymy z pojedynczą elektrodą wspólną BP wyświetlacza. Należy tylko pamiętać, że niektóre wyświetlacze 3V2 cyfry mają elektrodę BP dołączaną do pinów 1 i 40 (wewnętrzne połączenie rzędu kilku kQ) - ścieżkę do pinu 40 należy wtedy przeciąć. Wyprowadzenie elektrody BP na pin 1 jest w zasadzie jedynym warunkiem, jaki musi spełnić wyświetlacz montowany na tej płytce. Wyprowadzenia segmentów mogą być dowolne, bo i tak sterujemy nimi programowo.
Montaż, jak zaznaczono, wymaga precyzji oraz odpowiednich narzędzi. Po wlutowaniu elementów SMD koniecznie (!) kontrolujmy jakość etapowego montażu (przejścia i zwarcia). Wyświetlacz osadzamy możliwie nisko, ale tak, żeby nie był dociśnięty g? do 8576, może to być widoczne. g Sprawdzamy też na wszelki wypadek czy pozycja wyświetlacza jest dobra (na ogół pod pewnym kątem pod światło można dostrzec zarysy segmentów).
Lutujemy delikatnie od strony druku i odcinamy wystające końcówki wyprowadzeń równo z płytką. Dobrze jest na odwrocie opisać punkty lutownicze - zaoszczędzi to później szperania w dokumentacji podczas montażu modułu budowanego urządzenia.
Przy zastosowaniu płytki jednowarstwowej, jak w prototypie, musimy jeszcze w pierwszym etapie montażu określić częstotliwość oscylatora, czyli wartość Rl. W większości typowych zastosowań Rl=180kQ. Wtedy częstotliwość taktowania wynosi ok. 200kHz, a pobór prądu jest rzędu 0,2 mA.
Przewidziany jest też tryb oszczędny (Rl=l,2MQ): częstotliwość taktowania jest 6 razy mniejsza, a prąd zasilania ok. 3-krotnie mniejszy.
W trybie oszczędnym zachowana jest (poprzez zmniejszenie podzielnika) częstotliwość zasilania segmentów
Elektronika Praktyczna 4/99
69
Uniwersalne moduły I2C
Rys. 2. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej modułu minisygnalizatora LED.
(ok. 64 Hz), natomiast ulega spowolnieniu transmisja PC (z tym, że jeśli układ nie nadąża z odbiorem, przytrzymuje na chwilę magistralę ustawiając SCL w stan niski - dane są przesłane wolniej, ale nie są tracone).
Sterowanie programowe modułu nie jest już rzecz jasna takie proste, jak w poprzednich układach. Zacznijmy od różnic w wywołaniu układu. Dla 8576 przewidziano dwa adresy bazowe różniące się stanem wejścia SAO:
0 1110 0 SAO R/W(0)
Po takim wywołaniu zgłaszają ACK wszystkie podłączone układy ze zgodnym SAO. Wybór konkretnego układu (na podstawie bitów A0, Al, A2) odbywa się w ramach następujących po wywołaniu komend.
Bajty komend mają następującą strukturę: siedem młodszych bitów określa treść komendy, natomiast bit najstarszy informuje, czy będą dalsze komendy (MSB=1), czy też komenda jest ostatnia i dalej będą już dane do wyświetlenia (MSB=0). Układ 8576 rozpoznaje następujące komendy:
1. Ustawienie trybu pracy:
MSB 1 0 LP E B Ml MO Znaczenie bitów jest następujące:
LP: 0 - praca z normalną częstotliwością, 1 - praca oszczędna ze zmniejszoną częstotliwością.
E: 0 - wyświetlacz wygaszony, 1 -normalne wyświetlanie.
B: 0 - dodatkowy podział napięcia 1/ 3, 1 - dodatkowy podział napięcia 1/2 (układ posiada wewnętrzny przełączany dzielnik, który pozwala jak najlepiej dopasować poziomy napięć w trybach multipleksowa-nych, w trybie statycznym nie jest to istotne).
Ml, MO: 01 - tryb statyczny
10 - multipleksowanie 1:2
11 - multipleksowanie 1:3 00 - multipleksowanie 1:4
W naszym przypadku wysyłamy MSB 1001001.
2. Ładowanie wskaźnika danych (podanie adresu wewnętrznego RAM, od którego zacznie się zapis przekazanych danych, wartość 6-bitowej liczby P5-P0 z zakresu 0-39):
MSB 0 P5 P4 P3 P2 Pl PO Wysyłamy MSB 0 0 0 0 0 0 0.
3. Wybór układu, który ma przyjąć przesłane do wyświetlenia dane.
MSB 1 1 0 0 A2 Al A0 Wysyłamy MSB 110 0 0 0 0.
4. Wybór banku pamięci RAM. Wewnętrzny RAM jest skonfigurowany jako 40*4 bity wykorzystywane i ładowane zależnie od wybranego trybu pracy. W trybie statycznym możemy oddzielnie załadować i wyświetlić 2 komplety danych.
MSB 1 1 1 1 0 BI BO BI: wybór banku wejściowego (do
załadowania danych) BO: wybór banku wyjściowego (do wyświetlenia).
Podczas konfigurowania układu możemy dla porządku wysłać MSB 11110 0 0, chociaż banki są zerowane podczas resetu przy włączeniu zasilania.
5. Uruchamianie samoczynne (bez ingerencji programowej) migotania wyświetlacza:
MSB 1 1 1 0 A BF1 BFO BFl, BFO: 0 0 miganie wyłączone
0 1 2Hz
1 0 lHz
1 1 0,5Hz A: 0 - zwykłe migotanie
1 - przełączanie alternatywnych banków RAM.
Komendy są przyjmowane i potwierdzane przez wszystkie układy ze zgodnym bitem SAO, dlatego będą one skonfigurowane jednakowo.
Dane do wyświetlenia mają w trybie statycznym postać 5 bajtów wysłanych kolejno po ostatniej komendzie (czyli komendzie z wyzerowa-nym MSB) i ładowanych przez wybrany układ do wybranego banku RAM od wybranego adresu. Przypisanie kolejnych bitów danych do wyprowadzeń segmentowych jest następujące:
Wysyłane są kolejno bajty danych:
1, 2, 3, 4, 5 (od msb do lsb) są przypisane segmentom:
S0... 7 S8..............................S39
Natomiast sprzętowe znaczenie każdego bitu zależy od rodzaju wmontowanego wyświetlacza i od projektu
płytki drukowanej. Dla prezentowanego prototypu kodowanie jest następujące:
Bajt: bit/segment 76543210
1 minus 1 nc nb 3e dp2 2c 2d
2 2e dpi nc nc 3d 3c dp3 4e
3 4d 4c 4b nc 4a 4f 4g 3b
4 3a 3f3g dwukropek 2b 2a nc plus
5 LoBatnc nc nc nc nc 2g 2f
(uwaga: występujących rozbieżności ze schematem ideowym, rysowanym dla nieco innego wyświetlacza i płytki, nie aktualizowałem, bo nie ma to znaczenia dla pracy modułu).
Sposób translacji liczby zapisanej jako łańcuch ASCII na sprzętowy kod naszego wyświetlacza jest przedstawiony w oprogramowaniu przykładowego urządzenia zbudowanego z użyciem modułu.
Układ PCF8576 został powyżej opisany skrótowo - pod kątem wykorzystania do naszych potrzeb. Po więcej informacji (np. dotyczących szczegółów multipleksowania, pracy kaskadowej, zewnętrznego taktowania itd.) należy sięgnąć do karty katalogowej .
I na koniec opisu modułów składowych zestawu jeszcze ogólna uwaga: moduły nie mają żadnych zabezpieczeń przed błędami montażowymi (nadmierne napięcie, odwrócenie polaryzacji, zamiana wyprowadzeń). Sprawdzajmy więc wszystkie połączenia dokładnie przed włączeniem zasilania!
Przed budową docelowego urządzenia dobrze jest też sprawdzić poprawność pracy przygotowanych modułów - np. przy pomocy któregoś z prezentowanych w EP testerów, aby uniknąć przykrych i trudnych do zlokalizowania niespodzianek w trakcie uruchamiania oprogramowania. Jerzy Szczesiul, AVT
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl: 180kQ lub 1,2MQ SMD1206
(wg opisu w tekście)
R2, R3: 330O SMD1206
Kondensatory
Cl: lOOnF ceramiczny SMD1206
Półprzewodniki
Ul: PCF8576T
DIS1: wyświetlacz LCD 3V2 cyfry
(BP na pinie 1)
TO
Elektronika Praktyczna 4/99
MINIPROJEKTY
Wspólną cechą układów opisywanych w dziale "Mlnlprojekty" jest łatwość Ich praktycznej realizacji. Na zmontowanie i uruchomienie układu wystarcza zwykle kwadrans. Mogą to być układy stosunkowo skomplikowane funkcjonalnie, niemniej proste w montażu i uruchamianiu, gdyż Ich złożoność i Inteligencja jest zawarta w układach scalonych. Wszystkie projekty opisywane w tej rubryce są wykonywane i badane w laboratorium AVT. Większość z nich wchodzi do oferty kitów AVT jako wyodrębniona seria "Mlnlprojekty" o numeracji zaczynającej się od 1000.
Stereofoniczny wzmacniacz słuchawkowy
Układ, którego
budowę chciałbym
zaproponować moim
Czytelnikom ma bardzo
ważne i interesujące
zastoso wanie. Pozwoli
uniknąć wielu
nieporozumień i kłótni
rodzinnych
czy małżeńskich,
a przez to znacząco
wpłynie na
zmniejszenie liczby
rozwodów i separacji.
Bowiem nawet idealnie
dobrane małżeństwo
nie zawsze jest zgodne
co do poziomu
natężenia dźwięku
podczas wspólnego
słuchania muzyki.
Proponowany układ umożliwia dwóm osobom słuchanie za pośrednictwem słuchawek dźwięku pochodzącego ze wspólnego źródła, np. walkmana lub disc-mana. Poziom natężenia dźwięku możemy regulować niezależnie dla każdego ze słuchaczy za pomocą potencjometrów obrotowych.
Jak przystało na "rasowy" mini projekt, układ wzmacniacza jest bardzo prosty i jego wykonanie nie przysporzy kłopotów nawet zupełnie niedoświadczonemu ko nstr ukt or ow i.
do słuchania muzyki za po-śr ed-n i c t
w e słucha-w e k . Układy TDA7 050 charakteryzują się bardzo małym poborem prądu i mogą poprawnie pracować w zakresie napięć zasilania od 1,6 do 6VDC (typowo 3,2V). Moc oddawana do obciążenia wynosi 35mW (przy na-
Układ może być zasilany napięciem stałym o wartości z podanego wyżej przedziału, z tym, że zalecam zastosowanie dwóch baterii typu R6.
CON1
Rys. 1.
Opis działania układu
Schemat elektryczny proponowanego układu pokazano na rys. 1. Niewiele jest tutaj do omawiania i tłumaczenia. W układzie zastosowano dwa podwójne wzmacniacze typu TDA7050, opracowane przez firmę Philips z myślą o stosowaniu ich w zasilanych bateryjnie odbiornikach radiowych i magnetofonach, przeznaczonych
pięciu 3V i słuchawkach o oporności 32C1), co aż nadto wystarczy do kompletnego ogłuszenia słuchacza. Bardzo miłą cechą tych wzmacniaczy jest to, że do działania nie potrzebują żadnych elementów zewnętrznych.
Do regulacji siły głosu służą dwa podwójne potencjometry Pl i P2.
Elektronika Praktyczna 4/99
75
MINIPROJEKTY
Montaż i uruchomienie
Na rys. 2 pokazano rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej. Mozaika ścieżek płytki znajduje się na wkładce wewnątrz numeru.
Montaż układu wykonujemy według ogólnie znanych zasad, rozpoczynając od elementów o najmniejszych gabarytach, a kończąc na wlutowaniu kondensatorów elektrolitycznych. Pod układy scalone warto zastosować podstawki. Płytka obwodu druko-
wanego nie została zwy-miarowana pod konkretną obudowę, ale biorąc pod uwagę jej niewielkie rozmiary przypuszczam, że bez trudu znajdziecie jakieś efektowne pudełeczko, w którym umieścicie
wzmacniacz.
Układ zmontowany ze sprawdzonych elementów nie wymaga jakiegokolwiek uruchamiania ani regulacji i działa natychmiast poprawnie. RR
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Pl, P2: potencjometr
obrotowy podwójny 47k /B
Rl, R2, R3, R4: 22Q
Kondensatory
Cl, C2, C5, Có: 680nF
C3, C4, Cl, C8, CIO:
C9: lOOnF
Półprzewodniki
IC1, IC2: TDA7050 (DIL)
Różne
*CON1, CON2: gniazdko
minijack stereo
*Wtyk minijack stereo CON3
*Koszyk na dwie baterie R6
*Włqcznik miniaturowy
' - nie wchodzi w skład kitu
Płytka drukowana wraz z kompletem elementów jest dostępna w AVT - oznaczenie AYT-1227.
Elektronika Praktyczna4/99
MINIPROJEKTY
Dodatkowy układ przywoławczy do telefonu
Proponowany układ
jest dedykowany przede
wszystkim osobom o nie
najlepszym słuchu oraz
tym, którzy np. podczas
pracy "zapominają
o bożym świecie".
Współcześnie
produkowane,
nowoczesne aparaty
telefoniczne mają jedną
wspólną cechę, która
dla wyżej wymienionych
osób może okazać się
wadą: stosunkowo słaby
sygnał przywołania. Pod
tym względem tradycyjne
aparaty z donośnym
dzwonkiem miały nad
nimi zdecydowaną
przewagę.
Najczęściej posiadamy w domu tylko jeden aparat telefoniczny, którego sygnał przywołania może być słabo słyszalny podczas przebywania w odległym pomieszczeniu. Nasz układ możemy dołączyć do linii telefonicznej w dowolnym miejscu, niekoniecznie w pobliżu aparatu telefonicznego, co pozwoli na objęcie całego mieszkania lub domu zasięgiem sygnału przywołania telefonu.
Jak przystało na minipro-jekt, proponowany układ odznacza się wielką prostotą i może być wykonany nawet przez zupełnie początkujących elektroników. Zaprojektowany został z wykorzystaniem typowych, łatwo do-
CON2
stępnych i tanich elementów.
Opis działania układu
Schemat elektryczny proponowanego układu pokazano na rys. 1. Dla wygody możemy podzielić go na dwa bloki
funkcjonał- ___
ne: układu detekcji sygnału przywołania, występującego w linii telefonicznej, i układu wykonawczego, generującego dźwięk o dużym natężeniu
i odpowiednim czasie trwania. Zacznijmy od omówienia działania układu detek-
cji.
Linia telefoniczna dołą-
Rys. 1.
401 OB
76
Elektronika Praktyczna 4/99
MINIPROJEKTY
Rys. 2.
czona jest do złącza C0N1. W stanie oczekiwania na przewodach telefonicznych występuje napięcie ok. 60VDC, natomiast sygnał "dzwonienia" jest po prostu ciągiem impulsów o amplitudzie 60V. Wydawałoby się więc, że wystarczy zbudować prosty układ wykrywający fakt wystąpienia w linii telefonicznej takich impulsów, który następnie uruchamiałby nadajnik radiowy.
Niestety, nie jest to takie proste i w praktyce będziemy musieli zastosować nieco bardziej złożone rozwiązanie. Prosty detektor występowania impulsów prostokątnych w linii telefonicznej byłby wystarczający tylko w przypadku, kiedy bylibyśmy jedynymi użytkownikami telefonu w naszym domu. Tak jednak najczęściej nie jest i zastosowanie takiego detektora prowadziłoby do sytuacji, w których bylibyśmy wzywani do telefonu także w momencie wybierania numeru przez innego jego użytkownika. Wybieranie numeru telefonu w systemie impulsowym powoduje bowiem także wytwarzanie w linii telefonicznej impulsów o częstotliwości ok. lOHz. Na szczęście ich częstotliwość oraz czas trwania jest znacznie mniejszy i fakt ten możemy wykorzystać do budowy detektora rozróżniającego czy ktoś próbuje się do nas dodzwonić, czy też ktoś z domowników
Elektronika Praktyczna 4/99
pragnie skorzystać z aparatu telefonicznego.
Impulsy powstające w linii telefonicznej poddawane są detekcji w układzie z prostownikiem pełnookreso-wym BRl i kondensatorem C2. Wartości C2 i R2+PR1 zostały dobrane tak, że podczas wybierania numeru telefonu C2 nie zdąży naładować się do napięcia powodującego przewodzenie diody LED zawartej w strukturze tran-soptora ICl.
Włączenie diody LED trans o pt ora powoduje przewodzenie tranzystora zawartego w tym układzie i w konsekwencji pojawienie się opadającego zbocza na wejściu wyzwalającym multi-wibratora monostabilnego IC2A. Wygenerowany zostaje impuls o czasie trwania określonym pojemnością C3 i rezystancją R3. Z wartościami elementów takimi jak na schemacie, czas trwania tego impulsu wynosi ok. 3s. Wysoki poziom logiczny z wyjścia Q uniwibratora jest podawany na wejście 1 bramki IC3A, powodując rozpoczęcie pracy przez zbudowany na tej bramce generator. Częstotliwość pracy tego generatora określona jest pojemnością C4 oraz rezystancją R5 i z wartościami elementów takimi jak na schemacie wynosi ok. lHz. Impulsy prostokątne generowane przez IC3A powodują cykliczne włączanie drugiego generatora, zbudowanego z wykorzystaniem bramki
ru montażowego PRl do częstotliwości rezonansowej przetwornika pie-
zoelektrycznego (ok. 3,5kHz).
Z inwerterów IC4A..IC4D zbudowane zostało "coś w rodzaju" wzmacniacza B T L, st ero w an eg o sy gna łe m z wyjścia bramki IC3B i odwróconym w fazie sygnałem z wyjścia inwertera IC4E. Do wyjścia tego wzmacniacza został dołączony przetwornik piezoceramiczny o wyjątkowo dużej sprawności.
Układ może być zasilany napięciem stałym z zakresu odpowiedniego dla układów CMOS4000. Ponieważ w stanie spoczynku układ praktycznie nie pobiera prądu, sugerowałbym zastosowanie zasilania bateryjnego 9V.
Montaż i uruchomienie
Na rys. 2 pokazano rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej urządzenia. Mozaika ścieżek znajduje się na wkładce wewnątrz numeru.
Z pozoru płytka została zaprojektowana w sposób wyjątkowo nonszalancki, z pozostawieniem dużych obszarów wolnego miejsca. Taka rozrzutność została jednak spowodowana chęcią dopasowania wymiarów płytki do rozstawu kołków mocujących w obudowie typu KM33, wprost idealnie nadającej się do "zapakowania" w nią naszego układu.
Montaż układu wykonujemy według ogólnie znanych zasad, rozpoczynając od elementów o najmniejszych gabarytach, a kończąc na w lutowaniu kondensatorów elektrolitycznych. Pod układy scalone warto zastosować podstawki. Zmontowany ze sprawdzonych elementów układ nie wymaga uruchamiania, ale jedynie l ł dk
IC3B, który wytwarza sygnał regulacji czułości detektora o częstotliwości sygnału przywołania i dopa-akustycznej, dopasowanej za pomocą po-
sowania częstotliwości pracy generatora akustycznego do częstotliwości rezonansowej przetwornika piezo.
Zmontowany nadajnik dołączamy do zasilania i do linii telefonicznej. Aby wykonać Ś i regulację, naj-
V||^ prościej bę-łKr '^i dzie poprosić kogoś ze z na j o m y c h o wy kr ęcenie naszego numeru telefonu, uprzedza-
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
PRl, PR2: potencjometr
montażowy miniaturowy
20 kO
Rl: 220O
R2, R7: l,2kG
R3: 8,2MO C)
R4: lOOkO
R5: 220kO
Ró: 15kO
Kondensatory
Cl: 100nF/250V
C2, CÓ: 100uF/50V
C3: luF
C4: 470nF
C5: 47nF
C7: lOOnF
Półprzewodniki
BRl: mostek prostowniczy
1A/1OOV
ICl: CNY17
IC2: 4098
IC3: 4093
IC4: 401 00
Różne
CON1, CON2: ARK2
Ql przetwornik piezo Obudowa typu KM33 Złqcze do baterii 9V Sl: przełącznik dżwigienkowy
Płytka drukowana wraz z kompletem elementów jest dostępna w AVT - oznaczenie AVT-1225.
jąc że nie będziemy podnosić słuchawki. Wyjmujemy z podstawki transoptor ICl i do punktów lutowniczych odpowiadających wyprowadzeniom 1 i 2 przylutowuje-my czerwoną diodę świecącą LED. Ustawiamy PRl na minimum czułości i kiedy odezwie się sygnał przywołania obserwujemy diodę. Najprawdopodobniej dioda nie zapali się, a my pokręcając potencjometrem montażowym PRl musimy postarać się "złapać" moment, w którym układ zacznie reagować błyskaniem diody LED na kolejne sygnały przywołania. Po zabezpieczeniu PRl przed przypadkowym przesunięciem możemy przejść do regulacji częstotliwości pracy generatora akustycznego, której dokonamy za pomocą potencjometru montażowego PR2 "na słuch", starając się uzyskać maksymalne (lub pożądane) natężenie dźwięku generowanego sygnału. Andrzej Czarnecki
77
NOWE PODZESPOŁY
Szerokopasmowy, różnicowy tor transmisji analogowej ra analog
DEVICES
ANALOG
-18V
SSM2143
Rys. I.
Dużą odpornoSć na szumy przy przesyłaniu sygnału analogowego na duże odleg-łoSci zapewnia wykorzystanie różnicowej linii transmisyjnej. Firma Analog Devices opracowała specjalnie do tego typu aplikacji dwa układy: jeden spełniający rolę różnicowego nadajnika z wejSciem nie syme trycznym (SSM2142), a drugi rolę różnciowego odbiornika z wyjSciem niesymetrycznym (SSM2143 - rys. 1).
Torem przesyłowym zbudowanym w oparciu o te układy można przesy- Rys. 2.
lać sygnały analogowe w paśmie 20Hz..20kHz, przy poziomie zniekształceń nieliniowych poniżej 0,006% i amplitudzie 10V (na obciążeniu 600H). Zarówno nadajnik jak i odbiornik charakteryzuje się dużą szybkoScią narastania sygnału na wyjSciu SVR (odpowiednio 15V/[is oraz 10V/[is), co ułatwia przesyłanie sygnałów o dużych amplitudach i kształcie zbliżonym do prostokątnego. Na rys. 2 przedstawiono przykład toru transmisyjnego audio.
Nadajniki SSM2142 są dostępne w dwóch typach obudów: DIP8 oraz SOIC16, a odbiorniki występują w obudowach DIP/SOIC8. Przedstawione w notatce układy mogą pracować w zakresie temperatur -4O..+85�C.
Przedstawicielem Analog Devices w Polsce jest firma Alfine (tei. (0-61) 820-58-11).
-1BV
Miniaturowe transformatory do współpracy z układami MAX253
newportw
Transformatory te pracują w zakresie temperatur: -40 +85�C. Napięcie przebicia izolacji wynosi powyżej 6kVDC. Produkowane są wersje o napięciach wejSciowych 3,3V i 5V.
Każdy z transformatorów zawiera specjalny toroidalny obwód magnetyczny, który minimalizuje zewnętrzne pole magnetyczne. Po-
zwala to na montowanie ich blisko elementów nawet bardzo wrażliwych na pole magnetyczne.
Dostępne są wykonania w obudowach do montażu przewlekanego oraz SMD. Wersja do 6kV posiada certyfikat EN60950.
Dystrybutorem Newport Components w Polsce jest firma JMelektronik (tel. [phone]).
http://www.newport-comps.com/
Rys. 3.
Elektronika Praktyczna 4/99
79
NOWE PODZESPOŁY
Wzmacniacz o programowalnym wzmocnieniu firmy
Układ MAX3510 (rys. 4) - najnowszy produkt firmy Maxim - to programowalny wzmacniacz mocy przeznaczony do aplikacji upstream CATV. Podłączony do kabla poprzez transformator o przekładni napięcio-
SHDN Voci
VIN+
VIN-
Rys. 4.
CS SDA SCLK
wej 2:1, dostarcza ciągłej fali wyjSciowej do 64dBmV. Wzmocnienie układu jest regulowane w krokach co ldB poprzez 3-przewodowy interfejs szeregowy. Zakres czę-stotliwoSci pracy wynosi 5..65MHz.
Układ MAX3510 VOUT-m�żna wprowadzić w tryb trans-mit-disable, w któ-CDCT2 rym jest wyłączany stopień wyj-Sciowy, co mini-
----VOUT+ malizuje szumy
pomiędzy paczkami danych przy multipleksowanej transmisji z po-
___Vcci działem czasu
(TDMA). WyjScie -----"DCEN układu jest w stanie wysokiej izolacji zachowując do-I pasowanie do im-pedancji kabla 75H.
CExn
/l/l/J XI/l/l
Stany przejSciowe wyjScia przy włączaniu i wyłączaniu trybu transmit-disable wynoszą typowo 7mV przy pełnym wzmocnieniu. Pobór prądu w tym trybie jest zredukowany do 25mA.
Układ można wprowadzić w jeden z dwóch trybów zmniejszonego poboru mocy: software-shutdown (wyłącza zasilanie wszystkich obwodów analogowych zachowując zaprogramowane ustawienie wzmocnienia) i shutdown (wyłącza wszystkie obwody i redukuje pobór prądu do mniej niż 10[iA). W każdym trybie wyjScie pozostaje dopasowane do obciążenia.
MAX3510 jest dostępny w 20-wyprowadzeniowej obudowie QSOP. Jest zasilany pojedynczym napięciem 5V i może pracować przy temperaturach z zakresu -4O...+85�C.
Przedstawicielem Maxima w Polsce jest firma SE Spezial Electronic (tel. [phone]).
http://209.1.238.250/arpdf/1921.pdf
Inwertery napięcia z przełączanymi pojemnościami i stabilizowanym wyjściem
Jedną ze specjalnoSci firmy Linear Technology są różnego rodzaju układy do przetwarzania napięcia. Jej ostatnim opracowaniem w tej dziedzinie są układy LTC1550/ LTC1551 - konwertery DC/DC z przełączanymi pojemnoSciami, przetwarzające dodatnie napięcie wejSciowe 4,5..6,5V na stabilizowane napięcie ujemne, ustalone (-4,IV) lub regulowane - zależnie od wersji (rys. 5).
Poza generatorem 900kHz, pompą ładunku i liniowym stabilizatorem napięcia, zawierają dodatkowy komparator. WyjScie REG sterowane przez ten komparator uaktywnia się, gdy napięcie wyjSciowe układu jest w zakresie stabilizacji.
Głównym zastosowaniem układów są nadajniki telefonów komórkowych lub innych przenoSnych urządzeń radiowych zbudowane z użyciem tranzystorów FET z arsenku galu. W aplikacjach tych wytwarzają ujemne napięcie polaryzacji bramki. Wewnętrzny komparator zapewnia odpowiednią kolejnoSć dołączania napięcia do FET-ów GaAs, które wymagają właSciwego ujemnego napięcia polaryzującego na bramce zanim napięcie zostanie przyłożone do drenu. Zabezpiecza to drogie tranzystory FET GaAs przed pracą bez nasycenia, przegrzaniem i możliwym uszkodzeniem.
Duża częstotliwość pracy wewnętrznej pompy ładunku (900kHz) umożliwia zastosowanie niewielkich zewnętrznych kondensatorów i ułatwia utrzymanie małych tętnień
na wyjSciu (typowo poniżej lmVpp). Dołączane są jedynie cztery zewnętrzne kondensatory. Wersja o regulowanym napięciu wy-jSciowym, z dwoma dodatkowymi zewnętrznymi rezystorami dzielnika, umożliwia sterowanie mocą nadajnika, np. jej zmniejszenie w pobliżu stacji bazowej w przypadku telefonu komórkowego. Wysterowanie wejScia SHDN przestawia układ w tryb shutdown, w którym pobór prądu zmniejsza się do 0,2[iA. Przy napięciu zasilania 5V i wyj-Sciowym -4,IV, układ może dostarczyć do obciążenia do lOmA. Stabilizacja napięciowa układu wynosi ą5%.
TECHNOLOGY
Wersje układów o regulowanym napięciu wyjSciowym są montowane w 16-wyprowa-dzeniowych obudowach SSOP, a wersja o napięciu ustalonym -4,IV jest dostępna w obudowie SO-8.
Przedstawicielami Linear Technology w Polsce są firmy: Elbatex (tel. [phone]), Macropol (tel. [phone]) i Eurodis (tel. (0-71) 67-57-41).
http://www.linear.com/pdf/15501fa.pdf
CLK SOOkHz
Rys. 5.
80
Elektronika Praktyczna 4/99
NOWE PODZESPOŁY
Półprzewodnikowy, cyfrowy rejestrator temperatury firmy
Po raz kolejny Dallas połączył w jednej półprzewodnikowej strukturze skrajnie odmienne moduły, które razem tworzą niezwykle interesujący układ. Tym razem jest to cyfrowy rejestrator temperatury, który umożliwia jej pomiar w zakresie -4O..+85�C z rozdzielczością 0,5�C. Dokładność miernika temperatury wynosi ą2�C. Aby powstał rejestrator niezbędny jest zegar wyznaczający podstawę czasu pomiarów. W układzie DS1615 (rys. 6] zegar RTC wyznacza sekundy, minuty i godziny, a także dzień miesiąca, miesiąc i dzień tygodnia z uwzględnieniem roku przestępnego.
Pomiary temperatury można prowadzić w programowanych odstępach czasu 1.. 255 minut. Ostanie 2048 pomiarów (prawdziwy dziennik logów!] zapisywane jest do nieulot-nej pamięci RAM. Jest ona podzielona na 32-komórkowe pakiety, dzięki czemu odczyt danych jest łatwy i dość szybki. Układ samoczynnie tworzy histogram pomiaru, który jest także zapisywany w nieulotnej pamięci RAM.
Dodatkową możliwością aplikacyjną układu DS1615 jest termostat o programowanych przez użytkownika progach. Dwa wyjścia układu pozwalają sterować zewnętrzną grzałką lub elementem chłodzącym.
Układy DS1615 zostały wyposażone przez producenta w rejestr typu ROM, zawierający niepowtarzalny numer seryjny ukł ad u , co
DALLAS
SEMICONDUCTOR
umożliwia identyfikację rejestratora.
Wymiana danych pomiędzy układem a otoczeniem możliwa jest na dwa sposoby:
- poprzez asynchroniczny port szeregowy RS232 z szybkością 9600b/s;
- poprzez synchroniczny, 3-przewodowy port szeregowy, zbliżony do SPI.
O poprawność transferu danych dba wbudowany generator sumy kontrolnej CRC.
Układy DS1615 są dostępne w dwóch wersjach obudów: SOIC16 oraz DIP16.
Przedstawicielami Dalia sa w Polsce są firmy; WG-EIectronics {tel. {0-22} 621-77-04} oraz Soyter {tel. {0-22} 835-30-04}.
HBT-
smiM.
INTBWCE
MBrtOW FUMCTłJM CCNTTOL
xz
OSCILLATOR
AND DMDBł
INTBWALK1C AKJCONTTOL
___ar-
INSPEC Ś
OUTSFEC -
INT*
CONTROL LOGIC
MMOIH
TBrfPBWURE
FOGAK1 CONTROL REGIHTERS
U9ERWFWM
OPTIONN-BBtALNUliBm
ALAFMT1MEBTMIP
JWDDURffliON LOOGlNfl IEM0HY
HISTOGRAM MBKIW
TBiFBWUFE LOQQINQ HBJOłTI'
Rys. ó.
Przetwornice do zastosowań telekomunikacyjnych firmy
Firma Newport Components wprowadziła do produkcji serię trój wyjściowych przetwornic oznaczanych NMT. Przetwarzają one napięcia 5 lub 12V na -24V, -48V i -72V. Maksymalna moc pobierana z wyjść wynosi 3W, a napięcie przebicia izolacji minimum lkVDC. Układy tej serii zostały skonstruowane z myślą o takich aplikacjach jak karty interfejsu SLIC dla PC, układy dostępu ISDN oraz FITL/RITL. Przetwornice są zamykane w obudowie SIP8 o wymiarach 22x9x11 mm, co gwarantuje bardzo dobry stosunek gabarytów do możliwości.
newporiw
Dystrybutorem Newport Components w Polsce jest firma JMelektronik {tel. {0-32} 230-87-41}.
h ttp ://www. newp ort-com ps. co m/
Elektronika Praktyczna 4/99
S1
NOWE PODZESPOŁY
Jednoprzewodowy konwerter A/C firmy JŁ DALLAS
nW SEMICONDUCTOR
Dallas opracował kolejny, bardzo interesujący układ scalony wyposażony w jednoprzewodowy interfejs 1-Wire, dobrze znany Czytelnikom EP m.in. z immobilizerów, których opisy publikowaliśmy. Nowością jest uldad DS2450 (rys. 7] spełniający rolę cztero wejściowego przetwornika A/C o programowanej (1..16 bitów] rozdzielczości pomiaru. Może on bezpośrednio mierzyć napięcia z przedziałów 0.. 2,56 i O..5,12V. Każde z wejść analogowych ma przypisany rejestr referencyjny, który służy do wpisania wartości odniesienia, służącej porównaniu wyniku przetwarzania z wartością zadaną przez użytkownika. Wynik porównania może powodować wywołanie przerwania. Odczyt i zapis danych w układzie DS2450 opisany
jest identycznym protokołem, jak w przypadku innych układów z interfejsem 1-Wire. Typowa szybkość transferu danych wynosi I6,3kb/s, lecz interfejs zastosowany w DS2450 umożliwia osiągnięcie szybkości ok. 142kb/s.
Układy DS2450 dostępne są w obudowach SOIC8, wymagają zasilania 4,5..5,5V i mogą pracować w przedziale temperatur -4O.. + 85�C.
Przedstawicielami Dallasa w Polsce są firmy; WG-EIecironics (tel. {0-22} 621-77-04} oraz Soyter (iel {0-22} 835-30-04}.
http://www.dalsemi. com/DocControl/ PDFsZ2450.pdf
1-WIRE BUB
RUMBIE POWEH
INTUs

COWERGON
-O
DATA
1-WIRE FUNCT1ON CONTTOL
SUTLASERED ROM
REGISTER ACCESS
ANDCOrWEHBION
CONTROL
ia-Brrcnc-
GBEWTCR
AOCONVE3TTei
C/)|
10
4TO1MWU3Q MULTIPLEXER
CHAWB.CONTTtOL NDREQISTER&
Rys. 7.
82
Elektronika Praktyczna 4/99
NOWE PODZESPOŁY
Nowe wzmacniacze audio firmy
National Semiconductor
nia trybami pracy i poborem mocy oraz generator akustycznych sygnałów informujących. Istnieje możliwość skonfigurowania końcówek mocy do pracy mostkowej (do 1,5W mocy wyjściowej], asymetrycznej (do 550mW] lub przełączenia w tryb wysokiej impedancji na wyjściu.
Uldad LM4831 montowany jest w obudowie TQ.FP44. Dopuszczalny zakres napięcia zasilającego wynosi 2,7..5,5V.
Przedstawicielami National Semiconductor w Polsce są firmy; EBV {tel. {0-71} 342-29-44}, Macropol {tel. {0-22} 322-43-37} i Spoerle {tel. {0-22} 808-04-47}.
http://www. national.com/ds/LM/ LM48 30.pdf,
http://www. national. com/ds/LM/ LM48 3l.pdf
National Samiconductor
Rys. 8.
Jedną z ciekawszych nowości firmy National Semiconductor są cztery nowe układy wzmacniaczy audio. Dwa spośród nich przedstawiamy w tym numerze EP, dwa kolejne opiszemy za miesiąc.
Uldad LM4830 (rys. 3] jest monofonicznym, mostkowym wzmacniaczem o mocy wyjściowej lW, zintegrowanym z cyfrowo sterowanym tłumikiem sygnału wejściowego. Tłumik ten spełnia rolę cyfrowego potencjometru o rozdzielczości 4 bitów i zakresie tłumienia do 30dB. Na jego wejściu znajduje się rejestr typu zatrzask, sterowany zewnętrznym sygnałem zapisującym.
W strukturze układu LM4830 zintegrowano ponadto dwukanałowy multiplekser analogowy, przedwzmacniacz mikrofonowy oraz wzmacniacz buforujący, który można wykorzystać do przesyłania sygnału audio długimi kablami. Multiplekser jest "logicznie" powiązany z końcówką mocy, co powoduje, że w zależności od wybranego wejścia mikrofonowego końcówka mocy pracuje w trybie mostkowym lub jako wzmacniacz z wyjściem niesymetrycznym.
Wzmacniacz LM4830 jest wyposażony w zabezpieczenie termiczne oraz wejście przełączające go w tryb oszczędnościowy. Dostępne wersje obudów to SO24 oraz DIP24. Zakres napięcia zasilającego wynosi 2,7..5,5V.
Nieco bardziej zaawansowanym układowo opracowaniem jest wzmacniacz LM48 31 (rys. 9], nowy członek rodziny wzmacniaczy audio Boomer. W jednej strukturze zintegrowano dwie mostkowe końcówki mocy, dwa multipleksery analogowe, dwa wzmacniacze sumujące, przedwzmacniacz mikrofonowy o ustalanym wzmocnieniu, moduł sterowa-
Q1fiF:
L_EQDUT
LEOIN
L MLJX
REOOUr
R_EQN
Rys. 9.
Elektronika Praktyczna 4/99
83
NOWE PODZESPOŁY
Nowe odbiorniki cyfrowej transmisji danych firmy
Micrel, zachęcony ogromnym powodzeniem swoich układów odbiorczych MICRF001, opracował ich dwie nowe, znacznie udoskonalone wersje. Najważniejszą z punktu widzenia użytkownika modyfikacją
DIP lub SOIC, standardowo przystosowanych do pracy w rozszerzonym zakresie temperatur -4O..+85�C. Układy MICRF022-xxxx są mniej uniwersalną wersją MICRF022, montowaną w obudowach DIP/SOIC8. Ostatnie
produkowana jest na indywidualne zamówienia odbiorców.
Specjalnie dla użytkowników dotychczasowej wersji odbiornika - układu MICRF001 - Micrel opracował jego nową, lecz w pełni
5VDC
Rys. 10.
jest zastąpienie "niewymiarowego" rezonatora ceramicznego o częstotliwości 3MHz, łatwym do kupienia rezonatorem 6MHz. Ponadto znacznie obniżono pobierany przez układ prąd (do ok. 2,4mA przy częstotliwo-Sci Środkowej 315MHz) i wydatnemu powiększeniu uległ zasięg transmisji (do 200m) oraz szybkoSć transmisji (do lOkb/s).
Układy MICRF002/022 (rys. 10) są dodatkowo wyposażone w wejScie SHUTdown, które producent zaleca wykorzystać do sterowania przebiegiem prostokątnym, co pozwala zmniejszyć Średni pobór prądu do 240[iA. Może ono oczywiScie spełniać także swoją podstawową funkcję, tzn. przełączać układ odbiorczy w tryb obniżonego poboru mocy na żądanie zewnętrznego układu sterującego. Z kolei wyjScie WAKEB służy do zasygnalizowania kontrolerowi systemu faktu pojawienia się sygnału radiowego.
W odróżnieniu od MICRF001 układy MICRF002 montowane są w obudowach 16
UJJ

0,047f(F
CIH
I
NIC

Rys. 11.
cztery znaki oznaczenia typu okreSlają zadaną przez producenta konfigurację odbiornika, tzn. jego tryb pracy (Sweep/Fixed), częstotliwość filtra demodulatora oraz funkcję spełnianą przez wyprowadzenie numer 6 (SHUTdown/WAKEB). Wersja MICRF022
kompatybilną z poprzednikiem wersję, noszącą oznaczenie MICRF011 (rys. 11). Do wymienionych już wczeSniej zalet tego układu warto tylko dodać możliwoSć zastąpienia "wprost" starszych wersji, bez koniecznoSci dokonywania jakichkolwiek przeróbek w produkowanych urządzeniach. Wymianie na inny ulega
tylko rezonator.
Przedstawicielem Micrela w Polsce jest
firma Future (tel. (0-22) 618-92-02).
http://www.micrel.com/pdf/micrf001.pdf,
http://www.micrel.com/pdf/micrf011.pdf,
http://www.micrel.com/pdf/micrf002.pdf
Zintegrowane zabezpieczenia
przeciwprzepięciowe magistrali USB
USB6Bx
STMicroelectronics jest producentem nowej rodziny podzespołów służących do zabezpieczenia linii danych i zasilających magistrali USB. Rodzina tych układów nosi nazwę Application Specific Discretes (ASD). Dla USB dostępne są dwie wersje układów ASD, noszące oznaczenia: USB6B1 i USB6B2. Różnią się one między sobą rodzajem obudowy (odpowiednio SO8/DIL), a pozostałe parametry i rozkład wyprowadzeń (rys. 12) są identyczne. Jak łatwo zauważyć, sposób rozmieszczenia wyprowadzeń ASD jest idealnie dopasowany do wyprowadzeń złączy USB.
Linie danych zabezpieczane są przez cztery standardowe diody wprowadzające impuls zakłócający do linii zasilania, gdzie jest on "gaszony" przez tran-sil. Jego parametry są wystarczające do zlikwidowania udaru napięciowego o mocy do 500W i amplitudzie 15kV.
Mlkrokcnłroler lub Inne uraydronls USB
Vbus
D+
D-
GND

Rys. 12.
84
Elektronika Praktyczna 4/99
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
DzioS "Projekty Czytelników" zawiera opisy projektów nadesłanych do redakcji EP przez Czytelników. Redakcja nie bierze odpowiedzialności za prawidłowe działanie opisywanych ukfadów, gdyż nie testujemy ich laboratoryjnie, chociaż sprawdzamy poprawność konstrukcji.
Prosimy o nadsyłanie własnych projektów z modelami (do zwrotu). Do artykułu należy dołączyć podpisane oświadczenie, że artykuł jest własnym opracowaniem autora i nie był dotychczas nigdzie publikowany. Honorarium za publikację w tym dziale wynosi 250,- zł (brutto) za 1 stronę w EP. Przysyłanych tekstów nie zwracamy. Redakcja zastrzega sobie prawo do dokonywania skrótów.
Mikroprocesorowy moduł do sterowania węglowym piecem CO
Przedstawiamy kolejny
artykuł konkursowy.
Tym razem jest to
bardzo efektownie
wykonany regulator
temperatury,
wsp ółpra c u ją cy
z węglowym lub gazowym
piecem centralnego
ogrzewania.
Po raz pierwszy
przedstawiamy projekt
wykonany przez naszego
Czytelnika na procesorze
ST62, co dowodzi
wzrastającej popularności
alternatywnych w stosunku
do MCS-51 rozwiązań.
Sterownik, kotła CO sos tał "wykonany prsesel mnie w grudniu 1996 r. na basie mikroprocesora ST62 firmy SGS-Thomson (obecnie STMicroelectronics) i do dsisiaj s powodseniem monitoruje prace, pieca węglowego stanowiącego źródło ciepła w moim domu.
Ponieważ istniała możliwość wykorsystania mikroprocesora jednoukładowe-go, po krótkiej analisie wybrałem mikrokontroler ST62 głównie se wsględu na jego taniość i programową możliwość ustawienia prawie dowolnej licsby wejść w tryb i e a n al o gowy m.
Jak później się o kąsało, 8-bitowy prsetwornik analo-gowo-cyfrowy tego układu jest trochę kapryśny, ale udało się go opanować prsy pomocy programu. Z drugiej strony, jego precysja dsiała-nia jest wystarcsająca prsy prsyjętym prsese mnie sa-łośeniu, że pomiar temperatury nie musi być dokład-niejssy od pomiaru sa pomocą swykłego termometru.
Opis sterownika
Schemat elektrycsny ursądsenia snajduje się na rys. 1. W układsie należy wyrośnie trsy podstawowe csęści składowe: sasilacs 12V, sterownik i układ wy-konawesy, prsy esym układ wykonawesy dodatkowo sa-wiera element mechanies-ny umożliwiający smianę dopływu powietrsa do paleniska kotła.
"Sercem" układu jest sterownik oparty na mikro-procesorse ST62T10 osna-esony na rys. 1 jako Ul. W skład sterownika wchodsi dodatkowo układ LM324 (U2), którego wsmacniacse operacyjne A, E i C poswa-
Projekt
059
lają na pomiar temperatur s rosdsiel-esością 0,33�C. Ponieważ układ ten jest sasila ny napięciem 6V, sakres od-esytu jest więkssy niż 64�C, co s kolei poswala na pełne wykorsystanie możliwości wykonywania prses mikrokontroler operacji na tablicach.
Sterownik jest wyposażony w wyświetlacs ciekło-krystalicsny L2432 2x24 sna-ki, poswalający na jedno-esesne wyświetlanie aktualnej temperatury pomiessese-nia, w którym się snajduje, temperatury sewnętrsnej i wody w kotle oras sadanej temperatury pomiessesenia. Układ 74LS164 osnaesony jako U3 pośredniesy pomię-dsy mikroprocesorem a wyświetl a es em LCD, s a mieni a-jąc dane sseregowe wysyłane prses mikroprocesor na równoległe dla wejść D0..D7 wyświetlacsa, co poswala na saossesędsenie wyjść mikroprocesora. Ponieważ informacja s danymi na wejściu układu rejestru prsesuwają-cego, jakim jest układ 74164, jest istotna tylko w chwili pojawienia się sbocsa narastającego na wejściu segaro-wym tego układu, w poso-stałym esasie wyjście PE6 mikroprocesora służy dodatkowo do określenia trybu pracy wyświetlacsa poprses ustawienie wartości RS.
Linie portu E mikroprocesora są csęściowo wyko-
rsystane jako wejścia analogowe (PE0..PE5), prsy esym PEO służy do pomiaru temperatury wewnątrs miesska-nia, PEl rniersy temperaturę na sewnątrs budynku, a PE2 temperaturę wody w kotle grsewesym. Wejścia PE3 i PE4 służą do ustalenia parametrów pracy układu. Prsełącsanie prsełącs-nika podłącsonego do wejścia PE3 poswala na wybranie jednej s dwóch ustawionych w pamięci wartości temperatury sadanych dla ogrsewanych pomiesseseń, które umownie można na-swać dsienną i nocną. Istnieje możliwość sadawania temperatury nocnej fosna-esonej na wyświetl a es u prses NOC) w wartościach 5, 12, 13 itd. do 23�C oras dsiennej fosnaesonej na wy-świetlacsu jako DZł) w sa-kresie 17..29�C.
Pocsątkowe ustawienia mają wartość 21�C dla temperatury nocnej oras 23�C dla temperatury dsiennej. Nastawa 5�C dla temperatury nocnej jest w prsy-padku kotła węglowego nie wykorsystana. Ponieważ jednak sterownik może sna-leźć sastosowanie w kotle olejowym lub gasowym, ta wartość może być stosowana
Elektronika Praktyczna 4/99
87
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
Czujnik temperatury wewnętrznej Vcc
Kocioł
Pompa
D9 LM335A
Rys. 1.
do ochrony budynku przed zamarzaniem przy dłuższej nieobecności użytkowników. Brak w układzie ST62T10 pamięci typu EEP-ROM może, po wyzerowaniu układu, spowodować ustawienie wartości początkowej 21�C jako zadanej. Można tego uniknąć poprzez zbuforowanie zasilania odpowiednim akumulator-kiem.
Wejście PB4 jest podłączone do dzielnika napięcia, którego wartość jest wybierana poprzez ustawienia JPl w pozycji BRl lub BR2. Jedna z nich decyduje o wyborze programu dla kotła węglowego, a druga dla kotła olejowego lub gazowego, których program pracy jest identyczny. Różnica pomiędzy dwoma wersjami programu polega na tym, że dla kotła węglowego układ utrzymuje temperaturę wody grzewczej zależną od temperatury na zewnątrz budynku (przykładowo dla temperatury powyżej -2�C, woda w kotle ma temperaturę 40�C, a dla temperatury
z zakresu -7 do -10�C temperatura w kotle ma wartość 50�C).
Piny PB5, PB6 i PB7 zostały ustawione jako wyjścia układu. Wyjście PB5 steruje wejściem zegarowym układu 74LS164, PB6 wspomnianym już wcześniej wejściem danych tego samego układu oraz ustawia wartość RS wyświetlacza LCD, a PB7 podaje sygnał ENable wyświetlacza.
Port A jest również portem wyjściowym. Wyjście PAO jest podłączone do piezoelektrycznego sygnalizatora akustycznego. Spełnia on dwie funkcje. Pierwsza, to wydawanie krótkich dźwięków po naciśnięciu przycisku, druga to alarm w przypadku przekroczenia dopuszczalnej na kotle temperatury 75�C. Port PAl steruje pracą układu dozującego dopływ powietrza do kotła. Otwarcie dopływu powietrza do kotła lub załączenie palnika olejowego lub gazowego (stan wysoki na wyjściu) jest dodatkowo sygnalizowane zaświece-
niem diody żółtej na obudowie sterownika.
Do portu PA2 jest dołączona dioda czerwona, która zapala się po 5 minutach, chyba że na zewnątrz jest siarczysty mróz, co ostatnio jest rzadkością.
Port PA3 steruje pracą pompy wymuszającej obieg wody grzewczej w domowej sieci CO. Muszę tu nadmienić, że do czasu wprowadzenia sterownika nie posiadałem takiej pompy. Praca pompy jest sygnalizowana na sterownik świeceniem diody zielonej, a sygnał sterujący podobnie jak w przypadku PAl steruje przekaźnikiem na napięcie 12V,
z zasilacza
układu wykonawczego
011
100n
którego styki są zabezpieczone przed iskrzeniem kondensatorem 100nF/630V. Ostatnim wykorzystanym wejściem jest wejście nie-maskowalne NMI, służące do wprowadzenia zmian zadanej temperatury. Odbywa się to poprzez naciskanie mikro przełącznika, którego styki poprzez zwarcie do masy wejścia NMI powodują wykonanie programu, w wyniku którego następuje podwyższenie zadanej temperatury dziennej lub nocnej (w zależności od położenia przełącznika S4) o 1�C, od najniższej do najwyższej i znowu najniższej, z wyjąt-
ZaBlIanlB mikroprocesora rejestru 74LS164 I wyświetlacza
=L010 _L
C12
100n
Zasi lanie wzmacniaczy operacyfriych LM324
W V0
GND
_L
Rys. 2.
i-r 100n~T \Z "T100|i T i-----'------1-----�----i-
C16
100n
88
Elektronika Praktyczna4/99
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
kiem przejścia od zadanej temperatury nocnej 5�C do 12�C, gdy ta różnica wynosi z przyczyn praktycznych 7�C.
Wejście RESET, zgodnie z sugestią firmy SGS-Thom-son, jest podłączone do masy przez kondensator l|j.F. Praca układu jest taktowana sygnałem o częstotliwości 8MHz (rezonatora).
Kompletne urządzenie wraz z zasilaczami 5V i 6V (przedstawionymi na rys. 2) zostało umieszczone w obudowie o wymiarach 127x93x2 Omm.
Wewnątrz obudowy, w jej dolnej części, znajduje się czujnik temperatury wewnętrznej. Pozostałe czujniki temperatury, tj. zewnętrznej i kotła, są podłączone do części układu znajdującej się w piwnicy obok kotła, a napięcia z ich katod są doprowadzone sześ-ciożyłowym kablem do mostków oporników wzmacniaczy operacyjnych (układu LM324) w sterowniku. Takie rozwiązanie powoduje, że do sterownika w pokoju na piętrze jest doprowadzony tylko ten jeden przewód sześciożyłowy, co podnosi estetykę rozwiązania i jest tolerowane przez rodzinę.
Część układu zainstalowana w piwnicy (rys. 3) obok kotła spełnia potrójną funkcję: po pierwsze, znaj-
duje się tam zasilacz 12V, którego napięcie służy do zasilania sterownika, a także dwóch przekaźników sterujących pracą pompy i układu mechanicznego zamykającego i otwierającego dopływ powietrza do kotła.
Po drugie, steruje w zależności od stanu na wyjściach PAl i PA3 mikroprocesora, poprzez tranzystory BD2 85 (których zapas posiadam z dawnych lat), przekaźnikami Kl i K2, tj. odpowiednio układu mechanicznego (lub palnika) i pompy.
Po trzecie steruje otwieraniem i zamykaniem dopływu powietrza (w przypadku kotła olejowego lub gazowego tego fragmentu układu można nie montować). Odpowiednie połączenie przekaźnika K2 z dwoma wyłącznikami krańcowymi (w przypadku modelu jest to jeden wyłącznik z jednym stykiem zwier-nym, a drugim rozwiernym, co daje taki sam efekt przy innym kształcie krzywki przełączającej) umożliwia zamykanie dopływu powietrza do kotła, gdy na wyjściu PAl jest stan niski oraz jego otwieranie, gdy ten stan jest wysoki. W przypadku awarii sterownika spowoduje to zamknięcie kotła, co jest bardziej bezpieczne.
Jako czujniki temperatury wykorzystano układy
LM3 3 5 charakteryzujące się liniową charakterystyką, co podczas pisania programu okazało się wspaniałą własnością tego elementu. Z wcześniejszych doświadczeń z termistorami wynikało bowiem, że charakterystyki tych elementów są tak różne w tej samej serii, że nie ma możliwości ich wykorzystania do celów pomiarowych (wtedy wprowadziłem tablice, które pozostawiłem później jako uniwersalny element mojego programu).
Przeprowadzone doświadczenia z czujnikiem LM335 pozwoliły na stwierdzenie, że nawet 100-m odcinek przewodu 1,5 mm2, podłączony do czujnika nie ma wpływu na wskazanie temperatury na wyświetlaczu. Czujniki temperatury zewnętrznej i kotła zostały przeze mnie po podłączeniu i zaizolowaniu wprowadzeń zaklejone w rurce aluminiowej . Czujnik temperatury zewnętrznej został przymocowany do zewnętrznej ściany strony północnej budynku w odległości ok. 2cm od muru i osłonięty plastykowym elementem w kolorze białym dla uniknięcia wchłaniania promieniowania cieplnego (czujnik ten ma mierzyć temperaturę powietrza, a nie swoją własną).
Czujnik temperatury kotła został przyklejony bezpośrednio do górnej ścianki kotła i zaizolowany termicznie kroplą pianki poliuretanowej. W ten sposób zarówno wskazania termometru alkoholowego zamocowanego w kieszeni pomiarowej kotła jak i temperatura wyświetlana na wyświetlaczu LCD są jednakowe.
Opis programu
Program został napisany i wprowadzony do mikroprocesora za pomocą starter kitu ST622X. Ponieważ jego objętość udało się ograniczyć do 2kB, mógł być zapisany w ostateczności w mikroprocesorze ST62T10B6.
W trakcie pisania programu wykorzystałem gotowe fragmenty programów ogólnie dostępnych firmy S GS-Thomson, dotyczące pomiaru wielkości analogowych oraz sposobu ich uśrednieniania (adconv), odmierzania czasu za pomocą wewnętrznego timera (htempo) oraz procedurę dzielenia dwóch liczb. Deklaracja zmiennych również została przeze mnie stwo-
ŚMlnus" czujnika temperatury kotła
ŚPlus" czujnika temperatury kotła
Część mechaniczna - układ wykonawczy
Wył. krańcowy
Układ wykonawczy
Napęd rożna (małe obroty na wyjściu
duży moment obrotowy, stabilne położenie)
Napęd wycieraczek samochodowych III Zasilanie 12V III
S4 Wył. krańcowy
Do sterownika StanwysoH-kodot grzeje Stannlskl-dopryw powietrza do kotła zamknięty
Rys. 3.
Elektronika Praktyczna4/99
89
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
rzona w oparciu o przykładowe programy tej firmy. Pozostałe fragmenty programu zostały napisane przeze mnie samodzielnie.
Program steruje pomiarami wielkości analogowych, którymi są temperatury: wewnętrzna pomieszczenia, w którym znajduje się sterownik, temperatura na zewnątrz domu, temperatura wody grzewczej w kotle. Również za pomocą przetwornika A/C sprawdzane jest położenie przełącznika dwóch zadanych temperatur (których opis podano wcześniej) oraz położenie jumpe-ra (którego rolę również wcześniej omówiłem).
Na podstawie powyższych danych program ustala temperaturę kotła. Jeżeli jumper jest ustawiony w położeniu dla kotła olejowego lub gazowego, to wówczas załącza kocioł i podnosi temperaturę do 70�C, po czym wyłącza go i utrzymuje w takim stanie do chwili spadku temperatury do wartości ustalonej dla temperatury aktualnie panuj ącej na zewnątrz (przykładowo: dla 0�C powietrza otaczającego budynek jest to 40�C) i ponownie uruchamia kocioł aż do osiągnięcia temperatury 70�C. Takie rozwiązanie ogranicza liczbę załączeń i wyłączeń kotła, powodując utrzymywanie minimalnej wartości temperatury wody grzewczej. Tej opcji nigdy nie wypróbowałem praktycznie z powodu braku na wyposażeniu mojego domu odpowiedniego urządzenia grzewczego.
W moim przypadku urządzenie funkcjonuje w trybie pracy dla kotła węglowego. Wartości temperatury wody w CO dla poszczególnych zakresów temperatury na zewnątrz ustalono doświadczalnie i są stałe. Jednym z dwóch zadań systemu jest utrzymanie temperatury wody grzewczej jak najbliższej tej wartości. Odbywa się to poprzez zamykanie i otwieranie dopływu powietrza do kotła za pomocą mechanicznego układu wykonawczego. W przypadku kotła wyposażonego w wentylator nawiewu mogłoby to być realizowane poprzez przełączanie wentylatora na minimalne i maksymalne obroty.
W zależności od sposobu załadowania kotła, siły wiatru, rodzaju paliwa można osiągnąć temperaturę kotła bardzo niską, bliską zadanej dla określonej temperatury zewnętrznej, ale przy niekorzystnych warunkach może nastąpić znaczne przegrzanie kotła. Jeżeli temperatura na kotle przekroczy 75�C, wówczas pojawia się alarm akustyczny w postaci przerywanego sygnału wydawanego przez sygnalizator piezoelektryczny znajdujący się wewnątrz sterownika. Sygnał trwa do momentu spadku temperatury wody grzewczej poniżej 75�C. Aby obniżyć temperaturę w kotle, woda grzewcza jest pompowana do kaloryferów w celu jej schłodzenia.
Jak widać z opisu, taki stan jest niekorzystny i nie należy dopuszczać do jego powstania poprzez np. zasypywanie paleniska miałem węglowym przy silnym wietrze.
Drugim najważniejszym zadaniem systemu jest utrzymanie temperatury w pomieszczeniu zgodnej z aktualnie zadaną wartością. Zadanie to jest realizowane poprzez załączanie
1 wyłączanie pompy wymuszającej obieg czynnika grzewczego w domowej sieci CO. Algorytm pompowania został ustalony tak, aby ilość ciepła dostarczonego do pomieszczeń była niezależna od temperatury wody grzewczej, tzn. w przypadku przekroczenia jej wartości o więcej niż 5�C układ pracuje impulsowo, przy czym czas trwania impulsów i przerw pomiędzy nimi jest dość długi (ok. 30s pracy pompy, czas przerwy do 2 minut), a to ze względu na dużą pojemność domowej sieci CO. Dzięki temu temperatura kaloryferów jest niska nawet wtedy, gdy temperatura wody w kotle jest za wysoka. Takie sytuacje zdarzają się w okresach trwania na zewnątrz temperatur bliskich 0�C i przeładowania kotła. W przypadku zadania temperatury
2 7�C lub wyższej następuje podwyższenie temperatury grzewczej o 5�C.
Dodatkową funkcją układu jest przepompowywanie wody przez pompę obiegową przez 10 minut co 3 0
minut w przypadku, gdy temperatura zadana jest równa lub wyższa od temperatury panującej w pomieszczeniu, w którym jest czujnik temperatury. Taką funkcję przewidziano, ponieważ w niektórych pokojach czasami bywało zimno, ale nie wskazywała na to wartość temperatury odczytana w pokoju, w którym znajduje się sterownik z czujnikiem.
Dzięki temu, że temperatury: zewnętrzna, wewnętrzna i kotła oraz aktualnie zadana do utrzymania wewnątrz pomieszczeń są wyświetlane jednocześnie, istnieje możliwość oceny pracy kotła gdy jest w nim ogień, a przez cały rok można obserwować temperatury na zewnątrz i wewnątrz budynku (w zakresie: wewnętrzna i zewnętrzna od -33�C do 30�C, temperatura kotła od 30�C do 93�C).
Uwagi końcowe
W celu zwiększenia niezawodności układu został on zasilony z gniazda w piwnicy. Zasilanie pompy odbywa się poprzez gniazdo i wtyczkę na kablu wychodzącym z układu znajdującego się obok kotła, co w sytuacji awaryjnej pozwala na stałe włączyć pompę do sieci zasilającej .
Po zastosowaniu systemu zużycie paliwa zmalało poprzez optymalizację temperatur w pomieszczeniach i wody w obiegu.
Wadą całego systemu jest ograniczona pojemność paliwa w kotle, co w moim przypadku wymaga odwiedzin w kotłowni przynajmniej dwa razy na dobę. Pewien nadmiar mocy kotła okazał się w tym przypadku pozytywny.
Brak napięcia w sieci 220V może spowodować sytuację, w której dopływ powietrza do kotła będzie trwał mimo jego przegrzewania. W takiej sytuacji nadmiar ciepła jest wy promieniowany przez grzejniki w pionie znajdującym się bezpośrednio nad kotłem, dzięki odpowiedniej budowie sieci CO i pozostawieniu co najmniej jednego pionu z obiegiem grawitacyjnym. Układ wykonawczy jest zabudowany w taki sposób, że w każdej chwili moż-
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl, R13, R24: 68..72kQ
R2, R5, R8, R27, R32: lkQ
R3, R14, R25, R35, R36:
3kQ
R4, Rll, R15, R20, R26,
R34: 2kQ
R7, R9, R12, R17, RR18,
R21, R22, R23, R29, R30:
10kQ
R31: 3,3kQ
RIO, R19, R33: 51kQ
R6, R16, R28:
potencjometry nastawne
2ka
Kondensatory
Cl, C2, Có, C7, C8, C9,
Cli, C12, C15, Cló:
lOOnF
C3, C5: 22pF
C4: l^F
CIO, C14: lOO^F
Cl3: 470^F
C17, C18: 220^F
Półprzewodniki
Dl, D3, D5, Dli, D12:
diody 1N4148 lub
podobne
D2: dioda LED żółta
D4: dioda LED czerwona
D6: dioda LED zielona
D7, D8, D9: LM335
D10: mostek Graetz'a
Q2: LM7805
Q3: LM7806
Q4: LM7812
Q5, Q6: BDP285 lub BC211
Ul: ST62T10B6
U2: LM324
U3: 74LS164
Różne
Ql: 8MHz
Buzzer: sygnalizator
akustyczny
LCDdisp: wyświetlacz
ciekłokrystaliczny L2432
Kl: przekaźnik RM212V
K2: przekaźnik PR4088-10A
Sl: mikroprzełgczniki
S2: przełgcznik
na go odłączyć i ręcznie zamknąć dopływ powietrza do kotła.
Sieć CO z kotłem węglowym musi pracować w układzie otwartym. Powinny być spełnione lokalne warunki bezpieczeństwa przeciwpożarowego. W moim przypadku pompa jest zerowana.
Ze względu na występujące w zasilaczu napięcie 2 20V, otwieranie obudowy jest dopuszczalne po wyjęciu wtyczki z gniazda zasilającego. Grzegorz Górnicz
90
Elektronika Praktyczna4/99
SPRZĘT
Qu i k
- przełom w nowoczesnym serwisie?
We współczesnym,
elektronicznym sprzęcie
powszechnego użytku większość
podzespołów jest montowana
powierzchniowo. Zalety tej
technologii montażu są oczywiste,
lecz ma ona jedną, bardzo
istotna wadę - niezwykle trudno
jest podczas prac serwisowych
demontować układy scalone
w obudowach PQFP oraz SOIC
o wielu wyprowadzeniach.
O tym, jak poradzić sobie
z potencjalnymi niedogodnościami
piszemy w artykule.
Jak większość dobrych pomysłów związanych z elektroniką, także ten narodzi! się w Stanach Zjednoczonych. Zupełnie nowa technologia demontażu elementów SMD nosi nazwę ChipQuik i jest oparta na sprytnym połączeniu prostych zjawisk fizycznych z reakcjami chemicznymi. W szczegóły te się nie będziemy zagłębiać, ponieważ brakuje nam kompletnej wiedzy o zasadzie działania ChipQuika, skupimy się natomiast na prezentacji sposobu jego działania i oczywiście na uzyskanych efektach.
W skład zestawu ChipQuik wchodzą następujące elementy:
- strzykawka napełniona "magiczną" mieszaniną żywicy oraz pochodnych butylu;
- krótka, stosunkowo gruba igła;
- specjalny, modyfikowany stop lutowniczy o bardzo niskiej temperaturze topnienia;
- ściereczki nasączone alkoholem. Proces "wylutowywania" rozpoczynamy od równomiernego rozprowadzenia niewielkiej ilości żywicy ze strzykawki, na wszystkie wyprowadzenia wylutowy-wanego układu (fot. 1). Następnie przy pomocy rozgrzanej lutownicy pokrywamy wszystkie wyprowadzenia układu stopem wchodzącym w skład zestawu (fot. 2). Ponieważ temperatura jego topnienia jest niska (ok. 150�C], a izolację termiczną od otoczenia zapewnia nałożona wcześniej żywica, stop lutowniczy przez dość długi czas jest utrzymywany w stanie płynnym.
W zależności od liczby wyprowadzeń demontowanego układu i sprawności operatora układ można zdjąć z powierzchni płytki od razu po podgrzaniu wszystkich jego wyprowadzeń lub demontować go etapami (fot. 3).
Ostatnim etapem demontażu jest oczyszczenie pól lutowniczych z nadmiaru stopu lutowniczego i żywicy, w czym będą pomocne: waciki kosmetyczne oraz wchodząca w skład zestawu chusteczka (fot. 4).
Przeprowadzone przez nas próby wykazały, że:
- demontaż układów w obudowach PQFP204 zabiera tylko kilkadziesiąt sekund!
- możliwość uszkodzenia powierzchni i struktury płytki drukowanej jest bardzo mało prawdopodobna;
- przy ostrożnym obchodzeniu się z demontowanym układem scalonym możliwy jest jego ponowny montaż!
Tak więc śmiało można stwierdzić, że ChipQuik jest narzędziem, które bez trudu zastąpi podczas prostych prac serwisowych tańsze systemy rozlutownicze, obniżając ich koszt i skracając czas trwania naprawy. Ale wymaga to nieco wprawy! Andrzej Gawryluk
Zestaw ChipQuik udostępniła redakcji firma Arpol Video Systems Inc., e-maiL arp ol@ ar i sto tle.net.
Informacji w kraju udziela: ACS, tel. {0-53} 620-17-24, 624-34-67, 629-76-92.
38
Elektronika Praktyczna 1/99
FORUM
"Forum" jest rubryką otwartą na pytania I uwagi Czytelników EP, w której chcemy pomagać w rozwiązywaniu problemów powstałych podczas uruchamiania oferowanych przez nas kitów, a także innych urządzeń elektronicznych. Drugim celem "Forum" jest korekta błędów, które pojawiły się w publikowanych przez nas artykułach. Pytania do "Forum" można zgłaszać listownie na adres redakcji lub poprzez internetową listę dyskusyjną Elektroniki Praktycznej. Szczegółowe informacje na temat tej listy można znaleźć pod adresem:
http://www.jm. com.pl/klub-ep
LiSlA DYSKUSYJNA
Kłopoty z ST6-Realizerem
Artykuły w których przedstawiliśmy prosty przykład realizacji projektu na mikrokon-trolerze ST6 (EPlO i 11/98), przy pomocy pakietu projektowania graficznego ST6-Reali-zer cieszą się wśród Czytelników ogromnym powodzeniem. W dwóch kolejnych numerach EP przedstawimy dwie następne realizacje, które powstały w oparciu o listy, jakie otrzymaliśmy po publikacji artykułów.
Powód dla którego wracamy do Realizera na łamach ,,Forum" jest następujący: wielu z Was poradziło sobie z opanowaniem narzędzia jako takiego, a problemy występują na etapie programowania, montażu i uruchomienia urządzenia. Wyjaśniamy więc podstawowe wątpliwości związane z programowaniem procesora.
1. Kompilacja
Konstrukcja programu wynikowego tworzonego przez ST6-Realizera może mieć jedną z dwóch postaci: - Kompletnego programu, zintegrowanego z systemem operacyjnym, który odpowiada za synchronizację wszystkich zdarzeń występujących w systemie, a także inicjalizację procesora, konfigurację portów, alokację zmiennych w pamięci RAM, uruchomienie watch-doga i inicjalizację przerwań. Jest to konstrukcja domyślnie proponowana przez ST6-Realizera i zalecana dla początkujących programistów, ponieważ gwarantuje pełne bezpieczeństwo wykonywania programu użytkownika.
Włączenie lub wyłączenie tego schematu kompilacji wymaga wybrania w pasku narzędziowym ST6-Realize-ra Hardware settings (rys. 1) i zaznaczenie opcji Comple-te ROS. W ten sposób w pliku HEX będącym efektem kompilacji projektu znajdą się wszystkie podprogramy,
które odpowiadają za poprawne wykonywanie programu użytkownika. Przed analizą (kompilacją) programu warto także sprawdzić, czy nastawy w Options są takie, jak pokazano na rys. 1. - Podprogramu realizującego funkcje określone w projekcie przez użytkownika, ale bez całego otoczenia systemu operacyjnego ROS. Wykorzystanie tej możliwości polecamy tylko naprawdę zaawansowanym użytkownikom, ponieważ plik wynikowy jest tylko półproduktem wymagającym umiejętnego zastosowania.
Niezależnie od wybranego sposobu kompilowania projektu, wcześniej należy się zdecydować na typ docelowego procesora (w menu: Options/Se-lect hardware) oraz przypisać odpowiednie wyprowadzenia funkcjonalnym końcówkom projektu.
2. Programowanie procesora
Jeżeli proces projektowania był pod względem formalnym bezbłędny ST6-Realizer produkuje plik wynikowy w postaci heksadecymalnej. Plik ten ma taką samą nazwę, jak kompilowany projekt i rozszerzenie HEX. Zawiera on kompletny kod programu użytkownika wraz z systemem operacyjnym ROS.
Do zaprogramowania pamięci EPROM procesora niezbędny będzie programator AVT-363, Starter Kit dostosowany do wybranego typu mikrokontro-lera lub dowolny inny programator umożliwiający programowanie ST62.
Należy bezwzględnie pamiętać o tym, że pamięć EPROM procesora można programować tylko plikami HEX
przygotowanymi przez ST6-Realizera, zawierającymi system operacyjny ROS!
3. Potencjalne problemy
STMicroelectronics (dawniej SGS-Thomson) cały czas prowadzi prace nad procesorami ST6, w związku z czym regularnie pojawiają się nowe, zmodyfikowane w stosunku do poprzedników ich wersje. Różnią się one między sobą drobnymi szczegółami, które niestety mogą utrudnić życie projektanta. Zalecamy więc dokładne czytanie oznaczeń typu, znajdujących się na obudowie wybranego układu.
Jeżeli procesor nosi nazwę np. ST62T15 (zamiast T może być, litera E) oznacza to, że jest to podstawowa wersja procesora z fabrycznie włączonym lub wyłączonym watchodgiem. Świadczą o tym trzy kolejne litery oznaczenia: ,,-HWD" lub ,,-SWD". Dostępne są także wersje procesorów tej rodziny z literą "B" na końcu oznaczenia: ST62T15B. Litera ta ozna-
cza, że w pamięci EPROM programu znajduje się dodatkowa komórka EPROM, spełniająca role pamięci konfiguracji. Dzięki niej użytkownik może samodzielnie zdecydować o szczegółach konfiguracji procesora, które dotychczas narzucane były przez producenta.
Ostatnią (przynajmniej na razie) możliwością dodatkowego oznaczania jest litera ,,C", jako ostatni znak oznaczenia. Oznacza ona, że procesor ma dwa bajty pamięci konfigura-cyjnej, które pozwalają sterować użytkownikowi doborem konfiguracji procesora do konkretnej aplikacji.
Ponieważ procesorów rodziny ST62 jest dość dużo i są one konfigurowane grupami w różny sposób, zalecamy szczegółowe przeanalizowanie not katalogowych wybranych typów. Jest to bardzo istotne, ponieważ błędny wpis lub jego brak może uniemożliwić poprawną pracę mikrokontro-lera, pomimo zastosowania poprawnego algorytmu.
94
Elektronika Praktyczna 4/99
V ^
g Międzynarodowy magazyn elektroników hobbistów i profesjonalistów
5/99
maj � 6 zł 80 gr
.KITOmatyczny re
SZEROKOPASMOW
INTERFEJS RS-
ELEKTRONIC
AKTYWNE
iRAMY:
Y KOM PIŁAT' "' CPLDuł
Germany 4.5DM France 16FF
TA m
PROJEKTY ZAGRANICZNE
Układ przedłużający czas życia żarówki
Odpowiedź na pytanie, jak
często zn ajdowaliśmy się
w pokoju pogrążonym nagle
w ciemności - ponieważ
przepaliła się żarówka -
brzmi "raczej rzadko,
a nawet wcale". Jest tak
dlatego, że żarówki przepalają
się n ajczęściej w ch wili
zapalania światła, a nie po
jakimś czasie od jego
włączenia. Zjawisko to nie
jest jednym z przejawów
prawa Murphy'ego, a można
je wyjaśnić analizując
działanie włókien żarowych.
LX LX
1 MT2 r
Włącznie w "za ras" SlBCl


Rys. 1. Budowa optotriaka.
Gorące włókno
Jak zapewne wie większość Czytelników, głównym elementem żarówki jest włókno żarowe (najczęściej wolframowe) zamknięte w szklanej bańce. Gdy przez włókno przepływa prąd o dużyms natężeniu, nagrzewa się ono do wysokiej temperatury i świeci prawie białym światłem. Niestety, wysoka temperatura powoduje także powolne odparowywanie włókna, a ponieważ proces ten nie odbywa się równomiernie na całej długości włókna, w miarę eksploatacji w pewnych miejscach staje się ono cieńsze niż w innych. W miejscach tych rezystancja włókna jest większa, czemu towarzyszy większe wydzielanie mocy, lokalnie wyższa temperatura, a więc większa intensywność parowania włókna. Pomimo to producenci zapewniają, że włókno żarowe posiada dostateczną średnicę, by mogło działać przez 1000 godzin, gwarantowane w przypadku większości żarówek używanych w gospodarstwach domowych.
Czas życia
Najistotniejszym czynnikiem określającym czas życia żarówki nie jest jednak szybkość parowania włókna, a liczba włączeń zimnego włókna. Temperaturowy współczynnik rezystancji włókna żarowego jest dodatni, co oznacza, że w miarę podgrzewania się włókna jego rezystancja rośnie. Przy pierwszym włą-
czeniu włókno jest jednak zimne, a jego rezystancja jest mała. W takiej sytuacji nie jest rzadkością, że natężenie prądu płynącego przez żarówkę 10-krotnie przekracza natężenie nominalne. Włókno ma małe rozmiary i jego bezwładność cieplna jest mała, tak więc w ciągu kilku cykli napięcia sieciowego natężenie prądu spada do wartości nominalnej, niemniej jednak przez ten czas zdążą powstać uszkodzenia.
Gdy już osłabione włókno żarowe zostanie poddane silniejszym naprężeniom w najsłabszym punkcie, to przepływ prądu o dużym natężeniu może spowodować przerwanie włókien i przepalenie żarówki. Nie nastąpiłoby to przy natężeniu prądu przepływającego przez włókno żarowe znajdujące się w normalnej temperaturze pracy. To wyjaśnia, dlaczego żarówki najczęściej przepalają podczas włączania, nie zaś później. Jeśli więc uda się ograniczyć naprężenie związane z włączaniem, można będzie przedłużyć czas życia żarówki.
Sciemniacz
Jednym ze sposobów pozwalających wydłużyć czas życia żarówek jest podgrzanie włókna żarowego przez przepuszczanie przezeń prądu o niewielkim natężeniu (nie powodującym świecenia) w okresie, gdy żarówka jest wyłączona. Sposób ten jest często wykorzystywany w sytuacjach,
oN
Zasilanie LED-a
Włącznik
wierze"
sieci
Włącznik
mocy ztriakiem
Zasilanie 2Z0V
-OL
Rys. 2. Schemat blokowy urządzenie przedłużającego czas życia żarówki.
Ze skrzynki bezpiecznikowej N
L
Pozostałe elementy
instalacji
oN
Wyłącznik otwarty, światło wyłączone
rwi
ÓL
Wyłącznik zamknięty, światło włączone
Rys. 3. Domowa instalacja oświetleniowa (a) i występujące w niej rozkłady napięcia (b).
Elektronika Praktyczna 5/99
15
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
1N414B
S1
D4.r 1N4148 Ś Ś
D2,
1N4146 +
D3--
1N4148
C1 100n IC1
TLP3041 S
CSR1 TIC206D
R2 100
N
LP1
(300WMAX.)
MT2
Zasilanie 220V
Rys. 4. Schemat układu przedłużającego czas życia żarówki.
w których żarówki są wciąż włączane i wyłączane, np. w przypadku świateł na skrzyżowaniach, gdzie koszt wymiany żarówek znacznie przewyższyłby koszt dodatkowo zużytej energii elektrycznej.
W gospodarstwach domowych, gdzie żarówki są na ogół przez większą część dnia wyłączone i zostają włączone na kilka godzin wieczorem, rozwiązanie takie byłoby trudne do przyjęcia, ponieważ koszty dodatkowo zużytej energii elektrycznej przekroczyłyby koszty wymiany żarówek.
Inny sposób polega na stopniowym doprowadzaniu żarówek do świecenia z pełną jasnością. Wymaga on zastosowania ściemnia-cza. Niestety, urządzenia takie generują silne zakłócenia wysoko-częstotliwościowe, których stłumienie wymaga zastosowania dość drogich dławików. Można także zastosować zwykły potencjometr, który umożliwi regulację jasności świecenia.
W wielu sytuacjach ściemniacz okazuje się rozwiązaniem niewłaściwym i zbyt kosztownym, a także niewygodnym w eksploatacji. Aby uzyskać pełne oświetlenie, zamiast prostego naciśnięcia przełącznika trzeba obrócić potencjometr, a układ elektroniczny, który mógłby tego dokonać w sposób automatyczny, jest drogi i złożony.
Oczywiście, włączanie będzie odbywać się nadal za pośrednictwem włącznika niezależnego od potencjometru, jeśli jednak ściemniacz byłby pozostawiony w pozycji maksymalnej jasności, po włączeniu także popłynie prąd o bardzo dużym natężeniu. W takiej sytuacji nie należałoby oczekiwać istotnego wydłużenia czasu życia żarówki.
Włączanie przy przejściu przez zero
Największe natężenie prądu występuje wtedy, kiedy w momencie włączenia żarówki napięcie sieciowe przyjmuje wartość maksymalną, co przydarza się 100 razy w ciągu sekundy przy sieci 50Hz. Gdyby doprowadzić do sytuacji, w której -bez względu na moment użycia włącznika - żarówka byłaby włączana wtedy, kiedy napięcie na niej byłoby zerowe lub przynajmniej bardzo małe, wtedy natężenie przepływającego po włączeniu prądu byłoby także bardzo małe. Umożliwiłoby to podgrzanie się włókna przez pierwszą jedną czwartą część okresu poprzedzającą najbliższe maksimum sieci. Mógłby wtedy nastąpić znaczący wzrost rezystancji włókna, który doprowadziłby do znacznego ograniczenia natężenia prądu, a w dalszej konsekwencji do wydłużenia czasu życia żarówki. W takim przypadku nie dochodziłoby również do generacji zakłóceń a wszystkie dławiki i kondensatory stałyby się niepotrzebne. Rozmiary układu mogłyby być zredukowane i można byłoby umieścić go w niewielkiej obudowie, wygodnej do zastosowania w gospodarstwie domowym.
Izolacja
Przedstawiany układ wykorzystuje specjalny (choć łatwo dostępny) element - optotriak, zapewniający włączenie w momencie przejścia przemiennego napięcia zasilającego przez zero. Element ten - TLP3041 - zawiera diodę LED oraz fototriak, zamknięte w 6-nóż-kowej obudowie (rys. l).
Optotriak jest zazwyczaj wykorzystywany w przekaźnikach zasilających urządzenia sieciowe sterowane przez komputery lub układy logiczne, w sytuacjach gdzie wymagana jest izolacja galwaniczna obwodu sieciowego i niskonapięciowego układu sterującego.
Optotriak może zostać włączony po zaświeceniu diody LED. W przypadku napięć przemiennych, z którymi zazwyczaj optotriak pracuje, zostaje on wyłączony w momencie spadku natężenia prądu przemiennego (sie-
Rys. 5. Mozaika ścieżek druku i rozmieszczenie elementów na płytce układu przedłużającego czas życia żarówki.
ci owego) do zera, co następuje pod koniec każdej połówki cyklu sieci 50Hz.
W przedstawianym zastosowaniu izolacja galwaniczna nie jest szczególnie istotna, ponieważ obie jego części są zasilane napięciem sieciowym. Element TLP3041 ma jednak jeszcze jedną cechę - bardzo cenną z punktu widzenia naszego zastosowania - a mianowicie zawiera układy, które sprawiają, że włączenie optotriaka może nastąpić tylko wtedy, kiedy wartość napięcia między jego wyprowadzeniami nie przekracza 40V, bez względu na to czy dioda LED świeci, czy też nie. Na pierwszy rzut oka wydaje się, że 40V znacznie różni się od 0, należy jednak pamiętać, że jest to wartość maksymalna i w przypadku większości elementów będzie ona mniejsza. 40V to także znacznie mniej niż 325V, a tyle wynosi amplituda napięcia sieciowego, i tak działający układ powinien zapewnić znaczne wydłużenie czasu życia żarówki.
Tak więc wystarczy użyć tego samego włącznika do sterowania działaniem diody LED, a układ TLP3 041 zapewni włączenie foto-triaka przy napięciu sieciowym bliskim zeru, jak to pokazuje schemat blokowy widoczny na rys. 2.
Czy zero oznacza zero
Włączenie przy zerowym napięciu byłoby możliwe, gdyby było dostępne dodatkowe napięcie stałe, sterujące działaniem diody LED, ale niestety tak nie jest. Aby układ nadawał się do praktycznego wykorzystania, do jego zasilania musi wystarczyć standardowa
16
Elektronika Praktyczna 5/99
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
sieć dostępna w gospodarstwie domowym, ponieważ nikt nie będzie jej modyfikował tylko po to, by przedłużyć czas życia żarówek.
W typowej domowej instalacji elektrycznej przewody: gorący i masy są doprowadzone do kostki lampy sufitowej, którą para przewodów łączy z włącznikiem. Jeden z kontaktów włącznika jest połączony z przewodem gorącym, drugi zaś (przez żarówkę) z masą. W ten sposób włącznik i żarówka są połączone szeregowo, a na nie jest podane napięcie sieciowe. Oznacza to, że jeśli włącznik jest otwarty, odkłada się na nim całe napięcie sieciowe. Stosując odpowiedni ogranicznik prądu napięcie to można wykorzystać do zasilania niewielkiego układu sterującego pracą diody LED.
Zastąpienie włącznika triakiem nie zmienia sytuacji. Triak powinien być wyłączony przy zerowym napięciu sieciowym. Oznacza to jednak, że nie będziemy dysponować w tym momencie napięciem (jest przecież równe zeru) i trzeba pogodzić się z tym, że triak nie zostanie włączony w momencie przejścia napięcia sieciowego przez zero, a nieco później, gdy napięcie wzrośnie do wartości zapewniającej przepływ przez diodę LED prądu o wystarczająco dużym natężeniu. Optotriak zostaje włączony przy natężeniu prądu diody LED wynoszącym około lOmA, a spadek napięcia na tej diodzie jest wtedy równy około 1,5V. Oczekiwanie na włączenie triaka nie będzie więc szczególnie długie, nie można jednak włączyć diody LED równolegle z wyprowadzeniami optotriaka. Po włączeniu triaka spadek napięcia wyniesie około IV lub 2V, co nie powinno uszkodzić diody. Jeśli jednak włącznik zostałby zamknięty w momencie gdy wartość napięcia sieciowego będzie wysoka (np. 325V), dioda LED wyparuje w obłoczku dymu, zanim zdąży zaświecić. Natężenie prądu diody LED musi zostać ograniczone do 50mA, ponieważ tyle wynosi maksymalna, dopuszczalna wartość prądu diody. Narzucającym się sposobem ograniczenia natężenia prądu jest użycie szeregowego rezystora. Rezystancja 13kQ ograniczy przy napięciu 325V natężenie prądu do około 25mA. W ta-
kiej sytuacji jednak natężenie prądu osiągnęłoby wartość lOmA, napięcie na diodzie i rezystorze musiałoby wzrosnąć do 130V. Do tego momentu oczywiście działa układ blokujący włączenie triaka poza obszarem bliskim 0V, a cały włącznik nigdy nie zostałby włączony. Nawet jeśli zaakceptujemy maksymalną wartość natężenia prądu 5 0mA i rezystancja szeregowego rezystora wyniesie ok. 6,8kQ, natężenie prądu diody lOmA zostanie osiągnięte dopiero dla napięcia 68V, co oznacza, że natężenie prądu diody powodujące włączenie fototriaka pojawi się za późno - napięcie sieciowe znajdzie się już poza obszarem dopuszczalnego okienka wokół zera.
Ograniczanie pojemnościowe
Na szczęście w przypadku zasilania napięciem przemiennym można do ograniczania natężenia prądu wykorzystać także kondensator. Kondensator posiada reak-tancję l/(2jcfC), co w przypadku pojemności lOOnF i częstotliwości 50Hz daje około 32kQ i ogranicza natężenie prądu do około lOmA. Ten rezultat wydaje się na pierwszy rzut oka gorszy niż uzyskiwany w przypadku rezystora, należy jednak pamiętać, że kondensator - oprócz ograniczania natężenia prądu - wprowadza także przesunięcie fazowe 90�, o które prąd płynący przez pojemność wyprzedza powstające na niej napięcie. Gdy napięcie sieciowe przekracza zero, natężenie prądu będzie miało maksymalną wartość, czego właśnie potrzebujemy, by spowodować włączenie triaka. To jednak jeszcze nie wszystko -dioda LED świeci przecież tylko wtedy, gdy przyłożone do niej napięcie ma odpowiednią polaryzację, a więc dioda będzie świecić
tylko przez połowę cyklu. Trudność tę można pokonać wprowadzając do układu prostownik mostkowy, dzięki któremu dioda LED będzie zawsze przewodzić, bez względu na kierunek przepływu prądu przez kondensator. Użyte mogą zostać dowolne krzemowe diody sygnałowe - maksymalne natężenie prądu wyniesie przecież tylko około lOmA, a maksymalne napięcie wsteczne będzie równe napięciu przewodzenia diody LED, a więc około 2V.
Rozwiązanie praktyczne
Rozwiązanie przedstawione na rys. 4 pozwoli na włączenie triaka, gdy napięcie na nim wyniesie około 40V. Przy takim napięciu energia zgromadzona w kondensatorze Cl jest wystarczająca, by doprowadzić do uszkodzenia optotriaka (układu ICl) po jego włączeniu, ponieważ nastąpi wówczas zwarcie kondensatora przez optotriak. Do układu dodano więc rezystor Rl, którego zadaniem jest ograniczanie natężenia prądu płynącego przez optotriak. Rezystancja Rl jest znacznie mniejsza od reaktancji kondensatora Cl, tak więc nie wpływa on na natężenie prądu płynącego przez diodę LED.
Maksymalne dopuszczalne natężenie prądu optotriaka (układu ICl) wynosi lOOmA, co nie jest wartością wystarczającą w przypadku domowych urządzeń elektrycznych - odpowiada mocy tylko 25W. Optotriak został więc wykorzystany do włączania triaka mocy CSRl, włączającego żarówkę. Maksymalne natężenie prądu zastosowanego triaka wynosi 3A (jeśli jest on wyposażony w odpowiedni radiator), co odpowiada mocy 750W, i powinno być wystarczające do zasilania wszystkich domowych urządzeń oświetleniowych.
Standardowy włącznik oświetlenia
BJ90
LP1
Sleć220V --------OL
Rys. 6. Sposób podłączenia układu przedłużającego czas życia żarówki do instalacji oświetleniowej.
Elektronika Praktyczna 5/99
17
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
Układ jest połączony z przełącznikiem Sl sterującym pracą diody LED przez prostownik mostkowy z diodami D1..D4. Dioda LED będzie świecić, gdy przełącznik będzie otwarty, gdy zaś będzie zamknięty, dioda będzie wyłączona. Rozwiązanie takie zastosowano chcąc zapobiec impulsowi prądu o dużym natężeniu, który popłynąłby przez kondensator Cl, gdyby włącznik umieszczony był szeregowo z kondensatorem i został zamknięty przy kondensatorze rozładowanym lub naładowanym do napięcia o polaryzacji przeciwnej do chwilowej fazy przyłożonego napięcia sieciowego.
Kondensator i rezystor, ponieważ są połączone z końcówkami triaka, eliminują także wszelkie impulsy mogące wystąpić w napięciu sieciowym. Impulsy napięciowe mogą spowodować przewodzenie triaka albo przez przebicie, albo dzięki obecności pojemności między bramką i anodą. Nie doprowadzi to do uszkodzenia triaka, może jednak oznaczać jego włączenie w momencie cyklu różnym od przejścia przez zero, a tego właśnie chcemy uniknąć stosując omawiany układ.
Przez układ cały czas płynie prąd o niewielkim natężeniu (nawet gdy jest wyłączony), jednak moc tracona w ten sposób jest znikoma, podobnie jak związany z tym koszt.
Jak już wspomniano, przy zastosowaniu układu włącznik oświetlenia pracuje odwrotnie, tj. włącza światło w pozycji "wyłączone" i vice versa. Włącznik ten można zamontować odwrotnie i wszystko wróci do normy.
Wykonanie
Ponieważ liczba użytych elementów jest niewielka, wykonanie układu nie powinno nastręczać żadnych trudności. Aby układ można było łatwo zamontować w obudowie włącznika oświetlenia, jego rozmiary winny być niewielkie, a więc zalecane jest użycie płytki drukowanej, przedstawionej na rys. 5.
Wykorzystanie płytki uniwersalnej być może byłoby tańsze, ale wstawienie takiej płytki do obudowy włącznika mogłoby sprawiać trudności. Zmontowany na proponowanej płytce układ wraz
ze złączką przewodową ma wymiary 4x2x2 cm i może zostać umieszczony w obudowie dowolnego włącznika oświetlenia.
Parametry diod i rezystorów nie są krytyczne, natomiast kondensator i triak pracują pod napięciem sieciowym i muszą mieć odpowiednie parametry. Można użyć dowolnego triaka o napięciu 400V, a zaproponowany w wykazie elementów jest chyba najtańszy i najszerzej stosowany. Posiada drobną wadę, to jest brak izolacji radiatora, który trzeba zaizolować tak, by nie dotykał żadnych metalowych elementów wewnątrz obudowy włącznika. Można także zastosować triak z izolowanym radiatorem, zwłaszcza jeśli przewiduje się zastosowanie dodatkowego radiatora.
Triak bez radiatora powinien przełączać moc do około 300W, co powinno wystarczyć do większości zastosowań. Jeśli potrzebne są wyższe moce, należy zastosować triak o maksymalnym prądzie 8A, wyposażony w niewielki ra-diator.
Kondensator Cl musi być dostosowany do pracy z przemiennym napięciem sieciowym 250V. Większość kondensatorów ma podane parametry dla napięcia stałego, w związku z czym zwykły kondensator o maksymalnym napięciu 250V nie może być użyty, ponieważ napięcie sieciowe osiąga wartość 370V, a mogą się w nim pojawić impulsy znacznie wyższe. Nie należy używać nawet kondensatorów do pracy z napięciem stałym 400V.
Układ ICl należy zamontować na podstawce, obcinając nie wykorzystywane wyprowadzenie 5.
Optotriak
Typ użytego optotriaka jest bardzo ważny i można użyć tylko podanych w wykazie elementów, tj. TLP3041 lub MOC3041, włączanych przy przejściu przez zero napięcia. Na rynku dostępnych jest wiele transoptorów, wszystkie w 5 lub 6-nóżkowych obudowach, posiadające jako element wyjściowy tranzystor lub tyrystor - wszystkie takie podzespoły ulegną zniszczeniu, jeśli zostaną użyte w omawianym układzie.
Wielu producentów oferuje optotriak MOC3020 w takiej samej
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
(0,25W, węglowe warstwowe) Rl:
R2: 100O Kondensatory
Cl: 100nF/250V/ poliestrowy, X-
rated
Półprzewodniki
D1..D4: 1N4148
CSR1: TIC20ÓD
ICl: TLP3041 lub MOC3041
Różne
Płytka drukowana, złączka
przewodowa podwójna,
podstawka ó-nóżkowa, małe
pudełko z tworzywa lub koszulka
termokurczliwa (patrz tekst)
obudowie, ale element ten nie posiada układu zapewniającego włączanie przy zerowym napięciu zasilającym, w związku z czym nie nadaje się do przedstawianego zastosowania.
Należy także pamiętać, że oznaczenie MOC stosowane jest przez głównego producenta układu, natomiast te same elementy oferowane przez innych producentów mogą nosić inne oznaczenie. Układ MOC3040 jest niemal identyczny z MOC3041, jednak jego optotriak jest włączany przy nieco wyższym prądzie diody LED - podzespół ten może nadawać się do użycia w omawianym urządzeniu, ale nie zostało to sprawdzone.
Złączka przewodowa służy do połączenia płytki z żarówką (czyli dwoma przewodami wyprowadzonymi ze ściany). Włącznik należy połączyć z płytką lutując dwa przewody do punktów zaznaczonych na płytce (rys. 6). Może to być oryginalny włącznik lub każdy inny, ponieważ będzie przezeń płynął tylko prąd diody LED
0 niewielkim natężeniem. Włącznik ten powinien jednak zapewniać izolację.
Instalacja
Po zakończeniu montażu układ należy dokładnie sprawdzić. Pamiętajmy o tym, że układ działa pod napięciem sieciowym 2 20V
1 wszelkie pomyłki mogą spowodować zniszczenie właśnie zbudowanego urządzenia!
Układ pracuje pod napięciem sieci i nie wolno przeprowadzać
18
Elektronika Praktyczna 5/99
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
na nim żadnych czynności, gdy jest pod napięciem. Przed przystąpieniem do montażu lub usuwania usterek należy wyłączyć odpowiedni bezpiecznik w skrzynce.
Po przetestowaniu i stwierdzeniu poprawnego działania układ należy zaizolować, by nie dotykał metalowych części obudowy włącznika. Najlepiej byłoby umieścić go w niewielkim pudełku z tworzywa sztucznego lub zalać żywicą (z wyjątkiem złączki przewodowej), można także umieścić go w kawałku termokurczliwej koszulki lub użyć zwykłej taśmy izolacyjnej.
Po zakończeniu powyższych czynności należy przystąpić do zainstalowania urządzenia. Dla zapewnienia bezpieczeństwa należy postępować zgodnie z następującymi zaleceniami: 1 .Wybrać element oświetleniowy, z którym ma współpracować zainstalowane urządzenie. 2.Wyłączyć sieć w skrzynce bezpiecznikowej, wyjąć odpowiedni bezpiecznik i włożyć go do kieszeni.
3.Upewnić się, że wybrany element oświetlenia nie świeci. 4.Zdjąć włącznik. 5.Podłączyć dwa wyprowadzone ze ściany przewody do złączki przewodowej płytki (sposób podłączenia nie jest istotny). 6.Połączyć oba wolne przewody wychodzące z płytki z kontaktami włącznika i ponownie go zainstalować.
7.Wstawić bezpiecznik w gniazdo i włączyć sieć.
Testowanie
Stosunkowo niewiele jest do sprawdzenia w zakresie funkcjonowania urządzenia oprócz tego, czy można włącznikiem włączyć oświetlenie czy nie, ponieważ wszystkie bardziej złożone operacje realizuje układ ICl. Jeśli oświetlenia nie można wyłączyć, oznacza to, że kontakty wyjściowe zostały zwarte lub że triak CSRl jest uszkodzony.
Jeśli oświetlenia nie można włączyć, oznacza to, że prawdopodobnie błędnie wlutowano podzespoły, najpewniej diody Dl lub D4. Znacznie mniej prawdopodobne jest uszkodzenie elementu ICl lub CSRl. Układ ICl można
sprawdzić wyjmując z układu kondensator Cl i podłączając 9V baterię PP3 dodatnim biegunem do wolnego wyprowadzenia rezystora Rl, ujemnym zaś do punktu L. Sposób doprowadzenia napięcia nie powinien mieć znaczenia, a zamiana końcówek pozwoli przekonać się, że diody Dl i D4 działają poprawnie.
Podczas tych prób włącznik powinien zostać odłączony lub pozostawiony w pozycji "wyłączone". Po połączeniu urządzenia z instalacją oświetleniową należy pamiętać, że znajduje się ono pod napięciem sieciowym i nie wolno dotykać żadnych części układu.
Triak CSRl można sprawdzić włączając przełącznik między wyprowadzenia 4 i 6 układu ICl (optotriak). Zamykaniu przełącznika powinno towarzyszyć zapalanie światła, otwieraniu - jego gaśniecie.
Stosunkowo trudno jest stwierdzić, czy układ poprawnie przełącza w chwili, gdy napięcie sieciowe przechodzi przez zero, ponieważ wymagałoby to przyłożenia napięcia sieciowego z inną fazą, np. odpowiadającą wartości maksymalnej. Ponieważ nie można tego dokonać manualnie, należałoby zbudować specjalny układ, a koszt i wysiłek włożone w jego budowę byłyby niewspółmiernie wysokie w porównaniu do korzyści, zważywszy że układ byłby wykorzystany tylko raz. Można jednak w inny sposób przekonać się, że układ włącza żarówkę przy przejściu przez zero napięcia sieciowego, opierając się na fakcie, że przełączanie w takich warunkach powoduje bardzo niewielkie zakłócenia wy-sokoczęstotliwościowe. Większość naszych Czytelników zapewne zauważyła, że włączeniu oświetlenia w pomieszczeniu, w którym pracuje odbiornik radiowy, towarzyszy słyszalny trzask w głośniku. Jest to spowodowane przełączeniem prądu, z czego wynika powstanie wielu harmonicznych, sięgających zakresu MHz, które mogą zostać odebrane przez odbiornik. Ponieważ nasz układ przełącza przy przejściu napięcia sieciowego przez zero, przebieg prądu będzie jedynie zmieniał się sinusoidalnie wraz z napięciem, czemu nie będzie towarzyszyć
generacja harmonicznych i nie będzie słychać trzasków w głośniku. Ponieważ w rzeczywistości układ przełącza przy napięciu nieco wyższym od zera, powstaną pewne zakłócenia, jednak o poziomie znacznie niższym niż przy włączaniu przypadkowym. Ponieważ połowa cyklu napięcia sieciowego trwa znacznie dłużej niż okres, w którym napięcie to jest bliskie zeru, prawdopodobieństwo włączenia żarówki w innym momencie niż przekraczanie przez napięcie wartości zerowej jest duże, tak więc po zamontowaniu włącznika bezpośrednio z triakiem, przy włączeniu powinny być słyszane głośne trzaski w głośniku. Można je porównać z efektami słyszalnymi przy włączaniu żarówki przy pomocy naszego układu - powinny być one znacznie, znacznie cichsze, jeśli w ogóle słyszalne.
Długie fale, długi czas eksploatacji
Należy pamiętać, by podczas właśnie opisanego eksperymentu odbiornik radiowy włączony był na zakres fal długich, ponieważ wtedy właśnie jest najbardziej wrażliwy na zakłócenia o częstotliwościach radiowych. Nasz układ może generować w sposób ciągły zakłócenia o niskim poziomie, ponieważ w rzeczywistości przełącza nieco powyżej przejścia napięcia sieciowego przez zero, jednak efekty tego powinny być znacznie słabsze. Test ten nie jest oczywiście równoważny dokładnemu pomiarowi, może jednak pozwolić zorientować się, że układ przełącza w okolicy przejścia napięcia sieciowego przez zero i że natężenie prądu płynącego tuż po włączeniu jest dość małe.
Najlepsza jest jednak weryfikacja praktyczna. Przeprowadzenie dokładnego pomiaru zabrałoby zapewne bardzo wiele czasu, szybciej zaś zdamy sobie sprawę, że już od długiego czasu nie musieliśmy wymieniać żarówki w lampie! Bart Trepak, EPE
Artykuł publikujemy na podstawie umowy z redakcją miesięcznika "Everyday Practical Electronics".
Elektronika Praktyczna 5/99
19
MIESIĘCZNIK DLA ELEKTRONIKÓW
Automatyczny regulator głośności
Opisywany regulator
głośności jest włączany
pomiędzy radioodbiornik
samochodowy a jego
wzmacniacz - "hooster".
Automatycznie dopasowuje
głośność do poziomu hałasu
w samochodzie.
Regulacja głośności odbywa się w czterech krokach po 5dB w oparciu o natężenie dźwięku zmierzone we wnętrzu pojazdu. Oznacza to, źe głośność może być zwiększona o 20dB w odniesieniu do ustawionego poziomu. To powoduje, źe należy uważać, aby booster i głośniki nie zostały przes terów ane.
W układzie, którego schemat zamieszczono na rys. 1, IC4a i IC4b działają jako wzmacniacze sterujące. Sygnał jest doprowadzony do wejścia poprzez Kl i K3, a do boostera poprzez K2 i K4. Poziom hałasu jest rejestrowany przez mikrofon elektieto-wy MCI.
Mikrofon nie powinien być zbyt czuły dla uniknięcia przeste-rowania i sprzężeń akustycznych pomiędzy nim i głośnikami. Podkładowy prąd stały mikrofonu jest określony przez rezystor Rl, natomiast czułość jest ustawiana za pośrednictwem Pl.
Z suwaka Pl sygnał wyjściowy mikrofonu jest doprowadzony do wejścia szybkiego wzmacniacza operacyjnego ICl. Wzmacniacz ten, połączony w układzie prostownika/wzmacniacza, zapewnia wzmocnienie 45V/V. Sygnał wyjściowy jest uśredniany przez R5, C3, a następnie doprowadzony do komparatorów IC3a..IC3d. To one porównują wzmocniony i uśredniony sygnał U^, z napięciami odczepów dzielnika R6..R10. Każde z tych napięć różni się od poprzedniego lub następnego o 5dB.
Komparatory sterują kluczami elektronicznymi IC5a..IC5d i IC6a.. IC6d, modyfikującymi stopień sprzężenia zwrotnego wzmacniaczy IC4a i IC4b odpowiednio do sygnału wejścia sterującego. Na przykład, jeśli żaden z komparatorów IC3 nie zmienił stanu, IC4a działa jak wtórnik napięciowy o wzmocnieniu jednostkowym. Gdy UAA przekroczy poziom napięcia na odczepie R6, R7,
Elektronika Praktyczna 5/99
21
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl: 18kQ
R2: 3,3kn
R3: 150kQ
R4: 5,ókQ
R5: 470kO
R6: 143O
R7: 113O
R8: 220O
R9: 357O
RIO: 681O
Rl 1, R18, R19, R26: 100O
R12, R20: 47kQ
R13, R21: 2,15ka 1%
R14, R22: 3,92kn, 1%
R15, 23: 7,15kn, 1%
R16, R24: 12,7kQ, 1%
R17, R25: 10kn, 1%
R27..R30: 3,9kQ
Pl: lOOkO
Kondensatory
Cl: 150nF
C2, Cl9: 220jiF/25V
C3: luf MKT
C4, C7, C8, C15..C17: lOOnF
C5: 4,7p.F/63V
C6: 100|iF/25V
C9, Cli, C12, C14: 3,3^, MKT
CIO, C13: 150pF
C18: 1000jiF/25V
Półprzewodniki
Dl: dioda Zenera 4,3V, 500mW
D2, D3: BAT85
D4..D7: diody LED, wysokosprawne
D8: dioda Zenera 5,óV, 500mW
IC1: OP17
IC2: 78L08
IC3: TL084
IC4: TLO72
IC5, IC6: 4066
Różne
K1..K4: gniazda audio do druku
MIC1: mikrofon elektretowy
Rys. 1.
wzmocnienie IC4a wzrośnie o 5dB. Gdy wraz ze wzrostem hałasu z drogi i z silnika napięcie UAA przekroczy poziom odczepu R9, RIO, wszystkie klucze zostaną zwarte, tak że R13..R16 zrówno-leglą się i wzmocnienie IC4a wzrośnie o 20dB. Stopień wzmocnienia automatycznego regulatora głośności wskazują diody świecące D4..D7.
Układ jest zasilany z akumulatora samochodowego. Zaleca się,
aby napięcie akumulatora było dobrze odfiltrowane. Mikrofon i dzielnik napięcia są zasilane napięciem 8V ze stabilizatora IC2. Zasilanie IC4 jest utrzymywane na poziomie 5,6V przez Tl, D8, niezależnie od napięcia akumulatora. Gdy dioda LED świeci, układ pobiera prąd 40mA. Zniekształcenia 0,0025% są dużo niższe od wymaganych dla samochodowego sprzętu hi-fi. EE
Elektronika Praktyczna 5/99
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
Prosty oscylator kwarcowy
Jest to prosty i niedrogi oscylator kwarcowy z pojedynczym układem scalonym. Wykorzystuje tylko dwa z inwerterów zawartych w obudowie układu scalonego. Konstrukcja jest pochodną tradycyjnego generatora fali prostokątnej, w którym kwarc i dwa rezystory zastępują obwód RC. Częstotliwość oscy-latora może być zmieniana po zastąpieniu kwarcu try merem 22-68pF.
Częstotliwość kwarcu może mieć wartość l-10MHz. Wartości rezystorów Rl i R2 mogą wynosić od 1 do 4,7kQ (ale muszą być takie same).
Prototyp był sprawdzony z kwarcami lMHz, 3,579MHz i 8MHz. Układ scalony może być typu LS, HC lub HCT, ale nie TTL. Oscylator pobiera tylko kilka
9...12V
Rys. 1.
miliamperów ze źródła zasilania 5V.
Prostota konstrukcji ma tę wadę, że stabilność częstotliwości przy zmianach temperatury nie jest zbyt duża. Wynika to stąd, że oscylacje w dużym stopniu zależą od pojemności równoległych kwarców.
Elektronika Praktyczna 5/99
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
Automatyczny wyłącznik zasil
DCM
Cl
470nS 35V
Rys. 1.
W trakcie testowania układów zachodzi niekiedy potrzeba włączenia napięcia zasilania w danym momencie albo stopniowo.
Przedstawiony tutaj automatyczny wyłącznik jest oparty na układzie oscylatora/licznika binarnego - ICl. Częstotliwość os-cylatora jest określona przez R9, RIO, Pl i C5. Układ scalony ma dziesięć wyjść przyjmujących kolejno poziom wysoki, co można wykorzystać do sterowania identycznych stopni tranzystorowych (z których trzy zamieszczono na schemacie). Każdy z tych stopni składa się z dzielnika napięcia i tranzystora BC548B, działającego jako klucz.
Rzeczywisty zasilacz, w połączeniu z tranzystorem mocy Tl, działa jak stabilizator równoległy. Napięcie wyjściowe jest określone przez napięcie Zenera diody Dl, pomniejszone o spadek napięcia na złączu baza-emiter Tl plus spadki na tych diodach, które nie są zwarte przez tranzystor.
Na przykład, jeśli dioda Zenera jest typu 12V, a T3 i T4 są wyłączone, napięcie wyjściowe jest równe 12+4x0,7-0,7=14,IV.
IC2
7S(L)05
Napięcie Zenera może być dowolne, ale zależy od wymaganego napięcia wyjściowego (plus Ube Tl). Gdy T2 jest włączony, dioda Zenera jest zwarta, tak że napięcie wyjściowe jest wyłączone.
Rezystor Rl ogranicza prąd płynący przez diody połączone szeregowo. Chociaż układ scalony może działać w szerokim zakresie napięć zasilających, zaleca się stosowanie stabilizatora 5V, IC2. Jeśli prąd obciążenia przekracza lOOmA, Tl musi być zamontowany na odpowiednim radiatorze. Tranzystor ten nie może nagrzewać się tak, by nie można było go dotknąć. Jeśli tak się zdarzy, należy ograniczyć prąd obciążenia, powiększyć zastosowany ra-diator lub zwiększyć wartość R2. Wartość tego rezystora (w omach) jest liczbowo różnicą między napięciami wejściowym a wyjściowym (w woltach), podzieloną przez szczytową wartość prądu obciążenia (w amperach). Jego moc wynika z iloczynu tych wielkości.
Na koniec zauważmy, że wyłącznik nie jest zabezpieczony przed zwarciem. [Dittmann - 974015]
H2*
R8
12k
R7
12k
R6 12k
1R3 f1R4 flR5 J6,8k LJ6,Bk M6,8k
D2...D5 = 4x1N414B
C8
100^1 E 35V
.C7 -100n
DCOUT
0 -o-
Elektronika Praktyczna 5/99
23
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
Rejestr przesuwny sterowany RS232
Układ ten, złożony z tylko kilku bramek i zatrzaskowego rejestru przesuwowego, jest wyjątkowo odpowiedni dla sterowania kilkoma wyjściami poprzez dwuprzewodowe łącze RS232. Przykładowo może to być sterowanie silnikiem krokowym. Może również okazać się przydatny, gdy - na przykład -wszystkie porty mikrokontrolera są zajęte.
ICIa
do około 600mV. Linia DATA (wyprowadzenie 2) przenosi ten sam sygnał, co magistrala RS232, ale z przesuniętymi poziomami napięć do 0V jako logicznego "0" i +5V, jako logicznej "1".
Narastające zbocze na wejściu układu, takie jak bit startu nowego bloku danych, wywołuje impuls dodatni na wejściu IClb, wyzwalający przerzutnik Schmit-ta,
Prototyp wykorzystano do programowego sterowania ośmiu diod LED. Interfejs RS232 musi być ustawiony dla 9600 bodów, bez parzystości, z ośmioma bitami danych i z jednym bitem stopu. Tak więc, dla przesłania bitu magistralą RS232 musi być przesłany blok dziesięciu bitów (osiem bitów danych, jeden bit stopu i jeden bit startu).
Logiczna "1" jest więc przesyłana jako FFHEX, czyli osiem jedynek, a logiczne "0" jest przesyłane jako 00HEX, czyli osiem zer.
W stanie spoczynkowym na wyjściu interfejsu RS232 jest -12V. Logiczna "1" jest reprezentowana przez -12V, a logiczne "0" przez +12V.
Diody zabezpieczające wewnątrz ICl w połączeniu z Rl ograniczają napięcie wejściowe
Rys. 1.
10
+5V
ICn 4094
SRG8
L1
ID
C2 EN3
2D
Elektronika Praktyczna 5/99
^^^^^^^^^^^^^^^^^^m PROJEKTY ZAGRANICZNE
Następnie kondensator C3 jest Z kolei, to opadające zbocze po- 5,16ms żaden sygnał nie zostanie
rozładowywany poprzez Dl. woduje przełączenie wejścia przesłany linią RS232, uaktywnia
Przez czas rozładowania wejście ICle, utrzymywanego przez R5 się sygnał STROBE, po czym dane
IClc jest w stanie wysokim. Gdy w stanie wysokim, do stanu nis- w rejestrze przesuwowym są za-
tylko C3 zostanie rozładowany, kiego. To wywołuje opadające trzaskiwane na wyjściach,
wyjście IClb zmienia stan na zbocze na wejściu CLK IC2, Jak to zaznaczono na schema-
wysoki, po czym C3 jest łado- umożliwiające zapisanie infor- cie, układ może być rozszerzony
wany ponownie poprzez R3. Po macji z linii DATA. poprzez połączenie wyjścia prze-
około 530ms napięcie na C3 jest Dolna gałąź na schemacie (ICld niesienia IC2 z wejściem następ-
dostatecznie wysokie, by wyzwo- i IClf) działa w podobny sposób, nego rejestru (i dalszymi, IC3,
lić układ IClc, po czym jego ale stała czasowa R4-C4 jest około IC4, itd.).
wyjście zmieni stan z "1" na "0". dziesięć razy większa. Jeśli przez [Willaert - 974113]
Elektronika Praktyczna 5/99 25
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
Adapter SMD
Rys. 1.
Programatory pamięci EPROM i mikrokontrolerów są niezmiennie wyposażane w podstawki ZIF mocujące programowane elementy. Jednak układy do montażu powierzchniowego (SMD), stosowane coraz częściej, mają obudowy SOJ lub SOP, tak że nie mogą być programowane w istniejących programatorach bez specjalnych adapterów.
Proponujemy taki właśnie adapter, umożliwiający wykorzystanie programatora przeznaczonego dla układów w 28-wyprowadzeniowych obudowach DIL do programowania układów w 28-wyprowadzeniowych obudowach SMD.
Adapter składa się z małej, jednostronnej płytki drukowanej
z 28-wyprowadzeniowym gniazdem DIL (przymocowanym po stronie druku) i adapterem ZIF dla 28-wyprowadzeniowych obudów SMD (po stronie elementów). Montaż należy zacząć od wllitowania dwu 14-wyprowadzenio-wych, jednorzędowych listew styków. Należy zwrócić uwagę, aby nic nie wystawało po stronie elementów, ponieważ inaczej nie wystarczy miejsca dla gniazda ZIF. Następnie na końcówki listew trzeba nasadzić standardowe 2 8-wyprowadzeniowe gniazdo układu scalonego DIL. Na koniec, po stronie elementów przyłutować 28-wyprowadzeniowe gniazdo ZIF, odpowiednie dla SMD. [Lemmens - 974048]
Elektronika Praktyczna 5/99
25
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
Szerokopasmowy przedwzmacniacz VHF
Ten niedrogi wzmacniacz wykorzystuje tranzystory pnp typu BF324 (w obudowach TO92), w konfiguracji z uziemioną bazą. Układ może być stosowany jako wzmacniacz sygnału VHF w odbiornikach o małej czułości wejściowej (takich jak wiele odbiorników lampowych lub z wojskowych nadwyżek). Zakres częstotliwości przedwzmacniacza obejmuje z grubsza pasmo od 75MHz do 150MHz.
Obydwie cewki w układzie są własnej roboty. Li składa się z 10 zwojów emaliowanego drutu miedzianego 24SWG (średnica wewnętrzna 3mm, bez rdzenia). In-dukcyjność L2 ma 13 zwojów tego samego drutu i średnicę wewnęt-
rzną 5mm, również bez rdzenia. Wskazówka konstrukcyjna: zwoje nawijać ciasno na wiertłach odpowiednio 3 i 5mm, jako tymczasowych szablonach.
Prototyp przedwzmacniacza był z powodzeniem wykorzystywany z odbiornikiem FM 88..108MHz i odbiorni- 76,"ih)mhz kiem VHF v w zakresie 2m.
Przed-wzmacniacz pobiera prąd około 2,5mA z za-siłacza o napięciu 5V.
�-3.5V (ż>0,2V
Elektronika Praktyczna 5/99
25
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
Generator impulsów o regulowanej długości
W praktyce często spotykamy wymóg, aby generator dostarczał impulsów o zmiennej długości. Kilka przykładów: oświetlenie schodów, przełączniki praca/przerwa w prywatnych i służbowych samochodach, wyłącznik czasowy oświetlenia pokoju, radia lub sprzętu stereo albo wentylatorów. Scalone timery bardzo często wykorzystują układ 555. Jest to jednak furtka bez możliwości dostarczenia bardzo długich impulsów. Co więcej, czasy trwania bardzo długich impulsów nie mogą być precyzyjnie ustawiane potencjometrem.
W prezentowanym układzie długość impulsu może być ustawiana bardzo dokładnie w szerokim zakresie. Układ jest sterowany przez przerzutnik bistabilny RS złożony z bramek IC3a i IC3b. Jest on ustawiany wyłącznikiem
+12V
+12V
IC3c
|8 [9 |12 113 IC3 = 4001
Rys. 1.
1N4148
IC1 4060
R1 470k
IC2 4017
roboczym Sl na wejściu Set (wyprowadzenie 6).
Sygnał wyjściowy przerzutnika (wyprowadzenie 3) przełącza za pośrednictwem Tl przekaźnik REI. Dioda obcinająca Dl chroni układ przed przepięciami indukowanymi w uzwojeniu. Status układu wskazuje dioda D3.
Przerzutnik jest przywracany do stanu wyjściowego poprzez wejście Reset (wyprowadzenie 1). Po włączeniu zasilania również następuje Reset za pośrednictwem R4-C2.
Wejście Reset jest sterowane z wyjścia oscylatora licznika. W stanie spoczynkowym licznik dziesiętny IC2 jest zablokowany stanem wysokim na wejściu Enab-le (pin 13), podczas gdy ICl oscyluje i zlicza. Jest to nieistotne, ponieważ wciśnięcie przycisku resetuje obydwa liczniki do zera. Następnie w ICl zaczyna się zliczanie impulsów i gdy suma osiągnie 16348, na wyprowadzeniu 3 pojawia się impuls zliczany przez licznik dziesiętny IC2.
Dalej S2, który może być przełącznikiem obrotowym, przełącznikiem DIP lub zworą, umożliwia wybranie jednego z dziesięciu impulsów wyjściowych i doprowadzenie go do linii resetu przerzutnika. Dioda D2 zapobiega uszkodzeniu wyjść IC2 w momencie włączenia zasilania.
Czas upływający pomiędzy wygenerowaniem impulsów 16348 i 16380 zależy, oczywiście, od częstotliwości oscylatora i, tym samym, od ustawienia Pl. Potencjometr lkQ umożliwia czasy przełączania do 2s. Czas trwania impulsu jest niemal wprost proporcjonalny do rezystancji tego potencjometru. Układ pobiera prąd 15mA (głównie dioda LED) z pominięciem prądu przekaźnika. [974003 - Praedeep G.]
Artykuł publikujemy na podstawie umowy z redakcją miesięcznika "Elektor Electronics".
Editorial items appearing on pages 21..26 are the copyright property of (C) Segment B.V., the Netherlands, 1998 which reserves all rights.
26
Elektronika Praktyczna 5/99
SPRZĘT
Zasilacze sieciowe firmy Tatarek
Technologiczne i strukturalne
zaawansowanie współcześnie
produkowanych elementów
spowodowało, że samodzielne
wykonanie zasilacza
o "przyzwoitych" parametrach
jest zadaniem nad wyraz
prostym. Nie oznacza to
jednak, że technologiczny
postęp zagraża firmom
produkującym zasilacze -
doskonałym przykładem
rozkwitu i umiejętnego
dostosowania się do rynkowych
trendów jest wrocławską firma
Tatarek, której najnowsze
wyroby przedsta wiamy
w artykule.
Fot. l.
Fot. 2.
Fot. 3.
W ofercie produkcyjnej firmy Tatarek znajduje się cały szereg zasilaczy o różnych mocach wyjściowych, ze stabilizacją napięcia wyjściowego i bez, impulsowe i transformatorowe, a także specjalizowane zasilacze do instrumentów muzycznych, lodówek samochodowych oraz ładowarki do akumulatorów NiCd.
Najprostszym zasilaczem spośród udostępnionych nam do testów jest zasilacz stabilizowany ZSN9/150 (fot. 1). W zależności od wymagań odbiorcy może on byc alternatywnie wyposażony w trzy rodzaje złącz wyjściowych lub w uniwersalną końcówkę krzyżakową, która zastępuje pięć najbardziej popularnych typów złącz. Dołączenie zasilacza do sieci sygnalizuje świeceniem dioda LED.
Nieco większą moc wyjściową ma zasilacz stabilizowany ZSN9/250 (fot. 2). Cechy użytkowe tego modelu są zbliżone do zasilacza ZS9/150, producent oferuje do niego także podobne akcesoria. Dwukrotnie większą moc wyjściową może dostarczyć zasilacz o identycznej konstrukcji elektrycznej (zastosowano mocniejszy transformator] - ZSN9/500 (fot. 3],
Dotychczas przedstawione zasilacze charakteryzuje dość prosta i przez to niezawodna konstrukcja elektryczna i mechaniczna. Producent zadbał o wysoką estetykę swoich wyrobów, zapewniając przy tym szereg walorów użytkowych.
Znacznie bardziej zaawansowanymi konstrukcjami są zasilacze impulsowe serii 20. Do prób otrzymaliśmy dwa podstawowe modele 20ZSI3/15, o regulowanym napięciu wyjściowym: wersje 3/4,5/6V (fot. 4] oraz 6/9/l2V. Pomimo niewielkich wymiarów zasilacze serii 20ZSI dostarczają prądu o bardzo dużym natężeniu - 2A. Osiągnięcie takiego wyniku nie jest możliwe (przy zachowaniu wymiarów zasilaczy] z wykorzystaniem liniowej stabilizacji napięcia wyjściowego. Wyboru napięcia na wyjściu zasilacza dokonuje się przy pomocy wyprowadzonego na zewnątrz obudowy trzypozycyjnego przełącznika hebelkowego. Fakt dołączenia zasilacza do sieci sygnalizuje dioda LED. Podobnie, jak w przypadku stabilizatorów liniowych końcówka przewodu wyjściowego może mieć zakończenie wybrane przez użytkownika, możliwe jest także (tak wyposażono egzemplarze testowe] zamówienie uniwersalnego kabla z adapterami.
Interesującymi opracowaniami są także zasilacze niestabilizowane o dużej mocy wyjściowej. Do testów otrzymaliśmy dwa takie zasilacze - ZN15/1 (fot. 5] oraz ZN12/2 (fot. 6). Urządzenia te reprezentują bogatą rodzinę tego typu urządzeń, które opracowano z myślą o zasilaniu reklam świetlnych, kas fiskalnych, można je także wykorzystać w domowym laboratorium elektronicznym. Ze względu na duże rozmiary transformatorów stosowanych w tych zasilaczach producent zastosował obudowy typu stołowego. Dołączenie zasilacza do sieci umożliwia standardowy kabel zakończony wtyczką. Kabel wyjściowy może byc zakończony wybranym przez odbiorcę typem wtyku lub uniwersalną końcówką krzyżakową.
Wszystkie zasilacze oferowane przez firmę Tatarek spełniają wymagania norm bezpieczeństwa i są przystosowane do pracy w temperaturze otoczenia O.. + 4O�C. Krzysztof Jasik
Prezeniowans w artykule zasilacze udostępniła redakcji firma Tatarek [iel. {0-71} 67-21-67, 373-14-33].
Urządzenia opisane w artykule stanowią tylko fragment oferty produkcyjne) firmy Tatarek. Wybrane typy zasilaczy dostępne są w ofercie handlowej AVT.
W następnym numerze EP przedstawimy dwa kolejne urządzenia firmy Tatarek -ładowarkę do akumulatorów NiCd oraz zasilacz samochodowy.
Fot. 4.
Fot. 5.
Fot. ó.
Elektronika Praktyczna 1/99
39
PRO
"Bezcenne" narzędzie od Vantisa
Możliwości pakietu

Zgodnie z zapowiedzią
sprzed miesiąca,
w drugiej części
artykułu przedstawimy
podstawowe możliwości
freewareowego pakietu
do projektowania
układów
programowalnych firmy Yantis.
Jak się przekonacie, darmowe
oprogramowanie może
spełniać nawet
najbardziej
zaawan sowane
wymagania.
Instalacja oprogramowania
przebiega standardowo, w związku z czym nie będziemy je] omawiać. Po zainstalowaniu pakietu na pulpicie pojawia się ikona z logo Vantisa, która prowadzi nas wprost do shella pakietu (rys. lj, który w przejrzysty sposób prowadzi po wszystkich zakamarkach oprogramowania.
Tworzenie projektu rozpoczynamy od nadania mu nazwy oraz wybrania układu, dla którego jest on przygotowywany (rys. 2j. Jeżeli decyzja o typie docelowego układu nie zapadła, można zastosować domyślny układ wirtualny i dopiero póż-
1- i
_J____J______i____I
Rys 1
U* ii, II U * IŁ,'U
Lr-u:i�4ffi
IfSO
!
_l �
J
Rys 2
Rys 3
niej dopasować go do realizowanego zadania lub do konstrukcji urządzenia docelowego. Pakiet Design Direct umożliwia kompilacje, projektów dla większości układów produkowanych przez Vantisa, począwszy od struktur standardowych (odpowied-
niki GALJ, aż do układów rodziny MACH5/5A.
Prezentowane oprogramowanie umożliwia kompilowanie projektów hierachicznych, przy czym poszczególne moduły są opisane schematem lub językiem wysokiego poziomu ABEL. W ramach jednego projektu można zawrzeć ponadto dowolny dokument tekstowy (zawierający np. jego dokumentację) oraz plik wymuszeń wykorzystywany do symulacji (rys. 3).
Najprzyjemniejszym sposobem opisania projektowanego układu jest oczywiście rysowanie schematu z wykorzystaniem symboli podstawowych elementów logicznych. Do tego celu służy wbudowany w pakiet edytor schematów (rys. 4} oraz bogate biblioteki gotowych elementów logicznych (bramki, przerzutniki, bufory} oraz makrofunkcji (układy arytmetyczne, rejestry, itp.J. Okno menedżera bibliotek przedstawiono na rys. 5.
Edytor tekstowy prezentuje się na pierwszy rzut oka mniej efektownie (rys. 6j, ale jego możliwości są dość duże. Jedną z istotniejszych jego właściwości, wykraczającą poza standardowe funkcje edytorów tekstu, jest kontekstowe zaznaczanie kolorami tekstu, co ułatwia analizę zapisanego w ABEL-u programu. Dzięki dołączeniu do edytora wszystkich podstawowych wzorców dokumentów zgodnych z nomenklaturą ABE-L-a (rys. 7j, pisanie programów w tym języku może sprawiać przyjemność także okazjonalnym użytkownikom układów PLD.
Wszystkie moduły projektu najłatwiej jest połączyć w edytorze schematów. W tym celu
należy utworzyć makrofunkcje, to znaczy przyporządkować symbole graficzne poszczególnym modułów. Symbole można zagnieżdżać w sobie, dzięki czemu raz zaprojektowany i przetestowany moduł można wykorzystywać wielokrotnie w tym samym projekcie.
Design Direct umożliwia niezależną kompilację poszczególnych modułów projektu, co znacznie upraszcza diagnostykę. Podczas kompilacji modułów nie powstają kody wynikowe JEDEC. Ich uzyskanie możliwe jest tylko dla najwyżej położonej w hierarchii warstwy projektu. Podczas kompilacji całego projektu system prowadzi diagnostykę poszczególnych fragmentów projektu, potrafi nawet wskazać "wprost" niektóre błędy. Pakiet projektowy jest wyposażony w system zarządzania wyprowadzeniami budowanego układu, który umożliwia przypisanie poszczególnych sygnałów wejściowych i wyjściowych fizycznym wyprowadzeniom wybranego układu (rys. 3j, deklarowanie trybu pracy układu (regulacja poboru mocy przez bloki logicznej oraz programowanie szybkości narastania sygnału na wyjściach.
Design Direct umożliwia projektantowi dwojaką analizę stworzonego projektu. Pierwszą z możliwości jest analiza funkcjonalna, czyli po prostu sprawdzenie reakcji układu na pobudzenia wejść. Do przeprowadzenia tego etapu testowania niezbędna jest minimalna znajomość ABEL-a, ponieważ plik zawierający opis pobudzeń należy stworzyć samodzielnie przy pomocy edytora tekstowego. Bardzo efektownie wygląda nato-
Rys 4
Elektronika Praktyczna 5/99
27
PROGRAMY
bbwy
Symbol
5
Rys 5
czasu propagacji sygnału poszczególnymi ścieżkami. Na rys. 10 przedstawiono fragmenty okien analizatora czasowego, który określi! maksymalną częstotliwość taktowania układu (okno górnej i czasy propagacji sygnału (okno dolnej.
Po przeanalizowaniu projektu można przejść do etapu zamiany efektów pracy nad projektem na ich fizyczną postać. Jeżeli w projekcie są stosowane układy wyposażone w interfejs ISP JTAG, to można je programować wprost z komputera (za pomocą prostego interfejsu dołączanego do złącza
Rys 6
Ry& 7
miast prezentowanie wyników działania symulatora, co widać na rys. 9.
Drugą możliwością weryfikacji projektu jest analiza jego parametrów czasowych. Umożliwia ona oszacowanie maksymalnej szybkości działania układu oraz
LPTJ. Jeżeli stosowanych układów nie można programować w systemie, niezbędny będzie dodatkowy, zewnętrzny programator.
Programowanie układów ISP ułatwia moduł wbudowany w pakiet Design Direct, którego okno widać na rys. 11. Przed rozpo-^^^^ częciem programowania należy skonfigurować łańcuch JTAG (w szereg można łączyć więcej niż jeden układJ. Okno kon-figuracyjne widoczne jest na rys. 12. Dodatkową możliwością oferowaną przez ten program jest obsługa interfejsu JTAG w testowej konfiguracji ATE, co znakomicie ułatwia weryfikację pracy projektowanego układu
Rys 8
I Ś* \ w jego standardowym, fi-zycznym otoczeniu.
1 IM U* 9t* IM* 1 ii Ul W UH 1*1 4 UH
ŚImnUlt 1 -'-------- _ 1 -1

1 ------1
1 ""1
se ---j r
||

I
Rys 9
Tyle
oczywiście w wielkim skrócie zachwytów. Na koniec dwie kry-t y c z n e uwagi, które są efektem kilkutygodniowej pracy z pakietem Design Direct.
Po pierwsze, pomimo możliwości pracy pakietu z Windows 95/9S i obsługi y& długich nazw, w praktyce nie nsgo w artykule oprogramowania
można ich stosować. Wynika to faktu zastosowania mocno osadzonego w przeszłości sposobu pracy całego programu: otóż win-dowsowy shell wywołuje DOS-owe moduły z automatycznie podawanymi parametrami. Ponieważ moduły te nie są w stanie odczytać długich I nazw, operacje na tak opisanych plikach nie są możliwe.
Po drugie, sposób posługiwania się pakietem trudno zakwalifikować do intuicyjnych. Mimo tego należy stwierdzić, że odrobina chęci oraz wbudowany w Design
dostarczyła redakcji firma Futu-re.
Informacje o podzespołach firmy Vaniżs oraz ich sprzedaż prowadzą firmy: Elbaiex, Future, MacropoS.
Direct program pomocy wy- pv& -. -." starczą, aby w ciągu kilku dni nauczyć się biegłe- mrmmmmmr^^^^
go nim posługiwania.
Pomimo tych
uwag Design Direct jest narzędziem
Rodnym polecenia, *"" " od początkujących f:-r *r (specjalnie dla nich: r PALCE16/2OVS i pochodnej, aż po za-
awansowanych kon- Rys 12
struktorów
(MACH1..5J.
Piotr Zbysiński,
AVT
Za miesiąc przedstawimy możliwości pakietu udostępnionego przez firmę Vantis.
Przedpremi ero wą wersję prezeniowa-
Rys 13
23
Elektronika Praktyczna 5/99
Rys 9
PROGRAMY
O jedno pudełko na półce mniej...
...czyli internetowy kompilator CPLD firmy
V XIUNX*
Producenci programowalnych
układów scalonych wszelkiej
maści od dłuższego czasu
udostępniają darmowe
oprogram owanie wspierają ce
proces konfigurowania tych
układów.
Xilinx dotychczas odstawał
nieco od rynkowych, a raczej
internetowych trendów,
dostarczając oprogramowanie
tylko klientom gotowym zapłacić
za nie mniejsze lub większe
pieniądze. Tak było dotychczas...

Od niedawna, na swojej internetowej stronie, Xilinx udostępni! narzędzie, którego powstanie zapowiedział jakiś czas temu Bili Gates - jest to internetowy kompilator dla uldadów programowalnych. Dzięki zastosowaniu tak nowatorskiej idei, każdy chętny ma dostęp do kompilatora bez konieczności stawiania na polce kolejnego pudełka z płytą CD...
Na koniec krótkiego wstępu ważne uwagi: dostęp do internetowego kompilatora jest bezpłatny (nie licząc kosztu dostępu do Internetu], a jego możliwości - na poziomie podstawowym - całkiem spore.
Nowa idea
Idea internetowego kompilatora polega na udostępnieniu na stronie WWW usługi, która jest niemal pełnym odpowiednikiem standardowego (w tym wypadku najprostszego, obecnie już nie sprzedawanego XABEL-a] pakietu narzędziowego, oferowanego dotychczas odpłatnie. Wystarczy więc wysłać swój projekt do Xilinxa (Internetein!] i po krótkim czasie, zazwyczaj nie przekraczającym kilku minut,
_________ możemy ściągnąć wyniki
^^^^^^ŚŚIBHI kompilacji do swojego kom-
Bputera. Zaletą tej usługi jest szyb-__ _,.. t i-^B kość i niska cena (płacimy *1 tylko za połączenie telefoniczne], a pewną wadą - jej ograniczenia funkcjonalne. Nie ma np. możliwości symulacji funkcjonalnej lub czasowej budowanego układu, co - w porównaniu do standardowego oprogramowania - jest istotnym ograniczeniem.
Pamiętajmy jednak, że to dopiero początki!
Rys. 1.
* J
r== ]
Rys. 2.
Co może WebFITTER?
WebFITTER jest kompilatorem programów zapisanych w jednym z języków: VHDL, ABEL, Verilog lub określonych listami połączeń w formatach: EDIF, TDF, XNF. Kompilator akceptuje stosowane we wszystkich narzędziach Xilinxa pliki UCF, w których zapisywane są żądania użytkownika dotyczące kompilowanego projektu. Jeżeli użytkownik nie przygotuje tego pliku WebFITTER samodzielnie dobierze optymalne - jego zdaniem - rozmieszczenie wyprowadzeń i rozkład projektu w struktu-ize CPLD.
W chwili pisania tego artykułu WebFITTER umożliwiał kompilację projektów dla układów CPLD serii XC9500 w wersjach 5V, 3,3V (XL] oraz 2,5V (XV]. Planowane jest rozszerzenie gamy akceptowalnych układów, lecz szczegóły nie są jeszcze znane.
Układy XC 9500 można programować w systemie (ISP] poprzez interfejs JTAG. Do programowania można także wykorzystać standardowy programator, obsługujący układy tego typu. Niezależnie od sposobu programowania plik wynikowy jest zapisywany w formacie JEDEC.
Projekty są zabezpieczone przed niepowołanym dostępem innych użytkowników, a także wymiana danych (haseł, plików źródłowych, itp.] jest szyfrowana. Według zapewnień Xilinxa transfer informacji jest w pełni bezpieczny i gwarantuje poufność.
Obsługa
Dostęp do internetowego kompilatora jest możliwy poprzez link ze strony WWW firmy Xilinx (http ://www.xilinx.com/ sxpressoZwebfitter.htm]. Dostęp do zasobów kompilatora jest możliwy po zarejestrowaniu się użytkownika, co wymaga wskazania myszką przycisku UR egisier ME" (rys. 1]. Procedura rejestracyjna jest bardzo prosta i sprowadza się do wypełnienia formularza. Po wysłaniu wypełnionego formularza, serwer Xilinxa przesyła e-mailem informację o otworzeniu konta wraz z informacjami o nazwie konta i haśle dostę-powym. Cała procedura trwa co najwyżej kilka minut.
Po zarejestrowaniu się można rozpocząć pracę z kompilatorem. Uruchomienie go wymaga "wciśnięcia" wirtualnego przycisku "Take me io WebFITTER", który znajduje się na tej samej stronie WWW (rys. 1]. Następnie należy podać nazwę konta (użytkownika] i hasło dostępowe. Po ich zweryfikowaniu w oknie przeglądarki WWW pojawia się tabela prezentująca aktualną zawartość konta (jak widać na rys. 2, na początku jest ono puste] oraz menu umożliwiające sterowanie projektem (niebieskie przyciski nad tabelą].
Kompilację nowego projektu umożliwia przycisk uNew Design11. Po jego wciśnięciu przeglądarka przechodzi do strony konfiguracji projektu (rys. 3], na której wskazywane są pliki: opisujący projekt (w formatach: VHDL, Verilog, ABEL, EDIF, TDF, XNF] i zawierający deklaracje użytkownika (np. numery wyprowadzeń przypisanych wybranym funkcjom lub wymagane parametry czasowe układu]. Ponadto można określić w którym układzie serii XC9500 projekt ma byc umieszczony. Po wysłaniu skompletowanego zgłoszenia
Elektronika Praktyczna 5/99
29
PROGRAMY
t-" * j a
1 .1 .* I * t E
*ł*^ *** :*Ś* ł^ *ŚŚ 5m*
.,"",,1 .ł...",hW1>
Śflll
1
tm u 4*1. Ś A.-^ ni. dl tik.
1 1
I"h lll> |iii 1111'hhBI Iii I

*^-
L
ŚaiP�
^SN_
,[Vi* ^J^fc- nw �"Ś
f>-ir*�ri
t:
Itr**- H
l.v� ^**_ ';;L acmuujia
l-i

Rys. 3.
L-HTU
1 i Ul Ś> Ś V j- � mi u ni
9" *****
Rys. 5.
Yoir dnlLii hał bnu rrcrlwd for
Ymr rrfrrrnrr mimlin ił. J
Rys. 4.
otrzymujemy zwrotnie stronę z informacją o referencyjnym numerze projektu (jest on niezbędny do identyfikacji kompilowanych na koncie użytkownika projektów] i uwagę, że po zakończeniu kompilacji zostaniemy e-mailem zawiadomienie o umiejscowieniu raportu (w formacie HTML:
Rys. ó.
WebFitterReport], w którym możemy obejrzeć wyniki kompilacji (rys. 4).
W liście znajduje się link do strony WWW z wynikowymi plikami, które są efektem pracy kompilatora. Jej wygląd przedstawiono na rys. 5. Szczegółowy raport z kompilacji można obejrzeć na stronie WWW (rys.
6] lub ściągnąć wraz z kompletem plików dokumentacyjnych i wynikowych. Po dwóch tygodniach od daty ostatniej modyfikacji projektu jest on automatycznie usuwany z serwera. Milej zabawy! Piotr Zbysiński, AVT
SPRZĘT
HIOKI
profesjonalny
W artykule prezentujemy
miernik RLC produkowany przez
japońską firmę Hioki. Przyrząd
jest sterowany mikrokontrolerem,
ale - jak się zaraz przekonacie -
konsekwencje tego nie są tak
banalne, jak zazwyczaj.
mostek pomiarowy
Podstawowe możliwości i parametry mostka Hioki-3522:
/ umożliwia pomiar następujących parametrów modułów irnpedancji i admitancji, przesunięcia fazowego, pojemności i indukcyjności zastępczych (ró wno ważnych), współ czyn mkastratn ości, współczynnika dobroci, rezystancji, przewodności, rezystancji zastępczej (równoważnej), reaktancji i susceptancji, / zakres częstotliwości sygnału testowego
0 IDOkHz,
/ zakres napięciasygnałutestowego 10rnV 5V, / zakres wartości prądu sygnału testowego
10u.A 99,99mA, / impedancjawyjściowa 50Q, / możliwość uśredni ani a zadanej ilości wyników
pomiaru,
/ możliwość ustalenia szybkości pomiarów, / wyzwalanie pomiarów ręczne lub automatyczne, / przyrząd jest wyposażony w funkcję monitorowania sygnału test owe go
Zakresy pomiarowe mostka Hloki-3522:
x Y.G.B 99.999S 5nS (5 cyfr),
x R, X 0,001 mO 200MQ(5cyfr),
x C 0,32pF 1 nF (5 cyfr).
x O 0,01 999,99 (5 cyfr),
x D 0,00001 9,99999 (6 cyfr)
Mostek pomiarowy Hioki-35 2 2 jest przyrządem zdecydowanie wyróżniającym się wśród urządzeń, jakie testowaliśmy dotychczas. Wynika to z faktu całkowitego zautomatyzowania (na życze-nie!) procedury pomiarowej i zastosowania ciekłokrystalicznego ekranu dotykowego. Zastosowanie niezwykle nowoczesnych i ciągle niezbyt popularnych -zwłaszcza w przyrządach pomiarowych -rozwiązań zdecydowało o tym, że jest to przyrząd niezwykle przyjazny użytkownikowi.
Zastosowanie ekranu dotykowego spowodowało, śe na płycie czołowej przyrządu znajduje się tylko pięć gniazd (cztery z ich służą do dołączenia adaptera pomiarowego, piąte jest zaciskiem uziemienia), włącznik zasilania i regulator kontrastu. Wszystkie nastawy przyrządu modyfikowane są przez użytkownika przy pomocy wirtualnych przycisków wyświetlanych na ekranie i dostosowanych do kontekstu wykonywanych operacji. Pomocne użytkownikowi będzie logicznie ułożone menu, przy pomocy którego można zadać wszelkie parametry pomiaru, zapisać w wewnętrznej pamięci do 30 różnych konfiguracji pomiarowych, zmienić wielkość wyświetlanych znaków, dowolnie prze-skalować wynik, zadać prąd, lub napięcie na wejściu mostka, ustalić częstotliwość i stałoprądowy offset sygnału testowego... Można tak wiele, że przeciętny użytkownik nie będzie w stanie wykorzystać większości funkcji, które niewątpliwie przydadzą się w laboratorium pomiarowym.
Szczególnie istotną zaletą prezentowanego przyrządu jest możliwość przetestowania elementu w warunkach, w jakich będzie on później pracował (częstotliwość, prąd). Z tyłu mostka znajduje się gniazdo umożliwiające wymianę informacji z otoczeniem, co wymaga zastosowania dedykowanego interfejsu. Po zastosowaniu dru-
karkowego adaptera dołączonego do tego złącza możliwe jest drukowanie wyników pomiaru. Drugim istotnym dla użytkownika elementem znajdującym się z tyłu przyrządu jest przełącznik blokujący "klawiaturę" wyświetlaną na ekranie. Dzięki niemu unika się ryzyka przypadkowej zmiany nastaw, co mogłoby negatywnie wpłynąć na prowadzone pomiary. Informacja o zablokowaniu klawiatury wyświetlana jest na ekranie.
Mostek Hioki-3522 potrafi zmierzyć 14 parametrów testowanego elementu lub obwodu, z czego jednocześnie wyświetlane są wyniki czterech wybranych pomiarów. W dowolnej chwili użytkownik może zmodyfikować listę wyświetlanych parametrów, dopuszczalne jest także wyłączenie wyświetlania parametrów, jeżeli mierzona jest np. tylko impedancja. W wyposażeniu standardowym mostka znajduję się przystawka umożliwiająca testowanie układów wymagających wstępnej polaryzacji (kondensatory elektrolityczne, złącza półprzewodnikowe i in.).
Tak - w ogromnym skrócie - przedstawiają się możliwości przyrządu firmy Hioki. Jest to, według mnie, jeden z najnowocześniejszych mostków pomiarowych RLC oferowanych przez firmy handlowe na naszym rynku. Pomimo zastosowania zaawansowanych metod obróbki wyników pomiarów i ich pełnej automatyzacji, Hioki-3522 trudno będzie zaliczyć do grona laboratoryjnych "ogłupiaczy", uniemożliwiających wpłynięcie na przyjętą przez przyrząd metodykę pomiaru. Wymagający użytkownik bez trudu poradzi sobie z wykonaniem dowolnych, także nietypowych, pomiarów. Andrzej Kazub, AVT
Prezentowany w artykule przyrząd udostępniła redakcji firma Labimed, iel. (0-22) 642-19-73.
Elektronika Praktyczna 5/99
31
SPRZĘT
Przenośny generator sygnałów telewizyjnych
Podczas konserwacji wszelkiego
rodzaju sprzętu telewizyjnego
znakomicie ułatwia pracę
poręczne źródło telewizyjnego
sygnału testowego. Rołę taką
może pełnić prezentowany
w artykule produkt koreańskiej
firmy LG.
Zestawienie najważniejszych parametrów technicznych generatora PG-401L:
/ Standard sygnału: PAL.
/ Sygnały testowe: pasy kolorowe, krata, kropki, biały
marker, białe pole, pola kolorowe: czerwone,
zielone, niebieskie.
/ Wyjścia: VIDEO (niska częstotliwość), RF(w.cz). / Zakres częstotliwości RF: 41,25-62,25MHz 175,25-224,25MHz 471,25-855,25MHz. / Poziom sygnału VIDEO: 1Vpp/75Ll / Poziom sygnału RF: 1rnVrrns(VHF),
0,5mVrms(UHF).
/ Podnośna koloru: 4,433619MHz. / Częstotliwość fonii: ok. 1kHz. / Nośna fonii: 5,5MHzą5kHz. / Wybieranie mlędzyllnlowe (2 półobrazy
z przeplotem).
/ Zasilanie: 6.10V z zasilacza lub baterii. / Wymiary: 80x172x35,5mm. / Waga z bateriami: 440g.
Producent proponuje używanie swojego przyrządu podczas przeglądów i napraw odbiorników telewizyjnych oraz magnetowidów. Dodajmy, że może być on użyteczny także podczas kontroli niewielkiej sieci telewizji kablowej. Jest to pierwszy tego typu generator w Polsce mieszczący się w kieszeni.
Przyrząd generuje podstawowe sygnały testowe pomocne w czasie naprawy i strojenia sprzętu telewizyjnego. Są to: sygnał 8 pasów kolorowych, białej kraty na czarnym tle, białych kropek na czarnym tle, białego markera na czarnym tle (w formie kwadratu w prawym górnym rogu ekranu) oraz barwnych pól: czerwonego, zielonego, niebieskiego i białego. Każdy z sygnałów służy do kontroli innych bloków funkcjonalnych odbiornika.
Użycie kolorowych pasów pozwala sprawdzić poprawność działania toru chiominancji i matrycy koloru. Sygnał kraty pomoże podczas korekcji zniekształceń geometrii obrazu i ustawienia poprawnych wymiarów obrazu widocznego na ekranie kineskopu. Białe punkty używane są w celu kontroli korekcji zbieżności. Występowanie wokół białych kropek kolorowych obwódek świadczy o złej pracy systemów korekcji. Użycie sygnału białego pola pozwala sprawdzić balans bieli. Trzy kolorowe pola odpowiadają trzem barwom podstawowym RGB używanym do wytwarzania kolorowego obrazu telewizyjnego. Użycie pól jednolitego koloru umożliwia ocenę jakości kineskopu. Pojawienie się na płaszczyźnie tła kolorowych zabarwień oznacza konieczność rozmagnesowania kineskopu lub nawet jego wymianę. Przyrząd nie generuje niestety sygnału klina lub podobnego testu pozwalającego w prosty sposób ocenić rozdzielczość poziomą obrazu a tym samym zestrojenie toru pośledniej częstotliwości odbiornika.
W tej odmianie przyrządu sygnały testowe są generowane w systemie PAL (B.G, B.K). Kompletny sygnał wizyjny jest dostępny na gnieździe wyjściowym, skąd może być podany na wejście monitorowe odbiornika (wejście niskiej częstotliwości). Sygnały testowe mogą także modulować nośną w. cz. i z oddzielnego wyjścia RF generatora mogą być podłączane do wejścia antenowego odbiornika telewizyjnego lub tunera magnetowidu.
Modulator pracuje w zakresie VHF i UHF, a wybór konkretnego kanału, na którym przyrząd będzie generował sygnał testowy zależy od użytkownika. Częstotliwość sygnału RF może być zmieniana w zakresach 41,25..62,25MHz, 175,25..224,25MHzi 471,25..855,25MHz, co odpowiada kanałom 1..12 i 21..69. Oznacza to możliwość generacji sygnału na kanałach podstawowych, z wyłączeniem jednak zakresów kablowych i kanałów specjalnych. W przypadku korzystania z sygnaluw.cz., do sygnału wizji może być dodawany testowy sygnał fonii o częstotliwości ok. lkHz.
Przyrząd jest zamontowany w pudełku z tworzywa o wymiarach 80x172x36,5mm i wraz z dodatkowym wyposażeniem waży mniej niż 0,5kg. Wszystkie operacje związane ze zmianą testów lub kanałów użytkownik wykonuje za pomocą 14-przyciskowej klawiatury foliowej znajdującej się na górze obudowy. Wyjątkiem jest pokrętło dostrojenia modulatora na zakresie UHF, umieszczone z boku, z prawej strony obudowy. Powyżej klawiatury umieszczono dwucyfrowy wyświetlacz LED i trzy diody sygnalizacyjne. Na wyświetlaczu operator może odczytać numer kanału, na którym generowany jest sygnał testowy a diody pokazują nastawiony zakres. Wybierając sygnał niskiej częstotliwości, na wy-
świetlaczu pojawią się dwie poziome kreski, a dioda zaświeci się przy napisie "VIDEO". Numery kanałów można przewijać do góry i do dołu naciskając odpowiednie klawisze. Wybór testu, zakresu oraz włączenia i wyłączenia sygnału dźwiękowego następują po naciśnięciu wydzielonych klawiszy klawiatury.
Zaletą przyrządu jest możliwość zasilania zarówno z sieci (poprzez zasilacz dostarczający napięcia stałego +9V/l80mA) jak i z baterii lub akumulatorów umieszczanych wewnątrz obudowy. Przyrząd wymaga 6 ogniw o wymiarach typowego paluszka, czyli AA. Dużą zaletą generatora jest wbudowany system oszczędzania energii. Jeżeli w czasie 15 minut żaden z klawiszy generatora nie zostanie naciśnięty, przyrząd wyłączy się automatycznie. Gdy baterie lub akumulatory będą bliskie rozładowania, użytkownik zostaje o tym powiadomiony poprzez dołączenie do sygnału testowego ikony baterii.
Dzięki zastosowaniu w urządzeniu nowoczesnych układów ASIC i montażu powierzchniowego, zwiększono jego niezawodność i zmniejszono wymiary. Wyposażenie dodatkowe przyrządu pozwala na jego użycie bezpośrednio po otwarciu pudełka. W jego skład wchodzi zasilacz sieciowy, komplet akumulatorków, dwa kable o długości 1 metra do przyłączenia sygnałów z wyjść wideo i RF. Dodatkowo przyrząd zaopatrzono w futerał, który będzie go skutecznie chronił przed zabrudzeniem, o co nietrudno podczas napraw zakurzonych telewizorów i magnetowidów. Ze względu na małe gabaryty, foliową klawiaturę i uniwersalne zasilanie, przyrząd jest szczególnie przydatny w pracach serwisowych u klienta lub w terenie. Ryszard Szy maniak, AVT
Prezentowany w artykule przyrząd udostępniła redakcji firma Labimed, tel. [phone].
32
Elektronika Praktyczna 5/99
SPRZĘT
Programowany generator funkcyjny
Pojęcie "generator funkcyjny"
kojarzy się zazwyczaj
z urządzeniem generującym kilka
podstawowych przebiegów
o modyfikowanej amplitudzie,
częstotliwości i składowej stałej.
Po uważnym przeczytaniu tego
artykułu, z pewnością
stwierdzicie, że jest to już
przeszłość.
Podstawom igiametry geieratora HM8130:
/ zakres częstotliwości sygnału sinusoidalnego
10rnHz 10MHz,
/ amplituda sygnału sinusoidalnego 0 20Vpp, / harmoniczne podczas generacji sygnału
sinusoidalnego
0,5% (dla częstotliwości poniżej 500kHz),
<3% (częstotliwość wyjściowa w przedziale
3 1 OMHz). / zakres częstotliwości sygnału prostokątnego
10triHz 10MHz,
/ amplituda sygnału prostokątnego 0 20Vw, / czasnarastama/opadamazbocza <10ns, / wypełnienie 50%, / zakres częstotliwości sygnału impulsowego
10rnHz 5MHz, / amplituda sygnału impulsowego
0 10Vlub0 -10V,
/ czasnarastania/opadamazbocza <10ns, / szerokość impulsu 10Ons SOs, / zakres częstotliwości sygnału piłokształtnego
10mHz 10kHz,
/ amplituda sygnału piłokształtnego 0 20Vw, / zakres częstotliwości sygnału trójkątne go
10mHz 100kHz,
/ amplituda sygnału trójkątnego 0 20Vw, / zakres częstotliwości sygnału programowanego
10mHz 100kHz,
/ amplituda sygnału programowanego 0 20Vw, / częstotliwość próbkowania 10MHz, / rozdzielczość programowania przebiegu 10x10
bitów, / zakres regulacji składowej stałej wszystkich
przebiegów -7,5 +7,5V, / głębokość modulacji AM 0 100%, / pasmo modulacji AM 0 20kHz, / maksymalna częstotliwość wyzwalania <500kHz, / opóźnienie reakcji na sygnał bramkujący U waga i Parametrynapięciowe podano na nieobciążonym wyjściu!
Postęp technologiczny umożliwił kon-. struowanie tak. uniwersalnych fa przy tym możliwych do wykorzystania) - jak prezentowany w artykule - przyrządów laboratoryjnych. Funkcję standardowego generatora funkcyjnego spełnia HM8130 tylko przy okazji, co wynika z faktu, że jego możliwości są bardzo duże.
Najważniejszą z nich jest możliwość projektowania przez użytkownika własnych przebiegów, które HM8130 odtwarza z wbudowanej pamięci nieulotnej
0 pojemności 1024 10-bitowych próbek. Kształt przebiegu użytkownik może opisać przy pomocy opcjonalnej, zewnętrznej klawiatury lub poprzez interfejs IE-E488. Możliwe jest także przechwycenie
1 zapamiętanie przebiegu zmierzonego oscyloskopem z pamięcią półprzewodnikową firmy Hameg.
Kolejną interesującą funkcją przyrządu jest generacja przebiegów wobulowanych, przy czym możliwe jest niezależne ustalanie górnej i dolnej częstotliwości oraz przedziału wobulacji. Tak więc testowanie torów audio i pochodnych w szerokim zakresie częstotliwości nie przedstawia dla użytkownika HM8130 żadnej trudności.
W niektórych aplikacjach przydatne będą przebiegi wyzwalane przez system pomiarowy, co jest możliwe dzięki wbudowanemu w generator wejściu wyzwalającemu. Dzięki tej funkcji możliwe jest np. regularne odtwarzanie sinusoidalnego przebiegu gasnącego, który jest często stosowany do testowania filtrów lub obwodów rezonansowych. Wejście wyzwalania może spełniać alternatywnie rolę
wejścia bramkującego sygnał wyjściowy, a dodatkowe wejście modulujące daje użytkownikowi możliwość samodzielnego stworzenia sygnału z modulowaną amplitudą.
Pomimo rozbudowanych możliwości obsługa generatora jest bardzo prosta, a to dzięki zastosowaniu mikroprocesorowego sterowania i wykorzystaniu jako elementu sterującego cyfrowej "gałki", której funkcja jest kontekstowo zależna od wybranego trybu pracy. Przyjęte nastawy oraz podstawowe parametry przebiegu wyjściowego są sygnalizowane przy pomocy diod LED i wyświetlaczy 7-segmen-towych. Alternatywą ręcznego sterowania pracą przyrządu jest programowanie go poprzez interfejs IEE488 lub RS232. Są one dostępne w postaci opcjonalnych, zewnętrznych modułów.
Wszystkie sygnały wyjściowe są tworzone na drodze elektronicznej DDS. O ile zbudowanie w ten sposób przebiegów sinusoidalnego i prostokątnego jest stosunkowo proste, to pozostałe mogą ulegać silnym zniekształceniom wraz ze wzrostem częstotliwości (przy stałej częstotliwości próbkowania). Z tego powodu maksymalne częstotliwości przebiegów o różnych kształtach dość znacznie się różnią, co zaznaczono w tabeli z parametrami przyrządu. Jest to jedyna wada generatora HM8130, jaką udało się nam zauważyć podczas kilkutygodniowej eksploatacji przyrządu w laboratorium. Tomasz Grzywacz
Prezentowany w artykule przyrząd udostępniła redakcji firma NDN, iel. (O-22) 641-61-96.
Elektronika Praktyczna 5/99
33
SPRZĘT
Pr ogramator-emu lator mikrokontrolerów
Zilog ponownie złapał "wiatr
w żagle", znacznie intensyfikując
swoje działania na rynku
europejskim. Dzięki temu możemy
przybliżyć Warn najnowsze
opracowanie tej firmy - emulator
z umożliwiający także
programowanie mikrokontrolerów
z nowej rodziny ZSPIus.
TTłł Ś>' '* - *
ŚŚŚ !Ś! Ś!
Rys. 1.
Do testów otrzymaliśmy zestaw Z8ICE000ZEM, który integruje dwie funkcje: bardzo dobrego emulatora sprzętowego i programatora mikrokontrolerów z pamięcią programu EPROM. Prezentowany zestaw z zewnątrz jest podobny do dotychczas oferowanych, podobnie zresztą jak oprogramowanie sterujące jego pracą.
Podstawowym programem narzędziowym jest Zilog Developer Studio (rys. 1], przy pomocy którego tworzona jest logiczna struktura realizowanego projektu. W praktyce rola Zilog Developer Studio sprowadza się do inteligentnego shella, który ułatwia obsługę emulatora ze wszystkimi oferowanymi przez niego funkcjami]. Oprogramowanie jest uniwersalne i umożliwia sterowanie większością produkowanych przez Ziloga zestawów ZEM. Tak więc użytkownicy dowolnego z nich nie będą mieli większych trudności ze zmianą stosowanych procesorów na inne tej firmy.
Obsługę programatora zintegrowanego na płytce emulacyjnej umożliwia kolejny program wchodzący w skład zestawu - ZProg. Podobnie, jak Zilog Developer Studio jest to program uniwersalny (rys. 2], w związku z czym przed uruchomieniem wymaga prostego skonfigurowania. Dodatkowym elementem wyposażenia zestawu jest oprogramowanie Z3ICE, które jest nieco starszą wersją Zilog Developer Studio.
Prezentowany zestaw obsługuje w chwili obecnej (wszystkie!] dwa typy mikrokontrolerów serii ZSPlus. Są to układy Z8E000 i Z8E001 w obudowach DIP18. Programowanie i emulacja mikrokontrolerów montowanych w innych obudowach (SOIC18, SSOP20] wymaga zastosowania adapterów lub specjalnych kabli z końcówkami emu-lacyjnymi.
Emulacja pracy procesorów odbywa się w czasie rzeczywistym- rzecz niespotykana w tak tanich zestawach oferowanych przez
innych producentów. Po spełnieniu warunku przerwania emulacji zadanego przez użytkownika procesor ją nadzorujący przesyła zestaw odpowiednich danych do PC z uruchomionym programem Zilog Develo-per Studio lub podobnym. Transfer danych odbywa się poprzez złącze szeregowe z szybkością 9600..57,6kb/s. Zastosowany protokół zapobiega przekazywaniu błędnych danych.
Podsumowując należy stwierdzić, że -w odniesieniu do dotychczasowych propozycji Ziloga - zestaw Z8ICE000ZEM nie wnosi nic szczególnie nowego, oczywiście oprócz dostępu do nowej rodziny mikrokontrolerów. Warto natomiast zwrocie na niego (i także inne] uwagę, ponieważ żaden z aktywnych na naszym rynku producentów mikrokontrolerów nie udostępnił swoi odbiorcom tak potężnego (bez cienia przesady!] narzędzia, za tak niską cenę (ok. 100USD).
Moim zdaniem jest to wspaniała oferta dla ludzi młodych, pragnących szybko i oczywiście tanio poznać dobrej klasy narzędzie ułatwiające konstruowanie systemów mikroprocesorowych. Piotr Zbysiński, AVT
Prezent o war/y w artykule zestaw udostępniła redakcji firma Eurodis, iel. (0-71) 367-17-11.
Rys. 2.
Elektronika Praktyczna 5/99
35
SPRZĘT
Karta kontrolno-pomiarowa
W artykule przedstawiamy kartę
pomiarową z wejściami
i wyjściami analogowymi
i cyfrowymi, której możliwości
spełnią wymagania bardzo
wymagających użytkowników.
Interesująca i niebanalna jest
także konstrukcja tego urządzenia,
a to dzięki zastosowaniu układu
programowalnego o dużej skali
integracji.
LAT ECH Devic.
Elik Edycja ^idok Pomoc
PCMonit lor Wmdows
PCMonit HELP
LTI1LVx
S ample for
Win32
LTI1GV*32-bit
Włidcws
driver
I ^^li
ŚĘNF
Smartwin lor Windows
[ ConJigurdlion Utility
LTI1GVx
S-ample for Windows
LTI1GV
S ample for DOS
Rys. 1,
Podstawowe parametry i możliwości karty LTI16VO7:
/ rozdzielczość przetworników A/C i C/A 1 2 bitów,
/ hczbakanałówA/C 1,
/ hczbakanałówC/A 2,
/ maksymalna częstotliwość prób kowania torów
A/C i C/A 200kHz, / Iiczbawe|ść analogowych (symetrycznych/
asytmetrycznych) 8/16, / przedział napięć na wejściach analogowych
ą5mV ą10V,
/ przedziałnapięćnawyjściach analogowych ą10V, / Iiczbawe|śc7wy|śćcyfrowych (TTL) 16, / liczba hczmkówzegarowych CTC8254 3, / transfer danych do/z karty DMA, IRO, zapis/odczyt
portu, / rozbudowane sposoby synchronizacji i momentu
wyzwolenia pomiaru
Karta LTI16V07 należy do rodziny uniwersalnych kart kontrolno-pomiarowych, produkowanych przez firmę Latech. Transfer danych do i z karty odbywa się poprzez 16-bitowe złącze ISA. Konstruktorzy karty przewidzieli możliwość dostępu do zasobów karty zarówno w standardowy sposób, czyli prosty wpis i odczyt rejestrów, a także poprzez kanał DMA lub przerwania sprzętowe. Tak więc łatwo jest dopasować kartę do konfiguracji systemu, w którym ma ona pracować.
0 dużych możliwościach karty decydują dwa czynniki:
/ Bogate, elastycznie skonfigurowane sprzętowe wyposażenie, w skład którego wchodzą: przetwornik A/C o rozdzielczości 12 bitów z 16-kanałowym multiplekserem analogowym i układem próbkująco-pa-miętającym na wejściu, dwa mnożące, 12-bitowe przetworniki C/A, dwa 16-bitowe, cyfrowe porty I/O oraz trzy 16-bitowe liczniki (8254]. Wejścia przetwornika mogą być symetryczne- wtedy jest ich 8, lub asymetryczne - wtedy jest ich 16. Na wejściu toru przetwarzania A/C zastosowano wzmacniacz o programowanym wzmocnieniu (1, 10, 100 i 1000V/V].
/ Bardzo elastyczne oprogramowanie sterujące pracą karty (dla Windows i DOS] oraz szereg gotowych procedur jej obsługi, które bez trudu można wykorzystać we własnych programach. Na rys. 1 pokazano okno foldera z zestawem programów dostarczanych wraz z kartą. Na rys. 2 znajduje się z kolei okno programu PCMonit, a w nim okna sterowania zapisem
1 odczytem portu cyfrowego oraz okno konfiguracji przetwornika A/C.
Oprócz przedstawionych tu możliwości program PCMonit umożliwia transfer plików poprzez port cyfrowy, samodzielne projektowanie charakterystyk dołączanych do karty czujników analogowych, sterowanie zewnętrznymi elementami toru pomiarowego, wyświetlanie graficznej postaci mierzonych przebiegów, a także - co jest bardzo przydatne - skonfigurowanie karty do pracy w trybie generatora zaprogramowanych przebiegów okresowych i nieokresowych.
Kolejnym atrybutem karty jest układ wyzwalania pomiaru, którego możliwości przerastają większość typowych wymagań. Możliwe jest m.in. uruchamianie pomiaru z poziomu programu, sprzętowe wyzwalanie z sygnałem zewnętrznym, wyzwalanie w chwili pojawienia się na wybranym wejściu analogowym zadanego poziomu napięcia, a także pretriggering z pamięcią próbek zbieranych przed wyzwoleniem pomiaru (1..65536], ulokowaną w obszarze RAM komputera. Także przetwarzanie C/A można synchronizować z otoczeniem karty, co znakomicie ułatwia analizę nadzorowanego (lub sterowanego] środowiska.
Ponieważ wymagania systemów sterowania i pomiarowych mogą z czasem rosnąć, konstruktorzy karty wyposażyli ją w wyprowadzoną na złącze szpilkowe magistralę analog owo-cyfrową LAD-EXT, do której można dołączać moduły powiększające możliwości urządzenia. Mogą to być adaptery czujników prądowych 4..20 lub 0..20mA, źródła prądowe, przystawki jednoczesnego próbkowania wszystkich kanałów, filtry we-^nni jściowe i wyjściowe itp.
Prezentowana w artykule karta zajmuje w przestrzeni I/O komputera 16 kolejnych adresów (port 16-bitowy], przy czym możliwe jest ustalenie jednego ze 128 adresów bazowych, wybieranych przy pomocy zestawu jumperów. Sygnały wejściowe i wyjściowe wyprowadzono na 37-stykowe złącze DB. Andrzej Kazub, AVT
Prezentowane w artykule urządzenie udostępniła redakcji firma Laiech, iel./fax; (0-31} 337-13-56, iel 0-601-23-35-36.
Rys. 2.
36
Elektronika Praktyczna 5/99
SPRZĘT
Programowany
Simexu
Liczniki są jednymi
z ważniejszych modułów
stosowanych w systemach
automatyki. Rozwój elektroniki
skierował zainteresowanie
producentów na ich elektroniczne
wersje, które coraz powszechniej
zastępują liczniki mechaniczne
i elektromechaniczne.
W artykule prezentujemy
niezwykle nowoczesny licznik
programowany, produkowany
przez gdańską firmę Simex. Jego
"kręgosłupem" jest
mikrokontroler AVR.
Podstawowe parametry licz pika LK10-21:
/ liczbawejśćzhczających 2 (wtytnjedno
programowane),
/ zakreszhczania -9999 99999, / maksymalna częstotliwość zliczania
(wejście PNP) 6kHz, / maksymalna częstotliwość zliczania
(wejście NPN) 3,5kHz, / maksymalna częstotliwość zliczania
(włączonyfiltr) 30Hz, / wysoki poziomwejściowy 5 30V, / niski poziomwejściowy 0 3V, / obciążalność wyjścia
przekaźnikowego 2A/230VAC, / zasilanie 220VAC, / wymiary 72 x 36 x 96 mm, / zakres temperatur pracy 0 +50�C
Uniwersalność kojarzy się zazwyczaj ze złym dopasowaniem do ja- , kichkolwiek wymagań, dlatego też dość nieufnie potraktowa- ' łem na początku uniwersalny, programowany licznik impulsów LIS-10, który opracowała firma Simex. Okazało się jednak, że w przypadku tego urządzenia "uniwersalny" oznacza elastyczny i łatwy w dostosowaniu do wymagań użytkownika.
Tajemnice wnętrza
Simex jest jedną z pierwszych firm, która zastosowała w swoim produkcie mikrokon-troler serii AVR. Niewielkie wymiary, jakie narzuciły urządzeniu gabaryty typowej obudowy, zmusiły projektantów licznika do zastosowania (w większości] elementów montowanych powierzchniowo. W ten sposób we wnętrzu obudowy udało się zmieścić nie tylko mikroprocesorowy "mózg" licznika i wyświetlacze, lecz także przekaźnik o obciążalności styków 2A i kompletny zasilacz sieciowy. Zastosowano zasilacz liniowy z transformatorem, co znalazło odbicie w masie urządzenia.
LIS z zewnątrz
Licznik "opakowano" w obudowę z tworzywa sztucznego o niewielkich wymiarach (72x36x96mm|. Na przednim panelu, oprócz 5-cyfrowego wyświetlacza, znajdują się dwa przyciski, za pomocą których licznik można programować i sterować jego pracą. Według zapewnień producenta, obudowa zapewnia stopień ochrony IP65 (od przodu]. Dzięki zastosowaniu dwóch par uchwytów z boków obudowy oraz specjalnych wsporników dociskanych długimi śrubami, montaż licznika w jakimś urządzeniu jest niezwykle prosty i sprowadza się do wycięcia prostokątnego otworu w miejscu montażu. Wszystkie sygnały wejściowe, zaciski przekaźnika oraz zasilania sieciowego wyprowadzono na złącza ARK znajdujące się w tylnej części obudowy licznika. Zaciski zasilania sieciowego wyróżniono kolorem czerwonym, co zmniejsza ryzyko błędnego dołączenia kabli.
Możliwości
Licznik LIS-1O-21 jest wyposażony w dwa wejścia zliczające, w tym jedno programowane. Można temu wejściu przypisać jedną z następujących funkcji: blokowania zliczania impulsów, zmiana kierunku zliczania, dodawanie impulsów z tego wejścia do stanu licznika, odejmowania impulsów od stanu licznika. Można to wyjście także wyłączyć. Zakres zliczania wynosi -9999..+99999, przy czym istnieje możliwość wykorzystania wbudowanego preska-lera o programowanym w zakresie 1..999 stopniu podziału.
Wejścia licznika przystosowane są do sterowania zarówno z wyjść elektronicznych PNP/NPN, jak i stykowych. Są one galwanicznie izolowane od wnętrza licznika i sieci zasilającej.
W przypadku zliczania przez licznik impulsów z wyjść stykowych zalecane jest włączenie wbudowanych filtrów, które co prawda ograniczają maksymalną szybkość zliczania, ale pozwalają uniknąć wpływu zakłóceń generowanych przez mechaniczne styki.
Dodatkowym, trzecim wejściem licznika jest wejście zdalnego kasowania, które można programowo włączać i wyłączać w zależności od potrzeb. Kasowanie może powodować zmianę stanu licznika na "0" lub na wartość wcześniej zadaną.
Licznik jest wyposażony w wyjście przekaźnikowe, które można wykorzystać do sterowania dowolnym urządzeniem zewnętrznym, którego maksymalny pobór prądu nie przekracza 2A (2A/230VAC|. Czas zwarcia styków przekaźnika można zaprogramować w przedziale 0,1..9,9s, możliwe jest także włączanie go na stałe. Moment zadziałania przekaźnika jest zależny od stanu licznika i może być indywidualnie ustalany przez użytkownika.
Parametry zliczania użytkownik ustala podczas programowania licznika. Do tego celu służą dwa przyciski znajdujące się na jego płycie czołowej. Komunikaty związane z kontekstem trybu programowania wyświetlane są na wyświetlaczu LED. Ponieważ litery nie najlepiej wyglądają na standardowych wyświetlaczach 7-segmentowych, komunikaty zostały maksymalnie uproszczone i są przeniesione z języka angielskiego. Pomimo skromnej klawiatury programowanie jest łatwe. Wszystkie zadane nastawy licznik przechowuje w nieulotnej pamięci EEPROM.
Podsumowując należy stwierdzić, że licznik LIS jest rzeczywiście "chytrym" urządzeniem, co w znacznym stopniu zawdzięcza doskonale oprogramowanemu mikrokon-trolerowi. Tomasz Safjan
Urządzenie do testów w redakcji udostępniła firma Simex [iel. {0-53} 342-14-26..23].
Elektronika Praktyczna 5/99
37
SPRZĘT
Proste jak
Oprogramowanie
Prezentację sterownika easy
kończymy opisem oprogramowania
służącego do tworzenia
algorytm ów sterowań ia oraz
dodatkowego wyposażenia
przygotowanego dla easy przez
producenta.
Oprogramowanie
Pomimo tego, że przygotowanie projektu dla easy nie jest zazwyczaj specjalnie trudne, producent sterownika przygotował specjalne oprogramowanie narzędziowe Easy-soft. Za jego pomocą jest możliwe zaprojektowanie oraz doldadne przetestowanie algorytmu sterowania bez konieczności montowania całego systemu. Easy-soft umożliwia sprawdzenie reakcji sterownika na pobudzenia wejść oraz poziom napięcia na wejściach analogowych. Umożliwiają to wirtualne włączniki oraz suwaki potencjometrów zadających napięcie (rys. 1). Prezentowany program emu-luje sterownik easy 412-DC-RC.
Tworzenie algorytmu działania sterownika za pomocą pakietu Easy-soft przebiega
WHHEH TIK
mv : to
RtAt
Rys. 1.
w sposób identyczny, jak w oryginalnym sterowniku. Za pomocą myszki wskazuje się wciskane przyciski, dzięki czemu można w prosty sposób przećwiczyć programowanie sterownika bez konieczności jego zakupu. Easy-soft jest wyposażony w bardzo przydatną funkcję wyświetlania i drukowania schematu zaprogramowanych połączeń. W zależności od upodobań i wymagań użytkownika, Easy-soft umożliwia drukowanie wprowadzonego do pamięci sterownika schematu w jednym z trzech standardów (rys. 2).
Opracowany za pomocą Easy-soft program można zapisać na dysk lub - za pomocą specjalnego kabla - wprowadzić do pamięci sterownika. Istnieje więc możliwość taniego i bardzo bezpiecznego przetestowania algorytmów sterowania i późniejszego wykorzystywania ich w rzeczywistych projektach.
Easy-soft jest dostępny w pięciu wersjach językowych, ale nie występuje niestety w wersji polskiej.
Wyposażenie dodatkowe
Pomimo doskonałego wyposażenia sterownika, producent oferuje kilka elementów dodatkowych, które nieco ułatwiają posługiwanie się nim.
Najważniejszym elementem jest specjalny kabel interfejsowy, który umożliwia dołączenie easy do złącza RS2 32 komputera. Kabel ten jest niezbędnym elementem wyposażenia dla tych użytkowników, którzy zamierzają tworzyć i testować oprogramowanie na PC lub powielać je w większej liczbie egzemplarzy. W jednej z końcówek kabla znajdują się transoptory, które zabezpieczają współpracujący komputer i użytkownika przez możliwością porażenia prądem z sieci energetycznej. Jest to o tyle istotne, że potencjał referencyjny easy znajduje się na jednym z biegunów sieci zasilającej.
Elektronika Praktyczna 5/99
39
SPRZĘT
Kolejnym elementem ponadstandardowe-go wyposażenia jest karta pamięciowa, na której znajduje się 8kB pamięci EEPROM z interfejsem szeregowym. Miniaturowy moduł pamięciowy montowany jest w tym samym gnieździe, w które jest wkładana końcówka kabla interfejsowego RS2 32. Pojemność pamięci jest wystarczająca do zapamiętania jednego kompletnego programu dla dowolnej wersji sterownika. Podczas korzystania z modułu pamięciowego należy pamiętać, że nie wszystkie moduły programowe dostępne są we wszystkich wersjach sterownika. Jeżeli wykorzystywany typ easy nie potrafi rozpoznać typu modułu programo-^ wego, to zawartość pamięci jest ignoro-,^ * wana.
Wewnętrzny program ob sługi /, kart pamięciowych przez easy umożliwia odczyt zawartości pamięci, zapisanie jej ak- a tualnym oprogramowaniem easy lub kasowanie jej zawartości.
Kolejnym, najmniej efektownym, lecz bardzo efektywnym dodatkiem do easy są plansze-matry-1-es do budowania programów. Wzory plansz dostarczane sąw instrukcji obsługi, która - w przeciwieństwie do samego easy - ,,mówi" do użytkownika w języku polskim.
Instrukcja jest zresztą jednym z najlepiej przygotowanych frag-| mentów dokumentacji easy, i - c bardzo ważne - jest standardowym wyposażeniem sterownika.
Podsumowanie
Prowadzone w naszym laboratorium doświadczenia dowiodły, że easy jest doskonałym sterownikiem zarówno do zastosowań popularnych jak i do
Lhsplay
Di&plny <"EASV
C&ncel
wspomagania dużych sterowników PLC w rozbudowanych systemach sterowania. Ogromną zaletą easy jest wbudowany (ale tylko w wersjach ,,DC"!] przetwornik A/C, który w bardzo wielu aplikacjach pozwala uproście sprzętową otoczkę sterownika. W moim odczuciu (prostego elektronika z wyższym wykształceniem] nieco dyskusyjny jest przyjęty przez producenta sposób programowania sterownika - znacznie prostszy w opanowaniu wydaje się bramkowy" opis programu. Z pewnością nie zgodzą się z moim zdaniem automatycy ,,z krwi i kości", ale przeciętny użytkownik nie związany z automatyką może mieć problemy z szybkim przyswojeniem sposobu programowania easy A może się mylę.,, >^
Robert Janik '^^
Urządzenie przedstawione w artykule wraz z osprzętem i oprogramowaniem udostępniła redakcji polska filia firmy Klock-ner-Moeller (tel. {0-53} 554-55-91},
\
40
Elektronika Praktyczna 5/99
PROJEKTY
Dwu kanałowa sonda
logiczna próbek
kit AVT-810
Laboratoryjny przyrząd,
którego konstrukcję
przedstawiamy w ańykule jest
tak uniwersalny, że w wielu
przypadkach może spełniać
rolę nie tylko inteligentnego
próbnika stanów logicznych,
ale zastąpić także oscyloskop.
Dzięki wbudowaniu pamięci
próbek i zaawansowanych
metod wyzwalania,
funkcjonalność próbnika
trudno przecenić.
To wszystko zmieściło się
w jednym małym procesorze.
Podstawowe cechy sondy:
/ dwa kanały we|ściowe,
/ poiernność pamięci 240 próbek na kanał,
/wyzwalanie ręczne lub ustawioną
kornbinacią stanów nawe|ściach, /odstęp próbkowania 100, 200, 500[u.s], 1,
2,5,10,20,50, 100,200,500[ms],1,2,
5[s]. / zabezpieczenie przeciwprzepięciowe na
wejściach do ą12V, / zobrazowanie dwóch stanów logicznych
niskiego (Uwe<1,4V) i wysokiego
(Uwe>1,4V)przyUzas=5V, /zasilanie 4 6V, maksymalny pobór prądu
70mAprzy5V, / zabezpieczenie przed odwrotną polaryzacią
napięcia zasilającego
z pamięcią
Sonda logiczna jest jednym z podstawowych narzędzi przy uruchamianiu urządzeń techniki cyfrowej. W literaturze pojawiło się juź wiele opisów próbników, sond, wskaźników i innych przyrządów, których zadaniem jest pokazywanie stanu logicznego występującego w jakimś punkcie. Zazwyczaj są to układy umożliwiające rozróżnienie stanu niskiego i wysokiego.
Często taki próbnik potrafi też zasygnalizować stan wysokiej im-pedancji oraz stan zabroniony, gdy napięcie nie mieści się w zakresie napięć dozwolonych. Trochę bardziej rozbudowane układy wydłużają impulsy umożliwiając obserwację krótkich, nawet nano-sekundowych impulsów.
W praktyce bardzo często przydatna jest możliwość jednoczesnej obserwacji stanu w kilku punktach. Przy analizie przebiegów okresowych można wykorzystać dwukanałowy oscylo- / skop. Przebiegi nieokiesowe mo-/ żerny obejrzeć już tylko na oscyloskopie z pamięcią lub analizatorze stanów logicznych. Te ostatnie mają zwykle osiem, szesnaście lub więcej kanałów i ze względu na cenę pozostają zazwyczaj poza z a si ę giem el ektr onika am a tor a.
Cel, jaki postawiłem sobie projektując sondę był jasny: chodziło o prosty przyrząd do podglądania
transmisji szeregowych różnego rodzaju oraz sprawdzania czasu trwania sygnałów na wyjściach uruchamianych układów. Pożądane byłoby, aby ów przyrząd umożliwiał obserwację zależności czasowych w dwóch różnych punktach.
Przy takich założeniach powstała "Dwukanałowa sonda logiczna z pamięcią próbek". "Dwukanałowa" - bo mająca dwa kanały wejściowe, "sonda logiczna" bo układ rozróżnia tylko dwa stany logiczne: niski i wysoki, a "z pamięcią próbek" - to określenie, które wymaga nieco szerszego wyjaśnienia. Otóż stany logiczne na obu wejściach są próbkowane i zapamiętywane, aby umożliwić ich późniejszą analizę. Okres próbkowania można ustawiać w zakresie od 100 mikiose-kund do 5 sekund. Ustawianie odbywa się w krokach 1, 2, 5. Oznacza to, że można ustawić odstęp próbkowania na lOOfis, 200fis, 500fis, lms, 2ms, 5ms itd., aż do ls, 2s i 5s. Pamięć mieści 240 próbek z każdego kanału wejściowego. Przy najmniejszym okresie próbkowania daje to czas zapisu równy 240 x lOOfis = 0,024 sekundy.
Ręczne zapoczątkowanie próbkowania w potrzebnym momencie wymagałoby nie lada refleksu. Dlatego wprowadzono możliwość ustawienia warunku wyzwolenia.
42
Elektronika Praktyczna 5/99
Dwukanałowa sonda logiczna z pamięcią próbek
Rys. 1. Schemat elektryczny sondy.
Jest to kombinacja stanów logicznych na wejściach sondy, której pojawienie się powoduje zainicjowanie próbkowania. Oczywiście, zawsze można uruchomić zapis "z ręki". Zapis kończy się po wypełnieniu pamięci próbek, co przy maksymalnym odstępie próbkowania daje 240x5s= 20 minut.
W takim przypadku może przydać się opcja przerwania próbkowania w dowolnej chwili. Z dotychczasowego opisu mogłoby wynikać, że to prawie dwukanałowy analizator stanów logicznych. Diabeł jak zwykle siedzi w szczegółach. Minimalny odstęp próbkowania 100|is daje częstotliwość próbkowania "zaledwie" lOkHz.
Nie pozwala to wprawdzie na analizę hazardów w układach cyfrowych, ale np. szeregową transmisję o prędkości 9600bit/s można sobie spokojnie obejrzeć. Pamięć o pojemności 240 próbek na kanał też nie jest zbyt imponująca, ale przy właściwie dobranym warunku wyzwolenia w wielu przypadkach wystarczy.
Wyświetlacz składa się z dwóch linijek diodowych (bar-grafów). Obsługę sondy umożliwiają dwa przełączniki monosta-bilne i przetwornik obrotowo-im-pulsowy. Żaden z dostępnych przetworników nie pasował do obudowy sondy, zatem zdecydowałem się na samodzielne wykonanie tego podzespołu. Jest to bodaj najbardziej pracochłonna część sondy. Poza tym układ elektroniczny jest nieprzyzwoicie prosty, zawiera tylko jeden układ scalony - mikrokontroler AT89C2051 firmy Atmel i kilka elementów dyskretnych.
Opis układu
Schemat elektryczny sondy przedstawiono na rys. 1. Sygnał wejściowy kanału pierwszego wchodzi przez szeregowy rezystor R2 na ogranicznik diodowy D3, D5. Dalej napięcie jest podawane na wejście Pl.O (AIN+) procesora Ul. Dzięki temu rozwiązaniu uzyskano zabezpieczenie wejścia procesora przed przekroczeniem dopuszczalnych napięć wejściowych.
Wejście AIN+ charakteryzuje się ponadto minimalnym, żeby nie powiedzieć szczątkowym, prądem wejściowym rzędu ą10|iA. Zatem dołączenie wejścia sondy
Elektronika Praktyczna 5/99
43
Dwukanałowa sonda logiczna z pamięcią próbek
Rys. 2. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej.
w dowolne miejsce badanego układu nie powinno w żaden sposób wpływać na jego pracę. Dla kanału drugiego układ wejściowy jest identyczny. Tutaj sygnał zanim dotrze do pinu Pl.l (AIN-J musi przejść przez rezystor R3, a do dozwolonej wartości jest ograniczany przez diody D2 i D4. Do ustawiania trybu pracy służą dwa mikroprzełączniki SWl i SW2. Stan przycisku SWl (TRIG) jest odczytywany przez procesor wejściem P3.4. Przycisk SW2 (PO-SI) jest podłączony do pinu P3.5. Drgania styków tych przełączników są filtrowane programowo.
Poruszanie się po pamięci próbek, ustawianie odstępu próbkowania i warunku wyzwolenia umożliwia optyczny przetwornik obrót/impuls. Jak wspomniano wcześniej, ze względów praktycznych został on wykonany samodzielnie i umieszczony bezpośrednio na obwodzie drukowanym.
Przetwornik składa się z dwóch transoptorów odbiciowych TOl, TO2 i koła kodowego. Transopto-ry odbiciowe zawierają w jednej obudowie diodę LED emitującą światło w zakresie podczerwieni i fototranzystor. W normalnym trybie pracy transoptora odbiciowego fototranzystor odbiera promieniowanie "swojej" diody świecącej odbite od przeszkody pokrytej warstwą refleksyjną. Cechą charakterystyczną takiego elementu jest doskonałe dopasowanie widmowe. Fototranzystor osiąga największą czułość dokładnie przy takiej długości fali, jaką emituje dioda LED. U nas te transoptory wystąpią w trochę nietypowej roli. Dioda LED jednego transoptora będzie oświetlała fototranzystor drugiego transoptora i odwrotnie, LED drugiego transoptora oświetla fototranzystor pierwszego. Pomiędzy nimi będzie przesuwało się koło kodowe z wyciętymi otworami. Zatem z dwóch transoptorów odbiciowych zbudujemy dwa miniaturowe transoptory szczelinowe. Przetwornik zbudowany w ta-
ki sposób nie ma imponującej rozdzielczości, ale w naszym przypadku te 8 impulsów na jeden obrót całkowicie wystarczy.
A teraz przejdźmy do szczegółów jego konstrukcji. Dioda świecąca transoptora TOl jest podłączona do napięcia +5V przez rezystor R8 ograniczający prąd. Katoda diody świecącej i emiter fototranzystora są połączone wewnątrz transoptora i podłączone do środkowego wyprowadzenia. U nas to wyprowadzenie jest połączone z masą. Kolektor fototranzystora jest połączony z pinem P3.3 procesora. Gdy fototranzystor jest oświetlony przez diodę LED transoptora TO2, to na tym wejściu panuje niski stan logiczny. Gdy fototranzystor jest zasłonięty, wewnętrzne podciągnięcie do zasilania w procesorze wymusza stan wysoki. Prąd diody świecącej transoptora TO2 jest ograniczany przez rezystor R9. Kolektor fototranzystora tego transoptora jest połączony z wejściem P3.2.
Jako wyświetlacz zastosowano dwie linijki diod świecących BARl (górna) i BAR2 (dolna). Każda linijka składa się z dziesięciu nis-koprąd owych diod świecących w kolorze czerwonym. Diody z obu bargrafów połączono w matrycę 4 razy 5. Dzięki temu do sterowania całym wyświetlaczem zużyto tylko dziewięć wyprowadzeń procesora. Wyjścia procesora mogą w stanie wysokim dostarczyć prąd o natężeniu zaledwie kilkudziesięciu mikroamperów. Diody zawarte w zastosowanych bargrafach świecą dostatecznie jasno przy prądzie około 0,7mA. Przyjęto multiplek-sowane sterowanie wyświetlaczem, czyli w danej chwili świeci tylko jedna dioda. Jeśli chcemy, aby wartość średnia prądu płynącego przez diodę wynosiła 0,7mA, to przez 1/20 czasu musi przez nią płynąć prąd dwudziestokrotnie większy. Konieczną wartość prądu, czyli 14mA zapewniły dodatkowe rezystory podciągające R4, R5, R6 i R7.
Układ sterowania programatora zrealizowano na procesorze AT89C2051 (Ul) taktowanym sygnałami z oscylatora z rezonatorem kwarcowym Ql o częstotliwości 24MHz. Kondensator Cl i rezystor Rl zapewniają poprawny start procesora po załączeniu zasilania. Napięcie zasilające +5V jest czerpane z układu badanego. Dioda Dl zabezpiecza sondę przed skutkami odwrotnego podłączenia napięcia zasilającego, o co w przypadku sondy podłączanej chwytakami, wcale nie tak trudno. Pobór prądu w stanie spoczynku, gdy wszystkie diody LED są wygaszone, wynosił w układzie modelowym 30mA. Przy wszystkich diodach zapalonych pobierany prąd wzrastał do około 70mA.
Oprogramowanie
Program dla procesora sterującego napisano w języku C (IAR Systems). Z trudem udało się "upchać" go w 2KB pamięci programu. Pozostało zaledwie kilka wolnych bajtów. Wewnętrzna pamięć danych procesora została wykorzystana do ostatniego bajtu. Program składa się z programu głównego i procedur obsługi przerwań od timerów TO i Tl.
Program główny składa się z jednej pętli (nie kończącej się). Przy każdorazowym jej przebiegu program główny odczytuje stan wyjść przetwornika obrotowo-im-pulsowego oraz wykonuje jedną z czterech faz. Te cztery fazy noszą robocze nazwy: ODSTĘP, WYZWÓL, PATRZ, PRÓBKI. W każdej fazie procesor najpierw wykonuje czynności właściwe danej fazie, a następnie sprawdza, czy nie zostały spełnione warunki przejścia do innej fazy programu. Fazą początkową jest faza PATRZ, która rozpoczyna się od interpretacji odczytanych wyjść przetwornika obrót/impuls. Jeśli wykryto obrót koła kodowego, odpowiednio zmieniany jest adres kursora. Następnie aktualizowany jest stan diod górnego bargrafu (BARl)
44
Elektronika Praktyczna 5/99
Dwukanałowa sonda logiczna z pamięcią próbek
zgodnie z zawartością pamięci próbek kanału CHl. Przed wyświetleniem dolnego rzędu sprawdzany jest stan przycisku POSI. Jeśli przycisk jest wciśnięty, na dolnym bargrafie ukazuje się adres kursora. Nigdy nie mogłem zapamiętać, jak wyglądają niektóre cyfry heksadecymalne wyświetlone w postaci binarnej, a dodawanie i odejmowanie takich liczb do dzisiaj pozostawiam kalkulatorowi.
Dla wygody Czytelników (i mojej) adres kursora jest wyświetlany w postaci trzech cyfr BCD. Pierwsze dwie diody (od lewej) oznaczają setki, kolejne cztery dziesiątki, ostatnie cztery jednostki. Adres może przyjmować wartości od 1 do 240.
Przykładowo, jeżeli na wyświetlaczu znajduje się wskazanie: 01.0100.1001 oznacza, że kursor
znajduje się na pozycji 149; 10.0100.0000 to 240, czyli adres
ostatniej próbki.
Jedynka (1) symbolizuje zapaloną, a zero (0) zgaszoną diodę. Kropki wprowadzono tylko dla przejrzystości zapisu.
Jeśli przycisk POSI jest zwolniony, na diodach wyświetlane są zapamiętane próbki kanału drugiego. Przed wyjściem z tej fazy sprawdzany jest stan przełącznika TRIG. W przypadku, gdy procesor stwierdzi naciśnięcie tego przycisku, zeruje pamięć próbek i przechodzi do fazy WYZWÓL. Jeśli razem z TRIG wciśnięto przycisk POSI, program przechodzi do fazy ODSTĘP. Faza ODSTĘP umożliwia zmianę okresu próbkowania. Bieżący okres próbkowania pojawia się na górnym wyświetlaczu. Stan wyświetlacza należy interpretować w następujący sposób: pierwsza dioda (od lewej) oznacza cyfrę 5 (pięć), kolejna cyfrę 2 (dwa), a trzecia to jedynka. W danej chwili tylko jedna z tych diod może być zapalona. Pozostałe diody odpowiadają zerom liczby wyrażonej w mikrosekundach.
Oto kilka przykładów: 001.0.111111 odpowiada
IOOOOOOjis, czyli ls; 100.0.000111 to 5000)is, czyli 5ms; 010.0.011111 to 200000)is, czyli
200ms; 001.0.000011 to lOOns i jest to
najkrótszy okres próbkowania.
Zmiany okresu próbkowania w zakresie od IOOjis do 5000000|is (5s) dokonuje się przez obracanie kołem kodowym, przy naciśniętych obu przyciskach. Faza WYZWÓL służy do ustawiania stanu, którego pojawienie się na wejściach zainicjuje cykl zapisu próbek do pamięci. W tej fazie pierwsze od lewej diody pokazują aktualny stan na odpowiadających im wejściach. Drugie diody oznaczają stan, przy którym nastąpi wyzwolenie. Dla obu kanałów dozwolone wartości to zero lo-giczne-dioda zgaszona, jedynka logiczna-di oda zapalona, dowolny stan-dioda migająca. Przykładowo, jeśli na "ekranie" sondy zobaczymy coś takiego: 11.00000000.
11.00000000 to oznacza, że na wejściach obu kanałów są teraz jedynki logiczne, a wyzwolenie nastąpi, gdy stan logiczny na wejściu kanału pierwszego zmieni się na niski. Jeśli chcemy uruchomić próbkowanie "z ręki", należy kręcąc kołem kodowym doprowadzić do stanu, w którym obie diody migają, tak jak to przedstawiono poniżej : lx.00000000 lx.00000000 (x-symbolizuje migającą diodę)
Po zwolnieniu przycisku TRIG program przechodzi do fazy PRÓBKI. Faza próbkowania rozpoczyna się sprawdzeniem warunku wyzwolenia. Gdy warunek zostanie spełniony, następuje zezwolenie na przyjęcie przerwania od timera Tl. Podprogram obsługi tego przerwania dokonuje co zadany odcinek czasu próbkowania wejść CHl i CH2, a odczytane wartości zapisuje kolejno do pamięci próbek. Próbkowanie trwa do zapełnienia pamięci próbek,
5 2 1 O O 0.0 O O
TIME BASE
2 1.8 4 2 1.8 4 2 1 Ś\ ����������
Rys. 3. Proponowany wygląd naklejki na obudowę sondy.
chyba że wcześniej procesor wy-kryje naciśnięcie przycisku POSI. W obu przypadkach następuje natychmiastowe przejście do fazy PATRZ. Na cały czas próbkowania wyświetlacz jest wygaszany.
Niezależnie od programu głównego, podprogram obsługi przerwań od timera TO realizuje wyświetlanie multipleksowane. Procedura ta zgodnie z zawartością "pamięci ekranu" zapala lub gasi diody świecące oraz dokonuje cyklicznej zmiany stanu świecenia diody dla uzyskania efektu migania. Miganie jest realizowane w ten sposób, że przez 200ms dioda LED pozostaje w stanie wynikającym z zawartości pamięci, a przez 50ms jej stan jest zmieniany na przeciwny. Dzięki temu, nawet przy szybkim przesuwaniu się po "ekranie", wyraźnie widać, w którym miejscu znajduje się kursor i jaką wartość ma próbka, na którą aktualnie wskazuje.
Do fazy USTAW program wchodzi tylko wówczas, gdy w chwili załączenia zasilania są naciśnięte oba przyciski: TRIG i POSI. Jest to faza "serwisowa" i służy do testowania działania przycisków, obwodów wejściowych sondy i kalibracji przetwornika obrotowo-impulsowego. W tej fazie diody LED położone najbliżej przycisków świecą, gdy odpowiadające im przyciski są wciśnięte. Sześć środkowych diod górnego wyświetlacza odwzorowuje aktualny stan na wejściu kanału CHl. Te same diody dolnego wyświetlacza pokazują stan na wejściu kanału drugiego. Ostatnie diody w obu wyświetlaczach pomagają przy ustawianiu transop-torów w przetworniku obrotowo-impulsowym.
Sposób ich wykorzystania zostanie opisany później, teraz wystarczy nam, jeśli będziemy wiedzieli, że dioda w bargrafie BAR2 świeci, gdy fototranzystor transop-tora TO2 zostanie oświetlony przez diodę LED transoptora TOl. Podobnie, ostatnia dioda w linijce BARl zaświeci, gdy promienie podczerwone emitowane przez diodę LED TOl oświetlą fototranzystor z transoptora TO2. Wyjście z fazy USTAW jest możliwe tylko przez wyłączenie i ponowne załączenie zasilania, już bez uprzedniego wciskania obu klawiszy.
Elektronika Praktyczna 5/99
45
Dwukanałowa sonda logiczna z pamięcią próbek
Montaż mechaniczny
Zanim zaczniemy lutować elementy elektroniczne na płytce drukowanej (rozmieszczenie elementów przedstawiono na rys. 2), warto wykonać kilka prostych prac mechanicznych. Przede wszystkim musimy zeszlifować krawędzie płytki na drobnoziarnistym papierze ściernym. Obróbkę kończymy, gdy płytka będzie bez większych oporów wchodzić do obudowy. Teraz to samo robimy z kołem kodowym. Koło kodowe w skali 1:1 przedstawiono na wkładce wewnątrz numeru.
Do jego wykonania wykorzystano laminat o grubości l,5mm. Średnica zewnętrzna koła wynosi 30,5mm (1200mils). Na obwodzie okręgu o średnicy 22,9mm (900mils) wywiercono 8 otworów
0 średnicy 4,5mm, a otwór w środku koła wiertłem 3mm. Jeśli wykonujemy koło samodzienie, najlepszy efekt osiągniemy szlifując koło na wiertarce. Do środkowego otworu koła wkładamy wkręt M3
1 silnie dokręcamy. Tak przygotowaną ośkę zaciskamy w uchwycie samocentrującym wiertarki. Przy niezbyt wysokich obrotach wiertarki możemy precyzyjnie wyrównać zewnętrzną krawędź.
Jeśli w posiadanej płytce drukowanej dwa otwory położone przy oznaczeniu "TO2" są metalizowane, musimy tę metalizację usunąć z obu stron płytki i wnętrza otworów. Dokonujemy tego przez podgrzanie metalizacji lutownicą. Gdy cyna, którą pokryto metalizowane otwory rozpłynie się, delikatnie zdrapujemy grotem "oczka" dookoła otworów. Następnie ze środka otworów wypychamy "tulejki". Okolice obu otworów i całe koło kodowe odtłuszczamy i pokrywamy czarną matową farbą. Chodzi o to, aby światło emitowane przez diody elektroluminescencyjne transoptorów odbijało się od tych powierzchni w jak najmniejszym stopniu.
Po wyschnięciu farby, wkrętem M3x8 przykręcamy koło kodowe do płytki drukowanej od strony lutowania. Koło kodowe powinno obracać się swobodnie, ale bez nadmiernego luzu. Nakrętkę unieruchamiamy przeciwnakrętką lub kroplą cyny. Między koło a płytkę musimy włożyć podkładkę. Zapobiegnie to w przyszłości przetar-
ciu ścieżki biegnącej po stronie lutowania. Mając tak przygotowane części mechaniczne przystępujemy do montażu elementów elektronicznych.
Montaż elektroniczny
Wszystkie podzespoły programatora zamontowano na jednej, dwustronnej płytce drukowanej, której rysunek przedstawiono na wkładce wewnątrz numeru.
Jako pierwsze wlutowujemy rezystory i diody. Następnie montujemy kondensatory, przy czym kondensatory elektrolityczne kładziemy na płytkę (montujemy "na leżąco"). Teraz przyszedł czas na podstawkę pod mikroprocesor, złącza igłowe i bargrafy. Bargrafy wlutowujemy tak, aby diody świecące tworzyły jedną płaszczyznę z powierzchnią obudowy. Jeśli posiadamy rezonator kwarcowy w niskiej obudowie, możemy go zamontować po stronie elementów. Na kwarc w standardowej obudowie naciągamy koszulkę izolacyjną i montujemy po stronie lutowania. Mając przykręcone koło kodowe montujemy transoptor TOl od strony lutowania w ten sposób, aby powierzchnia diody świecącej i fototranzystora "patrzyły" przez otwór w kole kodowym wprost w dwa otwory w płytce drukowanej. Teraz bardzo krótko obcinamy wyprowadzenia transoptora TOl wystające na stronę elementów. Transoptor TO2 montujemy po stronie elementów dokładnie naprzeciwko TOl. Jako ostatnie wlutowujemy mikroprzełączniki SWl i SW2. Teraz pozostało już tylko przyluto-wać dwa przewody zasilające do punktów zaznaczonych na płytce drukowanej jako +5V i GND. Przewody możemy dodatkowo zabezpieczyć przed wyrwaniem za pomocą blaszki z otworami i dwóch wkrętów M3 z nakrętkami. Teraz możemy przystąpić do uruchamiania sondy.
Uruchomienie
Uruchomienie jak zawsze rozpoczynamy od sprawdzenia poprawności montażu. Należy zwrócić baczną uwagę, czy przy lutowaniu nie powstały zwarcia miedzy polami lutowniczymi. Jeśli sprawdzenie dało wynik pozytywny, wkładamy zaprogramowa-
ny procesor do podstawki, naciskamy oba przyciski i załączamy napięcie zasilające. Jeśli nie dysponujemy zasilaczem stabilizowanym +5V, do uruchamiania wystarczy płaska bateria 3R12 dająca 4,5V. W momencie załączenia "ekran" sondy powinien wyglądać natępująco: 101111110x x-dowolny stan
Pierwsze diody w obu bargra-fach pokazują stan przycisków i po ich puszczeniu powinny zgasnąć. Sześć środkowych LED-ów wskazuje stan na wejściach CHl i CH2. W układzie modelowym stan wysokiej impedancji na wejściu był interpretowany przez procesor jako jedynka logiczna, stąd sześć zapalonych diod na środku obu wyświetlaczy. Może to jednak nie być regułą, ponieważ zgodnie z katalogiem wejścia AIN+ i AIN-nie mają wewnętrznych rezystorów podciągających. W każdym razie, dotknięcie igłą kanału pierwszego do plusa zasilania powinno zapalić diody w górnym bar-grafie BARl, a zetknięcie z masą musi je wygasić. Diody dolnego bargrafu BAR2 powinny tak samo reagować na eksperymenty z wejściem kanału drugiego. Ostatnia dioda w tej linii świeci, gdy zostanie oświetlony fototranzystor z transoptora TO2. Wskaźnikiem przewodzenia fototranzystora z transoptora TOl jest ostatnia dioda w BARl. Przy powolnym obracaniu koła kodowego zgodnie z ruchem wskazówek zegara te dwie diody powinny zapalać się w pokazanej niżej sekwencji: xxxxxxxxxO xxxxxxxxxl xxxxxxxxxl xxxxxxxxxO xxxxxxxxxO
xxxxxxxxxO xxxxxxxxxO xxxxxxxxxl xxxxxxxxxl xxxxxxxxxO
Jeśli któraś z diod nie świeci w ogóle, należy "wycelować" odpowiadający jej fototranzystor w znajdującą się naprzeciwko diodę świecącą. Może też zdarzyć się przypadek, że dioda świeci bez przerwy. Oznacza to, że fototranzystor widzi światło "swojego" LED-a, odbite od nie dość dokładnie zmatowionej powierzchni płytki lub koła kodowego. Należy wówczas powtórnie pokryć te miejsca matową, czarną farbą. Jeśli i to nie pomoże, należy stop-
46
Elektronika Praktyczna 5/99
Dwukanałowa sonda logiczna z pamięcią próbek
niowo zwiększać wartość rezystorów R8 i R9, do chwili uzyskania oczekiwanego efektu.
Przygotowanie obudowy
Jeśli chcemy, aby sonda służyła nam jako przyrząd warsztatowy, warto poświęcić trochę czasu i umieścić sondę w obudowie. Wymiary płytki drukowanej przystosowano do obudowy typu TS firmy Cyfronika.
Obudowa składa się z dwóch części, nazwijmy je umownie częścią górną i dolną. Rozpoczynamy od przyłożenia do dolnej części zmontowanej płytki drukowanej sondy z przykręconym kołem kodowym. Na bocznych ściankach zaznaczamy miejsce w którym należy wyciąć obudowę, aby koło obracało się swobodnie. Następnie skracamy o około lmm słupek dystansowy bardziej oddalony od ostrza obudowy. Dzięki temu obudowa powinna się domknąć także w przypadku, gdy pod procesor zamontowaliśmy zwykłą podstawkę.
W tylnej ściance wycinamy półokrągły otwór, przez który wprowadzimy kabel zasilający. Do wykonania wszystkich tych czynności wystarczy skalpel lub ostry
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl: lukQ/u,25W R2..R7: 24uQ/u,25W R8, R9: 47uQ/u,25W Kondensatory Cl, C2: 10|iF/16V C3: 100nF/63V C4, C5: 22pF Półprzewodniki
Ul: AT89C2051-24PC (zaprogramowany)
TO1, TO2: SFH900-x (x-dowolna grupa)
DL D2, D3, D4, D5: 1N5817 BARK BAR2: HLCP-J1OO lub podobny, niskoprądowy Różne
Ql: 24MHz (najlepiej w niskiej obudowie HC49/4H) Zl, Z2: kątowe
Podstawka pod układ scalony SW1, SW2: mikroswitch do druku H=10mm
Obudowa sondy typu TS o wymiarach 180x25xl5mm (Cyfronika)
Kabel zasilający dwużyłowy 0,5m z chwytakami
nóż. Trochę bardziej pracochłonne jest przygotowanie części górnej. Zaczynamy od wycięcia drugiej połówki otworu dla kabla zasilającego. Następnie przykładamy płytkę drukowaną i na skośnej ściance zaznaczamy miejsce, w którym należy wykonać otwór do podłączania drugiego kanału. Otwór wykonujemy wiertłem
0 średnicy 3mm.
Pozostała jeszcze do wykonania najbardziej pracochłonna czyn-ność-trasowanie i wywiercenie otworów pod przyciski i linijki diod świecących. W modelu wykonałem osobne otwory pod oba przyciski i dla każdej diody świecącej. Jest to jednak bardzo niewdzięczna metoda. Wymaga dużej precyzji, a uzyskany efekt łatwo zepsuć, jeśli nie zrobimy otworu dokładnie nad diodą lub przyciskiem. Bardziej racjonalne jest wycięcie jednego otworu obejmującego przyciski i oba bargrafy. Taki otwór można następnie przykryć czerwoną folią samoprzylepną lub cienką płytką czerwonego pleksi-glasu. Otwory pod przyciski łatwo teraz wykonać, gdyż widać je pod przezroczystą "płytą czołową". Opisy przycisków i diod wykonujemy na zwykłej kartce i przyklejamy do folii (plexi) od spodu. Przykładowy wygląd płyty czołowej z opisem przycisków i wyświetlaczy przedstawiono na rys. 3.
Pozostaje jeszcze tylko skrócić wkręty, które są dostarczane w komplecie z obudową. Bez tego, po silnym dokręceniu, ich ostre końce mogą wystawać na zewnątrz obudowy.
Instrukcja obsługi
Obsługa sondy jest dość prosta, a niektóre czynności zostały już wcześniej omówione. Zazwyczaj rozpoczynamy pracę od ustawienia podstawy czasu. W tym celu naciskamy oba przyciski
1 kręcąc kołem kodowym ustawiamy potrzebny okres próbkowania. Potem wybieramy kombinację stanów wejściowych, przy których nastąpi rozpoczęcie zapisu próbek do pamięci lub po prostu wyzwalamy zapis "z ręki".
Cykl zapisu możemy w każdej chwili przerwać naciskając klawisz POSI. Gdy na wyświetlaczu pokaże się migający kursor, możemy rozpocząć przeglądanie za-
rejestrowanych przebiegów. Jeśli interesuje nas czas trwania jakiegoś impulsu lub np. odstęp dwóch zboczy, naprowadźmy kursor na początek tego zdarzenia i naciskamy klawisz POSI. Na dolnym wyświetlaczu pojawi się aktualna pozycja kursora. Jeśli to samo powtórzymy w innym miejscu, to znając odstęp próbkowania, możemy wyliczyć czas, jaki upłynął między tymi zdarzeniami.
W praktyce często zdarza się, że chcemy na bieżąco śledzić stan logiczny panujący w jakimś miejscu. Także w takim przypadku sonda może okazać się pomocna. Wystarczy przytrzymać klawisz TRIG, a pierwsze diody na obu wyświetlaczach pokażą aktualny stan na wejściach CHl i CH2. Jeśli sonda ma pracować w taki sposób przez dłuższy czas, warto odłączyć na chwilę zasilanie, wcisnąć oba przyciski i ponownie załączyć zasilanie. Sonda wejdzie w "tryb serwisowy", a sześć środkowych diod będzie wskazywać poziom logiczny na wejściach. Taki tryb pracy będzie trwał aż do wyłączenia zasilania. Tomasz Gumny, AVT
Elektronika Praktyczna 5/99
47
PROGRAMY
EDWin krok po kroku, część 5
Niestety - nie udało się nam
dotrzymać grudniowej obietnicy,
że chwilowo zakończymy
prezentację możliwości EDWina.
Jest to wynik pojawienia się
nowej edycji tego pakietu, który
w swojej najbogatszej wersji jest
wyposażony w symulator -
analizator rozkładu pola
elektromagn etycznego.
O tym, jakie są efekty
działania nowego modułu
EDWina, dowiecie się w artykule.
Rys. 1.
Analizator rozkładu pola elektromagnetycznego jest uruchamiany z paska głównego menu (rys. lj, podobnie jak pozostałe symulatory. Okno analizatora wygląda podobnie do pozostałych modułów pakietu (iys. 2j, podobna jest także filozofia jego obsługi. "Centrum" sterowania analizą jest pasek narzędziowy (iys. 3}, znajdujący się w lewej części głównego okna.
Przy pomocy wybranych "przycisków" możliwe jest:
- edycja parametrów napięciowych i częstotliwościowych sygnałów przesyłanych wybranymi ścieżkami tworzącymi połączenia;
- edycja parametrów elektrycznych ścieżek;
- konfiguracja sposobu liczenia rozkładu linii pola elektromagnetycznego;
- konfiguracja kolorów wykorzystywanych do kreślenia punktowej mapy rozkładu na-
^____. tężenia pola elektromag-
^*^^ netycznego.
W przypadku projektowania płytki drukowanej na laminacie o nietypowych parametrach możliwe jest ich samodzielne określenie przez użytkownika, lecz okno opisu parametrów laminatu dostępne jest w górnym pasku narzędziowym analizatora (iys. 4j.
Efekty prowadzonej analizy EDWin przedstawia na dwa sposoby:
- przy pomocy wykresu izoliniowego (rys. 2} z opcjonalnym opisem wartości odpowiadających każdej z linii;
- kolorowej mapy rozkładu natężenia pola
(rys. 5j, który jest dość efektowny i nieco bardziej czytelny.
Symulacja przeprowadzona przez EDWina nie jest pozbawiona znaczących uproszczeń, które w pewnych wypadkach mogą z naczący

ŚŚ -
1
c------
-w- i - i
"^"
^5
mieć
Rys. 2.
wpływ na jej wynik. Uproszczenia polegają na założeniu, że wszystkie sygnały występujące w urządzeniu są ^Y^1 4. sinusoidalne, co
jest bardzo rzadkim przypadkiem w układach rzeczywistych. Nie ma więc możliwości określenia wszystkich składowych rzeczywistych sygnałów (ich oryginalnych kształtów, częstotliwości i amplitudy), co w przypadku "subtelnych" konstrukcji może spowodować znaczne zniekształcenia prezentowanych wykresów. W większości typowych konstrukcji takie przybliżenie jest jednak w pełni wystarczające, zwłaszcza, że konfiguracja parametrów symulacji jest niezwykle prosta, a czas trwania obliczeń bardzo krótki.
Zdaniem autora symulator EMC wbudowany w EDWina doskonale spełnia wymagania, które można postawić przed tak tanim narzędziem projektowym. Szkoda tylko, że symulator ten nie jest dostępny w najprostszej wersji pakietu EDWin. Poznanie jego możliwości jest oczywiście możliwe dzięki nowej wersji demonstracyjnej pakietu, którą udostępniamy na naszej stronie w Internecie. PiotrZbysińshi,AVT
Pakiet EDWin 1.60 w wersji DL5 udostępniła redakcji firma BK-System (tel. (0-22] 755-69-33].
Wersja ewaluacyjna EDWina 1.52 znajduje się na płycie CD-EP4. Nowsza wersja - 1.60 znajduje się na i ntemetowej stronie: www.avt.co m .piła vt/ep/ftp.
Rys. 3.
Rys. 5.
PROJEKTY
Elektroniczna papuga
kit AVT-813
Pomysłowość konstruktorów
firmy Holtek sięgnęła zenitu.
Opracowali oni bowiem układ
scalony, realizujący bardzo
ważną funkcję papugi.
O tym, jak zmajstrować
urządzenie, za pomocą
którego można zrobić
znajomym szereg dowcipów,
traktuje ten ańykui.
ości
0SC2
16KB
MS
LB3B
MOTOR
TESTB
START
Oncylntof
Ukfed Śtarujący
Bit* Śtortu
Zastosowanie specjalizowanego (w papugowaniu) układu scalonego spowodowało, źe konstrukcja urządzenia jest nadzwyczaj prosta. We wnętrzu układu HT8656A znajduje się szereg stosunkowo skomplikowanych i trudnych do wykonania w technice dyskretnej modułów (rys. 1).
Najciekawszym z punktu widzenia użytkownika - a to dlatego, źe znacznie obniża koszt wykonania "papugi" - jest wbudowany w strukturę automatyczny odświe-źacz zawartości pamięci DRAM. Układy pamięciowe o organizacji
WRB RASB GA3B
TTT
Gan orator podtfnwyczuu
BIAS
T
AIN1
I"
Dekoder wierazy
Dskodar kolumn
Układ odświeżań*
MulUplałoor
AO1 AIN2
Akunulator
ALU
DAC(Bb Wyjtóe pi^dbwc
AIN2
DACiObtt
MultblBkBBr wyjfcfciwy
Wtómk noplackmy
HOLTCK
AO.............AB TOUT
Rys. 1. Schemat blokowy układu HTS656.
Ix256kb są bardzo tanie, łatwe do kupienia i - co jest także istotne - wymagają niewielu połączeń z układem adresującym. Wynika to z faktu, źe szyna adresowa jest multipleksowana, czyli adres wynikowy składa się z dwóch kawałków przesyłanych kolejno do rejestrów pamięci.
Układ HT8656 występuje w dwóch wersjach różniących się ostatnimi literami w nazwie. Wersja HT8656A jest wyposażona w przetwornik C/A z wyjściem napięciowym, natomiast wyjście przetwornika w wersji HT8656B jest prądowe. Prezentowany w artykule układ elektroniczny został zoptymalizowany pod kątem wersji "A".
Przetworzony sygnał audio jest zapisywany (i później odczytywany) "szeregowo" w pamięci o organizacji 1-bitowej. Tak znaczne uproszczenie sposobu przechowywania danych jest możliwe dzięki zastosowaniu 1-bitowego przetwornika różnicowego A/C (rys. 2). Jego działanie polega na zapamiętywaniu różnic amplitudy kolejnych próbek, a nie ich bezwzględnej wartości. Ze względu na prostotę przyjętej metody przetwarzania odtwarzany później dźwięk nie jest najwyższej jakości, ale jest w pełni zrozumiały i - zapewniam - wprawia w osłupienie "pa-pugowanych" znajomych.
Elektronika Praktyczna 5/99
Elektroniczna papuga
Rys. 2. Uproszczony schemat blokowy przetwornika A/C zastosowanego w układzei HT8656.
Opis układu
Już po pierwszym "rzucie oka" na schemat elektryczny "papugi" (rys. 3) można łatwo stwierdzić mistrzowskie podejście projektantów firmy Hol tek do rozrywkowych układów scalonych. Najbardziej skomplikowanie wygląda magistrala łącząca pamięć DRAM o pojemności 256kb (U2) z papu-gującym układem U3. W praktyce można zastosować dwa rodzaje pamięci: o maksymalnej pojemności 256kb (rozwiązanie lepsze) lub 64kb (rozwiązanie gorsze). W zależności od rozmiaru pamięci różne są maksymalne czasy zapamiętywania sygnału (w przedziale 2.. 16 sekund). Pewnemu pogorszeniu może także ulec jakość odtwarzania, a to ze względu na ograniczenie maksymalnej częstotliwości próbkowania. Do skonfigurowania układu U3 w zależności od rodzaju pamięci i wymagań użytkownika służą dwa jumpery: SW1 i SW2.
Zestawienie zależności od wykonanych nastaw znajduje się w tab. 1.
Fala dźwiękowa jest przetwarzana przez mikrofon Ml do postaci sygnału elektrycznego, wzmacnianego w dwustopniowym,
wewnętrznym wzmacniaczu U3. Po przetworzeniu wartość cyfrowa jest zapisywana do pamięci DRAM (U2). Rezystory R9, RIO polaryzują mikrofon Ml napięciem stałym, które jest niezbędne do jego poprawnej pracy. Kondensator C8 ogranicza górną częstotliwość wzmacniacza mikrofonowego, dzięki czemu nie występuje niebezpieczeństwo jego wzbudzania.
Sygnał wyjściowy pojawia się na wyjściu VOUT i następnie (po prostej filtracji w filtrze R3, C5) jest wzmacniany przez układ Ul. Wzmacniacz LM386 umożliwia sterowanie głośników o impedan-cji w przedziale 4..40Q.
Tranzystor T2 umożliwia sterowanie dowolnego urządzenia współpracującego z "papugą". Producent przewidział np. możliwość poruszania głowy misia-papugi. Wykorzystanie tego wyjścia pozostawiamy fantazji Czytelników. Należy tylko pamiętać, że do wyprowadzenia Vccl należy dołączyć plus zasilania dodatkowego obwodu sterowanego przez "papugę", a wyjście Ml spełnia rolę wyjścia sterującego. Dioda D3 zabezpiecza złącze B-C tranzystora T2 przed uszkodzeniem wywołanym przepięciem, które może powstać , jeżeli tranzystor będzie sterował cewkę silnika lub przekaźnika.
Dość nietypowo rozwiązano obwód zasilania "papugi". Praca urządzenia jest inicjowana przez użytkownika włącznikiem, który należy włączyć pomiędzy zacisk START, a masę zasilania. Zwarcie jego styków spowoduje spolaryzowanie w kierunku przewo-
dzenia tranzystora Tl, a napięcie z jego kolektora zasili stabilizator U4. W ten sposób napięcie z baterii lub zasilacza zostanie podane na układ U3 i pozostałe obwody "papugi". Przewidziany przez producenta algorytm pracy układu HT8656 spowoduje pojawienie się niskiego stanu logicznego na wyjściu START U3 (pin 17). Tym samym przewodzenie tranzystora Tl będzie podtrzymane, a "papuga" rozpocznie czyhanie na najbliższe wypowiedziane zdanie.
"Papugę" wyposażono w optyczny wskaźnik poziomu sygnału audio oraz trybu pracy - świecącą diodę Dl. Sygnalizacja przebiega w sposób przedstawiony na grafie z rys. 4. Na podstawie tego rysunku można także przeanalizować krok po kroku sposób działania urządzenia. Urządzenie pracuje w sposób mocno zautomatyzowany i w pewnym stopniu interaktywny z otoczeniem. Odpowiedni algorytm oraz samoczynne sterowanie włączaniem zasilania ułatwia zasilanie "papugi" ze zwykłej baterii 9V, ponieważ średni pobór prądu jest niewielki (do kilkunastu mA).
Montaż i uruchomienie
Zarówno montaż jak i uruchomienie "papugi" nie przekracza możliwości przeciętnie uzdolnionego i wyposażonego w odpowiedni sprzęt elektronika. Jak zresztą pokazała praktyka - podobnie zresztą, jak w przypadku innych urządzeń wykonanych w oparciu o układy Holteka - pojęcie "uruchamiania" sprowadza się do...
Rys. 3. Schemat elektryczny układu elektronicznej papugi.
50
Elektronika Praktyczna 5/99
Elektroniczna papuga
Rys. 4. Algorytm pracy układu HT8656.
włączenia zasilania i sprawdzenia, czy układ pracuje poprawnie. Dzieje się tak pod warunkiem poprawnego i starannie wykonanego montażu oraz zastosowania sprawdzonych podzespołów.
Na ry s. 5 przed stawi ono schemat montażowy płytki drukowanej, a jej mozaika ścieżek - jak zazwyczaj w EP -znajduje się na wkładce wewnątrz numeru.
Podczas eksploatacji "papugi" warto pamiętać o stosowaniu głośników dobrej jakości i nie oszczędzaniu na pamięci DRAM, ponieważ naprawdę niezłą jakość sygnału można uzyskać tylko z pamięcią 256kb i próbkowaniem 3 2kHz. Tak szybkie próbkowanie jest konieczne, ponieważ przetwarzanie jest 1-bitowe, co ma dość znaczny wpływ na wynikową jakość sygnału.
Miłej zabawy życzy autor! Andrzej Gawry luk
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl: 22Q
R2: 43kQ
R3: 12kQ
R4: 2,2kQ
R5: 220O
R7: 75kQ
R8: 30kQ
R9: 4,7kn
RIO: 150O
Rl 1: 510O
R12: l,5kQ
Kondensatory
Cl: 470^F/16V
C2, C6, C9, CIO: lOOnF
C3, C12: 220|iF/25V
C4: 10|iF/16V
C5: 47nF
C7, Cli: 47^F/16V
C8: 470pF
Półprzewodniki
Dl: LED
D2: dioda Zenera 3,6V
D3: 1N4148 lub podobna
Tl: BC557 lub podobny
T2: BC337 lub podobny
Ul: LM386
U2: 41256
U3: HT8Ó56A
U4: 78L05
Różne
Gil: głośnik 4..400
SW1, SW2: goldpiny 1x3 2 szt.
zjumperami
Ml: mikrofon pojemnościowy
SW1 styki SW2 styki Częstotliwość próbkowania [kHz] Czas zapisu [s] Wymagana pojemność pamięci [kb]
Rozwarte Rozwarte 32 2 64
Rozwarte Zwarte 16 4 64
Zwarte Rozwarte 32 8 256
Zwarte Zwarte 16 16 256
Rys. 5. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej.
Elektronika Praktyczna 5/99
51
PROJEKTY
Sztuczne obciążeni
kit AVT-452
Prop on uję Czytelń ikom EP
budowę urządzenia, którego
jedyną funkcją będzie
zużywanie, bez żadnego
pożytku, en ergii elektryczn ej.
Pobrań a en ergia zostanie
zamieniona na ciepło, co
sp o w o d uje tylko klop o ty
z jego odprowadzeniem.
I
To wszystko brzmi trochę jak kiepski dowcip, ale jest to prawda. Z jednym wyjątkiem: z tym "bez żadnego pożytku" to trochę przesadziłem! Zastosowanie proponowanego układu umożliwi nam proste i szybkie przetestowanie skonstruowanego układu dostarczającego energii elektrycznej. Takimi urządzeniami mogą być wszelkiego typu zasilacze, prostowniki do ładowania akumulatorów itp. Wbrew pozorom, przetestowanie nowo zbudowanego zasilacza wcale nie jest sprawą prostą. Do tego celu stosowano kiedyś duże rezystory drutowe o regulowanej rezystancji - opornice suwakowe. Obecnie w warunkach amatorskich jako obciążenia stosujemy rezystory o małych wartościach rezystancji, a w wypadku konieczności uzyskania dużych prądów powszechnie stosuje się żarówki samochodowe. Szczególnie ta ostatnia metoda nie jest warta polecenia, ze względu na bardzo nieliniową charakterystykę rezystancji włókna żarówki w funkcji temperatury. Oczywiście, możemy w parę minut skonstruować układ umożliwiający płynną regulację pobieranego ze źródła prądu. Wystarczy tranzystor mocy z regulowanym prądem bazy, ale po chwili tranzystor zacznie się nagrzewać, trzeba będzie umocować go na radiatorze, a i regulacja prądu wcale nie będzie taka płynna i wygodna. Nie zapominajmy, że elektronika w założeniu ma służyć ułatwianiu nam życia, szcze-
gólnie ciężkiego życia elektronika amatora. Skonstruujmy sobie przyrząd umożliwiający szybkie sprawdzenie możliwości (wydajności prądowej) zbudowanego zasilacza czy ładowarki do akumulatorów.
Podczas projektowania układu przyjąłem następujące założenia konstrukcyjne:
1. Układ musi umożliwiać obciążanie badanego urządzenia prądem o maksymalnym natężeniu zależnym tylko od typu zastosowanego tranzystora wykonawczego. Układ prototypowy przystosowany został do maksymalnego prądu 10 A, który można bez problemu zwiększyć stosując inne tranzystory oraz zwiększając skuteczność układu chłodzenia.
2. Regulacja pobieranego przez układ prądu powinna być bezstop-niowa, realizowana za pomocą wieloobrotowego potencjometru.
3. Urządzenie powinno być wyposażone w skutecznie działający układ chłodzenia tranzystora wykonawczego. Wyposażanie go w gigantyczny radiator (będziemy mieli do czynienia z mocami traconymi rzędu 100..200W) nie ma najmniejszego sensu i jedyną skuteczną metodą odprowadzenia wydzielanego ciepła jest zastosowanie chłodzenia wymuszonego.
4. Podczas pracy z niewielkimi prądami, chłodzenie wymuszone nie powinno być włączane, ponieważ szum wentylatora może być na dłuższą metę uciążliwy. Dlatego też
Elektronika Praktyczna 5/99
53
Sztuczne obciążenie
Rys. 1. Schemat elektryczny urządzenia.
należy zastosować prosty układ termostatu, włączający wentylator dopiero w momencie nagrzania ra-diatora do zadanej temperatury.
5. Nawet najskuteczniejsze chłodzenie może okazać się w pewnych warunkach niewystarczające i kosztowny tranzystor mocy może ulec przegrzaniu i uszkodzeniu. Konieczne będzie zastosowanie układu wyłączającego obciążenie w momencie osiągnięcia krytycznej temperatury radiatora.
6. Jako absolutnie konieczne uznałem wyposażenie urządzenia w układ pomiaru pobieranego prądu. Ustawiczne przełączanie przewodów pomiarowych miernika uniwersalnego może każdego doprowadzić do ciężkiego stresu, a koszt wykonania prostego ampe-
romierza cyfrowego jest obecnie niezbyt wysoki.
7. Projektowany układ ma znaleźć zastosowanie jako stałe wyposażenie warsztatu elektronika i powinien być wyposażony we wbudowany zasilacz sieciowy, co umożliwi częste korzystanie z niego bez konieczności dołączania dodatkowego źródła zasilania.
Urządzenie spełniające powyższe założenia zostało zaprojektowane, wykonane i przetestowane w pracowni konstrukcyjnej AVT, w której stało się następnie kolejnym, ważnym elementem jej wyposażenia.
Opis działania układu
Schemat elektryczny naszego "obciążacza" został przedstawiony na rys. 1. Schemat ten wygląda
trochę dziwnie: właściwy układ regulacji pobieranego z testowanego urządzenia prądu to malutki fragment schematu z tranzystorami Tl i T5 oraz układem scalonym IC2B. Reszta to bardzo rozbudowane układy pomocnicze, umożliwiające pracę głównemu blokowi układu. No cóż, bywa i tak.
Schemat układu sztucznego obciążenia możemy podzielić na kilka bloków funkcjonalnych, które kolejno omówimy.
1. Wspomniany już układ regulacji pobieranego prądu został zrealizowany z wykorzystaniem jednego tylko wzmacniacza operacyjnego typu LM358. Wybór tego właśnie wzmacniacza został podyktowany faktem, że może on pracować przy napięciach wej-
54
Elektronika Praktyczna 5/99
Sztuczne obciążenie
ściowych bliskich napięciu zasilania, a z takimi właśnie będziemy mieli do czynienia.
Prąd pobierany z testowanego urządzenia przepływa przez rezystor R5, powodując spadek napięcia na tym elemencie proporcjonalny do wartości tego prądu. Napięcie z rezystora pomiarowego R5 jest podawane na wejście 5 IC2B i porównywane przez ten układ z napięciem zadanym za pomocą potencjometru Pl. Jeżeli napięcie na R5 jest wyższe od zadanego, to wyjście wzmacniacza IC2B wyste-rowuje tranzystor T2. Tranzystor ten zwiera bazę tranzystora T5 do masy, powodując ograniczenie prądu pobieranego przez nasz układ. Z wartościami elementów podanymi na schemacie, regulacja prądu obejmuje zakres od kilkunastu mi-liamperów do 10A.
2. Sterowanie wentylatorem chłodzącym radiator oraz układ zabezpieczający tranzystor wyko-
Ujpi
DP3
DPB
DPI
oeooooeooooooooe
TRI
0000
Rys. 2. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej.
nawczy przed uszkodzeniem na skutek przegrzania zostały zrealizowane przy pomocy dwóch wzmacniaczy operacyjnych zawartych w strukturze drugiego układu LM358 - IC3. Zbudowane zostały dwa komparatory napięcia: jeden sterujący pracą wentylatora i drugi wyłączający tranzystor mocy w przypadku jego przegrzania. Czujnik temperatury został zrealizowany z wykorzystaniem termis-tora RTl i rezystora R15. Napięcie z tak utworzonego dzielnika jest podawane na wejście 5 wzmacniacza operacyjnego IC3B i porównywane z napięciem zadanym za pomocą potencjometru montażowego PR3. Jeżeli napięcie na dzielniku spadnie poniżej poziomu napięcia na wejściu 6, to spolaryzowana zostanie baza tranzystora T3 i w konsekwencji zostanie uruchomiony wentylator chłodzący radiator tranzystora mocy. Jeżeli po pewnym czasie temperatura radia-tora wróci do normy, to wentylator wyłączy się, nie zakłócając nam spokoju swoim szumem. Wejście 3 wzmacniacza operacyjnego IC3A zostało także dołączone do dzielnika napięcia będącego czujnikiem pomiarowym temperatury radiatora. Na drugie wejście tego wzmacniacza jest podawane napięcie zadane za pomocą po-tencj ometru montażowego PR2. Jeżeli temperatura radiatora, pomimo włączenia wentylatora, wzrośnie ponad dopuszczalną wartość, to włączony zostanie tranzystor T4 zwierając do masy bazę tranzystora T5. Płynący przez układ prąd zostanie ograniczony do zera aż do BRl czasu ostygnięcia radiatora.
3. Kolejnym blokiem układu jest amperomierz zbudowany z wykorzystaniem znanego każdemu
elektronikowi scalonego przetwornika A/D typu ICL7107. Schemat tego fragmentu układu jest typową aplikacją fabryczną ICL7107, z jednym wyjątkiem: nie zastosowano "najstarszego" wyświetlacza 1/2 cyfry. Zgodnie z prawem Ohma napięcie odkładające się na rezystorze pomiarowym R5 będzie proporcjonalne do wartości płynącego prądu i przy wartości 10A wyniesie IV. Miliwoltomierz został zbudowany z elementów, których wartości dają nam zakres pomiarowy od 0 do 2V. A zatem zakres pomiarowy tego mi-liwoltomierza, zastosowanego w układzie amperomierza wyniesie od 0 do 9990mA z rozdzielczością 10 raA, co wydaje się być zupełnie wystarczające w większości zastosowań.
Układ IC4 - ICL7660 jest scaloną przetwornicą napięcia +5VDC/-5VDC i wymaga zastosowania tylko jednego elementu zewnętrznego: kondensatora C6
0 pojemności IOjiF.
4. Pozostała część układu to typowo skonstruowane stabilizowane zasilacze zbudowane z wykorzystaniem scalonych stabilizatorów napięcia 7805 i 7812. Stabilizator IC6 zasila układ amperomierza, a IC5 pozostałą część układu. Dioda LED Dl sygnalizuje fakt przegrzania tranzystora mocy
1 wyłączenia prądu pobieranego z badanego układu.
Montaż i uruchomienie
Na rys. 2 pokazano rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej. Mozaikę ścieżek dwóch płytek drukowanych przedstawiliśmy na wkładce wewnątrz numeru. Układ został umieszczony na dwóch płytkach: płytce wyświetlaczy amperomierza, wykonanej na laminacie dwustronnym z metalizacją i płytce bazowej. Płytka bazowa została wykonana na laminacie jednostronnym, co ze względu na znaczną komplikacją połączeń spowodowało konieczność zastosowania kilku zworek. Od wykonania tych właśnie zwór rozpoczniemy montaż urządzenia. Zwory zostały wyraźnie oznaczone na stronie opisowej płytki za pomocą kresek i symboli "Z". Dalszą część montażu wykonamy w typowy sposób, lutując najpierw rezystory, a kończąc na zamontowaniu transformatora sieciowego.
Elektronika Praktyczna 5/99
55
Sztuczne obciążenie
Po zmontowaniu płytek musimy je połączyć w jedną całość za pomocą złącza kątowego typu gold-pin. Taki sposób połączenia obydwóch części układu gwarantuje nam zachowanie kąta prostego pomiędzy płaszczyznami płytek i ich pewne połączenie mechaniczne.
Kolejnym krokiem podczas montażu urządzenia będzie przykręcenie tranzystora mocy do radiatora. Ponieważ od skuteczności chłodzenia tego elementu zależy w dużym stopniu niezawodność budowanego układu, czynność tę musimy wykonać starannie, nie zapominając o zastosowaniu specjalnej pasty dobrze przewodzącej ciepło. Termistor RTl przyklejamy do radiatora za pomocą kleju Distal lub Poxipol i łączymy z płytką obwodu drukowanego za pomocą odcinka przewodu.
Do obudowania zmontowanego układu proponowałbym zastosować obudowę serii KM, taką jakiej użyto w układzie prototypowym. Dobrym rozwiązaniem będzie zastosowanie jako płyty czołowej filtru o kolorze odpowiadający barwie zastosowanych wyświetlaczy, a więc najczęściej czerwonym. Pozwoli to uniknąć wycinania w obudowie otworu na wyświetlacze i zasłanianiu go filtrem.
Prawidłowe umieszczenie w obudowie wentylatora chłodzącego radiator jest bardzo ważne. Pamiętajmy, że w radiatorze może wydzielić się moc przekraczająca niejednokrotnie 150W i strumień powietrza tłoczonego przez wentylator musi dokładnie opływać powierzchnię radiatora. Powinien on być umieszczony tak, jak w układzie prototypowym, na przedniej ścianie obudowy, bądź na jej ścianie tylnej. W każdym jednak przypadku musimy na ścianie przeciwnej do tej, na której zamocowaliśmy wentylator wykonać otwór o jak największej średnicy (można także nie zamykać tylnej ścianki obudowy).
A teraz ważna uwaga: do momentu zamknięcia układu w obudowie lepiej nie dołączać do niego napięcia sieciowego. Wszelkie próby i regulacje bezpieczniej będzie wykonać korzystając z pomocniczego zasilacza laboratoryjnego. Da to konstruktorowi większy komfort pracy i pozwoli uniknąć stresów związanych z obawą przed dotknięciem ścieżek znajdujących się pod napięciem sieci 220V.
Ostatnią czynnością przed zamknięciem układu w obudowie będzie regulacja amperomierza oraz układu chłodzenia i zabezpieczenia przed przeciążeniem termicznym.
Kalibrację amperomierza wykonujemy dokładnie tak, jak każdego innego układu wykorzystującego popularną "aj-si-elkę" (ICL7107). Za pomocą potencjometru montażowego ustawiamy pomiędzy wyprowadzeniami COMMON i REF HI układu ICl napięcie dokładnie równe 1000mV. Ale uwaga: tak ska-librowany przyrząd będzie dokładnie mierzył napięcie na wejściu IN HI, co jednak nie oznacza, że będzie równie dokładnie mierzył prąd płynący przez rezystor pomiarowy R5. Przyczyną błędu jest zbyt duża tolerancja wartości rezystorów dużej mocy. Mamy dwa wyjścia: albo pogodzić się z niezbyt dokładnym pomiarem wartości pobieranego przez nasz układ prądu, albo dokonać dokładnej kalibracji przez porównanie ze wskazaniami amperomierza dobrej klasy. Ze względu na "starzenie się" rezystorów, dokładnej kalibracji musimy dokonać po pewnym okresie eksploatacji przyrządu. Jeszcze jednym rozwiązaniem problemu może być wykonanie precyzyjnego rezystora O,1Q/ IOW, ale wymagać to będzie korzystania z trudno dostępnej i kosztownej aparatury pomiarowej.
Przystąpmy teraz do regulacji układu zabezpieczenia termicznego. Będzie to czynność bardzo prosta, ponieważ nie musimy jej wykonywać zbyt dokładnie: wystarczy zupełnie ustawić dwie graniczne temperatury "na czucie", nawet bez stosowania jakiegokolwiek termometru. Próg zadziałania wentylatora chłodzącego radiator ustawiamy tak, aby włączył się, kiedy radiator jest już bardzo gorący, ale daje się dotknąć ręką. Regulacji dokonujemy za pomocą potencjometru montażowego PR3, a potencjometrem PR2 ustawiamy próg zadziałania wyłącznika zabezpieczenia termicznego. Tranzystor Tl powinien być blokowany (co sygnalizowane jest świeceniem diody Dl) w momencie, kiedy radiatora nie można już dotknąć ręką, ponieważ jego temperatura zbliżyła się do 100�C.
Po dokonaniu tych wszystkich regulacji możemy nasze urządzenie uznać za skalibrowane i sprawne. Zbigniew Raabe, AVT
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Pl: potencjometr 100ka/A w kicie
jednoobrotowy, zalecana
wymiana na potencjometr
wieloobrotowy o takiej samej
wartości
PR1: potencjometr montażowy
HELUTRIM lkn
PR2, PR3: 4,7kn
Rl, R9, R16, R20: 510O
R2: lOOk
R3, R14, R19, R24: lkn
R4: 470kO
R5: OJ O/IOW
R6: 820O
R7: 3,3kQ
RIO, R13, R18: 2,2kQ
Rl 1: 30O
R15: 22kO
R17: l,8kn
R21: lMn
RTl: termistor NTC ok. 20kQ przy
20�C
Kondensatory
Cl: lOOpF
C2, CIO, Cli, C13: lOOnF
C3: 220nF
C4: 47nF
C5, C6, C14: 10jiF/10V
C7: lOnF
C8: 1000|iF/16V
C9, C12: 220^F/16V
Półprzewodniki
BR1: mostek prostowniczy 1A
DPI, DP2, DP3: wyświetlacz
siedmiosegmentowy LED wspólna
anoda
Dl: LED
ICl: ICL7107
IC2, IC3: LM358
IC4: ICL76Ó0
IC5: 7812
ICÓ: 7805
Tl: BDW83C
T2, T4: BC548
T3, T5: BD139
Różne
CON1, CON2, CON3: ARK2
Złącze ARK3 (3,5mm)
Fl: plastykowa oprawka
bezpiecznika + bezpiecznik 200mA
JP1, JP2: goldpin kątowy 25
pinów
TRI transformator sieciowy typu
TS6/46
Wentylator 12V do chłodzenia
radiatora
56
Elektronika Praktyczna 5/99
PROJEKTY
Konwerter RS232<>RS485
z optoizolacją
kit AVT-814
Interfejs RS485 cieszy się
ostatnio dużym
zain tereso waniem Czytelnikó w
EP. Szczególnie często ten
temat jest poruszany na
internetowej liście dyskusyjnej.
W tym ańykule spróbujemy
rozwiać główne wątpliwości
związane ze standardem
RS485. Jednocześnie
umożliwimy użytkownikom
standardo wych komp u tero w
i sterowników zastosowanie
tego interfejsu.
Podstawowe cechy i możliwości konwertera:
/ zwiększa zasięg i szybkość transrms|i standardowego złącza RS232,
/współpracuje z każdym interfejsem szeregowym zgodnym z RS232C,
/ zapewnia Transler dupleksowy (4-liniowy) bez możliwości współpracy wielu nadajników,
/ pełna izolacja interfejsu hostod linii przesyłowej,
/ szybkość przesyłania danych 250kb/s,
/ zasięg Transmisji 1200 metrów
Czym jest
w istocie RS485?
Zaczniemy od krótkiego wstępu, który - mamy nadzieję - rozwieje podstawowe wątpliwości związane z RS485.
Normy dotyczące interfejsu RS485 opisują w zasadzie tylko parametrów elektrycznego styku, wykorzystywanego do szeregowego przesyłania danych. Nie obejmują natomiast opisu metod logicznej warstwy przesyłania danych, tzn. tworzenia transmitowanych ramek, weryfikacji poprawności transferu oraz sposobów arbitrażu. Procedury arbitrażu są niezbędnym elementem standardowych sterowników współpracujących z interfejsem RS485, ponieważ możliwe jest dołączanie do jednej magistrali danych wielu nadajników i odbiorników jednocześnie.
Ponieważ norma nie zawiera zapisów precyzujących format przesyłania danych i sterowanie ich przepływem, nic nie stoi na przeszkodzie, aby rolę sterownika transmisji przypisać standardowym układom UART, powszechnie stosowanym w komputerach, systemach mikroprocesorowych
/i większości innych urządzeń |^ wymagających "okna na świat". Tak też się dzieje w systemach automatyki oraz zaawansowanych systemach sterowania, w których wykorzystywany jest elektryczny sprzęg zgodny z RS485, a jego warstwa logiczna jest dokładnie taka sama, jak w "zwykłych" systemach z transmisją szeregową.
Uważny Czytelnik może zadać teraz pytanie: po co tworzono kolejną wersję RS2 32? Z punktu widzenia zapisów standaryzacyjnych, prezentowana powyżej wersja RS485 jest rzeczywiście tylko "utrudnioną" wersją RS232, ale jest to tylko jeden z wariantów wykorzystania możliwości RS485. I to najmniej doskonałym.
Dlaczego? Po pierwsze: RS485 umożliwia przesyłanie sygnałów z maksymalną szybkością lOMb/s, zamiast (wysilonych!) 115kb/s. Co więcej, interfejsy RS232 w pełni zgodne z normami nie powinny pracować szybciej niż 2Okb/s. Maksymalne przepływności różnią się więc 50-krotnie!
Elektronika Praktyczna 5/99
57
Konwerter RS232<->RS485 z optoizolacja
DE RE RO
Rys. 1. 4-przewodowa magistrala full-duplex.
2. Dwuprzewodowa magistrala semi-duplex.
Po drugie: zasięg transmisji poprzez RS485 wynosi 1200 metrów, zamiast 15, które dopuszcza norma RS232. Tak znaczne zwiększenie zasięgu uzyskano m.in. dzięki wprowadzeniu różnicowego przesyłania sygnału analogowego, co radykalnie zwiększa odporność na zakłócenia. Taki sposób przesyłania danych skomplikował nieco okablowanie pomiędzy urządzeniami przesyłającymi informacje, ale w praktyce nie ma to większego znaczenia.
Po trzecie (o tym już wspomniano): RS485 pozwala dołączać do jednej linii danych jednocześnie wiele (do 3 2) nadajników i odbiorników, między którymi informacje mogą być przesyłane w dowolnym kierunku. Na rys. 1 przedstawiono przykład rozbudowanego systemu przesyłania danych, w którym pracują cztery transceivery RS485. Jak widać na rysunku, do przesłania informacji tak skonfigurowaną magistralą niezbędne są dwie pary przewodów, a więc - jest to ważna cecha! -transfer danych może być w pełni dupleksowy. W większości aplikacji dupleksowość jest cechą mało istotną, ponieważ zazwyczaj transfer danych rzadko odbywa się jednocześnie w dwóch kierunkach.
Znacznie częściej stosowane są tryby pracy typu "pytanie-odpo-wiedź", co odpowiada transferowi półdupleksowemu.
Schemat połączeń półduplek-sowej magistrali z interfejsami RS485 przedstawiono na rys. 2. Wejścia i wyjścia różnicowe interfejsów napięciowych są połączone ze sobą równolegle, a o ich dołączeniu do dwuprzewodowej magistrali danych decydują sygnały sterujące driverami (DE).
Ważną rolę spełniają widoczne na rys. 2 i 3 rezystory obciążające magistrale. Zapobiegają one powstawaniu odbić, które mogą wpływać na przesyłany sygnał, czyli spełniają rolę rezystorów dopasowania równoległego do linii. Ich wartość powinna być równa i m p e d an c j i falowej linii. W systemach magistralo-wych z wieloma transceive-rami zalecane jest włączenie terminatorów w najbardziej odległych krańcach ma-e i s t r a 1 i .
W dupleksowych systemach punkt-punkt należy włączać pojedyncze rezystory dopasowujące na końcu linii, czyli przy wejściach odbiorników (rys. 3). Przykładowe przebiegi począwszy od wejścia interfejsu nadawczego, poprzez napięcie w linii przesyłowej, aż po wyjście odbiornika przedstawiono na rys. 4.
Opis urządzenia
W świetle dotychczasowych wywodów można postawić tezę, że zbudowanie dwukierunkowego interfejsu pomiędzy RS2 32 i RS485 sprowadza się do wykonania konwersji poziomów napięcia. I jest to prawda. Ale - jak to w życiu bywa - pojawił się dodatkowy problem, który trzeba było rozwiązać. Tym problemem jest ryzyko wystąpienia różnic pomiędzy potencjałami "zera" łączonych urządzeń. Różnice takie występują w większości komputerów zasilanych z różnych faz, a przecież dzięki RS485 będziemy mogli łączyć ze sobą komputery dość odległe, których potencjały "zera" są zwykle różne.
Wobec tego konieczne było zastosowanie separacji galwanicznej pomiędzy RS232 i RS485. Szczegóły przedstawiono na schemacie elektrycznym z rys. 5.
Złącze Zll jest dołączane bezpośrednio do standardowego interfejsu RS232 komputera. Układ USl konwertuje napięcia ą5..12V (standard RS232) na napięcia z przedziału O..+5V (i odwrotnie!). Ta część konwertera zasilana jest ze stabilizatora US4 i ma galwaniczne połączenie z masą komputera.
Sygnał prostokątny nadawany z komputera, pojawiający się na wyjściu RIO USl, zasila diodę nadawczą transoptora ISO2. Wtórny obwód tego transoptora oraz
Vcc
GND
GND
Rys. 3. Zalecany sposób dopasowania linii transmisyjnych.
58
Elektronika Praktyczna 5/99
Konwerter RS232<->RS485 z optoizolacja
v-v
RO
Rys. 4. Przykładowe przebiegi podczas transmisji sygnału.
dioda nadawcza ISOl są zasilane napięciem 5V, które jest galwanicznie odseparowane od wyjścia stabilizatora US4 przez przetwornicę DC/DC US2. Zasila ona także układ interfejsowy US3, który zamienia sygnały o poziomach TTL na sygnały różnicowe zgodne z zaleceniami RS485. Tak więc dzięki zastosowaniu transoptorów i przetwornicy DC/DC, "zero" części RS485 jest odseparowane od "zera" RS232, a więc także od "zera" komputera sterującego.
Jak wcześniej wspomniano, standard RS485 dopuszcza przesyłanie danych z szybkością do lOMb/s. Konstrukcja interfejsu uwzględnia zalecenia standardu, ale ze względów oszczędnościowych w kicie dostarczane będą elementy zoptymalizowane pod kątem jego współpracy z szybkimi wersjami RS232. Uwaga ta dotyczy przede wszystkim układu US3 (MAX/SP490), którego parametry ograniczają maksymalną szybkość przesyłania danych do 25 0kb/s. Ograniczenie maksymalnej szybkości wiąże się ze zmniejszeniem szybkości narastania i opadania zboczy przesyłanego sygnału, co minimalizuje ryzyko powstawania odbić w linii przesyłowej oraz ogranicza poziom zakłóceń elektromagnetycznych.
Stany linii nadawczej i odbiorczej są monitorowane przez diody LED: Dl i D2, sterowane przez proste wzmacniacze z tranzystorami Tl i T2. Dioda D3 jest sygnalizatorem obecności napięcia zasilającego.
Montaż i uruchomienie
Schemat montażowy konwertera przedstawiono na rys. 6. Montaż urządzenia jest prosty, a ca-
łość można zamknąć w obudowie KM-35N.
Urządzenie opisane w artykule różni się nieco od egzemplarza modelowego, ponieważ wprowadzono kilka drobnych zmian poprawiających komfort pracy. Jedną z nich są miejsca na rezystory terminujące li-ni ę przesył ową (oznaczone na płyt-c e drukowanej RT_RX i RT_TX). Sposób ich montażu zależy od wymagań aplikacji, zalecane jest jednak stosowanie rezystorów dopasowujących na wejściach odbiorników, czyli oznaczonych RT_RX.
Stabilizator US4 należy położyć na powierzchni płytki drukowanej i mocno dokręcić. Zalecane jest pokrycie powierzchni radiatora US4 pastą silikonową, która ułatwi odprowadzenie ciepła przez p ocynowaną powierzchnię płytki drukowanej.
Uruchomienie konwertera najlepiej rozpocząć od sprawdzenia poprawności pracy stabilizatora US4 i przetwornicy US2. Napięcia na ich wy-j ściach powinny wynosić ok. 5 V. Podczas pomiarów trzeba p amiętać o tym, że potencjały odniesienia (mas) dla pomiarów tych napięć są różne!
Jeżeli pomiary napięć wypadły pomyślnie , m o żna podłączyć konwertery (do przesłania danych potrzebna jest para urządzeń) do komputerów,
Rys. 5. Schemat elektryczny konwertera RS232<->RS485.
Elektronika Praktyczna 5/99
59
Konwerter RS232<->RS485 z optoizolacja
Rys. 6. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej.
następnie połączyć je ze sobą i po uruchomieniu dowolnych programów terminalowych (choćby TERM95.EXE ze starego Norton Commandera) sprawdzić poprawność transmisji. Pojawię-nie się danych na liniach syg-
nalizowane jest zapalaniem się diod LED.
Połączenia pomiędzy konwer- terami powinny być wykonane w taki sposób, że razem łączone są linie A i Y oraz B i Z. Piotr Zbysiński, AVT
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl, R6: 470O
R2, R5: 3,3kQ
R3, R4, R9, Rl 1: 2,7kn
R7, R8: 330O
RIO: l,2kn
RT_TX/ RT-RX: 62O/0/25W
Kondensatory
Cl, C2, C3, CA, CIO: 10^F/25V
C5, C6: 47^F/16V
Cl, C8, C9, Cli: lOOnF
C12, C13, C14: 470^F/25V
Półprzewodniki
DL D2, D3: LED (w trzech
kolorach)
ISO1, ISO2: 6N137
Ml: mostek prostowniczy min.
500mA/50V
Tl, T2: BC557 lub podobne
US1: ICL232 lub podobny
US2: NME0505S
US3: MAX490 lub podobny (SP490,
ICL490)
US4: 7805 lub 78MO5
Różne
ZN: żeńskie gniazdo DB9, kątowe
do druku
ZI2: męskie gniazdo DB9, kątowe
do druku
ZI3: gniazdo zasilania
Obudowa KM-35N
60
Elektronika Praktyczna 5/99
PROJEKTY
Samochodowy alarm ze zdalnym sterowaniem,
część 2
kit AVT-804 - centralka alarmu
kit AVT-805 - pilot radiowy
kit AVT-806 - pilot na podczerwień
kit AVT-807 - odbiornik podczerwieni
Drugą częścią ańykuiu
kończymy opis urządzenia,
które ze względu na
niezwykle duże możliwości
doskonale nadaje się do
stosowania zarówno
w samochodzie, a także
w aplikacjach domowych.
Pozwoliłem sobie zaprojektować drugi układ pilota, przeznaczonego do współpracy z naszym samochodowym systemem alarmowym, a także miniaturowy moduł odbiornika podczerwieni, którym bez najmniejszych problemów możemy zastąpić moduł odbiornika radiowego.
Na rys. 3 pokazano schemat alternatywnego pilota wysyłającego dane za pomocą modulowanej wiązki podczerwieni. Układ HT6247 jest tu zasilany i sterowany w identyczny sposób jak w pilocie radiowym. Jednak zamiast nadajnika radiowego zasto-
sowałem prosty generator przebiegu prostokątnego zrealizowany oczywiście na moim ulubionym NE555. Generator jest kluczowany z wyjścia szeregowej transmisji danych układu HT6247, a jego częstotliwość jest określona wartościami rezystancji R2, R3, PRl i pojemnością Cl. Za pomocą potencjometru montażowego PRl możemy dokonać regulacji generatora, ustawiając częstotliwość nośną dokładnie na 36kHz.
Dioda nadawcza IRED - D9 jest zasilana za pomocą tranzystora Tl, którego baza jest wysterowy-
Elektronika Praktyczna 5/99
61
Samochodowy alarm ze zdalnym sterowaniem
Rys. 3. Schemat elektryczny nadajnika z transmiterem podczerwieni.
wana z wyjścia generatora częstotliwości nośnej.
Moduł odbiorczy, przeznaczony do odbioru informacji przekazywanej w podczerwieni (rys. 4), zbudowany został w oparciu o dobrze nam znany scalony odbiornik podczerwieni typu TMFS5360, pracujący na częstotliwości 36kHz. Szczegółowe opisywanie układu TMFS nie ma najmniejszego sensu, ponieważ stosowany był on już wielokrotnie w konstrukcjach publikowanych na łamach Elektroniki Praktycznej . Odebrany przez układ ICl ciąg impulsów zostaje po zanegowaniu przez tranzystor Tl skierowany poprzez złącze CONl do układu HT6280.
Montaż i uruchomienie
Na rys. 5, 6, 7 i 8 pokazano rozmieszczenie elementów na płytkach drukowanych poszczególnych modułów systemu. Mozaika ścieżek znajduje się na wkładce wewnątrz numeru.
Rys. 4. Odbiornik podczerwieni.
Sposób montażu płytek nie odbiega od stosowanego przy wykonywaniu innych układów. Ponieważ jednak mamy do czynienia z systemem alarmowym, którego wadliwe działania może być w najlepszym przypadku uciążliwe dla otoczenia, zalecam wykonać go szczególnie starannie. Dotyczy to w szczególności płytki układu odbiorczo-wykonawczego, którą po zmontowaniu i sprawdzeniu należy pokryć grubą warstwą lakieru poliuretanowego, zabezpieczającego przed wpływami agresywnego chemicznie środowiska.
Pod układy scalone wyjątkowo nie stosujemy podstawek: podstawka pod układ kodera nie zmieściłaby się w obudowie pilota, a zastosowanie podstawki pod układ odbiorczy mogłoby, w warunkach eksploatacji tej części systemu w samochodzie, zwiększyć jego awaryjność.
Montaż pilota pracującego w podczerwieni także nie nastręczy nikomu kłopotu. Musimy jedynie pamiętać o jego coni wyregulowaniu, polegającym na ustawieniu częstotliwości fali nośnej na 36kHz. Jeżeli posiadamy miernik częstotliwości, to przerywamy połączenie pomiędzy nóżką 8 ICl i nóżką 4 IC2 (przecinamy delikatnie ścieżkę). Następnie dołączamy prowizorycznie
nóżkę 4 IC2 do plusa zasilania i po włączeniu zasilania ustawiamy za pomocą potencjometru montażowego PRl częstotliwość na wyjściu Q IC2. Powinna wynosić 36kHz (w przypadku stosowania układu odbiorczego TFMS5360). Po dokonaniu tej regulacji przywracamy układ pilota do poprzedniego stanu i zamykamy go w obudowie.
Kolegom nie posiadającym jeszcze miernika częstotliwości polecam prostą metodę regulacji pilota bez posługiwania się tym przyrządem. W celu dokonania regulacji włączamy zasilanie pilota i układów centrali. Następnie umieszczamy pilota w odległości ok. 3m od odbiornika i naciskamy przycisk, np. PANIC. Najprawdopodobniej nic się nie stanie i dopiero po pokręceniu potencjometrem montażowym PRl w nadajniku uzyskamy prawidłowy odbiór transmisji. Fakt ten zostanie wyraźnie zasygnalizowany trzaskami przekaźnika w odbiorniku. Następnie odsuwamy pilota od nadajni-
Rys. 5. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej pilota z nadajnikiem radiowym.
62
Elektronika Praktyczna 5/99
Samochodowy alarm ze zdalnym sterowaniem
Rys. 6. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej centralki alarmowej.
ka o kilka metrów i powtarzamy regulację. Czynimy tak kilkakrotnie, aż do momentu, w którym nie będzie już można odebrać transmisji. Obydwa rodzaje pilotów powinny być zasilane z baterii 12V.
W przypadku wykonania odbiornika pracującego z wykorzystaniem transmisji na falach radiowych, moduł odbiorczy lutujemy bezpośrednio do płytki obwodu drukowanego. Natomiast w przypadku stosowania transmisji w podczerwieni, moduł odbiornika najlepiej umieścić gdzieś na desce rozdzielczej samochodu, tak aby mógł być łatwo oświetlony przez wiązkę podczerwieni emitowaną przez trzymanego w ręce pilota. Moduł odbiornika łączymy z płytką główną za pomocą trój żyłowego przewodu (złącze CONl w module odbiorczym i CON6 na płytce centralki).
Przed przekazaniem układu do eksploatacji pozostała nam tylko jedna czynność do wykonania: ustawienie identycznych kodów na wejściach adresowych kodera i dekodera. Na spodniej stronie płytek obwodów drukowanych
Rys. 7. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej nadajnika z transmisją w podczerwieni.
umieszczone zostały dodatkowe szeregi punktów lutowniczych, dołączonych do plusa i do minusa zasilania. Z tymi punktami możemy za pomocą kropelek cyny połączyć wejścia adresowe (lub pozostawiać je nie podłączone) zwracając uwagę, aby kody w nadajniku i odbiorniku były identyczne. Zbigniew Raabe, AVT
Rys. 8. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej odbiornika podczerwieni.
Elektronika Praktyczna 5/99
63
PROJEKTY
Uniwersalne moduły I2C
Interfejs sprzętowy I2C i przykład jego wykorzystania
kit AYT-816
Dokładne opisy interfejsu
PC zastosowanego
w procesorze '652
i pochodnych są dostępne
w materiałach producenta.
Był on też przedstawiony
w ańykule opisującym projekt
płytki 80C552 [EP4 i 5/96).
Postanowiłem jednak
jeszcze raz przypomnieć
szczegóły obsługi interfejsu,
skupiając się na praktycznych
aspektach jego stosowania.
Dzięki temu kończący się
cykl ańykułów stanowi
kompendium wiedzy
o PC w '51.
Tajemnice interfejsu
W procesor '652 wbudowano sprzętowy, zorientowany bajtowo interfejs komunikacji szeregowej. Program sterujący jego pracą musi więc obsługiwać - podobnie jak w przypadku RS232 - wysyłanie i odbieranie całych znaków (bajtów) , bez konieczności dbania o szczegóły transmisji i niuanse protokołu PC.
Podobnie odbywa się konfigu-rowanie interfejsu - poprzez wpis danych do odpowiednich SFR-ów.
Podobieństwo występuje także w sposobie programowej realizacji transmisji: możemy wykorzystywać "polling", czyli okresowe sprawdzanie przez program czy coś się zdarzyło w interfejsie, ale jest to marnowanie czasu i możliwości procesora. Znacznie lepiej jest skorzystać z bogatego systemu przerwań, bo polling zdaje egzamin tylko w prostych programikach, zaś tam gdzie mamy do czynienia z Tozbudowanym, wielofunkcyjnym programem wykorzystującym zależności czasowe może być źródłem niespodziewanych kłopotów. Poza tym stosując przerwania otrzymujemy do ręki dodatkowe atuty:
- Raz napisany uniwersalny moduł obsługi sesji komunikacyjnej może być bez zmian lub z niewielkimi zmianami stosowany w późniejszych aplikacjach.
- Użycie słowa statusu interfejsu do wek tory zacji obsługi przerwania radykalnie upraszcza proces ustalania, co się w interfejsie wydarzyło. Jest to o tyle istotne, że pomimo wszelkich podobieństw do UART-u, sesja komunikacyjna PC jest jednak dużo bardziej skomplikowana (UART to odbiór znaku - flaga RI lub nadanie znaku - flaga TI, natomiast tutaj szczegółowych przypadków jest co najmniej kilkanaście).
Wszystko to brzmi pewnie mało zrozumiale, ale zaraz wszystko się wyjaśni. Zacznijmy od konfiguracji. W pracy interfejsu możemy wyróżnić cztery podstawowe tryby pracy:
- nadawanie jako Master (Master tiansmitter);
- odbieranie jako Mastej (Master receiver);
- odbieranie jako Slave (Slave receiver);
- nadawanie jako Slave (Slave tiansmitter).
Elektronika Praktyczna 5/99
65
Uniwersalne moduły I2C
B1 +1ZV O
Rys. 1. Schemat elektryczny bloku zasilania i odbioru transmisji.
Master jest urządzeniem nadrzędnym, inicjującym i kończącym sesję transmisyjną oraz generującym sygnał zegarowy SCL.
Slave - to urządzenie podrzędne, które zgłasza się na wywołanie Mastera, korzysta z jego sygnału SCL i zgodnie z poleceniami Mastera przyjmuje oraz wysyła dane.
Interfejs jest konfigurowany za pomocą rejestrów SlCON i S1ADR. Rejestr SlADR ładujemy praktycznie jednorazowo: umieszczamy tam adres (7-bitowy) procesora jako wywoływanego urządzenia Slave (o ile rzecz jasna przewidujemy takie jego wykorzystanie). Ósmy, najmłodszy bit określa, czy procesor ma wykrywać -oprócz swojego adresu Slave -również tzw. wywołanie ogólne (0).
Rejestr SlCON (adresowany bitowo) jest używany zarówno przy pierwszej konfiguracji jak i w trakcie transmisji. Jego poszczególne bity oznaczają:
7 6 5 4
CR2 ENS1 STA STO
3 2 10
SI AA CR1 CRO
ENSl - uruchomienie (1) lub zablokowanie (0) interfejsu.
CR2, CR1, CRO - ustawienie szybkości transmisji w trybie Master - pozwala dopasować szybkość do warunków pracy magistrali oraz częstotliwości kwarcu. Najbardziej typowe zestawienia podano w tab. 1.
Flaga AA (ang. Assert Acknow-ledge) ma rozmaite znaczenie w zależności od momentu jej wykorzystania. Na etapie konfiguracji włącza (1) lub wyłącza (0) tryb Slave. Oznacza to, że jeśli wyze-rujemy flagę, to interfejs nie będzie reagować na wywołanie swojego adresu (lub wywołanie ogólne). Przy odbieraniu danych (niezależnie od trybu) wy zerowanie flagi spowoduje brak potwierdzenia odbioru następnego bajtu -jest to na ogół wykorzystywane do poinformowania nadajnika, że nie potrzeba więcej danych i ma zakończyć nadawanie. Przy nadawaniu jako Slave - wyzerowanie flagi informuje układ interfejsu, że następny wysyłany bajt danych ma być traktowany jako ostatni (powoduje to po wysłaniu tego bajtu jedynie odmienny wpis do rejestru statusu - praktyczna przydatność tego przypadku jest niewielka: końcowy bajt wykrywamy raczej na podstawie braku jego potwierdzenia).
W opisach możemy napotkać określenia: tryb Slave zaadresowany i tryb Slave nie zaadresowany. Nie zaadresowany - to oczekiwanie (z ustawioną flagą AA) na wywołanie własnego adresu przez jakiegoś Mastera. Zaadresowany -to realizacja transmisji po wykryciu i potwierdzeniu własnego adresu - trwa ona dopóki nie zakończy jej Master, zaś flagą AA możemy posługiwać się jak powyżej.
STA - ustawienie tej flagi generuje znacznik startu na magistrali i powoduje przejście układu w tryb Master transmitter. Po pełnej realizacji transmisji Master powinien albo zakończyć ją ustawiając flagę STO (wysłanie znacznika stopu) albo od razu wznowić poprzez tzw. ponowny start (ponowne ustawienie STA bez wcześniejszego STO). Flagi STA i STO są zerowane automatycznie po wykonaniu operacji.
SI - flaga przerwania, zostaje ustawiona w razie wystąpienia zdarzenia na magistrali PC. Ponieważ zdarzenia mogą być różne (np. odebrano własny adres, wysłano sygnał startu, wysłano bajt danych itd.) jednocześnie do słowa statusu SlSTA wpisany zostaje kod określający co zaszło. Zarazem - o ile jest odblokowane - zostaje zgłoszone przerwanie od portu szeregowego 1. Flaga SI - podobnie jak dla UART - nie gaśnie samoczynnie i musi być wyzerowana programowo.
Z opisu powyższego widać, że wyszczególnione na wstępie tryby pracy nie mają charakteru sztywnych ustawień - zależą zarówno od stanu flag jak i od przebiegu programu oraz od interakcji z innymi użytkownikami magistrali PC (nie ma np. czegoś takiego jak ustawienie konfiguracyjne trybu Master receiver - interfejs wchodzi w ten tryb z trybu Master transmitter po wysłaniu adresu urządzenia Slave z żądaniem odczytu i otrzymaniu potwierdzenia ACK).
Rejestr SlSTA zwalnia nas z zapamiętywania w programie kolejnych etapów sesji transmisyjnej, jednakże w obsłudze każdego przerwania musimy sprawdzić co w nim jest. W wersji tradycyjnej byłaby to rozbudowana instrukcja
66
Elektronika Praktyczna 5/99
Uniwersalne moduły I2C
Bil B10B9
O �
B4B3
S 6b,
B13 B8 B7B12B15 B6 B5
R1
� Ul
U3
Rys. 2. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej.
porównująca (typu case) mocno komplikująca i wydłużająca program. Dlatego przewidziano zalecane przez producenta wykorzystanie zawartości SlSTA do wspomnianej już wektoryzacji obsługi przerwania.
Polega to na uformowaniu z wartości SlSTA (młodszy bajt) i dowolnej (w ramach pojemności stosowanego EPROM-u), ale wstępnie (na etapie kompilacji) jednoznacznie ustalonej 8-bitowej wartości (starszy bajt) adresu skoku do odpowiadającej danemu przypadkowi procedury obsługi.
Kto kiedyś programował Z80SIO pamięta może, że podobny jest jeden z trybów obsługi przerwania - tyle że młodsza część wektora przerwania jest przekazywana przez urządzenie zewnętrzne po magistrali danych, a tu pobieramy ją z SFR.
Wartości SlSTA są ustawiane modulo 8 (czyli co 8 bajtów) - na ogół nie wystarcza to dla pełnej procedury i praktycznie lokujemy tu instrukcję skoku do dalszej części obsługi (analogicznie jak w obszarze przerwań sprzętowych). Wszystkie przypadki zajmują całą stronę (256 bajtów) -co przy 3 2kB zastosowanych w naszym systemie nie ma żadnego znaczenia.
W zestawie instrukcji '51 nie ma skoku pod adres podany jako argument (czyli nie znany na etapie kompilacji). Dlatego wykorzystuje się tu instrukcję powrotu: RET, która jest niczym innym jak skokiem pod adres pobrany z wierzchołka stosu, a żądany adres (czyli nasz adres odpowiedniej procedury) lokujemy na stosie instrukcjami PUSH:
PUSH SlSTA
M0V A,#STARSZY_BAJT_ADRESU
PUSH ACC
Naszym zadaniem jest więc ulokowanie w programie odpowiednich fragmentów kodu pod odpowiednimi (absolutnymi) adresami. Bardzo wygodnie jest przygotować sobie dobrze opisany uniwersalny szablon, który później wypełnimy w zależności od potrzeb aplikacji. Nie jest to trudne - jedynie nieco pracochłonne - natomiast szczegółowe rozwiązania zależą od posiadanego assem-blera (np. postać dyrektyw, używanie rei oko walnych modułów i linkera itd.).
Przykład
Aby nie pozostawać w sferze teorii, opisane w poprzednich częściach artykułu moduły posłużyły do zbudowania przykładowej aplikacji: 8-kanałowego uniwersalnego wyświetlacza wartości temperatur. Na przykład wybrałem wyświetlanie temperatury, ponieważ wyświetlacz służy też do prezentacji modułu pomiaru temperatur z obiektowego mini-systemu akwizycji danych opartego na PC. Aby utrzymać ciągłość opisu interfejsu PC przedstawię urządzenie odwrotnie niż zazwyczaj - zaczynając od oprogramowania.
Mamy tu do czynienia z pracą wyłącznie typu Master (transmit-ter i receiver). Większość małych pojedynczych urządzeń właśnie tak pracuje - dlatego przygotowałem uniwersalny moduł programowy do obsługi nadawania i odbioru. Dla realizacji sesji komunikacyjnej PC posługuje się on parametrami zadanymi w programie głównym i zwraca flagi określające rezultat sesji.
Może być więc wielokrotnie, bez żadnych przeróbek, wykorzystywany w szeregu różnych programów (był użyty również w konwerterze RS232/PC). Potrafi wysłać zadaną liczbę bajtów z bufora nadajnika, wygenerować ponowny start po określonym numerze bajtu oraz przyjąć zadaną liczbę bajtów lokując je kolejno w buforze odbiornika i sygnalizując ostatni bajt brakiem potwierdzenia ACK. Przeglądając opisy katalogowe stwierdzimy, że jest to typowy schemat realizacji komunikacji z większością układów [start>> wywołanie do zapi-suwpis adresów, komend i da-
ny chponowny start wywołanie do od czytu>> odczyt da-nychstop).
Moduł jest obsługiwany tylko po zgłoszeniu przerwania. W głównej pętli programu są zadawane parametry oraz jest uruchomiana sesja (wynikiem sesji może być flaga błędu, flaga poprawnego zakończenia i flaga odbioru danych). W podstawowej wersji bufory nadawczy i odbiorczy są ulokowane w pamięci wewnętrznej - na ogół wystarcza to do obsłużenia większości spotykanych układów (transmituje się nie więcej niż po kilkanaście bajtów). Natomiast dla dłuższych transmisji przewidziano wersję z lokacją buforów w zewnętrznym RAM.
Obie wersje programu znajdują się w zestawie kodów źródłowych, które można znaleźć na stronie www.ep.com.pl/ftp. Napisałem je w makroassemblerze MCC-51 jako moduły relokowalne, ale nie powinno być problemów z odtworzeniem ich z użyciem innego narzędzia. Nie korzystają z oddzielnego banku rejestrów - jedynie RO jest oddzielnie chroniony. Zauważmy, że wiele zdarzeń interfejsu wcale nie powinno zajść, ale oprogramowanie tych zdarzeń jest pozostawione w postaci minimalnej - jako powrót interfejsu do stanu podstawowego. Poprawia to odporność na ewentualne błędy, a także umożliwia bezbolesne zastosowanie urządzenia w systemie z kilkoma Masterami.
Sposób wykorzystania interfejsu w programie jest następujący:
a) Konfiguracja, która obejmuje:
- odblokowanie odpowiedniego przerwania (ESI, EA);
- ustawienie adresu Slave (nie korzystamy);
- ustawienie SlCON: szybkość przyjąłem nie maksymalną, a rzędu 70kHz - dla działania urządzenia nie ma to znaczenia a poprawia odporność na zakłócenia;
- uruchomienie zegara systemowego (odliczanie timeoutu).
b) Obsługa programowa transmisji. Istotną rolę odgrywa flaga informująca o rozpoczęciu sesji [i2c_busy). Pozwala ona na odliczanie timeoutu (w przerwaniu timera tO) oraz eliminuje próby zakłócenia przez program już
Elektronika Praktyczna 5/99
67
Uniwersalne moduły I2C
rozpoczętej sesji. Wprowadzenie timeoutu jest ważne ze względu na możliwość zawieszenia transmisji bez zgłoszenia błędu, np. przy oczekiwaniu na nie nadchodzące dane. Kluczowa dla poprawnego działania programu jest też zmienna device, której zawartość określa, które z podłączonych urządzeń właśnie obsługujemy.
Obsługę możemy podzielić na następujące bloki funkcjonalne:
- Wykrywanie błędu: obejmuje sprawdzenie flagi timeoutu oraz flagi błędu transmisji. Pojedynczy błąd inkrementuje licznik błędów - dopiero kilkakrotne powtórzenie błędu wywołuje dalszą reakcję (to eliminuje efekty przypadkowych zakłóceń). Reakcja ta może być ogólna, a może też zależeć od zawartości "device" (np. możemy sygnalizować przyłączenie lub odłączenie jakiegoś urządzenia).
- Czynności po prawidłowo zakończonej sesji: w razie wykrycia flagi poprawnego zakończenia sesji jest podejmowane działanie zależne od zawartości "de-vice": o ile aktualnie obsłużone urządzenie przewidywało odbiór danych - wykorzystujemy je (po dodatkowym sprawdzeniu flagi kompletacji odbioru), następnie ustawiamy kolejną wartość "device". Tu możemy sobie dowolnie manipulować kolejnością oraz częstotliwością obsługi poszczególnych urządzeń, wprowadzać opóźnienia czasowe itp.
- Rozpoczynanie kolejnej sesji:
O ile magistrala jest wolna -czyli flaga i2c_busy jest zgaszona
- w zależności od zawartości de-vice ustawiamy potrzebne wartości parametrów sesji (ile bajtów do nadania i odbioru, kiedy ponowny
start) oraz ładujemy odpowiednie dane do bufora nadajnika, a następnie wysyłamy na magistralę znacznik startu (i ustawiamy i2c_busy). Powyżej opisane mechanizmy sprawiają, że dalszym przebiegiem sesji nie musimy się już w programie głównym kłopotać! Zauważmy, że przypomina to nieco asynchroniczne wywoływanie funkcji.
Powyższy schemat obsługi jest uniwersalny dla trybu Master i może być - uwzględniając różnice szczegółowe - stosowany w każdej innej aplikacji naszego mini systemu. Nie ma też rzecz jasna znaczenia, czy będzie opracowany w asemblerze, czy w języku wyższego poziomu, aczkolwiek trzeba zauważyć, że ze względu na stosowanie wielu warunków typu case używanie np. C znakomicie ułatwia programowanie.
W zestawie kodów źródłowych znajdziemy program główny w C (użyłem kompilatora MCC, dużo skromniejszego niż IAR czy KEIL, stąd pewna toporność niektórych zapisów: nie ma np. deklaracji stałych globalnych, zmiennych typu uchar czy uint i trzeba to załatwiać obejściami; stąd też konieczność - dla zachowania szybkości - assemblerowej obsługi przerwań).
Program ten zapewnia:
- obsługę watchdoga;
- obsługę miniklawiatury, która tu służy do przełączania kanałów;
- obsługę mini sygnalizatora LED, określającego numer włączonego kanału;
- obsługę wyświetlacza LCD 31/2 cyfry.
Dane do wyświetlenia przesyłane są w trybie podstawowym łączem RS (w komplecie oprogramowania znajduje się testowy nadajnik pracujący pod Windows), natomiast po dołączeniu modułu
CR2 CR1 CRO fosc=6MHz fosc=12MHz fosc=16MHz Jednostka
0 0 0 23 47 63 kHz
0 0 1 27 54 71 kHz
0 1 0 31 63 83 kHz
0 1 1 37 75 100 kHz
1 0 0 6,25 12,5 17 kHz
1 0 1 50 100 - kHz
1 1 0 100 - - kHz
1 1 1 taktowanie timerem T1 w trybie 2 (praktycznie mamy do wyboru tyle wariantów, że nie musimy korzystać z tej opcji).
MD590 systemu akwizycji danych
- wyświetlacz przechodzi do prezentacji temperatur mierzonych przez moduł.
Opis urządzenia
Urządzenie zostało zmontowane w obudowie typu Z34. Wyświetlacz, klawiatura oraz LED-y są wmontowane w cieńszą część obudowy, w grubszej mieści się płytka procesora oraz zasilanie. Kontakt ze światem zapewnia gniazdo DB9F (Vcc, GND, SCL, SDA, linia prądowa TTY: I+, I-).
Obudowę należy obrobić i ot-worować z użyciem szablonu. Jednocześnie z szablonem należy wykonać nakładkę czołową, co zapewnia dobrą zgodność wymiarów. Nakładkę obrabiamy poprzez zafoliowanie i wykonanie potrzebnych otworów (okienka dla LED możemy wyciąć przed foliowaniem) - prostokątne wycinamy nożykiem, a okrągłe wycinakami o odpowiedniej średnicy.
Wstępnie dopasowujemy moduły:
- Płaszczyzna wyświetlacza powinna ułożyć się równo z powierzchnią obudowy.
- Diody LED powinny wejść w otwory bez dociskania. Jeśli wykonamy w folii otwory na wylot, to diody mogą wystawać ponad obudowę. W prototypie otwory były przykryte folią, w związku z czym po przyklejeniu modułu z układem PCF8574 do obudowy, diody dochodzą prawie do powierzchni folii.
- Przyciski powinny działać bez zacięć i nie ocierać się o obudowę (długość trzpieni jest dobrana tak aby uzyskać ich odpowiednie wystawanie przy oparciu korpusów przycisków o obudowę). Nie należy zapomnieć, aby przed zmontowaniem nagwintować otwory do skręcenia obudowy.
Następnie wklejamy nakładkę czołową przy pomocy odpowiednio wyciętej taśmy dwustronnej, ustawiamy moduły w odpowiednich miejscach i mocujemy kroplami kleju Poxipol (moduł LED przyklejamy do obudowy grzbietem układu PCF8574). Kleju nie dajemy zbyt dużo, aby pozostawić sobie możliwość
68
Elektronika Praktyczna 5/99
Uniwersalne moduły I2C
późniejszego demontażu oraz nie dopuścić do sklejenia trzpieni przycisków.
Przewody modułów po związaniu kleju (kilkanaście minut) zostały doprowadzone do przygotowanej z kawałeczka płytki uniwersalnej łączówki. Łączówka posiada wlutowane poziomo 4 gold-piny (linii INT klawiatury nie wykorzystuję) do nasunięcia płaskiej listwy kontaktowej - można oczywiście wykonać zamiennie stałe połączenie lutowane. Gotową płytkę czołową możemy teraz sprawdzić testerem, aby ułatwić sobie uruchamianie oprogramowania.
Dolną część obudowy przygotowujemy wycinając otwory pod gniazdo i przycisk zerowania oraz przewiercając i gwintując otwory montażowe. Złącze DB9 przykręcamy, natomiast przycisk ręcznego zerowania także przyklejamy Poxipolem (tu trzpień jest krótki
aby dostęp był tylko przy pomocy cienkiego narzędzia). Z tyłu naklejamy etykietę z opisem przycisku oraz gniazda (bardzo ułatwia późniejsze podłączanie wyświetlacza, a przy tym maskuje otwory montażowe).
Do zasilania i odbioru transmisji służy oddzielna płytka. Mieści ona typowy stabilizator U3 z filtrującymi pojemnościami Cl, C2, C5 i diodą Dl zabezpieczającą przed odwróceniem polaryzacji. Linia transmisyjna (typu TTY -dwustanowa prądowa) jest dołączona przez diodę zabezpieczającą D2 i filtr Rl, C3 oraz ogranicznik prądu U2, R2 do wejścia trans-optora Ul.
Zastosowałem wygodny - bo z wyjściem TTL - szybki transop-
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl: 33Q R2: 150O Kondensatory
Cl, C2: lOOnF ceramiczne SMD
(0805)
C3, C4: lOnF ceramiczne SMD
(0805)
C5: 100^F/25V
Półprzewodniki
DL D2: 1N4148
Ul: transoptor ICPL2601
U2: stabilizator LM317L
U3: stabilizator LM7805
tor ICPL2601 (odpowiednik HCPL).
Nominalny prąd wejściowy wynosi 5mA - ogranicznik ustawiłem na nieco więcej (1,25VY 150Q=8,3mA). Płytka jest wmontowana drukiem do góry. Od strony druku oprócz kondensatorów SMD jest wlutowany elektrolit C5 (nie mieści się pomiędzy płytką i obudową). Płaszczyzna miedzi pod 7805 służy jako niewielki radiator. Wystarcza on z powodzeniem dla napięcia zasilania do ok. 12V (uwaga przy symulatorach EPROM zasilanych z układu - wówczas prąd wzrasta dwukrotnie i stabilizator może się przegrzewać, a więc zasilajmy podczas uruchamiania napięciem nie wyższym niż 8..9V).
Obie sprawdzone płytki przykręcamy do obudowy i wykonujemy przewodami odpowiednie połączenia (płytka zasilacza służy zarazem jako łączówka). Przycisk resetu jest w prototypie (wykonanym z płytką jednowarstwową bez oddzielnego wyprowadzenia resetu) włączony bezpośrednio pomiędzy wejście zerowania procesora i +5 V. Odgięta jedna nóżka przycisku pozwala na łatwe dołączenie chwytaka resetu z symulatora EPROM.
Po włożeniu EPROM-u z przykładowym programem i podłączeniu zasilania 9..12VDC (pobór ok. 40 mA) powinien zaświecić się wskaźnik kanału 1 zaś po kilkusekundowym opóźnieniu wyświetlacz LCD powinien pokazać "0,0". Przełączanie kanałów przyciskami nie zmienia tej wartości (wszystkie kanały są zerowane przy resecie). Teraz do linii transmisyjnej dołączamy nadajnik pętli prądowej - w rozwiązaniu przykładowym jest to prostu port szeregowy komputera sterowany przez niewielki program pracujący w środowisku Windows.
Mały pobór prądu sprawia, że możemy obciążyć bezpośrednio linię TxD portu - praktycznie każdy typowy port sobie z tym poradzi. Po uruchomieniu programu wyświetlacz będzie nadążać za wprowadzanymi przez nas wartościami temperatur. Rzecz jasna praktyczna przydatność tego testowego rozwiązania jest niewielka - sensu
nabiera to z chwilą przesyłania przez nadajnik obiektowy wartości rzeczywiście mierzonych temperatur (czy też innych parametrów). Jerzy Szczesiul, AVT
Oprogramowanie omówione w artykule jest dostępne na stronie www.ep.com.pl/ftp.
Elektronika Praktyczna 5/99
69
Programator procesorów AVR
Na str. 71 znajdziecie dokończenie opisu konstrukcji programatora procesorów AVR.
Samochodowy alarm ze zdalnym A sterowaniem
Na str. 61 znajduje się druga część artykułu prezentu-jqcego konstrukcję zaawansowanego autoalarmu ze zdalnym sterowaniem.
Organki
Pewnie trudno w to uwierzyć, ale na zdjęciu przedstawiono elektroniczne organki (oczywiście bez klawiatury), które potrafiq udawać jeden z czterech instrumentów. Szczegóły na str. 82.
Sztuczne obciqżenie >
Na str. 53 przedstawiamy nowq wersję tego, bardzo przydatnego w elektronicznym laboratorium, przyrzq-du.
Konwerter RS232<->RS485
J Artykuł ze str. 57 jest częś-* ciowq, *praktycznq" odpo-
wiedziq na Wasze pytania zwiqzane z interfejsem RS485.
Regulator mocy PWM
Przykład konstrukcji � prostego w wykonaniu regulatora mocy z modulacjq prqdu PWM. Szczegóły na str, 81.
Projekty Czytelników
Kolejny dowód na to, jak wiele potraficie zrobić! Str. 91.
Elektroniczna papuga
Uniwersalne moduły I2C
Ostatni odcinek "serialu" o modułach przystosowanych do współpracy z szynq PC. Zapraszamy na str. 65.
To proste urzqdzenie powtórzy za Tobq co tylko zechcesz powiedzieć... Kolejny na łamach EP elektroniczny "nękacz". Przy odrobinie wprawy może stać się przyczynkiem do niejednego dowcipu. Str. 49.
Elektronika Praktyczna 5/99
"Bezcenne" narzędzie od ^ Vantisa
Na str. 27 prezentujemy krótki przewodnik po pakiecie CAD udostępnionym w Internecie przez firmę Yantis.
Hioki 3522 - profesjonalny mostek pomiarowy
Tym artykułem chcemy przekonać Was, że pomiar parametrów cewki może być niezwykłym przeżyciem. Str. 31.
Programator-emulator ^ procesorów ZSPIus
Na str. 35 prezentujemy najnowsze 4 narzędzie dla najnowszych mikrokon-trolerów firmy Zilog.
Programowany LIS Simexu...
...czyli co potrafi dobrze oprogramowany AVR. Str. 37.
Świat hobby
I Projekty
Układ przedłużaj qcy czas życia żarówki
Elektor w EP
Automatyczny regulator głośności Prosty oscylator kwarcowy Automatyczny wyłqcznik zasilacza Rejestr przesuwny sterowany RS232
Adapter SMD...............................................................................
Szerokopasmowy przedwzmacniacz VHF Generator impulsów o regulowanej długości
13
H
15
|
21 22 23 24 25 25 26
"Bezcenne" narzędzie od Yantisa.............................................27
Jedno pudełko na półce mniej.................................................29
Sprzęt ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
HIOKI 3522- profesjonalny mostek pomiarowy..................T 31
Generator sygnałów telewizyjnych PG-401L...........................32
Generator funkcyjny HAMEG8130...........................................33
Programator-emulator procesorów Z8PLUS.............................35
Karta kontrolno-pomiarowa LTI16V07.......................................36
Programowany LIS Simexu .........................................................37
Proste jak easy..........................................,,,.".......,,",,................39
Projekty
Dwukanałowa sonda logiczna z pamieciq próbek...............42
Elektroniczna papuga................................................................49
Sztuczne obciqżenie...................................................................53
Konwerter RS232<->RS485 z optoizolacjq.................................57
Samochodowy alarm ze zdalnym sterowaniem, cześć 2.....61
Uniwersalne moduły PC..............................................................65
Programator procesorów AVR, cześć 2...................................71
Miniprojekty ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
Regulator mocy PWM.................................................................81
Organki.........................................................................................82
Podzespoły "^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
Nowe podzespoły..........................................................:?.*..........85
Przeglqd audioprocesorów firmy STM ......................................87
Projekty LzYt3[njków^^^^^^^^^^^^^^^^^^
Sprzętowy .emulator mikrokofitrolerów PIC..............................91
Info Świat.........................................................................95
InfoKraj............................................................................97
Kramik+Rynek..............................................................101
Wykaz reklamodawców............................................1 ló
Ekspresowy Informator Elektroniczny.....................118
Wyniki konkursów........................................................100
Elektronika Praktyczna 5/99
7
PROJEKTY
Programator procesorów AVR, część 2
kit AVT-812
W drugiej części artykułu
o programatorze A VR
postaramy się dostarczyć
nieco wiedzy o samych
procesorach, podzielimy się
także kilkoma praktycznymi /Ś
uwagami dotyczącymi ich
właściwości oraz sposobów
pisania programów
asemblerowych.
Wydaje nam się to potrzebne, zwłaszcza w przypadku nowych układów, a takimi są na rynku procesory AVR. Każdy zainteresowany i tak samodzielnie będzie musiał się nauczyć nowych procesorów, warto jednak już na początku wiedzieć, czy wysiłek może się opłacać i jakich korzyści można się spodziewać stosując nowe układy.
Na początku wrócimy jeszcze do samego programatora. Jak zostało to powiedziane w pierwszej części artykułu, programator współpracuje z komputerem PC, który jest sterowany przez program nadzorujący proces zapisu danych do pamięci układu AVR.
Program ten steruje programatorem za pomocą opisanych wcześniej 3 rozkazów, spełnia także rolę interfejsu, za pomocą którego użytkownik może decydować co i jak zapisać lub odczytać z pamięci programowanego procesora. Korzystając z informacji dostępnych w pierwszej części artykułu, każdy może samodzielnie stworzyć taki program. Dla pozostałych, którzy nie chcą lub nie mogą napisać programu dla PC-ta, przygotowaliśmy jego wersję działającą w środowisku Win-dows95. Na rys. 4 przedstawiono ekran pracującego programu w trybie zapisu lub odczytu danych
z procesora. Programik jest bardzo prosty, ale w zupełności wystarcza do sterowania płytki programatora oraz pozwala na podstawowe manipulacje danymi.
Wybierając odpowiednią opcję w menu "Plik" albo wybierając kursorem ikonę zapisanej kartki można otworzyć zbiór zawierający dane do zapisu do pamięci procesora. Zbiór może mieć postać INTEL HEX (format pliku generowany przez program asemblera) lub danych w postaci binarnej.
Zawartość odczytanego pliku można wyświetlić na ekranie wybierając opcję "Edycja" lub klika-jąc na ikonę piszącej dłoni. Otwarty zbiór można także zapisać na dysku lub dyskietce (tylko w formacie binarnym) klikając na ikonę dyskietki lub wybierając opcję "Zapisz" menu "Plik".
Polecenie "Program" uaktywnia opcje związane bezpośrednio z programatorem. Pojawiające się nowe okienko udostępnia szereg klawiszy, których naciśnięcie rozpoczyna zapis, weryfikację lub odczyt danych z pamięci programu (Flash) procesora lub z pamięci EEPROM. Klawisz "Blokada" służy do wydania polecenia zaprogramowania bitów zabezpieczających przed odczytem danych z pamięci, a klawisz "Koniec" zamyka sesję programowania i pozwala powrócić
Elektronika Praktyczna 5/99
71
Programator procesorów AVR
lin �fti Dih i łan nit* .__^
UUI TTI f> t*u;i>l*wih*uiMlL i fŁic iii

tftCOh M et Cl lii Od *0 rt D *Ś*Ś*
R - UPvi l _ \
OOtłOh 21 13 11 4C 51 13 n D
(Śq g - G x
QQ n ci Tl Cl ci ?4 c
i | j9 1 *
tnrtib U AE AB M u c
Ł.*U. . * . m t. a
IlDBfa OD �e ar Cft ac |f 1P QD
es I V -
sttah Cl cn BO ii U �D 14 D " :^____*i

C łc
Bl2flh rr M 17 c* Ll 13 06 > j,-.L-: *'iO [
c ag. c
ni idh < * Cl Śr ID I^I^I^IH 1 *fr*ł^ I
C Łt ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^

OHOh fr co ŚA ca ca ir tl r co u c
fc YŚ- - r�. -
sroh co łf AD AD- Mi AL �, fH et * C
Rys. 4. Okno programu sterujqcego pracq programatora.
interesujących nas plików. Można tam znaleźć zarówno asemblery jak i symulatory pozwalające za pomocą komputera śledzić zachowanie napisanego przez nas oprogramowania oraz podglądać zawartość rejestrów i pamięci procesora, co umożliwia wykrycie błędów. Dostępne są także przykładowe programy i procedury napisane w języku asemblera. Najważniejsze pliki to: ASM-PACK.EXE, ASM.ZIP, ASTU-DIO.EXE. Na stronie internetowej można także znaleźć dokładne informacje techniczne związane z konkretnym typem procesora. Brak tam niestety najprostszego chociażby kompilatora języka C, którego użycie stanowi duże ułatwienie podczas pisania profesjonalnego oprogramowania. Z do-
do edycji danych. Dwie rozwijane listy służą do wyboru typu procesora, który będzie programowany oraz portu COMl lub COM2, do którego dołączona zostanie płytka programatora.
Zmuszenie procesora do wykonania jakiejkolwiek sensownej pracy polega na stworzeniu dla niego programu, którego kody zostaną zapisane w pamięci Flash procesora za pomocą naszego programatora. W czasie pisania programu asemblerowego używa się nazw symbolicznych. Potem specjalny program przekształca polecenia i nazwy symboliczne na kody bezpośrednio przetwarzane przez procesor. Program taki nazywany jest potocznie asemblerem (wiedzą o tym doskonale Czytelnicy, którzy kiedykolwiek mieli do czynienia z programowaniem, a powyższe uwagi skierowane są do nowicjuszy, którzy dopiero od niedawna interesują się procesorami i sterownikami jednoukłado-wymi)L W przypadku procesorów AVR program asemblera rozpowszechniany jest nieodpłatnie przez firmę ATMEL. Asembler oraz kilka innych programów narzędziowych i ciekawych przykładów oprogramowania dla procesorów AVR można znaleźć na stronie internetowej firmy pod adresem www.atmel.com. Na tej stronie kierując się następującym kluczem: PRODUCTS/AVR 8-bit RISC/SOFTWARE, dotrzemy do
Rys. 5. Schemat blokowy procesora AT90S2313.
72
Elektronika Praktyczna 5/99
Programator procesorów AVR
fTOJPBO
(AINO) PB2
(SSJPB4
(HOSI)PBS
(MI3O)PB8
(SCKJPB7
RKET
VCC
QND
JCTAL2
JCTAL1 C
{RM))PI |Z
{TXD)PD1
(INiqPD& IZ
{WTDPDS U
(OC1B)PD4
(CP)PDB
40
3
3 3fl
4 3T
E 3B
B 35
7 34
8 32
10 31
11 30
1! zs
13 se
1+ Z7
1G 26
18 25
17 24
ia 23
18 22
20 21
AVCC mEf
pc7troscą (fbujjpdo
PC8 [TOSC1) {IM)) PD1
m pcs xr*ia
P04 CTAL1
PC3 [INT0)PD2
H PCŹ (lim)PDS
H PC1 [T0)PD4
H pco
20
2 19
3 18
4 17
5 10
6 1G
7 14
8 13
8 12
10 11
vcc
PH7{SCK) PB8(MI8O) PB6(MOSI) PB4
PB3(OC1) PB2 II PB10UN1) PB0(*INQ) PDB(ICP)
PB1 (MISO/IHTO) PB0(MOSI)
AT90S/LS2343
RESET \Z KTAL1
V e
2 7
3 e
4 5
PB1 (MI3O/llfTI9 PB0(MOSI)
AT90S6535
AT90S2313
AT90S/LS2323
Rys. 6. Wyprowadzenia niektórych procesorów serii AVR.
stępnych informacji wynika, że kompilator dla sterowników AVR oferuje firma IAR, co jest wiadomością dobrą i złą. Dobrą ponieważ narzędzia tej firmy są profesjonalnie przygotowane i cieszą się uznaniem, a złą, ponieważ zazwyczaj są bardzo drogie i praktycznie niedostępne dla zwykłego śmiertelnika. Należy mieć tylko nadzieję, że producenci układów w swoim własnym interesie będą wspierali powstawanie taniego oprogramowania narzędziowego, zachęcając w ten sposób do wykorzystywania w konstrukcjach elektronicznych właśnie ich procesorów.
Fenomen popularności procesorów '51 wiąże się głównie z dostępnością oprogramowania narzędziowego dla tego procesora. Asembler o nazwie WAVRASM pracuje w systemie Windows i jego użycie jest stosunkowo proste. Po uruchomieniu programu należy otworzyć nowy dokument posługując się w tym celu ikoną pustej kartki albo wczytać wcześniej napisany program, który będziemy chcieli zmienić lub poprawić. Początkujący zechcą się zapewne posłużyć dostarczonymi przez firmę wzorami programów i opierając się na tych przykładach napiszą swój własny, pierwszy program dla procesora AVR. Generalnie dobrze jest pamiętać o kilku, następujących zasadach:
1. Każda linia programu asembler owego może składać się z pewnych elementów, których położenie w jej obrębie nie jest obojętne. Na pierwszej pozycji w nowej linii mogą znaleźć się etykiety, czyli nazwy symbolicz-
ne. Program może odwoływać się do etykiet, tak jak np. do konkretnych adresów w pamięci programu.
Nazwa etykiety zakończona jest dwukropkiem (:). Na początku linii dopuszczalne jest także umieszczanie dyrektyw czyli specjalnych poleceń sterujących działaniem samego programu asemb-lującego. Nazwa dyrektywy poprzedzona jest bezpośrednio znakiem kropki (.). Dalej, po co najmniej jednej spacji za etykietą lub początkiem linii może pojawić się instrukcja, która w trakcie asemblacji zostanie przetłumaczona przez asembler na serię kodów sterujących działaniem procesora. W linii programu może pojawić się jeszcze komentarz, czyli tekst umieszczany przez programistę. Komentarz służy do przypomnienia w przyszłości, podczas przeglądania programu, jak funkcjonują jego poszczególne części, zmienne itd. Im liczniejsze i dokładniejsze są komentarze, tym mniej potem kłopotów ze zrozumieniem działania własnego programu. Komentarz poprzedzony jest znakiem średnika (;) i może się znaleźć po co najmniej jednej spacji za instrukcją lub zajmować całą linię.
2. Do programu powinien zostać dołączony, specjalną dyrektywą, plik definicji np. .INCLUDE "1200def.-inc". Plik definicji jest plikiem tekstowym, w którym za pomocą
dyrektywy ,EQU przypisano określone wartości liczbowe zarezerwowanym nazwom rejestrów i bitów. Np. jeden z rejestrów sterujących portem B procesora znajduje się pod fizycznym adresem 18h. Pisząc program dużo łatwiej zapamiętać i odwoływać się do jego nazwy symbolicznej (w pliku definicji określonej jako ,EQU PORTB =$18) niż do konkretnego adresu. Plik definicji zawiera wszystkie takie nazwy. Plik ten powinien znaleźć się w tym samym katalogu w którym znajduje się poddawany asemblacji plik źródłowy. Można wykorzystać gotowe pliki źródłowe podawane w przykładach albo napisać taki plik samodzielnie.
3. Każdy program powinien zawierać na początku winietkę wykonaną za pomocą linii komentarza. W winietce powinna znaleźć się nazwa programu, zwięzły opis jego funkcji, oznaczenie wersji i ewentualnie inne uwagi. O przydatności takiej winietki przekonamy się bardzo szybko, gdy uzbiera nam się kilka napisanych wcześniej programów asemblerowych. Po pewnym czasie bardzo łatwo zapomnieć co właściwie dany program miał robić i jakich w nim dokonaliśmy zmian w stosunku do innych wersji. OPŁACA SIĘ TAKŻE ZAPISYWAĆ ROZBUDOWANE I DOKŁADNE KOMENTARZE!
Po napisaniu programu należy dokonać jego asemblacji używając polecenia "Assemble". W przypadku powodzenia wyświetlone zostanie okienko komunikatów zakończonych informacją o braku
Program Memory
Data Memory
$000
32 Gen. Pupose WbrWng Regleters
64 l/O Registers
S00
$1F $20
$5F
$3ff
RySi 7. Mapa pamięci procesorów AVR.
Elektronika Praktyczna 5/99
73
Programator procesorów AVR
błędów. W przeciwnym razie w okienku pojawią się ostrzeżenia wskazujące linie programu, w których występują błędy.
Polecenie "Options" pozwala ustalić format danych generowanych przez program asemblera. Dane przeznaczone dla naszego programatora powinny być utworzone w formacie Intela, a plik powinien mieć rozszerzenie HEX. W programie dostępny jest rozbudowany plik pomocy dobrze opisujący zarówno składnię poprawnie napisanego programu źródłowego jak i jego poszczególne elementy.
Ostrzeżenia wyświetlane przez program WAVRASM pozwalają wyeliminować błędy składni, przekręcone nazwy rozkazów itp., natomiast nie uchronią nas przed błędami w konstrukcji logicznej programu, które sprawiają, że zaprogramowany procesor nie dział tak, jak tego oczekujemy. To najtrudniejsze do wychwycenia błędy, bo nasze własne. Przy ich usuwaniu pomocne mogą okazać się programy AVR SIMULATOR lub AVR STUDIO, które na komputerze PC "udają", czyli symulują sposób działania zaprogramowanego procesora. Dzięki obserwacji tego działania, wykonywaniu pojedynczych instrukcji, ustawianiu pułapek i podglądaniu zawartości symulowanych rejestrów procesora, dużo łatwiej odkryć w programie miejsca, które go prowadzą w przysłowiowe maliny niż tylko poprzez żmudne przeglądanie zapisanych linii kodu.
Każdy program napisany dla procesora AVR musi uwzględniać jego możliwości wynikające z wewnętrznej budowy. Poszczególne
typy procesorów w obrębie rodziny mogą się między sobą znacznie różnić, chociażby liczbą wyprowadzeń, i nie zawsze program napisany dla jednego procesora da się uruchomić na innym. Generalnie jednak struktura wewnętrzna wszystkich sterowników jest podobna.
Jako przykład może posłużyć schemat blokowy mikrokontrolera AT90S2313 pokazany na rys. 5. Centralne miejsce przypada jednostce arytmetyczno-logicznej ALU oraz zespołowi rejestrów uniwersalnych. Instrukcje programu w postaci 16-bitowej, podawane są do ALU i rejestrów uniwersalnych z pamięci programu adresowanej przez licznik Program Counter. Oprócz tych elementów, do wewnętrznej magistrali dołączone są bloki statycznej pamięci (SRAM), pamięci EEPROM, układ watchdoga, interfejs SPI oraz układy, których występowanie zależy od konkretnego typu procesora: liczniki, interfejs szeregowy UART (czyli RS232), blok przerwań itd. Od typu procesora zależy także liczba buforów portów wejścia/ wyjścia. Praca wewnętrznych układów sterownika AVR przebiega w takt impulsów ze stabilizowanego kwarcem oscylatora, który w pewnych modelach może być zastąpiony przez wewnętrzny generator o stałej częstotliwości lMHz, obywający się bez zewnętrznych elementów.
Ponieważ rodzina sterowników AVR wciąż się rozrasta, dla porównania przedstawiamy poniżej listę kilku reprezentatywnych jej członków wraz z zestawieniem ich najważniejszych z punktu widzenia użytkownika cech. Dokład-
niejszych informacji należy zawsze szukać w dokumentacji technicznej dostępnej chociażby na stronie internetowej producenta.
Na rys. 6 pokazano rozkład wyprowadzeń obudów wybranych typów procesorów. Dostęp do programowalnych układów wewnętrznych procesora (np. liczników) oraz portów, za pomocą których procesor komunikuje się ze światem zewnętrznym, realizowany jest poprzez rejestry I/O. Ich adresy oraz adresy 32 rejestrów uniwersalnych znajdują się we wspólnej przestrzeni adresowej wewnętrznej pamięci RAM procesora. Mapę adresów dla układu 90S2343 pokazano na rys. 7. W przypadku innych procesorów zmianie ulega tylko najwyższy adres pamięci RAM, co wynika z jej rozmiarów. Wyjątkiem jest tu układ 90S1200, który oprócz bloku rejestrów uniwersalnych nie posiada wewnętrznej pamięci RAM.
Pierwsze próby pisania programów dla procesorów AVR skłaniają do podzielenia się kilkoma spostrzeżeniami z tymi czytelnikami, którzy także spróbują wykorzystać w swoich urządzeniach te sterowniki. Ze względu na różnice w wewnętrznej budowie różnych typów procesorów, nie zawsze ich listy rozkazów są identyczne. Dotyczy to zwłaszcza instrukcji skoków i wywołań pod-programów. I tak np. w procesorze 90S12 00 brak jest rozkazu IJMP, czyli skoku pośredniego, adresowanego rejestrem Z. Asem-bler nie wykaże błędu składniowego natomiast procesor "obdarzony" instrukcją, której nie rozumie zacznie działać w sposób trudny do przewidzenia.
Tab. 2. Zestawienie podstawowych właściwości wybranych procesorów AVR.
Oznaczenie procesora 90S2323 90S2343 90S1200 90S2313 90S4414 90S8515 ATmega603
Właściwość
pamięć programu (kB) CSI CSI 1 CSI 4 8 64
pamięć RAM (B) 128 128 - 128 256 512 4096
pamięć EEPROM (B) 128 128 64 128 256 512 2048
liczba linii wejścia/wyjścia 3 5 15 15 32 32 32+8 WY+8 WE
SPI tak tak tak tak tak tak tak
UART - - - tak tak tak tak
ti mer/licznik 1 1 1 CSI CSI CSI 3
wewnętrzny oscylator RC - tak tak - - - -
PWM - - - 1 CSI CSI CSI
zabezpieczenie przed odczytem tak tak tak tak tak tak tak
liczba wyprowadzeń 8 8 20 20 40 40 64
Elektronika Praktyczna 5/99
Programator procesorów AVR
Wszystkie prezentowane procesory posiadają rozbudowany zestaw rejestrów ogólnego przeznaczenia. Istnieją jednak różnice w sposobie użycia rejestrów należących do 1 i 2 połówki zestawu. Do rejestrów R0-R15 nie można w sposób bezpośredni zapisać wartości stałej. Żeby to uczynić należy posłużyć się pośrednictwem któregoś z rejestrów z drugiej części zestawu. Może to wyglądać następująco:
LDI R16,156
; wpisanie do rejestru
; pośredniczącego wartości 156
MOV R1,R16
; przepisanie wartości
; z I rejestru pośredniczącego
; do rejestru Rl
Wszystkie procesory (z wyjątkiem AT90S1200) posiadają stos, który może być umieszczony w dowolnym miejscu pamięci RAM. W momencie włączenia zasilania wskaźnik stosu, czyli rejestr SPL, inicjowany jest wartością zero. Dopóki nie korzystamy ze stosu (nie wywoływane są podprogramy i przerwania), to takie ustawienie wskaźnika nie jest
problemem. Jednak jeżeli do rejestru SPL nie wpiszemy odpowiedniego adresu, pierwszy zapis na stosie spowoduje zniszczenie zawartości rejestrów, na który SPL będzie wskazywał. Trzeba o tym pamiętać i wpisać do SPL adres pamięci RAM, w której umieszczony zostanie stos.
Procesory AVR posiadają oczywiście możliwość realizacji przerwań programowych. Po zaistnieniu sytuacji wywołującej przerwanie, licznik programu procesora ustawiony zostaje na wektor przerwania wskazujący na podprogram realizujący funkcje przerwania. Wektory te umieszczone są na początku przestrzeni adresowej procesora. Jednak różne typy procesorów z rodziny AVR cechują się różną liczbą możliwych przerwań, co wynika z ich budowy i możliwości. Jest to oczywiście zrozumiałe, bowiem procesor pozbawiony np. portu szeregowego nie może wykonywać procedury przerwania generowanej przez ten port. Jednak występuje tu pewna niekonsekwencja. Nawet jeżeli procesor będzie wyposażony w układ,
który w innym typie procesora wywołuje takie samo przerwanie, to wektory przerwania w obu typach procesorów nie muszą znajdować się pod tym samym adresem. Konstruktorzy układu zrezygnowali z zasady przypisania na stałe tych samych adresów tym samym wektorom przerwań i należy o tym pamiętać.
Pojawiające się wątpliwości związane ze sposobem działania programu i procesora najłatwiej rozwiać posługując się symulatorem i obserwując efekty działania programu.
W przyszłości procesorom AVR i układom z ich użyciem zamierzamy jeszcze poświęcić trochę miejsca na łamach naszego pisma. Przygotowywane są proste urządzenia wykorzystujące ciekawe cechy procesorów, jakimi są szybkość działania i mały pobór mocy pozwalający na zasilanie układów z baterii. Mamy nadzieję, że także czytelników EP zainteresuje ten temat i spróbują sami napisać ciekawe programy dla procesorów AVR. Ryszard Szymaniak, AVT
MINIPROJEKTY
Wspólną cechą układów opisywanych w dziale "Miniprojekty" jest łatwość ich praktycznej realizacji. Na zmontowanie i uruchomienie układu wystarcza zwykle kwadrans. Mogą to być układy stosunkowo skomplikowane funkcjonalnie, niemniej proste w montażu i uruchamianiu, gdyż ich złożoność i inteligencja jest zawarta w układach scalonych. Wszystkie projekty opisywane w tej rubryce są wykonywane i badane w laboratorium AVT. Większość z nich wchodzi do oferty kitów AVT jako wyodrębniona seria "Miniprojekty" o numeracji zaczynającej się od 1000.
Regulator mocy PWM
Regulatory mocy do
odbiorników energii
elektrycznej zasilanych
z sieci 220VAC są
"dyżurnym" tematem
w każdym piśmie
przeznaczonym dla
elektroników.
Elektronika Praktyczna
nie pozostawała przy
tym w tyle, a i ja sam
mam kilka takich
układów "na sumieniu".
Dzisiaj chciałbym
zaproponować nieco
inne, trochę
niekonwencjonalne
rozwiązanie problemu
regulacji mocy
dostarczanej do
odbiorników 220V. Ten
regulator ma zarówno
pewne zalety jak
i wady w porównaniu
z urządzeniami
wykorzystującymi do
regulacji mocy zmianę
kąta zapłonu triaka.
Zaletami proponowanego układu są:
1. Znacznie mniejszy poziom generowanego przez urządzenie zakłóceń i brak konieczności stosowania jakichkolwiek filtrów przeciwzakłóceniowych.
2. Większy zakres regulacji, praktycznie od zera do ... mocy nawet większej niż przy bezpośrednim zasilaniu z sieci!
3. Możliwość podniesienia napięcia zasilającego odbiornik powyżej napięcia nominalnego.
Wadą opisanego niżej układu jest to, że można go stosować wyłącznie do zasilania urządzeń nie zawierających dużych indukcyjności, takich jak żarówki, grzałki czy lutownice zasilane bezpośrednio z sieci. Każda próba dołączenia do układu urządzenia takiego jak silnik elektryczny lub transformator skończy się jego natychmiastowym uszkodzeniem!
Proponowany układ jest banalnie prosty w wykonaniu, ale ze względu na występowanie w układzie wysokich napięć, zarówno przemiennego jak i stałego, jego budowę mogę polecić jedynie zaawansowanym konstruktorom.
Opis działania układu
Schemat elektryczny proponowanego układu został pokazany na rys. 1. Już na pierwszy rzut oka widzimy, że sercem układu jest "nieśni i er te 1 ny " układ scalony typu NE555. Częste stosowanie tej liczącej już sobie około ćwierć wieku kostki naraziło mnie już nawet na docinki (na szczęście sympatyczne) moich Kolegów redakcyjnych, z Naczelnym EP na czele.
Dobrze, moi Drodzy, śmiejcie się, ale potem pokażcie mi jak w inny sposób można zbudować prosty i tani, niewrażliwy na zmiany temperatury i napięcia zasilania generator PWM? W oczekiwaniu na Waszą odpowiedź przystąpię do krótkiego wyjaśnienia zasady działania zbudowanego przeze mnie urządzenia.
Napięcie sieciowe prostowane jest w układzie prostownika pełnookresowego zbudowanego z diod D4..D7,
Rys. 1.
a następnie wygładzane na kondensatorze C5. Rezystor R5 ogranicza prąd udarowy płynący w momencie włączenia układu do sieci i ładowania się kondensatora C5. Część sterująca układu zasilana jest za pośrednictwem ograniczającego prąd rezystora R4 napięciem dodatkowo wygładzonym za pomocą kondensatora C4 i stabilizowanym diodą Ze-nera D3.
Układ NE555 pracuje w typowym, znanym każdemu elektronikowi układzie generatora PWM (ang. Pulse Width Modulation). Wypełnienie impulsów na wyjściu Q ICl zmienia się w zależności od położenia suwaka potencjometru Pl, natomiast ich częstotliwość pozostaje stała i określona rezystancjami R1+R2+P1 i pojemnością Cl. W jednym ze skrajnych położeń suwaka potencjometru Pl wypełnienie impulsów wynosi ok. 1%, a w drugim nieco ponad 99%. Możemy więc przyjąć, że praktycznie regulacji mocy będziemy dokonywać w zakresie od 0 do 100%.
Pozwalani sobie zaapelować do moich Czytelników o rozwagę: na płytce obwodu drukowanego występuje niebezpieczne dla życia i zdrowia napięcie 220VAC! Wszystkie prace z układem dołączonym do sieci musimy wykonywać z największą ostrożnością, pamiętając o zasadzie pracy jedną ręką!
Elektronika Praktyczna 5/99
81
MINIPROJEKTY
NIEBEZPIECZNE DLA ŻYCIA NAPIĘCIE!
Rys. 2.
Obciążenie dla którego chcemy regulować dostarczaną moc jest dołączane do złącza CON2. Napięcie zasilania jest włączane za pomocą tranzystora MOSFET - Tl. Jest to tranzystor typu IRF840, przystosowany do pracy z tak wysokim napięciem, dla którego napięcie dren - źródło może wynosić do 500V. Ponieważ bramka Tl zasilana jest impulsami o zmiennym wypełnieniu, moc przekazywana do obciążenia będzie się zmieniać w zależności od położenia suwaka Pl.
A teraz uwaga, bardzo ważna sprawa! Napięcie na kondensatorze C5 wynosi zgodnie z ogólnie znanym wzorem (Ustalę = Uzmienne, skuteczne x pierwiastek
kwadratowy z 2) = 31lVDC. A więc przy maksymalnym wypełnieniu impulsów na wyjściu ICl napięcie na obciążeniu może znacznie (w zależności od wartości prądu obciążenia i pojemności C5) przekroczyć 22OV! Zjawisko to może być zarówno wadą jak i zaletą opisywanego układu. Zaletą, bo w pewnych sytuacjach możemy chwilowo zwiększyć dostarczaną moc np. żarówki, skracając niestety jej "życie". Wadą, bo zwiększenie napięcia ponad dopuszczalną normę może niekiedy doprowadzić do uszkodzenia odbiornika energii. Na szczęście możemy łatwo zabezpieczyć się przed powstaniem takiej sytuacji.
Jak już wspomniałem, z wartościami elementów takimi, jak na schemacie wypełnienie impulsów wyjściowych zmienia się od prawie zera do ok. 100%. Zakres ten możemy łatwo zmienić przez dobór wartości Rl i R2 i ustawić go np. na 30..80%. W takim przypadku, jeżeli użyjemy naszego układu do sterowania światłem żarówki, to w jednym ze skrajnych położeń potencjometru żarówka będzie jeszcze trochę świecić (a nie całkowicie gasnąć), natomiast w drugim skrajnym położeniu suwaka Pl nie będzie nam już grozić przepalenie żarówki.
Na rys. 2 pokazano rozmieszczenie elementów na płytce, której mozaika znajduje się na wkładce wewnątrz numeru.
Montaż układu wykonujemy według ogólnie znanych zasad, rozpoczynając od elementów o najmniejszych gabarytach, a kończąc na wlu-towaniu kondensatora elektrolitycznego i zamontowaniu tranzystora Tl wraz z ra-diatorem.
Układ zmontowany ze sprawdzonych elementów nie
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Pl: potencjometr obrotowy
470kQ/A
Rl, R2: lka
R3: 100Q
R4: 10kLł/lW
R5: l,5Q/5..10W
Kondensatory
Cl, C2: lOnF
C3: lOOnF
C4: 47O^F/1ÓV
C5: 470^F/350V
Półprzewodniki
Dl, D2: 1N4148 lub
odpowiednik
D3: dioda Zenera 15V
D4, D5, D6, D7: 1N4007 lub
odpowiednik
ICl: NE555
Tl: IRF840
Różne
CON2, CON1: ARK2
Radiator "3"
Płytka drukowana wraz z kompletem elementów jest dostępna wAVT - oznaczenie AYT-1229.
wymaga jakiegokolwiek uruchamiania, a jedyną czynnością regulacyjną może być ewentualne dobranie rezystorów Rl i R2. Zbigniew Raabe, AVT
82
Elektronika Praktyczna 5/99
MINIPROJEKTY
Organki
Miłośników muzyki,
także samodzielnie
tworzonej, nie brakuje
wśród naszych
Czytelników.
Urządzenie które
prezen t ujemy
w artykule zapewne ich
rozczaruje, ale powstało
z myślą
o początkujących
elektronikach -
muzykach, dla których
ważne jest samodzielne
wykonanie urządzenia
do grania.
Chętnych
zapraszamy!
Po raz kolejny sięgamy po niezawodne układy Hol-teka. Tym razem wykorzystaliśmy tani układ przeznaczony do stosowania w elektronicznych organkach. Nosi on oznaczenie HT3320 i umożliwia emulo-wanie jednego z czterech instrumentów. Generator to-jest sterowany przez
prostą klawiaturę z 32 karni.
sty-
OSCK
osca;
Wybór tj-ytm
PESET TE8T1 TE5T3
V5B DEJJO OFTION

Rys. 1.
Jak zwykle w przypadku układów firmy Holtek, wszystkie niezbędne elementy zintegrowano w jednej obudowie (rys. 1). Dzięki temu całe urządzenie jest bardzo proste, co widać na schemacie elektrycznym z rys. 2.
Organki składają się z trzech podstawowych części: organków właściwych (to
82
Elektronika Praktyczna 5/99
MINIPROJEKTY
zii
Rys. 2.
taki wojskowy żart), wzmacniacza mocy z regulatorem barwy dźwięku oraz zasilacza. Układ USl wraz z otaczającymi go elementami odpowiada za generację sygnałów o zadanej przez użytkownika częstotliwości i obwied-ni. Rodzaj symulowanego instrumentu wybiera się za pomocą przełączników dołączonych do złącza JP2..5. We-
HOLTEK
jścia VIOLIN, FLUTE, ORGAN i PIANO są wyposażone w rejestr zatrzaskowy, w związku z czym wystarczy chwilowe zwarcie jednego z nich do masy zasilania.
Elementy R7, C8 odpowiadają za kształt obwiedni sygnału wyjściowego. Zastosowane wartości elementów są kompromisowe dla wszystkich czterech emulowanych
brzmień, lecz można je zmodyfikować tak, aby dźwięk był dostosowany do upodobań wykonawcy. Rezystor R8 ustala wzorcową częstotliwość generatora tonu, w związku z czym nie zaleca się zmiany jego wartości.
Atrakcją układu HT332O jest możliwość odtwarzania "wbudowanej" melodii w trybie DEMO. Ręczne uruchomienie odtwarzania możliwe jest dzięki przyciskowi W13. Z odtwarzaniem tej melodii związany jest także jumper JPl. Jeżeli wejście OP-TION układu USl zostanie zwarte do plusa zasilania, melodia będzie każdorazowo odtwarzana po włączeniu zasilania. Zwarcie wejścia OPTION do masy zasilania wymusi zablokowanie au-tostartu tej melodii.
Wyjściowy sygnał audio filtrowany jest w układzie całkującym R6, Cli. Likwiduje on część zniekształceń odtwarzanego sygnału, które są efektem zastosowanego w HT332O sposobu konwersji C/A.
Układ US2 spełnia rolę wzmacniacza mocy, który integruje w swojej strukturze
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl, R2: l,5kQ
R3: lkLl
R4: Ó8Q
R5: 390kQ
R6: 240kQ
R7: 220kQ
R8: 62kQ
Kondensatory
Cl: 47O^F/1ÓV
C2, Có, C9: lOOnF
C3, C4, CIO: 47^F/1ÓV
C5:
C7: 47OnF
C8:
Cli: lnF
Półprzewodniki
USl: HT332O
US2: TDA8551
US3: 78M05 lub podobny
Ml: mostek 1A/5OV
Różne
Wll, WI2, WI3:
mikroprzełgczniki
ZN: złgcze zasilania DC
ZI2: gniazdo mini-jack stereo
JPl..5: goldpiny 1x3 +
jumpery
Radiator
Płytka drukowana wraz z kompletem elementów jest dostępna w AVT - oznaczenie AVT-1228.
także elektroniczny potencjometr (układ TDA8551 zastosowano w miniprojekcie AVT-1223 z EP2/99). Pomimo tego, że jest on zasilany niskim napięcie 5V, na wyjściu uzyskuje dużą moc. Jest to możliwe ponieważ stopień wyjściowy wzmacniacza pracuje w układzie mostkowym. Żadna końcówka głośnika, który standardowo jest dołączany do złącza Zl2 nie może być zwarta z masą lub plusem zasilania, ponieważ grozi to uszkodzeniem US2. Regulację głośności umożliwiają dwa mi kr o przełączniki Wll i W12.
Ostatnim blokiem organek jest zasilacz. Zastosowano w nim typowe rozwiązania ze stabilizatorem 78M05 i mostkiem prostow-nicznym na wejściu. Zasila-
F#3 Q#3 A#3 [K31][K29][K27]
C#4 D#4 [K24][K22]
F#4 Q#4A#4 [K18][K17][K15]
C#5 D#5 [K12][K10]
F#5 Q#5 A#5 [K7] [K5] [K3]

F3G3A3B3C4D4E4F4G4A4B4C5D5E5FSG5A5B5CS [K32][K30][K2fl][K26l[K25][K2a][K21][K20][Kia][Kiei[K14][K13][K11] [KS] [KB] [KB] [K4] [K2] [K1]
Rys. 3.
Elektronika Praktyczna 5/99
83
MINIPROJEKTY
nie układu USl jest odseparowane od zasilania końcówki mocy przy pomocy prostego filtru R4, ClO. Napięcie z zewnętrznego zasilacza AC lub DC jest dołączane do złącza Zll. Jego wartość powinna mieścić się w przedziale 8..15V.
Jak wcześniej wspomniano układ HT332O współpracuje z 32 klawiszami. Na rys. 3 pokazano rozmieszczenie klawiszy z przyporządkowanymi im dźwiękami i opisem odpowiadających im numerów styków.
Dla prezentowanych w artykule organek przygotowano jednostronną płytkę drukowaną, której mozaika znajduje się na wkładce wewnątrz numeru. Na rys. 4 przedsta-
wiono rozmieszczenie na niej elementów.
W odróżnieniu od większości kitów AVT nie zaleca się stosowania podstawek pod układy USl i US2. Wynika to z faktu, że układ HT332O jest "opakowany" w wyjątkowo nietypową obudowę (DIP48!), a konieczność odprowadzenia ciepła z US2 wymagają lutowania układu bezpośrednio w płytkę.
Urządzenia w zasadzie się nie uruchamia, a to dzięki zastosowaniu specjalizowanych układów scalonych. Tak więc, jeżeli całość poprawnie zlutujecie nie powinno być żadnych problemów.
Ruszajcie w ślady Jeana Michela Jarre'a! Tomasz Chudy
Rys. 4.
84
Elektronika Praktyczna 5/99
NOWE PODZESPOŁY
Inteligentny sterownik wentylatora BjjJ r1-]
Micrel opracował specjalizowany uldad do sterowania wentylatorów chłodzących wnętrza urządzeń - nosi on oznaczenie MIC502. Na rys. 1 przedstawiono podstawową aplikację tego układu.
Silnik wentylatora zasilany jest napięciem o przebiegu prostokątnym, ze zmiennym wypełnieniem i o częstotliwości 3O..6OHz. Pomiar temperatury jest możliwy dzięki zastosowaniu zewnętrznych czujników temperatury typu PTC lub NTC (standardowe ter-mistory]. Układ MIC502 jest wyposażony w wyjście sygnalizacji przekroczenia dopuszczalnej temperatury, wejście przełączające układ w tryb "uśpienia" oraz drugie wejście pomiarowe, które można wykorzystać także do sprzętowego włączania i wyłączania wentylatora. Dodatkowym wyposażeniem MIC502 jest układ płynnego startu oraz moduł zapewniający automatyczne wyłączenie wentylatora.
Parametry i sposób pracy układu MIC502 powodują, że jest on doskonale dopasowany do pracy w zasilaczach komputerowych zgodnych ze standardem ATX oraz nowym, dopiero wchodzącym na rynek - NLX. Nic nie stoi oczywiście na przeszkodzie, aby Rys. 1.
J
wykorzystać go w innych aplikacjach zwłaszcza, że przyjęty sposób sterowania pracą silnika wentylatora zapewnia minimalizację szumów akustycznych i elektromagnetycznych.
Maksymalny prąd wyjściowy układu MIC502 wynosi lOmA, a zalecany zakres napięcia zasilającego 4,5..13,2V. Dostępne wersje obudów to SOIC8 oraz DIP8. Obydwie wersje mogą pracować w zakresie temperatur -4O..+85�C.
Przedstawicielem Micrsla w Polsce jest firma Fuiure (iel {0-22} 813-92-02}.
Podwójny 10-bitowy przetwornik C/A
o zminimalizowanym poborze mocy
Nowy układ Linear Technology - LTC1661 - mieści dwa dokładne, 10-bitowe przetworniki cyfrowo-analogowe w jednej miniaturowej obudowie MSOP-8 (połowa powierzchni potrzebnej dla SO-8]. Każdy buforowany przetwornik pobiera z zasilacza jedynie 60|xA prądu, mimo to jest zdolny dostarczyć do wyjścia ponad 5mA i niezawodnie sterować obciążenia pojemnościowe do lOOOpF. Tryb pracy sleep umożliwia dalszą redukcję poboru prądu do 1|jA.
Firmowa architektura Linear Technology, z właściwą sobie monoto- vouta niczną interpolacją napięcia, zapewnia znakomitą liniowość. Podwójnie buforowana logika wejściowa umożliwia jednoczesne przetwarzanie i aktualizację danych. Dane każdego z przetworników mogą byc wprowadzane bez przerywania trybu sleep. Zapisów dokonuje się za pośrednictwem 3-przewód owego interfejsu szeregowego z wejściami Schmitta.
Niezwykle mały prąd zasilania oszczędnościowy tryb sleep i małe wymiary zewnętrzne czynią układ idealnym do zastosowania w urządzę-
niach o zasilaniu bateryjnym, a dzięki prostocie aplikacji, dużej szybkości i szerokiemu zakresowi napięć zasilania (2,7..5,5V] można go także użyć jako przetwornika C/A ogólnego przeznaczenia.
Przedstawicielami Linear Technology w Polsce są firmy; Elbaiex (iel. {0-22} 363-22-73}, Macropol {iel. {0-22} 322-43-37} i Eurodis {iel. {0-71} 87-57-41}.
http://www.linear.com/pdf/l66li.pdf
Elektronika Praktyczna 5/99
85
NOWE PODZESPOŁY
ACS402 - matryca zmiennoprądowych przełączników mocy firmy
Jeszcze całkiem niedawno, podstawowym zmiennoprądowym elementem przełączającym stosowanym w różnych urządzeniach gospodarstwa domowego, takich jak pralki czy zmywarki, byl przekaźnik. Szczególnie do włączania i wyłączania dużych obciążeń (powyżej 10A). Jednak dzisiaj, w dobie mikro kontrolerów, przekaźniki zostały wyparte przez triaki, które mają mniejsze wymiary, wymagają do sterowania mniejszej energii i wykazują większą precyzję przełączania.
Jednak nawet triaki nie są rozwiązaniem idealnym - wymagają zewnętrznych elementów sterujących i zabezpieczających. W istocie, idealny przełącznik AC powinien być wystarczająco wytrzymały, aby nie wymagać zewnętrznych obwodów zabezpieczających, a jednoczeSnie wystarczająco czuły, aby można go było sterować bezpoSrednio z wyjScia mi kro kontrolera. Jeszcze lepiej, gdyby była to sieć przełączników AC. Wówczas jeden przyrząd mógłby sterować wieloma elementami wykonawczymi stosowanymi typowo w domowych urządzeniach myjących: zaworami, cewkami, pompami itp.
Te wszystkie wymagania spełnia nowy przyrząd opracowany przez STMicroelectronics -ACS402. Jest on siecią czterech wysokonapięciowych przełączników zmiennoprądowych zintegrowanych w 20-wyprowadzeniowej obu-
Liczba podzespół** = 2
dowie DIL. Zachowuje dobrze znane zalety triaków, dodając odpornoSć na przepięcia, wysoką niezawodność oraz małe wymiary. Wszystko to dzięki firmowej technologii ASD (ang. Application Specific Discretes), która pozwala na połączenie w jednej monolitycznej strukturze funkcji wielu aktywnych i pasywnych komponentów, dopasowanych dokładnie do wymagań specyficznego zastosowania.
Każdy z zawartych w ACS402 kluczy może pracować przy dowolnym napięciu sieciowym z zakresu od 100 do 240V (w stanie wyłączenia wytrzymuje napięcie wyższe niż 500V), sterować obciążenia rezystancyjne lub indukcyjne (prąd o wartoSci skutecznej do 0,2A), obcinać przepięcia (clamping) i absorbować energię wyłączania obciążeń o dużej indukcyjnoSci (do 25mJ przy typowym napięciu obcinania 650V). Przełączniki wytrzymują szybkie stany przejSciowe sieci (IEC 1000-4-4, zmiany szybsze niż 500V/us) i są zabezpieczone przed przepięciami w linii (IEC 1000-4-5) - obcinają impulsy o małej energii lub wyłączają w przypadku udarów o dużej energii.
Dzięki tym zaletom ACS402 nie wymaga stosowania zewnętrznych elementów zabezpieczających, szczególnie wary-storów obcinających przepięcia, które są zwykle włączane równolegle do triaków. Nie potrzeba także dodatkowych elementów do sterowania włączaniem - układ ma wbudowane obwody sterowania poziomami logicznymi, które umożliwiają wyzwalanie klucza mocy prądem mniejszym niż lOmA. Przerzuty napięcia przeno-
^^^^Ł W B czan
do bramki przy włączaniu dużych prądów są wystarczająco małe (przy lOOA/us mniejsze niż ąVcc w odniesieniu do wyprowadzenia wspólnego), aby klucze zawarte w ACS402 mogły być bezpiecznie sterowane z wyjSć dowolnego mikrokontrolera. Wszystko to pozwala na zmniejszenie liczby niezbędnych elementów zewnętrznych z oS-miu (dla triaka) do dwóch (klucz ACS + mały zewnętrzny rezystor) na przełącznik. Zawory Dozownik Przekaźniki Wentylator/pampa
Obok matrycy czterech kluczy, STMicroelectronics planuje także produkcję przyrządów pojedynczych (ACS108), przeznaczonych do sterowania większymi obciążeniami (do 0,8A), które będą montowane w obudowach TO-92 lub SOT-223.
Przedstawicielami STMicroelectronics w Polsce są firmy: Elbatex (tei. (0-22) 868-22-78), Eltron (tel. [phone]), Eurodis (tel. [phone]), Macropol (tel. [phone]), Setron (tel. [phone]) i Spoerle (tel. (0-22) 646-52-27).
Niskonapięciowa przetwornica DC/DC podwyższająca napięcie firmy
National Semiconductor wprowadza na rynek nowy stabilizator impulsowy podwyższający napięcie, charakteryzujący się dużą sprawnoScią i niskim napięciem pracy. Układ LM2621 może dostarczyć do obciążenia prąd do 1A. Jest przeznaczony do zasilania sprzętu przenoSnego, takiego jak komputery lap-top, telefony komórkowe, pagery, odbiorniki GPS, organizery i inne podręczne urządzenia wspomagające (PDA - Personal Digital As-sistant). Dzięki miniaturowej, 8-wyprowadze-niowej obudowie MSOPD1 przyrząd wymaga
Rys. 6.
tylko połowy miejsca zajmowanego na płytce przez podobne stabilizatory w obudowach SO. Dodatkowe zmniejszenie niezbędnego miejsca na płytce uzyskuje się dzięki wielkiej częstotliwości przełączania układu (regulowanej do 2MHz) umożliwiającej użycie bardzo małych cewek i kondensatorów w obudowach do montażu powierzchniowego.
Nowy układ National Semiconductor zawiera sterownik przełączania, n-kanałowy MOSFET mocy o rezystancji w stanie włączenia 0,17mn, ogranicznik szczytowego prą-vour du przełączania, zabezpieczenie 6WWA termiczne i źródło napięcia od- niesienia. Firmowa topologia bramkowanego oscylatora o stałym współczynniku wypełnienia zapewnia dużą sprawnoSć w szerokim zakresie prądów obciążenia. Inną jej zaletą jest bardzo mały prąd spoczynkowy, równy 80uA (wartoSć typowa). Przy małych obciążeniach spraw-
National Semiconductor
noSć jest aż o 10% większa niż w przypadku konwencjonalnego sterowania PWM. Typowo, sprawnoSć układu sięga 90%.
WejSciowe napięcia zasilania mogą zmieniać się w granicach 1,2..14V, podczas gdy napięcia wyjSciowe mogą być regulowane w zakresie 1,24..14V. Przyrząd może wystartować przy minimum 1,1V na wejSciu i będzie pracował przy minimum 0,65V.
Oszczędnościowy tryb shutdown umożliwia wydłużenie czasu życia baterii zasilającej przez zmniejszenie całkowitego prądu spoczynkowego do wartoSci mniejszej niż 2,5uA, gwarantowanej w całym roboczym zakresie temperaturowym.
Przedstawicielami National Semiconductor w Polsce są firmy: EBV (tel. [phone]), Macropol (tel. [phone]) i Spoerle (tel. (0-22) 606-04-47).
http://www.nati onal.com/ds/LM/ LM2621.pdf
86
Elektronika Praktyczna 5/99
NOWE PODZESPOŁY
Precyzyjne układy do pomiaru prądu firmy (>)
National Semiconductor
" L9A5812/3813
Delta Sigma
Modulator
Digital
wych i źródłach napięcia zasilania. Każdy z nich zawiera czujnik rezystorowy (4mfl) zamontowany na ramce wyprowadzeń, wprowadzający do mierzonego obwodu straty bliskie zera. Minimalne straty wprowadzane przez czujnik są szczególnie ważne pwm | przy pomiarach prądu w zakresie am-
pera.
Układ LM3812 mierzy prąd po dodatniej stronie obciążenia (high side), a LM3813 - po stronie ujemnej {Iow side). Sygnałem wyjScio-wym jest ciąg impulsów o modulowanej sze-rokoSci (PWM), wskazujących wartoSć i kie-Natioual Semiconductor runek mierzonego prądu. DokladnoSć sygnału
Digital Ranp Generator
Rys. 3.
Jedną ze specjalnoSci firmy National Semiconductor są różnego rodzaju przyrządy półprzewodnikowe przeznaczone do precyzyjnych pomiarów wielkoSci elektrycznych i nieelektrycznych, łączące w jednej strukturze krzemowej zalety techniki cyfrowej i analogowej. Znakomitym przykładem takich przyrządów są najnowsze układy firmy -LM3812 i LM3813, przeznaczone do precyzyjnych pomiarów prądu w monitorach ładowania akumulatorów, układach napędo-
PWM w temperaturze pokojowej wynosi ą2%.
Napięcie na rezystorze pomiarowym jest mierzone przez przetwornik delta-sigma, następnie zamieniane na sygnał PWM, który może być doprowadzony do dowolnego mik-rokontrolera. Zaletą przetwornika delta-sigma jest wrodzona zdolnoSć do eliminacji wejScio-wego napięcia nie zrównoważenia czujnika, najważniejszej przyczyny błędu przy pomiarach napięć z zakresu mikrowolta.
Obydwa układy mogą być fabrycznie ustawione na jeden z dwóch zakresów: -1..+1A lub -7.. + 7A. W trakcie pomiaru prąd jest
uSredniany w okresie 50ms. Umożliwia to eliminację błędów związanych z krótkimi szpilkami prądu. Nie byłoby to możliwe do realizacji w układzie scalonym z elementami analogowymi.
LM3812 i LM3813 są montowane w 8-wy-prowadzeniowych obudowach SOIC, pracują przy zasilaniu 2..5,25V, w temperaturze otoczenia -4O..+125�C.
Przedstawicielami National Semiconductor w Polsce są firmy: EBV (tel. [phone]), Macropol (tel. [phone]) i Spoerle (tel. (0-22) 606-04-47).
http://www.nati onal.com/ds/LM/ LM3812.pdf
*-LOAD
Rys. 4.
Elektronika Praktyczna 5/99
87
PROJEKTY
Multimedialny wzmacniacz 3D, część 1
kit AVT-491
Prawda, że tytuł artykułu
jest dość tajemniczy? Nimbu
tajemniczości dostarcza przede
wszystkim skrót " 3D", który
jest doskonałe znany
użytkownikom współczesnych
komputerów, a zwłaszcza
PC-tów. Najczęściej
symbołizuje on duże
możłiwości karty graficznej
mającej wbudowany sprzętowy
"dopałacz" grafiki
trójwymiarowej, która w grach
stała się już standardem.
My propon ujemy
wyposażenie komputera
w kołejny " trzeci wymiar",
tym razem poprawiający
jakość (a nie szybkość!)
odtwarzania dźwięku, zarówno
z karty dźwiękowej, jak
i odtwarzacza CD.
Konstrukcja opracowanego
przez nas urządzenia jest
oparta na nowoczesnym
procesorze dźwięku, który
opracowała firma Nationał
Semicon du ctor.
PROJEKT Z OKŁADKI
Prezentowany w artykule multimedialny wzmacniacz powstał przede wszystkim z myślą o użytkownikach komputerów PC. Zarówno konstrukcja mechaniczna, jak i przyjęty sposób zasilania powoduje, że PC-et jest dla niego naturalnym środowiskiem pracy, co jednak nie wyklucza innych aplikacji.
Głównym założeniem autora było stworzenie alternatywy dla niezwykle popularnego wśród Czytelników EP wzmacniacza AVT-325, który charakteryzuje się bardzo dużą mocą wyjściową i jest wyposażony w panel z diodami LED. Jak zapewne pamiętacie, ze względu na stosunkowo niskie napięcie zasilania elementów komputera (5 i 12V) oraz ograniczoną moc wbudowanego w PC zasilacza kit AVT-325 jest wyposażony we własny transformator, co nieco komplikuje i podraża jego wykonanie. Pomimo tych drobnych niedogodności jest on jednak niezastąpiony dla użytkowników lubiących mocne (a raczej głośne) wrażenia.
Przeprowadzone próby wykazały, że w większości domowych zastosowań moc dostarczana do
głośników z karty dźwiękowej nie przekracza 400mW, co przy dobrej jakości głośnikach gwarantuje odpowiednią głośność, nawet w tak wymagających grach jak Doom. Ograniczenie mocy wyjściowej wzmacniacza do tak (tylko pozornie!) niewielkiego poziomu pozwala dołączyć go do komputera w taki sam naturalny sposób, jak stację dyskietek lub dysk twardy. Bez żadnych problemów!
Tak więc nie spodziewajcie się po prezentowanym wzmacniaczu oszałamiających parametrów "mo-cowych". Sedno nowej konstrukcji leży zupełnie gdzie indziej -procesor audio jest wyposażony w funkcję "3D", dzięki której stereofoniczna baza sygnału jest rozszerzana, pozwalając znacznie dokładniej wyczuć przestrzeń dźwiękową. Taka uproszczona forma dźwięku dookólnego jest osiągana bardzo niewielkim kosztem.
W pierwszej (czyli tej) części artykułu omówimy konstrukcję elektryczną urządzenia, a sposób jego montażu, programowanie procesora audio, obsługę wzmacniacza - w kolejnej części - już za miesiąc!
42
Elektronika Praktyczna 1/99
Multimedialny wzmacniacz 3D
BEttfF
National Semiconductor
Rys. 1. Schemat blokowy układu LM4S32.
Serce, czyli możliwości współczesnych układów audio
"Sercem" multimedialnego wzmacniacza jest procesor audio LM4832 opracowany przez firmę National Semiconductor. Schemat blokowy tego układu przedstawiono na rys. 1 . Składa się on z następujących bloków funkcjonalnych:
- Tłumików wejściowych w torze audio, które umożliwiają wstępną regulację amplitudy sygnału dostarczanego do dalszych stopni wzmacniacza. Zakres regulacji wynosi O..-14dB (z krokiem 2dB), co pozwala dostosować czułość wejść do każdego typowego źródła sygnału audio. Stopień tłumienia obydwu tłumików jest programowany zawartością jednego rejestru, nie ma więc możliwości regulacji balan-
su w tym stopniu toru audio.
- Aktywnych regulatorów barwy dźwięku. Filtrujące obwody RC są włączone w pętlę ujemnego sprzężenia zwrotnego wewnętrznych wzmacniaczy operacyjnych, co pozwala uzyskać zakres regulacji -12..+12dB (z krokiem 2dB). Na rys. 2 pokazano uproszczony schemat regulatorów. Dzięki przemyślanej budowie regulatorów i zastosowaniu analogowego multipleksera możliwe jest ich programowe odłączanie. Pozwala to na korzystanie z zewnętrznego korektora barwy lub procesora dźwięku. Na rys. 3 przedstawiono charakterystyki regulacji, które zaczerpnięto z danych katalogowych układu LM4832.
- Modułów "3D". W zależności od upodobań i wymagań użytkownika, sygnał audio może być
odtwarzany w sposób standardowy (czyste stereo) lub z wykorzystaniem adaptacyjnego poszerzania stereofonicznej bazy, co producent określa mianem "dźwięku 3D". Przełączanie pomiędzy trybami stereo i "3D" odbywa się na drodze programowej.
Programowanych regulatorów głośności o zakresie regulacji (wzmocnienie /tłumienie) +20.. -40dB (z krokiem 2dB). Każdy kanał audio jest wyposażony w niezależnie programowany regulator. Z ich pomocą odbywa się zarówno ustalanie głośności, jak i balansu pomiędzy kanałami. Za przeliczanie zależności pomiędzy tymi parametrami odpowiada oprogramowanie "zaszyte" w pamięci mikrokontrole-ra sterującego pracą wzmacniacza.
Elektronika Praktyczna 1/99
43
Multimedialny wzmacniacz 3D
LJTCTI
LM4B32
13*2*11
^ Domodiiu
3D
Rys. 2. Konstrukcja dźwięku.
regulatora barwy
- Końcówek mocy, które odpowiadają za zasilenie dołączonych do zestawu głośników lub słuchawek. Końcówki mocy, podobnie jak i reszta układu LM4832, są zasilane napięciem
Możliwości i podstawowe parametry multimedialnego wzmacniacza 3D
Funkcje standardowe:
/ urządzenie integruje funkcje przedwzrnacmacza, korektora barwy dźwięku oraz wzmacniacza mocy,
/możliwe jest odtwarzanie stereofonicznego dźwięku w standardowy sposób lub zwyko-rzystamem efektu "3D",
/ wbudowany przełącznik sygnałów pozwala na odtwarzanie dźwięku z czytnika CD lub karty dźwiękowej,
/zakres regulacji barwy dźwięku (w każdym paśmie) ą12dB.
/ moc wyjściowa 350rnW/8n,
/ liczba wejść audio 2 (CD/SC - regulacja wstępnego poziomu niezależna dla każdego wejścia),
/ zacisk na wejściu sygnału z karty dźwiękowej jest Typu chmch oraz szpilkowy,
/ wejście sygnału z odtwarzacza CD jest Typu szpilkowego,
/ zasilanie +5V/i5mA i +12V/250mA, pobierane z zasilacza PC,
/wzmacniacz jest wyposażony w elektroniczny wyłącznik zasilania,
/wszystkie nastawy są zapisywane w nieulotnej pamięci EEPROM i automatycznie odtwarzane po włączeniu zasilania,
/ rnechanicznakonstrukcjawzrnacniaczaurnoz-liwia montowanie go w miejscu stacji dyskie-Tek5,25",
/do obsługi wszystkich funkcji wzmacniacza wystarczają dwa manipulatory obrotowy im-pulsator cyfrowy (spełnia rolę potencjometra) i przełącznik Digitast (wybór funkcji),
/wbudowany prosty program diagnostyczny pozwala użytkownikowi wykryć błędy w Transferze danych do układu LM4832
Funkcje serwisowe:
/w przypadku zasTosowama wyświeTlacza z podświetlaniem LED możliwe jest ręczne dobranie jasności świecenia,
/zastąpienie potencjometra P1 układem US3 umożliwia elektroniczną regulację kontrastu wyświeTlacza LCD,
/w każdym kanale wejściowym można niezależnie ustalić poziom wstępnego Tłumienia sygnału audio, co ułaTwia podłączanie do wzmacniacza źródeł o różnych amplitudach sygnału na wyjściu
5V. Nie jest to zbyt dużo, zwłaszcza źe standardowe impedancje głośników są dość duże (minimalna 4Li). Projektantom układu LM4832 udało się jednak tak zaprojektować końcówki, źe charakterystyka zniekształceń w funkcji mocy wyjściowej jest bardzo korzystna.
Na rys. 4 przedstawiono przebieg tej charakterystyki dla obciążenia 8Li, a na rys. 5 dla obciążenia 32Li. Taką właśnie impedancję mają typowe słuchawki.
- Interfejs PC jest kolejnym fragmentem układu LM4832, wykorzystywanym w projekcie. Jego zadanie jest oczywiste - pośredniczy pomiędzy zewnętrznym mikiokontiolerem, który steruje pracą części audio, a analogową częścią układu LM4832. Interfejs ten ma dwa wejścia adresowe, które szczegółowo określają adres układu na magistrali PC. Zastosowanie tych wejść pozwala na połączenie w jednym systemie, sterowanym pojedynczym procesorem, czterech takich układów jednocześnie.
- Bloku przedwzmacniacza mikrofonowego z multiplekserem analogowym na wejściu. Ta część układu LM4832 nie jest wykorzystywana w prezentowanym projekcie i z tego względu nie b ę dzi emy j ej om awi ać.
Wszystkie wyżej wymienione bloki są zintegrowane w układzie zawartym w standardowej, taniej obudowie DIP28. Układ LM4832 w typowych warunkach nie wymaga specjalnego chłodzenia.
Krwiobieg, czyli dlaczego ST62?
O ile wybór procesora audio był prosty - nie ma na rynku równorzędnych układów innych producentów - o tyle wybór mik-rokontiolera zarządzającego pracą całego systemu może wydawać się
- ale tylko pozornie - dyskusyjny. Dlaczego więc zastosowano ST62T65?
Po pierwsze jest on relatywnie tani. Po drugie, integruje w jednej strukturze wszystkie peryferia, które są niezbędne do realizacji wszystkich założonych funkcji sterujących. Tak więc wykorzystano
8-bitowy przetwornik C/A PWM, timer do pomiaru czasu, pamięć EEPROM (!), a na pewnym etapie realizacji także przetwornik A/C (do pomiaru natężenia oświetlenia zewnętrznego), lecz ostatecznie pomysł został zarzucony. Wykorzystano także standardowe, cyfrowe porty I/O, których mikio-kontroler ma całkiem sporo. Ostatnim argumentem była duża pojemność pamięci programu
20
15
i �
g -5
1 "10 -15
-20
20 100 1k lOk 20h
Częstotliwość (Hz)
Rys. 3. Charakterystyka regulacji barwy dźwięku.
10
n_= W = 5V Bfl
Crc B200| T 1 i
i \ i
^^
m m -m m i Ś Ś Ś Ś Ś Ś Ś Ś Ś�Ś 1 i 1 1
0 -' i i
II
0,1
Ri.= Bn Ku = OdE
f 3:

Ś ii ?!Ś 2C 1 ^ Hz- Ś i i Ś!Ś b = 1
i 1k HZ =::



0,010
Im 10m 0,1
Moc wyjściowa (W)
Rys. 4. Zniekształcenia w funkcji mocy wyjściowej dla obciążenia sn.
10
0,1
Vco = H_ = Ku = = 5V 32O r eeAp
i
ua 3 i
L
�** H -2( kHz 1
-a)


0,010
1m 10m Of1 1
Mocwy}śclovra(W}
Rys. 5. Zniekształcenia w funkcji mocy wyjściowej dla obciążenia
44
Elektronika Praktyczna 1/99
Multimedialny wzmacniacz 3D
Rys. 6. Schemat elektryczny wzmacniacza.
Elektronika Praktyczna 1/99
45
Multimedialny wzmacniacz 3D
(3,8kB), co pozwoliło na implementację we wzmacniaczu drobnych "szaleństw" w systemie sterowania.
Dość anatomii!
Po "anatomicznym" wykładzie wstępnym możemy przejść do omówienia konstrukcji wzmacniacza. Jego schemat elektryczny przedstawiono na rys. 6.
Łatwo zauważyć, że otoczenie układu LM4832 (US2) jest zgodne z notą aplikacyjną producenta. Jest to idealny przykład współczesnego, specjalizowanego układu scalonego. Jedyną sensowną modyfikacją, jakiej może dopuścić się użytkownik, jest zmiana pojemności kondensatorów C8..11, Cl7 oraz elementów tworzących pętlę sprzężenia "3D" - C12, R9, RIO. Zmiana pojemności kondensatorów C8..11 powoduje przesunięcie środkowej częstotliwości filtra regulacyjnego barwy tonu.
Zdaniem autora wartości tych elementów zostały dobrane optymalnie, w związku z czym nie ma potrzeby ich modyfikacji, ale do eksperymentów oczywiście zachęcamy! Nieco bardziej złożony jest dobór elementów w pętli sprzężenia "3D". Rezystancję RIO obniżono o ok. 10% w stosunku do wartości zalecanej, co spowodowało pogłębienie efektu rozszerzenia przestrzeni dźwiękowej bez większych (zdaniem autora) efektów negatywnych. Nie zalecamy modyfikować wartości rezystora R9, ponieważ jego zadaniem jest tylko rozładowywanie kondensatora C12, co zapobiega powstawaniu nieprzyjemnych efektów akustycznych podczas włączania i wyłączania bloku "3D". Z tego względu wartość rezystancji R9 jest dość duża.
Zadanie kondensatora C7 jest podwójne: filtruje bowiem napięcie referencyjne dla wszystkich wewnętrznych wzmacniaczy zintegrowanych w strukturze US2 oraz
odpowiada za płynne włączanie wzmacniacza, zapobiegając powstawaniu stuków w głośnikach.
Elementy C6 i Rll zerują cyfrową część układu US2 po włączeniu zasilania. Podobną rolę spełnia układ US4, który zeruje mikrokontroler zarówno po włączeniu zasilania, jak i po zbyt dużym obniżeniu się wartości napięcia zasilającego. Fakt zastosowania tak zaawansowanego sposobu zerowania mikrokontrolera wynika z konieczności zabezpieczenia zawartości pamięci nie-ulotnej EEPROM, która jest zintegrowana w strukturze ST62T65. Niepożądane, przypadkowe wpisy do pamięci często występują podczas wolnego opadania napięcia zasilającego po wyłączeniu zasilacza. Zjawisko takie jest charakterystyczne dla zasilaczy dużej mocy stosowanych w PC. Tak więc dzięki US4 nastawy zapisane w pamięci EEPROM są całkowicie bezpieczne.
Pracą wzmacniacza zarządza mikrokontroler ST62T65 (USl). Argumenty przemawiające za stosowaniem tego układu przedstawiono powyżej. Teraz pokrótce omówimy jego aplikację i oprogramowanie.
Konfigurację portów procesora USl łatwo jest przeanalizować na podstawie schematu elektrycznego z rys. 6. Trzy najmłodsze linie portu PC (PC0..2) spełniają rolę interfejsu PC. Procesor pracuje jako Slave systemu. Na rys. 7 pokazano typową ramkę danych przesyłanych tą magistralą. Ponieważ procesory ST62 nie mają wbudowanych sprzętowych interfejsów PC, protokół transmisji jest emulowany programowo.
Najstarszy dostępny bit portu PC - PC4 odpowiada za sterowanie przekaźnika Przl. Rolę bufora prądowego spełnia tranzystor Tl. W modelu zastosowano miniaturowy przekaźnik TQ2 firmy NAiS-Matsushita, którego cewka jest
SCL
SDA
ULTLJlJlJLJLrLJLrLrL
Dane Potwierdzenie
(adres+wartośc)
Sygnat stopu
Rys. 7. Format ramki danych wpisywanych do LM4832.
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl, R5, Ró, R7, R8: 4,7kQ
R2, R3, R4, Rll: 3,3kQ
R9: 680kO
RIO: 18kO
R12: 30Q/0,5W
R13: 0,lQ
Pl: lOkO miniaturowy, ceramiczny,
leżący
Kondensatory
CL C2: 27pF
C3, C4: 3,3nF
C5, C7, C12, C27, C28, C29,
C30, C31, C32, C33: lOOnF
Có: l|iF/16V
C8, C9, CIO, Cli: 8,2nF
C13, C14: 470^F/ó,3V
C15, Cló: 1jj,F unipolarne
C17, C18, C19, C20, C21:
1000|iF/25V
C22, C23, C24, C34: 10p.F/16V
C25: 22u,F/16V
C26: 470|iF/10V
Półprzewodniki
Tl, T2: BC547
T3: BD243 lub podobny
USl: ST62T65B - zaprogramowany
US2: LM4832N
US3: X9313W (opcja - nie
wchodzi w skład kitu)
US4: DS1813 (w obudowie TO-92)
US5: 7805 lub 78MO5
Różne
Xl: 8MHz
ZN: stereofoniczne złącze
słuchawkowe do druku 3,5 mm
ZI2: podwójny chinch do druku,
poziomy
ZI3, ZI4:
ZI5: 4-stykowe, męskie złącze
zasilania PC
Przl: TQ2-5V
IMP1: impulsator ECW1JB24BC0024
firmy Bourns
Wl: alfanumeryczny wyświetlacz LCD 1x16 z podświetl a czem LED, np. WM-ClóOlM-YLYc. Możliwe jest zastosowanie wyświetlacza bez podświetlenia.
Swl: przełącznik Digitast
z przyciskiem
JP1: goldpiny 1x3 zjumperem
Radiator dla stabilizatora US5
4 śruby M2,5/5 z nakrętkami
Folia samoprzylepna na płytę
czołową
46
Elektronika Praktyczna 1/99
Multimedialny wzmacniacz 3D
Ruch zgodnie ze wskazówkami zegara--------------------------------
KanaJA
Styki zwarte Styki rozwarte Styki zwarte Styki rozwarte
DDDDDDDDDDDDDDDDD D - oznacza położenie KanatB.
"zatrzasku" regulującego ~" ^
ruch osi impulsatora
Rys. 8. Przebiegi charakteryzujące pracę impulsatora.
zabezpieczona diodą przeciwprze-pięciową. Nie ma więc potrzeby stosowania dodatkowo żadnego zewnętrznego elementu zabezpieczającego. Linie PA0..PA3 wykorzystano jako 4-bitową magistralę danych do sterowania wyświetlaczem Wl. Sygnały sterujące RS, E oraz R\!W są generowane przez fragment portu PB (PB3..5). Programowanie sterownika wyświetlacza poprzez szynę 4-bitową pozwoliło ograniczyć liczbę niezbędnych połączeń pomiędzy płytką wyświetlacza i bazową o 4 i - co jest znacznie ważniejsze - zapobiegło konieczności zastosowania procesora o większej liczbie wyprowadzeń. A każdy dodatkowy pin kosztuje...
Do wyprowadzeń PA5 i 6 (pracują jako wejścia) zostały dołączone wyjścia impulsatora Impl. Zasada działania tego impulsatora jest dobrze znana Czytelnikom śledzącym przygotowywane przez nas projekty. Na wszelki wypadek na rys. 8 pokazano po raz kolejny przebiegi charakterystyczne dla działania impulsatora. Generalizując można stwierdzić, że częstotliwość impulsów na wyjściu A i B daje informację o szybkości obracania ośki impulsatora, a wzajemna faza impulsów informuje o kierunku jej obracania. Rezystory R6 i R7 "podwieszają" do plusa zasilania wejścia procesora, a kondensatory C3 i C4 częściowo tłumią niepożądane drgania styków impulsatora. Pozostała część zakłóceń jest eliminowana na drodze programowej.
W egzemplarzu modelowym zastosowano wyświetlacz LCD z podświetlaczem LED. Pomimo stosunkowo wysokiej ceny takiego rozwiązania gorąco je polecamy! Komfort użytkowania wzmacniacza z podświetlanym wyświetlaczem jest nieporównywalnie większy niż bez podświetlania.
Ponieważ z pewnością nie dla wszystkich użytkowników wzmacniacza duża jasność podświetla-cza LED będzie zadowalająca, wzmacniacz został wyposażony w elektroniczny regulator jasności. Rolę elementów wykonawczych regulatora spełniają tranzystory T2 i T3, które są sterowane przebiegiem prostokątnym z modulowaną szerokością (PWM) dodatniego impulsu. Częstotliwość impulsów sterujących jest stała i wynosi ok. l,3kHz, a wypełnienie można zmieniać w zakresie 0,4..25%, co w zupełności wystarcza do zapewnienia odpowiedniego zakresu regulacji jasności podświetlenia. Stosunkowo duża częstotliwość taktowania wynika z konieczności znacznego przekroczenia częstotliwość taktowania matrycy LCD, ponieważ w przeciwnym razie mogłyby powstawać zdudnienia powodujące "pływanie" wyświetlanych napisów.
Wyświetlacz LCD zazwyczaj wymaga regulacji kontrastu, którą najłatwiej jest wykonać przy pomocy zwykłego potencjometra włączonego pomiędzy plus i masę zasilania. W prezentowanym urządzeniu przewidziano oczywiście możliwość takiej regulacji - zapewnia ją potencjometr Pl. Autor nie byłby jednak elektronikiem, gdyby nie podjął próby "zelektro-nizowania" tej regulacji - posługiwanie się wkrętakiem w erze wszechobecnych mikrokontrolerów jest przecież postępowaniem wbrew sztuce! To oczywiście żart... Ale do rzeczy. Ponieważ bez większego trudu są dostępne elektroniczne potencjometry, możliwe jest zastąpienie nimi ich mechanicznego odpowiednika.
Widoczny na rys. 6 układ US3 jest właśnie alternatywą dla potencjometra Pl. Programowanie położenia "suwaka" potencjometra US3 odbywa się za pomocą pinów PB0..PB2 mikrokontrolera US3. Można oczywiście stwierdzić, że zastępowanie taniego potencjometra jego elektronicznym odpowiednikiem jest pozbawione ekonomicznego sensu. Jest to opinia w znacznym stopniu prawdziwa, ale zdaniem autora warto jest sięgać po rozwiązania najnowsze, zwłaszcza,
że dostęp do nich jest coraz łatwiejszy. Układ X9313 firmy Xi-cor ma wbudowaną nieulotną pamięć położenia suwaka, dzięki czemu zaprogramowany współczynnik kontrastu jest automatycznie odtwarzany po włączeniu zasilania.
Drobnego komentarza wymaga sposób sterowania sygnałem !CS układu US3 - zastosowany obwód gaszący R3, C5 zapobiega przypadkowym zmianom położenia suwaka potencjometra, które mogą wystąpić po włączeniu zasilania, podczas konfigurowania portów procesora.
Na tym kończymy pierwszą część artykułu. Za miesiąc dokończenie, które poświęcimy omówieniu montażu elektrycznego i mechanicznego, uruchomieniu wzmacniacza oraz omówimy jego obsługę i programowanie. Piotr Zbysiński, AVT
Uwaga! W skład kitu wchodzi samoprzylepna folia, która ułatwi estetyczne wykończenie płyty czołowej wzmacniacza.
Elektronika Praktyczna 1/99
47
NOWE PODZESPOŁY
Przegląd audioprocesorów firmy STMicroelectronics
Firma STMicroelectronics, znana
poprzednio pod nazwą SGS-
Thomson Microelectronics, oferuje
szeroką gamę układów scalonych
do sprzętu audio. Oprócz
cieszących się dużym
powodzeniem wzmacniaczy mocy
w ofercie są również procesory
dźwięku malej częstotliwości,
zwane dalej audioprocesorami. Są
to układy, które umożliwiają
regulację poziomu sygnałów,
kształtowanie charakterystyk
częstotliwościowych,
a w niektórych przypadkach
również wytwarzanie dodatkowych
efektów przestrzennych.
Liczba odmian produktów tego
rodzaju, opisanych w katalogu
firmy, zbliża się już do
pięćdziesięciu, a wciąż pojawiają
się nowe.
W niniejszym artykule
przybliżymy Czytelnikom wybrane
audioprocesory STMicroelectronics,
ze szczególnym uwzględnieniem
najnowszych opracowań.
Przedstawimy zarówno najprostsze
układy stereofoniczne, procesory
dźwięku otaczającego (surround)
zwykłe i w systemie SRS, układy
z efektem karaoke jak i cyfrowe
procesory z dekoderem Dołby
ProLogic.
Zwykle audioprocesory stereofoniczne
W tab. 1 zestawiono wybrane audiopioceso-ry stereofoniczne, nie wytwarzające efektu do-okólnego. Konstrukcja poszczególnych typów jest podobna, różnice dotyczą w zasadzie tylko liczby realizowanych funkcji. Opiszemy ją na przykładzie najbogatszego pod tym względem układu TDA7439 (rys. l).
Układ ma cztery wejścia stereofoniczne. Sygnały z wejść trafiają do dwóch multiplekserów (kanału lewego i prawego), w których następuje selekcja aktywnego wejścia. Za każdym multiplekserem znajduje się wzmacniacz o regulowanym wzmocnieniu. Wzmocnienie możemy dobrać w zakresie 30dB z minimalnym krokiem 2dB, optymalnie dla każdego z dołączonych źródeł. Z wyjścia tego wzmacniacza sygnał o stałym poziomie jest wyprowadzony na zewnątrz, gdzie może być wykorzystany do monitorowania lub zapisu, poddany dodatkowej obróbce itp. Sygnał powinien być następnie doprowadzony do wejścia kaskady stopni kształtujących charakterystykę częstotliwościową i umożliwiających regulację głośności (w wersjach z literą B i D wyjście wzmacniacza wejściowego połączone jest z następnymi stopniami wewnątrz układu). Regulowane są kolejno:
- głośność (w zakresie 47dB z krokiem ldB);
- wzmocnienie tonów wysokich (w zakresie ą14dB z krokiem 2dB);
- wzmocnienie tonów średnich (w zakresie ą14dB z krokiem 2dB);
- wzmocnienie tonów niskich (w zakresie ą14dB z krokiem 2dB).
Przez dobór elementów zewnętrznych możemy wpływać na wartości częstotliwości, dla których przypadają maksima charakterystyki.
Na wyjściu umieszczono stopnie o regulowanym tłumieniu. Tłumienie regulowane jest oddzielnie w każdym torze, dzięki czemu moż-
liwe jest kontrolowanie zrównoważenia kanałów (balansu stereofonicznego). Zakres regulacji wynosi 76dB, a krok ldB. Wszystkie stopnie połączone są z szyną PC, co umożliwia cyfrowe programowanie i regulację ich parametrów za pośrednictwem miki oko ntr o lei a steiującego.
Układ TDA7438 jest skonstruowany piawie identycznie, ma tylko trzy wejścia steieofonicz-ne zamiast czteiech.
Układ TDA7440D lóżni się od dotychczas opisanych biakiem stopnia legulacji tonów śiednich. Dalsze upioszczenia konstrukcji można zauważyć w audiopiocesoize TDA7449, który ma już tylko 2 wejścia audio. Najpiostszym układem jest TDA7449L, nie posiadający w ogóle stopni kształtujących chaiakteiystykę częstotliwościową.
Stosunek sygnału do zakłóceń dla tej giupy piocesoiów wynosi typowo 106dB, sepaiacja kanałów steieofonicznych osiąga waitość 90dB, natomiast współczynnik zniekształceń harmonicznych THD (dla trzeciej harmonicznej) jest łowny 0,01%. Układy pizeznaczone są do pia-cy pizy napięciu zasilania 9V.
Nieco inaczej skonstruowane są pioste audioprocesory TDA7309 iTDA7309D (rys. 2). Nie posiadają one legulacji poziomu sygnału w stopniach wejściowych i wyjściowych. Regulacja głośności ma za to zakies zwiększony do 92dB i pizepiowadzana jest oddzielnie w każdym kanale, a wiec służy także do legulacji balansu. Regulacja ta odbywa się ponadto z jednoczesnym kształtowaniem chalakteiystyki częstotliwościowej, zwanym kolekcją fizjologiczną lub efektem loudness. Inną cechą od-lóżniającą je od układów opisanych wcześniej jest funkcja tzw. miękkiego wyciszania, cha-lakteiyzująca się wydłużeniem piocesu zaniku dźwięku o kilkadziesiąt milisekund.
Pod względem konstrukcji i paiametiów odbiega wyiaźnie od opisanych układ TDA7342 (rys. 3). Opiócz dwóch wejść steieofonicznych
MUWWIL IM. TBfflLE(L) MIN(L) MOUTfL) BIN{L) BOLTT(L)
Rys. 1.
MUXOUTR INR THEBLE(R) MIN(R) MOUT(R) BINR BOJT{H) CREF
Elektronika Praktyczna 5/99
87
NOWE PODZESPOŁY
WA7309
Ftocout(U LOUDOJ
2SfiF
T
LEFT INPUTS
H
RIGHT
INPUT
3x
2.ĄJF
WLUME+ LOUDNESS
SERIAL BUS CECODER -I- LATCHES
Rys. 2.
ma on "wejście monofoniczne i wejście quasi-TÓżnicowe. Regulacja głośności odbywa się z krokiem zmniejszonym do 0,3dB, a układ regulacji pozwala uzyskać dodatkowe wzmocnienie o wartości do 20dB. Wyjścia lewego i prawego kanału są zdublowane, przy czym zastosowano cztery niezależne wyjściowe tłumiki regulowane. Dzięki temu możliwe jest sterowanie dwóch kanałów przednich i dwóch tylnych z niezależnymi regulacjami zrównoważenia lewy/prawy i przód/tył.
Audioprocesory z efektem dookólnym (surround)
Układy tego rodzaju zestawione są w tab. 2. Ich charakterystyczną cechą jest zdolność wytwarzania dodatkowych efektów przestrzennych, dających wrażenie dźwięku otaczającego przy wykorzystaniu tylko dwóch torów głośnikowych.
Zasadę wytwarzania takich efektów ilustruje rys. 4. Sygnał L-R, czyli różnicę sygnałów lewego i prawego kanału, poddaje się opóźnieniu w kaskadzie pizesuwników fazowych. Opóźniony sygnał różnicowy doprowadza się do "wzmacniaczy mieszających, w których jest on dodawany do sygnału kanału prawego
VOLUME+ LOUDNESS
12
LOUD(R)
1.
R i odejmowany od sygnału kanału lewego L.
Schemat blokowy przykładowego procesora ze standardowym efektem surround, układu TDA7430, przedstawiono na rys. 5. Opóźnienie sygnału różnicowego realizują bloki PSi, PS2, PS3 i PS4. Zależnie od tego, które z nich są wykorzystywane, można otrzymać trzy różne rodzaje efektu surround:
MUZYKA (z czterema wybieralnymi charakterystykami) ,
KINO (z 256 wybieralnymi charakterystykami),
SYMULOWANY (z 256 wybieralnymi charakterystykami).
Blok EFFECT CONTROL realizuje regulację głębokości efektu.
Prezentowany układ ma cztery zasadnicze wejścia stereofoniczne, przełączane za pomocą dwóch multiplekserów oraz pomocnicze wejście monofoniczne MIXER INPUT, przewidziane do podłączenia mikrofonu. Zawiera również specjalny układ tłumienia oryginalnego głosu wokalisty (ang. voice canceller), wykorzystujący jego identyczność w obydwu kanałach. Dzięki temu możliwe jest uzyskanie efektu karaoke, czyli zastąpienie w odtwarzanym utworze głosu wokalisty swoim.
Oprócz wymienionych funkcji układ TDA7430 wyposażony jest w trójpunktowy korektor charakterystyki częstotliwościowej oraz cztery wyjściowe stopnie o niezależnie regulowanym tłumieniu, po dwa w każdym kanale. Dwa z nich dostarczają sygnały do sterowania torów głośnikowych, zaś pozostałe do zapisu.
Zakres regulacji wynosi 79dB. Dodatkową regulację poziomu sygnału o 31,5dB można uzyskać w stopniu wejściowym.
Tak jak we wszystkich opisywanych audiop-rocesorach, programowanie funkcji oraz regulacja parametrów odbywa się cyfrowo za pośrednictwem magistrali danych PC. Znamionowa wartość napięcia zasilania wynosi 9V, a podstawowe parametry elektryczne są następujące:
- stosunek sygnału do zakłóceń: 106dB;
- separacja kanałów stereofonicznych: 90dBą;
- współczynnik zniekształceń nieliniowych: 0,01%;
- zakres regulacji tonów niskich, średnich i wysokich: ą14dB.
Prawie identyczny z TDA7430 jest układ TDA7431, który ma tylko jedno wejście i jest produkowany w obudowie innego typu.
Nieco prostszą budowę mają procesory TDA7429S i TDA7429D. Są pozbawione funkcji tłumienia głosu wokalisty i wejścia mikrofonowego. Najprostszym układem, przeznaczonym do tanich aplikacji, jest TDA7442D, w którym wyeliminowano także regulację tonów średnich, a w trybie surround dostępny jest tylko rodzaj pracy MUZYKA z czterema wybieralnymi charakterystykami. Dla monofonicznego sygnału wejściowego procesor ten oferuje tryb pracy PSEUDOSTEREO.
Pozostałe procesory z tab. 2, oprócz standardowego efektu dźwięku otaczającego, oferują także efekt przestrzenny w systemie SRS (ang. Sound Retrieval System). System ten, rozpowszechniony zwłaszcza w Azji, został opracowany przez firmę SRS Labs, Inc.
Pierwszy z tych procesorów - TDA7464 - jest prawie identyczny z opisanym wcześniej układem TDA7430. Zawiera dodatkowo blok o nazwie STEREO SRS z regulatorami środka i przestrzeni. Dla wykorzystania funkcji SRS niezbędne jest dołączenie dziesięciu dodatkowych elementów RC. Oba układy posiadają identyczną obudowę i zgodne rozmieszczenie wyprowadzeń, toteż możliwe jest ich zamienne sto-
Tab. 1. Procesory stereofoniczne bez efektu dookolnego
Oznaczenie procesora Liczba wejść stereo Regulacja głośności (krok/zakres wdB) Korekcja fizjologiczna (loudness) Miękkie wyciszanie Wyjście do zapisu Niezależne wyciszanie {mute) Regulacja pasma Regulacja wzmocnienia na wejściu (zakres w dB) Obudowa
tony niskie tony średnie tony wysokie
TDA7309 3 1/92 + + + + - - - - SDIP20
TDA7309D 3 1/92 + + + + - - - - S020
TDA7342 2 (+1 mono 11 quasl-różnlcowe) 0,3/80 + + + + + + 11,25 T0FP32
TDA7438 3 1/47 - - + + + + + 30 DIP28
TDA7438D 3 1/47 - - + + + + + 30 SO28
TDA7439 4 1/47 - - + + + + + 30 SDIP30
TDA7439B 4 1/47 - - + + + + + 30 DIP28
TDA7439D 4 1/47 - - + + + + + 30 SO28
TDA7440D 4 1/47 - - + + + - + 30 SO28
TDA7449 2 1/47 - - + + + - + 30 DIP28
TDA7449L 2 1/47 - - + + - - - 30 DIP20
88
Elektronika Praktyczna 5/99
NOWE PODZESPOŁY
Hm.7342
C17100nF
LEFT INPUTS
Rys. 3.
sowanie we wspólnej płytce drukowanej. Są również zgodne pod względem programu sterującego.
Podobna zgodność zachodzi między innym procesorem z funkcją SRS o nazwie TDA7466 i układem TDA7431. Podstawowa różnica w stosunku do opisanej wyżej pary dotyczy liczby wejść, zmniejszonej do jednego.
Trzeci z procesorów z systemem SRS, czyli TDA7465, jest bardzo zbliżony do TDA7466.
Jednak w odróżnieniu od niego posiada dedykowane wejście mikrofonowe, co czyni go przydatnym w zastosowaniach typu karaoke.
Cyfrowe procesory z dekoderem Dolby ProLogic
W końcowej fazie przygotowania produkcji znajdują się dwa audioprocesory nowej generacji, przeznaczone do pracy w systemie dźwięku otaczającego Dolby Surround ProLogic. Są
to układy cyfrowe o napięciu zasilania 3,3V.
Pierwszy z nich jest oznaczony symbolem TDA7444. Jest to wielofunkcyjny, cyfrowy au-dioprocesor z dekoderem Dolby Surround ProLogic, wyposażony dodatkowo w układy wytwarzające efekt dookólny w systemie SRS.
Układ ma dwa kanały wejściowe (lewy i prawy) oraz cztery wyjściowe: L (lewy), R (prawy), S (surround) i C (centralny). Na każdym z wejść zastosowano 16-bitowy przetwornik ADC, na
Tab. 2. Procesory dźwięku przestrzennego z efektem dookólnym
Typ procesora Liczba wejść stereo Tłumienie głosu wokalisty Wejście dla mikrofonu Regulacja pasma Tryby dźwięku przestrzennego Liczba wyjść stereo pomocniczych Obudowa Uwagi
tony niskie tony średnie tony wysokie
TDA7429S 4 + + + + muzyka kino symulacja 2 SDIP42
TDA7429T 3 + + + + muzyka kino symulacja 2 TOFP44
TDA7430 4 + + + + + muzyka kino symulacja 1 TOFP44
TDA7431 1 + + + + + muzyka kino symulacja 1 SDIP42
TDA7442D 4 - - + - + muzyka pseudostereo 1 SO28
TDA7464 4 + + + + muzyka kino symulacja 1 TOFP44 SRS, regulacja przestrzeni, regulacja środka
TDA7465 1 + + + + + muzyka kino symulacja 1 SDIP42 SRS, regulacja przestrzeni, regulacja środka
TDA7466 1 + + + + muzyka kino symulacja 1 SDIP42 SRS, regulacja przestrzeni, regulacja środka
Elektronika Praktyczna 5/99
89
NOWE PODZESPOŁY
wys. 4.
wyjściach zaś 16-bitowy przetwornik DAC. Zależnie od rodzaju sygnału wejściowego i liczby torów głośnikowych możliwe są różne tryby pracy:
- przy wejściowym sygnale PioLogic uzyskać można standardowy efekt przestrzenny Dolby Sunound PioLogic (przy czterech kanałach wyjściowych) lub efekt przestrzenny 3D typu VMAX lub TRUSURROUND (przy dwóch kanałach wyjściowych);
- przy zwykłym sygnale stereofonicznym na wejściu i dwóch kanałach wyjściowych możliwy jest efekt przestrzenny 3D w systemie SRS lub zwykły efekt stereofoniczny;
- przy monofonicznym sygnale wejściowym i dwóch kanałach wyjściowych możliwy jest symulowany efekt przestrzenny SRS. Układ zawiera cyfrowy procesor DSP umożliwiający uzyskanie dodatkowych efektów typu DELAY, REVERB, CHORUS (realizowany poprzez okresową zmianę opóźnienia według funkcji piłokształtnej) oraz FLANGER (będący kombinacją dwóch poprzednich).
Kolejne stopnie opisywanego procesora to układ regulacji głośności z korekcją fizjologiczną LOUDNESS oraz trójpunktowy korektor graficzny. Procesor jest sterowany poprzez magistralę PC. Będzie dostępny także w obudowie do montażu powierzchniowego SO28 pod nazwą TDA7444D.
Drugi układ najnowszej generacji, uboższy pod względem liczby realizowanych funkcji, to TDA7445. Jest on przewidziany do pracy tylko w systemie Dolby Suiiound PioLogic. Zawiera procesor cyfrowy dekodujący sygnał w tym systemie, z funkcją regulacji głośności i z korekcją LOUDNESS. Dwa analogowe sygnały wejściowe L i R zamieniane są na cztery analogowe sygnały wyjściowe L, R, S i C. Na wejściach i wyjściach umieszczono odpowiednio 16-bito-we przetworniki ADC i DAC. Odmiana tego układu w obudowie SO28 nosi nazwę TDA7445D.
Obydwa procesory z systemem Dolby Sui-round PioLogic mają wejść do piodukcji se-lyjnej jeszcze w tym loku. Tadeusz Jędrzej czy k
Artykuł został opracowany w oparciu o materiały z firmy STMicroeiectronics.
Osoby zainteresowane opisanymi produktami mogą uzyskać bliższe informacje w polskim przedstawicielstwie STMicroeiectronics w Warszawie pod n umerem telefon u [0-22) 622-05-61, faxu (0-22) 623-64-37 lub pocztą elektroniczną pod adresem [e-mail]. Zapraszamy również na stronę www.st.com w Internecie.
Czytelnicy zainteresowani pełnymi danymi technicznymi przedstawionych układów mogą je znaleźć na stronie internetowej www.st.com.
rvs. 5.
� 6 � 6 � 6 � 6
�T �T �T
90
Elektronika Praktyczna 5/99
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
DzioS "Projekty Czytelników" zawiera opisy projektów nadesłanych do redakcji EP przez Czytelników. Redakcja nie bierze odpowiedzialności za prawidłowe działanie opisywanych układów, gdyż nie testujemy ich laboratoryjnie, chociaż sprawdzamy poprawność konstrukcji.
Prosimy o nadsyłanie własnych projektów z modelami (do zwrotu). Do artykułu należy dołączyć podpisane oświadczenie, że artykuł jest własnym opracowaniem autora i nie był dotychczas nigdzie publikowany. Honorarium za publikację w tym dziale wynosi 250,- zł (brutto) za 1 stronę w EP. Przysyłanych tekstów nie zwracamy. Redakcja zastrzega sobie prawo do dokonywania skrótów.
Sprzętowy emu lator z rodziny PIC
Czy próbowaliście
uruchamiać układ
mikroprocesorowy mając do
dyspozycji asembler
i symulator programowy?
Wszyscy, którzy
odpowiedzieli pozytywnie
na to pytanie wiedzą ile
godzin pracy zabierają
poprawki programu, który
początkowo wydawał się
tak elegancko napisany.
Bywa, że końcowym
wynikiem naszej pracy jest
stwierdzenie, że algorytm
oprogramowania jest
nieprawidłowy lub
sprzętowe zasoby
zastosowanego
mikrokonirolera są
n i ewys tarcza ją ce.
W takim przypadku
nasza praca trafi do kosza.
DC-DC
mikrokontrolerów
Projekt
060
Aby pisy spieszyć proces uruchamiania systemów mikroprocesorowych niezbędny jest sprzętowy emulator rnik-rokontrolera. Urządzenie to umożliwia łatwe wprowadzanie poprawek do emulowane-go mikrokontrolera i testowanie programu w czasie rzeczywistym.
Jeden z mikrokontrolerów z serii PIC dysponuje pamięcią reprogramowalną elektrycznie i możliwością programowania łączem szeregowym. Pozwala to na zbudowanie urządzenia zdolnego do emulacji wielu mikrokontrolerów z rodziny PICl6CXX.
Opis sposobu działania urządzenia
Emulator składa się z dwóch mikrokontrolerów (PIC16C84 lub PIC16F84): Pl
Zł
i P2 (rys. 1).
Niestety, w chwili powstawania emulatora nie miałem do dyspozycji mikrokontrolera PIC16F84 i nie mogłem przetestować poprawności działania urządzenia z tym rnik.ro-kontrolerem. Sądząc jednak po jego opisie technicznym, emulator powinien działać poprawnie mając do dyspozycji więcej pamięci danych RAM.
Mikrokontroler Pl odbiera dane w formacie INHX8M, za pośrednictwem łącza szeregowego, z komputera IBM PC,
dekoduje je do postaci binarnej i programuje mikrokontroler P2 łączem szeregowym SPI (RB6, RB7).
Mikrokontroler P2 emulu-je działanie uruchamianego mikrokontrolera. Jest on połączony z układem uruchamianym za pośrednictwem złącza Zl, które wtyka się w miejsce docelowego mikrokontrolera. Za pośrednictwem tego złącza emulator jest zasilany z obwodów układu uruchamianego. Przetwornica DC-DC z 5V na 12,5V zapewnia zasilanie oraz inicjację trybu programowania mikrokontrolera P2.
Na rys. 2 przedstawiono sposób szeregowego progra-
Tab. 1. Polecenia szeregowego programowania mikrokontrolerów PIC.
Rys. 1.
FLST
P2PIC16CB4 RBSRB7
ł,\fcc
Lp Polecenie Format polecenia MSB LSB Dane
1 Ładuj konfigurację mikrokontrolera 000000 0,dane(14),0
C-J Ładuj dane do pamięci programu 000010 0,dane(14),0
3 Czytaj danez pamięci programu 000100 0,dane(14),0
4 Inkretnentacja adresu 000110
5 Rozpocznij programowanie 001000
6 Ładuj dane do pamięci danych 00001 1 0,dane(14),0
7 Czytaj danez pamięci danych 000101 0,dane(14),0
8 Kasuj zawartość pamięci programu 001001
9 Kasuj zawartość pamięci danych 001011
Elektronika Praktyczna 5/99
91
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
VHH=1Ł5V
Rys. 2.
mowania mikrokontrolerów PIC16C84. Przed programowaniem wyprowadzenie RBO mikrokontrolera Pl wymusza sygnał reset mikrokontrolera P2. Następnie, wyprowadzeniem RB5 mikrokontrolera Pl wymusza przyłączenie poprzez przekaźniki wyprowadzeń RB6, RB7 mikrokontrolera P2 do odpowiednich wyprowadzeń mikrokontrolera Pl. Na wyprowadzeniach tych byl uprzednio ustawiony stan niski.
Załączenie przekaźników powoduje jednocześnie wyprowadzenie napięcia programującego VHH=12,5V na wejście RESET mikrokontrolera P2, powodując wprowadzenie go w tryb programowania. Po upływie minimum lus możemy przesłać do mikrokontrolera P2 polecenia związane z procesem programowania. Polecenia przesyłane są począwszy od najstarszego bitu. Wszystkie polecenia są sześ-ciobitowe (tab. 1).
Power reset
ustawiania zmiennych
systemu
Rys. 3.
Proces programowania
W tab. 1 przedstawiono polecenia dostępne podczas programowania szeregowego. Są one - mam nadzieję - czytelne i nie wymagają komentarza. Wyjaśnienia wymaga natomiast format przesyłania danych.
Po poleceniach związanych z odczytem i zapisem danych następuje przesyłanie danych. Dane z pamięci programu mikrokontrolerów rodziny PIC16XX są czternasto-bitowe, dane pamięci danych ośmiobitowe. Podczas procesu odczytu-zapisu danych wymagane jest wygenerowanie szesnastu taktów zegara, lecz pierwszy i ostatni takt w wypadku odczytu są jałowymi, a w wypadku zapisu do mikrokontrolera wymaga się, aby był wpisywany bit 0. Stąd pochodzi forma zapisu danych ,,0,dane(l4),0". Podczas zapisu i odczytu z pamięci danych uwzględniamy tylko pierwsze osiem bitów, mimo tego taktować musimy 16 bitów.
Cechą szczególną mikrokontrolerów rodziny PIC jest to, że programujemy nie tylko sposób działania mikrokontrolera, lecz również jego konfigurację. Możemy zaprogramować rodzaj zegara systemowego, watchdog, zablokować dostęp do odczytu naszego programu. Wyczerpującą literaturę, dane techniczne, algorytmy programowania, wiele przykładowych procedur oraz podstawowe oprogramowanie uruchomieniowe znajdziesz drogi Czytelniku pod adresem http://www.microchip.com. Dlatego nie będę tutaj opisywał algorytmów programowania konfiguracji oraz pamięci danych i programu zwłaszcza, że firma prezentuje wiele różnych algorytmów poprawiających pewność i trwałość zapisu.
Proces programowania pamięci programu przebiega następująco:
- inicjalizacja poprzez RB6=0 i RB7 = 0, a następnie RESET=VHH (w tym momencie zerowany jest licznik programu),
- polecenie ,,Ładuj dane do pamięci programu",
- ładuj dane,
- polecenie ,,Rozpocznij programowanie",
- czekaj lOms,
- polecenie ,,Czytaj dane z pamięci programu",
- czytaj dane,
- weryfikacja poprawności zapisu,
- polecenie ,,Inkrementacja adresu",
- powtarzamy powyższe polecenia aż do wyczerpania adresów.
Proces programowania pamięci danych przebiega analogicznie, lecz występują polecenia dotyczące pamięci danych.
Programowanie konfiguracji mikrokontrolera wiąże się z programowaniem specjalnego obszaru pamięci, który jest wywoływany poleceniem ,,Ładuj konfigurację" i przesłaniem pod adresem (0x2007H) słowa konfiguracji.
Podczas procesu programowania szeregowego nie musimy kasować uprzednio zapisanych informacji.
Oprogramowanie emulatora
Program obsługi emulatora wykonuje następujące zadania:
- programowa emulacja łącza szeregowego RS232 19200,N,8,l,
- interpretacja przychodzących danych i poleceń,
- konwersja odebranych danych z formatu INHX8M na binarny,
- komunikacja z mikrokontro-lerem emulującym program,
- zapis i odczyt danych programu oraz konfiguracji mikrokontrolera emulujące-
g�-Interesującym jest fakt, że
udało się zmieścić w pamięci operacyjnej mikrokontrolera dosyć złożone oprogramowanie. Należy to przypisać niezwykle efektywnemu kodowi mikrokontrolerów rodziny PIC. Drugą ciekawostką jest możliwość uzyskania stosunkowo dużej prędkości komunikacji (l9200bit/s), ze sprzętową obsługą tego procesu: RTS-CTS, przy wolnym zegarze taktującym mikrokontro-ler - częstotliwość zaledwie 4MHz.
Omówienie wszystkich procedur programu emulatora i programu komunikacyjnego, ze względu na ich liczbę, raczej nie wchodzi w rachubę.
Muszę się ograniczyć do przedstawienia algorytmu oprogramowania mikrokontrolera emulatora. Myślę, zdając się na dociekliwość Czytelników, że przedstawienie algorytmu i źródeł będzie wystarczające do zrozumienia działania emulatora.
Program komunikacyjny napisałem w języku PDS 7.1. Jest to bardzo rozbudowany QBASIC. Dlaczego w QBASI-CU? Otóż dlatego, że można w nim napisać bardzo szybko dobre oprogramowanie. Oczywiście, każdy język jest tak dobry, jakie są dostępne do niego biblioteki. Biblioteki piszę sam w asemblerze i aby skompilować mój program trzeba z nich skorzystać.
Oprogramowanie mikrokontrolera emulatora czyta polecenia z komputera IBM PC, nadawane za pośrednictwem programu komunikacyjnego i wykonuje szereg operacji.
Polecenia stanowią pojedyncze litery ASCII:
- ,,H" - ładuj program,
- ,,I" - czytaj program,
- ,J" - czytaj konfigurację,
- "L" - czytaj dane,
- ,,M" - pisz dane,
- ,,Y" - koniec danych.
Przykładowo, emulator po odebraniu polecenia ,,H" wykonuje inicjalizację trybu programowania mikrokontrolera emulującego, przełącza odpowiednio przekaźniki i czeka pewien czas na ustalenie się styków. Następnie oczekuje znaku ,,:". Przesłanie dowolnego innego znaku lub zakłócenie powodujące zmianę informacji przesłanej powodują koniec procesu programowania i wygenerowanie przez emulator komunikatu o błędzie programowania.
Następny bajt informuje o ilości danych ,,LL", które będą przesłane. Ta informacja jest ważna, ponieważ przesyłane rekordy mogą maksymalnie mieć 16 bajtów, lecz mogą być krótsze. Dzięki tej danej wiemy kiedy kończy się rekord i odebrany bajt nie jest daną do zapisu, lecz sumą kontrolną.
Następnie jest przesyłany adres ,,AAAA" informujący, gdzie w pamięci programu mają być umiejscowione dane, potem typ danych "00"oraz dane "DD". Ostatnim bajtem jest ośmiobitowa liczba ,,SS" liczona jako zero minus suma wszystkich poprzedzających danych za wy-
Elektronika Praktyczna 5/99
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
A1S A16 A3
~~A2\
~~aT\
~Aia\
A17
RBO/IT RB1 RB2 HB3 RB4 RBS RB8 RB7

7 A7\
8 A8\
9 M\
10 A10\
11 A11\
A1 1
/"A2 2
/Ja 3
/ 4
A5 5
/" e
/"� 7
/"A8 S
IŁ 9
' A10 10
/"Ali 11
/A12 12
/A13 13
/A14 14
-'Ale 1G
/A16 16
/"aT7 17
/"aib 18
/ 19
20

Rys. 4.
jątkiem znaku ,,:". Wszystkie elementy pliku HEX są typu znakowego. Suma odnosi się do wartości jaką reprezentują.
" : L L A A -AAOODDDDDDDDDDDDDDDDSS" - format "HEX"
Po poprawnym odebraniu całego rekordu i umiejscowieniu go w pamięci danych (DAN0..DAN15), dane są kolejno konwertowane do postaci binarnej i zapisywane w pamięci mikrokontrolera emulującego. Jeżeli suma kontrolna odebranych danych jest nieprawidłowa generowany jest błąd sumy kontrolnej "A".
Po dokonaniu zapisu jest on weryfikowany z danymi odebranymi. Jeżeli zapis jest poprawny, generowany jest znak sukcesu "S" i mikrokon-troler emulatora oczekuje kolejnego rekordu. W przeciwnym wypadku generowany jest komunikat ,,G" - błąd zapisu. Po odebraniu ostatniego rekordu ":OOOOOlFF", jeżeli wszystkie poprzednie operacje przebiegły pomyślnie,
ą mikrokontroler emulatora generuje "Y" i kończy proces programowania.
Polecenia programowania konfiguracji i pamięci danych przebiegają podobnie. Inne są tylko komuni-I kąty w procesie programo-I wania i inne adresy, którymi operuje mikrokontroler emulatora. Program komunikacyjny nie zawiera obsługi programowania pamięci danych.
Na rys. 3 przedstawiono ogólny algorytm programu. Program testuje stan pinu RA3 mikrokontrolera PIC16C84. Jeżeli wystąpi niski poziom logiczny, program przechodzi do obsługi procedury łącza szeregowego. Odebrany znak jest interpretowany i weryfikowana jest jego poprawność. W zależności od odebranego znaku wykonywane są procedury omówione powyżej.
Procedura obsługi łącza szeregowego po wykryciu niskiego stanu RA3 bada poprawność sygnału START. Procedura jest wykonywana, jeżeli sygnał START trwa odpowiednio długo. Po poprawnym odebraniu sygnału START procedura próbkuje stan pinu RA3 w odpowiednich momentach osiem razy. Procedura nie bada bitu kontroli parzystości i sygnału stopu.
W trakcie nadawania przez mikrokontroler do kom-
putera IBM PC, nadawany jest pełny sygnał odpowiadający formatowi 19200, N, 8, 1.
Aby zsynchronizować działanie komputera i emulatora, podczas komunikacji testuje się sygnały CTS i wystawia odpowiednie sygnały RTS, by nadawać tylko wtedy, gdy urządzenie jest gotowe do odbioru.
Rozwiązania sprzętowe emulatora
Emulator został zaprojektowany z myślą o maksymalnej prostocie rozwiązań sprzętowych (schemat na rys. 4). Niestety, wiąże się z tym dosyć uciążliwy proces uruchamiania sprzętu.
Powielacz napięcia wykonano w oparciu o generator astabilny z elementów Ni
1 Tl. Uzwojenie pierwotne 1-
2 transformatora zawiera 50 zwojów, uzwojenie wtórne 3-4 180 zwojów, uzwojenie sprzęgające 7-8 10 zwojów, uzwojenie zwrotne 5-6 50 zwojów. Całość nawinięto na rdzeniu kubkowym o średnicy 12 mm, o AL=340. Uruchomienie generatora wymaga odpowiedniego wyfazowa-nia uzwojeń. Napięcie z przetwornicy jest prostowane i stabilizowane stabilizatorem N4 zbudowanym z układu 78L12. Ponieważ mikrokontroler do inicjalizacji procesu programowania (PIC16F84) i do procesu programowania
(PIC16C84) wymaga napięcia co najmniej 12,5V, podwyższyłem napięcie wyjściowe stabilizatora do 13,2V stosując w obwodzie GND stabilizatora podwójną diodę BAP811. Jeżeli chcemy uprościć proces uruchamiania emulatora, powinniśmy zastąpić przetwornicę i stabilizator li-
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
R3, R4, R5, R6, R7, R8, R9,
RIO, Rll, R12, R13: 4,3kQ
Kondensatory
Cl: 4,7nF
C2, C3, C5, Có: 22pF
El, E2: 4,7^F/Ó,3V
Półprzewodniki
Pl, P2: PIC16C84
Dl, D2, D4, Dó, D7: 1N4148
D3: 1N4002
D5: DZ6,2V
D8: BAP811 Z1,2V
stabilizator 1,2V
NI: BC239
N2, N3: BC309
N4: UA78L12CP
Różne
P4: złqcze 6-pinowe
Q2: złqcze 9-pinowe
(RS232)
20PIN: złqcze emulacyjne
Przl, Prz2: przekaźniki
Matsushita HD1-M-12DC
Tl: transformator wg opisu
C4: dobierany oscylator
kwarcowy
Elektronika Praktyczna 5/99
93
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
niowy nowoczesnym, impulsowym stabilizatorem podwyższającym napięcie.
W obwodzie RB6 i RB7 mikrokontrolera emulującego P2 zastosowałem dwa miniaturowe, jednostykowe przekaźniki firmy Matsushita typu HD1-M-DC12, które jak się okazało sprawnie pracują również przy napięciu zasilającym 5V.
Standard RS232 wymaga dla linii transmisyjnych napięcia bipolarnego o amplitudzie od 3 do 15V [1]. Praktyka wykazała, że ogromna większość łączy w komputerach IBM PC zadowala się dodatnim napięciem unipolarnym. Możemy więc zrezygnować z tranzystora N2 i rezystora R4, pamiętając
aby wprowadzić w oprogramowaniu mikrokontrolera negację bitów nadawanych. Amplituda sygnałów nadawanych na poziomie 4,5V w zupełności wystarcza do transmisji sygnału na odległość do 2m.
Zegar mikrokontrolera emulatora Pl zbudowałem stosując generator RC. Stabilność takiego generatora wystarcza do utrzymania łączności w warunkach laboratoryjnych. Niestety wiąże się z tym konieczność dokładnego dobrania R i C generatora tak, aby otrzymać wartość częstotliwości zegara 4MHz. Wartość tę musimy zmierzyć na pinie OSC2 mikrokontrolera Pl i powinna wynosić lMHz.
Sposób posługiwania się emulatorem
Po podłączeniu emulatora do gniazda coml lub com2 wydajemy polecenie picemul . Powinniśmy również zadbać o konfigurację mikrokontrolera. Parametry konfiguracji mikrokontrolera wpisujemy dowolnym edytorem tekstowym do pliku ,,econfig.dat". Format konfiguracji powinien być dla osób znających rodzinę PIC zupełnie jasny. Emulator posiada złącze P4 służące do ustawienia zegara mikrokontrolera. Należy zwrócić uwagę, aby sprzętowa konfiguracja generatora zegara była zgodna z ustawieniem w pliku ,,econfig.dat". Kwarc generatora zegara znajduje się
w specjalnym gniazdku. Możemy łatwo wymienić rezonator na pożądany przez emu-lowany układ. Najistotniejszą uwagą jest ta, aby nie uruchamiać urządzeń prototypowych na sprzęcie ostatniej generacji. Janusz Raniszewski
Literatura
1. Wojciech Mielczarek ,,Szeregowe interfejsy cyfrowe" wyd. Helion 1993
2.Microchip Technology Inc. "PIC16/17 databook" 1995/ 1996
3. Atmel Corporation "AVR enhaced RISC microcontro-ler data book" 1997
Źródła
1. http://www.microchip.com
2. http://www.atmel.com
94
Elektronika Praktyczna 5/99
6/99
czerwiec � 6 zł 80 gr
PROJEKTY ZAGRANICZNE
Programator mikrokontrolerów Atmel AT89C2051/1051
Układy AT89 stanowią
d o brą al tern a tywę dl a
mikrokontrolerów PIC, jeśli
niezbędne są bardziej
rozbudowane polecenia
i możliwość sterowania.
W artykule prezentujemy
układ prostego programatora
procesorów AT89, dzięki
którem u będzie m ożn a bez
trudu rozpocząć tworzenie
przy ich pomocy własnych
projektów.
Dane układu AT89C2051:
/ zgodność z MCS-51;
/ 2kB reprogramowalnej pamięci flash, do 1000
cykli kasowanie/zapis; / zakres napięć zasilania 2,7V..6V; / zakres częstotliwości zegara O..24MHz; / podwójna blokada pamięci programu; / wewnętrzna pamięć RAM 128*8 bitów; / 15 programowanych linii we/wy; / dwa 16-bitowe liczniki/timery; / sześć źródeł przerwań; / programowalne złącze szeregowe UART; / możliwość bezpośredniego sterowania diod
LED;
/ wbudowany komparator analogowy; / 2 tryby pracy z niskim poborem mocy (ang.
Idle oraz Power Down).
Bardzo użyteczne i nadające się do wykorzystania w różnych zastosowaniach procesory Atmel AT89C2051/1051 należą do rodziny 8051. Wyposażone są w wewnętrzną pamięć PEROM flash (ang. Programmable and Erasable Read Only Memory), która może być ponad tysiąckrotnie przeprogramowana. Przeprogramowanie takiej pamięci trwa kilka sekund i nie wymaga długotrwałego etapu kasowania jej zawartości przy pomocy ultrafioletu. Procesory te są montowane w obudowach 20-nóż-kowych.
Opisany w artykule programator współpracuje z komputerem PC przez port równoległy. Oprogramowanie działa w środowisku DOS, co pozwala na jego użycie w niemal wszystkich współczesnych komputerach PC.
Aby programator mógł działać we wszystkich przewidzianych trybach pracy, port równoległy komputera powinien zostać skonfigurowany do pracy w trybie 8-bitowego portu dwukierunkowego (nazywanego także trybem PS/2). Zmiany konfiguracji dokonać można modyfikując ustawienia BIOS-u podczas procedury startowej komputera. Przydatny przy tym będzie podręcznik użytkownika komputera.
Hardware i oprogramowanie zostały zaprojektowane w oparciu o informacje podane w nocie aplikacyjnej firmy Atmel (informacje w odpowiednim podręczniku, CD lub na stronie internetowej www.atmel.com).
Mimo że implementacje są różne (zwłaszcza dotyczy to strony układowej), zarówno układ jak i oprogramowanie powinny być funkcjonalnie zgodne z opisanymi w nocie aplikacyjnej. Uwaga: opisywany programator nie współpracuje z układami o 40 wyprowadzeniach (AT89C51/52).
Tryby programowania
Układy 2051/1051 mogą być programowane w różny sposób. Tryby programowania są ustalane poprzez podanie sygnałów sterujących na wyprowadzenia P3.3 -P.3.7 (rys. 1 i tab. l).
Read Signature Data -Odczyt bajtów sygnatury
Trzy bajty są zaprogramowane przez producenta i umożliwiają identyfikację procesora: Bajt 1 - określa producenta
(1EH - Atmel) Bajt 2 - określa typ układu
(21H - 2051, 11H - 1051) Bajt 3 - określa napięcie
programujące (FFH - 12V)
Write Code Data - Zapis programu
W procesie tym jest dokonywany zapis kodu do pamięci PEROM. Przed rozpoczęciem zapisu należy usunąć zawartość pamięci (po skasowaniu stany wszystkich komórek wynoszą FFH), co jest realizowane w sposób elektryczny, bez potrzeby używania kasownika ultrafioletowego.
Podczas programowania w wewnętrznym liczniku znajduje się
Tab. 1.
Tryb programowania P3.2 P3.3 P3.3 P3.4 P3.5 P3.7
Zapis kodu 12V !CLK L H H H
Odczyt kodu H H L L H H
Zapis Lock 1 12V !CLK H H H H
Zapis Lock2 12V !CLK H H L L
Kasowanie 12V !CLK H L L L
Sygnatura H H L L L L
Elektronika Praktyczna 6/99
13
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
Tiyb programowania +5V
Tryb odczytu +5V
Zwiększa Stan licznika a*esu
Wpisywano
dane zgodne z tab. 1.
V N
Zwiększa stan Ikoika adresu
" P1.0/A+
P3.2 P1.1/A-
P33 P1,2
P3.4 P1.3
P3.5 P1,4
P3.7 P1.S
P1.6
P1.7
>XTAL1
PESET GND
Odczytywane
dane
Rys. 1. Konfiguracja wyprowadzeń i przepływ informacji podczas odczytu i programowania układów AT89C2051/1051.
bieżący adres, inkrementowany po zaprogramowaniu każdej komórki, aż do zapełnienia pamięci mikro-kontrolera.
Chip Erase
- Kasowanie Pamięci
W tym trybie cała zawartość pamięci PEROM oraz oba bity blokujące zostają skasowane. Jest to operacja niezbędna przed przystąpieniem do programowania. Po skasowaniu stany komórek powinny wynosić FFH.
Read Code
- Odczyt Programu
Zawartość pamięci PEROM może zostać odczytana, pod warunkiem, że drugi bit blokady nie jest ustawiony. Możliwość odczytania zawartości pamięci może być przydatna podczas weryfikacji oprogramowania, a także do skopiowania programu do innego mikro-kontrolera, gdy nie dysponujemy zbiorem zawierającym ten program.
Write Lock Bits
- Zapis Bitów Blokady
Zawartość pamięci PEROM jest niedostępna po zaprogramowaniu bitów blokady. Ustawienie pierwszego bitu blokady uniemożliwia dalsze programowanie układu, natomiast ustawienie drugiego bitu blokady - uniemożliwia odczyt zawartości pamięci, zapobiegając kopiowaniu zawartości lub próbie odtworzenia programu asemblero-wego.
Opis układu
Hardware zawiera interfejs między portem równoległym komputera PC a programowanym układem oraz zapewnia doprowadzenie właściwego dla danego układu
napięcia programującego. Zależności czasowe cykli programowania są kontrolowane przez program komputerowy.
Układ przedstawiony jest na rys. 2. Całość operacji kodowania i dekodowania realizuje prepro-gramowany układ PLD (IC3).
Nadajnik szyny LS245 (ICl) stanowi bufor linii danych, ponieważ niektóre z kart I/O PC posiadają w porcie równoległym rezystory podciągające i programator musi zapewnić prąd o dostatecznie wysokim natężeniu.
Bufor HC240 (IC5) odcina sygnały sterujące od programowanego układu podczas sekwencji startowej.
Napięcie programujące może przyjmować wartości 0V, 5V i 12V. Napięć tych dostarcza stabilizator LM317T (IC4), a tranzystory TRI i TR2 pozwalają na ich przełączanie.
Opis oprogramowania
Zależności czasowe cykli programowania są kontrolowane przez oprogramowanie. Aby uniezależnić oprogramowanie od systemu, wszystkie opóźnienia są generowane przez timer komputera.
Oprogramowanie jest oparte na algorytmie przedstawionym w nocie aplikacyjnej firmy Atmel. Wprowadzono w nim jednak pewne zmiany i ulepszenia. Najistotniejsza zmiana polega na umożliwieniu odczytu przez program zbiorów w postaci binarnej i w kodzie Intela (mogą to być zbiory z niesekwencyjnym adresowaniem
- na których odczyt nie pozwalają niektóre programy konwersji).
Oprogramowanie zapewnia wykonanie następujących operacji:
- ERASE DEVICE - skasowanie
zawartości pamięci, w tym także bajtów blokady.
- READ SIGNATURE - wyprowadzenie na ekran zawartości bitów identyfikujących.
- PROGRAM - zaprogramowanie układu zawartością podanego zbioru.
- PROGRAM LOCK - blokada programowania i odczytu.
- VERIFY - odczyt zawartości pamięci i porównanie z zawartością podanego zbioru.
- SAVE - Odczyt zawartości pamięci i zapis w postaci zbioru binarnego.
Wykonanie
Schemat rozmieszczenia elementów oraz mozaikę ścieżek druku płytki programatora przedstawia rys. 3.
Na płytce znajduje się kilka wąskich ścieżek i małych punktów, a więc należy zachować ostrożność przy samodzielnym wykonywaniu otworów. Do wykonywania otworów należy używać odpowiednio dobranych wierteł (0,8mm w przypadku otworów pod układy ICl, IC3, IC4, tranzystory, rezystory i kondensatory, a l,2mm w przypadku IC2 i IC4 oraz lmm w przypadku złącz). Jeśli zaistnieje potrzeba wy lutowania któregokolwiek z podzespołów, to należy doprowadzać jak najmniej ciepła, ponieważ ścieżki mogą ulec oderwaniu od płytki.
Przed montażem elementów należy wlutować zworki, zwłaszcza tę, która znajduje się pod układem IC3.
Na schemacie przewidziano użycie dwóch różnych rodzajów rezystorów - standardowych i miniaturowych 0.125W. Jeśli wystąpią trudności ze zdobyciem takich rezystorów, można wlutować pionowo rezystory standardowe. Montując moduł oporowy (R14..R21) należy pamiętać o jego prawidłowym ustawieniu (kropka na obudowie przy wyprowadzeniu 1).
Podstawka IC6 powinna być typu ZIF, ponieważ wkładany w nią będzie programowany układ. Podstawki ZIF posiadają na ogół więcej niż 20 wyprowadzeń i może okazać się konieczne wstawienie jej w zwykłą podstawkę. Pod układy ICl, IC3 i IC5 stosujemy podstawki standardo-
14
Elektronika Praktyczna 6/99
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
Rys. 2. Schemat ideowy programatora układów AT89C2051/1051.
we. Podczas lutowania podstawki układu IC3 należy zachować szczególną ostrożność, ponieważ ścieżki są w tym przypadku bardzo wąskie. Podstawkę tę należy wlutować zgodnie z rysunkiem (ścięty róg).
Stabilizatory napięcia IC2 i IC4
powinny zostać wlutowane pionowo, a powierzchnie metalowe ich obudów winny być zwrócone w stronę płytki. W przypadku stabilizatora IĆ2 może być potrzebny niewielki radiator, aczkolwiek w przypadku prototypu nie został on zastosowany.
Obudowa 2 5-kontaktowego złącza typu D (SKl) powinna zostać uziemiona przy jednym z punktów zamocowania. Płytka jest łączona z komputerem PC standardowym, 2 5-żyłowym przewodem drukarki, zakończonym z obu stron męskimi wtykami D.
Programator wymaga zasilania ze źródła o napięciu od 14,5V do 18V i obciążalności 200mA. Zalecane jest użycie małego ada-Ś Ś ptera sieciowego.
Programator można umieścić w obudowie, choć nie jest to konieczne. Wy-" bór pozostawiono wykonującemu projekt. Uwaga: jeśli jednak zdecydujemy się na obudowę, należy użyć podstawki ZIF o długich wyprowadzeniach, tak aby wystawała z obudowy.
Sprawdzenie
Przed podjęciem próby ,, programowania mikrokont-rolerów należy sprawdzić, czy:
- w układzie wlutowane zo-,, stały wszystkie zworki;
- na płytce nie ma kropel cyny;
wszystkie elementy o określonej polaryzacji zostały prawidłowo wlutowane.
Jeśli wszystko wygląda poprawnie, należy włączyć zasilanie płytki nie wstawiając w nią układu przeznaczonego do zaprogramowania i nie łącząc jej z komputerem. Należy zmierzyć pobór prądu, który powinien wynieść około lOOmA. Jeśli tak nie jest, wyłączamy zasilanie i ponownie sprawdzamy układ.
Eksploatacja programatora
Opierając się na instrukcji użytkowania komputera należy upewnić się, czy port równoległy jest skonfigurowany do pracy w trybie dwukierunkowym 8-bito-wym.
Jeśli port znajduje się na karcie I/O, może okazać się konieczne przestawienie zworki. Jeśli
Elektronika Praktyczna 6/99
15
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
kaTty nie można skonfigurować do pracy dwukierunkowej, programowanie mikiokontrolerów będzie nadal możliwe, ale polecenia VE-R1FY i READ SIGNATUKE nie będą funkcjonować. Karty I/O są j ednak na tyle tanie, że m ożna ewentualnie nabyć nową. Po skonfigurowaniu portu można podjąć próbę zaprogramowania mikiokon-tiolera.
Należy włączyć kabel w wolny port drukarki (LPTl lub LPT2). Po zgłoszeniu się DO S-u uruchomić program PROG51. W linii rozkazowej należy podać informację o numerze użytego portu drukarki, np. w przypadku LPTl należy podać polecenie Następnie należy włączyć przewód drukarki w gniazdo programatora, wstawić przeznaczony do zaprogramowania mikiokontioler w podstawkę ZIF i włączyć zasilanie programatora. UWAGA: zasilanie programatora musi bezwzględnie zostać wyłączone przed wstawieniem lub wyjęciem z płytki programowanego układu!
Jako opcję domyślną program wybiera układ 2051. Typ układu można zmienić naciskając klawisz 1(1051) lub 2(2051), co spowoduje zmianę pierwszej linii menu. Jeśli w podstawce ZIF znajduje się układ, można w sposób automatyczny odczytać jego typ, przez naciśnięcie klawisza R wywołując polecenie READ SIGNATURE. Bajty sygnatury zostaną wyprowadzone na ekran, a właściwy typ ukła-
Śfinto;
Rys. 3. Schemat rozmieszczenia elementów i mozaika ścieżek druku płytki programatora układów ATS9C2051/1051.
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
(0.25W - o Ile nie podano Inaczej)
R1..R4: 10kn
R5, Rll: 2,
Ró, R9: lk
R7: 270ft
RS: lOOkn
RIO:
R12:
R13:
RM1: 9x 10kn - R-pack
Kondensatory
Cl: S2pF, ceramiczny
C2, C3, Có, C7, CS: lOOpF
C4:
C5:
Półprzewodniki
TRI: BF549
TR2: BC557
IC1: 74LS245
IC2: 7805
IC3: ISP2O32 (preprogramowany
kontroler)
IC4: LM317T
IC5: 74HC240
ICÓ: S9C2051 (patrz tekst)
Różne
SK1: 25-kontaktowe żeńskie złqcze
D, do montażu na płytce
dwie 20-nóżkowe podstawki DIL,
podstawka 20-nóżkowa ZIF
o szerokości 0,3" (patrz tekst), 44-
nóżkowa podstawka PLCC,
zasilacz sieciowy 14,5V - 1SV/
200mA, kabel drukarki zakończony
25-kontaktowymi męskimi wtykami
D, mały radiator do układu IC2.
du zostanie ustawiony automatycznie.
Aby zaprogramować układ, należy nacisnąć klawisz P. Program zapyta o nazwę i rodzaj zbioru. Może to być zbiór binarny lub zbiór w kodzie Intela (zbiory takie są zapisane w kodzie ASCII i posiadają rozszerzenie HEX). Zalecane jest wykorzystywanie zbiorów drugiego rodzaju, ponieważ program dokładniej sprawdza takie zbiory.
Przed zaprogramowaniem układ zostanie całkowicie skasowany -nie istnieje możliwość zaprogramowania na nowo tylko części pamięci.
Aby sprawdzić zawartość pamięci układu, należy nacisnąć klawisz R. Program zapyta o nazwę zbioru, z którym należy porównać zawartość pamięci. Jeśli
16
Elektronika Praktyczna 6/99
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
w wyniku porównania stwierdzone zostaną różnice, będą one wyprowadzone na ekran.
Komunikaty o błędach
Podczas pierwszego testu programatora należy odczytać bajty sygnatury. Jeśli wynik brzmi FFH, FFH, FFH, przyczyn może być kilka. Należy wtedy:
- sprawdzić kable i obecność napięcia zasilania na płytce programatora;
- upewnić się, czy wykorzystywany jest właściwy port drukarki;
- sprawdzić poprawność wykonania płytki;
- sprawdzić konfigurację BIOS-u (port powinien być dwukierunkowy).
Jeśli wszystko wydaje się być w porządku, można podjąć próbę
zaprogramowania układu. Jeśli próba powiedzie się, ale w wyniku odczytu sygnatury nie uzyskujemy bajtu FFH, port nie działa dwukierunkowo (jest inaczej skonfigurowany lub nie może być skonfigurowany dwukierunkowo). Przy pracy ze zbiorami w formacie Intela można spotkać się z następującymi komunikatami :
- Address out of rangę - adres spoza dozwolonego zakresu; zbiór programujący jest zbyt duży - przekracza lk lub 2k (niestety większość asemblerów/ kompilatorów nie daje ostrzeżeń w takiej sytuacji).
- Check Sum Error - błąd sumy kontrolnej - zbiór jest uszkodzony. Można powyższe komunikaty zignorować, ale wówczas układ z dużym prawdopodobień-
stwem nie będzie działać zgodnie z oczekiwaniami.
W odróżnieniu od zbiorów HEX zbiory binarne nie są kontrolowane przez program.
Jeśli podczas sprawdzania zawartości pamięci układu pojawiają się błędy, należy sprawdzić napięcie zasilania programatora. Jeśli pojawiają się problemy z zakłóceniami (przewody dłuższe niż 2m), bardziej prawdopodobne jest wystąpienie zakłócenia podczas odczytu zawartości pamięci, a układ najprawdopodobniej będzie prawidłowo zaprogramowany. Colin Meikle, EPE
Artykuł publikujemy na podstawie umowy z redakcją miesięcznika "Everyday Practical Electronics".
Elektronika Praktyczna 6/99
17
MIESIĘCZNIK DLA ELEKTRONIKÓW
Pojemnościowy czujnik poziomu cieczy
Oryginalne zastosowanie ST62T20
Pomiar poziomu cieczy jest
problemem, który zawsze
wywołuje gorące debaty. Czy
istnieje jakaś technika
umożliwiająca nie tylko
sygnalizację alarmu "zbiornik
pusty", ale również ciągłych
wskazań zawartości zbiornika?
Opisany tu układ działa
w dwu trybach: pracy
autonomicznej lub zdalnie
sterowanej (korzystając
z łączności RS232). Gdy
zbudujesz ten układ, poziom
paliwa w zbiorniku
centralnego ogrzewania lub
wody w zbiorniku podlewania
ogrodu nie będzie już dłużej
utajniony.
Obserwując rosnącą liczbę układów opartych na mikiokont-rolerze, ktoś mógłby zapytać, jak było możliwe, jeszcze kilka lat temu, projektowanie elektroniki bez tego elementu. Mikiokontioler zmienił oblicze elektroniki w urządzeniach domowych. Powinniśmy jednak zauważyć, że pojawienie się tego elementu spowodowało również znaczne pogorszenie zrozumiałości układów opartych na mikiokontiolerach. Zastosowanie mikiokontiolerów ma szereg bezdyskusyjnych zalet, włącznie z wielkim uproszczeniem układów elektrycznych i obniżeniem kosztów w wyniku zmniejszenia liczby elementów i rozmiarów płytek.
Opis układu
Rzut oka na schemat elektryczny z rys. 1 pozwoli Ci zauważyć, że elektronika ogranicza się do
kilku tylko elementów. Mikiokon-tioler ICl typu ST62T10 firmy STMicroelectionics jest sercem układu. Jednym z zewnętrznych elementów, bez których kontroler nie może działać, jest pamięć EEPROM - IC5. Trzecim, podstawowym podzespołem jest wszędobylski MAX2 32, odpowiedzialny za kompatybilność układu ze standardem RS232.
Przyczyna wyboru kontrolera ST6 do tego zastosowania jest prozaiczna. Wersja 62T20 jest osiągalna i dla niej są dostępne rozmaite systemy rozwojowe na poziomie podstawowym, na przykład ST6 Starter Kit lub ST6 Programmer (opisywane także w EP). Ten ostatni umożliwia przygotowywanie własnych programów, jak również programowanie pamięci EPROM kontrolerów ST6.
Elektronika Praktyczna 6/99
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
O+5V
O+5V
IC2 IC2c = 74HC14 IC2d
5 JT~\ ,6 9
1 ,2 3

JTi
IC2a IC2b
Rysunek 1. Czujnik poziomu cieczy składa się tylko z garści elementów; wany wstępnie mikrokontroler ST62T20.
większość pracy wykonuje zaprogramo-
Wciśnięcie S2 zeruje układ ST62T2 0. Następnie obwód R4, C4 na moment podciąga wejście zerujące CPU do logicznego poziomu niskiego i w ten sposób powoduje ponowną inicjalizację mikrokontrolera.
Linie PB4 do PB7 portu B łączą procesor z pamięcią EEP-ROM (elektrycznie kasowalną pamięcią tylko do odczytu) typu 93C06B1. Pamięć EEPROM, z kanałem komunikacji szeregowej, ma pojemność 25 6 bitów zorganizowanych w 16 słów po 16 bitów (w trybie domyślnym) lub 32 słowa po 8 bitów. Wewnętrzny oscylator wykorzystuje kwarc 4MHz i typową parę kondensatorów Cl, C2. Kwarc jest włączony pomiędzy wyprowadzenia OSCIN i OSCOUT mikrokontrolera. Potrójny blok przełączników miniaturowych DIP, Sl, jest stosowany podczas kalibracji układu. Będzie omówiony w dalszej części.
Element po prawej stronie schematu to układ MAX232. Praktycznie nie ma sposobu wyeliminowania go, ponieważ zapewnia wszystko, czego potrzebujesz do
zamiany poziomów TTL (jakich dostarcza mikrokontroler) na poziomy RS232 (jakie wykorzystuje port komputera PC o tej samej nazwie) i odwrotnie. Tutaj MAX232 wysyła dane dostarczone przez procesor do interfejsu szeregowego PC, który wykorzystuje je do dalszego przetwarzania.
W prawym dolnym rogu schematu możemy zobaczyć obwody niezbędne do autonomicznej pracy wskaźnika poziomu: mówimy o przekaźniku uruchamianym bezpośrednio przez linię PA3 portu A (wyprowadzenie 16). Istotnie, linia portu steruje przekaźnikiem poprzez tranzystor przełączający Tl. Styki przekaźnika są połączone z końcówkami płytki drukowanej K2. Zależnie od sposobu działania sterowanego układu zewnętrznego: pompy, zaworu lub wyłącznika, przekaźnik powinien być typu normalnie otwarty (NO) lub normalnie zwarty (NC).
Zasilanie jest całkowicie konwencjonalne, oparte na trójwypro-wadzeniowym stabilizatorze napięcia typu 78L05 (IC4).
Zasada działania
Bramka z przerzutnikiem Schmitta IC2f działa jako oscylator RC, w którym elementem rezystywnym jest Rl. "Kondensatorem", jakiego mógłbyś się spodziewać w oscylatorze, jest kondensator utworzony przez dwie sondy zanurzone w cieczy. Jego pojemność jest funkcją poziomu cieczy, podobnie jak częstotliwość sygnału generowanego przez oscylator Schmitta. Częstotliwość ta jest mierzona przez mikroprocesor i przeliczana na odpowiedni poziom cieczy w zbiorniku. Zasada ta odnosi się do różnych cieczy. Autor sprawdził ją dla wody i lekkiego oleju opałowego. Jak przedstawiono w tab. 1, zmiany częstotliwości wynikające z głębokości zanurzenia sond zależą od rodzaju cieczy w zbiorniku.
Przyjrzyjmy się bardziej obliczaniu poziomu cieczy. Sygnał oscylatora jest doprowadzony do wejścia TIMER mikrokontrolera mierzącego czas trwania 3 2768 okresów sygnału. W ten sposób otrzymujemy 16-bitową liczbę proporcjonalną do poziomu cieczy.
Elektronika Praktyczna 6/99
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
Tab. 1.
Ciecz poziom minimalny (Omm) poziom maksymalny (250mm) rozdzielczość
Woda 280kHz 70kHz 0,07mm
Olej 280kHz 230kHz 1mm
Następnie mikrokontroler ST6 wykonuje następujące obliczenie: Poziom [mm] = 250(x - JV, Jl
(Nhi?h - N!oJ
gdzie x jest wartością zmierzoną, Nlow dolnym poziomem ("Iow") kalibracji, zapisanym w pamięci EEPROM, a (N,. , - N, ) różnicą
' v high Iow' ^
częstotliwości przechowywaną w pamięci EEPROM i odpowiadającą różnicy poziomów cieczy 250mm. Możliwa jest także inna, dowolna wartość, o ile zmodyfikuje się odpowiedni parametr w kodzie źródłowym przed asem-blacją programu mikrokontrolera. Jak już wspomniano, układ może być stosowany w jednym z dwu trybów pracy:
- Autonomicznej: system działa niezależnie, przekaźnik jest uruchamiany po osiągnięciu zaprogramowanego poziomu (na przykład, aby włączyć pompę).
- Zdalnej (RS232): zmierzony poziom jest okresowo przesyłany przez łącze szeregowe (pracujące z szybkością 9600 bodów). Informacja jest przetwarzana przez inny system (mikrokontroler lub system alarmowy). Poziom cieczy jest wyrażony bezpośrednio w milimetrach.
Składnia komunikatów ASCII jest następująca:
= 00xxx
gdzie xxx jest zmierzonym poziomem cieczy w milimetrach.
Montaż
Modelowy układ zmontowano na jednostronnej płytce drukowanej. Chociaż wlutowanie wszystkich elementów jest prostą pracą, powinieneś zwracać uwagę na orientację elementów o wyróżnionej polaryzacji, jak układy scalone (włącznie ze stabilizatorem napięcia), kondensatory elektrolityczne, diody LED i prostownicze oraz tranzystory.
Mikrokontroler powinien, oczywiście, zawierać odpowiedni program. Na szczęście możesz zamówić już zaprogramowany za pośrednictwem naszego działu handlowego (numer katalogowy 976515-1).
Układy scalone są montowane w podstawkach. Na płytce jest tylko jedna zwora. Ponieważ diody LED są wykorzystywane tylko w procedurze kalibracji, mogą być umieszczone blisko powierzchni płytki. Zwróć uwagę, by właściwie zorientować przełącznik DIP Sl. Styk oznaczony "1" powinien być blisko rezystorów R7 i R6. W pozycji "on" dźwigienki przełącznika powinny być skierowane w stronę układu ST6.
Umieszczenie mierzącej tylko 80 x 62mm płytki układu w samodzielnie dobranej plastykowej (ABS) obudowie nie powinno być zbyt trudne. Dwie zanurzane sondy można wykonać z pokrytych plastykiem prętów o średnicy 4mm. Ich długość zależy oczywiście od głębokości zbiornika. Sondy powinny być zamocowane tak, by odległość pomiędzy ich środkami wynosiła około lOmm. Pręty powinny przechodzić przez cztery otwory w obudowie (dwa dodatkowe otwory w tylnej ściance do ustalenia położenia). Wewnątrz obudowy plastykowe pokrycie prętów jest miejscowo usunięte do {elektrycznego} połączenia z dwoma wejściami oscylatora, oznaczonymi SENSOR. Cztery otwory są uszczelnione dwuskładnikowym klejem lub masą uszczelniającą (dla zapewnienia wodoszczelności obudowy). Obudowa musi być również umieszczona tak, by uniknąć jej kontaktu z cieczą w zbiorniku.
Zasilanie jest bardzo proste. Napięcie zasilające pochodzi z zasilacza sieciowego 12V/40mA. Napięcie to nie wymaga stabilizacji, ponieważ zasila tylko cewkę przekaźnika. Cała reszta elektroniki pobiera swój prąd zasilania z trój-końcówkowego stabilizatora napięcia na płytce. Pamięć EEPROM 93C06 (lub 93C46) pracuje w trybie 16-bitowym (wejście ORG, wyprowadzenie 6, nie podłączone), co umożliwia wykorzystanie układów starszej generacji.
Kalibrowanie
Gdy wszystkie elementy znajdą się na swoich miejscach, będziesz gotowy do przeprowadzenia kalibracji układu. Procedura ta składa się z dwu faz:
1. Kalibracja poziomu dolnego ("Iow"), sondy nie zanurzone.
Przełączniki Sl powinny być ustawione następująco: SWl-1 "on", SW1-2 "off", SW1-3 "off". Po włączeniu napięcia zasilania lub po wyzerowaniu, po okresie ustalania około 2 sekund, system rozpoczyna pomiar częstotliwości. Wartość odpowiadająca Nlow jest zapisywana do pamięci EEPROM. Koniec procesu sygnalizuje świecenie jednej z dwu diod LED (zielonej D3 jako "OK" lub czerwonej D2 jako błąd - "error").
2. Kalibracja poziomu górnego ("high"), sondy zanurzone w cieczy na głębokość 250mm.
Ustaw przełączniki Sl następująco: SWl-1 "on", SW1-2 "off", SWl-3 "on". Po ponownym włączeniu napięcia zasila-
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl: 220kQ
R2, R3: 10kO
R4: lOOkO
R5: 4,7kQ
Ró, R7: 470O
Kondensatory
Cl, C2: 22pF
C3, C12, C13: lOOnF
C4: 1jiF/1ÓV, stojący
C5, CIO: 100jiF/1ÓV, stojące
C6..C9: 1jiF/25V, stojące
Cli: 330nF
Półprzewodniki
DL D4: 1N4148
D2: dioda LED, niskoprądowa,
czerwona
D3: dioda LED, niskoprądowa,
zielona
Tl: BC547
IC1: ST62T20 (nr katalogowy
976515-1)
IC2: 74HC14
IC3: MAX232
IC4: 78L05
IC5: 93C0ÓCB1
Różne
Kl, K3: 2-stykowe bloki końcówek
do druku, rozstaw 5mm
K2: 3-stykowy blok końcówek do
druku, rozstaw 5mm
S2: wyłącznik przyciskowy,
Multimec CTL3
Sl: 3-stykowy przełącznik DIP
Xl: kwarc 4MHz
Rei: przekaźnik 12V, do druku
(np. Siemens V23057-B0002-A201)
Opcjonalnie: dyskietka z kodem
źródłowym mikrokontrolera, nr
katalogowy 976015-1
Elektronika Praktyczna 6/99
21
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
nia lub po wyzerowaniu i okresie stabilizacji około 2 sekund, system rozpoczyna pomiar częstotliwości. Wartość odpowiadająca N,. ,, jak również wynik N,. ,
nigh ' J higti
- Nlow) są zapisywane do pamięci EEPROM. Koniec procesu sygnalizuje świecenie jednej z dwu diod LED (zielonej D3 jako "OK" lub czerwonej D2 jako błąd -"error").
Programowanie poziomów, przy których uruchamia się przekaźnik
Procedura przypomina kalibrację, tylko przełącznik SWl-3 jest ustawiony w pozycji "on". Przekaźnik jest pobudzany, gdy ciecz osiągnie górny poziom "high"
i wyłącza się, gdy ciecz opadnie poniżej dolnego poziomu "Iow" (histereza).
Pamiętaj, że do normalnej pracy wskaźnika poziomu cieczy przełączniki Sl należy przestawić w pozycję "off".
Opcja
Układ może być wykorzystywany z łączem albo bez łącza szeregowego RS232. Jeśli system komputerowy (lub mikrokontro-ler), którego chcesz użyć do przetwarzania danych o poziomie cieczy akceptuje poziomy TTL, układ MAX232 można pominąć. Ponieważ w opisywanym zastosowaniu linia RxD nie jest wykorzystywana, nie została
wprowadzona do łącza szeregowego. Jeśli planujesz rozszerzenie programu o dodatkowe funkcje, możesz połączyć wyprowadzenie 15 (PBO) mikrokontrolera z wyprowadzeniem RlOUT. Umożliwi to przejście sygnału RxD do wyprowadzenia RUN. Warto również zastąpić Kl 3-stykowym złączem, którego styki zostaną połączone z przewodami dla wprowadzenia wspomnianych wyżej funkcji.
Ostrzeżenie; Układ nie jest zaprojektowany ani dop uszczo-ny {zalecany} do stosowania w zbiornikach zawierających wysoce łatwopalne, wybuchowe, agresywne lub korozyjne ciecze. EE
Elektronika Praktyczna 6/99
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
Tester ciągłości połączenia
Chociaż prezentowany tester byłoby trudno jeszcze bardziej uprościć, to musi on mieć stałe miejsce w skrzynce z narzędziami konstruktora. Napięcie testowe pochodzi ze standardowej baterii 9V i jest doprowadzone do sondy testowej poprzez Dl i Sl. Jedna sonda jest dołączona do jednego końca linii, której ciągłość ma być testowana, a druga, której wyjście jest doprowadzone do wejścia VCO (ang. Voltage Controlled Os-cillator - oscylatora sterowanego napięciem) jest dołączona do dru-
1.3W
Rys. 1.
giego końca linii.
Zakres oscylacji VCO jest określony przez C2 i Rl (górny kraniec zakresu) i rezystancję wyprowadzenia 12 (dolny kraniec zakresu), które w tym zastosowaniu pozostaje nie podłączone.
Przy braku napięcia na wejściu VCO oscylator nie oscyluje. Gdy napięcie testowe dociera do wyprowadzenia 9 (linia nie ma przerw), VCO oscyluje z maksymalną częstotliwością l,2kHz. Sygnał ten jest słyszalny z brzę-czyka piezoelektrycznego Bzl.
Wskutek oddzielnego zasilania, tester można wykorzystać do sprawdzania układów aktywnych. Diody Zenera D2 i D3 zapobiegają przedostawaniu się niebezpiecznych napięć do wejść VCO.
Poziom prądu testowego jest ustawiany za pomocą Pl, co przydaje się, gdy testowana linia ma dużą impedancję.
Tester pobiera prąd około 3mA. [Dittmann - 974046]
Elektronika Praktyczna 6/99
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
Tester refleksu
Rys. 1.
LISTA ELEMENTÓW
Rezystory
Rl, R6: 2,2kQ
R2, R3, R4: lkn
R5: lOOkO
Pl: 1MO, potencjometr liniowy
Kondensatory
Cl, C2, C3: lOOnF
C4: 1jiF/16V, stojący
C5: 22|iF/16V, stojący
C6..C13: 10^F/16V, stojące
Półprzewodniki
D1..D4, D9: dioda LED zielona
D5..D8, D10: dioda LED czerwona
Tl, T2: BC557
IC1: 555
IC2: 4017
IC3: 4012
Różne
Sl: wyłącznik przyciskowy,
1 komplet styków
S2..S5: wyłączniki przyciskowe
czerwone, 1 komplet styków
S6..S9: wyłączniki przyciskowe
zielone, 1 komplet styków
Btl: bateria 9V PP3 z uchwytem
i zaciskiem
Bzl: brzęczyk {aktywny, 6V
SIO: wyłącznik, 1 komplet styków
Sil: przełącznik, 1 komplet styków
przełącznych
liwia rozgrywanie partii na róż-Sterowanie szybkością timera nych poziomach umiejętności, ku
zadowoleniu zarówno starszych, jak i młodych.
Przycisk "zamrożenia", wstrzymujący wyświetlanie na jednej z diod LED na czas około dwu sekund, dopuszcza bardziej leniwą metodę gry. Mniejsza szybkość timera wprowadza element umiejętności - gracze wykonując ruch dokonują wyboru, która dioda LED ma być wyznaczona do magazynowania punktów.
Czynnik przypadkowości, wykorzystujący sześć spośród diod LED, również pseudolosowy lub zależny od umiejętności (o mniejszej szybkości), jest przewidziany do zastosowania w innych grach. W niektórych może być wykorzystana właściwość orzeł/ reszka jako wybór czerwonego lub zielonego. W grach czterech stron, na przykład w ąuizach, może
Sprawdź swoją reakcję na przeciwności i umiejętność koordynacji za pomocą tej elektronicznej gry przyciskowej! Gra jest przeznaczona dla dwóch graczy (lub zespołów) oznaczonych jako czerwony i zielony. Są tu dwa rzędy przycisków, cztery czerwone i cztery zielone, z odpowiednimi diodami LED. Diody migają na przemian z szybkością, która może być ręcznie regulowana. Zadaniem gracza jest naciskanie swoich przycisków przez krótki czas, gdy świeci jego dioda LED. Każdy naciśnięty wtedy przycisk powoduje magazynowanie ładunku (energii) w odpowiednim kondensatorze. Jednak przycisk wciśnięty w momencie, gdy jego dioda nie świeci powoduje rozładowanie kondensatora (utratę zmagazynowanej energii). Gdy wszystkie cztery kondensatory (zbiorniki energii) są naładowane, wyjście 4-wejściowej bramki NAND włącza tranzystor z dużą czerwoną lub zieloną diodą LED w kolektorze, wskazującą zwycięzcę. Również brzęczyk potwierdza, że gra jest rozstrzygnięta.
(wyłącznie przez arbitra!) umoż-
Elektronika Praktyczna 6/99
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
znaleźć zastosowanie wszystkie osiem diod LED wraz z przyciskiem zamrożenia.
A teraz o układzie. Impulsy zegarowe licznika pochodzą z time-ra 555 (ICl) włączonego w konfiguracji generatora astabilnego. Elementy określające stałą czasową (Pl, Rl, R6 i C4) umożliwiają ustawienie dowolnej szybkości pomiędzy 1 i 180 impulsów na sekundę (punkty pomiarowe a i b).
Po włączeniu zasilania wyjście ICl przełącza osiem deko do wa-nych wyjść IC2 (licznik Johnsona 4017), ponieważ wyprowadzenie zerowania jest połączone z wyprowadzeniem 9 poprzez wyłącznik Sil. W wyniku tego po ośmiu impulsach taktujących, poziom wysoki na wyprowadzeniu 9 powoduje zerowanie licznika. Dodatnie impulsy wyjściowe kolejno pobudzają diody Dl do D8,
powodując ich cykliczne świecenie z szybkością określoną ustawieniem Pl.
Każdy z czerwonych przycisków S6..S9 łączy wyjścia licznika z wyprowadzeniami 4-wejściowej bramki NAND IC3b. Podobnie działają przyciski zielone S2..S5 na wejściach drugiej bramki NAND. Kondensatory elektrolityczne C6..C11 (po jednym dla każdego wejścia IC3) służą jako obwody magazynujące. Chociaż każdy z nich może być natychmiast naładowany poprzez wciśnięcie przycisku, gdy dioda LED wskazuje, że odpowiedni impuls wyjściowy jest obecny, będzie również natychmiast rozładowany, jeśli przycisk zostanie wciśnięty przy braku impulsu.
Jeśli wszystkie "czerwone" wejścia IC3b są w stanie wysokim, wyprowadzenie wyjściowe
13 przyjmuje stan niski i włącza T2. Ten z kolei włącza czerwoną diodę D9 i piezoelektryczny brzę-czyk Bzl. Przeciwnie, jeśli wszystkie zielone wejścia mają stan wysoki wyprowadzenie wyjściowe 1 IC3a przyjmuje stan niski i włącza się Tl, pobudzając do świecenia zieloną diodę D10 (punkt pomiarowy d).
Przycisk zamrożenia Sl podciąga wejście bramkujące IC2 (wyprowadzenie 13) do poziomu wysokiego. Po wyłączeniu przycisku Sl ładunek w kondensatorze C5 podtrzymuje przez chwilę świecenie wybranej diody LED. Przyjęta wartość C5 zapewnia świecenie przez około dwie sekundy, co wydaje się wystarczające do celów losowych i przechwytu, ale może być zmienione odpowiednio do potrzeb. [974020 - R. Bebbington]
Elektronika Praktyczna 6/99
25
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
Bardzo stabilny oscylator dla cyfrowej fonii
Występowanie jittera (zakłóceń fazowych) jest poważnym problemem w połączeniach dwu lub więcej urządzeń audio. Jest spowodowany niestarannie zaprojektowanymi oscylatorami w sprzęcie nagrywającym gdy działa w trybie podporządkowanym (slave), to jest
gdy odtwarza zegar systemowy sprzętu źródłowego za pośrednictwem pętli fazowej (PLL).
Oscylator stabilny może być wykorzystany do zastąpienia kiepskich oscylatorów albo jako wysokiej klasy oscylator nadrzędny (master). W prototypie nie
+6,5V
4,7rT
_L mi
470
R2 22k
4...25P7" T
15| C14| C13| C12| C1iT C10J JpJ_2,2nJ_ 47njj50n|_470n]_ 47^U
I I I I I I
C5* 16V
470p
Rys. 1.
C23
H12 470
1R4 J220
11
nr
IC19 ICid
1 .10 9 1

ICH
+5...6V
13
R16 100
2 C21T C20T C19T cieT A
p 2,2n 47n 150n 47|iU ^
^^ ^^ ^^ ^^ iL-i I Ul
T T T T
J_C17 "10n
ICia
.2 t
IC1C
.4 5
R15
51
IC1 = 74HCU04
R11
R14
10
C24
ton'
Elektronika Praktyczna 6/99
25
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
wykryto przesunięcia częstotliwości we wszystkich warunkach pracy.
W porównaniu ze zwykłymi konstrukcjami, omawiany oscyla-tor wykazuje następujące zalety:
- Kwarc pracuje w trybie szeregowym zamiast, jak zazwyczaj, w równoległym, ponieważ rezystancja kwarcu na częstotliwości rezonansowej jest minimalna, natomiast rezystancje zewnętrzne nie wpływają znacząco na dobroć Q.
- Stabilność jest polepszona wskutek zastosowania dodatkowego obwodu LC (L1-C1-C3), dostrojonego do częstotliwości podstawowej.
- Kwarc jest zbocznikowany in-dukcyjnością w celu kompensacji jego pasożytniczej pojemności równoległej. Indukcyjność ta zwiera również zakłócenia niskich częstotliwości. Wartość in-dukcyjności jest krytyczna, ale może być określona empirycznie.
- W trybie podporządkowanym oscylator jest odstrajany warak-torem Dl, który jest częścią zewnętrznej pętli fazowej. Przy zastosowanym waraktorze, którego pojemność zmienia się od 4..5 0pF, przy przyłożeniu napięć 1..25V, częstotliwość może być przesunięta o około ą150ppm. Ponieważ nawet małe zakłócenia sygnału powodują
całkiem duże zmiany pojemności, pojemność powinna być utrzymywana jak najbliżej pożądanej, poprzez wybór warak-tora różnicowego albo poprzez włączenie szeregowo z nim mniejszego kondensatora. Gdy oscylator jest wykorzystywany jako "master", gdzie najlżejszy jitter jest zauważalny, waraktor jest zastępowany stałym kondensatorem. Urządzenie, z którym jest stosowany, musi być przystosowane do pracy "gen-lock", czyli musi mieć oddzielne wejście zegara.
Na schemacie oscylatora można zauważyć kilka dodatkowych zabiegów. Wiele uwagi poświęcono odsprzężeniu linii zasilania. Ponadto, układy oscylatora i bufora mają oddzielne linie zasilające, zapewniające wolny od zakłóceń przebieg oscylacji. Zegar jest buforowany przez trzy stopnie ICl. Pierwszy stopień, ICla, jest włączony jako wzmacniacz o małym wzmocnieniu. Zbyt duże wzmocnienie mogłoby powodować sprzęganie zwrotne harmonicznych do oscylatora. Sygnał zegara jest dostępny na wyjściu poprzez R15. Dioda D2 z rezystorem Rll zapewniają, że wyjście ostatniego bufora jest w stanie wysokim, gdy oscylator jest wyłączony. Takie połączenie umożliwia dołączenie poprzez bramkę AND lub NAND kilku oscylatorów, dostar-
czających różnych częstotliwości, do jednej linii zegara. Odpowiedni oscylator jest aktywowany poprzez przyłożenie do niego napięcia 6,5V.
Elementy R7, R8 i C9 należą do obwodu pętli fazowej, co określa ich wartości. Tranzystory do montażu powierzchniowego (SMD) Tl i T2 mogą być zastąpione standardowymi tranzystorami typu BF494.
Zależność pomiędzy częstotliwością próbkowania /sa, częstotliwością kwarcu fc i C2 w pF, jest następująca:
fsa fc C2
32 12 ,288 47
38 14 ,592 27
44,1 16 ,9344 15
48 18,432
10
Jeśli oscylator nie działa wskutek niewłaściwej wartości induk-cyjności Li, pojemność równoległa może być dobrana poprzez zmianę wartości C3. Może być również konieczna zmiana wartości C2.
Trymerem C7 uzyskuje się napięcie Uvar przy pracy pętli fazowej. Kondensator Cx rozszerza w dół nominalny zakres częstotliwości oscylacji. Kompletny oscylator najlepiej umieścić w małej obudowie z białej (cynowanej) blachy. [Gottschalk - 974106]
Artykuł publikujemy na podstawie umowy z redakcją miesięcznika "Elektor Electronics".
Editorial items appearing on pages 19..22 and 24..26 are the copyright property of (C) Segment B.V., the Netherlands, 1998 which reserves all rights.
26
Elektronika Praktyczna 6/99
INTERNET
W artykule nie piszemy
o piratach morskich, a zajmujemy
się piractwem w eterze.
Przybliżymy jedną
z najciekawszych stron WWW
poświęconą konstrukcjom
pirackich nadajników radiowych
AM i FM, a także trikom
umożliwiającym skuteczne
uniknięcie "namierzenia" takiej
stacji przez odpowiednie służby,
np. PAR.
Wszystko zaczęto się od poszukiwania w In-ternecie materiałów potrzebnych mojej Córce do pracy semestralnej. Poszukiwała informacji o piaratch, korsarzach czyli ludziach, którzy byli nie tylko łupieżcami, ale niejednokrotnie, tak jak Francis Drakę, badaczami, odkrywcami i niekiedy admirałami Royal Na-vy. Tak więc podaliśmy Alta Viscie odpowiednie kryteria wyszukiwania i rozpoczęliśmy tropienie w Internecie morskich rozbójników. W pewnym momencie coś zwróciło moją uwagę: w odpowiedzi na podanie kryterium "pirates" Alta Vista odnalazła hasło, które zainteresowałoby każdego elektronika: "pirates radio". Niewiele myśląc udałem się na proponowaną przez wyszukiwarkę stronę: h ttp ://fo vi .fo v. u ni- mb.si/- ufopra 3 74 a/pirat e i., nie pożałowałem tego!
Znalazłem tam także na stronach, do których umieszczono na niej hiperłącze istną
___ kopalnię informacji o ludziach zajrnu-
jących się budową i eksploatacją arna- tors kich nadajników radiowych. Nie są to jednak nadajniki krótkofalarskie, ale radiostacje o niejednokrotnie znacznej mocy, pracujące na częstotliwościach zastrzeżonych dla stacji komercyjnych. Zetknąłem się więc ze "zorganizowaną grupą przestępczą", z gangsterami eteru!
Czy więc godzi się uczciwemu człowiekowi zajmować się takimi sprawami i, co gorsza, informować o nich Czytelników Elektroniki Praktycznej? Moim zdaniem nie ma w tym nic zdrożnego. Po pierwsze, nie mam zamiaru reklamować i popierać piract-
ŚSOTDC
RFC
100nF
Rys. 1.
|40pF
wa radiowego czy telewizyjnego, a jedynie poinformować Was o pewnych faktach.
Po drugie, ciekawy schemat układu elektronicznego zawsze zasługuje na naszą uwagę, niezależnie jakiemu celowi wykonane według niego urządzenie ma służyć.
Po trzecie, czy naprawdę tak ostro potępiamy piratów radiowych? Dla osobników, którzy zakłócają pracę legalnych stacji radiowych nie ma litości i powinno się ich karać z całą surowością. Natomiast młodzi ludzie, którzy niekiedy wielkim nakładem sił i środków budują nadajnik radiowy, a następnie wykorzystują go do nadawania pomiędzy pasmami zajętymi przez profesjonalne stacje nadawcze ciekawej muzyki lub nie podlegającej jakiejkolwiek cenzurze informacji, moim zdaniem zasługują na odrobinę pobłażania.
Tak to już jest, że niektóre uczynki karane przez prawo każdego kraju nie napotykają na liczące się potępienie ze strony opinii publicznej: kto bowiem tak na serio chciałby ukarania przemytników (oczywiście, nie mam tu na myśli przemytu broni czy narkotyków)? Piractwo radiowe nie jest zresztą niczym nowym: takie stacje były budowane i eksploatowane od początku wynalezienia łączności radiowej i objęcia szczegółowymi przepisami sposobu korzystania z niej. W swoim czasie znaczny rozgłos zdobyły pirackie stacje lokalizowane na pokładach statków zakotwiczonych tuż poza obszarem wód terytorialnych państw, na których terytorium prowadziły emisję. Stacje takie cieszyły się nieraz znacznie większym powodzeniem u słuchaczy niż legalne rozgłośnie, głównie ze względu na ciekawy repertuar muzyczny, nadawany oczywiście także z pirackich kaset. Zlikwidowanie takich radiostacji zgodnie z przepisami prawa było praktycznie niemożliwe: nie można przecież ukarać kogoś, kto popełnił przestępstwo poza obszarem jurysdykcji danego kraju.
Jeżeli już mówimy o nielegalnych stacjach nadawczych, to warto wspomnieć o szczególnie chlubnej roli, jaką w swoim czasie odegrały takie miniaturowe rozgłośnie radiowe. Mam tu oczywiście na myśli konspiracyjne radiostacje pracujące na terenie naszego kraju podczas stanu wojennego i miło mi pochwalić się, że także dołożyłem do ich działalności swoją malutką "cegiełkę".
Wracajmy jednak do internetowych stron bu-kanierów fal eteru. Co ciekawego tam znalazłem? Przede wszystkim to, co nas elektroników najbardziej interesuje: schematy, całe mnóstwo schematów nadajników radiowych, zasilaczy, koderów stereo i mikserów. Na pirackich
INTERNET
Rys. 2.
stronach możemy znaleźć opisy wszystkiego, co jest potrzebne do rozpoczęcia samodzielnej działalności radiowego pirata.
A więc przede wszystkim nadajniki. Mamy do wyboru sporo schematów nadajników oraz "dopalaczy" dołączanych do nadajników małej mocy lub bezpośrednio do VCO. Naszą prezentację rozpoczniemy właśnie od takiego "dopalacza" zwiększającego moc nadajnika z 30 do 150W! Najpierw jednak musimy Warn coś zakomunikować: schematy zamieszczone w tym artykule nie były dokładnie analizowane ani sprawdzane w praktyce. Zamieszczamy je "takie, jakie są", wyłącznie jako ciekawostkę techniczną i w żadnym wypadku nie namawiamy nikogo do ich praktycznej, niezgodnej z przepisami realizacji. Przestrzegamy także, że za prowadzenie "pirackiej" działalności radionadawczej grozi odpowiedzialność sądowa, z karą pozbawienia wolności do lat 2 włącznie!
Zaczerpnięty z Inteinetu schemat boosteia 150W znajduje się na rys. 1. Układ jest niezwykle prosty i zawiera jedynie jeden tranzystor w. cz dużej mocy. Powinien działać, pod warunkiem starannego wykonania i poprawnego zaprojektowania połączeń (w.cz!). Do zestrojenia boosteia potrzebna będzie odpowiednia aparatura pomiarowa i spore umiejętności w zakresie budowy układów w. cz.
Na rys. 2 pokazaliśmy schemat niezwykle interesującego układu, wyjątkowego wśród radiostacji pirackich. Jest to nadajnik pracujący z modulacją AM, ze stabilizacją częstotliwoś-
1Q0nF
22/0.5W
10nF
1
7zw.-famm
6BpF
39PF
i,5k |i,5k 100 =
6BpF
22pF
ci za pomocą rezonatora kwarcowego. Nadajnik przystosowany jest do pracy w zakresie od 530kHz do l,7MHz, czyli w zakresie fal średnich. Najlepsze rezultaty uzyskuje się, zgodnie z zapewnieniami autora, przy częstotliwości ok. 800kHz. Pełna modulacja jest osiągana przy amplitudzie sygnały wejściowego ok. 2Vpp, co przy współpracy z typowymi źródłami sygnału m.cz wymaga stosowania dodatkowego pizedwzmacniacza. Czułość wejścia możemy zwiększyć zastępując rezystor w emiterze tranzystora źródła prądowego rezystorem o wartości 22H zbocznikowanym kondensatorem elektrolitycznym o pojemności ok. 470fiF. Jednak taki zabieg może pogorszyć nieco liniowość układu.
Kolejnym układem, który wzbudził moje zainteresowanie jest układ nadajnika FM o mocy wyjściowej ok. 4W, a więc jak na radiostację amatorską UKF dość dużej. Ten wyjątkowo starannie zaprojektowany układ możemy obejrzeć na rys. 3. Jest to oczywiście tylko stopień wyjściowy nadajnika, do którego należy dołączyć układ VCO pracujący na częstotliwości 80..120MHz. Na schemacie autor podał dane najważniejsze, przysparzające najwięcej kłopotów amatorom: liczbę zwojów i sposób nawinięcia wszystkich cewek! Także w tym układzie powinno się zwrócić uwagę na właściwe chłodzenie tranzystora w stopniu wyjściowym.
Na zakończenie przeglądu schematów nadajników popatrzmy na rys. 4. To, co przedstawia ten schemat trudno nawet nazwać na-
VC 1
2
1 1 4
1 /
- U r- i E
L 7413


Rys. 4.
dajnikiem radiowym. Jest to zabaweczka, najprostszy nadajniczek, którego też nie można nazwać pirackim. Jego moc nie przekracza z pewnością dopuszczalnej mocy określonej przez nawet najbardziej rygorystyczne przepisy! Niemniej zapewnia on zasięg ok. 40m, generując przy tym wszystkie możliwe harmoniczne i zakłócając wszystko dookoła. Nadajnik może być kluczowany za pomocą zmiany poziomu logicznego na wejściu 5 bramki 7413.
Na pirackiej stronie "Mighty Pirates Radio", a także na innych stronach poświęconych temu tematowi, można znaleźć jeszcze wiele ciekawych schematów i opisów układów elektronicznych związanych zarówno z piracką jak i legalną emisją radiową. Są tam ciekawe schematy koderów stereo, VCO do opisanych wyżej nadajników i wiele innego materiału wartego choćby przejrzenia. Ciekawostką, niestety częściowo nieużyteczną w naszych warunkach, jest "Pirates Survival Guide", czyli zbiór porad ułatwiających radiowemu piratowi "przeżycie" wśród tropiących go amerykańskich odpowiedników naszego PAR. Warto zapoznać się z opisami sposobów montowania i ukrywania anten nadawczych i najrozmaitszych tricków mających uchronić pirata przed interwencją policji (w niektórych stanach nawet FBI).
Jeżeli opisywane na łamach Elektroniki Praktycznej ciekawych stron internętowych spotka się z uznaniem Czytelników, to będziemy ją kontynuować, powiadamiając Was o ciekawych linkach i stronach, z których zawartością powinniście się zapoznać. Zbigniew Raabe,AVT
Prezentowane w artykule poglądy autora, propagujące pobłażliwość dla radiowych piratów nie są zgodne ze stanowiskiem redakcji EP. Temat poruszamy ze względu na jego ważkość i rosnącą popularność nielegalnych, lokalnych rozgłośni radiowych.
+1ZVDC
22/0.6W
Uzw.fBmm
Ł2N4427
Śifl
T3mrfi
IfSpF *
22pF
Ś6BpF
Rys. 3.
28
Elektronika Praktyczna 6/99
SPRZĘT
Analizator widma HP ESA-E4407B
Prezentowany w artykule
przyrząd jest klasycznym
"mercedesem" wśród podobnych
urządzeń dostępnych na rynku.
Wynika to zarówno z jego
ogromnych możliwości
pomiarowych, jak i łatwej
obsługi, którą analizator
zawdzięcza nowoczesnemu
interfejsowi użytkownika.
HEWLETT� PACKARD
Warszawskie biuro firmy Hewlett-Packard udostępniło nam do testowania najnowszy analizator widma serii ESA-E, który analizuje sygnały w paśmie 9kHz..26,5GHz z szybkością przemiatania do 28 razy na sekundę. Przyrząd może zmierzyć w sposób automatyczny praktycznie wszystkie parametry sygnału, począwszy od amplitudy (poziomu] wybranych przez użytkownika punktów widma, przez współczynnik zniekształceń harmonicznych dla wszystkich prążków, moc wybranego fragmentu widma sygnału, moc przenoszoną do kanałów sąsiednich oraz szerokość zajmowanego pasma częstotliwości. Wyniki wszystkich wymienionych pomiarów są niezależne od kształtu i amplitudy badanego przebiegu. Punkt pomiaru może być automatycznie wybrany przez urządzenie według wcześniej ustalonych przez użytkownika reguł. Można go także wybrać ręcznie za pomocą prostego w obsłudze menu oraz specjalnego pokrętła.
Bardzo mocną stroną analizatora ESA-E4407B jest sposób jego obsługi. Przedni panel podzielono na trzy części. Po jego prawej stronie znajduje się klawiatura numeryczna, szereg przycisków funkcyjnych podzielonych na grupy funkcyjne, stacja dyskietek 3,5", złącze słuchawkowe (zakryte klapką] oraz dwukierunkowe pokrętło, które służy - w zależności od kontekstu operacji - do przesuwania markerów pomiarowych, ustalania wartości parametrów itp. Niemal całą lewą stronę panelu zajmuje kolorowy wyświetlacz LCD otoczony szeregiem przycisków. Funkcje przycisków znajdujących się po prawej stronie wyświetlacza zależą od kontekstu operacji i są określone przez opisy wyświetlane na wyświetlaczu. Trzecia, dolna część panelu zajęta jest przez zacisk wejściowy, złącze zasilania aktywnych sond pomiarowych, złącze zewnętrznej klawiatury oraz pokrętło regulacji głośności wbudowanego w analizator głośnika.
Dostęp do szeregu dodatkowych możliwości pomiarowych i funkcji pomocniczych zapewniają karty rozszerzeń, które są montowane we wnętrzu analizatora. Ich złącza zostały wyprowadzone z tyłu obudowy, co nieco utrudnia korzystanie z nich, bowiem przyrząd jest dość ciężki (13..16 kg].
Karty rozszerzające pozwalają m.in. dołączyć do analizatora monitor VGA (640x480], drukarkę (Centronics/RS232] lub dowolny inny przyrząd wyposażony w interfejs HPIB. Karty rozszerzające zapewniają ponadto dostęp do sygnału wideo, sygnału p.cz. wewnętrznego konwertera wbudowanego w analizator, zdemodulowanego sygnału FM, cyfrowych sygnałów informujących o aktualnym stanie analizatora, możliwe jest także dołączenie zewnętrznego wzorca częstotliwości lub wykorzystanie wzorca zastosowanego w analizatorze, jak również zasilanie z zewnętrznego źródła od 12 V do 19,2 V DC (200 W],
Bogactwo dostępnych opcji do realizowanych pomiarów, różnorodność dostępnego wyposażenia dodatkowego, a także łatwość konfiguracji przyrządu zależnie od wymagań użytkownika powodują, że jest to przyrząd możliwy do zastosowania zarówno w profesjonalnym laboratorium pomiarowym, jak i w pracowni konstrukcyjnej. Wbudowana stacja dyskietek, współpraca z drukarkami oraz możliwość transferu danych przez interfejs RS232 zapewniają łatwość dokumentowania realizowanych pomiarów.
Tyle - w iście ekspresowym skrócie (Naczelny na więcej nie pozwolił, a szkoda!] - o najnowszym dziecku HP. Czytelników zainteresowanych poznaniem wszystkich możliwości analizatora zachęcamy do kontaktu z warszawskim biurem HP. Andrzej Kazub, AVT
Opisany w artykule przyrząd udostępniła redakcji firma Hewlett-Packard Polska (tel. {0-22} 603-77-00}.
Elektronika Praktyczna 6/99
PROJEKTY
Generator efektu zbliżonego do "LESLIE"
kit AVT-488
Układy służące wytwarzaniu
akustycznych efektów
specjalnych są "żelaznym"
tematem w pismach
przeznaczonych dla
elektroników hobbystów.
Elektronika Praktyczna także
nie pozostawała w tyle i na
jej łamach mogliście zapoznać
się z wieloma taki układami.
jednak z listów od
Czytelników wiemy, że
zainteresowanie tymi
urządzeniami nie słabnie.
Dlatego też chciałbym
zaproponować Warn budowę
czegoś zupełnie nowego,
o czym chyba dotąd nie
myśleliście.
Mam tu na myśli układ do wytwarzania efektu LESLIE, a właściwie pseudoefektu LESLIE. Generator efektu LESLIE został po raz pierwszy zastosowany jako przystawka do elek-troniczno - mechanicznych organów Hammonda już w latach czterdziestych. Zasada działania klasycznego generatora tego efektu jest bardzo prosta, ale uzyskiwane efekty niezwykle interesujące i bogate.
Efekt LESLIE jest uzyskiwany za pomocą czterech głośników umieszczonych we wspólnej obudowie pod kątem 90� do siebie tak, źe głośniki "patrzą na cztery strony świata". Na tym jednak oczywiście nie koniec. Tak skonstruowana kolumna głośnikowa jest umieszczona na obrotowej podstawie i wraz nią wiruje dookoła własnej osi. Liczba obrotów na minutę wykonywanych przez zespół głośnikowy może być różna i zwykle waha się pomiędzy 50 a 500 rpm.
Efekt uzyskiwany przez takie urządzenie jest dość trudny do przeanalizowania. Nakłada się tu na siebie kilka różnych zjawisk: efekt Dopplera, i to pochodzący z dwóch głośników, poruszających się w przeciwnych kierunkach, odbicia fali dźwiękowej od ścianek komory, w której znajdują się wirujące głośniki i mieszanie się tych zjawisk akustycznych ze sobą. Rezultat zastosowania efektu LESLIE jest z pewnością ciekawy i zachęcający do prac nad skonstruowaniem generatora
tego efektu.
Niestely, zbudowanie prawdziwego układu LESLIE, który w założeniu jest prawie wyłącznie urządzeniem mechanicznym, a nie elektronicznym, wydaje się być, jak na razie zbyt trudnym zadaniem. Napotkalibyśmy tu na rozliczne i ciężkie do przezwyciężenia problemy: zapewnienie bezszelestnej pracy napędu zespołu obrotowego, przezwyciężenie problemów wynikających z działania siły odśrodkowej na głośniki i wynikające z tego zjawiska niepożądane zniekształcenia dźwięku, doprowadzenie przewodów elektrycznych do wirującej części urządzenia, to tylko część problemów konstrukcyjnych, które sprawiły, że budowę "prawdziwego" generatora efektu LES-
Rys. 1. Zasada działania oryginalnego Leslie.
Elektronika Praktyczna 1/99
Generator efektu zbliżonego do "LESLIE"
W
\\\\
Rys. 2. Zasada działania elektronicznego symulatora efektu Leslie.
TIR odłożyłem na razie na później (co nie oznacza, źe zaniechałem dalszych prac nad konstrukcją takiego urządzenia). Na razie jednak musimy zadowolić się namiastką: generatorem efektu zbliżonego do LESLIE, w którym nie występują jakiekolwiek, trudne do wykonania, elemenly mechaniczne.
Na rys. 1 pokazano blokowy schemat "klasycznego" generatora efektu LESLIE, a na rys. 2 proponowanego układu Obydwa wyglądają podobnie, ale już na pierwszy rzut oka możemy stwierdzić podstawową różnicę. W opracowanym przeze mnie układzie głośniki nie poruszają się, ale są cyklicznie dołączane do wspólnego źródła sygnału. W proponowanym układzie nie ma żadnych elementów ruchomych, wszystkie funkcje realizowane są wyłącznie na drodze elektronicznej. Niestety, wprowadzone uproszczenie nie pozwala na osiągnięcie pełnego efektu LESLIE, ale jedynie jego namiastki.
Oczywiście, nie ma mowy o występowaniu efektu Dopplera, a uzyskiwane efekty są mniej bogate i interesujące od pochodzących z wirujących głośników. Niemniej uważam, że proponowany układ należy zbudować, a odtwarzane za jego pomocą nagrania warte są włożonego w budowę trudu.
Opis działania układu
Schemat elektryczny proponowanego układu pokazano na rys. 3. Jak widać, układ nie należy do skom-
plikowanych i został zaprojektowany z wykorzystaniem zaledwie trzech układów scalonych i garstki elementów dyskretnych. Wiemy już, że do budowy generatora efektu zbliżonego do LESLIE potrzebne będą cztery wzmacniacze mocy. W naszym układzie zastosowaliśmy jeden, znany już Czytelnikom EP układ scalony TDA7374, zawierający w swojej strukturze cztery niezależne stopnie wyjściowe. Zastosowanie tego właśnie układu pozwoliło na radykalne uproszczenie całej konstrukcji i znaczne obniżenie kosztów. Niewielka moc wyjściowa TDA7374 (ok. llW na kanał) nie jest w naszym przypadku jakimkolwiek mankamentem, ponieważ proponowany układ nie służy do nagłośniania hal sportowych, ale do kameralnego odsłuchiwania efektów dźwiękowych, nagrywania ich na taśmę magnetofonową lub też może być wykorzystany jako przystawka modyfikująca dźwięk elektronicznego instrumentu muzycznego podczas koncertu.
Wszystkie wejścia sygnałowe układu TDA7374 zostały dołączone do wspólnego źródła sygnału akustycznego podawanego na wejście CON3 układu. Każde z wejść końcówek mocy może zostać zwarte do masy za pomocą jednego z tranzystorów T1..T4, co powoduje prawie całkowite wyciszenie sygnału na wyjściach stopni mocy.
Zajmijmy się teraz częścią cyfrową układu, której zadaniem jest cykliczne włączanie jednego z czterech głośników. Generator zegarowy został zbudowany z wykorzystaniem dwóch z sześciu inwerterów zawartych
Rys. 3. Schemat elektryczny układu.
50
Elektronika Praktyczna 1/99
Generator efektu zbliżonego do "LESLIE"
Rys. 4. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej.
w strukturze układu IC2 - 4069. Częstotliwość pracy tego generatora określona jest pojemnością Cl i wartością połączonych ze sobą szeregowo rezystancji Rl + Pl. Z wartościami elementów podanymi na schemacie może ona wynosić od ok. 0,8Hz do ok. lOHz, co daje nam wymaganą "prędkość obrotową" wirującego sygnału, zawierającą się w granicach od ok. 50rpm do ok. 600rpm.
Ciąg impulsów prostokątnych wytwarzany przez generator zegarowy jest następnie podawany na wejście 5-stopniowego licznika Johnsona (z dekoderem na kod wyjściowy 1 z 12) - ICl 4017. Ponieważ wyjście Q4 tego licznika zostało połączone z wejściem zerującym, układ ten pracuje jako licznik modulo 4 i tylko pierwsze cztery jego wyjścia mogą być aktywne. Konstrukcję układu skomplikował nieć o fakt, że stanem aktywnym wyjść licznika 4017 jest stan wysoki. Gdyby jego wyjścia połączyć bezpośrednio z bazami tranzystorów T1..T4, to uzyskalibyśmy efekt odwrotny do zamierzonego: tylko jeden kanał wzmacniacza mocy byłby w danym momencie wyłączony, a do pozostałych doprowadzany byłby sygnał m. cz. Dlatego też zastosowałem cztery pozostałe w strukturze IC2 inwertery dołączone do wyjść ICl. Z wyjść tych inwerterów są wysterowywane bazy tranzystorów, co powoduje efekt zgodny z zamierzonym: w danym momencie zasilany jest tylko jeden głośnik.
Układ powinien być zasilany napięciem przemiennym o wartości 8..12VAC, a wydajność prądowa transformatora zasilającego powinna wynosić ok. 1,5..2 A.
Montaż i uruchomienie
Na rys. 4 pokazano rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej urządzenia. Widok mozaiki ścieżek znajduje się na wkładce wewnątrz numeru.
Montaż układu wykonujemy w typowy, wielokrotnie opisywany sposób, rozpoczynając od wlu-towania rezystorów, a kończąc na kondensatorach elektrolitycznych i układzie IC3 wraz z radiatorem. Z uwagi na to, że w danym momencie może pracować tylko jeden stopień mocy, w układzie zastosowano radiator o stosunkowo niewielkich wymiarach.
Układ zmontowany ze sprawdzonych elementów działa natychmiast poprawnie i nie wymaga jakichkolwiek czynności uruchomieniowych.
Warto powiedzieć teraz parę słów na temat budowy nietypowej kolumny głośnikowej i sposobów korzystania z urządzenia. W układzie modelowym kolumna głośnikowa została wykonana z kawałków pleksiglasu
0 grubości 5mm. Jak widać na zdjęciach, jest to rozwiązanie niesłychanie efektowne, lecz niestety dość kosztowne.
Kolumnę głośnikową do naszego układu można wykonać także ze sklejki, cienkiej płyty wiórowej lub jakiegokolwiek innego materiału posiadającego wystarczającą sztywność
1 wytrzymałość mechaniczną. W układzie modelowym potencjometr regulacyjny PRl został zastąpiony zwykłym potencjometrem obrotowym i umieszczony na zewnątrz obudowy. Takie rozwiązanie należy polecić wszystkim, którzy pragną wykonywać liczne eksperymenty ze zbudowanym układem.
Tak naprawdę, to nie wiem jaką metodę korzystania z naszego generatora efektu zbliżonego do LESLIE mogę Warn polecić. Wykonałem liczne próby, umieszczając kolumnę z "wirującymi" głośnikami w najrozmaitszych pomieszczeniach i za każdym razem uzyskiwałem inny efekt. Najmniej ciekawe były rezultaty umieszczenia kolumny w dużym pokoju. Efekt był słaby i wyraźnie zlokalizowany w pobliżu samej kolumny. Interesujące rezultaty uzyskałem po zainstalowaniu generatora w pokoiku o wymiarach ok. 1,5 na Im. To było już naprawdę fajne! W zależności od położenia mikrofonu
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl: lOOkO
R2, R7, R8, R9, RIO: 7,5kQ
R3, R4, R5, R6: 820O
Rl 1, R12, R13, R14: 10kO
Pl: potencjometr obrotowy
lOOkO/A
Kondensatory
Cl, Cli, C12, C13, C14, C16,
Cl9: lOOnF
C2, C3, C4, C5, C18: 1000jiF/16V
Có, C7, C8, C9, C15: 470nF
CIO: 100|iF/16V
Cl7: 3300|iF/25V
C20: 220|iF/16V
Półprzewodniki
BR1 mostek prostowniczy 3A
ICl: 4017
IC2: 4069
IC3: TDA7374
IC4: 7812
T1..T4: BC548 lub odpowiednik
Różne
CON1, CON2: ARK2 (3,5mm)
CON3: ARK3 (3,5mm)
CON4: ARK2
uzyskiwany efekt wyraźnie się zmieniał, ale jego charakter jest dość trudny do opisania.
Trzeci eksperyment p olegał na umieszczeniu kolumny wewnątrz skrzyni o wymiarach ok. lxlxlm. Tym razem uzyskałem chyba najciekawsze efekty, lecz takie wykorzystanie naszego generatora wymaga przeprowadzenia żmudnych prac mechanicznych: wykonania komory "echowej" o dość dużych wymiarach. Niemniej, zachęcam zainteresowanych Czytelników do wykonania tego eksperymentu. Tomasz Janik, AVT
Elektronika Praktyczna 1/99
51
PROGRAMY
Komfortowe
oft
LOGO! stały się
jednymi z najbardziej
popularnych
sterowników logicznych
stosowanych w małych
i średniej wielkości
systemach automatyki.
Z punktu widzenia
przeciętnego
użytkownika
największym atrybutem
LOGO! jest prostota
jego programowania
i to zarówno
z poziom u lokalnej
klawiatury, jak
i specjalizowanego
oprogramowania dla PC.
Idąc "za ciosem"
Siemens opracował
nową wersję
oprogramowania, które
nosi nazwę LOGO!Soft
Comfort. Przedstawiamy
je w artykule.
Wydawać by się mogło, że dotychczas dostępne oprogramowanie narzędziowe LOGO! Soft zapewnia wystarczający komfort pracy i nie ma potrzeby jego udoskonalania. Jak się jednak okazuje, takie stwierdzenie nie jest prawdziwe. W maju Siemens wprowadził do swojej oferty LO-GOISoft wwersji Gornprt, które znacznie przewyższa możliwościami dotychczas dostępnego oprogramowania.
Nowością jest możliwość etykietowania połączeń na schemacie projektu, dzięki czemu bardziej rozbudowane projekty można łatwiej wykonywać i analizować. Na rys. 1 przedstawiono widok okna działającego programu, a czerwonymi kółkami zaznaczono przykładowe etykiety.
Nowością jest także pasek narzędziowy umożliwiający tworzenie projektu metodą diag-and-drop. Po wciśnięciu "guzika" uaktywniającego wybraną grupę blokćw, w gćrnej części
okna pojawiają się wszystkie dostępne bloki programu, które ściąga się na planszę za pomocą myszki. Na rys. 2..4 przedstawiono dostępne bloki programowe, podzielone na grupy (odpowiednio]: wejścia/ wyjścia/stany, funkcje kornbi-nacyjne, funkcje specjalne. Prezentowana wersja programu udostępnia wszystkie funkcje LOGO!, łącznie z implementowanymi w najnowszych wersjach sterownika.
Kolejną nowością jest możliwość niezależnego korne ntowa-ftomh, nia każdego wykorzystanego bloku programowego (widoczne tylko podczas podglądu elementu]. Możliwe jest także zamieszczanie komentarzy nie powiązanych z żadnym z blo-
ków (rys. 5).
Ponieważ większość bloków opisujących funkcje specjalne można parametry zo-w a ć , twórcy oprogramowania maksymalnie ułatwili ten proces. Każdy blok ma przypisane okno konfigu-racyjne, które zapewnia użytkownikowi dostęp do wszystkich możliwych parametrów bez konieczności szczegółowego zagłębiania się w dokumentację LOGO! Przykłady okien konfiguracyjnych przedstawiono na rys. 6.
Mocną stroną LOGO!Soft Comfort jest możliwość symulacji działania tworzonego programu. Po przejściu do trybu symulacji (co wymaga wciśnię-
wać na wiele sposobów (dostępne są także wejścia pomiaru częstotliwości], LOGO!Soft Comfort zapewnia użytkownikowi łatwy dostęp do okna konfiguracji wejść, które umoż-
nn**#il-.
.1
----------------:
I -1-------------
i -r
Alfcftr
Rys 5
cia przycisku znajdującego się z lewej strony okna - rys. 7] program automatycznie określa liczbę wykorzystywanych wejść i wyjść symulowanego sterownika. Są one następnie wyświetlane w górnej części okna Zastosowane symbole łatwo kojarzą się z odpowiednimi czynnościami, w związku z czym obsługa programu symulacyjnego jest niezwykle prosta. Ciekawostką jest przycisk Powsi; który symuluje ch wi 1 owe o dł ącze ni e zasi lania sterownika, spełniając rolę elementu zerującego sterownik. Dzięki temu możliwa jest symulacja pracy programu w normalnych warunkach, jak i zachowania sterownika w czasie awarii zasilania. Ponieważ wejścia LOGO! można konfiguro-
liwia określenie ich funkcji, a także częstotliwości podawanego na wejście sygnału (rys. 3]. Po prze symulowani u programu jego wersję wynikową można przesłać do sterownika poprzez złącze RS232. Możliwe jest także ściągnięcie programu z pamięci sterownika i edytowanie go.
Ponieważ nie wszyscy Czytelnicy stosujący sterowniki LOGO! są automatykami ,,z krwi i kości", ucieszy ich pewnie wiadomość, że LOGO!Soft Comfort potrafi samodzielnie dobrać najbardziej optymalny do danego programu typ sterownika. Dzięki temu można oszczędzić sporo pieniędzy -kupuje się tylko to, co jest niezbędne!
Elektronika Praktyczna 6/99
31
PROGRAMY
Ml Ol
U Ś*
Rł*J
ti,'t, linwShHh:h
CłflH 11 Cłmi 2 ŚUl
Rys
Reasumując - LOGOISoft Corn-fort jest komfortowym narzędziem, które znacznie upraszcza tworzenie projektów dla LOGO!. Nie oznacza to jednak, że jest ono niezbędne każdemu użytkownikowi. Testowana |3-wersja programu nie była pozbawiona drobnych błędów, które producent usunął w wersji komercyjnej. Piotr Zbysiński, AVT
Demonstracyjna wersja programu LOGOtSoft Comfort dostępna jest w Internacie pod adresem www.ep.com.pl/logo.html.
Rys 7
Rys 8
SPRZĘT
HM404/40?
Rynek przyrządów pomiarowych
w naszym kraju oferuje klientom
szeroką gamę urządzeń, co
powoduje pewien chaos
informacyjny. Postanowiliśmy
wyjść naprzeciw postulatom wielu
naszych Czytelników, prezentując
w dziale "Sprzęt" oscyloskopy
różnych producentów.
W tym miesiącu przybliżamy
możliwości dwóch oscyloskopów -
analogowego i analogowo-
cyfrowego firmy Hameg.
Tab. 1. Podstawowe parametry i właściwości oscyloskopu HM404.
| **L�*f *j
/ liczba kanałów 2,
/ pasmo przenoszenia 0 40MHz,
/ czułośćY 1mV 20V/cm,
/ pasmo układu wyzwalania 0 1 OOMHz,
/ generator kalibru]ący sondy 1 kHz/1 MHz,
/ separator impulsów synchromzuiącychW,
/ możliwość opóźnionego wyzwalania podstawy
czasu,
/ funkcjaauto-set, / 5-pozycyjnaparnięćnastaw, / interfejsRS232, / źródło napięcia przemiennego (tester
podzespołów),
/ lampao wymiarach ekranu 8x1 Dcm, / ciężar 5,6kg
Tab. 2. Podstawowe parametry i właściwości oscyloskopu HM407.
/ liczba kanałów 2,
/ pasmo przenoszenia 0 40MHz,
/ czułośćY 1mV 20V/cm,
/ pasmo układu wyzwalania 0 1 OOMHz,
/ generator kalibrujący sondy 1 kHz/1 MHz,
/ 8-bitowy przetwornik o częstotliwości próbkowania
1 OOMHz,
/ pamięć próbek o pojemności 2x2048 bajtów, / zaawansowane tryby wyświetlania zawartości
pamięci próbek, / cytrowyodczyt podstawowychwartości
parametrów przebiegu (okres, częstotliwość,
różnica napięć), / separator impulsów synchromzującychW
z możliwością wyboru aktywnego zbocza lub
poziomu, / funkcja cyfrowego próbkowania przed
wyzwoleniem, / funkcja auto-set, / 1 O-pozycyjnapamięćnastaw, / interfejsRS232, / możliwość dołączę ma dodatkowego interfejsu
(Centronics/IEE488/RS232), / możliwość dołączenia dodatkowej klawiatury, / źródło napięcia przemiennego (tester
podzespołów),
/ lampao wymiarach ekranu 8x1 Ocm, / ciężar 6kg________________________________
Wydawać by się mogło, że ekspansja cyfrowych przyrządów pomiarowych szybko wyeliminuje starych, analogowych konkurentów. O ile można zaryzykować stwierdzenie, że analogowe multimetry całkowicie oddały pole swoim cyfrowym odpowiednikom, to w przypadku oscyloskopów nie jest ono prawdziwe. Wynika to przede wszystkim z pewnych cech analogowej obróbki mierzonego sygnału, których większość cyfrowych oscyloskopów nie posiada, ponieważ stoją one w sprzeczności z fundamentalnymi zasadami ich działania. Chodzi tutaj przede wszystkim o zdolność pokazania operatorowi losowych zakłóceń przebiegu okresowego, co zazwyczaj niezbyt dobrze "udaje się" przeciętnym konstrukcjom cyfrowym. Niebagatelną rolę odgrywa także cena urządzeń, a jest ona - w przypadku oscyloskopów cyfrowych (może za wyjątkiem serii TDS2xx firmy Tektronix] -zazwyczaj dość wysoka.
Oscyloskop HM404 jest dwukanałowym przyrządem analogowym o paśmie przenoszenia 40MHz (tory Y] i z opóźnioną podstawą czasu w kanale B. Jego możliwości i parametry pomiarowe są zbliżone do innych, dostępnych na rynku przyrządów tej klasy (tab. 1). Wyróżnia go natomiast pięć cech:
X Mikroprocesorowe sterowanie nastawami, co konstruktorzy wykorzystali do maksimum, umożliwiając regulację nastaw poprzez port szeregowy RS232 oraz wbudo-wując pamięć nastaw, przechowującą do 5 kompletnych zestawów wartości poszczególnych nastaw.
X Automatyzacja (na życzenie użytkownika] doboru nastaw, dzięki czemu oscyloskop samoczynnie "dostraja" się do amplitudy i częstotliwości mierzonego przebiegu. Auto-set działa doskonale i stosunkowo szybko podczas pomiaru przebie-
gów okresowych lub do nich zbliżonych (np. linie obrazu TV],
X Wbudowany aktywny separator impulsów synchronizacji (synchronizacja ramki i linii], który charakteryzuje się doskonałą stabilnością pracy i dokładnością wyzwalania. X Wbudowane źródło napięcia przemiennego, które można wykorzystać do zdejmowania charakterystyk elementów półprzewodnikowych i biernych, wykorzystując oscyloskop w roli prostego charakterografu. X Wbudowany kalibrator sond pomiarowych o dwóch częstotliwościach wyjściowych: lkHz/lMHz, dzięki czemu można zoptymalizować kompensację sondy do przewidywanego zakresu częstotliwości mierzonych sygnałów. Zbliżony parametrami do HM404 jest nieco bardziej rozbudowany funkcjonalnie oscyloskop analogowo-cyfrowy HM407. Jest to także przyrząd dwukanałowy o paśmie przenoszenia w analogowym tDrze Y 40MHz, wyposażony w system odczytu parametrów przebiegu z ekranu read-otit oraz cyfrową pamięć o pojemności 2x2kB. Pamięć ta jest wykorzystywana do zapamiętywania przebiegu analogowego po konwersji w szybkim (próbki lOOMHz], 8-bitowym przetworniku A/C. W zależności od wymagań aplikacji pomiarowej, pamięć może spełniać rolę prostego bufora wyświetlanych próbek, może gromadzić tylko jeden przebieg generatora podstawy czasu, wartości próbek mogą być uśredniane lub przetwarzane na linię obwiedni przebiegu.
Zgromadzone w pamięci wyniki przetwarzania A/C można przesłać poprzez złącze RS232 do zewnętrznego komputera lub drukarki (w standardzie Epson, HPGL, PCL lub w postaci binarnej], Przewidziano także możliwość zastosowania dodatkowego interfejsu HO79-6, który rozszerza dostępne dla użytkownika porty o Centronics i IEE488. Pozostałe parametry oscyloskopu HM407 przedstawiono w tab. 2. Andrzej Gawryluk, AVT
Prezentowane w artykule oscyloskopy udostępniła redakcji firma NDN (tel. {0-22} 644-42-50).
Elektronika Praktyczna 6/99
33
Z Ę T
Wielosystemowy dekoder dźwięku stereofonicznego NICAM do odbiorników TV i magnetowidów
Coraz więcej stacji nadawczych
emituje swoje programy
w systemie stereo, ale większość
eksploatowanych odbiorników
telewizyjnych jest
przystosowanych do odbioru
dźwięku monofonicznego lub
stereo, lecz w wersji analogowej.
Coraz większą popularnością
wśród nadawców cieszy się
obecnie system
stereofoniczny NICAM.
Naprzeciw rosnącemu zainteresowaniu systemem NICAM wyszła warszawska firma MJM, która opracowała kompletny dekoder fonii cyfrowej F15A, umożliwiający odbiór i poprawne dekodowanie programów z dwoma kanałami dźwiękowymi w systemie NICAM. Dekoder wykonano na bazie układu MSP3415D, który obsługuje aż 8 standardów fonii.
Urządzenie mieści się na jednej płytce głównej, która integruje dekoder oraz sterownik (AT89C2051] odpowiadający m.in. za komunikację z użytkownikiem. Istnieje możliwość dołączenia do dekodera dodatkowych płytek, które dostosowują go do konkretnych typów odbiorników TV.
Jednym z dodatkowych elementów jest płytka wzmacniacza sygnału pośredniej częstotliwości wykorzystywana, gdy wbudowany w odbiorniku telewizyjnym wzmacniacz pośredniej częstotliwości daje niskiej jakości sygnał lub tylko w jednym ze standardów 5,5 lub 6,5MHz. Kolejny moduł to modulator PA2, który przekształca ftr sygnał stereofo-Wf niczny kanałów Ś| lewego i prawego Ff w postać akceptowaną przez dekodery stereofoniczne A2 (wykorzystywane opcjonalnie]. ik Ponieważ deko-
' der wy maga zasilania napięciami 5 i 1 2V producen t opracował dedykowaną mu przetwornicę impulsową (DC5B], która minimalizuje stra-
ty energii pobieranej z linii zasilającej, co w przypadku niektórych modeli telewizorów może mieć ogromne znaczenie.
Ostatnim udogodnieniem jest płytka nosząca oznaczenie P18, opracowana specjalnie dla odbiorników Sony. Wytwarza ona sygnał identyfikacji rodzaju audycji, potrzebny do sterowania sygnalizacją diodową odbiornika. Wszystkie moduły dodatkowe można dołączyć do dekodera poprzez proste wlutowanie ich w wyznaczone miejsca na płytce dekodera.
Dekoder został wyposażony w kilka jum-perów, które umożliwiają obniżenie głośności o 6dB, wyłączenie wewnętrznej de-emfazy dekodera, wymuszenie ciągłej pracy w trybie mono. Jeden z nich powoduje włączenie/wyłączenie funkcji auio-off, czyli włączenie bądź wyłączenie trybu automatycznej regulacji poziomu głośności.
Praktyka
Przejdę do konkretów, to znaczy montażu dekodera w moim odbiorniku monofonicznym, pierwotnie przystosowanym do odbioru fonii standardu zachodniego. Najpierw rozejrzałem się za napięciami zasilającymi nowy dekoder. Podłączyłem się zaraz za zasilaczem w TV. Następnym krokiem było wyszukanie sygnału w.cz. w tunerze, co niestety nie okazało się proste, bowiem cały tor fonii (za wyjątkiem wzmacniacza] mieści się w głowicy ekranowanej blachą. Następnie za pomocą kabla ekranowanego podłączyłem dekoder do sygnału pośredniej (przez kondensator l5pF], a w linię zasilającą'włączyłem dławik obniżający poziom zakłóceń wprowadzanych
34
Elektronika Praktyczna 6/99
z dekodera. Pozostało jeszcze wyprowadzenie diod świecących, wskazujących odbiór sygnału NICAM, oraz dźwięku stereo i wyjść kanału lewego i prawego.
Diody LED zamontowałem na przedniej ściance telewizora. W odbiornikach stereofonicznych diody te nie będą raczej wykorzystywane, bowiem posiadają one "własną sygnalizację rodzaju odtwarzanego sygnału. Wymaga to jednak zastosowania modułu PA2, który "oszukuje" telewizor, konwertując cyfrowy sygnał fonii do postaci analogowej, akceptowanej przez standardowe dekodery.
Wyjścia dźwięku stereo umieściłem z tyłu, przykręcając wyjścia chinch do tylnej pokrywy TV.
Po włączeniu odbiornika okazało się, że - pomimo korzystania ze standardowej anteny zewnętrznej - jakość odtwarzanego dźwięku była zdecydowanie lepsza, niż podczas odtwarzania stan-hV dardowego sygnału analogowego. Polepszenie jakości było łatwo zauważalne zarówno podczas odsłuchiwania muzyki, jak i w filmach z dźwiękiem stereo. Podczas wstępnych prób okazało się, że warto dodatkowo dołączyć sygnał wyciszania fonii z telewizora do płytki dekodera, co wyeliminowało nieprzyjemny trzask podczas przełączania programów.
Dekoder pracuje u mnie od 2 miesięcy i nie zauważyłem żadnych nieprawidłowości w jego działaniu. Należy jednak liczyć się z koniecznością zadbania o jakość instalacji antenowej, ponieważ możliwe są zakłócenia w pracy dekodera w przypadku niskiego poziomu dochodzącego sygnału. Moim zdaniem opisany dekoder jest bardzo dobrym uzupełnieniem większości dostępnych na rynku odbiorników monofo-
SPRZĘT
nicznych i stereofonicznych, w które może tchnąć zupełnie nową jakość. Zastosowanie modułowej konstrukcji umożliwia łatwy wybór z wielu wariantów dostosowania dekodera do telewizora. Z punktu widzenia montera dekoder zasługuje na bardzo dobrą ocenę.
Firma MJM, jak zwykle, odpowiedziała na zapotrzebowanie rynku w najbardziej odpowiednim momencie, zapewniając możliwie niską cenę i wysoką jakość wykonania opisanego dekodera. Zakup i montaż dekodera polecam każdemu miłośnikowi muzyki i dobrych filmów z dźwiękiem stereo. Piotr Staszewski, AVT
Prezentowane urządzenie udostępniła redakcji firma MJM tel.ffax;{0-22) 334-00-24, tel. [0-22} 364-23-46.
Elektronika Praktyczna 6/99
35
SPRZĘT
Cyfrowy mostek pomiarowy RLC
Przedstawiamy na naszych
łamach kolejny przyrząd
pomiarowy firmy Grundig
(w EP3/99 opisaliśmy
programowany zasilacz tej firmy).
Tym razem jest to
automatyczny mostek pomiarowy
RLC sterowany mikroprocesorem,
należący do rodziny przyrządów
firmy Grundig, plasujących się
najwyżej w hierarchii
produkowanych przez tę firmę
przyrządów.
Podstawowe parametry i możliwości mostka RLC3OO:
/ podstawowe funkcje I zakresy pomiarowe: x rezystancja I Impedancja (moduł):
x lndukcyjność:1nH..635,5kH;
x pojemność: 1fF..399,9rnF;
x współczynnik stratnoścl: 0..9,999;
x dobroć: 0.199;
x faza: -179,99.. +180�;
x względny błąd od zadanej wartości:
-99,9.. +199,9%; / mierzone obwody zastępcze: szeregowy lub
równoległy; / możliwość pomiarów z ręczną lub automatyczną
zmianą zakresów;
/ wyzwalanie pomiarów: ręczne lub automatyczne; / czas pojedynczego pomiaru: 300..400ms; / możliwość uśredniania wyniku pomiaru (z 10
kolejnych); / częstotliwości pomiarowe: 50Hz, 10OHz, 1 kHz,
10kHz;
/ napięcia testowe: 50mV/1V; / stałe napięcie wstępnej polaryzacji: O..2V
(wewnętrzne) lub 0..30V (zewnętrzne); / wbudowane Interfejsy RS232 oraz GPIB; / czteroprzewodowy zacisk wejściowy.
Precyzyjne pomiary parametrów elementów biernych nie są łatwe do wykonania w typowych warunkach laboratoryjnych, a przecież w niektórych aplikacjach takie wyniki mogą się okazać niezbędne. Rezystor to przecież nie tylko rezystancja, a w kondensatorze bez większego trudu można doszukać się nieco rezystancji, a także nieco indukcyjności.
W sumie spory bałagan, a użytkownicy stają się bardzo wymagający! Specjalnie dla nich Grundig opracował mostek pomiarowy RLC300, który dokonuje pomiarów parametrów elementów biernych w pełni automatycznie, a to dzięki wbudowanemu mikroprocesorowi.
Co zatem można zmierzyć mostkiem RLC300? Przede wszystkim podstawowe parametry elementów biernych: impedancję (jej moduł), rezystancję, indukcyjność, pojemność, współczynnik stratności, dobroć oraz przesunięcie fazy. Wbudowany w mostek zasilacz umożliwia wstępną polaryzację stałoprądową (stałonapięciową) mierzonego elementu, co powiększa pole zastosowań przyrządu o możliwość pomiaru parametrów niektórych elementów aktywnych (np. przewodzące złącza półprzewodnikowe).
Dość bogate są możliwości konfigurowa-nia mostka. Podstawowym parametrem prowadzonych pomiarów jest częstotliwość sygnału wzorcowego. Można wybrać jedną częstotliwości spośród: 50Hz, lOOHz, lkHz, lOkHz. Regulowana jest także amplituda sygnału wzorcowego i może ona wynosić 50mV lub IV. Zakres regulacji napięcia wstępnej polaryzacji wynosi O..3OV (wymaga zastosowania zewnętrznego zasilacza) lub O..2V (napięcie wewnętrzne). Mostek ma możliwość monitorowania wartości prądu i napięcia płynącego przez mierzony element. Prezentowane na wyświetlaczu wyniki są efektem uśrednienia 10 kolejnych pomiarów (funkcję tę można wyłączyć), dzięki czemu zwiększa się dokładność pomiaru i stabilność odczytu.
Bardzo istotnym atrybutem przyrządu, możliwym do osiągnięcia dzięki "zmikrop-rocesorowaniu" jego obsługi, jest niezwykle proste i intuicyjne sterowanie jego pracą i konfiguracją. Panel użytkownika składa się z zaledwie 8 przycisków oraz dwuliniowe-go, podświetlanego wyświetlacza LCD. Dodatkowymi elementami informującymi użytkownika o ważnych parametrach dokonywanego pomiaru jest 5 diod LED. Niestety, wszystkie komunikaty są wyświetlane w języku angielskim.
Mostek RLC300, podobnie zresztą do pozostałych przyrządów rodziny digimess Grundiga, jest wyposażony w interfejs szeregowy RS232 umożliwiający współpracę z komputerem lub innymi przyrządami pomiarowymi. W rozbudowanych systemach pomiarowych znacznie lepszym rozwiązaniem będzie wykorzystanie specjalizowanego interfejsu pomiarowego GPIB, który także wchodzi w skład standardowego wyposażenia.
Na płycie czołowej mostka znajdują się aż cztery gniazda pomiarowe BNC, które służą do podłączenia adapterów pomiarowych. Podstawowym adapterem jest 4-koń-cówkowy, z niezależnie wyprowadzonymi zaciskami napięcia i prądu (tzw. złącze Kel-vina). W zestawie dostarczane są także adaptery dla standardowych elementów z wyprowadzeniami drutowymi oraz SMD.
Ponieważ mostek RLĆ300 należy do najwyższej klasy w rodzinie digimess, to jest on wyposażony w kilka funkcji nie mających bezpośrednio związku z jakością pomiarów, ale wyraźnie zwiększających komfort obsługi. Pierwszą z nich jest możliwość określania względnego i bezwzględnego odchylenia wartości wybranych parametrów mierzonego elementu w stosunku do uprzednio zadanych przez użytkownika. Drugą jest automatyczne rozpoznawanie przez przyrząd rodzaju mierzonego obwodu i dobranie odpowiednich procedur przeliczeniowych, co zwalnia użytkownika z konieczności zgłębiania zasad realizacji tego typu pomiarów. W zależności od wymagań procedury pomiarowej, możliwa jest automatyczna lub ręczna zmiana zakresów.
Rozbudowane są także funkcje serwisowe, które oprócz kontroli wewnętrznych elementów mostka umożliwiają regulację kontrastu i jaskrawości podświetlenia wskaźnika LCD.
Reasumując można z całą pewnością stwierdzić, że RLC300 jest przyrządem prostym w obsłudze i bardzo skutecznym w działaniu. Biorąc pod uwagę jego niską cenę polecamy go szczególnie do szkolnych pracowni i laboratoriów. Oprócz typowych zadań pomiarowych RLC300 uczy także dobrych ,,elektronicznych" nawyków! Andrzej Gawryluk
Prezentowany w artykule mostek udostępniła redakcji firma Lamium (tel. [phone]).
36
Elektronika Praktyczna 6/99
SPRZĘT
Stacja meteorologiczna DALLAS
SEMICONDUCTOR
Od kilku już lat propagujemy
na łamach EP układy rodziny
1-Wire (kiedyś Touch Bulion)
firmy Dallas. Są to różnego
rodzaju układy peryferyjne,
których cechą charakterystyczną
jest specyficzny, jedno przewodowy
interfejs szeregowy, który -
w wielu układach tej rodziny -
pełni jednocześnie funkcję linii
zasilania.
Prezentowane w artykule
urządzenie jest spektakularnym
pokazem możliwości układów
1-Wire. Realizacja podobnej
funkcjonalnie stacji
meteorologicznej w oparciu
o standardowe układy scalone
jest zadaniem wymagającym
dużego doświadczenia
kon s tr ukt orskiego.
Znacznie większego niż
w przypadku tego efektownego
opracowania.
t-Wtra Waoltiar Stntion
ii żi
WeoJher
-Ucibaobioktów-3
Współczesne konstrukcje elektroniczne charakteryzuje silne dążenie do ich maksymalnego uproszczenia układowego i ograniczenia pobieranej mocy, przy jednoczesnej maksymalizacji możliwości. Wszystkie te założenia spełnia stacja pogodowa, którą wspólnie opracowali konstruktorzy firm Dallas i Texas Weather.
Sprzęt
Techniczną doskonałość tej konstrukcji (biorąc oczywiście pod uwagę wcześniej wspomniane założenia] gwarantuje zastosowanie w niej układów serii 1-Wire. Rolę miernika temperatury spełnia doskonale znany Czytelnikom EP scalony, programowany termometr-termostat DS1820. Za po-
Rys. 1.
miar szybkości poruszania się mas powietrza odpowiada programowany licznik/zegar DS2423 (zlicza on impulsy z kontaktronu]. Programowany przełącznik półprzewodnikowy DS24 07 spełnia zadanie włącznika sekcji kompasu, dzięki czemu możliwe było radykalne uproszczenie procedur programowych, które obsługują stację pogodową. Kierunek wiania wiatru identyfikują układy DS2401 (8 szt.].
Ostatnim istotnym elementem zestawu jest konwerter RS232/1-Wire (oznaczony DS9097), w którym zastosowano specjalnie do tego celu opracowany układ DS2480.
Zgodnie z logiką interfejsu 1-Wire, wszystkie wymienione układy są połączone ze sobą równolegle i dołączone do złącza interfejsu DS9097. W ten sposób powstaje mi-nisiec informacyjna, do której można dołączać kolejne urządzenia, przy czym maksymalna długość linii transmisyjnej nie może przekroczyć 300 metrów.
Rys. 2.
liczba obiektów: 4
Rys. 3.
Elektronika Praktyczna 6/99
37
SPRZĘT
O SZ40 7 4DDDDDDDH ABAES13
ttih daa* Ptaut (d CUMĘ
Rys. 4.
Programy
O ile sprzętowa część prezentowanego urządzenia wygląda nieskomplikowanie, to programista zamierzający samodzielnie napisać oprogramowanie niezbędne do obsługi stacji pogodowej (odczyt i wyświetlenie wyników] napotka na szereg trudności. Wynikają one przede wszystkim z dość złożonego protokołu wymiany informacji pomiędzy komputerem (lub innym sterownikiem] a wieloma układami 1-Wirs dołączonymi do jednej pary przewodów.
Chcąc ograniczyć liczbę potencjalnych problemów użytkownikom prezentowanego zestawu, Dallas opracował i udostępnił w Internecie dedykowany mu zestaw oprogramowania (rys. 1], które służy do efektownego prezentowania wyników pomiaru (rys.
wre
21,6*0
-WC
termometru/termostatu DS1820 (strukturalnie identyczny z DS1920], a na rys. 6 okno konfiguracji licznika zintegrowanego z zegarem DS2423. Poprawną transmisję danych pomiędzy PC-tem i układami 1-Wirs zapewniają sprzętowe konwertery RS23 2/l-Wire (dostępne są trzy typy, w czterech wersjach], które należy wstępnie skonfigurować. Służy do tego prosty w obsłudze program 1-Wire Net. Okno tego programu przedstawiono na rys. 7.
Oprócz gotowych programów dla Windows, Dallas przygotował także dedykowane układom 1-Wire i iBuiion zestawy DSK, zawierające biblioteki procedur obsługi. Kolejną atrakcją są bezpłatne wersje źródłowe programów obsługujących stację pogodową, napisane w C oraz Javie. Wszystkie materiały są dostępne bezpłatnie (za wyjątkiem DSK] na internetowej stronie www.ibut-ton.com/Wsathsr.
Pogoda w Kalifornii
Nic tak dobrze nie pokazuje możliwości stacji pogodowej Dallasa, jak poświęcona jej strona w Internecie. Dzięki tej stronie można sprawdzić jaka jest obecnie pogoda koło dwóch budynków (C i F] fabryki Dallasa w San Jose (rys. 8). Wystarczy zajrzeć pod adres: hiip;//198.3.123.122/WeaiherSiaiion/ Weaiherviewer.htm, a pogoda w zazwyczaj słonecznej Kalif orni przestanie być tajemnicą.
Ze względu na prostotę montażu stacji i łatwość dołączenia skryptów Javy do internetowej strony, jest szansa, że już wkrótce każda strona będzie wyposażona w informację o lokalnych warunkach pogodowych.
----------------Ś Tak więc zamiast słuchać
przed wyjściem z domu radia ^^^^ i samodzielnie wyliczać śred-
J25 *[ nią możliwą (ze wszystkich
serwisów radiowych] temperaturę w okolicy domu Waszych przyjaciół, po prostu zajrzycie na ich internetową stronę. Piotr Zbysiński, AVT
-lnlxł
Ijhv Trip
Prezentowany w artykułs zestaw udostępniła redakcji firma Soyter, tel. {0-22} 638-00-
TflUChTlt�frilftftr 62, www.soyter.com.pl.
Ml
F!^
Ml
COTWTiH
Rys. ó.
NuAtr Y\ ^T
Ł>i�rłnlij
2/1 (LB3
l-iJ
Rys. 7.
Więcej informacji o stacji pogodowej oraz układach iBiltton oraz 1-Wire można znaleźć na stronach; www.ibuiion.com/Weai-her, www.dalsemi.com, www.iexas-weai-her.com/onewire .html.
Podgląd aktualnej pogody w okolicy budynków firmy Dallas {San Jose, Kalifornia} można znaleźć pod adresem; hiip;/ / 193.3.123.122/WeatherStation/Weather-viewer.htm.
Rys. 5.
2). Stosunkowo duża ziarnistość pomiaru kierunku wiatru (tylko 16 pozycji] jest wynikiem zastosowania zaledwie ośmiu układów DS2401, które spełniają rolę detektorów położenia prostego czujnika, wykonanego z kawałka magnesu i styków kontak-tronowych. Efektowność prezentacji zwiększa włączenie animacji zdjęcia stacji pogodowej, co wymaga jednak bardzo wydajnego komputera.
Oprócz programu obsługującego stację pogodową Dallas udostępnił oprogramowanie narzędziowe dla konwerterów RS232/l-Wi-re. Na rys. 3 przedstawiono okno folderu, zawierające skróty do tych programów i ich dokumentacji. Za pomocą iButton Viewera można sprawdzić jakie układy 1-Wire są dołączone do interfejsu szeregowego i je skonfigurować. Na rys. 4 pokazano przykład okna konfiguracji programowanego przełącznika DS2407, na rys. 5 okno konfiguracji
Rys. 8.
38
Elektronika Praktyczna 6/99
PROGRAMY
Nowa "Fundacja" Xilinxa
Jeden z największych na
świecie producentów
układów programowalnych
- amerykańska firma
Xilinx - po latach
prowadzenia polityki
elitarnej dystrybucji
narzędzi projektowych,
konsekwentnie zbliża się
do szerokiego grona
użytkowników. "Zbliżanie"
dotyczy zarówno cen, jak
i łatwości obsługi
o pro gram owania.
W artykule
przedstawiamy krótką
prezentację najnowszej
wersji pakietu Foundation
z wbudowanym
kompilatorem VHDL.
Rys 3

;�. - '
1
r i

Rys 4
Jednym z najsilniej zarysowanych trendów we współczesnych systemach CAD jest ułatwianie ich obsługi. Idealnym przykładem takiego trendu jest najnowsza wersja pakietu projektowego Foundation dla układów CPLD i FPGA firmy Xilinx. Obsługę projektu i zarządzanie jego fragmentami ułatwia specjalny shsii, którego okno podzielono na trzy podstawowe części (rys. 1):
- edytor hierarchii (lewa część okna], zintegrowany z edytorem kompilowanych wersji projektu,
- konsolę komunikacyjną (dolna część okna], poprzez którą paki et i nf or mu j e u żyt ko w ni ka
0 swoim działaniu,
- nawigator projektu (prawa cześć okna], który odpowiada za tworzenie modułów wchodzących w jego skład, przypisanie do projektu odpowiedniego układu programowalnego, weryfikację
1 analizę (funkcjonalną i czasową] działania skompilowanego układu, a także za programowanie układów przez interfejs szeregowy lub JTAG.
Udostępniona nam do testowa1" nia wersja pakietu jest wyposażona w kompilator języka VHDL, a także kreator modułów (makr] zapisanych w tym języku. Jest to -z punktu widzenia
współczesnego projektanta - bardzo duży atut pakietu, ponieważ VHDL stał się uniwersalnym, uznanym przez wszystkich producentów, sposobem zapisu projektów dla układów programowalnych. Na j rys. 2 pokazano okno edytora tekstowego, który umożliwia zapisanie programu zarówno
-i------Ś wVHDL, a także HDL
oraz ABEL-u.
Inną, znacznie bardziej lubianą przez użytkowników, możliwość opisywania projektu daje edytor schematów (rys. 3). Zapewnia on dostęp do wszelkich, typowych dla tego typu oprogra-JĆ. mowania, "chwytów". Możliwe jest m.in. opisywanie połączeń etykietami, hierarachiczne 5 osadzanie symboli przygotowanych wcześniej w dowolnym edytorze pakietu, itp.
Jednym z rzadko spotykanych w pakietach CAD tego typu, a bardzo przydatnych narzędzi, jest graficzny edytor stanów automatu (rys. 4). Przy jego pomocy można stworzyć w niezwykle prosty sposób nawet najbardziej
Rys 1
złożone automaty sekwencyjne, a ich przejrzysty i bardzo naturalny zapis (z edytorem stanów pracuje się niemal tak wygodnie, jak z kartką papieru!] powoduje, że ffr|WWTfl?f'ff*^ff po szybkim nabra-niu wprawy w posługiwaniu się nim autor artykułu większość projektów przygotowuje przy jego pomocy.
Kolejnym udogodnieniem znajdującym się w najnowszej wersji pakietu Foundation jest system budowania modułów "na miarę" LogiBLOK. Z pew-nym uproszczeniem można stwierdzić, ze jest
na zoptymalizować pod kątem szybkości pracy, a także sprawdzić poprawność realizacji założonych funkcji. Na rys. 6 zna-
^
Rys 5
to generator skalowalnych modułów funkcyjnych, o właściwościach definiowanych przez użytkownika, który może je dostosować do wymagań aplikacji. Konfiguracja modułów jest nad wyraz prosta i sprowadza się do wybrania odpowiednich opcji w oknie, którego przykładowy widok przedstawiamy na rys. 5.
Po wykonaniu projektu pakiet Foundation umożliwia jego wszechstronną weryfikację i analizę, dzięki czemu projekt moż-
Rys 6
jduje się widok przykładowego okna działającego programu do analizy funkcjonalnej. Przed rozpoczęciem analizy oraz po każdej modyfikacji projektu należy go zrekompilowac, do czego przeznaczony jest specjalny moduł pakietu (rys. 7], odpowiedzialny także za implementację projektu w wybraną przez użytkownika strukturę logiczną.
Jeżeli wszystkie przedstawione wcześniej etapy projektu zakończyły się pomyślnie można roz- począć procedurę przygotowywania pliku wynikowego dla układu CPLD CIEDEQ lub
FPGA (BIN/HEX]. Pomocą służy specjalny program PROMFonnatter (rys. 3], który zapewnia użytkownikowi duży wpływ na sposób przy gotowa nia i postać pliku wynikowego. Możliwe jest m.in.
Elektronika Praktyczna 6/99
39
PROGRAMY
sil
Rys 7
przygotowanie pliku zawierającego kilka różnych projektów, przy pomocy którego programowane będzie kilka uktadów FPGA. Opcjonalnie, na etapie tworzenia projektu, można wykorzystać sprzętowy debugger JTAG, który jest standardowym elementem wyposażenia zestawu Foundation. Spet-nia on także role. programatora JTAG dla uktadów z matrycą EEP-ROM rodziny XC9500.
Oprócz możliwości, przedstawionych w artykule z konieczności skrótowo, prezentowane
narzędzie ma szereg mniej spektakularnych, a nawet oczywistych możliwości (np. tworzenie własnych elementów bibliotecznych, makrofunkcji, konwersje VHDL/HDL/ABEL], które przedstawimy w najbliższym czasie na tamach EP. Piotr Zbysiriski, AVT
Zestaw oprogramowania Foundation v. 1.5 z kompilatorem VHDL udostępniła redakcji firma Atest, tei. (0-32J 233-03-60, e-mail: [e-mail].
OIl^OI H\ U 1 ei t r k-IMfl V\



Rys 8
PROJEKTY
Odbiornik GPS,
AVT-888
Z publikacją tego projektu
czekaliśmy do czerwcowego
n umeru EP, ponieważ
odbiorniki GPS nadają się
szczególnie dobrze na
wakacyjne wojaże, które
często przebiegają po trasach
mało znanych (ach ten smak
przygody!) i mało
uczęszczanych.
W pierwszej części
ańykułu przedstawimy zarys
teoretyczny działania systemu
GPS oraz konstrukcję
elektryczną odbiornika.
Sposób obsługi urządzenia
omówimy w lipcowym
n umerze EP.
PROJEKT Z OKŁADKI
Podstawowe parametry i możliwości odbiornika:
/ napięcie zasilania 8 12VDC, / pobór prądu 220mA, / pomiary
/ długość i szerokość geograficzna w zakresie 0 180� z rozdzielczością
/ prędkość poruszania się odbiornika, / określenie widocznych w dane] chwili
satelitów,
/ możliwość odczytu czasu oraz daty, / określenie Trybu pomiaru 2D/3D, / opcjonalny pomiar wysokości położenia odbiornika,
/ komunikacja z modułem odbiorczym w standardzie NMEA-0813,
/wyświetlanie wyników na 1G-pozycy|nyrn alfanumerycznym wyświetlaczu LCD,
/ sterowanie Trybem pracy odbiornika przy pomocy proste] klawiatury
Co to jest GPS?
System elektronicznego pozycjonowania GPS pierwotnie został opracowany z myślą o profesjonalnych aplikacjach militarnych, morskich oraz lotniczych. Podstawowe funkcje typowego odbiornika GPS to pomiar prędkości poruszania się, określenie dokładnego położenia na kuli ziemskiej, możliwe jest także określenie wysokości na jakiej znajduje się odbiornik.
Rozwój technologii spowodował znaczną popularyzację tego systemu, co zaowocowało powstaniem odbiorników o uproszczonej konstrukcji, dedykowanych rynkowi nieprofesjonalnemu. W stosunku do pierwowzorów mają one ograniczoną dokładność pomiaru, wynikającą ze specjalnych zabiegów Pentagonu.
System GPS składa się z trzech nierozłącznych segmentów (rys. 1):
- kosmicznego;
- sterowania;
- użytkowników.
Segment kosmiczny jest w praktyce konstelacją 24 satelitów krążących po sześciu orbitach znajdujących się na wysokości 20183km nad poziomem morza. Okres ruchu satelitów wynosi 12
godzin. Satelity są rozmieszczone na orbitach co 55�.
Segment sterowania składa się z szeregu stacji monitorujących satelity, a jego zadaniem jest ciągła weryfikacja i korekcja ich pozycji oraz przekazywanie do satelitów almanachów, czyli informacji opisujących parametry jego ruchu, położenie, współczynnik korekcji zegara itp.
Segm ent użytko wnikó w to w praktyce wszystkie odbiorniki wykorzystywane do ustalenia pozycji. Ustalenie aktualnej pozycji przez odbiornik polega na pomiarze upływu czasu pomiędzy wysłaniem sygnału przez satelitę i jego odebraniem prze odbiornik.
Precyzyjny pomiar czasu przejścia jest mierzony przy pomocy sp e ej alni e z ako do w an eg o sy gnału cyfrowego, który jest porównywany z kodowanym sygnałem odniesienia generowanym w odbiorniku. Procesor odbiornika znajduje współczynnik korelacji sygnału odbieranego z generowanym lokalnie, następnie uzyskany wynik mnoży przez prędkość światła. W ten sposób ustalana jest odległość odbiornika od każdego z satelitów.
42
Elektronika Praktyczna 6/99
Odbiornik GPS
Segment kosmiczny
Segment użytkowników
Stacje transmisyjne
Rys. 1. Poglądowy schemat struktury systemu GPS.
Stacje monitorujące
Segment sterowania
W rzeczywistości pomiar odległości jest nieco bardziej złożony, lecz algorytm postępowania jest identyczny z przedstawionym.
Transmisja danych z satelitów do odbiorników GPS odbywa się w mikrofalowym paśmie L (l,57542GHz) na dwóch kanałach, określanych Li i L2. Nośna Li jest modulowana kodowanym sygnałem cyfrowym o częstotliwości 10,23MHz, wykorzystywanym do ustalenia odległości pomiędzy odbiornikiem i satelitą. Sygnał ten jest oznaczany P-code. Drugim sygnałem modulującym nośną Li jest sygnał oznaczony C/A, o częstotliwości l,023MHz. Nośna L2 jest modulowana tylko sygnałem P-code.
Zastosowanie podwójnego systemu kodowania miało na celu ograniczenie dostępu użytkownikom cywilnym do dokładniejszego sygnału P-code, a z czasem umożliwiło sprzedawanie (oczywiście odpowiednio drogo) dostępu do niego wybranym instytucjom.
To nie takie trudne
Ponieważ szczegóły działania systemu GPS nie stanowią dobra publicznego, konstruktor odbiornika staje - wydawałoby się -przed problemem nie rozwiązania.
Go więcej, poprawne odebranie i zdekodowanie sygnału nadawanego z satelity do odbiornika wymaga wiedzy (i to nie tylko elektronicznej) znacznie wyższej niż przeciętna. Warto tutaj zauważyć, że poziom sygnału niosącego informację, który dociera do anteny jest niższy od poziomu szumów i zakłóceń w otoczeniu odbiornika...
Nastraszyłem Was? Rzeczywiście system GPS jest bardzo zaawansowany technologicznie, jednak spory popyt na odbiorniki spowodował (ach, ten wolny rynek!), że wielu producentów rozpoczęło produkcję modułów odbiorczych, które wymagają od użytkownika tylko umiejętnego obsługiwania złącza RS232!
Na rys. 2 przedstawiono schemat blokowy odbiornika Oncore produkowanego przez firmę Motorola. Na niewielkiej płytce drukowanej z dwustronnie zamontowanymi elementami znajdują się wszystkie elementy niezbędne do prawidłowej pracy urządzenia. Obok
standardowego mikrokontrolera, który odpowiada głównie za transmisję danych z otoczenia do procesora DSP i odwrotnie, znajdują się tam także szybki procesor DSP współpracujący z przetwornikiem A/C oraz ośmioma wirtualnymi torami akwizycji danych.
W odbiornikach Oncore nowszej generacji zastosowano także moduł mierzący pobór prądu przez zewnętrzną antenę aktywną, który pozwala wykryć użytkownikowi fakt jej braku lub błędnego dołączenia. Na rys. 3 przedstawiono charakterystyki przedstawiające pobór prądu przez anteny różnych modeli i wersji odbiorników Oncore.
Niezależnie od typu wszystkie aktywne anteny do odbiorników Oncore mają zbliżoną kierunkową charakterystykę czułości. W płaszczyźnie horyzontu czułość jest identyczna we wszystkich kierunkach, dzięki czemu nie ma konieczności "namierzania" anteną satelitów. Charakterystyka w pionie jest równie interesująca (rys. 4) - jak widać antena jest w stanie odebrać sygnały także od satelitów leżących praktycznie na linii horyzontu, oczywiście pod warunkiem, że nie są ona zasłaniane prze budynki, drzewa, itp.
Współpraca odbiornika Oncore z zewnętrznym sterownikiem odbywa się poprzez asynchro-niczne złącze szeregowe RS2 3 2 (rys. 5), które różni się od zalecanego standardu poziomami napięć. Napięcia wyjściowe na wyjściu interfejsu są zgodne
Tor cyfrowej obróbki sygnału

H KanaM |-|
-\ Kanal2 |-
1 1
-| Kanal4 |-
-| KanatS |-
-\ Kanale h
H Kanar? \-
-| Kanale H
Szyna danych

Rys. 2. Schemat blokowy odbiornika Oncore.
Elektronika Praktyczna 6/99
43
Odbiornik GPS
30
40 60 60 70 S
PobApiqdu[mA]
Rys. 3. Charakterystyki prqdowe aktywnych anten.
BO
100
Rys. 5. Umieszczenie złqcza RS-232 na płytce odbiornika.
ze standardem TTL* Jeżeli odbiornik ma współpracować z oddalonym sterownikiem, jego interfejs należy "wzmocnić" przy pomocy dowolnego konwertera poziomów TTL/RS2 32 (np. MAX232). W przypadku prezentowanego opracowania stosowanie takiego konwertera nie było potrzebne.
Odbiorniki Oncore przystosowane są do obsługi dwóch "języków" komunikacji z użytkownikami. Największe możliwości daje specjalnie zaprojektowany przez Motorolę format binarny. Nieco mniejsze możliwości, lecz z kolei zgodnie z ogólnoświatowym standardem NMEA-0183, daje format znakowy (ASCII), który nosi nazwę normy, którą został opisany. Szybkość transmisji danych wynosi 4800bd.
Ponieważ polecenia dostępne w standardzie NMEA-0183 są akceptowane przez wszystkie odbiorniki GPS i dają dostęp do wszystkich istotnych dla użyt-
kownika funkcji pomiarowych i sterujących, w prezentowanym urządzeniu autor zdecydował się na przełączanie odbiornika w tryb NMEA i sterowanie jego pracą przy pomocy siedmiu dopuszczalnych poleceń: GPGGA, GPGLL, GPGSA, GPGSA, GPGSV, GPRMC, GPVTG i GPZDA. Omówimy je szczegółowo w drugiej części artykułu.
Interesującą, lecz nie wykorzystaną przez nas w praktyce, możliwością odbiornika Oncore (wersji GT) jest jego współpraca z innymi odbiornikami GPS w trybie pomiaru różnicowego. Dzięki zastosowaniu takiej sztuczki można zwiększyć dokładność pomiaru z 25 metrów (standard) do ok. 1..5 m eti ów. P opraw ki wpr o w a dz ane są do systemu liczącego odbiornika poprzez wejście RTCM, dostępne na złączu interfejsu I/O. Obydwa porty szeregowe mają taki sam priorytet i są obsługiwane sy mul tani cznie przez procesor komunikacyjny.
Przejdźmy do sedna sprawy
Po krótkim wstępie ogólnym przejdziemy teraz do omówienia konstrukcji odbiornika. Schemat elektryczny proponowanego rozwiązania znajduje się na rys. 6. Najważniejszym elementem tej części odbiornika jest mikiokon-tioler ST62T30 (USl), który odpowiada za wymianę i transmisję danych pomiędzy odbiornikiem i panelem użytkownika, obsługę panelu użytkownika (klawiatura i wyświetlacz LCD), a także realizację kilku prostych obliczeń aryt-
Tab. 1. Opis zacisków złącza RS232 w odbiorniku Oncore
Rys. 4. Charakterystyka czułości anteny.
Wyprowadzenie nr Nazwa sygnału Opis
1 Battery Opcjonalne zasilanie bateryine (Uhrr^=5V)
2 +5VPWR Napięcie zasilania
3 GROUND Masa zasilania
4 VPP Napięcie programowania pamięci programu Flash
5 RTCM IN Wejście sygnału korekcji RTCM
6 1PPS Sygnał 1 Hz
7 1PPS RTN Masa sygnału 1 Hz
8 TTL TxD Wyjście danych TTL
9 TTLRxD Wejście danych TTL
10 TTL RTN Masa TTL
44
Elektronika Praktyczna 6/99
Odbiornik GPS
Rys. ó. Schemat elektryczny modułu sterownika.
metycznych. Zastosowany mikio-kontroler jest jednym z lepiej wyposażonych w całej rodzinie ST62. Jego standardowym wyposażeniem jest m.in. UART oraz szeregowy interfejs synchroniczny SPI (ma on zostać wykorzystany w opcji rozszerzającej możliwości odbiornika). W wewnętrznej pamięci EEPROM przechowywane są dane inicjalizacyjne odbiornika GPS oraz nastawy opisujące jego wersję. Dzięki nim moduł z rys. 7 może współpracować z wieloma typami odbiorników, pochodzących od różnych producentów.
Wyświetlacz ciekłokrystaliczny Wl (alfanumeryczny 1x16) wraz z prostą 4-przyciskową klawiaturą spełniają rolę interfejsu użytkownika. Mikiokontioler USl steruje wyświetlaczem poprzez 4-bitową magistralę danych oraz trzy standardowe sygnały sterujące. Poprawny restart systemu oraz zabezpieczenie przed pracą mikiokon-tiolera przy zbyt niskim napięciu zasilającym zapewnia układ US2.
O sta tnią, b ar dzo s tandardow ą częścią urządzenia jest zasilacz stabilizowany z układem US3 i mostkiem prostowniczym Ml. Dzięki zastosowaniu mostka Graet-za polaryzacja napięcia na wejściu Zl2 może być dowolna. Możliwe jest także zasilanie urządzenia napięciem zmiennym, ale
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Pl: 10kn miniaturowy ceramiczny
Rl, R2, R3, R4: 4,7kft
Kondensatory
Cl: 470^F
C2, C3: 47^F
C4, C5, C9, CIO: lOOnF
Có, Cli: 10^F/lóV
C7, CS: 27pF
Półprzewodniki
USl: ST62T30B zaprogramowany,
w obudowie DIL2S
US2: DS1S13
US3: 7805
Ml: l,5A/50V
Różne
Sl, S2, S3, S4: mikropi7ełqczniki
Wl: LCD lxló
Xl: SMHz
Zll: szpilki 2x5
ZI2: złqcza zasilania
Elektronika Praktyczna 6/99
45
Odbiornik GPS
wtedy warto jest zwiększyć pojemność kondensatora Cl do 1000"1500nF (mogą wystąpić kłopoty z umieszczeniem go na płyt-c e druków anej) . Piotr Zbysiński, AVT
Interesujące materiały o GPS można znaleźć w Internecie:
- www.navcen.uscg.mil/gps/ GPS.HTM,
- www.usno.navy.mil,
- www.laafb.af.mil/SMC/CZ/ homepage,
- www.nmea.org,
- www.navcen.uscg.mil/dgps/ dgeninfo/R TCMl 04. txt,
- www.gpsworld.com/resources/ glossary.htm,
- www. utexas.edu/depts/grg/ gcraft/n o tes/gp s/gp s. h tml.
Dokumentacja odbiorników GPS Oncore firmy Motorola dostępna jest pod adresem:
www. ep. com .pl/ftp /o th er .h tm
h--
nmi n
Moduł tortowy
Parrieć programu
7B4SB
Praatwon*
Pwrtęć
ctonjch ROM
FUM102B
PC
Oku, panom 1 pTtBSłOr* araz
Stoi, paziom 2
Stu, poziom 3
Staa, paziom 4
Stoi, paziom 5
Stoi, padom 6

Kontrola mdlanla Oicylfltar Blok TwnwwikR
PORTA
PORTB
PORTO
PORTD
UART
TlmorAR
Tlnwr
SPl
TYner-v�tchdog
PB4..PB8/Aln PCł.POTJn
PDftPDT/Ail
TIMER
Rys.
Vbo Via OSOnOSCom
7. Schemat blokowy procesora ST62T30B.
46
Elektronika Praktyczna 6/99
PROJEKTY
Licznik amperogodzin
kit AVT-818
Przyrządy do mierzenia
wartości elektrycznych należą
do żelaznego repertuaru pism
przeznaczonych dla
elektroników. Opisywaliśmy
już wiele takich układów.
Były to przede wszystkim
najróżniejsze woltomierze,
amperomierze, mierniki RLC
i częstotliwości.
Teraz chciałbym
zaproponować budowę
przyrządu umożliwiającego
pomiar ładunku, który został
dostarczony do lub pobrany
z jakiegoś urządzenia.
Podstawowe parametry licznika:
/ Zakres napięć wejściowych 3 36VDC, / Zakres pomiaru prądu ą3A, / Prądowy współczynnik przetwarzania 500A/A, / Wyjściowy współczynnik przetwarzania 1W
A (przy wartości R1 +PR1=2kn), / Wartość rezystanc|i rezystora pomiarowego
(wewnątrz struktury układu) 35mQ, /Pobórprądu rnaks 100|jA, / Sygnalizacja kierunku przepływu prądu
Podstawowe zastosowanie proponowanego układu narzuca się samo: może on służyć do precy-zy j ne g o m oni torów ania procesu ładowania i rozładowywania akumulatorów. Podczas normalnej eksploatacji akumulatorów, standardowe urządzenia służące do ich obsługi okazują się zwykle zupełnie wystarczające. Typowe ładowarki spełniają swoje zadanie, ponieważ zwykle nie interesuje nas "wyciśnięcie" z akumulatorów maksimum ich możliwości. Jednak w zastosowaniach bardziej profesjonalnych możliwość ciągłego monitorowania pracy akumulatora może okazać się niezwykle cenna. Obserwacja bilansu energetycznego ogniw jest bardzo użyteczna podczas procesu formowania akumulatorów, które mają być zastosowane jako źródło energii w modelach samolotów z napędem elektrycznym, a także podczas kontroli akumulatorków zasilających aparaturę zdalnego sterowania. Informacja o tym, ile w rzeczywistości możemy pobrać prądu z akumulatora może mieć decydujące znaczenie dla bezpieczeństwa lotu miniaturowego, ale
bardzo kosztownego samolotu. Posłużyłem się tu przykładem wziętym "z mojego podwórka", ale sądzę, że zaprojektowany przeze mnie układ znajdzie zastosowanie także podczas innych operacji związanych z eksploatacją i konserwacją akumulatorów
Opis działania układu
Schemat elektryczny proponowanego przyrządu został pokazany na rys. 1, a na rys. 2 przedstawiono jego schemat blokowy. Jak widać, układ jest niezwykle prosty, a pozorne skomplikowanie schematu spowodowane zostało jedynie umieszczeniem na nim p o w tarz a j ą cy ch się c z teroki o tni e bloków funkcjonalnych: licznik + dekoder BCD na kod wyświetlacza siedmiosegmentowego + wyświetlacz. Najważniejszym w układzie jest jednak blok pomiarowy zbudowany na układach ICl i IC2 i od niego właśnie rozpoczniemy omawianie schematu.
Zbudowanie przetwornika prąd - napięcie jest w zasadzie sprawą prostą i taki układ można skonstruować z wykorzystaniem tylko jednego wzmacniacza operacyjne-
Elektronika Praktyczna 6/99
Licznik amperogodzin
Rys. 1. Schemat elektryczny miernika.
go. Podczas praktycznej realizacji układu pojawiają się jednak dwa problemy. Po pierwsze, trudno jest zdobyć rezystor pomiarowy o odpowiedniej klasie dokładności. Rezystory takie są wprawdzie produkowane, lecz są to elementy relatywnie drogie i trudne do nabycia w pojedynczych egzemplarzach. Pozostaje zatem stosowanie typowych rezystorów i konieczność wykonywania żmudnej kalibracji wykonanego przyrządu. Drugi problem, specyficzny dla układu, który zamierzamy zbudować, jest znacznie poważniejszy. Jeżeli bowiem mamy zamiar do-
konywać pomiarów prądu zarówno wpływającego do nadzorowanego urządzenia jak i z niego wypływającego, to konieczny będzie specjalny układ wykrywający kierunek przepływu prądu. Także taki układ można wykonać z wykorzystaniem wzmacniaczy operacyjnych, ale byłoby to rozwiązanie mało eleganckie i skomplikowane.
Obydwa problemy konstrukcyjne zostały przezwyciężone przez zastosowanie scalonego przetwornika prąd - napięcie wyposażonego także w układ wykrywający kierunek przepływu prądu. Ukła-
dem tym jest znany już Czytelnikom Elektroniki Praktycznej MAX471, opisany w numerze 5/96. W największym więc skrócie podamy podstawowe parametry tego interesującego i niesłychanie użytecznego dla konstruktorów układu.
A zatem, jeden ośmiokońców-kowy układ scalony zawiera w swojej strukturze wszystkie potrzebne nam elementy, łącznie z precyzyjnym rezystorem pomiarowym i układem detekcji kierunku przepływu prądu! Z jego wyjść otrzymujemy wszystkie potrzebne nam informacje: napięcie na wyj-
50
Elektronika Praktyczna 6/99
Licznik amperogodzin
Ci 0 lii Ci
+ ^ PRZETWORNIK PRĄD - NAPIĘCIE IC1 PRZETWORNIK NAPIĘCIE-CZĘSTOTUWOŚĆ IC2 LICZNIK UP/DC

GND Ł

WSKAŹNIK KIERUNKU PRZEPŁYWU PRĄDU i V RESET
Rys. 2. Schemat blokowy toru pomiarowego.
ściu OUT jest wprost proporcjonalne do wartości prądu płynącego pomiędzy wejściami +RS i -RS, a stan wyjścia SIGN wskazuje na kierunek przepływającego prądu. Jest to wyjście typu OPEN COLLECTOR, co umożliwia zastosowanie kostki MAX471 zarówno w układach TTL jak i CMOS zasilanych w całym zakresie stosowanych dla nich napięć. Umieszczenie rezystora pomiarowego wewnątrz układu scalonego rozwiązało wszelkie problemy związane ze "zdobyciem" dyskretnego rezystora o dobrych parametrach. Zastosowanie tego układu scalonego nasuwa jednak dwa ograniczenia, przed którymi należy ostrzec Czytelników. Pierwszym jest ograniczenie maksymalnej wartości mierzonego prądu do 3A. Jeżeli ta wartość okaże się niewystarczająca, to wracamy do punktu wyjścia i do poszukiwań odpowiedniego rezystora, którym moglibyśmy zbocznikować wejścia naszego przyrządu i rozszerzyć jego zakres pomiarowy.
Drugie ograniczenie wynika ze specyficznego sposobu zasilania układu MAX471. Prąd zasilania tego układu pobierany jest z jego wejść pomiarowych +RS i -RS, co uniemożliwia monitorowanie układów, w których napięcie jest mniejsze niż 3VDC. Nie będziemy więc mogli bez rozbudowania układu nadzorować procesu ładowania akumulatorów składających się z mniej niż trzech ogniw.
Kolejnym zadaniem, przed jakim stanąłem podczas projektowania proponowanego układu, było przetworzenie uzyskanej z MAX471 wartości napięcia na częstotliwość. Na szczęście ten problem okazał się banalny, produkowana jest bowiem ogromna liczba scalonych przetworników napięcie-częstotliwość. Mój wybór padł na popularny układ RC4151,
a podyktowany był głównie prostą aplikacją i niską ceną tego układu. Częstotliwość przebiegu prostokątnego na wyjściu OC tego układu jest wprost proporcjonalna do napięcia podanego na wejście N_INV, a zakres jej zmian określony jest wartościami R3 i C2. Generowany przez IC2 ciąg impulsów prostokątnych kierowany jest do dzielnika częstotliwości zrealizowanego na układzie IC12
4040, a następnie do bloku kaskadowo połączonych liczników.
Pozostała część układu jest typowym licznikiem impulsów, wyposażonym w możliwość zliczania zarówno "w dół" jak i "w górę". Wejścia wyboru kierunku zliczania U/D liczników IC7..IC10 zostały połączone ze sobą i doprowadzone do wyjścia SIGN przetwornika prąd - częstotliwość ICl. Jeżeli wyjście to jest zwarte poprzez wewnętrzny tranzystor do masy, to liczniki odejmują od swojej zawartości każdy kolejny impuls dostarczany na wejście CLK IC7. Występowanie na tych wejściach stanu wysokiego powoduje dodawanie impulsów do zawartości liczników. Wszystkie liczniki możemy w dowolnym momencie, najczęściej na początku cyklu ładowania -rozładowywania akumulatorów, wy-zerować za pomocą przycisku Sl.
Wyjścia liczników połączone są z wejściami dekoderów BCD - kod wyświetlacza siedmio-segmentowego IC3..IC6. Zadaniem
dekoderów jest prezentacja wyników zliczania na czterech wyświetlaczach siedmio segmentowych DP1..DP4. Zastosowanie w układzie tych czterech wyświetlaczy spowodowało znaczne zwiększenie poboru prądu, co w przypadku monitorowania poboru prądu i zasilania układu z akumulatora mogłoby okazać się bardzo niekorzystne. Dlatego też wszystkie wejścia wygaszania BI dekoderów IC3..IC6 zostały połączone ze sobą i dołączone do masy zasilania za pośrednictwem rezystora R12, co powoduje stałe wyświetlanie wyników pomiaru. Jeżeli jednak zewrzemy za pomocą przełącznika S2 wejścia wygaszania dekoderów do plusa zasilania, to wyświetlacze zgasną i pobór prądu przez układ stanie się pomijalnie mały. Jeżeli często będziemy korzystać z takiego trybu pracy, to jako S2 można zastosować przełącznik z jednym tylko położeniem stabilnym, w którym wejścia BI dekoderów będą zwarte do plusa zasilania. Naciśnięcie przycisku umożliwi szybkie odczytanie wyników i natychmiastowy powrót do pracy ze zmniejszonym poborem mocy.
Zadaniem diody LED D3 jest wskazywanie aktualnego kierunku przepływu prądu. Dioda ta świeci w momencie powstania na wejściach U/D liczników stanu niskiego, co odpowiada zliczaniu w dół.
IC12,.
" i
s&
O
G F nAB c& G F nAB PS c& G F nAB c& G F Ati nAB c&
E D E n D E 1 B E B
IC6
DP4
Rys. 3. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej.
Elektronika Praktyczna 6/99
51
Licznik amperogodzin
C0N1
Rys. 4. Proponowany układ testowy.
Montaż
i uruchomienie
Na rys. 3 pokazano rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej wykonanej z laminatu dwustronnego z metalizacją otworów. Montaż wykonujemy w typowy sposób, rozpoczynając od elementów o najmniejszych gabarytach, a kończąc na wlutowaniu w płytkę stabilizatora napięcia i kondensatorów elektrolitycznych. Pod układy scalone jak zwykle zalecam zastosować podstawki, ale z jednym wyjątkiem.
Układ zmontowany ze sprawdzonych elementów nie wymaga uruchamiania. Miejmy nadzieję, że podobnie jak prototyp "odpali"
od razu i będzie wymagał jedynie dość pracochłonnej regulacji. Aby wykonać regulację naszego przyrządu musimy zmontować prosty układ przedstawiony na rys. 4. Możemy wykorzystać dowolny zasilacz stabilizowany o napięciu wyjściowym 4..30VDC, natomiast jako obciążenie najlepiej użyć układu w rodzaju aktywnego obciążenia (np. AVT-318). Jeżeli takiego nie posiadamy, to możemy zastosować inne obciążenie, starając się uzyskać "okrągłą" wartość natężenia prądu, co ułatwi obliczenie liczby impulsów zliczonych w określonym czasie.
Zasada regulacji jest bardzo prosta. Przy prądzie o wartości 1A, po pomiarze trwającym godzinę na wyświetlaczu powinna ukazać się liczba 1000 świadcząca
0 pobraniu przez obciążenie ładunku lOOOmAh. Podczas pierwszej , zgrubnej regulacji nie będziemy czekać na wynik pomiaru całej godziny, wystarczy nam czas 6 min. Po włączeniu zasiania
1 dołączeniu obciążenia naciskamy przycisk RESET i mamy 6 minut na zrobienie sobie kawy. Po tym czasie sprawdzamy stan wyświetlacza, na którym z pewnością pojawiła się jakaś liczba, na razie różniąca się od 100. Jeżeli była ona większa od 100, to zmniejszamy rezystancję potencjometru montażowego PRl, a jeżeli mniejsza to wartość PRl należy zwiększyć. Po kilku takich regulacjach osiągniemy z pewnością wystarczającą dokładność przyrządu. Jeżeli jednak zależy nam na osiągnięciu większej do-
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
PRl: potencjometr montażowy
HELUTRIM lkn
Rl: l,5kQ
R2: 82kO
R3: 33kO
R4, R6, R9, RIO: 10kO
R5: 15kO
R7, R12: 100ka
R8: 330O
Rl 1: 470O
Kondensatory
Cl: 10^F
C2, C4, Có: lOOnF
C3:
C5:
Półprzewodniki
DPI, DP2, DP3, DP4: wyświetlacz
siedmiosegmentowy LED wsp.
anoda
D2, Dl: 1N4001
D3: LED
IC1: MAX471
IC2: RC4151
IC3, IC4, IC5, IC6: 4543
IC7, IC8, IC9, IC10: 4510
ICH: 7805
IC12: 4040
Tl: BC557
Różne
CON1: ARK3
CON2: ARK2 (3,5mm)
Sl: przycisk RESET
kładności przyrządu, to możemy powtórzyć regulację z wykorzystaniem dłuższego czasu pomiaru, np. 1 godziny. Układ powinien być zasilany napięciem stałym, niekoniecznie stabilizowanym, o wartości 7..16VDC. Zbigiew Raabe, AVT
52
Elektronika Praktyczna 6/99
PROJEKTY
Układ zdalnego pozycjonowania przemysłowej kamery wideo
kit AVT-817
Chciałbym zaproponować
budowę układu, dla którego
można znaleźć naprawdę
dużo interesujących
zastosowań.
Spadek cen małych,
przemysłowych kamer wideo
pozwala na zastosowanie tych
urządzeń w gospodarstwie
domowym, nawet tak
nietypowo, jak obserwacja
śpiących lub bawiących się
dzieci.
Nie są to jednak jedyne miejsca, w których kamera wideo, połączona przewodowo lub drogą radiową z prostym monitorem, może okazać się niezastąpionym środkiem obserwacji. Wszelkiego typu anty włamaniowe systemy dozoru także wymagają stosowania kamer przemysłowych. W niezbyt bezpiecznych czasach, w jakich żyjemy, lepiej dobrze przyjrzeć się, kto stoi pod drzwiami naszego domu zanim je otworzymy. Prowadzenie hodowli zwierząt także może wymagać zdalnej obserwacji naszych podopiecznych i to nie tylko w dzień, ale i w nocy. Przykłady zastosowania kamer wideo można mnożyć w nieskończoność.
Podczas stosowania przemysłowej kamery w systemie dozoru spotykamy się najczęściej z jed-
nym, trudnym do pokonania problemem. Otóż format kadru takiej kamery jest podobnie jak format klatki filmowej, oparty na złotym podziale odcinka. Uniemożliwia to nadzorowanie większego obszaru, ponieważ w kadrze znajdzie się także duża część sufitu i podłogi pilnowanego pomieszczenia, co najczęściej nie jest dla nas interesujące. Zastosowanie obiektywu o krótszej ogniskowej pozwoli wprawdzie na zwiększenie kata widzenia kamery, ale kosztem utraty szczegółów i dalszego "ładowania" się w kadr zbędnych elementów w jego górnej i dolnej części. Ponieważ zastosowanie w przemysłowej kamerze obiektywu anamorfotycznego Cretiena raczej nie wchodzi w grę, musimy wymyślić jakiś inny sposób rozszerzenia kąta widzenia kamery.
Elektronika Praktyczna 6/99
53
Układ zdalnego pozycjonowania przemysłowej kamery wideo
Do serwomechanizmów
CON3
GND +12VDC
1 2 3 1 2 3
D5 IRED
Rys. 1. Schemat elektryczny układu wykonawczego.
Sposób ten nasuwa się sam: należy zbudować układ, który poruszałby kamerą ustawiając ją w pozycji najbardziej odpowiedniej dla aktualnie prowadzonej obserwacji. Tak wyposażona kamera mogłaby być wyposażona w obiektyw o nawet bardzo małym kącie widzenia, szczególnie w przypadku, jeżeli będziemy mieli możliwość pozycjonowania jej także w płaszczyźnie pionowej. Jak dotąd, na drodze do zbudowania potrzebnego nam urządzenia, barierą nie do pokonania było wykonanie skomplikowanej części mechanicznej, niezbędnej do poruszania kamerą. Taki układ mechaniczny musiałby składać się ze skomplikowanych przekładni, praktycznie nie do wykonania w warunkach amatorskich.
Napisałem "jak dotąd" ponieważ obecnie bariera ta została pokonana. Mamy już do dyspozycji aż dwa "przełożenia" pomiędzy elektroniką a mechaniką: silniki krokowe i serwomechanizmy, ostatnio szczegółowo opisywane na łamach EP. Wykorzystując fakt, że produkowane obecnie mini-kamery wideo przeznaczone do domowych zastosowań, a także kamery do komputerowych systemów multimedialnych są bardzo
małe i lekkie, do pozycjonowania kamery zastosowaliśmy standardowe serwomechanizmy modelarskie.
Zaprojektowany układ charakteryzuje się następującymi właściwościami:
/Umożliwia zdalne pozycjonowanie małej kamery wideo, z możliwością wykonywania ruchów w dwóch płaszczyznach. / Kąt obrotu kamery wynosi ok. 180�, zarówno w pionie jak i w poziomie. Przy zastosowaniu obiektywu o kącie widzenia 90� daje to całkowity kąt obserwacji wynoszący 270� w poziomie i niewiele mniej w pionie. /Może być zastosowany także do obserwacji obiektów znajdujących się w całkowitej ciemności (np. śpiących dzieci), ponieważ został wyposażony w oświetlacz noktowizyjny pracujący w podczerwieni.
Ponieważ koszt nabycia kamery i dwóch serwomechanizmów jest relatywnie wysoki, dużą wagę przywiązywałem do zaprojektowania układu z wykorzystaniem wyłącznie łatwo dostępnych i tanich elementów. Urządzenie jest bardzo proste i łatwe do wykonania, nawet dla mało zaawansowanego konstruktora.
Opis działania układu
Na rys. 1 i 2 pokazano schematy elektryczne proponowanego układu. Składa się on z dwóch części: układu wykonawczego, sterującego serwami i pracą oświetlacza noktowizyjnego, oraz części sterującej, która może być umieszczona w znacznej odległości od kamery.
Zajmijmy się najpierw układem wykonawczym pokazanym na rysunku 1. Składa on się głównie z generatora sterującego zasilaniem ośmiu diod elektroluminescencyjnych (nadawczych) w podczerwieni D1..D8.
Nie będziemy tu szczegółowo opisywać zasady działania oświetlacza noktowizyjnego do kamery wideo, wspomnijmy tylko, że przetworniki obrazu większości kamer wideo uczulone są na promieniowanie bliskiej podczerwieni, i że fakt ten możemy wykorzystać do prowadzenia obserwacji w ciemnościach. Impulsowe zasilanie diod daje znaczną oszczędność pobieranej przez układ energii, przy nieznacznym spadku jasności obrazu.
Oświetlacz noktowizyjny może być włączany wysokim poziomem napięcia podawanego na wejście R generatora astabilnego, zrealizowanego na układzie NE555 - IC2.
Układ jest zasilany napięciem stałym 12VDC, niezbędnym do prawidłowego funkcjonowania większości kamer wideo i zapewniającym wystarczającą energię emitowanej przez oświetlacz wiązki podczerwieni. Natomiast serwomechanizmy modelarskie wymagają napięcia stałego z przedziału 4,8..6VDC. Dlatego też zastosowano w układzie stabilizator napięcia ICl - 7805, którego zadaniem jest zasilanie serwomechanizmów i, za pośrednictwem złącza CON4, sterującego nimi układu elektronicznego, którego schemat został pokazany na rys. 2.
Podobnie jak w przypadku oświetlacza noktowizyjnego, nie będę w tym artykule tłumaczył Czytelnikom zasady działania serwomechanizmów modelarskich, ponieważ poruszałem już ten temat w kilku artykułach zamieszczonych w Elektronice Praktycz-
54
Elektronika Praktyczna 6/99
Układ zdalnego pozycjonowania przemysłowej kamery wideo
Rys. 2. Schemat elektryczny układu sterującego.
nej. Przypomnę jedynie, że serwomechanizm umożliwia realizację tzw. sterowania proporcjonalnego. Serwo sterowane jest impulsami prostokątnymi o wypełnieniu zmieniającym się w granicach od ok. 0,5 do ok. 2,5ms (1..2ms w typowych zastosowaniach modelarskich), a minimalny kąt obrotu wału napędowego serwa uzależniony jest właśnie od długości
O aO SO aO
Rys. 3. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej układu wykonawczego.
tych impulsów. Kąt obrotu serwa modelarskiego sterowanego impulsami o standardowej długości wynosi od 60 do 90� i może być łatwo zwiększony do 180� przez zastosowanie sterowania impulsami o przedłużonym czasie trwania. Moment obrotowy serwomechanizmu jest bardzo duży i w przypadku serw standardowych dochodzi do kilku kg*cm, a w serwomechanizmach stosowanych w modelarstwie wyczynowym może wielokrotnie przekraczać tę wartość.
Impulsy sterujące serwami wytwarzane są w naszym układzie przez dwa przerzutniki mo-nostabilne IC4 i IC5, zbudowane z wykorzystaniem popularnych układów scalonych typu NE5 55. Czas trwania impulsu, a tym samym kąt obrotu wału serwomechanizmu, na którym zamocowana jest kamera, możemy nastawiać za pomocą potencjometrów Pl i P2. Z wartościami elementów takimi jak na schemacie, czas trwania tych impulsów wynosi od ok. 0,5 do ok. 3 ms, co zapewnia kąt obrotu kamery wynoszący do ok. 180�. Przerzutniki wyzwalane są impulsami generowanymi przez astabilny multiwibrator IC3 (okres około lOms). Potencjometry montażowe PRl. .PR4 służą do ewen-
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Pl, P2; 1 OkO/A, potencjometry obrotowe lub suwakowe PRL PR3: 4,7kn, potencjometry montażowe
PR2, PR4: lOOka, potencjometry montażowe
Rl, R2: 100ka
R3, R4: 22Q
R5: 240O
R6: 5Ó0O
R7; 4,7kQ
R8, RIO: 8,2kQ
R9, Rl 1: 47kO
R12: 270kO
Kondensatory
Cl, C2: lOOnF
C3: 4,7nF
C4: 22nF
C5, Có: 1000|iF/25V
C7, C9, Cli, C13: lOOnF
C8: 100^F/16V
C10, C12, C14: lOnF
Półprzewodniki
DL D2, D3, D4, D5, Dó, D7, D8: diody IRED
IC1: 7805
IC2, IC3, IC4, IC5: NE555
Tl: BUZ10 lub podobny
Różne
CON1, CON7: ARK2
CON2, CON3: złącze szpilkowe
1x3
CON4, CONó: złącze szpilkowe 5x2
Rys. 4. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej układu sterującego.
Elektronika Praktyczna 6/99
55
Układ zdalnego pozycjonowania przemysłowej kamery wideo
tualnego dostosowania charakterystyk potencjometrów Pl i P2 do wymaganej charakterystyki ruchu kamery i maksymalnego kąta jej obrotu.
Za pomocą przełącznika Sl możemy zewrzeć do masy zasilania wejście R multiwibratora astabilnego IC2, powodując tym samym zaprzestanie generacji impulsów przez ten układ i wyłączenie oświetlacza noktowizyjnego
Układ sterujący zasilany jest
z układu wykonawczego za pośrednictwem złącza CON6, przez które przekazywane są także sygnały sterujące. Złącze CON7 umożliwia dołączenie do układu sterownika ewentualnych układów pomocniczych.
Montaż i uruchomienie
Na rys. 3 i 4 pokazano rozmieszczenie elementów na płytkach układu wykonawczego i ste-
rownika. Mozaiki ich ścieżek znajdują się na wkładce wewnątrz numeru.
Montaż wykonujemy w typowy sposób, rozpoczynając od elementów o najmniejszych gabarytach. Płytka układu wykonawczego została zwymiarowana pod obudowę typu Z-23. Kształt i wymiary tej obudowy pozwalają na łatwe zamocowanie kamery wideo na jej powierzchni i zlokalizowanie diod IRED dookoła kamery.
Jeżeli dobrze przyjrzymy się płytce układu wykonawczego, to zauważymy małe otworki umieszczone pomiędzy punktami lutowniczymi każdej z diod IRED. Otworki te mogą posłużyć do bardzo dokładnego zaznaczenia na wewnętrznej stronie obudowy miejsc, w których musimy wywiercić otwory na diody IRED. Czynność tę musimy wykonać przed wlutowa-
niem w płytkę jakichkolwiek elementów.
Sposobu zamontowania kamer-ki na serwomechanizmie i połączenia dwóch serw ze sobą nie ma sensu dokładnie opisywać. Zależy on od możliwości wykonawcy, a szczegóły są dokładnie widoczne na zdjęciach. Mogę jedynie podpowiedzieć moim Czytelnikom, że potrzebne do montażu urządzenia kształtki najłatwiej wykonać z kawałków laminatu epoksydowo - szklanego używanego do produkcji obwodów drukowanych.
W układzie sterownika możemy zastosować potencjometry obrotowe lub suwakowe, zależy to wyłącznie od upodobań użytkowników. Także typ obudowy będzie zależał od sposobu wykonania sterownika i ewentualnego umieszczenia w niej miniaturowego monitora LCD. Zbigniew Raabe, AVT
56
Elektronika Praktyczna 6/99
PROJEKTY
Programowanie sterowników wyświetlaczy graficznych, część 1
Wyświetlacz graficzny LCD z kontrolerem T6963C
Ańykui ten jest dość
nietypowy - przynajmniej jak
na EP. Opisujemy w nim
bowiem konstrukcję
urządzenia, ale tylko przy
okazji opisu sposobu
sterowania graficznych
wyświetlaczy LCD.
Ańykuiu tego nie można
przegapić! Znajdziecie w nim
bowiem komplet informacji
o sposobach sterowania
graficznych wyświetlaczy oraz
doskonałe narzędzie do
sterowania nimi.
Gdy budujemy jakiekolwiek urządzenie mikroprocesorowe prawie zawsze zachodzi konieczność wyświetlenia danych: wyników pomiaru, wprowadzonych parametrów, czasu, daty itp. W większości przypadków wystarcza nam wizualizacja znakowa. Jest ona łatwo realizowania (LED, LCD, wyświetlacze alfanumeryczne), w miarę tania, a także wielokrotnie opisywana i nie stwarzająca większych problemów programowych.
Jednak czasem - chociaż raczej rzadko w domowych, amatorskich aplikacjach - funkcje urządzenia wymagają wizualizacji graficznej. Jest tak na przykład w razie konieczności przedstawiania przebiegów czasowych, zwięzłego i skutecznego zobrazowania przebiegu procesu technologicznego lub stanu urządzeń itp. W takich przypadkach warto sięgnąć po uniwersalne, graficzne wyświetlacze LCD. Są one dostępne w różnych rozmiarach i wykonaniach, począwszy od całkiem niewiel-
kich (128x32 piksele), a kończąc na dużych ekranach używanych w laptopach.
W naszym przykładzie wykorzystania wyświetlacza graficznego użyjemy modelu LM24014H firmy Sharp o wymiarach ekranu 240x64 piksele.
Budowa wyświetlacza
Podobnie jak w wyświetlaczach alfanumerycznych mamy do czynienia ze zintegrowanym zespołem panelu LCD oraz elektroniki sterującej, pozwalającej na stosunkowo proste sterowanie wyświetlaczem. Schemat blokowy urządzenia jest przedstawiony na rys. 1.
Ekran panelu LCD jest matrycą 240x64 sterowanych indywidualnie pikseli. Jest wykonany jako tiansfleksyjny, czyli może pracować zarówno ze światłem zewnętrznym - odbitym, jak i ze światłem przechodzącym, emitowanym przez podświetlającą folię elektroluminescencyjną. Stanem aktywnym (zapaleniem) piksela jest jego zaciemnienie. Indywidu-
Elektronika Praktyczna 6/99
57
Programowanie sterowników wyświetlaczy graficznych
OPCJONALNE PODŚWIETLANIE
5CTAL
?
ROW DHV
GOL DRV
GOL
DHV
GOL DRV
DANE
ADRESY
KONTROLA
ZŁĄCZE 20 PIN
ue
DEKODER
ue
SRAM BkEx8
SYGNAtY KONTROLNE
Ul TBA40
U2,U3,U4 TSA3S
U5 T6963C
ue 6264
U7 LA 5310
ue 74HC138
NAPIĘCIA ZASILANIA LCD
LM 24014H
GENERATOR NAPIĘĆ
O O
o o
o o
o o
o o
o o
o o
o o
o o
o o
20
VEE,VDD,VSS
Rys. 1. Schemat blokowy wyświetlacza LM24014H;
alne wy sterowanie każdego pik-sela zapewnia zespół driverów (Ul - wiersze, U2, U3, U4 -kolumny) podających w odpowiednie miejsca ekranu napięcie przemienne między elektrodami wiersza i kolumny. Odpowiednie napięcia są formowane z zewnętrznego zasilania przez pomocniczy układ U7.
Wszelkimi operacjami logicznymi oraz komunikacją zajmuje się zespół sterujący: kontroler U5 współpracujący z pamięcią SRAM 8kBx8 - U6, wspomagany dekoderem U8 i rezonatorem ceramicznym XTAL. Jako kontroler pracuje układ Toshiby T6963C. Chociaż w wyświetlaczach graficznych nie ma tak uniwersalnego standardu jaki stanowi na przykład układ Hitachi HD44780 w wyświetlaczach alfanumerycznych - to T6963C jest spotykany dosyć często i opisane dalej zasady jego obsługi mogą się przydać także dla innych typów wyświetlaczy. Łączność kontrolera z otoczeniem zapewnia 20-pinowe typowe złącze (piny widziane od strony panelu - nie od strony gniazda):
1 - FGND - masa obudowy (metalowej ramki mocującej panel LCD)
2 - GND (inaczej Vss) - masa
3 - Vdd - zasilanie układów logiki (+5V)
4 - Vee - zasilanie panelu LCD (regulacja kontrastu - ok. -10V)
5 - WR - zapis (aktywny poziom niski)
Przykład rozwiązania układowego jest podany na schemacie interfejsu sterującego wyświetlaczem (przedstawimy go w EP7/99). Pobór prądu dla poszczególnych napięć wynosi średnio ok. 12mA dla +5V i ok. l,5mA dla Vee= -10V.
Organizacja procesu wyświetlania
Wyświetlacz dysponuje trybami graficznym i tekstowym, które mogą być niezależnie włączane i wyłączane. W trybie graficznym ekran jest podzielony na 64 linie, a każda linia na 40 zespołów (pattern) po 6 pikseli. Każdy pattern odpowiada jednemu bajtowi pamięci, z wykorzystanymi 6 młodszymi bitami. Ustawienie bitu (1) oznacza zapalenie (zaciemnienie) piksela. W trybie tekstowym ekran dzieli się na 8 linii po 40 (font 6x8) lub 30 (font 8x8) znaków. Znaki mogą być pobierane z generatora wbudowanego (CG-ROM) lub ładowanego (CG-RAM). Do dyspozycji mamy też programowo konfigurowany kur-sor.
Tryby mogą ze sobą współpracować w różnych stylach: OR - sumowanie - znaki i grafika
są wyświetlane niezależnie od
siebie,
6 - RD - odczyt (aktywny poziom niski)
7 - CE - wejście zezwalające (aktywny poziom niski)
8 - C/D - przełączanie: komendy/ dane (HI - komenda, LO - dana)
9 - NC - nie podłączone
10 - RESET - zerowanie (poziomem niskim)
11 - 18 - D0..D7 - magistrala danych
19 - FS - wybór szerokości fontu (HI - 6x8, LO - 8x8) (dla trybu tekstowego)
20 - NC - nie podłączone Operując odpowiednio powyższymi sygnałami realizujemy potrzebne sekwencje zapisu i odczytu komend i danych. Zależności czasowe pomiędzy sygnałami zostały przedstawione na rys. 2.
Jak widać, jest tu wiele zbieżności ze sposobem sterowania wyświetlaczem alfanumerycznym, chociaż oczywiście występuje o wiele wię-cej komend, trybów pracy itp.
Kilka słów o napięciach zasilania. Układy logiczne mają typowe, własne zasilanie +5V. Napięcie dla panelu LCD jest natomiast formowane z napięć Vdd i Vee. Maksymalny zakres Vee to -12V do -6V. Należy zapewnić regulację tego napięcia, gdyż jego optymalna wartość (decydująca o kontraście) zależy (w granicach ok. IV) od RySi 2. Przebiegi czasowe charakteryzujące egzemplarza wyświetlacza, interfejs wyświetlacza LM24014H.
CZAL[ns]
SYMBOL MIN, MAX,
WYPRZEDZENIE USTAWIENIA C/D T-CDS 100 -
PRZETRZYMANIE C/D TCCH 10 -
DŁUGOŚĆ IMPULSU CE TCE 80 -
DŁUGOŚĆ IMPULSU WR TWR eo -
DŁUGOŚĆ IMPULSU RD TRD 80 -
WYPRZEDZENIE USTAWIENIA DANYCH TOS BO -
PRZETRZYMANIE DANEJ - ZAPIS T-DH 80 -
CZAS DOSTĘPU - ODCZYT T-ACC - 150
PRZETRZYMANIE DANEJ - ODCZYT T-OH 10 50
58
Elektronika Praktyczna 6/99
Programowanie sterowników wyświetlaczy graficznych
FUNKCJA KOD
C/D RW WR D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 DO
KONFIGURACJA KMIECI 1 0 0 1 0 0 0 0 A A
ZAPIS DO REJESTRU 1 0 0 0 1 0 0 A A A
TRYB WYŚWIETLANIA 1 0 1 0 0 0 A A A A
ROZMIAR KURSORA 1 0 1 0 1 0 0 A A A
ODCZYT/ZAPIS BAJTU DANYCH 1 0 1 1 0 0 0 A A A
TRYB AUTO 1 0 1 0 1 1 0 0 A A
STYL WYŚWIETLANIA 1 0 1 0 0 0 A A A A
ODCZYT EKRANU (PEEK) 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0
KOPIOWANIE UNII (COPY) 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0
USTAWIENIE POJEDYNCZEGO BITU 1 D 1 1 1 1 A A A A
ODCZYT STATUSU 1 0 1 BAJT STATUSU
WPIS BAJTU DANYCH 0 1 0 BAJT WPISYWANY
POBRANIE BAJTU DANYCH 0 0 1 BAJT ODCZYTANY
A- BFTY OKREŚLAJĄCE DZIAŁANIE DOKŁADNY OPIS W TEKŚCIE
Rys. 3. Format i znaczenie stanów sterujących.
stabilizuje zegar i nie wykonuje operacji)
AND - iloczyn - zapalone zostają STA 6 - wskaźnik błędu w niektó-tylko piksele, które są aktywne w obu trybach,
EXOR - wyłączność - zapalone zostają tylko piksele różniące się w obu trybach,
STA 2 - gotowość /Konfiguracja pamięci. Argument do odczytu danej dwubajtowy Dl, D2, kod
010000AA:
AA=OO - ustawienie adresu po- czątku obszaru tekstowego w pamięci, w Dl młodszy bajt adresu, w D2 starszy bajt adresu; AA=01 - ustawienie szerokości pola tekstowego (liczby znaków w linii), w Dl liczba kolumn, D2=0;
(przez ok. 2ms po AA=10 - ustawienie adresu po-zerowaniu kontroler czątku obszaru graficznego w pamięci, w Dl młodszy bajt adresu, w D2 starszy bajt adresu; AA=11 - ustawienie szerokości ekranu graficznego (w 6-pikse-lowych patternach) w Dl liczba kolumn, D2=0.
w trybie AUTO: 1 -gotów, 0 - zajęty STA 3 - gotowość do zapisu danej w trybie AUTO: 1 -gotów, 0 - zajęty STA 4 - nieistotny STA 5 - wskaźnik stanu po zerowaniu
ATTR - tekst z atrybutami (grafika
rych operacjach dotyczących obszaru graficznego, błąd (1) jest sygnalizowany przy próbie operacji graficznej pod adresem /Zapis do wewnętrznych rejest-wykraczającym poza ustawiony rów. Argument dwubajtowy Dl, obszar graficzny pamięci D2, kod 00100AAA:
musi być wyłączona - atrybuty STA 7 - wskaźnik migania: 1 - AAA=001 - ustawienie pozycji
są pobierane z obszaru graficz-nego pamięci). Wszystkie nie-
włączony, 0 - wyłączony. Status odczytujemy przy pozio-
zbędne dane są przechowywane mie wysokim na linii C/D (zestaw
w pamięci U6 w wydzielonych sygnałów przy poszczególnych
obszarach: grafiki, tekstu, gene- operacjach jest przedstawiony na
ratora CG-RAM, atrybutów tek- rys. 3).
stu. Adresy tych obszarów są Komendy mogą być bez argu-
wprowadzone do kontrolera mentów, z argumentem 1-bajtowym
podczas konfiguracji. Każda lub z argumentem 2-bajtowym. Tro-
zmiana zawartości pamięci jest chę nietypowy jest spo-
samoczynnie przenoszona na ek- sób wprowadzania argu-
ran. Ponieważ pamięć ma struk- mentów: wpisujemy je
turę liniową - dodatkowo wpi- w pierwszej kolejności
sujemy do kontrolera żądaną w operacjach zapisu da-
szerokość pola tekstu lub obrazu nych, a dopiero potem -
(w znakach tekstowych oraz w operacji zapisu ko-
patternach graficznych), co po- mendy - wpisujemy kod
zwala podzielić obszar pamięci komendy informując
na poszczególne wiersze. Loka- kontroler co ma zrobić
lizacja poszczególnych obszarów z już przesłanymi argu-
jest dowolna. mentami.
Dane możemy wpro-
Sterowanie wyświetlaczem wadzać pojedynczo (ko-
Do wyświetlacza wysyłamy ko- mendami zapisu jedne-
mendy konfiguracyjne i sterujące go bajtu), dla większych
oraz potrzebne dane. Odczytywać bloków danych należy
możemy status, zawartość pamięci jednak używać trybu
oraz ekranu. W praktyce najbar- AUTO - kolejne wpisy-
dziej potrzebny jest odczyt statu- wane bajty danych są
su, gdyż przed każdym wpisem w tym trybie przyjmo-
danej lub komendy do kontrolera wane bez dodatkowej
musimy sprawdzić czy jest on komendy, z jednoczesną
gotów na jej przyjęcie, o czym inkrementacją adresu
świadczy ustawienie odpowied- w pamięci RAM. nich bitów w słowie statusu: Przykładowe sek-
STA 0 - gotowość do zapisu in- wencje operacji są
strukcji: 1 - gotów, 0 - zajęty przedstawione na rys.
STA 1 - gotowość do zapisu/ 4. Poniżej zamieszczono
kursora, w Dl współrzędna pozioma x w zakresie 0..127 (7 bitów), w D2 współrzędna pionowa y (od góry) w zakresie 0..31 (5 bitów);
AAA=010 - ustawienie offsetu ładowalnego generatora znaków (CG-RAM), w Dl offset w zakresie 0..31 (5 bitów), D2=0;
SEKWENCJA ZAPISU BAJTU DANYCH / KOMENDY
KOD KOMENDY
KOMENDA BEZ ARGUMENTU
ARGUMENTD1
KOD KOMENDY
KOMENDA Z ARGUMENTEM JEDNOBAJTOWYM
ARGUMENTD1
ARGUMENTD2
KODKOMENDY
ZAPIS BLOKU DANYCH W TRYBIE AUTO
odczytu danej: 1 - gotów, 0 - dokładne opisy po- RySi 4. Algorytmy sterowania wyświetlaczem zajęty szczególnych komend. LM24014H.
Elektronika Praktyczna 6/99
59
Programowanie sterowników wyświetlaczy graficznych
Rys. 5. Okno programu testowego.
AAA=100 - ustawienie wskaźnika adresowego, w Dl młodszy bajt adresu, w D2 starszy bajt adresu - następnie wykonywane operacje zapisu lub odczytu będą dotyczyć tego adresu. Dodatkowego wyjaśnienia wymaga offset CG-RAM. Struktura generatora znaków jest następuj ąca:
K opis każdego znaku jest zawarty w 8-bajtowym obszarze pamięci (kolejne bajty opisują kolejne wiersze znaku), K kod znaku podany w obszarze tekstowym ekranu (O..$ff) wskazuje na odpowiedni opis znaku - do ulokowania pełnej tablicy znaków potrzebujemy więc 8x256=2048 bajtów (2kB), których zaadresowanie wymaga 10 bitów.
Offset CG-RAM określa lokację 2 kB generatora w 8 kB pamięci -inaczej mówiąc jest najstarszymi, począwszy od 11, bitami adresu. Na przykład offset=l ustawia początek obszaru generatora na $800 (rzecz jasna należy zadbać, aby generator mieścił się w granicach obszaru pamięci!).
/ Ustawianie trybu wyświetlania. Komenda bez argumentu, kod 1001AAAA. W tej komendzie bity 0..3 są użyte jako flagi, czyli mogą być ustawiane niezależnie. Ustawienie (1) oznacza włączenie przypisanego danej fladze trybu.
Bit 0 - miganie kursora, Bit 1 - kursor widoczny,
Bit 2 - ekran tekstowy widoczny, Bit 3 - ekran graficzny widoczny.
/ Ustawienie rozmiaru kursora.
Komenda bez argumentu, kod
10100AAA:
AAA+1= wysokość kursora (np. AAA=000 - jedna linia od dołu, AAA=111 - kursor na cały obszar znaku).
-/Odczyt/zapis bajtu danych. Komenda bez argumentu przy odczycie, natomiast z argumentem jednobajtowym Dl przy zapisie, kod 11000AAA. Mechanizm używania jest następujący: najpierw należy ustawić wskaźnik adresu, przy zapisie -wpisać daną Dl i komendę z kodem do zapisu, kontroler ulokuje Dl pod podanym adresem. Przy odczycie - wpisać komendę z kodem do odczytu (kontroler przygotuje zawartość podanego wcześniej adresu) i odczytać daną.
AAA=000 - zapis danej z inkie-mentacją wskaźnika adresowego,
AAA=001 - odczyt danej z inkie-mentacją wskaźnika adresowego,
AAA=010 - zapis danej z dekie-mentacją wskaźnika adresowego,
AAA=011 - odczyt danej z dekre-mentacją wskaźnika adresowego,
AAA=1*O - zapis danej bez zmiany wskaźnika adresowego,
AAA=1*1 - odczyt danej bez zmiany wskaźnika adresowego (* - stan dowolny).
/ Tryb AUTO. Komenda bez argumentu, kod 101100AA. Pozwala na załadowanie lub odczyt kolejno większej liczby bajtów danych bez każdorazowego wywoływania poprzedniej
komendy dotyczącej jednego bajtu. Schemat użycia do zapisu jest pokazany na rys. 4. Należy pamiętać, że przy włączonym trybie AUTO gotowość kontrolera określają oddzielne bity słowa statusu (STA2 dla odczytu, STA 3 dla zapisu).
AA=00 - włączenie trybu AUTO do zapisu,
AA=01 - włączenie trybu AUTO do odczytu,
AA=1* - wyłączenie tiybu AUTO (* - stan dowolny).
/ Ustawianie stylu wyświetlania.
Komenda bez argumentu, kod
1000AAAA.
Bity 0,1,2 stanowią przełącznik
stylu: AAA=000 - OR (suma grafiki
i tekstu), AAA=001 - EXOR (wyświetlanie
różnicowe grafiki i tekstu), AAA=011 - AND (iloczyn grafiki
i tekstu), AAA=100 - tekst z atrybutami.
Bit 3 stanowi niezależną flagę wyboru generatora znaków: 1 -ładowany CG-RAM, 0 - wbudowany CG-ROM. Przy włączeniu atrybutów tekstu należy kody atrybutów ulokować w obszarze graficznym pamięci. Jednocześnie oznacza to, że tryb graficzny jest przy użyciu atrybutów nieaktywny. Można albo przeładować obszar graficzny kodami atrybutów, albo wydzielić dla atrybutów oddzielny blok pamięci i odpowiednio przestawić adres obszaru graficznego. Kody atrybutów wykorzystują 4 najmłodsze bity:
0000 - znak normalny, 0011 - znak wygaszony, 1000 - znak migający. W dokumentacji sterownika podano także 0101 - inwersja, ale nie wiedzieć czemu nie udało mi się tego uzyskać. Generator CG-ROM pomija znaki sterujące - zaczyna się od spacji $20. Należy więc odpowiednio przeliczyć kody ASCII przy ładowaniu tekstu. Jeśli chcemy używać własnych znaków musimy niestety załadować wszystko - nie można korzystać częściowo z ROM i RAM. Ułatwieniem jest zamieszczony w kodzie źródłowym przykładowy generator z polskimi znakami.
-/Zapalanie indywidualnego bitu. Komenda bez argumentu, kod 1111AAAA.
.60
Elektronika Praktyczna 6/99
Programowanie sterowników wyświetlaczy graficznych
Bity 0,1.2 określają pozycję bitu w bajcie (wskazywanym przez zawartość wskaźnika adresowego). Bit 3 oznacza: 1 -zapalenie piksela, 0 - zgaszenie piksela.
Typowe operacje
Po zerowaniu lub włączeniu zasilania należy przeprowadzić inicjalizację. Należy zwłaszcza zwrócić uwagę na fakt, że zerowanie nie zmienia rejestru stylu wyświetlania - brak jawnego ustawienia stylu powoduje zagadkowy brak startu wyświetlacza. Sekwencja operacji wygląda np. następująco:
1. Zerowanie i ustawienie:
- stylu, np. OR + CG-RAM,
- adresu pola grafiki,
- szerokości ekranu graficznego,
- adresu pola tekstowego,
- szerokości ekranu tekstowego,
- offsetu CG-RAM,
2. Załadowanie generatora znaków.
3. Zerowanie pamięci tekstowej.
4. Załadowanie pamięci graficznej.
5. Włączenie trybu graficznego. Ładowanie bloku danych najlepiej - jak już wspomniałem -wykonać z użyciem trybu AUTO (patrz też rys. 4):
1. Ustawienie wskaźnika adresowego na początek ładowanego obszaru.
2. Włączenie trybu AUTO do zapisu.
3. Wpisanie odpowiedniej liczby danych.
4. Wyłączenie trybu AUTO. Powyższy opis nie objął mniej
przydatnych w praktycznym wykorzystaniu wyświetlacza funkcji odczytywania zawartości ekranu, kopiowania linii, czy też używania okna przewijanego - pozostawiam to Czytelnikom do ewentualnych własnych eksperymentów. Rzecz jasna, w rzeczywistych aplikacjach konieczne jest przygotowanie sobie szeregu - zależnie od potrzeb - funkcji graficznych, np. rysujących linie, ramki, wykresy itp. Bardzo efektownym przykładem takiej profesjonalnej biblioteki jest Window Server w palm-topach Psion. We własnych projektach jednakże na ogół wystarczą znacznie prostsze rozwiązania. W szczególności często możemy mieć do czynienia z ładowaniem pełnoekranowej grafiki (logo firmowe, tło itd.). Do przygotowania grafiki w formacie zgodnym z potrzebami wyświetlacza służy specjalnie napisany program. Pracuje on w środowisku Windows i pozwala na przekodowanie typowych plików *.bmp. Dodatkowo można z jego pomocą wygenerować gotowy tekstowy plik assemblerowy do dołączenia do oprogramowania mikrokontrolera sterującego wyświetlaczem. Wygląd okna programu przedstawia rys. 5. Jerzy Szczesiul, [e-mail]
Elektronika Praktyczna 6/99
61
PROJEKTY
Nagrywarka dla układów ISD2500
kit AVT-487
Na pierwszy rzut oka
nagranie komunikatu
w układzie ISD nie jest
czynnością skomplikowaną.
jednak nagranie wielu
komunikatów pod ściśle
określonymi adresami
napotyka już na pewne
trudności. Przezwycięża je
programowana nagrywarka.
Podstawowe właściwości nagrywarki do układów serii ISD2500:
Układ umożliwia zaprogramowanie dowolnego układu z serii ISD2500, a więc kostek ISD2545, ISD2560, ISD2590 i ISD25120
2 Liczba nagranych komunikatów zależy wyłącznie od poiemności pamięci danego Typu układu
3 U rządzenie umożliwia natychmiastowe odtworzenie nagrane] Irazy w celu weryfikacji poprawności nagrania
4 Urządzenie może wykorzystywać do wykonywania nagrań wbudowany mikrolon wewnętrzny, ale Także dostosowane jest do współpracy z zewnętrznymi źródłami sygnału akustycznego (np kart dźwiękowe] komputera PC)
5 Ze względu na chęć podniesienia do maksimum komlortu obsługi układu został on wyposażony w precyzyjny stoper, włączany automatycznie po rozpoczęciu nagrywania i urnoz-liwiaiący dokładne określenie czasu Trwania nagranego komunikatu Rozdzielczość stopera wynosi 0,1 s
6 Układ został wyposażony w optyczną sygnalizację błędu adresowania i przepełnienia pamięci
Układom z serii ISD25OO poświęciliśmy ostatnio na łamach Elektroniki Praktycznej sporo miejsca. Opublikowana została szczegółowa monografia tych interesujących kostek, a także wiele projektów wykorzystujących te elementy. Jednakże wszystkie te urządzenia miały w zasadzie charakter typowo rozrywkowy, co mogłoby sugerować, że układy ISD nadają się wyłącznie do konstruowania zabawek.
Tak nie jest. Rodzina ISD25OO może znaleźć zastosowanie także w bardziej "zaawansowanych" projektach, w układach automatyki i systemach informacyjnych. Takimi systemami, powszechnie już stosowanymi, są np. "mówiące" układy instalowane w windach i informujące użytkowników o numerze piętra, na które dotarli. Możliwość zapisania w pamięci ISD dużej liczby komunikatów akustycznych i precyzyjnego ich zlokalizowania pod wybranymi adresami daje interesujące możliwości składania dłuższych fraz mówionych z osobnych wyrazów a nawet zgłosek.
Przykładem systemu mikroprocesorowego sterującego układem ISD był opublikowany w EP3/97 opis "Mówiącego zegara", w którym nawet dość długie komunikaty były składane z osobnych słów niezauważalnie dla słuchającego.
Pr oj ektanci sy s tem ów w y ko -rzystujących "gadające" kostki napotykają jednak na jedną trudność, niezbyt łatwą do przezwyciężenia. Jeżeli, na przykład, do działania budowanego systemu potrzebny jest układ ISD z nagranymi kilkunastoma frazami dźwiękowymi, które będą wykorzystywane i w odpowiedniej kolejności odtwarzane przez mikroprocesor, to jak umieścić te komunikaty dokładnie pod właściwymi adresami? Proste urządzenie do nagrywania komunikatów dźwiękowych na ISD już nie wystarczy, ponieważ ustalenie adresu, pod jakim nagraliśmy jakiś tekst jest w takim urządzeniu praktycznie niemożliwe.
Oczywiście, jakimś rozwiązaniem może być wyposażenie budowanego urządzenia w rozbudowany układ nagrywania, ale komplikuje to budowę układu i niepotrzebnie zwiększa koszty jego wykonania. Ponadto, wielu użytkowników chciałoby otrzymać żądane urządzenie już z nagranymi komunikatami, a nie nagrywać je samodzielnie.
Proponowane przez nas urządzenie rozwiązuje wszystkie te trudności, umożliwiając zapisanie w pamięci dowolnego układu z serii ISD25OO komunikatów akustycznych o liczbie zależnej jedynie od pojemności pamięci dane-
Elektronika Praktyczna 1/99
53
Nagrywarka dla układów ISD2500
Rys. 1. Schemat elektryczny układu.
54
Elektronika Praktyczna 1/99
Nagrywarka dla układów ISD2500
go typu kostki. Każdy komunikat zostanie nagrany pod ściśle określonym adresem tak, że jego późniejsze odnalezienie będzie sprawą trywialnie prostą.
Opracowana przeze mnie kopiarka do układów I SD (opis w EP12/98) umożliwi następnie powielenie zaprogramowanego układu w dowolnej liczbie egzemplarzy.
Układ nagrywarki, z którego budową zapoznamy się za chwilę, został zaprojektowany z wykorzystaniem wyłącznie tanich i łatwo dostępnych elementów. Stopień komplikacji urządzenia jest niewielki, co pozwoli na jego budowę nawet przez średnio zaawansowanych konstruktorów.
Opis działania układu
Schemat elektryczny nagrywarki do kostek ISD2500 pokazano na rys. 1. Dla ułatwienia omawiania schematu podzielimy go na dwie części: układ nagrywania i odtwarzanie komunikatów oraz na powiązany z nim układ stopera. Omówmy najpierw część pierwszą.
Układ nagrywania i odtwarzania jest typową aplikacją kostki ISD2500 pracującej w trybie konwencjonalnym - adresowym. W tym trybie pracy wszystkie operacje, tak zapisu jak i odczytu są rozpoczynane od adresu ustawionego za pomocą wymuszenia odpowiednich stanów logicznych na wejściach A0..A9.
I tu bardzo ważna uwaga praktyczna, której zlekceważenie może spowodować poważne zakłócenia w pracy nagrywarki: zakazane są stany, w których dwa najstarsze bity adresu mają wartość logiczną "0"! Ustawienie "jedynek" na obydwóch tych wejściach wprowadza układ ISD w stan wyboru trybu pracy, nie stosowany w naszej aplikacji. Aby ustrzec roztargnionych użytkowników przed pomyłkami, zbudowany został fragment układu z bramkami IC8C i IC8D. Pozwala on wykryć zaistnienie stanu zakazanego na wejściach adresowych i zasygnalizować za pomocą włączenia diody LED D5, że coś się tutaj komuś pokręciło z tym adresem.
Ile więc adresów mamy do dyspozycji, a co za tym idzie, ile komunikatów (przynajmniej teore-
tycznie) możemy zapisać w pamięci "iesdeka"? Największa wartość jaką możemy ustawić na wejściach adresowych wynosi 111111101 , co po przełożeniu "na nasze" daje wartość dziesiętną 509. Ile zatem wynosi teoretyczny czas trwania najkrótszego komunikatu, który możemy zapisać w pamięci układu ISD, a tym samym raster którym będziemy się posługiwać? W poniższej tabeli zamieszczono wartości rastra dla poszczególnych układów rodziny ISD2500: Typ układu ISD Raster [s] ISD2545 ok. 0,08
ISD2560 ok. 0,11
ISD2590 ok. 0,17
ISD25120 ok. 0,23
Oczywiście, możliwość zapisania w pamięci ISD komunikatu o czasie trwania np. 0,17 s jest raczej teoretyczna i powyższe obliczenia zostały wykonane jedynie w celu pokazania, z jaką precyzją możemy zagospodarować obszar pamięci tego układu.
Bardzo skomplikowana budowa fonetyczna naszego języka raczej uniemożliwia próby zbudowania w oparciu o te układy syntetyzatora mowy, w przeciwieństwie do np. języka japońskiego, dla którego wystarczyłoby zapisać w pamięci ISD wszystkie 67 zgłosek alfabetu Hiragana, aby uzyskać zupełnie niezły syntetyzator. Ale nie o pięknym języku Kraju Kwitnącej Wiśni mieliśmy tu mówić, wracajmy do naszego układu.
Pierwszą czynnością jaką będziemy musieli wykonać podczas nagrywania komunikatów do pamięci układu ISD będzie ustawienie adresu, pod którym musi się znaleźć początek nagrywanej frazy dźwiękowej. Adres ustawiamy za pomocą przełącznika Sl, pamiętając, że zwarcie jego styków wymusza na odpowiednim wejściu adresowym stan niski, oraz że istnieje stan zakazany: xxxxxxxll (gdzie x-dowolny stan logiczny).
Do nagrywania możemy wykorzystać dwa źródła Rys. 2, sygnału: sygnał pochodzący płytce
z wbudowanego w układ mikrofonu elektretowego Ml lub sygnał z dowolnego źródła zewnętrznego. Osobiście polecam zastosowanie karty muzycznej komputera. Dysponując odpowiednim oprogramowaniem możemy efekt dźwiękowy przeznaczony do nagrania w pamięci ISD dowolnie obrabiać, a co najważniejsze z dużą precyzją ustalić czas jego trwania. Wyboru źródła sygnału do nagrania dokonujemy za pomocą przełącznika S2, a potencjometrem Pl możemy w szerokich granicach regulować poziom sygnału docierającego do wejścia ANA IN układu ISD.
Nagrywanie rozpoczynamy ustawiając przełącznik S7 w pozycji RECORD, a następnie naciskając przycisk S5 - START, co spowoduje ustawienie przerzutni-ka R-S zbudowanego z bramek IC8A i IC8B i w konsekwencji wymuszenie stanu niskiego na wejściu !CE układu ISD. Naciśnięcie przycisku S6 - STOP spowoduje wyzerowanie przerzutnika i przerwanie nagrania.
W większości przypadków po wykonaniu nagrania chcielibyśmy przesłuchać go, aby sprawdzić
G F 3AB G Fl AB G F 3AB
E i D E i c& E i D c& E d 8 D 1 c&
S4
ooooe IC2 IC3
R14. IC4
14OOO 8OOOO
1 28
27
3
25
5
23
7 Ś4
"* 21
9
19
U
17
13
14 15
"glr ERROR
is^ris1*
Rozmieszczenie elementów na drukowanej.
Elektronika Praktyczna 1/99
55
Nagrywarka dla układów ISD2500
jego poprawność. W tym celu wystarczy przestawić przełącznik S7 w pozycję REPLAY i ponownie nacisnąć przycisk START. Odtwarzanie rozpocznie się od tego samego adresu co nagrywanie i będzie trwało aż do momentu zakończenia danego komunikatu i pojawienia się na wyjściu EOM (ang. End Of Message) ICl stanu niskiego, który spowoduje natychmiastowe wyzerowanie przerzut-nika R-S i przerwanie odtwarzania. Jeżeli jednak będziemy cały czas trzymać wciśnięty przycisk START, to odtwarzane będą wszystkie nagrane komunikaty, aż do momentu zwolnienia przycisku lub odtworzenia całej zawartości pamięci. W tym drugim przypadku układ I SD zostanie wprowadzony w stan "uśpienia", z którego możemy go wyprowadzić naciskając przycisk S8 - RESET.
Przejdźmy teraz do omówienia drugiego bloku funkcjonalnego układu: stopera. Został on zbudowany w typowy sposób, z wykorzystaniem pięciu układów z rodziny 4000 i generatora zegarowego NE555. Trzy liczniki BCD: IC5B, IC6A i IC6B zostały połączone szeregowo, a do ich wyjść zostały dołączone wejścia trzech dekoderów BCD - kod wyświetlacza siedmiosegmentowego: IC2..IC4. Układ IC7 generuje ciąg impulsów prostokątnych o częstotliwości określonej pojemnością C7 i rezystancjami R13, PRl i R14. Częstotliwość ta (powinna wynosić dokładnie lOOHz) ulega następnie podziałowi przez 10 w liczniku IC5A, z którego sygnał jest doprowadzany do wejścia zegarowego pierwszego z liczników odmierzających czas nagrania lub odtwarzania.
Jeżeli przerzutnik R-S jest wy-zerowany, to stan niski z jego wyjścia (IC8A, pin 3) doprowa-
dzany do wejścia zerującego (re-set) IC7 powoduje wstrzymanie generacji impulsów przez ten układ. W momencie rozpoczęcia nagrywania lub odtwarzania generator zostaje włączony i liczniki rozpoczynają odmierzanie czasu z rastrem 0,1 s. Wyłączenie nagrywania lub odtwarzania powoduje zatrzymanie odmierzania czasu, którego wynik pozostanie wyświetlony na wyświetlaczach DP1..DP3 aż do momentu naciśnięcia przycisku S4. Zadaniem diody LED D4 jest sygnalizowanie wejścia układu ISD w stan przepełnienia, co może zdarzyć się zarówno podczas nagrywania jak i odtwarzania. W takim przypadku konieczne jest naciśnięcie przycisku S8, co spowoduje ponowne ustawienie układu w stan oczekiwania.
Układ nagrywarki p owinien być zasilany napięciem +5VDC, koniecznie stabilizowanym.
Montaż i uruchomienie
Na rys. 2 pokazano schemat montażowy płytki drukowanej. Mozaikę ścieżek obydwu warstw płytki przedstawiamy na wkładce wewnątrz numeru.
Montaż urządzenia rozpoczynamy od wlutowania kilku zworek, oznaczonych na stronie opisowej kreskami oraz symbolem "Z". Pozostałą część montażu przeprowadzamy w typowy sposób, rozpoczynając od wlutowania rezystorów, a kończąc na kondensatorach elektrolitycznych. Musimy jednak powziąć pewną ważną decyzję: jaki typ podstawki mamy zastosować pod układ ICl? Jeżeli programowania układów ISD będziemy wykonywać jedynie sporadycznie, to wystarczy zastosować zwykłą podstawkę. Jeżeli jednak mamy zamiar zaprogramować dużą liczbę kostek ISD, to warto
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Pl: 100ka/B potencjometr
obrotowy
PRl: 10kO potencjometr
montażowy miniaturowy
Rl, R2: 1..10kO
R3: 470kO
R4, R5, R8, R15, R16: 10kO
R7, R6: 3,3kQ
R9, RIO, Rl 1: l,2kn
R12, R17: 200O
R13, R14: 100ka
RP1: L.lOkO (R-pack SIL)
Kondensatory
Cl: 4,7^F/1ÓV
C2, C3, C10: 220nF
C4, C9: 100|iF/16V
C5, Có: 470nF
C7: 47nF
C8: 22nF
Cli: lnF
Półprzewodniki
DL D2, D3: 1N4001
DA, D5: LED <|)5 czerwona
ICl: układ z rodziny ISD2500 (nie
wchodzi w skład kitu)
IC2, IC3, IC4: 4543
IC5, ICÓ: 4518
IC7: NE555
IC8: 4011
DPI, DP2, DP3: wyświetlacz
7-segmentowy LED, wsp. anoda
Tl: BC557 lub odpowiednik
Różne
CON1: ARK2 (3,5mm)
LSI: głośnik 16Q
Ml: mikrofon elektretowy 2-
końcówkowy
Sl: 10-krotny DIP-switch
(lub 2x5-krotny)
S4, S5, Só, S8: przycisk typu RESET
lutowany w płytkę
S2, S3, S7: przełącznik hebelkowy
zastosować podstawkę typu ZIF, taką jaką stosuje się w programatorach EPROM-ów.
Układ zmontowany ze sprawdzonych elementów nie wymaga jakiegokolwiek uruchamiania, ale jedynie prostej regulacji polegającej na ustawieniu za pomocą potencjometru montażowego PRl częstotliwości generowanej przez IC7. Częstotliwość ta powinna wynosić dokładnie lOOHz, a podczas regulacji należy pin 4 IC7 dołączyć prowizorycznie do plusa zasilania (po wyjęciu układu IC8). Zbigniew Raabe. AVT
56
Elektronika Praktyczna 1/99
Telewizyjny dekoder dźwięku NICAM
Dzięki uprzejmości firmy MJM _ Ą
przetestowaliśmy w naszym
laboratorium dekoder
cyfrowego dźwięku
stereo do odbiorników
telewizyjnych. Efekty
naszych badań
przedstawiamy na
str. 34.
Intrefejs IrDA do komputera PC
Projekt ze str. 69 opracowaliśmy z myślq
o użytkowni- _p\
kach komputerów PC, ^-nj którzy chcq \v w praktyce wykorzystać możliwości oferowane przez nowoczesny, bezprzewodowy interfejs IrDA.
(
Projekty Czytelników
Otrzymujemy od Was coraz więcej projektów. Aby nieco "rozładować" kolejkę w tym miesiqcu publikujemy trzy interesujqce opisy: pierwszq część miernika mocy w optycznych torach światłowodowych, sterownik oświetlenia MIDI oraz bardzo prosty sterownik semafora drogowego. Zapraszamy na str. 83.
V Kapacz dręczyciel
Urzqdzenie, którego opis znajdu|e się na str. 67 zaspokoi sadystyczne zapędy nawet najbardziej wybrednych Czytelników...
Jerzy Szczesluf dTa
AVT
Sterownik graficznego wyświetlacza LCD
Po raz pierwszy na łamach EP zajmujemy się problematykq programowania i sterowania pracq graficznych wyświetlaczy LCD. lnteresujqcy artykuł znajdziecie na str. 57.
Licznik amperogodzin A
Urzqdzenie opracowane przede wszystkim z myślq o modelarzach, pozwala ono bowiem dokładnie ocenić stan naładowania akumulatorów stanowiq-cych źródło zasilania wielu modeli. Str. 49.
Układ zdalnego pozycjonowania kamery przemysłowej
Na str. 53 przedstawiamy przykład niebanalnego zastosowania serwomechanizmów.
Na str. 33 przedstawiamy dwa interesujqce oscyloskopy niemieckiej firmy Hameg.
Piraci >
Co tu dużo mówić... Sami zajrzyjcie na str. 27.
Stacja meteorologiczna ^ 4 firmy Dallas
Spektakularny pokaz możliwości 4 układów rodziny iBuffon firmy Dallas. Str. 37.
4
Cyfrowy mostek pomiarowy RLC
Kolejny przyrzqd z oferty Grundiga przedstawiamy na str. 36. w
LOGOISoftComfort...
...czyli nowy pakiet oprogramowania narzędziowego dla LOGO! Przedstawiamy )ego możliwości na str. 31.
Analizator widma
Potężny (pod każdym względem!) przyrzqd HP prezentujemy na str. 2
IKA
Nr 78
czerwi ec'99
Projekty zagraniczne!__________________________
Programator mikrokontrolerów Atmel AT69C2051/1051........13
Elektor w EP ^^^^^^^^^^^^^^^^
Pojemnościowy czujnik poziomu cieczy..................................19
Tester ciqgłości VCO...................................................................22
Gra na refleks...............................................................................24
Wysokiej jakości oscylator do cyfrowej fonii............................25
Internet ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^H
Piraci..............................................................................................27
Pr og rarny^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^fl
Komfortowe LOGOISoft..............................................................31
Fundacja Xilinxa...........................................................................39
Analizator widma HPESA-E4407B..............................................29
Oscyloskopy Hameg HM404/407..............................................33
Wielosystemowy dekoder dźwięku stereofonicznego
NICAM do odbiorników TV i magnetowidów..........................34
Stacja meteorologiczna firmy Dallas........................................37
Odbiornik GPS..............................................................................42
Licznik amperogodzin.................................................................49
Układ zdalnego pozycjonowania
przemysłowej kamery wideo........................................................53
Programowanie sterowników
wyświetlaczy graficznych, cześć 1 ...........................................57
M i n i proj e kty^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^H
Kapacz dręczyciel.......................................................................67
Interfejs IrDA do PC.....................................................................66
Nowe podzespoły.......................................................................71
Co w "Z"-ecie piszczy ..................................................................79
Projekty Czytelników ^^^^^^^^^^^^^^^^^H
Miernik mocy optycznej w światłowodzie, cześć 1 ................63
Uliczny sygnalizator świetlny.......................................................66
Świetlny sekwencer MIDI............................................................67
Forum................................................................................90
Info Świat.........................................................................91
Info Kraj............................................................................93
Kramik+Rynek................................................................99
Wykaz reklamodawcow............................................115
Ekspresowy Informator Elektroniczny.....................116
Wyniki konkursów..........................................................90
Elektronika Praktyczna 6/99
7
MINIPROJEKTY
Wspólną cechą układów opisywanych w dziale "Mlnlprojekty" jest łatwość Ich praktycznej realizacji. Na zmontowanie i uruchomienie układu wystarcza zwykle kwadrans. Mogą to być układy stosunkowo skomplikowane funkcjonalnie, niemniej proste w montażu i uruchamianiu, gdyż Ich złożoność i Inteligencja jest zawarta w układach scalonych. Wszystkie projekty opisywane w tej rubryce są wykonywane i badane w laboratorium AVT. Większość z nich wchodzi do oferty kitów AVT jako wyodrębniona seria "Mlnlprojekty" o numeracji zaczynającej się od 1000.
Kapacz dręczyciel
Przed sta wiamy
kolejny układ z serii
elektronicznych układów
dręczących. Jest to
banalny układ, który
imituje kapanie wody
z niedokręconego kranu
lub pękniętej rury, ale
tylko w nocy.
Zanim zapoznacie się z opisem nowego układu, który został zaprojektowany przez jednego z konstruktorów AVT, odznaczającego się wyjątkowo łagodnym i nie skłonnym do złośliwości charakterem, powinniście przeczytać poniższe ostrzeżenie i zastanowić się, co naprawdę macie zamiar uczynić z udostępnioną Warn dokumentacją.
Urządzenie to może bowiem wywierać destrukcyjny wpływ na ludzką psychikę, z doprowadzeniem człowieka do targnięcia się na własne życie włącznie. Epidemia samobójstw, która wystąpiła po wynalezieniu i rozpowszechnieniu "kapaczy" spowodowała konieczność zastosowania restrykcji prawnych wobec osób używających tych niehumanitarnych urządzeń. Rozpowszechnienie w Internecie schematów i opisów budowy "kapaczy" wywołało kolejną lawinę dyskusji o konieczności wprowadzenia cenzury ogólnoświatowej Sieci i eliminowania z niej informacji groźnych dla zdrowia i życia ludzi.
W wielu krajach jest zakazane prawem produkowanie, posiadanie i używanie "kapaćzy dręczyć ieli". W Stanach Zjednoczonych Ameryki jest to przestępstwo federalne, ścigane przez FBI i bezlitośnie karane przez sądy. A i polski Kodeks Karny (Art. 184. ż 1. "Kto znęca się fizycznie lub moralnie nad członkiem swojej rodziny lub nad inną oso-
ffTI
Rys. 1.
bą.... Jeżeli następstwem czynu jest targnięcie się pokrzywdzonego na własne życie albo sprawca działał ze szczególnym okrucieństwem, podlega karze pozbawienia wolności od roku do lat 10.") nie pozostawia najmniejszych wątpliwości co do legalności stosowania "dręczyciela".
Cóż podczas nocnej ciszy może być bardziej okropnego od odgłosu kapiącej wody z niedokręconego kranu? Ten odgłos potrafi wyciągnąć największego śpiocha z pościeli i skłonić go do natychmiastowego udania się do kuchni lub łazienki i użycia całej siły do dokręcenia nieszczelnego kranu. Jeżeli jednak pomimo sprawdzenia wszystkich kranów niemiły odgłos odezwie siew chwilę po ponownym udaniu się na spoczynek i zgaszeniu światła? To już może nawet największego flegmatyka doprowadzić do furii! Dręczonego czeka kolejna inspekcja kranów, dokręcanie już i tak zamkniętych dopływów wody i triumfalny powrót do łóżka. Teraz już nic nie będzie kapać, można iść spać. Torturowany osobnik gasi światło i już zamyka oczy, kiedy znowu... kap... kap... kap... kap...
Jeżeli "dręczyciel" jest dobrze ukryty, a uprzednio zaopatrzony został w baterię dobrej jakości, to zabawa ta-
Elektronika Praktyczna 6/99
67
MINIPROJEKTY
Rys. 2.
ka może trwać całe dnie (właściwie noce, bo "kapacz" działa tylko w ciemności), tygodnie, a nawet miesiące, jeżeli oczywiście katowany nieszczęśnik nie powiesi się przedtem na pasku od zegarka! Można przewidzieć nawet znacznie drastyczniejsze reakcje ofiary takiego współczesnego kata: w przypływie rozpaczy może ona kazać wykonać generalny remont kuchni lub łazienki, przypuszczając , że źródło kapania znajduje się w rurach umieszczonych wewnątrz ściany!
Jeżeli już przezwyciężymy opory moralne i zdecydujemy się na budowę "kapacza dręczyciela", to okaże się, że układ ten jest wręcz dziecinnie prosty w budowie i nie wymaga jakiegokolwiek uruchamiania, ale za to otwiera szerokie pole do eksperymentów z dobieraniem wartości elementów w celu uzyskania jak najlepszego efektu akustycznego. Także koszt budowy "dręczyciela", urządzenia o charakterze wyjątkowo "jednorazowym", jest bardzo niski, co pozwoli na zbudo-
wanie całej serii takich układów, równie niebezpiecznych jak broń nuklearna czy gazy bojowe.
Opis układu
Schemat elektryczny "dręczyciela" pokazano na rys. 1. Dawno chyba nie widzieliśmy tak prostego układu, w dodatku zbudowanego wyłącznie na tranzystorach. Jego działanie można omówić w paru słowach. Jeżeli fototranzystor T3 jest oświetlony , to baza tranzystora Tl zwierana jest z jego emiterem i układ pozostaje w stanie spoczynku. Pobór prądu jest w tym stanie pomijalnie mały. Jeżeli natomiast umieścimy układ w ciemnym pomieszczeniu, to tranzystor Tl zacznie przewodzić i rozpocznie się ładowanie kondensatorów Cl i C2. Po pewnym czasie, określonym pojemnością kondensatorów i rezystancją R2, rosnące napięcie na kondensatorach spowoduje przewodzenie tranzystora T2. W obwodzie Cl i Li powstaną oscylacje, dające charakterystyczny, podobny do odgłosu padającej kropli wody dźwięk w głośniku. Po rozładowaniu kondensatorów tranzystor T2 przestaje przewodzić i cały proces rozpoczyna się od początku.
Wartości elementów pokazane na schemacie nie są krytyczne. Prawie wszystkie z nich możemy zmieniać, sta-
rając się uzyskać jak najlepszy efekt dźwiękowy. Możemy także zastąpić fototranzystor fotorezystorem, a także eksperymentować z wartością indukcyjności dławika LI.
Montaż i uruchomienie
Na rys. 2 pokazano rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej. Montaż układu nie wymaga jakiegokolwiek komentarza, natomiast jego ostateczne wykończenie i ewentualne obudowanie zależeć będzie od charakteru miejsca, w jakim dręczyciel zostanie umieszczony. Musimy przewidzieć, że układ wraz z głośniczkiem musi być dobrze ukryty, ale jednocześnie jego foto element musi być oświetlany światłem palącym się w pomieszczeniu (najczęściej w łazience lub w kuchni). Zauważyłem także jedno, interesujące zjawisko: najlepsze efekty akustyczne uzyskuje się po umieszczeniu głośniczka wewnątrz jakiegoś naczynia, np. szklanki lub dzbanka. Stwarza to dodatkowe możliwości ukrycia dręczyciela, ponieważ w łazienkach i kuchniach zwykle jest sporo takich na co dzień nie używanych przedmiotów.
Dobrym miejscem na ukrycie naszego narzędzia tortur mogą być także najrozmaitsze ekrany i przegrody osłaniające w kuchniach i ła-
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl: 100Q
R2: 470kQ
R3: 3kQ
R4, R5: 1MQ
Kondensatory
Cl: ljif/16V
C2: 33^F/16V
C3: 10jiF/16V
C4: 100^F/16V
Półprzewodniki
Tl: BC557
T2: BC548
T3: fototranzystor lub
fotorezystor
Różne
LSI: miniaturowy głośnik lub
słuchawka telefoniczna
LI: dławik lOmH
Płytka drukowana wraz z kompletem elementów jest dostępna wAVT - oznaczenie AYT-12.30.
zienkach instalacje hydrauliczne. Staranne ukrycie (pamiętajmy o zapewnieniu fo-toelementowi dobrej "widoczności") "dręczyciela" w takim miejscu pozwala mieć nadzieję, że będzie on pracował i dręczył ofiary przez wiele dni, a może nawet i tygodni.
Układ powinien być zasilany napięciem stałym o wartości ok. 9VDC, co sugeruje zastosowanie baterii, najlepiej alkalicznej, dobrej jakości. ZR
68
Elektronika Praktyczna 6/99
MINIPROJEKTY
Interfejs IrDA do komputera PC
B ezp rzewo d o wy
interfejs IrDA - pomimo
początkowych trudności
- znajduje coraz większe
uznanie wśród
użytkowników
komputerów.
W szczególności dotyczy
to wszelkiego rodzaju
urządzeń przenośnych,
w których elementy
stykowe są narażone na
dość znaczne obciążenia
zmniejszające ich
trwałość.
Idąc z duchem czasu proponujemy wykonanie niezwykle prostego, a przy tym nad wyraz skutecznego w działaniu interfejsu optycznego IrDA, który jest idealnie dostosowany do współpracy z większością współczesnych stacjonarnych komputerów PC.
Pomysł wykonania interfejsu IrDA do komputera stacjonarnego wziął się stąd, że praktycznie każdy współczesny komputer PC może -ale zazwyczaj opcjonalnie -z nim współpracować. Jego dostosowanie zazwyczaj sprowadza się do dokonania drobnych modyfikacji w BlOS-ie (przełączenie UART w tryb pracy IrDA) i dołączenia do dedykowanego zacisku odpowiednie-
go interfejsu. Jak się okaza- że cała przystawka składa
ło, są duże trudności z za- się z jednego układu scalo-
kupem takich interfejsów, nego i kilku elementów bier-
co jest o tyle niezrozumiałe, nych. Vcc/SD
Wzmacniacz
ARW
Komparator
H>
Wzmacniacz
z otwartym to lektorem
GND
Ś 7 � S
1 2 * 4 S t 7 Ś
Rys. 1.
1114
tapk Odbkmk
1 2 J 4 5 a 7 �
68
Elektronika Praktyczna 6/99
MINIPROJEKTY
Tak niezwykłą prostotę układową można było uzyskać dzięki zastosowaniu specjalizowanego, scalonego interfejsu optycznego TFDS3000 firmy Vishay (niegdyś produkował te układy Temic). Schemat blokowy tego układu oraz poglądowy rysunek jego obudowy przedstawiono na rys. 1. Układ jest przystosowany do transmisji sygnału zgodnie z normą IrDA 1.1, czyli z maksymalną prze-
pływnością częstotliwością H5kb/s.
Jak widać na rys. 1 wnętrze układu TFDS3000 nie kryje specjalnych rewelacji. Wszystkie wbudowane w niego bloki służą tylko zgrubnej obróbce sygnału przesyłanego z i do komputera. Standardowy sygnał wychodzący z UART-a wymaga drobnej modyfikacji, co umożliwi sterowanie diody nadawczej impulsami prądowymi o dużym
BR Ht
Śtortu 0 D
0 1 1 0 0 1 1 1
Btt Śtartu
c�
norii btu
RarriaUART Bttyctanych
BR Śtopu
FteritalrDA
Szerokość knpUw = &10 czmu mank Wu
Rys. 2.
00rf
US1
16
TdOi
GNDO-
C3_
22uF
ZC1 100nF4
I RED Gathocto
RNd
Vcc
GND
IRED Anoda
ffcj
sc
TFDS3000
Rys. 3.
natężeniu (zwiększa to zasięg transmisji). Na rys. 2 znajdują się przebiegi ilustrujące zależność pomiędzy sygnałem generowanym przez standardowy UART a wymaganiami interfejsu TMDS3000 i innych układów tego typu.
Schemat proponowanego interfejsu przedstawiono na rys. 3. Jest on identyczny z minimalną aplikacją układu TFDS i jak widać nie wymaga od wykonawcy szczególnej wirtuozerii podczas montażu. Niewielka trudność jest związana z tym, że układ TFDS3000 jest montowany powierzchniowo. Można go jednak przylutować praktycznie każdą lutownicą przystosowaną do montażu elementów elektronicznych.
Na rys. 4 znajduje się schemat montażowy, który
Rys. 4.
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl: 15Q/0,25W R2: 39D Kondensatory
CL C2: lOOnF C3: 22^F/1ÓV Półprzewodniki
US1: TFDS3000 (Vishoy) Płytka drukowana wraz z kompletem elementów jest dostępna w AVT - oznaczenie AVT-1231.
będzie pomocny podczas składania interfejsu. Widok mozaiki ścieżek (obydwu warstw) znajduje się na wkładce.
Złącze interfejsu wykonano zgodnie z normą narzuconą przez Intela i stosowaną przez większość producentów płyt głównych. Podłączenie go do komputera sprowadza się do połączenia "na wprost" odpowiednich końcówek. Interfejs przetestowano na różnych płytach firmy Intel oraz Asus. Piotr Zbysiński, AVT
Szczegółowe informacje o interfejsie IrDA można znaleźć na pfycie CD-EP7.
Elektronika Praktyczna 6/99
NOWE PODZESPOŁY
LM4831 - wzmacniacz audio do komputerów multimedialnych
National Semiconductor
Firma National Semiconductor jest producentem wzmacniaczy mocy audio z rodziny o sugestywnej nazwie Bo-omer. Wchodzące w jej skład układy scalone charakteryzują się niezbyt wielką mocą wyj-Sciową, ale za to są wyposażone w szereg dodatkowych funkcji, czyniących je niemal kompletnymi procesorami dźwięku. Z tego powodu idealnie nadają się do zastosowania w multimedialnych komputerach.
Takim właSnie układem jest nowy przedstawiciel rodziny - LM4831, który w jednej monolitycznej strukturze, zamkniętej w 44-wyprowadzeniowej obudowie TQFP, integruje trójwejSciowy mikser stereo, stereofoniczny multiplekser analogowy dwóch sygnałów wejSciowych, wyjScie liniowe i mostkowy wzmacniacz o mocy 1W. Zawiera ponadto niskoszumny przedwzmacniacz mikrofonowy i obwody tłumienia trzasków przy włączaniu i wyłączaniu.
Oprócz normalnego trybu pracy, układ dysponuje też zewnętrznie sterowanym trybem zmniejszonego poboru mocy shutdown, trybem headphone przełączającym stopień wyjSciowy do konfiguracji niesymetrycznej i trybem docking station, w którym wyjScio-wy stopień mocy jest zablokowany, a sygnał jest doprowadzony do wyjSć liniowych. Układ ma aż cztery wejScia "beep". Wyste-rowanie jednego z nich powoduje czasowe wyjScie z trybu shutdown i umożliwienie wzmacniania sygnałów audio. Pozwala to na generowanie przez system ostrzeżeń dźwiękowych niezależnie od trybu pracy wzmacniacza.
Przedstawicielami Nationa! Semiconductor w Polsce są firmy: EBV (tel. [phone]), Macropol (tel. [phone]) i Spoerle (tel. (0-22) 606-04-47).
http://www.national.com/ds/LM/ LM4831.pdf
Forlntomal |i Spaaker
Equalber For Intatnal Spookor
Rys. 1.
Elektronika Praktyczna 6/99
71
NOWE PODZESPOŁY
Nowy generator firmy
RfiLTR�n
Raltron wprowadził na rynek kolejny miniaturowy generator stabilizowany kwarcem - RTVY-174. Nowy generatorjest całkowicie półprzewodnikowy (monolityczny, nie hybrydowy], co pozwoliło uzyskać niewielkie zewnętrzne wymiary obudowy: 6x3,5mm. Generator charakteryzuje
się stabilnością ą2,5ppm w zakresie temperatur-30..+80�C i małym poborem prądu przy zasilaniu 3V (poniżej 2mA). Typowy zakres częstotliwości sygnału wyjściowego wynosi 12,6..19,8MHz.
Przedstawicielem Raltrona w Polsce jest firma Opiimex Electronics {tel. {0-22} 33-05-22}.
Ultraszybkie transoptory firmy \h]j\
HEWLETT' PACKARD
Specjalnie do aplikacji telekomunikacyjnych HP opracował nowe, podwójne, szybkie transoptory, które umożliwiają transfer danych z szybkością do lMb/s. Nowe elementy noszą oznaczenia HCPL-0560 oraz HCPL-0561. Dzięki odseparowaniu kanałów możliwy jest dwukierunkowy transfer danych, co predestynuje te elementy do stosowania w interfejsach RS232, RS485, itp.
Transoptor HCPL-0560 charakteryzuje się tym, że jedna z wewnętrznych diod LED ma anodę dołączoną do plusa zasilania, natomiastw HCPL-0561 masy obwodów wejściowego i wyjściowego są wspólne.
Przedstawicielami Hewlett-Packarda w Polsce są firmy; EBV {tel. {0-71} 342-29-44} i Macropol {tel. {0-22} 322-43-37}. .
Uniwersalny transceiver USB firmy
Jedno z najnowszych opracowań firmy Micrel - układ MIC2550 - jest scalonym interfejsem USB, realizującym wszystkie funkcje zadane fizycznej warstwie transportowej tego standardu. Dodatkową funkcją realizowaną przez MIC2550 jest możliwość zarządzania poborem energii przez transceiver z linii USB. Dostarcza on także stabilizowanego napięcia referencyjnego dla terminatora określającego szybkość transferu.
Cechami charakterystycznymi tego układu są ponadto:
- możliwość pracy z szybkościami 1,5 i l2Mb/s (USB rev 1.1],
- możliwość pracy w szerokim zakresie na-
Sytfam
pięć zasilających (otoczenie USB]: 2,5..3,6V. Na rys. 2 znajduje się podstawowy schemat
aplikacyjny interfejsu USB, a na rys. 3 przedstawiono schemat wnętrza układu MIC2550.
Obecnie jest dostępna tylko jedna wersja prezentowanego układu, oznaczona symbolem MIC2550BTS. Układ może pracować w zakresie temperatur -4O.. + 85�C i jest montowany w miniaturowej obudowie TSSOP14.
Przedstawicielem Micrela w Polsce jest prma Future {tel. {0-22} 813-92-02}.
http://www.micrel.com/pdf/mic2550.pdf
Rys. 2.
Rys. 3.
72
Elektronika Praktyczna 6/99
NOWE PODZESPOŁY
LM4835 - stereofoniczny
wzmacniacz mocy
ze stałoprądową regulacją
głośności
National Semiconductor
LM4835 jest kolejnym układem z serii Bo-omer firmy National Semiconductor - wzmacniaczy mocy audio do zastosowania w stacjonarnych i przenoSnych komputerach osobistych. Układ może dostarczyć 2W mocy do głoSnika o impedancji 4H, przy zniekształceniach i szumach (THD+N) mniejszych niż 1% i minimalnym poborze prądu. Zawiera specjalny zestaw bloków funkcjonalnych odpowiednich do jego przeznaczenia, w tym stereofoniczne stopnie driverów głoSników i słuchawek, stałoprądowy układ regulacji głoSnoSci, obwód podbijania basów i liniowe wyjScie docking station.
Obok komputerów, układ może też znaleźć zastosowanie w multimedialnych monitorach, małych przenoSnych telewizorach i różnego rodzaju urządzeniach podręcznych (PDA - Persona! Digital Assistant).
Stereofoniczny driver słuchawek ma moc 85mW na kanał (32H) i zniekształcenia (THD+N) mniejsze niż 1%. Stereofoniczne, liniowe wyjScie docking station dostarcza sygnału o zniekształceniach THD+N mniejszych niż 0,004% przy lkHz. Obwód stało-prądowego sterowania głoSnoScią pozwala na użycie taniego zewnętrznego potencjometru, nie włączonego w tor sygnałowy. Gdy LM4835 współpracuje z aktywnymi głoSni-kami lub stacją dokującą, końcówka sterująca może być użyta do obejScia obwodu sterowania głoSnoScią. Funkcja podbicia ba-
VDD
sów umożliwia uwydatnienie sygnału głoS-ników z wybranym wzmocnieniem.
Zmniejszanie poboru mocy następuje w trybie shutdown redukującym prąd zasilania do typowo 0,7[iA. Wydłuża to czas pracy systemów o zasilaniu bateryjnym. Tak zwane wejScie "system beep" umożliwia generowanie przez system ostrzeżeń dźwiękowych w krytycznych sytuacjach, niezależnie od tego, czy głoSniki są włączone czy nie.
Jak inne nowe układy z serii Boomer, LM4835 zawiera obwody tłumienia trzasków związanych z włączaniem i wyłączaniem zasilania. Układ nie wymaga kondensatorów bootstrap ani obwodów tłumiących oscylacje (snubber). Minimalna liczba niezbędnych elementów zewnętrznych znacząco upraszcza budowę całego systemu, pozwala zaoszczędzić miejsce na płytce i zmniejszyć koszty produkcji.
Układ jest dostępny w 28-wyprowadzenio-wej obudowie TSOP (LM4835MTE) z odkrytą płytką montażową struktury (DAP - Die Attach Pad) lub w standardowej TSSOP (LM4835MT - wersja 1W).
Przedstawicielami National Semiconductor w Polsce są firmy: EBV (tel. [phone]), Macropol (tel. [phone]) i Spoerle (tel. (0-22) 606-04-47).
http://www.nati onal.com/ds/LM/ LM4835.pdf
Rys. 4.
Elektronika Praktyczna 6/99
73
Imię:...................................
Nazwisko:...........................
Adres:.................................
Wybieram katalog firmy:
? Micrechip
? Heltek
Kupon należy
wypełnić, wyciąć
i przesłać na adres
redakcji (podany na
drugiej stronie
kuponu)
: U
i "5
: 5
= o
: co
c-- : O
co H
co co O u_ I co : O : m
Q : ^
: JZ : O
-o i "^
u i ^
D : _C
: O
O : >Ś
co : O
O : "O o
O : |=
Ct : "O M
O : C O
; _o
i v'
O \ * o
: C o
D i O Cl
O" - ^n o-
O : "O CN
co - -sT cO
>- ': 0 O
M \ "C
"O a
mię ; "o < 0
er "c -M -O j pam układzi
>Ś
M
O
o o
Pytania konkursowe
NOWE PODZESPOŁY
ANALOGowy procesor '51
Analog Devices opracował mi kro kontroler AD|xC8l2, który ma szansę zrewolucjonizować dotychczas nie zdobyty rynek "procesorów analogowych", czyli mi kro kontrolerów zintegrowanych z przetwornikami A/C i C/A. Wielu producentów podjęło próby opracowania takich układów i to nawet z powodzeniem (COP8, ST6 2/72, MSP430]. Wadą dotychczasowych opracowań jest mała rozdzielczość wbudowanych przetworników lub ich nie najlepsze parametry (liniowość, dokładność].
Mi kro kontroler opracowany przez Analog Devices nie ma tych dotychczasowych ograniczeń. W jego wnętrzu zintegrowano:
- 12-bitowy przetwornik A/C (200kHz] z 8-kanałowym multiplekserem na wejściu, skompensowanym źródłem napięcia odniesienia i czujnikiem temperatury;
- dwa 12-bitowe przetworniki C/A z napięciowymi buforami na wyjściach;
- kontroler DMA do obsługi transferu danych pomiędzy przetwornikami i pamięcią RAM;
- rdzeń mikro kontrolera, który jest w pełni zgodny z procesorami rodziny '51. Mikrokontroler jest niezwykle bogato wyposażony. Oprócz standardowego UART-u dostępne są także: trzy 16-bitowe timery/ liczniki, szeregowe interfejsy PC oraz SPI, watchdog, monitor napięcia zasilającego z układem zerowania, 8-bitowy port z wyso-koprądowymi wyjściami i (w sumie] 32 programowane linie wejścia/wyjścia. Rdzeń procesora może być taktowany sygnałem o częstotliwości l2MHz (max. l6MHz]. Wbudowana pamięć programu typu Flash ma pojemność 8kB, wewnętrzna pamięć RAM ma pojemność 256B, a dodatkową atrakcją jest 640B reprogramowalnej pamięci nieulotnej EEPROM z 4-bajtowymi sektorami. Dzięki wbudowanej przetwornicy napięcia, podczas programowania pamięci EEPROM wszystkie niezbędne napięcia wytwarzane są automatycznie. Bardzo istotne jest, że zewnętrzny interfejs procesora AD|xC8l2 jest identyczny,
ANALOG DEYICES
jak w przypadku standardowych procesorów rodziny '51. Z tego powodu może on pracować także z zewnętrzną pamięcią danych (RAM]/programu (EPROM],
Wewnętrzną pamięć programu można programować równolegle (np. za pomocą programatora] lub poprzez interfejs szeregowy UART. Jest więc możliwe programowanie procesora bezpośrednio w systemie, bez konieczności jego demontażu.
Obecnie procesor AD|xC8l2 dostępny jest w jednej wersji obudowy - PQFP52 i może pracować w przedziale temperatur -4O..+85�C.
Przedstawicielem Analog Devices w Polsce jest firma Alfine (iel {0-81} 320-53-11}.
http://www.analog, com/pdf/ ADuC8l2_p.pdf
P0.0'
'P0.7 P1.0
PI.7
P2.0'
'P2.7
P3.0-
- P3.7
AH0(P1E| |
DACO
MłCROCONTROLLER 51
ANALOG DEVICES
DVDD DGUJ KIW.1 XTAL2 IW KKD SCU3CK MOSI/ UfiO(rt3)
P10) (Pil) BWIK
Rys. 5.
Elektronika Praktyczna 6/99
NOWE PODZESPOŁY
QwikRadio na 900MHz
Micrel nieustannie rozwija rodzinę odbiorników radiowych do transmisji cyfrowej serii QwikRadio. W kwietniowych "Nowych podzespołach" pisaliSmy o układach MICRF011/002/022, a teraz przedstawiamy najnowszy podzespół z tej serii - układ MICRF003/033.
MICRF003 jest odbiornikiem radiowym, przystosowanym do pracy w cyfrowych torach transmisyjnych. Wbudowany w układ demodulator przystosowany jest do transmisji z kluczowaną noSną OOK (ang. On-Off-Keyed), przy czym maksymalna szyb-koSć przesyłania danych wynosi 5 lub 20kb/s, w zależnoSci od ustalonego trybu
pracy. Ogromną zaletą układu MICRF003 jest wbudowana funkcja automatycznego dostrajania się odbiornika do nadawanego sygnału, dzięki czemu nie wymaga on w praktyce żadnego strojenia. Układ MICRF003 został zoptymalizowany do pracy w paśmie częstotliwości 800..1000MHZ.
Na rys. 6 przedstawiono schemat najprostszego odbiornika w.cz. z dekoderem firmy Holtek. Jak widać, liczba zewnętrznych elementów wokół układu MICRF003 jest rzeczy-wiScie niewielka.
Układy MICRF003 są montowane w obudowach SOIC16 i mogą pracować w zakresie
Ml CKF003
temperatur -4O..+1O5�C. Dostępne są także wersje w obudowach SOIC8, oznaczone MICRF033BM-xxxx. Trzy lub cztery ostatnie znaki w nazwie układu okreSlają jego wersję, tzn. tryb pracy odbiornika, rodzaj funkcji oszczędzania energii, zaprogramowaną częs-totliwoSć filtra demodulatora. Duża liczba (aż 16) wersji układu MICRF033 wynika z faktu ograniczenia liczby dostępnych w obudowie SOIC8 wyprowadzeń.
Przedstawicielem Micrela w Polsce jest firma Future (tel. (0-22) 618-92-02).
http://www.micrel.com/pdf/micrf003.pdf
5VDC
Rys. 6.
Supervisor systemowy zintegrowany z pamięcią EEPROM firmy
si
SO+-
Supervisory zintegrowane z szeregową pamięcią EEPROM są specjalnoScią Xicora. Układ X5163/65 jest jednym z bardziej zaawansowanych elementów tej grupy, ponieważ w jednej strukturze zintegrowano 16kb pamięć EEPROM, watchdog oraz moduł kontroli napięcia zasilającego i generacji sygnału zerującego (rys. 7). Dostęp do _ pamięci możliwy jest dzięki interfejsowi SPI. Specjalne wejScie WP zapewnia sprzętowe zabezpieczenie zawartoSci matrycy pamięciowej. Dodatkowym zabezpieczeniem jest podział całego ob- go, szaru adresowego na cztery partycje, a każda z nich składa się z 32-bajto- CS/WD wych sektorów.
Układy X5163/65 różnią się między sobą polaryzacją wyjSciowego sygnału zerującego RESET. Obydwa układy są dostępne w obudowach TSSOP14 oraz SOIC8. VPrzedstawicielami Xicora w Polsce są firmy: Elatec (tel. [phone]) i Setron (tel. (0-22) 634-47-36). Rys. 7.
XICOR
X5163
WATCHDOG TRANSITION DETECTOR
PROTECT LOGIC
DATA
REGISTER
COMMAND
DECODE&
CONTROL
LOGIC
VCCTHRESHOLD RESET LOGIC
STATUS REGISTER
WATCHDO9 T MER RESET
RESET* WATCHDOG
TIMEBASE
POWER ON AND LOWVOLTAGE
RESET GENERATION
RESET/RESET
X5163 = RESET X51B5 - RESET
Elektronika Praktyczna 6/99
75
NOWE PODZESPOŁY
Impulsowe stabilizatory VIPer
STMicroelectronics nieustannie rozwija rodzinę scalonych sterowników do przetwornic impulsowych serii VIPer. Obecnie jest dostępna szeroka gama elementów tej serii, począwszy od miniaturowych ładowarek akumulatorów, na zasilaczach do przenośnych kamer, monitorów i urządzeń USB skończywszy.
W tab. 1 znajduje się zestawienie oferowanych przez producenta uldadów serii VI-Per.
Przedstawicielami STMicroelectronics w Polsce są firmy; Elbatex (iel {0-22} 383-22-73}, Eltron (iel {0-71} 343-97-55}, Eurodis (iel {0-71} 87-57-41}, Macropol {iel. {0-22} 322-43-37}, Setron {tel. {0-22} 834-47-38} i Spoerle {iel. {0-22} 848-52-27}.
Oznaczenie R[|:::|I|H| ID Vm Fklu. t\ Stand by Start up Obudowa IO] [A] [UJ IkHz] [%]
VIPer20 16 0,5 70 300 do 200 do 90 PENTAWATTH/Y
VIPer20SP 16 0,5 70 300 do 200 do 90 + + Power SO10
VIPer20A 18 0,5 70 300 do 200 do 90 + + PENTAWATTH/V
VIPer20ASP 18 0,5 70 300 do 200 do 90 + + Power SO10
VIPer20B 3,7 1,3 70 165 do 200 do 90 + + PENTAWATTH/V
VIPer50 5 1,5 70 300 do 200 do 90 + + PENTAWATTH/V
VIPer50SP 5 1,5 70 300 do 200 do 90 + + Power SO10
VIPer50A 5,7 1,5 70 300 do 200 do 90 + + PENTAWATTH/V
VIPer50ASP 5,7 1,5 70 300 do 200 do 90 + + Power SO10
VI Perl 00 2,5 3 70 300 do 200 do 90 + + PENTAWATTH/V
VIPer100SP 2,5 3 70 300 do 200 do 90 + + Power SO10
VIPer100A 2,8 3 70 300 do 200 do 90 + + PENTAWATTH/V
VIPer100ASP 2,8 3 70 300 do 200 do 90 + + Power SO10
VIPer31SP 6,5 1 70 300 do 200 do 90 + + Power SO10
LED-y z soczewką
HEWLETT* PACKARD
Hewlett Packard opracował nową rodzinę diod LED o bardzo dużej jasności świecenia, których struktury zostały zintegrowane z soczewką optyczną. Dzięki zmniej-
szeniu kąta promieniowania do 70� su-b iektywna jasność diod zwiększyła się ponad dwukrotnie, w stosunku do rozwiązań standardowych.
W nowej technologii produkowane
. .__będą diody świecące
we wszystkich standard owych kolorach, łącznie z niebieskim.
Przedstawi ci elami Hewlett-Packarda w Polsce są firmy; EBV {tel. {0-71} 342-29-44} i Macropol {iel. {0-22} 322-43-37}.
76
Elektronika Praktyczna 6/99
NOWE PODZESPOŁY
Co w "Z"-ecie piszczy
Nowa rodzina jednoukładowych mikrokontrolerów Z8Plus
Kilka miesięcy temu pojawiły
się na rynku od dawna
zapowiadane przez Ziloga
mikrokontrolery nowej rodziny,
która nosi nazwę Z8P!us. O tym,
na czym polegają reklamowane
przez producenta nowości, jakie
są dostępne narzędzia do nowych
mikrokontrolerów i gdzie zdobyć
kompletne informacje o nich,
dowiecie się z artykułu.
Najważniejsze: brak różnic
Na rynku elektroniki dostępnych jest bardzo wiele różnych rodzin mikrokontrolerów i nieustannie pojawiają się nowe. Producentami tych układów są zarówno półprzewodnikowi giganci (Microchip, Motorola, Siemens, Hitachi), jak i firmy stosunkowo mało znane na rynku (Holtek, Micro Marinę, Bu-ried Cells). Silna konkurencja panująca wśród producentów powoduje, że nieustannie pojawiają się na rynku nowe opracowania, które jest coraz trudniej zaprezentować szerokiemu gronu konstruktorów. Dotychczasowe standardy trzymają się nadal bardzo mocno, czego przykładami są nieśmiertelne: '51, HC05/08, a także mikrokontrolery Ziloga.
Kłopoty z wprowadzeniem na rynek nowych mikrokontrolerów, często znacznie doskonalszych i tańszych od dostępnych na rynku, wynikają najczęściej z przyzwyczajeń konstruktorów i zdobytej przez nich wiedzy i doświadczeń. Zdali sobie z tego sprawę twórcy rodziny Z8Plus, którzy op-
racowując ją postanowili... jak najmniej ją zmodyfikować w stosunku do poprzedników! Dzięki takiemu podejściu lista instrukcji i architektura, w obydwu rodzinach, są identyczne. O tym, jak ogromne znaczenie ma to dla projektantów (a raczej ich przyzwyczajeń), nie trzeba nikogo przekonywać.
Równie ważne: udoskonalenia
"Brak różnic" nie oznacza wcale, że Zilog podczas opracowywania nowej rodziny mikrokontrolerów skupił się tylko na wprowadzeniu kosmetycznych zmian w dotychczas produkowanych układach. Radykalnej modyfikacji poddano strukturę rdzenia procesorów, dzięki czemu skrócono czas trwania cyklu wykonywania instrukcji zl,25(is (Z86C02 przy lOMHz) do l^is (Z8E001 przy lOMHz) i - co znacznie zwiększa wydajność nowych procesorów - każda instrukcja wykonywana jest w jednym cyklu, który składa się z zaledwie dziesięciu taktów zegara zewnętrznego. Schemat blokowy rdzenia no-
1too8-bltT1mera
One 16-brt PWM
Tlmer
One1&*lt SW. Tlmer
Interrupt Contral
One Analog Comparator
I I
>CTAL /RESET
Machinę Tlmlng * Inst. Contral
RAM
Register File
Rys. 1.
mm
o o
N
I
Totally Logi cal
OTP Prg, Memory
Program
T
Totally Logical
PTASF.brtN N=0...7
PTAOUT.bjtN
N=0...7
PTAIN.bltN N=0...7
Rys. 3.
Z*gar cyklu manynomgo GIKchl I ... lJ5Mdń�/lilnJ�hJ Hltw
Zegar tirnmi
Rys. 2.
wego procesora przedstawiono na rys. 1. Na rys. 2 pokazano sposób taktowania poszczególnych elementów rdzenia procesora.
Rozwiązanie przyjęte przez projektantów Ziloga przypomina założenia architektury RISC, lecz procesory Z8 dysponują listą aż 48 rozkazów. Tak więc rodzinę mikrokontrolerów Z8Plus można uznać za RlSC-owe, biorąc pod uwagę ich wydajność i jednocześnie za CISC-owe, ze względu na bogactwo (w najlepszym tego słowa znaczeniu) dostępnych instrukcji. Jak szacuje producent, wzrost szybkości pracy układów serii Z8Plus w stosunku do rodziny Z8 wynosi nawet do 50% w zależności od wykonywanego kodu.
RUJ-RA7
Elektronika Praktyczna 6/99
79
NOWE PODZESPOŁY
PTBDIR.brtO-
PTBIN.brtO
PTBDIR.WtO-
PTBOUT.bitO-
Rys. 4.
PTBSFbit2
PTBDIR.blB-
PBO
PTBOUTblt2-
Rys. 6.
Konsekwencją zredukowania czasu trwania instrukcji jest także skrócenie czasu reakcji na przerwania. Stały czas trwania cyklu realizacji instrukcji ułatwia programiście określenie momentu podjęcia reakcji przez procesor, co w przypadku mikrokon-trolerów Z8 powodowało trudności lub było wręcz niemożliwe.
Szybkość to nie wszystko
Oprócz udoskonaleń w rdzeniu mikrokon-trolerów, twórcy rodziny Z8Plus wprowadzili kilka istotnych zmian mających na celu ,,przezbrojenie" wewnętrznych modułów peryferyjnych.
Porty I/O
Pierwszą istotną zmianą jest zastąpienie trzech portów I/O dwoma portami z 13 programowanymi liniami wejścia-wyjścia. W odróżnieniu od rozwiązań przyjętych w Z8, wszystkie wyprowadzenia I/O w mikrokontrolerach Z8Plus mają programowany kierunek przesyłania danych. Wszystkie linie 8-bitowego portu PORT.A są identyczne i spełniają rolę programowa-
nego bufora z wejściem Schmitta (rys. 3). W wyjściowym trybie pracy można je kon-figurować jako wyjścia push-pull lub Open Drain.
Nieco inaczej zbudowany jest 5-bitowy port PORT.B. Strukturę portu najmłodszego bitu PORT.BO przedstawiono na rys. 4. Port ten w konfiguracji wejściowej może spełniać dodatkową funkcję - budzenia procesora z trybu STOP.
Z kolei port PORT.Bl można opcjonalnie wykorzystywać jako wyjście timera TIMERO. Schemat tego portu przedstawiono na rys. 5. Z kolei na rys. 6 znajduje się schemat portu PORT.B2, który w trybie wejściowym można wykorzystać jako wejście zewnętrznego przerwania INTl z programowo wybieranym zboczem.
Najbardziej złożoną strukturę mają wejściowe porty PORT.B3/4 (rys. 7). Służą one m.in. do dołączenia wyprowadzeń wejściowych analogowego komparatora do wyprowadzeń układu (PORT.B3 i PORT.B4) lub jako wejście przerwania INTO lub INT2 (PORT.B4). Przerwanie może być wywoływane wybranym zboczem cyfrowego sygna-
PTBDIR.bit
PTBIN.biti
PTBDIR.biti
PTBOl^biti-
TIMERO Output
PTBSRblti
Rys. 5.
PB1
PIN
łu zewnętrznego lub przez komparator analogowy.
Timery
Prawdziwie rewolucyjnym rozwiązaniem, w stosunku do pierwowzoru z Z8, są time-ry-liczniki zastosowane w mikrokontrolerach Z8Plus. Najważniejszą ich cechą jest ogromna elastyczność konfiguracji. Dwa 8-bitowe timery można bez trudu wykorzystać jako jeden 16-bitowy timer PWM (z obsługą automatyczną lub przez przerwania) lub dwa niezależne, standardowe liczniki-timery.
Mikr okoń troi er Z8E001 jest wyposażony ponadto w jeden programowalny timer-licznik o długości słowa 16 bitów. Jest on obsługiwany przez przerwanie IRQ5.
Na rys. 8 znajduje się schemat blokowy liczników-timerów mikrokontrolera Z8E001. Jego uproszczona wersja Z8E000 jest wyposażona w pojedynczy licznik-timer PWM.
Bezpieczny licznik programu
Kolejnym udoskonaleniem, co prawda mało widocznym dla użytkownika, jest sprzętowa kontrola poprawności adresowania pamięci programu. Moduł ten ogranicza możliwość przekroczenia dopuszczalnego obszaru adresowania, co m.in. znacznie upraszcza operacje na stosie, ale (!) nie zwalnia programisty z dyscypliny podczas pisania oprogramowania.
A także...
Oprócz wcześniej opisanych modułów mikrokontrolery Z8Plus integrują w swojej strukturze także szereg innych interesujących modułów, których nie będziemy szczegółowo omawiali, ponieważ występują one także w mikrokontrolerach Z8.
Standardowym wyposażeniem nowych układów są:
- Generator taktujący, który współpracuje zarówno z oscylatorami ceramicznymi, jak i kwarcami, rezonansowymi obwodami LC oraz zewnętrznymi generatorami impulsów prostokątnych TTL/CMOS.
- Programowany, 16-bitowy timer-watch-dog. Może on być inicjowany programowo lub startować samoczynnie po włączeniu zasilania.
- Moduły programowego zarządzania poborem energii. Dzięki niemu dostępne są różne tryby ,,usypiani a" procesora.
- Priorytetowy, programowany układ obsługi przerwań.
80
Elektronika Praktyczna 6/99
NOWE PODZESPOŁY
Oznaczenie Pamięć Pamięć Timery- Liczba PWM
ROM(EPROM) RAM liczniki 1/0
WatchdogAnalogowy komparator
Z8E000 512B 64 B 1 13 + + 1 -
Z8E001 1kB 64 B 2/3 13 + + 1 -
Z8E520 6kB 176B 2/3 16 + + (wewn.oscyl.) 6 USB, UART, PS/2, GPIO
Mikrokontrolery Z8Plus mogą pracować w zakresie napięcia zasilającego 3..5,5V.
Nie wszystko złoto...
Pomimo radykalnej przebudowy projektanci rodziny Z8Plus nie uniknęli błędów, które z pewnością nie niweczą włożonego w nowe opracowanie trudu, ale nieco obniżają jego wartość użytkową.
Najbardziej zaskakującą, negatywną zmianą jest usunięcie ze struktury procesorów bloku nadzoru napięcia zasilającego i autonomicznego generatora sygnału zerującego. Jest to o tyle niezrozumiałe, że starsze mikrokontrolery miały te moduły wbudowane, co pozwalało w dość istotny sposób ograniczyć rozmiary i koszt sterowników, zapewniając jednocześnie odporność na różne błędy i zakłócenia występujące w linii zasilającej.
Kolejną negatywną modyfikacją jest sterowanie watchdoga sygnałem zegarowym
wspólnym dla całego systemu. W mikro-kontrolerach Z8 programista mógł wybrać jedno ze źródeł taktowania watchdoga: wewnętrzny oscylator RC lub zegar systemowy.
Niezadowolenie może budzić także likwidacja opcji przełączenia procesora w tryb pracy ze zminimalizowanymi zakłóceniami elektromagnetycznymi EMI. O ile w standardowych aplikacjach tryb ten nie był zbyt często wykorzystywany, to w systemach zdalnego sterowania, alarmowych itp. jest wręcz niezbędny.
Narzędzia
Do chwili obecnej (połowa maja '99) Zilog udostępnił użytkownikom jeden zestaw uruchomieniowy, który spełnia jednocześnie rolę emulatora i programatora. Zestaw ten nosi nazwę Z8ICE000ZEM, a kosztuje zaledwie ok. 100USD (jest dostępny u polskich dystrybutorów Ziloga).
Czytelników zainteresowanych poznaniem możliwości tego narzędzia zachęcamy do przeczytania artykułu, który opublikowaliśmy w EP5/99. Piotr Zbysiński, AVT
Informacje o procesorach serii ZdPlus (i innych układach produkowanych przez Ziloga) można znaleźć na płycie CD-EP6 oraz w Internecie pod adresami:
- http://www.zilog.com/resources/ z8plusr.html,
- http://www.zilog.com/products/ zSpluscore.h tml.
Dystrybutorami firmy Zilog w Polsce są:
- Eurodis Microdis Electronics, ul.Sudecka 74, 53-129 Wrocław, tel. (0-71) 367-57-41,
- Gamma, ul. Sady Żoliborske 13A, 01-772 Warszawa, tel. (0-22) 663-98-87.
PTBIN.bM
PTBIN.biB
PTBDIR.brB
PTBOUT.bM
PTBDIR.biM
PTBOUT.bfrł
Rys. 7.
Intemal Data Bus
III
1 i 1 1

ENABLETCTUOfDS) Intamal Data Bus
1M>itD0WNC0UNTER
0. 4 1
T t

T3VAL T3AR T2AR T2VAL
t 1 1 1

Rys. 8.
Intemal Data Bus
Elektronika Praktyczna 6/99
81
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
DzioS "Projekty Czytelników" zawiera opisy projektów nadesłanych do redakcji EP przez Czytelników. Redakcja nie bierze odpowiedzialności za prawidłowe działanie opisywanych układów, gdyż nie testujemy ich laboratoryjnie, chociaż sprawdzamy poprawność konstrukcji.
Prosimy o nadsyłanie własnych projektów z modelami (do zwrotu). Do artykułu należy dołączyć podpisane oświadczenie, że artykuł jest własnym opracowaniem autora i nie był dotychczas nigdzie publikowany. Honorarium za publikację w tym dziale wynosi 250,- zł (brutto) za 1 stronę w EP. Przysyłanych tekstów nie zwracamy. Redakcja zastrzega sobie prawo do dokonywania skrótów.
Miernik mocy optycznej w światłowodzie, część 1
W artykule
prezentujemy najbardziej
zaawansowany projekt
spośród nadesłanych na
konkurs. Ponieważ tematyka
poruszana pizez autora jest
o tyle interesująca, co mało
znana, zdecydowaliśmy się
opublikować opis projektu
wraz ze wstępem
teoretycznym. Ze względu
na znaczną objętość artykuł
podzieliliśmy na części,
które będą sukcesywnie
publikowane w kolejnych
numerach EP.
Pozpoczynamy od
prezentacji zagadnień
związanych z pomiarami
mocy optycznej w sieci
świa ił o wodo w ej.
Projekt
061
Wstęp
Rozwijająca się obecnie technika świ atłowodowa znajduje coraz szersze zastosowania w systemach pomiarowych. Jest odpowiedzią na wciąż wzrastające wymagania związane ze zwiększoną liczbą punktów pomiarowych, niezawodnością oraz niskimi kosztami współczesnych systemów pomiarowych. Światłowód przechodzi obecnie "mutację" z medium transmisyjnego w aktywną strukturę czujnikową z rozłożoną detekcją, w strukturę sieci binarnych.
Coraz częściej dąsy się do opracowywania systemów nadzorczych i diagnozujących, mających na celu zapewnienie bezawaryjnej i bezpiecznej pracy. Systemy takie pracują wyłącznie w zakresie detekcji stanów
k r y -
tycznych lub podkrytycznych. Bazują na dużej liczbie prostych, często dwustanowych, czujników pomiarowych. Zaletą stosowania w tym zakresie techniki światłowodowej jest praktyczna nieinwazyjność pomiarów, odporność na zakłócenia elektromagnetyczne, odporność na wiele zagrożeń środowiskowych, a często również bezpieczeństwo pracy fw zastosowaniach w elektroenergetyce) ze względu na właściwości izolacyjne. Technika światłowodowa umożliwia również budowanie czujników z rozłożoną i ciągłą detekcją, które znajdują zastosowanie w monitorowaniu rozległych
Marun*
struktur inżynierskich, takich jak mosty, drogi, tamy, domy itp.
Czujniki światłowodowe
Światłowody są wręcz idealnym ośrodkiem do przesyłania informacji za pomocą fali elektromagnetycznej i do niedawna wyłącznie do takich celów były wykorzystywane. W literaturze zastosowania tego typu są określane jako konwencjonalne. Wraz z rozwojem techniki światłowodowej pojawiły się możliwości jej niekonwencjonalnych zastosowań, np. do budowy czujników wielkości fizycznych. Czujniki takie zostały nazwane światłowodowymi.
Ze względu na rozległość tematu, przedstawione zosta-
ktomnok . pizwrinzcsgri żiticto

Awtatfa dSŁSkŁDT doMoor
i i
AwłBttDwCd M___.M AflflitfDWtid

Rys. 1.
Rys. 2ci.
Rys. 2b.
Elektronika Praktyczna 6/99
83
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
źródło
Ś

t głowica 1
00
detektor
--płaszcz
rdzeń
te odcinkami pozbawionymi płaszcza tworzą specjalne złącze, które zanurza się w cieczy (rys. 3).
Rys. 3.
ną bardzo pobieżnie tylko niektóre, wybrane typy czujników.
Czujniki ze sprzężeniem świat! owód-światlowód
Głowicę pomiarową tych czujników stanowią dwa końce sprzężonych czołowo światłowodów. Jeden z tych światłowodów może być względem drugiego przemieszczany (poprzez wymuszenie zewnętrzne) poziomo lub pionowo rys. 1. Przemieszczenie ruchomego światłowodu lub ruchomej przysłony może być wywołane działaniem zmiennej siły, ciśnienia lub temperatury.
Czujniki odbiciowe
W pomiarach zmian położenia, różnego rodzaju drgań, wykorzystuje się ruch po wierzchni odbijającej światło. Podstawowe koncepcje rozwiązań przedstawiono na rys. 2.
Czujniki strat emisji
Wprowadzone do światłowodu promieniowanie może się w nim rozchodzić w postaci fal własnych rdzenia, fal płaszcza, względnie wyciekać do otaczającego ośrodka. Indukowanie strat transmisji, wywołanych zmianą sprzężenia między równolegle złączonymi odcinkami światłowodów, znajduje zastosowanie w światłowodowych czujnikach temperatury, czujnikach do pomiaru współczynnika załamania cieczy oraz czujnika do pomiaru poziomu cieczy. Dla przykładu: dwa równoległe światłowody zetknię-
nadajnlk
obszar Mikroz sieciowy pomiarowy . ., Ś r ' czujnik sny
Czujnik mikro-zgięciowy (rys. 4) zbudowany jest z dwóch płyt wykonanych z twardego materiału. Pomiędzy ich wewnętrznymi, periodycznie zdeformowanymi powierzchniami, umieszczony jest odcinek światłowodu. Dolna płyta jest najczęściej nieruchoma, natomiast górna płyta może przemieszczać się w kierunku do niej prostopadłym. Światłowód w czujniku jest dołączony z jednej strony do źródła światła, zaś z drugiej do fotodetektora w odbiorniku.
Sieci i magistrale z czujnikami światłowodowymi
Wykorzystanie światłowodu do budowy czujników oraz jako medium transmisyjnego dla sygnałów pomiarowych pozwala na tworzenie sieci różnego typu i przeznaczenia. Ostrym wymaganiom stawianym przez przemysłowe układy pomiarowe w znacznym stopniu potrafią sprostać znajdujące obecnie coraz większe zastosowanie światłowodowe sieci pomiarowe z czujnikami dwustanowymi, zwanymi także sieciami z czujnikami binarnymi. Układy te wprowadza się głównie tam, gdzie nie jest wymagane uzyskanie informacji o dokładnej wartości mierzonej wielkości, lecz stwierdzenie faktu o przekroczeniu krytycznej wartości mierzonej wielkości fizykochemicznej.
Czujniki binarne jako elementy magistrali
Czujniki binarne są zasadniczymi elementami magistrali światłowodowej. Rozwiązanie konstrukcyjne czujników binarnych (dwustanowych)
odbiornik
sterujący
miernik mocy optyczne]
I I
I I
Mechaniczny element binarny. Pętla Światłowodu
Wi Wt
Rys. 5a.
Rys. 4.
Rys. 5b.
umożliwia detekcję przekroczenia parametrów krytycznych w mierzonej wielkości pomiarowej.
Czujnik dwustanowy
0 własnościach bezpiecznika (rys. 5b) po przerwaniu pierścienia (np. reagującego na korozję) łączącego pętlę światłowodu zmniejsza swoje tłumienie poprzez rozprężenie pętli światłowodowej. Inne rozwiązania oparte na przerywaniu lub zmianie konfiguracji pętli służą jako swoistego rodzaju binarne czujniki bezpiecznikowe do detekcji przekroczenia wartości temperatury, ciśnienia, naprężeń.
Magistrale
światłowodowe
z czujnikami binarnymi
Wyróżnia się trzy podstawowe typy magistrali światłowodowych: szeregowe, równoległe i szeregowo-równoleg-łe, tzw. ,,mieszane".
Na rys. 6 przedstawiono topologię światłowodowej magistrali szeregowej i jej pracę w detekcji na ,,ciemno", a na rys. 7 topologię światłowodowej magistrali równoległej
1 jej pracę w detekcji na "jas-
LED lub LD
LED lub LD
Rys. 6.
Odczyt informacji realizowany jest przez pomiar tłumienia (zmiany tłumienia) magistrali na jej końcu. Pomiar taki jest stosunkowo łatwy, przy tym mało kosztowny. Pasywna magistrala szeregowa przedstawiona jest na rys. 6, gdzie w transmisyjnej linii światłowodowej rozmieszczono czujniki binarne
0 stanach logicznych ,,0"
1 ,,1", odpowiadających np. stanom małego i dużego tłumienia (na ,,jasno" i na ,,ciemno"), w przypadku czujników tłumieniowych. Magistrala równoległa z rys. 7 wymaga sprzęgania czujników poprzez gałęzie równoległe. W zależności od rodzaju pracy - na ,,ciemno" lub ,,jasno" - z czujnikami tłumieniowymi, dete-kowany sygnał realizuje funkcję logiczną AND lub OR.
W omawianych magistralach czujnikowych mierzona zmiana tłumienia (w nieskomplikowanym układzie odbiorczym) może osiągać wartość ułamka lub kilku dB, co limituje rozległość magistrali oraz liczbę czujników. Przykładowo, przy zmianach tłumienia czujników rzędu O,ldB..ldB w magistrali można rozmieś-
PH
84
Elektronika Praktyczna 6/99
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
i S1
S2
LED lub LD
LED lub LD
Rys. 7.
tor pomiarowy blok obróbki danych
S3
i S1
S2
|S3
PH
Rys. 8.
cić do kilkuset czujników (!!) w zależności od sposobu jej pracy.
Konstrukcja miernika mocy optycznej
Wymagania pomiaru mocy w sieci czujnikowej
Budując przyrząd pomiarowy do zastosowań w światłowodowych sieciach pomiarowych trzeba zdać sobie sprawę, że na dzisiaj nie istnieją jeszcze żadne normy czy standardy, które precyzowałyby zagadnienia związane z analogowymi bądź binarnymi światłowodowymi sieciami pomiarowymi.
Źródła promieniowania optycznego mogą znacznie różnić się w poszczególnych rozwiązaniach. Różnica ta może dotyczyć każdego z parametrów emitowanej przez nie fali optycznej, począwszy od poziomu mocy, poprzez długość fali, szerokość widma czy też polaryzację. Kolejnym elementem jest sam światłowód. Spotykane są obecnie rozwiązania z użyciem zarówno światłowodów gradientowych jak i jednomodowych.
Także czujniki charakteryzują się sporą różnorodnością. Nie istnieją np. standardowe wartości tłumienia. Sama struktura pomiarowej sieci światłowodowej może być kolejną przyczyną różnic. Liczba zastosowanych w niej
komunikacja z użytkownikiem blok zasilania
LCD -M-
+12V -12V +5V Vref
tnllULT] HEE klawiatura
czujników będzie miała decydujący wpływ na poziom mocy strumienia na wyjściu.
Konstruując miernik mocy optycznej do tego typu sieci pomiarowych należało wziąć pod uwagę wszystkie wymienione wyżej czynniki. Taki więc miernik powinien charakteryzować się odpowiednio dużym przedziałem wartości mierzonej mocy. Powinien zapewnić odpowiednią rozdzielczość i dokładność w całym zakresie pomiarowym. Należało uwzględnić również długość fali i szerokość widma.
Na podstawie założeń wstępnych powstał schemat blokowy urządzenia pomiarowego, który przedstawiono na rys. 8.
Tor pomiarowy
Zadaniem toru pomiarowego jest detekcja strumienia optycznego. Dokonując wyboru detektorów mocy optycznej, ze względu na swe niewątpliwe zalety, zdecydowano się na czujniki z serii Intelli gen t Opto Sensors produkcji Texas Instruments. Pomiar dokonywany jest w ośmiu kanałach pomiarowych z częstością dziesięć pomiarów na sekundę w każdym RyS. 9.
U2 TSL250
z kanałów. Taka częstość jest kompromisem podyktowanym z jednej strony wymaganiami systemów zabezpieczeń - pomiar możliwie jak najczęstszy
- a z drugiej strony ograniczonymi możliwościami sprzętowymi.
Wynik pojedynczego pomiaru jest z kolei średnią arytmetyczną kilkunastu wartości (w celu uproszczenia realizacji programowej przyjęto 16). Jak łatwo obliczyć w ciągu jednej sekundy należy wykonać: 8" matów)*10, ^"^1*16, rń_ bek)=1280 pomiarów.
Dla tak krótkiego czasu pomiaru wybór padł na czujniki z wyjściem napięciowym. Czujniki z wyjściem częstotliwościowym, mimo iż są bardziej dokładne oraz umożliwiają sterowanie ich parametrami, nie pozwoliłyby na pomiar z tak dużą częstością.
Przyrząd współpracuje z czujnikami: TSL25O, TSL251, TSL252, TSL260, TSL261 i TSL262. Czujniki te charakteryzują się dość znaczną dynamiką (maks. TSL251: 28dB).
Zapewnienie odpowiedniej dokładności w całym zakresie czułości osiągnięto sprzętowo, poprzez zastosowanie wzmacniacza, którego schemat znajduje się na rys.
9. Trójstopniowa zmiana jego wzmocnienia - xl, xlO, xlOO
- pozwala na dostosowanie miernika do mierzonego zakresu mocy.
Wszystkie czujniki charakteryzują się także nieliniowym zakresem widmowym. Aby to uwzględnić, również i w tym przypadku zdecydowano się na rozwiązanie sprzętowe. Zastosowano kolejny wzmacniacz z możliwością płynnego nastawienia wzmocnienia w zakresie od 0,1 do
10. Uprościło to dość znacznie oprogramowanie. Program nie musi bowiem przeliczać wartości ze względu na dłu-
gość fali. Rozwiązanie takie było podyktowane tym, że parametry danej sieci, takie jak zakres mocy czy długość fali świetlnej, będą zazwyczaj stałe i znane użytkownikowi. Wystarczy więc jednokrotne dostosowanie przyrządu na początku użytkowania.
Czujnik natężenia podłączony jest poprzez przełącznik Sl do wejścia pierwszego wzmacniacza. Przełącznik Sl umożliwia kalibrację przyrządu, pozwalając na przyłączenie wejścia wzmacniacza do napięcia kalibrującego ze źródła odniesienia. Użytkownik bez dodatkowych przyrządów będzie mógł dobrać wzmocnienie w pierwszym stopniu stosownie do długości mierzonej fali optycznej.
Jako wzmacniacz zastosowano poczwórny wzmacniacz TL074. Zarówno pierwszy jak i drugi stopień pracują w konfiguracji wzmacniaczy odwracających, co w rezultacie daje na wyjściu napięcie dodatnie, wymagane przez przetwornik A/C. Przełącznik S2, którym zmieniane jest wzmocnienie drugiego stopnia (lx, 10x, 100x), umożliwia wybór zakresu pomiarowego. Dioda Dl włączona zaporowo w pętli ujemnego sprzężenia zwrotnego ma za zadanie ograniczyć wartość maksymalnego napięcia na wyjściu wzmacniacza do poziomu 5,lV -dopuszczalnego napięcia jakie może pojawić się na wejściu przetwornika A/C. Kondensator Cl znajdujący się w pętli sprzężenia ogranicza, od strony wyższych częstotliwości, pasmo przenoszenia ,, wycinając" większość zakłóceń. Wzmacniacze zostały zasilone symetrycznym napięciem ą 12V. Zapewniło to pracę z dala od zakresu nasycenia. Marek Fiołka
+5V
+12V
\fo GND
S1
I
REF-o
AC
Elektronika Praktyczna 6/99
85
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
Uliczny sygnalizator świetlny
Układ z gatunku
zabawkowych, ale sprytnie
wykonany. Idealne
opracowanie dla modelarzy
i początkujących
elektroników.
Przedstawiony w artykule bardzo prosty układ elektroniczny pozwala na zbudowanie modelu ulicznego sygnalizatora świetlnego. Może on stanowić ciekawą zabawkę, lub nawet pomoc dydaktyczną. Płytka drukowana została zaprojektowana tak, aby model sygnalizatora miał postać odrębnego, autonomicznego urządzenia sygnałowego nadającego w czterech kierunkach fza pomocą zestawów diod LED) odpowiednie sygnały świetlne. Tak wykonany sygnalizator umieszczany jest na środku skrzyżowania na maszcie lub zawieszany nad jezdnią.
Działanie układu, którego schemat elektryczny pokazano na rys. 1, opiera się na wykorzystaniu zależności pomiędzy przebiegami występującymi na wyjściach zastosowanych przerzutników. Przebiegi te, pokazane na rys. 3, sterują świeceniem zestawów diod LED. Uzyskuje się w ten
Projekt
062
PULSOWANIE
WYŁ,
sposób odpowiednie kombinacje obrazów świetlnych, nadawanych przez sygnalisator w poszczególnych kierunkach. Przerzutnik USla pracuje jako generator astabilny, którego parametry czasowe
UzflV
wyznaczają elementy R3 i C2 (czas trwania sygnału żółtego) oraz R2 i Cl (czas trwania sygnału zielonego i czerwonego). Na wyjściach przerzutnika USlb, działającego jako dwójka licząca, otrzymywany jest przebieg o wypełnieniu 50%. Trój-pozycyjny przełącznik PICl służy do załączania urządzenia oraz zmiany jego trybu pracy. W środkowym (neutralnym) położeniu przełącznika układ jest wyłączony. W położeniu "PRACA" przechodzi w tryb sekwencyjnego nadawania poszczególnych sygnałów świetlnych, a w położeniu "PULSOWANIE" nadaje we wszystkich kierunkach sygnał żółty pulsujący. W tym położeniu przełącznika zablokowane jest wyświetlanie sygnałów przez diody LED zielone i czerwone, a wskutek równoległego dołączenia rezystora Rl ulegają zmianie parametry czasowe układu (współczynnik wypełnienia sygnału z generatora ok. 50%).
Model owe urządzenie zmontowałem na jednostronnej płytce drukowanej. Za pomocą przewodów trzeba wykonać połączenie przełącznika PICl do punktów lu-
C D 1 A E u
D14ĆK) Ś i,-Ł f f ??Ś
D13CA) Ś �S3 K 1 rlm
D13UO Ś m
D15DG :?: i US1 i -.
]?(A> i I o (H --i fu PICE
D5 Śli * B' 1 c i
D10CA) ŚT �� �� Ś
ŚI + +
DB ŚT
D1KA) mi CE Cl Ś

D14CW
D4CK>
D11CK) D9ŚIO
D10CIO
Z-oznocznna zuory "-oznaczono katody
Rys. 1.
Rys. 2.
86
Elektronika Praktyczna 6/99
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
o o o Un ooo
ŚŚŚI ����
. �ŚŚŚŚ:.
Rys. 3.
towniczych A, B, C, D iE oraz źródła zasilania: minus - do punktu O, plus - zgodnie ze schematem do odpowiedniej końcówki PKl. Długość przewodów zależna jest od rodzaju i wielkości przewidywanej obudowy, której sposób wykonania zależy od indywidualnych potrzeb.
o oj
Uwagi końcowe
Przy wartościach elementów jak na schemacie uzyskano następujące parametry układu:
- pobór prądu (przy Uz = 9V) nie większy niż 13mA,
- czas trwania sygnałów zielonego i czerwonego ok. 6 sekund,
- czas trwania sygnału żółte-
go ok. 1 sekunda (pulsowanie: 1/ls).
W związku z tym, że urządzenie jest zasilane z baterii, wskazane jest użycie diod LED o tzw. zmniejszonym poborze energii oraz takie dobranie wartości rezystorów rezystancji R4, R5, R6 i R7, aby uzyskać rozsądny kompromis pomiędzy jasnością świecenia a zminimalizowaniem poboru prądu.
Ponieważ wymiary płytki modelowej uniemożliwiły wykonanie modelu, którego proporcje wymiarów (stosunek szerokość-wysokość) odzwierciedlałyby wygląd prawdziwego sygnalizatora ulicznego, można pokusić się o pewną modyfikację płytki polegającą na zmniejszeniu jej szerokości. Można to osiągnąć poprzez rezygnację z miejsca przeznaczonego na umieszczenie na płytce rezystorów R2 i R3 i przylutowa-nie ich od strony druku do diod odpowiednio Dl i D2. Podobnie można postąpić z rezystorem Rl rezygnując z umieszczenia na płytce
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl, R3: 27kQ
R2: 240kQ
R4..R7: 750Q
Kondensatory
Cl: 22^F/16V
C2:
C3:
Półprzewodniki
Dl, D2, D3: 1N4148
D4..D7: LED ŻÓŁTA
D8..D11: LED ZIELONA
D12..D15: LED CZERWONA
US1: MCY74013
punktu lutowniczego "A". Ponadto możliwe jest jeszcze zmniejszenie odstępów pomiędzy punktami lutowniczymi poszczególnych, równolegle do siebie umieszczonych elementów. Wszystkie wyżej wymienione zmiany zmuszają oczywiście do przeprojektowania płytki oraz do bardzo starannego i trochę nietypowego montażu. Krzysztof Markowski
Elektronika Praktyczna 6/99
87
NOWE PODZESPOŁY
Nowe RlSC-owe mikrokontrolery z rodziny AVR
Amerykański Atmel jest znanym producentem mikrokontrolerów. Obok szeregu przyrządów zgodnych z 8051, oferuje również rodzinę AVR - 8-bitowych kontrolerów o skróconym zestawie instrukcji (RISC). Dzięki unikalnej architekturze mikrokontrolery z tej rodziny charakteryzują się wyjątkową mocą obliczeniową, dochodząca do 1MIPS na lMHz częstotliwości zegara, i małym poborem mocy. Układy dysponują jednakowym (z nielicznymi wyjątkami) zestawem 118 instrukcji, z których większoSć jest wykonywana w jednym takcie zegara. Wszystkie dysponują plikiem 32 8-bitowych rejestrów roboczych ogólnego przeznaczenia połączonych z jednostką arytmetyczno-logiczną -w każdym z rejestrów mogą być wykonywane operacje arytmetyczne i logiczne. AVRy zawierają nieulotną pamięć programu typu Flash, która może być reprogramówana w systemie poprzez szeregowy interfejs SPI, oraz pamięć danych EEPROM. Wszystkie też dysponują trybami zmniejszonego poboru mocy pozwalającymi ograniczać prąd pobierany z zasilacza.
Projektowanie systemów z kontrolerami AVR ułatwia bogaty zestaw narzędzi rozwo-
MD-M7
mm
PC0-PC7
jowych - asembler, symulator, debugger, kompilator C zgodny z ANSI-C, tanie starter kity i w pełni funkcjonalny emulator w układzie. CzęSć oprogramowania jest dostępna bezpłatnie na internetowej stronie Atmela (http://www.atmel.com/atmel/products/ prod23.htm).
Atmel konsekwentnie rozszerza swoją rodzinę AVR. Ostatnio wprowadził na rynek trzy nowe układy wyposażone w dużą pamięć Flash, pamięć EEPROM i SRAM oraz szereg bloków peryferyjnych.
Pierwszy z nich - AT90S8515 - ma osiągi dochodzące do 8 MIPS przy 8MHz. Zawiera 8KB programowalnej w systemie pamięci Flash, nie wymagającej specjalnego napięcia programującego, wytrzymującej 1000 cykli kasowania/zapisu i dysponującej blokadą zapisu zabezpieczającą zawarty w niej program. Dysponuje dodatkowo 512B wewnętrznej pamięci EEPROM - bezpiecznej i niezawodnej (100.000 cykli kasowania/zapisu) pamięci nieulotnej do przechowywania danych - oraz 512B pamięci SRAM.
Poza tym układ zawiera szereg bloków peryferyjnych: w pełni dupleksowy programowalny UART i szybki interfejs SPI do komunikacji szeregowej, programowalny timer Watchdog z dedykowanym oscylatorem, komparator analogowy, 8-bitowy timer/licznik z preskalerem oraz 16-bitowy timer/licznik z preskalerem i trybami porównania, prze-chwytywania ' I i modulacji PWM.
Układ obsługuje wewnętrzne i zewnętrzne przerwania. Charakteryzuje się w pełni statyczną pracą, 32 programowalnymi liniami wejScia/wy-jScia, poborem prądu 3mA w trybie aktywnym, lmA w trybie Id-le i mniej niż luA w trybie Power Down. Jest zasilany napięciem z zakresu 2,7...6V (jest też wersja o zasilaniu 4...6V). Częstotliwość zegara to O...8MHz (wersja 0...4MHz). Dostępne obudowy: PDIP-40, PLCC-22 i TQFP-44.
Jeszcze bardziej rozbudowane są dwa pozostałe nowe kontrolery Atmela - AT90S4434
i AT90S8535. AT90S8535, tak jak opisany wczeSniej AT90S8515, dysponuje plikiem 32 8-bitowych rejestrów, pamięcią Flash 8KB, EEPROM 512B i SRAM 512B. Zawiera również pogramowalny UART, interfejs SPI, timer Watchdog, komparator analogowy i 16 bitowy licznik/timer z preskalerem, funkcjami compare, capture i PWM. Zamiast jednego, zawiera dwa 8-bitowe liczniki/timery z preskalerem i funkcją compare. Dysponuje dodatkowo układem resetu po włączeniu zasilania, zegarem czasu rzeczywistego (RTC) z oddzielnym oscylatorem i trybem licznika oraz dodatkowym trybem zmniejszonego poboru mocy Power Save. Jednak największą różnicę stanowi wbudowany 10-bitowy, 8-kanałowy przetwornik analogowo-cyfrowy.
Wewnętrzny przetwornik A/C używa techniki kolejnych przybliżeń dla osiągnięcia wyjątkowej dokładnoSci 0,5 LSB - cztery razy lepszej niż zapewniana przez większoSć wbudowanych przetworników A/C. Przetworniki oferowanych obecnie 8-bitowych mikrokontrolerów mają zwykle 8-bitową roz-dzielczoSć i 6-bitową dokładnoSć.
Dzięki temu AT90S8535 jest idealny do wszystkich aplikacji opartych na czujnikach, jak detektory dymu, termostaty, przemysłowe systemy czujników, wagi i ładowarki akumulatorów, gdzie odpowiednio dobra do-kładnoSć i rozdzielczość są koniecznoScią.
Wbudowany przetwornik ma wiele dodatkowych funkcji. Można np. wyłączyć CPU w trakcie przetwarzania w celu zredukowania zakłóceń wpływających na pomiary analogowe. W trybie samobieżnym można skanować stale wiele kanałów. Dla zaimplemen-towania tych funkcji potrzeba kodu o minimalnej długoSci.
AT90S4434 oferuje takie same peryferia i funkcje jak AT90S8535. Różni się tylko mniejszą pojemnoScią pamięci - zawiera 4KB Flash, 256B EEPROM i 256B SRAM.
AT90S4434 i AT90S8535 mają takie same parametry jak AT90S8515 w zakresie napięcia zasilania, częstotliwości zegara i mocy obliczeniowej. Pobierają nieco większy prąd zasilania w trybie aktywnym i Idle (odpowiednio 6,4mA i l,9mA). Również dysponują 32 programowalnymi liniami wejScia/wy-jScia i są montowane w obudowach PDIP-40, PLCC-44 i TQFP-44.
Przedstawicielami Atmela w Polsce są firmy: Codico (tel. [phone]) i Gamma (tel. (0-22) 663-83-76).
http://www.atmel.com/atmel/products/ prod23.htm (wszystko o rodzinie AVR]
http://www.atmel.com/atmel/acrobat/ docl041.pdf (karta skrócona AT90S4434 i 8535}
ftp://www.atmel.com/pub/atmel/1041.exe (pełna karta AT90S4434 i 8535}
http://www.atmel.com/atmel/acrobat/ doc0841.pdf (karta skrócona AT90S85151
ftp://www.atmel.com/pub/atmel/0841.exe (pełna karta AT90S85151
http://www.atmel.com/atmel/acrobat/ docll95.pdf (errata AT90S85151
Elektronika Praktyczna 7/99
83
NOWE PODZESPOŁY
LT1505 - ładowarka akumulatorów o dużej sprawności
Firma Linear Technology skonstruowała już wiele chipów z założenia mających stanowić główne elementy składowe układów do ładowania akumulatorków. Kolejnym z nich jest LT1505 ó ładowarka PWM działająca w oparciu o synchroniczne przełączanie prądu cewki indukcyjnej przez dwa zewnętrzne klucze FET. Układ jest przeznaczony do szybkiego ładowania baterii litowo-jonowych (Li-Ion), niklowo-metalów o-wodor-kowych (NiMH) i niklowo-kadmowych (NiCd), wymagających ładowania stałym prądem lub stałym napięciem. Maksymalny prąd może być programowany za pomocą rezystorów lub przetwornika C/A. Przy ładowaniu stałym napięciem jego wartoSć można ustawić z dokładnoScią 0,5% dla spełnienia krytycznych wymagań ogniw Li-Ion.
Układ umożliwia ponadto regulację prądu
DBODY
-M
pobieranego z zasilacza
sieciowego, którym jest
najczęSciej zasilacz
wtyczkowy. Umożliwia
to jednoczesne zasilanie sprzętu i szybkie
ładowanie bez przeciążania zasilacza.
LT1505 jest montowany w 28-wyprowa-dzeniowej obudowie SSOP. Może ładować baterie o napięciu z zakresu IV do 21V, ze spadkiem napięcia tak małym jak 0,5V i współczynnikiem wypełnienia impulsów większym niż 95,5%. Synchroniczne przełączanie n-kanałowych FET-ów z częstotli-woScią 200kHz zapewnia dużą sprawnoSć i umożliwia zastosowanie cewki o małych wymiarach. Nie jest wymagana dioda między układem i baterią, ponieważ po wyjęciu zasilacza z gniazdka sieciowego chip przechodzi w tryb uSpienia, w którym pobiera tylko
UPIJAŁ
TECHNOLOGY
5 A prądu. LT1505 wykrywa i wskazuje spadek prądu ładowania do 20% wartoSci maksymalnej ustawionej przez użytkownika, sygnalizując w ten sposób koniec ładowania. Dysponuje funkcją łagodnego startu i trybem wyłączenia. Napięcie baterii jest programowane przez użytkownika albo ustawione wstępnie dla trzech lub czterech ogniw (po 4,IV lub 4,2V) połączonych szeregowo (12,3V, 16,4V, 12,6V lub 16,8V).
Przedstawicielami Linear Technology w Polsce są firmy: Elbatex (tel. [phone]), Macropol (tel. [phone]) i Eurodis (tel. (0-71) 67-57-41).
http://www.linear.com/pdf/1505i.pdf
Rys. 8.
ADXL105 - dokładny akcelerometr
z wyjściem analogowym ^V ANALOG
DEVICES
Firma Analog Devices postanowiła zakończyć produkcję swego popularnego akcele-rometru ADXL05. W jego miejsce jest wprowadzany udoskonalony przyrząd ADXL105. Nowy akcelerometr jest wysoce dokładnym, kompletnym przyrządem do pomiaru przy-
ADH.105
Rys. 9.
spieszenia wzdłuż jednej osi, wykonanym w jednej monolitycznej strukturze. Zamienia przyspieszenie z zakresu ą5g na analogowe napięcie wyjSciowe. W porównaniu z wcześniejszymi przyrządami tego typu charakteryzuje się znacząco zwiększonym pasmem i zredukowanymi szumami. Maksymalne pasmo lOkHz umożliwia zastosowanie do pomiaru wibracji. Typowe podłoże szumów 225ug/ Hz pozwala na pomiary sygnałów poniżej 2mg. Czujnik ma także znacznie mniejszy dryft temperaturowy offsetu i czułoSci w porównaniu ze swym poprzednikiem.
WyjSciowy współczynnik skali jest ustawiany przy użyciu wewnętrznego (nie podłączonego we-
wnętrznie) wzmacniacza i zewnętrznych rezystorów w zakresie 250mV/g do l,5V/g. Przyrząd zawiera także wewnętrzny czujnik temperatury. Jego napięcie wyjSciowe (8mV/ �C) może posłużyć do dodatkowej kompensacji temperaturowej dryftu offsetu.
ADXL105 pracuje przy zasilaniu z zakresu 2,7...5,25V. Przy 5V pobiera 2mA z zasilacza. Jest zamykany w 14-wyprowadzeniowej ceramicznej obudowie do montażu powierzchniowego. Dostępna jest wersja dla zakresu temperatur O...7O�C i -4O...+85�C.
Przedstawicielem Analog Devices w Polsce jest firma Alfine (tel. [phone]).
http://www.analog.com/pdf/ ADXL105_p.pdf
84
Elektronika Praktyczna 7/99
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
DzioS "Projekty Czytelników" zawiera opisy projektów nadesłanych do redakcji EP przez Czytelników. Redakcja nie bierze odpowiedzialności za prawidłowe działanie opisywanych układów, gdyż nie testujemy ich laboratoryjnie, chociaż sprawdzamy poprawność konstrukcji.
Prosimy o nadsyłanie własnych projektów z modelami (do zwrotu). Do artykułu należy dołączyć podpisane oświadczenie, że artykuł jest własnym opracowaniem autora i nie był dotychczas nigdzie publikowany. Honorarium za publikację w tym dziale wynosi 250,- zł (brutto) za 1 stronę w EP. Przysyłanych tekstów nie zwracamy. Redakcja zastrzega sobie prawo do dokonywania skrótów.
Termostat cyfrowy
Początkowo termostat
został zaprojektowany
z myślą o utrzymywaniu
stałej temperatury
w akwarium o pojemności
4001. Mimo że nie posiadał
możliwości zmiany nastaw
bez zmiany oprogramowania
procesora, oddawał znaczne
usługi. Zapewniał iyhom
większy komfort życia,
oszczędzając przy okazji
znaczne ilości energii
elektrycznej. Koszt budowy
zwrócił się w ciągu paru
miesięcy, a dodatkowe
funkcje zaowocowały
zwiększeniem
bezpieczeństwa mieszkań
sąsiadów. Jednak życie
wymusiło na konstruktorze
stworzenie urządzenia
bardziej uniwersalnego,
z możliwością
przystosowania do pracy
w różnych środowiskach.
I tak. powstała wersja urządzenia, którą mam zaszczyt przedstawić Czytelnikom EP. Jest to tani, prosty w budowie i uruchomieniu, a jednocześnie funkcjonalny termostat cyfrowy. Dzięki zastosowaniu mikroprocesora firmy ATMEL 89C2051 i czujnika temperatury firmy Dal-las DS1820 powtarzalność parametrów układu, nawet
Daie techiiczie:
/ napięcie zasilania 220V/50Hz, / pobór mocy ok 1,5VA, / obciązalnośćwyjścialA AC, / zakrespomiarowy
0 120�C z rozdz 0.1 �C. / zakres nastawy regulacji
temperatury (toFF) 0 102,3�Cco
/ histereza regulacji (hiSt)
0 25,50CcoO,1�C, / zakres nastawy sygnalizacji
temperatur minimalnej (t Lo)
0 102.3�C co 0,1�C, / zakres nastawy sygnalizacji
temperatury maksymalnej (t hi)
0 102.3�C co 0,1�C, / zakres kalibracji błędu {CAL)
-12,8 +12,7�C co0.10C, / długośćprzewodułączącego
czujmkzterrnostatern
maks 30 40m, / częstotliwośćwykonamaporniarów
temperatury 1 pomiar/2 sekundy, / tryb pracy ogrzewanie
w warunkach amatorskich jest duża. Po prostu układ działa od pierwszego włączenia.
Opis działania termostatu
Schemat elektryczny termostatu przedstawiono na rys. 1. Po włączeniu zasilania układ US3 generuje sygnał zerujący dla procesora. Zastosowany kontroler napięcia sprawdza się również przy chwilowych "przysiadach" napięcia w sieci energetycznej, spowodowanych zakłóceniami na liniach 110kV, zapobiegając skutecznie "zawieszaniu" się programu i przypadkowym wpisom do nieulotnej pamięci nastaw (EEPROM).
Procesor rozpoczynając pracę ustawia odpowiednie rejestry, tryby pracy timerów i systemu przerwań. Wykonuje również kilka testów wewnętrznych i odczytuje nastawy z pamięci US2 poprzez szynę PC. Negatywny wynik testów przedstawiany jest na wyświetlaczu:
- ErrF - błąd CRC pamięci programu procesora. Powoduje zatrzymanie pracy sys-
Projekt
064
temu. Miganie komunikatu spowodowane jest pracą układu kontroli czasu przez procesor opartego na przerwaniach.
- 12CE - brak, uszkodzenie pamięci US2, uszkodzenie nastaw fbłąd CRC), zakłócenia na szynie PC. Powoduje wpisanie do rejestrów termostatu nastaw fabrycznych zawartych w pamięci programu procesora. Dodatkowo stan taki sygnalizowany jest naprzemiennym wy -świetlaniem dziesiętnych części �C i literki "F" na ostatniej pozycji wyświetlacza w czasie wyświetlania temperatury. Błąd może wystąpić również podczas utrwalania nastaw z klawiatury.
- Errl - brak, uszkodzenie czujnika temperatury, zwarcie przewodów łączących czujnik z termostatem fbrak impulsu obecności). Wystąpienie błędu podczas kolejnych dziesięciu pomiarów powoduje zablokowanie sterowania i ustawienie przekaźnika wyjściowego w stan "wyłączo-
Elektronika Praktyczna 7/99
85
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
vcc vcc
usa
Rys. 1.
Wf WE GÓRA DÓŁ
ny" do czasu ustania przyczyny błędu. Błąd może wystąpić również podczas normalnej pracy. Eit2 - błąd CRC danych odczytanych z czujnika temperatury. Wystąpienie błędu podczas kolejnych dziesięciu pomiarów powoduje
zablokowanie sterowania i ustawienie przekaźnika wyjściowego w stan "wyłączony" do czasu odczytania danych poprawnych pod względem CRC. Błąd mośe wystąpić również podczas normalnej pracy. Program przedstawia się również wersj ą oprogramowania w przypadku modelu -ul. 10.
Po testach wykonywana jest główna część programu, to jest pomiar temperatury co 2s, porównanie
zamierzonej temperatury z wartościami zadanymi, przeglądanie klawiatury i obsługa wyświetlaczy.
Zmiany nastaw możemy dokonać za pomocą rozwijanego menu (rys. 3).
Naci śniecie przycisku "We" powoduje wejście do menu. Za pomocą przycisków "Góra", "Dół", możemy wybrać jeden z parametrów:
- ode. n - wykonanie przycisk ""We", wyświetlacz: -ode. Powoduje przepisanie do rejestrów dostępnych z klawiatury aktualnie obowiązujących nastaw. Przepisanie nastaw następuje również automatycznie po wykryciu stanu bezczynności klawiatury przez 60s, powodując jednocześnie powrót układu do wyświetlania temperatury. Wyjście przycisk "Wy".
- i hi - wejście w nastawę przycisk "We", wyświetlacz: zawartość rejestru, przyciski "Góra", "Dół" zmiana zawartości rejestru. Jest to nastawa temperatury maksymalnej, przy której nastąpi załączanie sygnalizacji akustycznej. Sygnalizacja stanu przez naprzemienne wyświetlanie dziesiętnych części �C
i litery "h" na ostatniej pozycji wyświetlacza w czasie wyświetlania temperatury. Wyjście - przycisk "Wy".
- ioFF - wejście w nastawę przycisk; "We", wyświetlacz: zawartość rejestru, przyciski "Góra", "Dół" zmiana zawartości rejestru. Jest to nastawa temperatury wyłączenia urządzenia sterowanego.
Wyjście przycisk "Wy".
- hiST - wejście w nastawę przycisk "We", wyświetlacz: zawartość rejestru, przyciski "Góra", "Dół" zmiana zawartości rejestru. Jest to nastawa histerezy regulacji temperatury zgodnie ze wzorem:
i on=ioFF-hiSi, gdzie t on temperatura załączenia urządzenia sterowanego. Wyjście przycisk "Wy".
- i lo - wejście w nastawę przycisk "We". Podobnie jak t hi dotyczy tylko temperatury minimalnej. Odpad kryterium po osiągnięciu temperatury t on. Sygnalizacja literką "L". Wyjście przycisk "Wy".
- CAL - wejście w nastawę przycisk "We", wyświetlacz: zawartość rejestru, przyciski "Góra", "Dół"
86
Elektronika Praktyczna 7/99
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
F1 TRI
r
US5
X
CII
1 3
2
I
(druga część transoptora znaj*jjesl8naivs.1)
Rys. 2.
zmiana zawartości rejestru. Nastawa umożliwiająca ustawienie dokładności pomiaru temperatury przez termostat. Wyjście przycisk "Wy".
CodE - wejście w nastawę przycisk "We", wyświetlacz: zawartość rejestru, przyciski "Góra", "Dół" zmiana zawartości rejestru. Kod zabezpieczający przed zmianą nastaw przez
osoby niepowołane (należy ustawić wartość 65 przed każdym utrwalaniem nastaw). Wyjście przycisk "Wy".
utr.n - wykonanie przycisk "We", wyświetlacz: -utr w przypadku poprawnego wykonania polecenia, a ErrC w przypadku podania błędnego kodu zabezpieczającego lub I2CE -patrz opis testów. Utrwalę-
Wyświetlanie
temperatury
Wy 1 We
"60s odc.n Wy - odc.n 608 ^
Wy | Ś Dół Góra -------, We
thi 28.0'C zakres 0-102,3'C
Wy | Ś Dół Góra -------, We ^Góra
^eos toFF Wy 25.0'C zakres 0-102.3 *C
Wy . Ś Dół Góra -------, We 60S ^Góra
hist (Wy 0.1'C zakres 0-25.5C
Wy | Ś Dół Góra -------, We
tlo 23.0'C zakres 0-102,3'C
Wy | Ś Dół Góra -------, Wa
*Ś CAL 1.8'C zakres od-12,8'C Od +12,7 'C
Wy | Ś Dół Góra -------, We Góra
CodE Wy 00 zakres 0-255 * Pól
Wy | Ś Dół Góra -------, We 60s 600 "
Ś ,,60* Litr. n -utr ErrC I2CE
1
Odczyt
nastaw
Rys. 3.
nie nastaw wprowadzonych uprzednio z klawiatury. Wyjście przycisk "Wy".
Opuszczenie menu przycisk "Wy". Na wyświetlaczu zapalone tylko punkty dziesiętne do czasu pomiaru temperatury lub po czasie 60s od wykrycia stanu bezczynności klawiatury.
Wszystkie zmiany w rejestrach t hi, toFF, hiSt, t lo, CAL obowiązują dopiero po utrwaleniu. Klawiatura jest ty-pu "zegarkowego", z automatycznym powtarzaniem po dłuższym przytrzymaniu przycisku. Kasowanie sygnalizacji akustycznej następuje przez naciśnięcie dowolnego przycisku. Wyświetlanie temperatury mierzonej sygnalizowane jest miganiem segmentu "F" na pierwszej pozycji wyświetlacza w takt wykonywanych pomiarów. Załączenie przekaźnika wyjściowego sygnalizowane jest świeceniem punktu dziesiętnego na ostatniej pozycji wyświetlacza. Obliczanie temperatury i porównanie z wartościami zadanymi realizowane jest z rozdzielczością 0,01�C.
Mała pojemność pamięci programu w procesorze 89C2051 powoduje, że odpowiedzialność za prawidłowe nastawienie termostatu spoczywa na użytkowniku. Należy pamiętać aby: t hi>toFF>t on>t lo. Symbol temperatury T zmieniono na t ze względu na większą czytelność na wyświetlaczu sied-miosegmentowym. Temperatury ujemne wyświetlane są
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl, RIO: lkQ
R2, R3: 3kQ
R4: 390Q
R5, R6, R7, R8: 4,7kQ
R9, Rll, R12: 2,7kQ
R13..R20: 220Q
R2l: 20kQ
R22: l0kQ
Kondensatory
Cl, C2: 33pF
C3, C5, Có, C7, C8, C9,
CIO, Cli, C12, C13, C17:
l00nF/63VMKT
C14: 1O^F/35V tantalowy
C15: 2200^F/l6V
Cló: 220^F/6,3V tantalowy
C4: l^F/25V: tantalowy
Półprzewodniki
D1..D4: dowolne małej
mocy diody krzemowe
D5: dioda Zenera 5,6V
D6...D9: 1N5819
DIO: 1N4148
TO: transoptor CNY 17-2
T1..T4: BC557B
T5..T7: BC547B
USl: AT89C2051
zaprog ra m owa ny
US2: 24C02
US3: TL7705
US4: 74LS164
US5: 7805
US6: DS 1820
DL1..DL4: wyświetlacze
siedmiosegmentowe
wspólna anoda dowolny
typ
Różne
Ql: rezonator kwarcowy
l2MHz
SW1..SW2: przyciski
monostabilne, zwierne
dowolny typ
Fl: bezpiecznik lóOmA
F2: bezpiecznik lA
TRI: transformator sieciowy
TS 3/8/676
PUl: przekaźnik RM 96Z 12V
DC
Zl, Z2: złgcze ARK 3
Z3: złgcze ARK2
BZl: dowolny sygnalizator
piezoelektryczny z własnym
generatorem na napięcie
pracy 5..l2V DC.
jako 0.0�C. Obciążalność wyjścia można zwiększyć poprzez wymianę bezpiecznika F2 i pogrubienie ścieżek w obowodzie przekaźnika i złączy.
Oprogramowanie dla termostatu napisano w asemble-rze. Długość kodu wynikowego 2043B. Michał Cuprych
Elektronika Praktyczna 7/99
87
PROJEKTY
TOP-owy
zasi Iacz4adowarka
kit AVT-486
Propon ujemy wykonanie
impulsowego zasilacza średniej
mocy z ograniczeniem
maksymalnego prądu
wyjściowego. Zasilacz ma
takie gabaryty, że można go
zamontować w popularnej
obudowie typu KM z wtyczką
sieciową.
Pomimo małej masy
i niewielkich wymiarów
m aksymaln a ciągła m oc
wyjściowa wynosi aż 20W.
Jest to niewątpliwie zasługą
dużej częstotliwości pracy
wynoszącej 1 OOkHz
i nowoczesnego sterownika
impulsowego TOPSwitch.
Co to jest TOPSwitch?
TOPSwitch jest bardzo interesującym układem scalonym. Na jednej strukturze półprzewodnikowej zintegrowane zostały praktycznie wszystkie bloki niezbędne do budowy wysokiej jakości zaporowej przetwornicy impulsowej typu off-line. Układ umieszczony jest w zwykłej, tiójkońcówkowej obudowie typu TO-220.
Najważniejsze wewnętrzne bloki TOPSwitcha to:
- skompensowany temperaturowo oscylator o częstotliwości pracy lOOkHz, źródło napięcia odniesienia typu bandgap;
- wzmacniacz napięcia błędu wraz z modulatorem PWM;
- klucz w postaci wysokonapięciowego (700V) tranzystora N-MOS wraz z diiverem, układem zabezpieczenia nadprądowego (ang. current modę converter) i układem wycinania zakłóceń szpilkowych (ang. leading edge blanking);
- układ zasilania i zabezpieczenia nad- i podnapięciowego;
- układ zabezpieczenia przed przegrzaniem.
To wszystko znalazło się w zwykłej tiójkońcówkowej obudowie, dzięki czemu wykonanie zasilacza sprowadza się do dołączenia dosłownie kilku elementów zewnętrznych.
Zalety i wady TOP-ów
Tak duża integracja przyczyniła się niewątpliwie do uproszczenia konstrukcji zasilacza. Mniej zewnętrznych elementów i mniejsza płytka drukowana oznaczają niewątpliwie mniejsze koszty. Duża częstotliwość pracy pozwala na użycie transformatora impulsowego o mniejszych rozmiarach, niższe są koszty montażu, serwisu
itp.
Niestety, nie wszystkie wymienione zalety mogą być wykorzystane w praktyce amator a-hobbysty. Duża częstotliwość pracy nie pozwala na użycie do budowy transformatora impulsowego tanich kształtek ferrytowych produkcji krajowej z materiału F807, głównie z uwagi na duże straty mocy. Potrzebne są kształtki z lepszych i jednocześnie droższych materiałów, np. 3F3 Philipsa czy Fi324 firmy VOGT. Nawet jeśli zaakceptujemy wyższą cenę i kupimy rdzeń korzystając z katalogu wielkości encyklopedii, to okaże się, iż detalicznie nie sprzedaje się rdzeni ze szczeliną i trzeba ją zrobić samodzielnie (patrz ramka). Zintegrowanie wszystkich bloków przetwornicy w jednym chipie komplikuj e również hobbyście uruchamianie układu - niewiele można zmierzyć, nie da się uruchomić układu krok po kroku itp.
Elektronika Praktyczna 1/99
63
TOP-owy zasilacz-ladowarka
Rys. 1. Schemat elektryczny zasilacza.
Firma Power Integrations - producent TOPSwitchy - zdaje sobie zapewne sprawę z powyższych niedogodności, gdyż jej karty katalogowe są szczególnie dokładne. To samo dotyczy not aplikacyjnych zawierających całą masę gotowych i przetestowanych aplikacji, łącznie z mozaiką ścieżek, sposobem uzwajania transformatora itp. Dostępne są przewodniki krok po kroku prowadzące przez cały proces projektowania, łącznie z arkuszem kalkulacyjnym do Excela wyliczającym automatycznie większość potrzebnych danych. Projektant zasilaczy ma zatem zadanie maksymalnie uproszczone.
Opis układu
Schemat elektryczny ładowarki przedstawiono na rys. 1. Napięcie sieci energetycznej poprzez rezystor Rl, ograniczający impuls prądu w momencie włączenia do sieci i pełniący jednocześnie rolę bezpiecznika, jest podawane na prosty filtr przeciwzakłóceniowy. Tworzą go dwa dławiki i kondensatory Cl i C2. Po wyprostowaniu w mostku Ml i odfiltrowaniu za pomocą kondensatora C3 napięcie zasila układ przetwornicy.
Pierwotny obwód układu jest bardzo prosty, bo oprócz samego TOPSwitcha włączonego w pierwotne uzwojenie transformatora impulsowego jest jeszcze tylko 7 elementów. Ich rolę w układzie najłatwiej jest prześledzić analizując to, co dzieje się w układzie po włączeniu zasilania. W miarę jak rośnie napięcie na C3, to poprzez zawarte w Tl układy zasilania ładowany jest również kondensator C6. Napięcie na nim
narasta aż osiągnie poziom 5,7V. Wtedy uruchamiany jest klucz i układ próbuje wystartować. W czasie startu Tl korzysta z energii zgromadzonej właśnie w C6. Jest jej niewiele - gdy napięcie na C6 spadnie poniżej 4,7V, klucz zostanie zablokowany i cały proces po chwili zacznie się powtarzać.
Układ zasilania Tl podczas pracy tworzą: uzwojenie pomocnicze transformatora (końcówki 5,6) i dioda D3 z kondensatorem C5. Ponieważ Tl ma tylko trzy końcówki, sterowanie układem do celów stabilizacji napięcia wyjściowego również zostało zrealizowane w sposób oryginalny.
Im większy prąd wpływa do końcówki sterującej TOPSwitcha tym mniejszy jest współczynnik wypełnienia impulsów kluczujących - stabilizacja napięcia wyjściowego sprowadza się do odpowiedniej regulacji prądu wpływającego do końcówki sterującej Tl (prąd ten musi być jednak większy od minimalnej wartości potrzebnej do pracy Tl). Regulatorem w układzie jest włączony szeregowo z pomocniczym zasilaniem fototranzystor (część Ol). Im element ten jest jaśniej oświetlony, tym współczynnik wypełnienia impulsów kluczujących jest mniejszy i mniejsze jest napięcie wyjściowe. Po stronie wtórnej układu należy więc zapewnić takie sterowanie LED-em zawartym w Ol, aby świecił on tym jaśniej im wyższe jest napięcie na wyjściu układu.
Akapit komentarza należy się roli diod Dl i D2. Ich zadaniem jest eliminacja szpilkowych przepięć powstających w momencie wyłączenia klucza. Gdy klucz jest włączony, przez uzwojenie pierwotne płynie narastający prąd, w rdzeniu gromadzi się energia.
Z uwagi na nieidealność obwodu magnetycznego część linii sił pola magnetycznego znajduje się poza rdzeniem - tam też gromadzi się nieco energii objawiając się istnieniem tzw. indukcyjności rozproszenia (patrz osobna ramka). W chwili wyłączenia tranzystora kluczującego napięcie na jego drenie zwiększa się gwałtownie osiągając poziom przewyższający nawet 800V. Napięcie to składa się z trzech "części" (patrz rys. 2).
Ponieważ koniec uzwojenia pierwotnego jest dołączony do plusa kondensatora C3, pierwsza "część" to wyprostowane napięcie sieci, a więc uwzględniając wahania napięcia sieci jest to maksymalnie 310V. Druga "część" wynika z zasady działania przetwornicy zaporowej i jest równa napięciu wyjściowemu pomnożonemu przez przekładnię transformatora. W opisywanym układzie napięcie to wynosi około 130V. Trzecia "część" napięcia na drenie bierze się z indukcyjności roz-

pnig ograniczania przez 01 1
S20V W 130V f---------- wyprostowana noplfcfe sled I
31OV ' f
Rys. 2. Przybliżony przebieg napięcia na tranzystorze kluczującym.
64
Elektronika Praktyczna 1/99
TOP-owy zasilacz-ladowarka
WyjScie(+)
Do układu stabilizacji napięcia
Rys. 3. Zasada działania układu ograniczającego prąd wyjściowy.
proszenia. Linie sił pola rozproszonego nie obejmują uzwojenia wtórnego, więc energia zgromadzona w indukcyjności rozproszenia nie przepływa do obciążenia, ale "wyładowuje" się na tranzystorze i ma charakter wąskiej szpilki o amplitudzie 300..400V (konkretna wartość zależy od wykonania transformatora, wartości pojemności uzwojeń itp.).
Amplitudę tej szpilki trzeba ograniczyć, bo gdy napięcie na Tl przekroczy 700V, to ulegnie on uszkodzeniu. Elementem ograniczającym jest dioda mocy Zenera (tzw. transil) - Dl. Zadaniem D2 jest ograniczenie działań dwukierunkowego transila do wyłącznie napięć przekraczających wyprostowane napięcie sieci - gdyby jej nie było, transil nie pozwoliłby, aby napięcie na drenie Tl było bliskie zeru. Wartość napięcia transila została dobrana do napięcia wyjściowego i przekładni transformatora tak, aby ograniczał on wyłącznie impulsy szpilkowe, tak jak zaznaczone jest to na rys. 2. Użycie diody Dl na niższe napięcie lub bezmyślne "podkręcenie" napięcia wyjściowego, przez modyfikację jedynie układu stabilizacji po stronie wtórnej (zmiana R5 lub R6), może spowodować, iż transil wytnie całą szpilkę i jeszcze przetransformo-wane napięcie ze strony wtórnej. Co to oznacza? Energia zamiast płynąć do obciążenia wydzieli się w Dl, a potraktowany kilkunastoma watami mocy transil nie popracuje nam dłużej niż sekundę!
W chwili gdy Tl jest zatkany, przewodzi dioda D4 zapewniając przepływ energii zgromadzonej w rdzeniu do obciążenia. Ponieważ napięcie wyjściowe zasilacza jest niewielkie, korzystniej jest użyć, zamiast zwykłego, szybkiego prostownika tj. diody Schott-ky'ego. Dołączony do diody kondensator C8 jest elementem op-
na
cjonalnym i powinien być montowany, gdy zależy nam na minimalizacji EMI. Wyjściowy filtr zasilacza tworzą kondensatory C9 i CIO. Dla stabilnej pracy i jak najmniejszych tętnień napięcia wyjściowego muszą to być kondensatory o małej wartości ESR - pamiętajmy, że zasilacz pracuje na lOOkHz! Sumarycz-pojemność filtru została rozbita na dwie mniejsze, połączone równolegle i dodatkowo zboczni-kowane dobrej jakości kondensatorami foliowymi.
Za filtrem umieszczony został układ stabilizacji napięcia i ograniczenia prądu. Oba te bloki są połączone i sterują świeceniem diody LED w transoptorze Ol.
Zasada działania układu ograniczającego prąd jest prosta i została zilustrowana na rys. 3. Rezystor RIO dostarcza napięcia o wartości proporcjonalnej do prądu wyjściowego zasilacza. Aby zminimalizować straty mocy w tym elemencie, wartość napięcia na RIO jest powiększana o spadek na diodzie Schottky'ego D5 (około 0,35V) i podawana na złącze BE tranzystora T2. W ten sposób progowa wartość napięcia na RIO, uaktywniająca zabezpieczenie została zmniejszona z ok. 0,65V do ok. 0,3V, a straty mocy zmniejszyły się czterokrotnie. Dodatkową zaletą opisanego układu jest możliwość regulacji progu ograniczenia przez regulację prądu płynącego przez D5 - a więc poprzez dobór wartości rezystora R8.
Układ stabilizacji napięcia wykorzystuje regulowaną diodę Zenera D6. Wartość napięcia wyjściowego jest ustalana stosunkiem podziału dzielnika R5 i R6. Warto zwrócić uwagę, że dioda D6 jest włączona za rezystorem pomiaru prądu - włączenie odwrotne istotnie pogorszyłoby parametry stabilizacji. Kondensatory C13 i C14 zapewniają kompensację częstotliwościową układu.
Na zakończenie opisu działania układu wróćmy jeszcze raz do strony pierwotnej zasilacza. Jak wspomniałem na początku w układach TOPSwitch jest realizowany układ przetwornicy z zabezpieczeniem nadprądowym. Jest to ważna cecha i warto jest zrozumieć o co tu chodzi. A rzecz jest prosta, gdyż chodzi o to, kiedy wyłącza się klucz. W stanie ustalonym klucz jest włączany na początku każdego taktu przetwornicy i po określonym czasie (w zależności np. od napięcia wejściowego i obciążenia wyjścia) jest wyłączany. W przetwornicy z zabezpieczeniem nadprądowym klucz może być wyłączany wcześniej, to znaczy wtedy, gdy prąd płynący przez niego osiągnął pewną maksymalną wartość. Wartość ta jest większa od tej, którą można zaobserwować w stanie ustalonym, a zadaniem układu zabezpieczenia jest ochrona klucza przed uszkodzeniem. Prąd płynący przez klucz, a więc przez pierwotne uzwojenie transformatora, przekracza wartości nominalne na przykład przy uruchamianiu zasilacza, kiedy
Porady praktyków, czyli jak zrobić szczelinę w rdzeniu w warunkach domowych
Mimo iż ferryt jest materiałem bardzo twardym i kruchym (tzw. czarna ceramika), zrobienie szczeliny powietrznej w warunkach domowych jest możliwe i nawet nieskomplikowane. Do pracy potrzebne będą: miernik indukcyjności, papier ścierny nr 400, kawałek grubej i twardej tektury lub grubej folii z tworzywa sztucznego i cierpliwość. Na początku starymi nożyczkami wycinamy z papieru ściernego pasek o szerokości 15mm i naklejamy go na identyczny pasek tektury. Tak wykonany pasek kleimy do większej płyty, np. kawałka płyty wiórowej. Następnie trzymając połówkę rdzenia w palcach pocieramy nią o wystający pasek papieru ściernego tak, aby zmniejszyć wysokość kolumny środkowej i nie naruszyć kolumn bocznych. Co pewien czas wkładamy rdzeń w karkas i mierzymy indukcyjność, tak aby uzyskać potrzebne 2mH. Z uwagi na prostotę "szlifierki", szlif kolumny nie będzie płaszczyzną i metoda pomiaru szczeliny za pomocą np. suwmiarki da złe wyniki - należy jedynie polegać na pomiarze indukcyjności. Wykonanie szczeliny o szerokości 0,3mm nie zajmuje więcej niż godzinę, gdy wykonujemy jedną sztukę transformatora jest to akceptowalne.
Elektronika Praktyczna 1/99
65
TOP-owy zasilacz-ladowarka
uzwojenie wtórne
warstwy izolacji
ooo
uzwojenie pomocnicze
ooooooo
ooooooooooooooooooooooooooooo
oooooooooooooooooooooooooooo
ooooooooooooooooooooooooooooo
uzwojenie pierwotne
karkas
Rys. 4. Kolejność, podział na warstwy i sposób nawinięcia uzwojeń transformatora TRI.
kondensatory filtru wyjściowego są jeszcze nie naładowane oraz przy zwarciu wyjścia i innych bliżej nie sprecyzowanych stanach nieustalonych.
Z uwagi na pełną integrację układów sterujących wewnątrz TOPSwitcha, wartość prądu uaktywniająca zabezpieczenie nadprą-dowe jest wartością stałą dla danego typu układu. W TOP201 jest to 1.17A, w TOP202 - 1.75A, a np. w TOP204 - 3,15A. Zmiana typu układu na inny jest więc w zasilaczu niedozwolona - włożenie do zasilacza np. TOP227 spowoduje, iż w stanie nieustalonym przez uzwojenie pierwotne TRI popłyną ponad trzy ampery. Ta sześciokrotnie większa od nominalnej wartość prądu pierwotnego nasyci rdzeń TRI i układ ulegnie uszkodzeniu.
Transformator trzeba wykonać
Do wykonania transformatora impulsowego został użyty rdzeń ferrytowy produkcji Philipsa typu EFD25 z materiału 3F3. Rdzeń ma szczelinę powietrzną o szerokości 0,3mm, co zapewnia wartość stałej Al rdzenia równą 250. Oprócz rdzenia potrzebny jest jeszcze karkas i dwie stalowe zapinki, tworzące razem komplet. Gdy nie uda się kupić rdzenia ze szczeliną, można przy odrobinie dobrej woli wykonać ją samemu. Niestety, nie można posłużyć się w tym przypadku metodą uproszczoną - próba wykonania szczeliny poprzez przełożenie przekładkami kolumn bocznych rdzenia spowoduje istotny wzrost indukcyjności rozproszenia transformatora i znaczący wzrost strat mocy w transilu. Rdzeń typu EFD w ogóle nie jest "najszczęśliwszy", jeśli chodzi
o wartość pola rozproszonego, a przy szczelinie na kolumnach bocznych to już wręcz tragedia.
Pracę rozpoczynamy od nawinięcia uzwojenia pierwotnego -liczy ono sobie 96 zwojów drutu DNE 0,3mm, podzielonych na trzy warstwy po 3 2 zwoje (patrz rys. 4 i 5). Nawijanie zaczynamy od końcówki 7, a kończymy na czwartej nóżce karkasu. Rdzeń EFD ma niewielkie okno nawojowe, dlatego podczas nawijania należy starannie i ściśle układać poszczególne zwoje obok siebie. Baczną uwagę warto zwrócić na wyprowadzenia początku i końca uzwojenia, aby nie stykały się one z drutem na pozostałych warstwach. Nie wolno zapomnieć o starannej izolacji między warstwami (z małą zakładką od brzegu do brzegu karkasu) - napięcia występujące w uzwojeniu pierwotnym są bardzo duże i ryzyko przebić jest duże.
Podczas nawijania transformatora nie wolno się spieszyć . Warto zaopatrzyć się w szybko-wiążący klej epoksydowy, którym można na początku ułożyć i zaizolować początek uzwojenia, potem po nawinięciu pierwszej warstwy warto jest umocować jej brzeg tak, aby zwoje nie rozsunęły się przy nakładaniu izolacji itp. Przekładki izolacyjne nie mogą być z przypadkowych materiałów, jak papier, taśma samoprzylepna itp. Jedy-
nym godnym polecenia izolatorem jest folia styrofleksowa - można ją uzyskać rozbierając stary wysokonapięciowy kondensator tegoż typu lub transformator linii z jakiegoś telewizora.
Drugie w kolejności nawija się uzwojenie pomocnicze. Liczy ono tylko 8 zwojów drutu o średnicy około 0,3mm. Początek nawijania na końcówce 6, koniec na 5. Z uwagi na wspomnianą szczupłość miejsca nie należy nawijać go centralnie na środku karkasu, lecz nieco bliżej strony z końcówkami 6..10. Mimo że napięcie w uzwojeniu pomocniczym jest niewielkie, tu również obowiązują wszystkie środki ostrożności, jakie omówiono wyżej - niedbalstwo i prowizorka może zaowocować przebiciami do uzwojeń sąsiednich.
Nawinięte uzwojenie pomocnicze przykrywamy podwójną warstwą izolacji, tak jak na rys. 4 i nawijamy uzwojenie wtórne. Liczy ono tylko 7 zwojów drutem DNE 0,9..lmm. Początek na końcówce 2, koniec na 1. W odróżnieniu od poprzednich, tym razem wyprowadzenia uzwojenia leżą po tej samej stronie karkasu. Wyprowadzany do końcówki lutowniczej drut przed położeniem na nawiniętej sekcji trzeba oczywiście dodatkowo zaizolować.
Uzwojenie wtórne nawijane jako ostatnie. Zawiera 7 zwojów drutu DNE 1 mm. Początek na końcówce 2
Uzwojenie pomocnicze nawijane
jest jako drugie. Zawiera ono 8
zwojów drutu DNE 0,3 mm.
Początek na końcówce 6.
Uzwojenie pierwotne nawijane jest jako pierwsze. Zawiera ono
96 zwojów drutu DNE 0,3 mm,
w trzech warstwach po 32 zwoje.
Początek na końcówce 7.
Rys. 5. Sposób podłączenia uzwojeń do nóżek karkasu. Widok od strony końcówek lutowniczych, początki uzwojeń zostały zaznaczone kropkami.
66
Elektronika Praktyczna 1/99
TOP-owy zasilacz-ladowarka
Indukcyjność
rozproszenia -
teoria i praktyka
Gdy zaczniemy rozważać zjawiska fizyczne zachodzące w dławiku z rdzeniem ferrytowym, wyjaśnienie czym jest indukcyjność rozproszenia nie będzie trudne. Gdy przez cewkę dławika zacznie płynąć prąd, powstanie pole magnetyczne. Większość linii sił tego pola zawierać się będzie w rdzeniu dławika i tam przede wszystkim będzie gromadziła się energia pola magnetycznego. Ponieważ jednak rdzeń nie obejmuje cewki w 100%, jego przenikalność magnetyczna też nie jest nieskończenie duża, część pola magnetycznego pozostanie poza rdzeniem. Skoro pole magnetyczne jest poza rdzeniem, to jest tam również gromadzona energia. Można więc powiedzieć, że indukcyjność dławika składa się z dwóch części: "normalnej" związanej z polem magnetycznym zawartym w rdzeniu i indukcyjności rozproszenia związanej z polem magnetycznym istniejącym poza rdzeniem.
Im bardziej rdzeń obejmuje cewkę, tym indukcyjność rozproszenia jest mniejsza. Gdy nasz dławik ma dwa uzwojenia (tak jak w opisywanym zasilaczu), to energię w nim wzbudza wyłącznie "główne" pole magnetyczne, to zawarte w rdzeniu - pole rozproszone nie obejmuje bowiem tej drugiej cewki. Pozwala to w prosty sposób oszacować, jaka jest wielkość indukcyjności rozproszenia transformatora TRI (po-prawniej dławika wielouzwoje-niowego). Wystarczy zewrzeć uzwojenie wtórne, co uniemożliwi gromadzenie energii w polu "głównym", i zmierzyć indukcyjność uzwojenia pierwotnego. Będzie ona wtedy w przybliżeniu odpowiadała wartości indukcyjności rozproszenia.
Na koniec wkładamy rdzeń i kontrolujemy indukcyjność uzwojenia pierwotnego (lub wykonujemy szczelinę) - powinna wynosić około 2,15mH (ą10%). Można też upewnić się, czy podczas nawijania zachowany został jednolity kierunek układania zwojów i tym samym, czy początki i końce są na właściwych miejscach. Sprawdzenie jest proste i polega na kolejnym łączeniu szeregowo poszczególnych uzwojeń i kontrolowaniu czy indukcyjność wypadkowa za każdym razem wzrasta.
Montaż
Układ został zmontowany na niewielkiej, dwustronnej płytce drukowanej pasującej wymiarami do popularnej obudowy typu KM. Widok ścieżek przedstawiono na wkładce wewnątrz numeru, a rozmieszczenie elementów przedstawiono na rys. 6.
Kolejność montowania elementów podlega powszechnym regułom. Układ Tl należy zaopatrzyć w niewielki radiator - można do tego celu użyć niewielkiej blaszki z miedzi lub mosiądzu o wymiarach 25x25mm. Praktyka pokazała, że niewielki radiator przydaje się także transilowi. Niewielki pasek miedzi należy przylutować do płytki drukowanej zgodnie ze szkicem jak na rys. 7. Ważne jest, aby radiatorek był od strony plusa zasilania, a nie diody D2, bo w przeciwnym przypadku oprócz rozpraszania ciepła pełniłby funkcję małej antenki.
Uruchomienie
TOPSwitche nie są elementami tanimi ani łatwo dostępnymi, wobec czego uruchamianie układu należy podzielić na etapy, aby zminimalizować ryzyko uszkodzenia elementów.
Zaczynamy tradycyjnie od strony wtórnej. Do wyjścia zasilacza podłączamy regulowany zasilacz warsztatowy (najlepiej z funkcją ograniczenia prądu, gdy zasilacz jej nie ma, to w szereg z zasilaczem włączamy rezystor o wartości około 10Q) i amperomierz, a równolegle do diody LED zawartej w fototranzystorze lutujemy od strony druku czerwoną diodę LED, zwracając baczną uwagę na jej właściwą polaryzację. Przy małych napięciach nie
WYKAZ ELEMENTÓW
Półprzewodniki
Tl: TOP201YA (Power Integrations)
T2: BC548
Dl: Transil P6KE220 lub 1.5KE200
D2: BW26C lub UF4007
D3: 1N4148
D4: 1N5822
D5: BAT42..44
D6: TL431
Ol: 4N35
Ml: mostek 1A/4OOV okrągły
Rezystory
Rl: 4JO/1W lub lepiej termistor
NTC10, np. SG220 (Ketema)
R2: 1MQ
R3: 62CH023N
R4: 220O
R5: lka
R6: 2,7kQ
R7: 3,9kQ
R8: 4,7kQ
R9: 2kO
RIO: 0,220/1 W
Kondensatory
Cl, C2, C4: 2,2nF/400V
C3: 33jiF/385V (średnica lómm)
C5, C12, C13, C14: 100nF/63V
Có: 47^F/35V
C7, Cli: 220nF/63V
C8: 47pF/250V ceramiczny
C9, CIO: 470jiF/1ÓV, elementy te
powinny cechować się niską
wartością ESR! Na przykład patrz
artykuł ELFA nr 67-190-09.
Różne
DLL DL2: dławiki 100jiH/0,5A
Trl: transformator impulsowy:
karkas i rdzeń typu EFD25 (Philips)
z materiału 3F3 (patrz artykuł ELFA
nr 58-768-00, -18, -26). Wielkość
szczeliny powietrznej na środkowej
kolumnie rdzenia - 0,35mm (stała
AI-250). Uzwojenia według opisu
w tekście i zgodnie z rysunkami.
UWAGA: Obudowa i radiafor nie wchodzą w skład kitu AYT486B,
powinniśmy zaobserwować poboru prądu większego niż kilkanaście miliamperów. Powoli zwiększając napięcie trzeba sprawdzić działanie układu stabilizacji napięcia - w okolicach 9V prąd pobierany z zasilacza powinien gwałtownie wzrosnąć, a dołączona dioda LED powinna się zaświecić. Gdy tego efektu nie będzie, uwagę należy skupić na najbliższym otoczeniu układu TL431. Przy okazji można spraw-
Elektronika Praktyczna 1/99
67
TOP-owy zasilacz-ladowarka
Rys. 6. Rozmieszczenie płytce drukowanej.
elementów na
dzić wartość spadku napięcia na diodzie D5 - około 0,35V.
Odłączamy zasilacz od wyjścia i przyłączamy go do wejścia, a więc zacisków sieciowych. Oczywiście szeregowo włączamy amperomierz (najlepiej analogowy) i dodatkowo rezystor z przedziału 3..5kQ. Do wyjścia zasilacza podłączamy obciążenie - żarówkę samochodową 12V/4W.
Po zwiększeniu napięcia powyżej 16V TOPSwitch powinien "ożyć", a wskazówka amperomierza lekko pulsować.
Na koniec można już podłączyć w miejsce zasilacza warsztatowego napięcie sieci - zasilacz powinien "wystartować" i pracować cicho bez szumów i pisków. Z podanym powyżej obciążeniem pozwalamy mu pracować 2..4 sekundy, po czym wyłączamy i kontrolujemy temperaturę elementów - w szczególności transila. Jego silne grzanie wskazuje na problem z transformatorem: za duża przekładnia (pomyłki w liczeniu zwojów), za duża indukcyjność rozproszenia (powyżej 40|iH).
Gdy próba wypadnie pozytywnie, pozostaje sprawdzenie pracy z pełnym obciążeniem (dołączamy do żarówki 4W dodatkową drugą 21 W, co daje około 2A poboru prądu przy napięciu 9V - koniecz-
I
^.lutować
Rys. 7. Sposób montażu diody Dl za pomocą blaszki-radiatora o wymiarach około 10x25mm.
ne może okazać się zwarcie na czas tej próby rezystora RIO) oraz sprawdzenie działania układu ograniczenia prądu. Trzeba również sprawdzić, czy przy pracy z małym obciążeniem (np. O,1A) układ się nie wzbudza. W razie kłopotów dobieramy wartość C13 lub pojedynczą pojemność zamieniamy na dwójnik szeregowy 100nF/220Q. Robert Magdziak. AVT e-mail: [e-mail]
68
Elektronika Praktyczna 1/99
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
Miernik mocy optycznej
w światłowodzie, część 2
W drugiej części
artykułu przedstawiono
rozwiązanie sprzętowe
miernika oraz skrótowo
omówiono programowe
metody realizacji pomiarów.
Projekt
061
Blok obróbki danych
Blok obróbki danych odpowiada za odpowiednio częste dokonywanie pomiarów w każdym z ośmiu kanałów. Schemat elektryczny czterech kanałów wejściowych przedstawiono na rys. 10. Schemat blokowy kompletnego toru wejściowego przedstawiono na rys. 11.
Za komunikację z użytkownikiem, a w szczególności za wyświetlanie aktualnej wartości mocy w wybranym przez użytkownika kanale oraz odczyt poleceń z klawiatury odpowiada blok, którego schemat elektryczny przedstawiono na rys. 12. W bloku tym dokonywane jest także odmierzanie czasu systemowego, Wszystkie parametry konfiguracyjne zapamiętywane są w bateryjnie podtrzymy-
wane] pamięci . " Sercem1 cyfrowej części miernika jest, po niewielkiej przeróbce, j e dno płytowy komputer 80C535, opisany w Elektorze 4/94 (rys. 13).
W projektowanym urządzeniu wykorzystano zarówno pamięć programu (EPROM) jak i zewnętrzną pamięć danych (RAM). Pamięć danych umożliwi łatwą programową rozbudowę miernika o funkcje rejestracji stanów krytycznych.
Moduł zegara czasu rzeczywistego
Jako układ czasu rzeczywistego wykorzystano układ scalony firmy Philips oznaczony symbolem PCF8583. Pamięć RAM o pojemności 256B wykorzystano do zapamięty-
ACfl.fl
HI07 100k
RI1S 10dt
Rys. 10.
wania parametrów konfigurujących każde-^^ go z kanału, ostatnio wyświetlany kanał itp. Zastosowano typową aplikację tego układu z podtrzymaniem ba-teryjnym (rys. 14).
Rezystory R401..R404 zostały dobrane zgodnie z wymaganiami magistrali PC. Do podłączenia magistrali PC wykorzystano końcówki mikroprocesora P3.3..P3.5. Linia INT jest przewidziana do przyszłej rozbudowy i nie spełnia żadnego zadania. Końcówkę P3.3 wybrano tu jednak celowo. Jest ona bowiem wejściem zewnętrznego przerwania INTl.
Od strony mikrokontrole-ra interfejs PC rozwiązany został całkowicie programowo. Pozwoliło to zmniejszyć koszty fbrak przetwornika systemu równoległego na PC) oraz uprościć samo rozwiązanie sprzętowe magistrali (tylko trzy linie).
Blok zasilania
Odpowiada on za wytworzenie stabilnych napięć zasilających poszczególne elementy systemu (rys. 15). Część cyfrowa jest zasilana napięciem +5V. Z kolei wzmacniacze w torze pomiarowym wymagają symetrycznego napięcia ą12V. Czujniki promieniowania mogą być zasilane napięciem z przedziału 4..10V. Aby jednak zminimalizować wpływ zakłóceń, pochodzących z części cyfrowej, na działanie przetwornika
88
Elektronika Praktyczna 7/99
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
O\fcc
Rys. II.
A/C rozdzielono obwody cyfrowe i analogowe. Czujniki promieniowania zostały więc zasilone napięciem +5V wytworzonym z napięcia +12V.
W celu zapewnienia odpowiedniego poziomu stabilizacji wszystkich napięć wykorzystano popularne układy serii 78XX/79XX.
Przetwornik A/C wymaga do poprawnej pracy napięcia odniesienia. Jeżeli ma on pracować z rozdzielczością dzie-sięciobitową, to poziom stabilizacji, jaki zapewniają układy 78XX, jest niewystarczający. Dlatego też zastosowano układ napięcia odniesienia LM136-5.0 produkcji National Semiconductor. Został on włączony w układzie z kompensacją temperaturową jak na rys. 15.
Dodatkowo wykorzystano napięcie VAREF w celu wytworzenia zapięcia kalibracji oznaczonego na rys. 15 jako REF. Napięcie te może być podane poprzez odpowiednie przełączniki na wejście każdego z ośmiu torów pomiarowych w celu ustawienia wzmocnienia stopni wejściowych. Zarówno napięcie odniesienia VAREF jak i kalibracji REF można ustawić wie-loobrotowymi potencjometrami montażowymi P302 i P305. Aby umożliwić to użytkownikowi miernika, oba napięcia
są wyprowadzone na zewnątrz przyrządu. Peryferia komunikacyjne
Poprawną komunikację z użytkownikiem zapewnia wyświetlacz alfanumeryczny 2x2 0 znaków (standard HD44780) typu NCOG003. Ze względu na sporą liczbę linii wejść/wyjść mikrokontrolera, linie danych wyświetlacza podłączono bezpośrednio do portu Pl. Z kolei trzy linie sterujące E, RW, RS podłączono kolejno do linii P5.4..P5.6.
Linie P5.0..P5.3 wykorzystano do podłączenia klawiatury. Składają się na nią cztery klawisze: ,,Góra", ,,Dół", ,,Zatwierdzenie" i "Cofnięcie", które zapewniają wygodny i zarazem prosty sposób konfiguracji miernika.
Ostatnia wolna linia P5.7 została wykorzystana do podłączenia brzęczyka potwierdzającego akustycznie naciśnięcie klawisza.
Blok obróbki danych -część programowa
Oprogramowanie przyrządu zostało tak napisane, że cała praca mikrokontrolera, tj. pomiary, wyświetlanie wyników, czytanie klawiatury, odmierzanie czasu, odbywa się w przerwaniach. W programie głównym zawarta została wyłącznie obsługa interaktywnego menu. Rozwiązanie takie
pozwoliło na przełączenie procesora w tryb uśpienia (Id-le). Po każdej obsłudze dowolnego z przerwań, program
główny sprawdza czy nie został odczytany klawisz, a następnie zapada w stan uśpienia.
Rys. 12.
Elektronika Praktyczna 7/99
89
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
L
RESET
Rys. 13.
\ ad \ A1 K1
3
5 1
\ Aa \A3 7 Q
\ M
11
\ A5 13
\ AS 15
\ A7 17
\ AB 18
\A9 16
\ A10 14
\ A11 12
\ A12 10
\ A13 g
\ A14 g
\A15 4
19 Z
20
Inicjacja zmiennych oraz urządzeń peryferyjnych
Po rozpoczęciu pracy najpierw inicjowane są wszystkie wymagające tego zmienne i zostaje skonfigurowany system przerwań. Następnie konfigurowane są poszczególne urządzenia obsługiwane w przerwaniach, czyli TO i A/C. W następnej kolejności inicjowany zostaje wyświetlacz LCD oraz odczytany aktualny czas (wraz z datą) z zegara czasu rzeczywistego. Przywrócony zostaje stan z poprzedniego uruchomienia, ostatnio wyświetlany kanał oraz odczytywane są dane konfigurujące ten kanał. Sprawdzana jest wartość wszystkich odczytywanych
AC1
REF
/aC3
/aC4
/aC5
/AC6
/AC7
/AC8
HP401
X401 32,768kHz
GND 1
AC2
/acT
/AC4
/AC5
/AC6
/AC7
/AC8
GND
+5V
S405 PESET
J406
GND
4,7kx8
Rys. 14.
90
Elektronika Praktyczna 7/99
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
UWl 7912
REF
"TiCOn "TiOCn "riOOn "TiOOn "riOOn "THMn ^1O0n ^100n ^1O0n ^100n ^100n T'
Rys. 15.
danych. Jeżeli program stwierdzi, że wartość jakiejkolwiek zmiennej jest spoza dostępnego jej zakresu fnp. 78 godzina), nastąpi powtórne odczytywanie wszystkich zmiennych. Błędne wartości mogłyby bowiem prowadzić do nieprzewidywalnego działania programu.
Jeżeli trzykrotna próba odczytania nie zakończy się sukcesem, przyjmowane są standardowe wartości, np. w przypadku czasu będzie to 00:00:00; 1.01.1998.
Po tych zabiegach mikro-kontroler jest już gotowy do pracy, a ponieważ wszystkie przerwania zostały już uruchomione, może przejść do stanu uśpienia.
Przerwanie od licznika TO
W projektowanym urządzeniu jest to najważniejsze przerwanie i jemu też został przypisany najwyższy priorytet (trzeci). Zarządza ono wszystkimi zadaniami, odpowiednio rozdzielając je w czasie. Licznik To został skonfigurowany do pracy w trybie drugim w ten sposób, że przerwanie to wywoływane jest co 25 0|_is. Jest to podstawowe odmierzanie czasu w systemie. Co 50 przerwanie, czyli co 12500|_is, inicjowany jest pomiar przez przetwornik A/C. Dalsza obsługa przetwornika odbywa się już w jego własnym przerwaniu. Co czterdzieste wywołanie, czyli co lOms, inicjowany jest start ob-
sługi wyświetlacza. Jest on obsługiwany w przerwaniu od licznika Tl. Również co lOms następuje dalsza obsługa przerwania To. Liczniki odliczające przerwania zostają tak ustawione podczas startu, że przerwania od A/C i wyświetlacza wzajemnie sobie nie "przeszkadzają".
W dalszej części przerwania od TO następuje obsługa opóźnienia, używanego w programie głównym, oraz obsługa brzęczyka. Polega to na dekrementowaniu odpowiednich, przypisanych im liczników. Podczas obsługi przerwania, przy którym liczniki się zerują, kasowany jest bit opóźnienia programowego lub wyłączany zostaje brzę-czyk.
12V
Następnie, co 50 ms odczytywana jest klawiatura. Taka częstość odczytywania pozwala z jednej strony zabezpieczyć się przed drganiami zestyków, a z drugiej zapewnia odpowiednio szybką reakcję na naciśnięcie. Program odczytywania klawi atu ry umożliwia pracę zarówno z repetycją jak i bez niej. Zabezpieczony jest także przed naciśnięciem dowolnej kombinacji kilku klawiszy w tym samym czasie.
Niezależnie od tego czy klawiatura była obsługiwana, co lOms zliczany jest czas systemowy. Przerwanie od To trwać może jednak maksymalnie 2*250-l|_is. Ponieważ odliczanie czasu, szczególnie podczas pełnych godzin,
0 1 2 3
WutotAziriBizorui
Rys. ló.
Elektronika Praktycz
91
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
a w najgorszym przypadku podczas zmiany roku, może trwać bardzo długo nie mogło ono być obsługiwane wewnątrz przerwania od TO. Został tu więc zastosowany pewien trick programowy. Otóż po odpowiednim przygotowaniu stosu zakończona zostaje obsługa przerwania TO (RETI). Modyfikacja stosu powoduje jednak, że w następnej kolejności obsługiwany jest zegar systemowy, tak jakby był to program główny (nie w przerwaniu). Dopiero po zakończeniu obsługi zegara mikrokontroler wraca do właściwego programu głównego (RET).
Podczas pisania i testowania oprogramowania okazało się, że mimo zastosowania drugiego trybu pracy licznika TO, odmierzanie czasu było mało dokładne. Ponieważ zegar czasu rzeczywistego oferuje dużo większą dokładność, a także możliwość korygowania częstotliwości rezonatora kwarcowego (trymer Cl z rys. 14), to co dziesięć sekund następuje synchronizacja czasu systemowego z czasem z RTC.
Przerwanie od przetwornika A/C
Zastosowany w mikrokon-trolerze przetwornik jest oś-miobitowy. Rozdzielczość dziesięciobitową można w nim uzyskać poprzez zawę-
żenie zakresu pomiarowego.
W obsłudze przerwania od TO inicjowany jest pierwszy pomiar w jednym, zmienianym za każdym razem kanale. Po zakończeniu przetwarzania przez A/C system zgłasza odpowiednie przerwanie. Podczas pierwszego pomiaru przetwornik skonfigurowany jest na pełny zakres od 0 do 5V. Na podstawie tego pomiaru, już w programie obsługi przerwania od A/C, ustalony jest zawężony zakres pomiarowy i dokonywane jest kolejno szesnaście pomiarów, które są na bieżąco sumowane.
Tak przygotowana suma uzupełniana jest o brakujące bity (wynik zawężenia zakresu). Następnie obliczany jest drugi wynik z nałożoną, prostą pętlą histerezy (rys. 16). Tego typu pętla może być przydatna w sieciach z czujnikami binarnymi. Jej użyteczność można jednak będzie ocenić dopiero podczas praktycznych badań związanych z tego typu sieciami. Wydaje się jednak, że w przypadku, kiedy wartość ustali się blisko granicznego poziomu mocy, niewielkie zakłócenia mogłyby spowodować, że granica ta będzie co jakiś czas przekraczana. Zastosowana pętla ma za zadanie chronić przed wpływem tego typu zakłóceń. Marek Fiołka
WYKAZ ELEMENTÓW Rezystory
Rl, R102, R104, R106, R108, Rl10, Rl 12, Rl 14, 116, R121, R123, R125, R127, R129, R131, 133, R135, R201, R204, R207, R210, R213, 216, R219, R222: lkQ
R2, R101, R105, R109, Rl 13, R120, R124, R128, 132, R202, R205, R208, R211, R214, R217, 220, R223, R302, R405, R406: 10kQ
R103, R107, Rlll, Rl15,
R122, R126, R130, 134,
R203, R206, R209, R212,
R215, R218, 221, R224,
R304, R305: 100kQ
R301: 3kQ R303: 430Q R401, R402: 300Q R403, R404: 3,3kQ RP401: 4,7kQx8 Kondensatory
C1..C5, C303, C307, C311: IOm-F
C6: 2pF
C7: 22pF
C8, C101..108: l^F
C14, C201, C304, C308, C312, C315, C316, C317, 318, C319, C320, C321, C322, C323, C324, 325, C326, C327, C402, C405: lOOn
C202: 47^F
C301, C305, C309: 220uF
C302, C306, C314, C310:
C401: 4-60pF Półprzewodniki:
D101..108: 5,1V D301, D302: 1A D303..D306: 1N4148 D307: LED1 D401, D402: 1N4001 IC401: PCF8583 T401: BC548 Ul: 62256 U3: 27C256 U4: 74HC573 U5: MAX232 U6: 80C535N U101..U104: TL074 U201..208: TSL250 U301: LM7812 U302: LM7912 U303: LM7805 U 304: 78L05 U305: LM 136-5.0 U306: LM741 U402: LCD2X20 Różne
B301: 63mA BT401: CR2032 BZ401: BUZZER Sl: RESET Xl: 12MHz X401: 32,768kHz
Elektronika Praktyczna 7/99
5 Międzynarodowy magazyn elektroników konstruktorów
8/99
sierpień � 6 zł 80 gr
SPRZĘT:
ZESTAWY URUCHOMIENIOWE
DLA PROCESORÓW ST/2 | H8L3O4
PROJEKTY CZYTELNIKÓW:
ZAMEK SZYFROWY TYPU "SEJF" UDAROWA CZUJKA ALARMOWA
SYSTEMY: DOMOWA SIEĆ INFORMATYCZNA
X-10
Indeks 357Ł77 � ISSN 1230-352Ł
aa>
.'l
MIESIĘCZNIK DLA ELEKTRONIKÓW
Generator znaczników w.cz.
Urządzenie, które
prezentujemy w artykule jest
niezbędne do kalibrowania
i strojenia odbiorników
radiowych, a także
generatorów sygnałowych.
Każdy, kto zajmuje się konstruowaniem radioodbiorników i związanego z nimi wyposażenia, prędzej czy później odczuje potrzebę zastosowania jakichś przyrządów do utworzenia dokładnie skalibro-wanej skali.
Możliwość niezawodnego ustawienia pokrętła strojenia na pewne szczególne częstotliwości jest często połową sukcesu przy wyszukiwaniu słabych nadajników i znacznie zwiększa przyjemność korzystania z każdego odbiornika. Opisany tu kalibrator wykorzystuje rezonator kwarcowy do określenia i utrzymania stałej częstotliwości oscylatora, będącego źródłem sygnał ów zna c zników .
Wcześniejsze przyrządy tego rodzaju zawierały często dwa rezonatory kwarcowe: jeden dostrojony do rezonansu na lMHz, a drugi na lOOkHz, których częstotliwości podstawowe i harmoniczne służyły do kalibracji odbiorników i w urządzeniach testujących do i ponad 30MHz.
Rozwój układów scalonych, a w szczególności produkcja scalonych liczników binarnych i dziesiętnych, umożliwił stosowanie
tylko jednego kwarcu dostrojonego do rezonansu przy wyższej częstotliwości (często 2 lub 4MHz) i podział tej częstotliwości dla uzyskania znaczników dla fal długich i średnich i dokładnego podziału skali.
Przy próbach skalibrowania skali odbiornika krótkofalowego za pośrednictwem tylko wzorcowego kwarcu może się pojawić trudność identyfikacji poszczególnych harmonicznych częstotliwości podstawowej lMHz. Jeśli zastosuje się kwarc 4MHz, sytuacja staje się znacznie łatwiejsza, ale niejednoznaczność ciągle może wystąpić w miarę przesuwania się w wyższe zakresy widma HF.
Aby tego uniknąć, opisane tu urządzenie zostało skonstruowane w oparciu o kwarc 8MHz. Przy harmonicznych na 16, 24 i 32 MHz, w pasmach HF pojawiają się względnie jednoznaczne znaczniki. Łatwiejsza jest wówczas kalibracja w górę i w dół od nich, sygnałami o mniejszych częstotliwościach, wytworzonych poprzez podział częstotliwości podstawowej kwarcu.
Elektronika Praktyczna S/99
11
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
Większość znaczników kwarcowych nie ma możliwości modulacji sygnału. Wysokiej jakości odbiorniki zawierające BFO (ang. Beat Freąuency Oscillator - oscy-lator częstotliwości zdudnień) mogą wytworzyć słyszalny ton z nie modulowanej nośnej, ale w lokalnych superheterodynach nie będzie wyraźnie słyszalnej wskazówki, że nastąpiło dostrojenie do sygnału znacznika. Jak na ironię, słuchacze często usiłują uzyskać jak najwięcej ze swoich prostszych odbiorników, których największą potrzebą jest jakiś sposób polepszenia dokładności strojenia. Zgodnie z tym wprowadzono w urządzeniu opcjonalnie możliwość modulacji sygnałów znacznika.
Opis urządzenia
Schemat ideowy urządzenia jest przedstawiony na rys. 1. Konstrukcja opiera się na tanim układzie logicznym CMOS. Niedrogi rezonator kwarcowy 8MHz określa częstotliwość podstawową oscylacji o wysokim stopniu dokładności i stabilności.
Układ IC5 zawiera cztery dwu-wejściowe bramki NOR. Zwarcie wejść każdej z bramek tworzy cztery odwracające stopnie wzmacniacza. Jeden z nich, IC5a, służy jako oscylator w.cz. o częstotliwości oscylacji określonej przez kwarc Xl. W tym układzie kwarc przedstawia sobą reaktancję indukcyjną na częstotliwości roboczej i rezonuje z kondensatorami obciążającymi Cl i C2. C2 jest regulowany i częstotliwość oscylacji, poprzez porównanie z zewnętrznym wzorcem, można ustawić dokładnie na 8MHz. Stałoprą-dowe ujemne sprzężenie zwrotne, wprowadzone przez Rl, stabilizuje warunki pracy stopnia, a IC5b buforuje wyjście.
Bramki IC5c i IC5d są połączone w układ oscylatora R-C, o wartościach elementów R5, R6 i C5 dobranych tak, by zapewniły częstotliwość oscylacji w przybliżeniu lkHz. Ten sygnał akustyczny służy do modulowania sygnału wyjściowego w.cz. generatora znaczników.
22p7"
Buforowane wejście oscylatora jest połączone z wejściem zegarowym przerzutnika bi stabilnego (ICl). Układ ten zmienia naprzemiennie swój stan, dzieląc częstotliwość oscylatora kwarcowego przez dwa. Sygnał znacznika 4MHz na wyprowadzeniu 1 jest podawany do drugiego wejścia zegarowego, a na wyprowadzeniu 13 pojawia się sygnał 2MHz. Proces ten jest powtarzany w IC2 do wytworzenia znaczników lMHz i 500kHz.
SMHz
Sygnał lMHz jest podawany do wyjścia zegarowego podwójnego licznika dziesiętnego (IC3). Pierwszy stopień tego układu dzieli sygnał wejściowy lMHz przez 10 dla uzyskania lOOkHz. Sygnał ten w drugim stopniu jest dalej dzielony przez 10 dla utworzenia znaczników lOkHz.
Przy kalibrowaniu skal dla fal długich, średnich i krótkich odbiornika przydają się znaczniki 50kHz i 25 kHz. Dla ich uzyska-
+12V
IC3a CTHDIV10
100kHz
C1_L 22pj
IC1.IC2, IC4= 4013 IC3 = 4518 IC3= 4001
R4 3,9k
D1
+12V
1N4148
T1 BC550
IC6 7812

C11 100n
-1- (14) -I-
C12 22n 25V
C13 IC1 100n (?)
C14 IC2 100n (7)
C7
(14) IC3
IC4
C8
05)
IC5
3,3kN
fl
33 U
C3 K1
-U�i
10n _L
10n C4
C4 K2
-U�i
10n _L
Rys. 1. Schemat elektryczny generatora znaczników w.cz.
Elektronika Praktyczna 8/99