PROJEKTY CZYTELNIKÓW
Świetlny sekwencer MIDI
nieodłącznym elementem o Ml Ul koncertów muzycznych. Standard
Profesjonalne grupy MIDI jest od-
osobę, odpowiedzialną za szeregowego,
oświetlenie. Nawet najlepszy który różni sie.
korzysta jednak z dobrze mi elektryczny-przygotowanej przed mi od popular-koncertem sekwencji efektów nego RS232. świetlnych. Prezentowany W RS232 infor-sterownik pomoże macja przesyłana trakcyjnić odbiór muzyki na jest przez
sekwencera MIDI. a w przypadku MID
Głównymi założeniami rzystano pętle, prądoi
projektu była prostota c� sprawia, że jest
konstrukcji i minimalizacja odporny na zakłóceń
kosztów wykonania kość transferu MIDI
P o d -250 bodów. Prędkości tej stawowa ram-
dardowym interfejsie RS232 DI składa sie. z: 1 bit
nak większość kart muzy- oraz 1 bit stopu, bez bitu p cznych -nawet tych najtań- rzystości. Rozkaz MIDI najcze.-
fej;
= MIDI, którego dotyczy
Wystarczy prosty przetwornik który w odróżnieniu od po- sterowania 16 kanałów
TTL/pętla prądowa 5mA, aby zostałych ma ustawiony naj- zostałe 3 bity infon
móc podłączyć prezentowany bardziej znaczący bit. Czte- o tym, jaki to jest ro:
Elektronika Praktyczna 6/99
PROJEKTY CZYTELNIKÓW

\ >
a I
11
V

i,
r V
h 1
1 i

Rys. I. Trzy fazy wysterowania triaka. Na rysunku "a" impulsy wyzwalajgce pojawiajg się później niż na rysunku "b".
000 - notę on (wciśnięto klawisz) - zapala grupę oświetleniową,
001 - notę off (zwolniono klawisz) - gasi grupę oświetleniową,
011 - control change (rozkaz kontrolny)- zeruje kontroler.
/ Drugi bajt przesyła informacje o numerze wciśniętego klawisza, a w przypadku sterownika numer grupy oświetleniowej, do której odnosi się rozkaz. /Trzeci bajt informuje o sile, z jaką został wciśnięty klawisz ustawiający jasność świecenia grupy.
Po rozkazie control change pojawia się jeden z bajtów: 7Bh- all notes off (wyłącza wszystkie grupy oświetleniowe), 79h- reset controler.
Sterowanie triakami
Płynną regulację mocy dostarczanej do grup oświetleniowych dokonuje się impulsami sterującymi podawanymi na bramkę triaka. Im większe jest opóźnienie impulsu wyzwalającego w stosunku do momentu przejścia prądu obwodu grupy oświetleniowej przez zero, tym mniejsza jest dostarczana moc do tej grupy, a tym samym mniejsze natężenie świecenia.
Na rys. 1 przedstawiono trzy fazy wysterowania triaka. Na rys. la impulsy wyzwalające pojawiają się później niż na rys. lb.
W projekcie przyjąłem założenia uproszczające, że nie ma przesunięcia fazowego między prądem a napięciem obwodu grupy oświetleniowej. Taka sytuacja występuje, gdy obciążenie ma charakter czysto rezystancyjny, co jest spełnione w przypadku zastosowania zwykłych lub halogenowych żarówek. Problem może się pojawić w przypadku zastosowania zbyt długich kabli połączeniowych, mogących wprowadzać bardziej
reaktancyjny charakter obciążenia. Z założenia przyjmuję więc moment przejścia napięcia przez zero, jako moment synchronizacji. Od tego momentu zaczyna być odliczane opóźnienie kąta wysterowania triaka w danym półokresie. W programie półokres został podzielony na 140 części. W standardzie MIDI informacja o sile nacisku - wykorzystywana w niniejszym sterowniku do określania natężenia oświetlenia - określana jest na 7 bitach, co daje rozdzielczość 128 kroków. Różnica między rozdzielczością MIDI a przyjętą w programie sterownika (140) stanowi margines bezpieczeństwa. Zbyt późne podanie impulsu sterującego może być powodem załączenia triaka w kolejnym półokresie.
Opis układu sterownika
Schemat elektryczny sterownika przedstawiono na rys. 2. Na wejściu zasilającym zastosowano filtr LC typu ,,T", którego zadaniem jest odfil-trowanie wyższych harmonicznych prądu powstających podczas impulsowego załączania triaków.
W filtrze sieciowym użyto dławika z popularnych wyłączników dotykowych. Wykorzystano w nim rdzeń z blach transformatorowych o przekroju 10xl0mm, na który nawinięto w dwóch rzędach 40 zwojów drutu o średnicy lmm. Dodatkowo, w obwodzie każdej grupy oświetleniowej, zastosowano dławik, w którym wykorzystano karkasy cewek radiowych z prętem ferrytowym o średnicy 7,5mm, na których nawinięto 30 zwojów w dwóch rzędach drutem
0 średnicy 0,75mm. Przekrój drutu zastosowanego w dławikach decyduje o obciążalności układu. Chcąc wykorzystać w pełni dopuszczalną obciążalność triaków (najlepiej nie przekraczać 0,5ldop) należałoby odpowiednio zwiększyć przekrój drutu w dławikach.
Zadaniem układu zbudowanego na tranzystorach Tl
1 T2 jest generowanie impulsów o stromym zboczu opadającym, które inicjuje przerwanie INT0 w mikroprocesorze. Układ ten jest synchroni-zowany napięciem wtórnej strony transformatora, wyprostowanym dwup ołówków o (rys. 3).
Standard MIDI wymaga zastosowanie na wejściu uk-
Rys. 2. Schemat ideowy sterownika.
88
Elektronika Praktyczna 6/99
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
Rys. 3. Przebiegi na wejściu układu synchronizacji oraz na wyjściu podłgczonego do wejścia INTO mikroprocesora.
lądu separującego galwanicznie, który najczęściej jest realizowany na transoptorze. Właściwość ta pozwoliła mi na obniżenie kosztów wykonania sterownika i rezygnacji z separacji galwanicznej sterownik - układ wykonawczy. Może to w pewnym stopniu wpłynąć na awaryjność układu, gdyż przepięcia od strony sieci mogą stać się przyczyną uszkodzenia mikroprocesora. Z tego też powodu zastosowałem warystor w filtrze napięcia sieci sterownika. W celu zapewnienia bezpieczeństwa ekspoloatacji musiałem zrezygnować z MIDI THRU, które wymagałoby dodatkowego układu sterującego, oddzielonego galwanicznie od sterownika.
Triaki sterownika montowane są na wspólnym niewielkim radiatorze, który jest oddzielony galwanicznie od obudowy każdego triaka podkładką mikową z dodatkiem smaru silikonowego dla zapewnienia lepszego oddawania ciepła.
Podczas projektowania płytki należy zwrócić uwagę na grubość ścieżek obwodów silnoprądowych. W moim projekcie przyjąłem 300W na grupę, a wiec każda grupa będzie obciążać sieć prądem ok. 1,5A przy pełnym występowaniu. Dla obwodu na laminacie pokrytym folią miedzianą o grubości 0,07mm, obciążalność ścieżki o szerokości lmm może wynieść 350mA, przy założeniu gęstości prądu 5A/mm2.
Układ z powodzeniem może kontrolować osiem grup oświetleniowych. Wymaga to
nieznacznej modyfikacji programu sterownika i układu elektronicznego. Z myślą o modyfikacji, z góry przyjąłem możliwie najwyższą częstotliwość pracy zegara mikroprocesora, tj. 24MHz. Przy wstępnych próbach z kwarcem 12MHz układ działał poprawnie. O doborze kwarcu decyduje nie tylko wymagana moc obliczeniowa mikroprocesora, ale także szybkość przesyłania informacji interfejsem MIDI.
Opis programu sterownika
Po uruchomieniu sterownika następuje skonfigurowanie portu szeregowego, odblokowanie przerwań INTO i wpisanie kanału MIDI, ustawionego na przełączniku DIPl, do rejestru kanał. W czasie pracy sterownika zmiana kanału MIDI jest ignorowana. Ponowne wpisanie kanału MIDI do rejestru kanał następuje dopiero po wysłaniu komunikatu MIDI Reset controler lub ręcznym wy zerowaniu mikroprocesora.
Pojawienie się opadającego zbocza na wejściu INTO uruchamia procedurę inte, która odblokowuje przerwania TO. Od tego momentu mikroprocesor oczekuje komunikatów MIDI, które generują w mikroprocesorze przerwanie dla portu szeregowego sint. Procedura obsługi przerwania sint sprawdza najpierw kanał MIDI, którego dotyczy komunikat i porównuje z wartością rejestru kanał. Jeżeli obie wartości zgadzają
Ś Ś*
r
1 | \
i. �> 1 \
y Ś 00 0 1 /
1 1 / 1 /
- l\. y
Rys. 4. Wartość rejestru "sync" podczas jednego półokresu. Przerywana krzywa pokazuje przebieg impulsów synchronizacji, linia ciggła napięcie na grupie oświetleniowej. Wyzwolenie triaka następuje, gdy wartość rejestru jest równa 100.
się, następuje ustawienie bitu notę on. W przypadku, gdy wartość kolejnego bajtu komunikatu odpowiada liczbom przyporządkowanym grupom oświetleniowym, ustawiany jest bit by2. Wartość trzeciego bajtu komunikatu wpisywana jest do rejestru odpowiadającemu grupie oświetleniowej. Przerwanie INTO rozpoczyna kolejny okres trwający lOms (czas trwania półokresu) generowania impulsów sterujących triaki. Procedura przerwania INTO zeruje maskę przerwania zegara TO, które z kolei generuje przerwania co 10/l40ms, zmniejszając za każdym razem wartość rejestru sync, do którego wpisywana jest wartość #140 w procedurze INTO. Procedura TO porównuje wartość rejestru sync z wartością rejestru każdej grupy oświetleniowej. Jeżeli są równe, wpisywane jest ,,0" do bitu sterującego bramkę triaka, co z kolei załącza daną grupę oświetleniową. Bity sterujące bramkami ustawiane są w procedurze INTO. W przypadku braku jednego lub wielu impulsów synchronizacji w określonym czasie (z powodu np. zakłócenia), procedura TO wpisuje wartość #148 do rejestru sync i rozpoczyna okres generowania impulsów wyzwalających triaki od początku. Wartość ta została określona doświadczalnie tak, aby układ rozsynchronizował się możliwie najpóźniej.
Uruchamianie
Najpierw podłączamy układ do sieci bez mikroprocesora w podstawce, w celu sprawdzenia poprawności pracy zasilacza. Powinno pojawić się napięcie 5V na zaciskach 10 i 20 podstawki. Układ podczas uruchamiania nie wymaga żadnych regulacji, dlatego po włożeniu mikroprocesora, jeżeli nie popełniono pomyłki w montażu, powinno wszystko działać. Aby to sprawdzić podłączamy klawiaturę MIDI, ustawiamy te same kanały MIDI na sterowniku i klawiaturze. Po naciśnięciu na odpowiednie klawisze powinny zapalać się odpowiadające im grupy oświetleniowe, którym przyporządkowane są następujące klawisze:
Grupal - 64 = E3 Grupa2 - 65 = F3 Grupa3 - 66 = Fis3 Grupa4 - 67 = G3
Zapalanie diody LED następuje po naciśnięciu dowolnego klawisza, kiedy kanały MIDI, zarówno klawiatury jak i sterownika, są te same. Nie dysponujący klawiaturą MIDI mogą wykorzystać komputer lub sekwencer z odpowiednio wcześniej przygotowaną sekwencją MIDI.
Uwaga!
Podczas uruchamiania układu należy zachować szczególną ostrożność, gdyż na każdym jego elemencie może pojawić się napięcie
Przygotowanie sekwencji MIDI
Najprostszym sposobem jest skojarzenie danej grupy oświetleniowej z instrumentem perkusyjnym, np.: werblem lub stopą. Należy pamiętać, że zapalenie się grupy następuje z pewnym opóźnieniem w stosunku do wysłanego komunikatu MIDI, gdyż żarówki zapalają się z pewną zwłoką. Aby więc uzyskać pełną synchronizację oświetlenia z muzyką, należy odpowiednio wyprzedzić wysyłanie komunikatów MIDI do sterownika. Kłopotliwe może być uzyskanie efektu płynnego ściemniania lub rozjaśniania. Wysyłając komunikaty, w których zmienia się płynnie Ve-locity, zamiast uzyskać oczekiwany efekt płynnej zmiany natężenia świecenia, uzyskamy raczej serię mignięć. Dzieje się tak dlatego, ponieważ komunikaty MIDI wysyłane są parami NoteOn-NoteOff. No-teOff zeruje Velocity, a więc wyłącza daną grupę. Niektóre sekwencery (np.: Cubase) dają możliwość ustawienia Veloci-tyOff, a więc wartości Veloci-ty wysyłanej wraz z komunikatem NoteOff (w Cubase trzeba także ,,odhaczyć" NoteOff w MIDI Setup). Należy w takim przypadku we wspomnianej serii komunikatów ustawić VelocityOn=VelocityOff.
Jeżeli nie można zmusić używanego sekwencera do ustawiania wartości Veloci-tyOff, jedynym rozwiązaniem jest wykorzystanie innego komunikatu MIDI (np. Control Change Expression) odpowiednio modyfikując program sterownika. Piotr Swadźba, [e-mail]
Program źródłowy dla mi-krokontrolera jest dostępny pod adresem www.ep.com.pl/ftp.
Elektronika Praktyczna 6/99
89
FORUM
"Forum" jest rubryką otwartą na pytania i uwagi Czytelników FP, w które] 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;
new$://www. ep. com.pl/avt. ep. elektronika
Interfejs LCD
Wielu Czytelników pyta nas o budowę oraz sposób sterowania sterowników alfanumerycznych, matrycowych wyświetlaczy LCD. Ponieważ dokładne omówienie tych zagadnień wymaga znacznie wie.ce], niż możemy poświęcić w "Forum", miejsca do zagadnienia wrócimy w jednym z następnych numerów EP, teraz przedstawimy odpowiedź na najczęściej zadawane pytanie: w jaki sposób najprościej dołączyć wyświetlacz LCD do mikrokontrolera '51?
Propozycję rozwiązania przedstawiamy na rys. 1. Rejestr wejściowy sterownika wyświetlacza jest traktowany jako standardowy port I/O, rolę sygnału stro-bującego zapis spełnia !WR. Przykładowe oprogramowanie do tej aplikacji opublikujemy w jednym z numerów powakacyjnych.
W celu ułatwienia identyfikacji kolejności wyprowadzeń wyświetlacza na rys. 2 przedstawiono zaciski jednej z najbardziej typowych obudów.
Rys. 2.
iHBBHBBHHHHBBHBBH
Zasilacz do transceivera FM kitAVT-472, EP3/99
W impulsowym zasilaczu do transcei-vera FM, opisanym w EP3/99, można wprowadzić kilka drobnych zmian w wykazie elementów, znaczenie poprawiających stabilność pracy i sprawność urządzenia.
Po poprawkach zasilacz wymaga znacznie mniejszego obciążenia wstępnego - zamiast 65mA zadowala się jedynie 15mA. Dodatkowo okazuje się, śe zastosowany w zasilaczu układ TL431 często charakteryzuje się dużym rozrzutem pa-
rametrów, co w skrajnych przypadkach może powodować nawet wzbudzanie zasilacza. Dołączenie rezystora o wartości 5,6kQ równolegle do diody LED zawartej w transoptorze całkowicie eliminuje problem.
Koniecznie trzeba również połączyć masę wysokonapięciową układu fpo stronie pierwotnej) z masą niskonapięciowa fpo stronie wtórnej) za pomocą wysokiej jakości kondensatora ceramicznego lnF/ 3kV. Element ten montujemy od strony
ścieżek na płytce drukowanej.
Zalecane modyfikacje wykazu elementów przedstawiono w tab. 1.
Oznaczenie elementu Stara wartość Nowa wartość
DL2 150|xH 33|^H (DSp70 10-330k)
R13 1,-lkG 330D
R19 220D/2W 1kQ/1W
D5 BA159 RUlPlub UF4007
90
Elektronika Praktyczna 6/99
w ^
i
9 i ^ 'Ś 3
g Międzynarodowy magazyn elektroników konstruktorów
7/99
lipiec � 6 zł 80 gr
KURS: ?v
EDWIN DLA QP�
""GljTA-ROWY WZMACNIACZ
DOMOWY^Y$TEM> ALARMOWY
diomiwrofon fm ^Odbiornik gps
INTERNET: TAJEMNICE TESLI
SPRZĘT:
INŻYNIERSKI KOMPUTER*SILICON GRAPHIC NOWY OSCYLOSKOP f�g222r v
STARTER KIT DLA PROCESORÓW XA-S3 FIRMY
PHILIP
Indaks 357t77 t ISSN 1E30-35EŁ
771E3D
D7>
PROJEKTY
Obrotomierz z czujnikiem optycznym
kit AVT-482
Obrotomierze są po
termometrach jednymi
z częściej budowanych
przyrządów pomiarowych
wielkości nieelektrycznych.
Hobbyści najczęściej budują
obrotomierze samochodowe, co
jest spowodowane
prawdopodobnie łatwością
uzyskania sygnału
pomiarowego z przerywacza
zapłon u. Niejednokrotnie
potrzebujemy jednak zmierzyć
prędkość obrotową obiektu,
do którego nie możemy
dołączyć jakichkolwiek sond
pomiarowych w rodzaju
hallotronów czy transoptorów,
nie mówiąc już o stykach
mechanicznych.
Proponowany układ został za-pr oj ekto w any na "z am owi eni e'' modelarzy zajmujących się budową modeli samolotów z napędem elektrycznym i stąd pewne szczególne jego cechy (np. możliwość pomiaru prędkości obrotowej przedmiotu z trzema punktami odniesienia, która potrzebna była do badania silników ze śmigłem tiój-ramiennym), bynajmniej nie utrudniające zastosowania przyrządu do pomiaru prędkości obrotowej praktycznie dowolnych obiektów. Warunek jest tylko jeden: na tym przedmiocie musi być umieszczona jedna, dwie lub trzy płaszczyzny o tonacji wyraźnie odcinającej się od tła. Optymalna byłaby czarna, gruba kreska umieszczona dokładnie na średnicy obracającej się tarczy.
Praktyka dowiodła jednak, źe proponowany przyrząd może poradzić sobie nawet w znacznie mniej komfortowych warunkach. Testy laboratoryjne wykonywane były za pomocą modelarskiego silnika elektrycznego typu 400, na którego wale umieszczone było szare, dwuramienne śmigło. Całość znajdowała się na tle, którego tonacja daleka była od śnieżnej bieli czy głębokiej czerni. Okazało się jednak, że kontrast optyczny wirującego śmigła wobec tła był
wystarczający i możliwe było dokonywanie pomiarów do prędkości obrotowej 8000 rpm.
Podczas opracowywania obrotomierza duży nacisk położyłem na prostotę i niską cenę układu. Dlatego też wybrałem metodę pomiaru w czasie rzeczywistym, co wymusiło konieczność stosowania bardzo długich czasów bramkowania - aż 6 s w przypadku jednego punktu pomiarowego na obracającym się obiekcie, 3 s w przypadku dwóch punktów i 2 s, jeżeli będziemy dysponowali aż trzema kontrastującymi z tłem punktami.
Znacznie lepsza byłaby metoda przeliczania okresu badanej częstotliwości na liczbę obrotów na minutę. Zastosowanie takiego rozwiązania spowodowałoby jednak konieczność użycia procesora wykonującego potrzebne obliczenia i znacznie zwiększyłoby koszt urządzenia.
Opis działania układu
Schemat elektryczny proponowanego układu obrotomierza został pokazany na rys. 1. Jak widać, układ jest wyjątkowo prosty i zarówno zrozumienie sposobu działania, jak i wykonanie nie przekracza możliwości nawet mało zaawansowanego konstruktora.
Elektronika Praktyczna 1/99
59
Obrotomierz z czujnikiem optycznym
Schemat elektryczny obrotomierza.
Na początek uświadomijmy sobie jeden fakt: cały czas mówimy o budowie obrotomierza, ale w rzeczywistości skonstruujemy znany chyba każdemu elektronikowi przyrząd, tj. zwykły miernik częstotliwości, tylko źe przystosowany do pomiaru stosunkowo wolnych przebiegów i wyposażony w nietypowe wejście.
Sercem przyrządu jest układ ICM7217AIPI firmy Harris, dalej nazywany w skrócie ICM7217. Nie był on jak dotąd stosowany w projektach publikowanych w EP i dlatego opiszemy w największym skrócie ten interesujący układ.
Układ ICM7217 jest 4-cyfro-w y m lic zniki em uni w er s alny m z ustawianym rejestrem, którego zawartość może być stale porównywana ze stanem licznika. Układ może bezpośrednio sterować siedmio segmentowy mi wyświetlaczami LED w systemie multiplekso-wania. Może on pracować bez j aki chk ol wi e k el em entó w z e w -nętiznych, posiada bowiem wbudowany oscylator.
Do tej pory najwyższy podziw budziła popularna "ajsielka" (np. układy ICL7106, 7107) pracująca z zaledwie kilkoma zewnętrznymi elementami dyskretnymi, ale ICM71217 został pod względem
oszczędności podzespołów doprowadzony do perfekcji.
Niezależnie od wyjść sterujących pracą czterocyfrowego wyświetlacza LED, układ posiada także multipleksowane wyjście/wejście BCD, umożliwiające wysyłanie danych z licznika i ładowanie danymi rejestru i zawartości licznika. Pozwala to na zastosowanie ICM7217 także w systemach mikroprocesorowych. Działanie układu najlepiej pokazać opisując funkcje pełnione przez jego ważniejsze wejścia i wyjścia:
1. Wyjście CARRY/BORROW (prz enie sienie/pozy czka). Wyjście to umożliwia kaskadowe łączenie ze sobą dowolnej liczby liczników, a tym samym wyświetlanie informacji na wyświetlaczu o dowolnej liczbie cyfr. Dodatni impuls pojawia się na tym wyjściu w momencie przejścia od stanu 9999 do 0 podczas zliczania w górę i w momencie zmiany z 0000 na 9999 podczas zliczania w dół.
2. Wyjście ZERO. Na wyjściu tym stan niski pojawia się w momencie, kiedy zawartość licznika wynosi 0000.
.60
Elektronika Praktyczna 1/99
Obrotomierz z czujnikiem optycznym
3. Wyjście EQUAL. Stan niski na tym wyjściu sygnalizuje równość stanów licznika i rejestru.
4..7. BCD 110. Wyprowadzenia te tworzą dwukierunkowy port BCD. Kiedy pracują jako wejścia, możemy za ich pomocą przekazać dane do rejestru lub bezpośrednio do zawartości licznika.
8. COUNT. Wejście zegarowe. Na to wejście podaje się impulsy, które mają być zliczane przez ICM7217. Nachylenie zboczy tych impulsów może być bardzo płaskie, ponieważ wejście to zaopatrzone zostało w przerzutnik Schmitta.
9. STORE\. Podanie na to wejście stanu niskiego powoduje przesłanie danych z licznika do rejestrów wyjściowych.
10 UP/DOWN\. Sterowanie kierunkiem zliczania. Stan niski na tym wejściu powoduje zliczanie w dół, a wysoki w górę.
11. LOAD REGISTER/OFF. Jest to wejście trójstanowe, realizujące następujące funkcje:
- nie połączone - normalne działanie licznika;
- stan wysoki - ładowanie rejestru danymi z portu BCD;
- stan niski - wyzerowanie i wyłączenie całego licznika.
12. LOAD COUNTER/I/O OFF. Jest to także wejście trójstanowe realizujące następujące funkcje:
- nie połączone - normalne działanie licznika;
Rys. 2. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej.
- stan wysoki - ładowanie licznika danymi z portu BCD;
- stan niski - przejście portu BCD w stan wysokiej impedancji.
13. SCAN. Dołączenie kondensatora pomiędzy to wejście, a dodatni biegun zasilania pozwala zmienić częstotliwość zegara licznika.
14. RESET. Podanie na to wejście stanu niskiego powoduje asynchroniczne wyzerowanie licznika.
20. DISPLAY CONT. Jest to wejście trójstanowe realizujące następujące funkcje:
- nie połączone - normalne działanie licznika;
- stan wysoki - wyłączenie wyświetlania;
- stan niski - wygaszanie zer nieznaczących.
Wiemy już wszystko o najważniejszym układzie scalonym, pracującym w naszym obrotomierzu i najwyższa pora powrócić do analizy schematu, który bardzo wyraźnie dzieli się na część analogową i cyfrową. Przebrnijmy więc jak najszybciej przez "analog ów-kę", aby jak najprędzej zacząć omawiać jasną i zrozumiałą część cyfrową.
Światło o zmiennym natężeniu, odbite od wirującego przedmiotu, pada na fotorezystor Q2, wytwarzając na dzielniku napięcia, zbudowanym z fotorezystora i rezystora Rll, zmienne poziomy napięcia, które następnie wzmacniane są przez wzmacniacz operacyjny IC7A. Z wyjścia tego wzmacniacza impulsy są kierowane na wejście kolejnego wzmacniacza operacyjnego IC7B, pracującego jako komparator napięcia. Na jego wyjściu otrzymujemy już przebieg zbliżony do prostokątnego, który za pośrednictwem rezystora R6 wysterowuje bazę tranzystora Tl. Tranzystor ten pełni funkcję niezbędnego konwertera poziomów napięcia, ponieważ obydwa wzmacniacze są zasilane napięciem pobieranym bezpośrednio z baterii i wynoszącym 9VDC, natomiast część cyfrowa wymaga zasilania napięciem 5VDC. Z kolektora tranzystora Tl impulsy, których częstotliwość
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Q2: fotorezystor
Rl, R3, R4, R12, R13, R17, R18:
120kQ
R2: 3,3kQ
R5: lOOkO
R6: 18kQ
R7, Rll: 8,2kQ
R8: 330kQ
R9: 10MO
RIO: 240kQ
R14: 200O
R15: 820kQ
R16: 24kQ
Kondensatory
Cl: 2,2nF
C2, C3: lnF
C4: trymer 33pF
C5: 47pF
Có, Cl2: 220|iF/16V
C7, Cli: lOOnF
C8, C9: 470nF
CIO: 470|iF/25V
C14, C13: 22nF
Półprzewodniki
DL D2, D3, D4, D5, D6: 1N4148
lub odpowiednik
IC1: 4060
IC2: 4520
IC3: 4001
IC4: 4093
IC5: ICM7217A
IC6: 7805
IC7: TL082
Tl: BC548 lub odpowiednik
Wl, W2, W3, W4: wyświetlacze
siedmiosegmentowe LED wsp.
katoda np. Kingbright SC52-11
Różne
Ql: kwarc "zegarkowy" 32768Hz
SW1: miniaturowy przełącznik
trój pozycyjny
Sl: miniaturowy włącznik
hebel kowy
Podstawki pod układy scalone +
jedna podstawka 40 pin
Uwaga! Bateria i obudowa nie
wchodzą w skład kitu i można je
zamówić oddzielnie w Dziale
Handlowym AVT.
musimy zmierzyć, są kierowane do jednego z wejść bramki pomiarowej IC4D.
Jak każdy miernik częstotliwości, nasz obrotomierz musi posiadać generator częstotliwości zegarowej, która po odpowiednim podziale posłuży do odmierzania czasu bramkowania liczników. W naszym przypadku zarówno ge-
Elektronika Praktyczna 1/99
61
Obrotomierz z czujnikiem optycznym
nerator, jak i wstępny dzielnik częstotliwości zostały zbudowane z wykorzystaniem jednego układu scalonego - popularnego 4060. Ze względu na obniżenie kosztów budowy urządzenia zastosowałem bardzo tani i ogólnie dostępny kwarc "zegarkowy" o częstotliwości rezonansowej 32768Hz. Po podzieleniu przez 214 na wyjściu Q14 licznika ICl otrzymujemy więc częstotliwość 2Hz. Ponieważ potrzebne są nam czasy bramkowania równe 6, 3 i 2 s częstotliwość ta ulega kolejnemu podziałowi w liczniku binarnym IC2A. Przerzutnik R-S zbudowany z bramek NOR IC3D i IC3C steruje bezpośrednio bramkowaniem nadchodzących z wejścia impulsów, zerowaniem licznika IC5 oraz wyświetlaniem wyników pomiaru. W momencie pojawienia się na wejściu EN IC2A opadającego zbocza sygnału zegarowego generowany jest krótki impuls ujemny, który po zanegowaniu przez bramkę IC4A zostaje doprowadzony do
wejścia ustawiającego przerzutni-ka R-S powodując jego ustawienie (stan H). Konsekwencje tego faktu są następujące:
1. Pojawienie się wysokiego poziomu logicznego na wyjściu 11 IC3D spowoduje wygenerowanie krótkiego impulsu ujemnego przez pracującą jako inwerter bramkę IC4D. Impuls ten spowoduje wy-kasowanie zawartości licznika IC7 i przygotowanie go do nowego cyklu zliczania.
2. Otwarta zostaje bramka IC4B
1 na wejście licznika IC5 zaczynają docierać impulsy pochodzące z wejścia pomiarowego układu.
3. Stan niski z wyjścia bramki IC3C powoduje uruchomienie licznika IC2A i rozpoczęcie odmierzanie czasu bramkowania.
Ważną rolę w układzie pełni przełącznik SWl, który umożliwia wybór czasu bramkowania, uzależnionego od liczby punktów odniesienia na obracającym się obiekcie. W momencie włączenia przerzut-nika R-S na jego wejściu zerującym panuje stan niski wymuszony, w zależności od położenia przełącznika Sl przez diody D1+D2, D3+D4 lub D5+D6. Licznik IC2A rozpoczyna zliczanie i po pewnym czasie na jego wyjściach, połączonych z jedną z par diod, pojawi się stan wysoki. Na wejściu zerującym przerzutnika R-S zostanie za pośrednictwem rezystora Rl wymuszony stan wysoki i przerzutnik ten włączy się (stan niski). Łatwo zauważyć, że włączenie przerzutnika nastąpi po 6, 3 lub
2 sekundach, co daje nam wszystkie potrzebne czasy bramkowania.
Konsekwencją włączenia przerzutnika będzie wygenerowanie krótkiego impulsu ujemnego przez bramkę IC4C, co spowoduje przepisanie zawartości licznika do rejestru wyjściowego i wyświetlenie wyniku zliczania na wyświetlaczach.
Opisany powyżej cykl powtarza się, tak jak w każdym mierniku częstotliwości.
Układ obrotomierza jest zasilany z baterii 9V. Napięcie +5V, potrzebne do zasilania części cyfrowej , jest uzyskiwane ze stabilizatora napięcia IC6.
Montaż i uruchomienie
Na rys. 2 jest pokazane rozmieszczenie elementów na dwustronnej płytce drukowanej, której
mozaika ścieżek znajduje się na wkładce wewnątrz numeru.
Montaż należy rozpocząć od elementów o najmniejszych gabarytach i podstawek pod układy scalone, a zakończyć na kondensatorach elektrolitycznych. Aha, zapomniałem o jednym: jedynym odstępstwem od "klasycznych" reguł montażu jest umieszczenie wyświetlaczy siedmio segmentowych w jednej podstawce 40-pi-nowej. Jest to konieczne, ponieważ po wlutowaniu wyświetlaczy bezpośrednio w płytkę ich powierzchnia znalazłaby się znacznie poniżej pozostałych elementów. Utrudniłoby to zamocowanie wykonanego układu w obudowie i obserwację wyświetlaczy.
Układ zmontowany z dobrych elementów nie wymaga jakiegokolwiek uruchamiania. Jedynie perfekcjoniści mogą za pomocą trymera C4 ustawić częstotliwość generatora kwarcowego dokładnie na 32768Hz.
Na zakończenie jeszcze jedna uwaga praktyczna: w pewnych warunkach układ okazał się wrażliwy na zakłócenia radioelektryczne. Były to dość specyficzne warunki, kiedy obrotomierz został umieszczony w bezpośrednim sąsiedztwie wyczynowego silnika modelarskiego o mocy kilkuset watów, w dodatku mocno przeciążonego i pozbawionego instalacji odkłócającej. Wpływ zakłóceń na pracę obrotomierza został wyeliminowany ekranem z cienkiej blaszki umieszczonym bezpośrednio nad częścią analogową urządzenia. Ponieważ i Wy możecie spotkać się z tym problemem, na płytce drukowanej zostały umieszczone dodatkowe punkty lutownicze oznaczone "x" i połączone z masą układu. Do tych punktów można dolutować krótkie odcinki srebrzanki i następnie wykonać "daszek" z blachy ponad częścią analogową obrotomierza.
Układ jest bardzo czuły na wahania napięcia zasilania, toteż nie należy się dziwić, kiedy po zasileniu obrotomierza z zasilacza sieciowego wyświetlacz będzie wskazywał wartość niezerową (np. "300" dla podziału 6 s). Dlatego układ zaleca się zasilać z baterii 9 V (np. 6F22) lub akumulatora 9 V. Zbigniew Raabe, AVT
62
Elektronika Praktyczna 1/99
MIESIĘCZNIK DLA ELEKTRONIKÓW
Domowy system alarmowy
Programowalny odstraszacz włamywaczy z interfejsem do PC
Przestępczość stale rośnie,
a posiadanie systemu
alarmowego nie jest już
przywilejem bogaczy. Niniejszy
ańykui przedstawia
zaawansowany system
alarmowy zabezpieczający
Twój dom i kosztowności.
Korzystając z komputera PC,
użytkownik może programować
główne parametry systemu
alarmowego.
Procesory PIC i systemy alarmowe, to dwa tematy często poruszane w naszym czasopiśmie na życzenie Czytelników. W niniejszym artykule znajdziecie obydwa, połączone w programowalnym systemie alarmowym domowej roboty. Procesor PIC służy jako "spoiwo" pomiędzy rozmaitymi czujnikami (elementami wykrywającymi) i wyłącznikami alarmu. Oprócz tych funkcji, układ PIC obsługuje również całą komunikację pomiędzy systemem alarmowym i (opcjonalnym) komputerem osobistym kompatybilnym z IBM PC.
Korzystając z łącza RS232 i standardowego programu terminala można programować główne parametry układu alarmu, z czasem alarmu włącznie.
Op ej onalni e, sy s tem al aim owy może być rozszerzony o oddzielne urządzenie wybierające numer telefoniczny (dialer), co umożliwia wprowadzenie "cichego alarmu". Układ taki nie jest omawiany
w tym artykule, ale zamierzamy opisać go w jednym z następnych numerów EP. Dostępne w handlu urządzenia dialera można dołączyć do odpowiedniego wyjścia systemu alarmowego. Gdy alarm włącza się, tranzystor Tl przewodzi przez czas około jednej sekundy - dostatecznie długo, by uruchomić zewnętrzny dialer.
Pomysł
Schemat elektryczny domowego systemu alarmowego przedstawiono na rys. 1. Połączenia z rozmaitymi czujkami wykrywającymi alarmy zostały zaprojektowane na tyle prosto i uniwersalnie, na ile było to możliwe. Przy założeniu, że będą stosowane czujki ze stykami normalnie zwartymi (nc), bufory wejściowe (IC3a - IC3d) będą zwierane do masy za pośrednictwem końcówek połączeniowych (K3, K6, K7, K8). Rezystor podciągający do +12V i kondensator 470nF zapewniają wystarczające tłumienie zakłóceń.
Elektronika Praktyczna 7/99
13
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
Rys. 1.
Punkt dołączenia głównego wyłącznika (K3) ma dodatkowy wskaźnik. Gdy dioda D6 świeci, alarm jest uzbrojony. Dlatego najlepiej połączyć to wejście z wyłącznikiem klawiszowym.
Czujka połączona z końcówką K8 jest "interpretowana" z regulowanym opóźnieniem (na przykład 20 sekund). Po uzbrojeniu alarmu, scalony brzęczyk zostaje włączony na czas opóźnienia, by zasygnalizować, że styk w tej grupie jest otwarty. Opóźnienie jest niezbędne w celu umożliwienia opuszczenia budynku bez wywoływania alarmu. Dlatego czujka drzwi, z których zwykle korzys-
tasz by opuścić budynek, jest połączona z "opóźnionym" wejściem systemu.
Gdy wchodzisz do budynku, to samo opóźnienie umożliwia rozbrojenie alarmu. Jednak teraz brzęczyk się nie włączy, by nie ujawnić miejsca, gdzie znajduje się jednostka sterująca alarmu (centrali).
Styki czujników, połączone z blokiem końcówek K7, w przypadku rozwarcia powodują natychmiastowy alarm. Wynika to z szeregowego połączenia wszystkich czujek "nc" z tym wejściem. Jeśli styki któregoś z nich zostaną otwarte, pętla wykrywania zostanie przerwana i wywoła alarm.
Ostatnim jest wejście "sabotażowe". Jest z nim połączony wyłącznik zabezpieczający obudowę. Jeśli ktoś spróbuje otworzyć obudowę, gdy alarm jest "uzbrojony", nie będzie mógł zrobić tego niepostrzeżenie, ponieważ wywoła alarm.
Sygnalizator alarmu (na przykład syrena) jest włączany przekaźnikiem Rei. W przypadku powstania alarmu, przekaźnik ten jest włączany na zaprogramowany okres. Domyślny czas włączenia wynosi 180 sekund. Jednak za pośrednictwem komputera PC można ustawić ten czas pomiędzy 1 a 250 sekund.
LISTA ELEMENTÓW
Rezystory
Rl, R2, R3, R14: lkO
R4, R5, R13 R15: 10kO
R6: 47Q
R7, R9, Rl 1: 12kQ
R8, RIO, R12: lOOkO
Kondensatory
CL C2, C5: lOOnF
C3: 10jiF/ó3V, stojący
C4: 100^F/63V, stojący
Có, C7: 22pF
C8, C9, CIO, Cli: 47OnF
Półprzewodniki
DL D2: 1N4001
D3, D4: BAT85
D5: 1N4148
D6, D7: diody LED, czerwone,
wysokosprawne
Tl, T2, T3: BC547
IC1: PIC16F84 (nr katalogowy
986519-1)
IC2: 7805
IC3: 4069
Różne
Kl - K4, K6 - K9: 2-stykowe bloki
końcówek śrubowych, rozstaw
5mm
K5: 9-stykowe gniazdo "sub-D",
kątowe
Bzl: brzęczyk piezoelektryczny, 5V
prądu stałego
Xl: kwarc 8MHz
Sl: wyłącznik klawiszowy
Rei: przekaźnik 12V, 1 komplet
styków (np. Siemens V23057-
B0001-A002)
Płytka drukowana, procesor PIC
i dyskietka (zestaw), nr
katalogowy 980091-C
Sama płytka drukowana, nr
katalogowy 980091-1
Dyskietka z kodem źródłowym, nr
katalogowy 986028-1
14
Elektronika Praktyczna 7/99
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
Jeśli wystąpi stan alarmu a syrena zostanie wyłączona, dioda D8 nadal będzie świecić. W ten sposób, gdy wrócisz do domu, otrzymasz informację, że w czasie Twojej nieobecności alarm włączył się przynajmniej raz. Diodę można zgasić wciskając przycisk zerowania Sl.
Do omówienia pozostało jeszcze zasilanie sieciowe i bateria kwasowo-ołowiowa (akumulator). Napięcie zasilania (około 13V) powinno być dołączone do końcówek Kl, natomiast akumulator do K2. W stanie pełnego naładowania utrzymuje baterię rezystor R3. Trójkońcówkowy stabilizator w sekcji zasilania zapewnia odpowiednie napięcie zasilające mik-rokontrolera w centralce alarmu.
Bateria stosowana w systemie alarmowym powinna mieć pojemność wystarczającą do zasilania centralki alarmu, syreny (lub migaczy) i dialera telefonicznego. Bateria jest zamknięta wewnątrz obudowy centralki w celu zapewnienia, że system alarmowy zadziała nawet jeśli sieć zasilająca zostanie uszkodzona przez włamywaczy.
Opcjonalne sterowanie z PC
Komunikacja szeregowa z Twoim komputerem PC odbywa się poprzez 9-stykowe złącze K5. Na płytce drukowanej są dostępne wszystkie niezbędne sygnały potwierdzenia, umożliwiając skorzystanie ze standardowego kabla RS232. Rezystor R2 i diody D3 i D4 zamieniają poziomy sygnałów interfejsu RS232 na poziomy TTL, które mogą być przetwarzane przez układ alarmu.
Krzemowe serce
Procesor PIC w tym projekcie manifestuje fakt, że mikrokontro-lery umożliwiają wszczepienie dużej funkcjonalności w jedną zwartą obudowę. Tutaj procesor jest taktowany z częstotliwością 8MHz.
Oprogramowanie sterujące, zapisane w pamięci stałej, składa się z wielkiej pętli, powtarzanej co sekundę. Jak to przedstawiono na diagramie (rys. 2), podstawową czynnością jest ciągłe testowanie bitów i/lub poziomów wejść. W oparciu o wyniki "odpytywania" procesor określa, czy alarm powinien być włączony, czy nie.
Rys. 2.
Ponieważ struktura programu jest względnie prosta, nowe właściwości można łatwo dodawać za pośrednictwem pliku kodu źródłowego, który jest dostępny oddzielnie na dyskietce w redakcji EE (nr katalogowy 986028-1).
Komunikacja szeregowa pomiędzy komputerem PC i jednostką sterującą alarmu jest możliwa jedynie w trybie "gotowości", tj. gdy styki wyłącznika K3 są rozwarte. Uruchom program terminalu na swoim PC i ustaw następujące parametry komunikacyjne: 19,200 b/s, bit parzystości + 8 bitów danych + 1 bit stopu.
Na terminalu należy uaktywnić "Local echo". Wciśnij klawisz Return i postępuj zgodnie z instrukcjami na ekranie. Nowe parametry zostaną zaakceptowane, gdy wyłączysz i ponownie włączysz alarm. EE
Artykuł publikujemy na podstawie umowy z redakcją miesięcznika "Elektor Electronics".
Editorial items appearing on pages 13.. 15 are the copyright property of (C) Segment B.V., the Netherlands, 1998 which reserves all rights.
Dane skrócone
Procesor: PIC16CF84 Port szeregowy: 19 200 bitów/s Wejścia: bezpośrednie i opóźnione Wyjścia: przekaźnik syreny Wskaźnik użytkownika: brzęczyk Styki czujników alarmu: normalnie zwarte Interfejs opcjonalnego dialera telefonicznego Klawiszowy wyłącznik uzbrajania systemu Opóźnienie włączenia (domyślne): 20 sekund Czas włączenia syreny: 1 do 255 sekund Regulowana zwłoka włączenia: od 1 do 99 sekund
Wskaźnik "uzbrojenia" Bateria rezerwowa
Elektronika Praktyczna 7/99
15
PROJEKTY ZAGRANICZNE
Technologie alternatywne i technologie przyszłości,
1
Przedstawiamy pierwszą
część artykułu opartego na
książce "Bebop to the
Boolean Boogie", w którym
zostały omówione najbardziej
fascyn ujące technołogie
stosowane we współczesnej
ełektronice.
Zmiana wersji sptzętu wymaga zmiany położenia zmory
(a) lani model
Rys. 1.
Obudowa Droższy model
jest wyposażony m. in, w wyświetlacz
Elektronika stanowi jedną z najbardziej ekscytujących dziedzin techniki, a rewolucyjne zmiany oraz przemiany o bardziej łagodnym charakterze towarzyszą jej codziennie. Niektóre z tych nowinek technologicznych pojawiają się nieśmiało i się nie narzucają. Niektóre krótko po pojawieniu znikają na zawsze. Inne uparcie powracają co pewien czas w nieco zmienionych postaciach. Jeszcze inne zjawiają się i bardzo szybko, wśród powszechnego aplauzu, dołączają do głównego nurtu rozwoju elektroniki i niemal z dnia na dzień stają się jego trwałym elementem.
W tym artykule przedstawiamy tygiel technologii, z których wiele dotarło już na rynek, inne zaś znajdują się jeszcze na etapie badań i opracowań. Nawet najbardziej niewiarygodne spośród przedstawionych poniżej pomysłów doczekały się eksperymentalnej weryfikacji, ale natura jest bardzo surowym sędzią i naturalna selekcja pozwala przetrwać tylko najlepszym. Choć niektóre z przedstawionych poniżej idei mogą wydać się co najmniej dziwne, trzeba pamiętać, że dobry inżynier jest w stanie wpaść na trzy nierealne pomysły jeszcze przed śniadaniem. Nie wolno także zapominać o tym, że to pesymiści stwierdzili, że trzmiele nie mogą latać (choć oczywiście latają) i że człowiek nigdy nie wyląduje na Księżycu.
Rekonfigurowalny
sprzęt
i połączenia
Terminu "sprzęt" ("hardware") uży-
lakasama . -i
a drukowana jak Wa Się na OgOl
w modelu tańszym w odniesieniu do fizycznych elementów wchodzących w skład systemu elektronicznego,
(b) Drogi modal włączając W to
podzespoły elektro-
niczne, karty, zasilacze, obudowy i monitory. Poniższa dyskusja dotyczyć będzie części tego zbioru, obejmującej płytki drukowane, podzespoły elektroniczne oraz połączenia między nimi.
Niestety, termin "rekonfigurowalny sprzęt" jest w pewnym sensie bliski określeniu "skarpetki, które się nie rozciągają". Dla różnych ludzi oba określenia mają różne znaczenie. Dla osób młodych, o nieskażonej psychice, termin "skarpetki, które się nie rozciągają" ma znaczenie dosłowne -chodzi o skarpetki, które się nie rozciągną. Jednak dla osób nieco starszych, mających więcej doświadczenia życiowego, a może nawet bardziej pesymistycznie patrzących na życie, termin ten oznacza, że chodzi o skarpetki, które rozciągną się, a tylko przez pewien czas będą usiłowały przeciwstawić się temu. Analogicznie, określenie "rekonfigurowalny" może być interpretowane na wiele sposobów, zależnie od punktu widzenia.
Zacząć można od interpretacji terminu "rekonfigurowalny" jako oznaczającego sprzęt elektroniczny, którego działanie może być dostosowane do konkretnego systemu lub zastosowania. Wykonanie produktu, który może być wielokrotnie dostosowywany do różnych zastosowań ma oczywiste zalety w porównaniu z wykonywaniem wielu produktów przeznaczonych do konkretnych zastosowań. Problem stanowi jednak to, że określenie "rekonfigurowalny" stosowane jest w odniesieniu do czegoś nieustannie ewoluującego wraz z pojawianiem się nowych technik i technologii. Przez większą część lat 80. najbardziej zaawansowanym rekonfiguro walnym sprzętem były produkty wykorzystujące programowalne układy logiczne PLD, takie jak: PROM, PLA i PAL, oraz warianty pamięci stałej, takie jak: PROM, EPROM i EEPROM. Urządzenia z tego rodzaju układami były zwykle zo-
Elektronika Praktyczna 7/99
17
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
a b c
0 0 0
0 0 1
0 1 0
0 1 1
1 O O 1 O 1 1 1 O
1 1 1
W X V
0 1 1 Stara pamięć
1 0 0"*~V9PM
000 ?:2i
1 1 O ^C 10 1
0 O 1
1 O O 1 O 1
Rys. 2.
rientowane na pewne zastosowania, po czym dostosowywano je do konkretnych przypadków. Pojawienie się na przełomie lat 80. i 90. układów FPGA oznaczało początek epoki produktów niemal całkowicie dostosowywalnych do konkretnych zadań.
Jak zapewne domyślili się nasi Czytelnicy, książka "Bebop to the Boolean Boogie" nie jest tylko prostym opisem istniejącej obecnej sytuacji, ale także próbą pokazania, w jaki sposób sytuacja ta powstała. Jak się jednak okazuje, tempo rozwoju technologii od chwili powstania układów scalonych sprawia szczególne problemy, zwłaszcza w przypadku re-konfigurowalnych układów logicznych, ponieważ nie istnieje terminologia mogąca poszczycić się choć trochę dłuższym okresem funkcjonowania. Aby dalsza prezentacja mogła mieć spójny charakter, autor proponuje przyjęcie następującej terminologii:
Konfigurowalny sprzęt - produkt, którego działanie może być dostosowane do wymagań zastosowania raz lub kilka razy.
Rekonfigurowalny sprzęt - produkt, którego działanie może być dostosowane do wymagań zastosowania wielokrotnie.
Zdalnie rekonfigurowalny sprzęt - produkt, którego działanie może być dostosowane do wymagań zdalnie, przez telefon lub drogą radiową, a produkt pozostaje przez cały czas w systemie.
Dynamicznie rekonfigurowalny sprzęt - produkt, którego działanie może być dostosowane do wymagań zdalnie podczas funkcjonowania, a produkt pozostaje przez cały czas w systemie.
Sprzęt wirtualny - rozszerzenie pojęcia dynamicznej rekonfiguro-walności.
Teraz, po uzbrojeniu się w godne zaufania definicje, nie pozostaje nam nic innego jak odważnie rozpocząć klasyfikację sprzętu, którego cel istnienia może zostać zmieniony przez pustą zachciankę.
Sprzęt konfigurowalny
Klasyczny przykład jednokrotnie konfigurowalnego sprzętu stanowi samochodowy odbiornik radiowy. Może on występować w kilku wersjach (rys. l): taniej - dla nabywcy zainteresowanego przede wszystkim ochroną swego portfela, średniej - dla młodego człowieka wybierającego się na samochodowe przejażdżki po mieście i wreszcie w wersji wyposażonej we wszystkie wodotryski, przeznaczonej dla biznesmena, który lubi pochwalić się także swoim złotym Rolexem.
Nie zdają sobie oni jednak sprawy z faktu, że wszystkie te modele zostały wykonane z użyciem identycznych płytek drukowanych, a różnice w ich konfiguracji polegają na użyciu (bądź nie) pewnych podzespołów i przestawieniu położeń przełączników lub zworek. W rzeczywistości, w niektórych przypadkach jedyną istotną różnicą między różnymi modelami radioodbiornika samochodowego jest jakość wykonania obudowy oraz liczba klawiszy i pokręteł, w które są one wyposażone. Z punktu widzenia producenta, płytki drukowane używane w tych radioodbiornikach są kon-figurowalne, natomiast z perspektywy ich użytkowników ich funkcjonowanie jest niezmienne.
Podobnym przykładem może być zegarek cyfrowy. Jednym z męczących aspektów ery elektroniki jest nieunikniony kontakt z kimś, komu ogromnie zależy na opowiedzeniu nam tysiąca szczegółów dotyczących funkcjonowania jego nowego zegarka, który może podawać czas obowiązujący w wielu różnych strefach czasowych, potrafi zagrać kilkanaście melodyjek i dodatkowo posiada wbudowany kalkulator konkurujący z pulpitem sterowania statku kosmicznego - a my oczywiście nie chcemy nic o tym wiedzieć.
Dziwnym zbiegiem okoliczności lub z wyroku przeznaczenia, takie wydarzenie przytrafia się najczęściej wtedy, gdy nosimy zegarek otrzymany jako upominek dołączany do opakowania płatków zbożowych.
Nie należy jednak wpadać z tego powodu w kompleksy, ponieważ jest bardzo prawdopodobne, że oba te zegarki noszą w sobie taki sam układ scalony. W przypadku tańszego modelu stały potencjał podany na jedno z wejść tego układu sprawia, że urządzenie zachowuje się jak przystało na sympatyczne i tanie. Także i tym razem cała różnica leży w obudowie i w metce z ceną.
Końcowy przykład konfigurowalnego sprzętu może wywołać niechętne reakcje niektórych znanych producentów komputerów, którzy proponują klientom wybór między modelem szybkim, luksusowym i drogim, a tańszym i wolniejszym. Jednakowoż, z czego w swej naiwności nabywcy nie zdają sobie sprawy, cała różnica leży w położeniu przełącznika znajdującego się na płycie głównej. Zależnie od niego zegar systemu pracuje z pełną szybkością lub tylko z jej połową. Jeśli posiadacz wolniejszego komputera decyduje się na upgrade, znaczne kwoty pieniędzy zmieniają właściciela, do Niebios zaniesione zostaną stosowne modły, a wreszcie pojawia się specjalista od komputerów. Poczyniwszy przygotowania do wymiany płyt, inżynier nagle zrywa się na równe nogi, wskazuje palcem okno krzycząc "Dobry Boże! Co to takiego!", po czym, podczas gdy wszyscy będą patrzeć w okno, zmienia położenie przełącznika i wysuwa nieco płytę z komputera. Nikt oczywiście się nie zorientuje, co się stało. Historyjka ta dotyczy osób, które uważają elektronikę za nieciekawą i nudną.
Przełączniki SRAM przed skonfigurowaniem
Skonfigurowane przełączniki SRAM
dane
zegar
wejście ^ zezwalające
Nie skonfigurowane obwody logiczne
Rys. 3.
Skonfigurowane obwody logiczne
18
Elektronika Praktyczna 7/99
PROJEKTY ZAGRANICZNE
Ptytka drukowana
Połączenia pomiędzy układami FPGA wykonywane są przez matryce FPID
Połączenia pomiędzy odległymi
układami FPGA mogą być wykonywane
przez dwie {lub więcej) matryce FPID
Konfiguracja zapisana w pamięci PROM
Opis _^. konfiguracji 'a"
Opis -> konfiguracji V
Układy FPGA lub dowolne Inne układy cyfrowe
Rys. 4.
Sprzęt rekonfiguro walny
Sprzęt wyłącznie konfigurowal-ny ma ograniczenia, ponieważ jego wszystkie możliwości wynikają z jego podstawowej konfiguracji, która powinna uwzględniać wszystkie potencjalne zastosowania. Użycie programowalnych układów stanowi jedną z technik umożliwiających wyprodukowanie wyrobu, którego działanie będzie mogło wykraczać poza ramy zakreślone na etapie projektowania. Np. PROM może być wykorzystany jako tabela prawdy (rys. 2).
Analogicznie, w układzie PLA (ang. Programmable Logic Array) może zostać zaimplementowany automat wykonujący pewną sekwencję czynności, ewentualnie układ PAL (ang. Programmable Array Logic) może posłużyć do zrealizowania pewnych równań logicznych i wygenerowania odpowiednich stanów wyjściowych. We wszystkich tych przypadkach zarówno tablica prawdy, sekwencja stanów automatu czy równania logiczne mogą być zmodyfikowane przeź prostą wymianę układu na nowy.
Innym rozwiązaniem może być wykorzystanie pamięci stałych (nie-ulotnych) do przechowywania oprogramowania wykonywanego przez mikroprocesor lub mikrokontroler. Przykładem może być zestaw instrukcji wykorzystywany przez mikroprocesor do odegrania hymnu narodowego lub melodyjki dzwonka do drzwi. Różne wersje pamięci PROM pozwolą na sprzedaż wyrobu w różnych krajach (miejmy nadzieję, że hymny trafią we właściwe miejsca). W krajach, w których rewolucje są czymś codziennym, łatwo będzie zmienić PROM i dostosować wyrób do wymagań chwili.
Stałe pamięci, które można wykorzystać w taki sposób, obejmują następujące rodzaje technologii:
Rys. 5.
- pamięci: PROM, EPROM, EEP-ROM lub FLASH,
- układy programowalne: PLD, EPLD, E2PLD lub FLASH-PLD.
We wszystkich tych przypadkach kartę należy traktować jako rekonfigurowalną, układ PROM -jako konfigurowalny, natomiast układy EPROM, E2PROM i FLASH
- jako rekonfigurowalne. Podobnie jako konfigurowalny będzie traktowany układ PLD w porównaniu z rekonfigurowalnymi EPL, E2PLD i FLASH-PLD. Ponadto, układy typu E2.. i FLASH mogą być traktowane jako programowalne w systemie, ponieważ mogą zostać przeprogramowane bez wyjmowania ich z płyty.
Sprzęt rekonfigurowalny dynamicznie
Pojawienie się w końcu lat 80. i na początku 90. układów FPGA (SRAM) oznaczało nową możliwość dla elektroników: dynamiczne rekonfigurowanie sprzętu, czyli urządzeń rekonfigurowalny ch podczas działania.
Układy FPGA zawierają dużo bramek logicznych i rejestrów, (rys. 3), które łączone w różny sposób pozwalają na realizację żądanych funkcji. Układy takie wykonane w technologii SRAM mają szersze możliwości w tym sensie, że nowe dane ładowane są do układu z systemu głównego w ciągu ułamka sekundy. Kilka wyprowadzeń zewnętrznych jest przeznaczonych do ładowania danych, w tym wejście zezwolenia i wejście sygnału taktującego to wprowadzanie. Gdy na wejście zezwolenia podany zostanie odpowiedni stan, kolejne zbocza sygnału taktującego powodują szeregowe wprowadzanie strumienia 0 i 1 do pamięci SRAM urządzenia. Choć wszystkie bramki lo-
Obszar
Obszar
Podloze
| | Bloki nie wykorzystywane I I BloM pracujące | | Niewykorzystane zasoby FPGA
giczne oraz pamięć SRAM wykonane zostały na tej samej płytce podłoża krzemowego, to ze względu na funkcjonowanie wygodnie jest traktować układ jako posiadający dwie warstwy: bramki logiczne oraz programowalne "przełączniki" SRAM.
Elastyczność tych układów stwarza ogromne możliwości. Na przykład, można tworzyć płytki, których interfejsy mogą zostać skonfigurowane do pracy z różnymi protokołami transmisji lub urządzenia funkcjonujące jako cyfrowe procesory sygnałowe, których algorytmy mogą być zmieniane i służyć do różnego rodzaju przetwarzania. Wraz z pojawianiem się nowych protokołów lub algorytmów przetwarzania, wzorce kon-figurujące układy FPGA mogą być zmieniane, umożliwiając korzystanie z tych nowych osiągnięć.
Największa zaleta tych urządzeń, określanych mianem "re-konfigurowalnych w układzie" (ang. ICR - in-circuit-reconfigurab-le), tkwi w tym, że mogą być one rekonfigurowane podczas pracy. Na przykład, system po włączeniu może skonfigurować wszystkie układy FPGA do przeprowadzenia testów diagnostycznych systemu i płytek. Po jego zakończeniu system w sposób dynamiczny rekon-figuruje FPGA do działana wynikającego z podstawowych zadań systemu.
Innym przykładem może być pocisk samosterujący Tomahawk, który wykorzystuje inne techniki do sterowania swym lotem, jeśli znajduje się nad wodą, a inne, jeśli znajduje się nad lądem. Gdy Tomahawk przelatuje nad granicą lądu i wody, jego układy FPGA zostają dynamicznie zrekonfiguro-wane, zmieniając sposób nawigacji w ciągu ułamka sekundy.
Elektronika Praktyczna 7/99
19
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
Dynamicznie rekonfiguro walne połączenie
Jak bardzo nie byłyby wspaniałe, wspomniane wyżej techniki zaledwie muskają możliwości oferowane przez powstające obecnie technologie. Projektanci najbardziej chcieliby projektować produkty na poziomie kart, które można byłoby rekonfigurować i zapewniać realizację zdecydowanie ulepszonych lub zupełnie innych funkcji niż te, z myślą o których ów sprzęt był projektowany. Tym, co umożliwia takie rozwiązania, jest dynamiczne rekonfigurowanie połączeń między układami na płytkach.
Powstał nowy rodzaj układów oferujących taką możliwość, tzw. układy połączeniowe programowalne u użytkownika (ang. Field-Programmable Interconnect Devi-ces - FPID lub Field-Programmab-le Interconnect Chips FPIC). Układy te, służące do łączenia układów logicznych, mogą być dynamicznie rekonfigurowane w taki sam sposób, jak standardowe układy FPGA SRAM (rys. 4). Ponieważ typowy układ FPID liczy sobie około 1000 wyprowadzeń, na płytce znajduje się ich zazwyczaj tylko kilka.
W rzeczywistości zastosowania przedstawionych tu koncepcji nie dotyczą wyłącznie poziomu płytki. Każda z omówionych technologii może zostać zastosowana w układach hybrydowych i modułach wieloukładowych. Ponadto, w dającej się przewidzieć przyszłości, dostępne staną się układy ASIC wielkiej skali integracji, łączące mikroprocesory, bloki pamięciowe i funkcje komunikacyjne z funkcjami typu FPGA i FPID.
Sprzęt wirtualny
Główne ograniczenie większości układów FPGA wykorzystujących pamięci SRAM stanowi konieczność jednorazowego załadowania wszystkich danych. Zazwyczaj na czas rekonfigurowa-nia konieczne jest zatrzymanie pracy urządzenia. Ponadto, zawartość wszelkich znajdujących się w FPGA rejestrów zostaje nieodwracalnie utracona. Aby rozwiązać te problemy, około 1994 roku wprowadzono nową generację układów FPGA. Oprócz dynamicznej rekonfigurowalności układy te zapewniają następujące możliwości:
- ciągłość połączeń wejść i wyjść układu,
- ciągłość taktowania systemowego.
- ciągłość pracy wszystkich części układu nie podlegających rekon-figuracji,
- zachowanie zawartości rejestrów podczas rekonfiguracji, nawet w obszarze rekonfigurowanym.
Ta ostatnia możliwość jest szczególnie interesująca, ponieważ pozwala na przekazanie danych z funkcji z poprzedniej konfiguracji do następnej. Na przykład, grupa rejestrów może funkcjonować początkowo jako licznik binarny. Następnie, w momencie określonym przez system centralny, te same rejestry mogą zacząć działać jako liniowy rejestr przesuwający ze sprzężeniem zwrotnym, a stan końcowy licznika binarnego poprzedzający moment rekonfiguracji stanowi stan początkowy rejestru przesuwnego.
Choć układy te można nazwać ewolucyjnymi z punktu widzenia technologii, oferują potencjalnie rewolucyjne możliwości. Aby odzwierciedlić ich możliwości, zaczęto stosować określenia takie jak wirtualny sprzęt, sprzęt adap-tatywny oraz Cache Logic. Ponieważ wydaje się, że wyrażenia te wkrótce znajdą się w powszechnym użyciu, należy poświęcić nieco uwagi ich pochodzeniu.
Termin "wirtualny sprzęt" pochodzi od swego programowego odpowiednika, a mianowicie określenia "pamięć wirtualna", a oba mają oznaczać, że chodzi o coś, co w rzeczywistości nie istnieje. W przypadku pamięci wirtualnej system operacyjny "udaje", że ma do dyspozycji więcej pamięci niż to jest naprawdę. Na przykład, program komputerowy wymaga 10MB pamięci na dane, a komputer posiada ich tylko 5MB. Aby rozwiązać ten problem, system operacyjny w sytuacji, gdy program adresuje komórkę pamięci, która fizycznie nie istnieje, umieszcza część zawartości pamięci na twardym dysku. Choć taka procedura, znana pod nazwą swappingu, zwalnia szybkość działania komputera, to jednak umożliwia programowi wykonanie swoich zadań, zanim ktoś zdecyduje się na zakup dalszych układów pamięci.
Podobnie termin "Cache Logic" jest odpowiednikiem "Cache Memory" (pamięć cache), będącej
szybką i drogą pamięcią SRAM, służącą do przechowywania aktualnie wykorzystywanych danych, podczas gdy główna część danych ulokowana jest w wolniejszych i zarazem tańszych układach, np. pamięciach DRAM.
W rzeczywistości idea wirtualnego sprzętu jest łatwa do zrozumienia. Każdy większy blok funkcjonalny jest na ogół zbudowany z pewnej liczby mniejszych bloków, takich jak liczniki, rejestry przesuwające i multipleksery. Gdy grupa makrofunkcji rozbijana jest na mniejsze bloki funkcjonalne, widoczne stają się dwie rzeczy: po pierwsze, poszczególne bloki funkcjonalne powtarzają się, np. licznik może być wykorzystywany wielokrotnie; po drugie, w dużym stopniu występuje zjawisko latencji funkcjonalnej, co znaczy, że w danym momencie aktywna jest stosunkowo niewielka liczba małych bloków funkcjonalnych. Możliwość dynamicznego rekonfigurowania części wirtualnego sprzętu oznacza, że stosunkowo niewielka liczba układów logicznych wykorzystywana będzie do implementacji różnych funkcji makro. Określając częstość i stopień wykorzystywania każdego małego bloku funkcjonalnego, podnosząc funkcjonalność i ograniczając redundancję, urządzenia typu wirtualnego mogą wykonywać daleko bardziej złożone zadania niż mogłoby się wydawać sądząc po ich liczbie bramek logicznych. Np. złożona funkcja, wymagająca np. 10000 odpowiedników bramek, wykorzystuje ich w danej chwili tylko 2000. Tak więc dzięki zapamiętywaniu (ca-ching) funkcji implementowanych przez pozostałe 8000 bramek można doprowadzić do sytuacji, w której mały i tani układ zawierający 2000 bramek będzie mógł zastąpić większy i droższy układ z 10000 bramkami.
W rzeczywistości możliwa jest nawet "kompilacja" nowych zmian projektu w czasie rzeczywistym, co można traktować jako dynamiczne tworzenie sprzętowych podprogramów (rys. 5). Stąd właśnie pochodzi użyty wyżej termin "adaptatywny sprzęt". EPE
Artykuł publikujemy na podstawie umowy z redakcją miesięcznika "Everyday Practical Electronics".
Elektronika Praktyczna 7/99
KURS
System do projektowania układów elektronicznych EDWin
Edytor schematów, część 1
Rozpoczynamy cykl artykułów
poświęconych pakietowi EDWin.
Jest to obecnie jedyny pakiet
narzędziowy dla elektroników,
który ma menu w języku polskim.
Daje konstruktorowi ogromne
możliwości narzędziowe i -
z powodu ceny - jest dostępny
także dla amatorów.
Tak więc wraz z autorem
zapraszamy na "Kurs".
Celem serii artykułów jest zapoznanie ewentualnych użytkowników z możliwościami i funkcjami zintegrowanego pakietu oprogramowania EDWin. Ma on bardzo duże możliwości i pozwala na realizację profesjonalnych projektów uldadów elektronicznych. Wszystkie operacje, prowadzące do stworzenia projektu finalnego uldadu, zostaną opisane na przykładzie generatora przebiegów o dowolnych kształtach, w którym połączono układy cyfrowe z przetwornikiem C/A oraz pasywnym filtrem dolnop rzepu s-towym RC.
W artykułach omówimy kolejno:
- tworzenie schematu ideowego,
- symulację układów analogowo-cyfrowych za pomocą wewnętrznego symulatora,
- projektowanie obwodu drukowanego,
- tworzenie dokumentacji produkcyjnej,
- symulację działania za pomocą programu EDSPICE,
- analizę termiczną obwodu drukowanego,
- ocenę promieniowania elektromagnetycznego emitowanego przez płytkę (do zbadania zgodności projektu z normami kompatybilności elektromagnetycznej - CE]. Zostaną opisane wybrane funkcje, które
pozwolą użytkownikowi na szybkie zapoznanie się z tym pakietem. Podamy również wskazówki usprawniające pracę projektantowi układów elektronicznych.
Uwagi wstępne
Pakiet EDWin ma bardzo dużą liczbę funkcji i w związku z tym wymaga umiejętnej obsługi. Każda z ikon posiada odmienny zestaw ikon pomocniczych, które nieraz zasadniczo zmieniają działanie funkcji głównej. Niektórych używa się przed wykonaniem jakiejś operacji, a innych w trakcie lub po zakończeniu operacji. Ponadto, niektóre funkcje rozróżniają kliknięcie na obiekcie
Ayto
Wjdok

^ Pric rarzędnoHe Paski ff Mijania >/ Pole ustawień v Picd^d sirony Clrl*-B Clri*R ClrWJ art*v
1 Liw pomocnicze \ swć] Lńia pomocnicza (nastepry wqzoł) Clrl*G Cht*N
Pw-^CSCłJi*ft T lyiko w |MHC| sieci
^ ^sińłłzęc^c wjgfcędcm środka Wipałtz>?4-ie gcfmal D atim Cirf*H
Rys. 1.
od kliknięcia w dowolnym miejscu obszaru edycyjnego, dlatego należy precyzyjnie wskazywać myszą poszczególne szczegóły graficzne.
Zaczynamy!
Po uruchomieniu głównego modułu, w górnej części ekranu pojawia się pasek zadań. Umożliwia on ustawienie pewnych opcji obowiązujących w całym projekcie oraz uruchamianie różnych modułów programu EDWin, które pracują w trybie wielozadaniowym. Dlatego też jednocześnie może byc otwartych wiele okien. Cenną właściwością programu jest automatyczne przenoszenie zmian wykonanych w dowolnym module do pozostałych modułów. Oznacza to, że można jednocześnie tworzyć schemat i obwód drukowany, dodawać nowe elementy biblioteczne oraz przeprowadzać symulację. Pracę z programem zaczniemy od ustawienia pewnych opcji mających wpływ na wygląd ekranu i działanie programu (rys.
1].
Przed rozpoczęciem tworzenia projektu warto sprawdzić, które biblioteki spośród znajdujących się na dysku są dostępne do przeszukiwania. W tym celu z paska zadań należy wybrać funkcje: Opcje -> Pliki -> Biblioteki - kolejność przeszukiwania. Pojawi się okno podzielone na trzy części. W lewym górnym rogu znajdują się pola Biblioteki elementów, Biblioteki symboli logicznych oraz po dwie listy z nazwami bibliotek. Lista po lewej stronie zawiera te biblioteki, z których można aktualnie pobierać elementy, a lista po prawej stronie zawiera wszystkie biblioteki dostępne na dysku. Aby włączyć bibliotekę do przeszukiwania, należy ją zaznaczyć i kliknąc przycisk Doda). Ponadto, aby przyspieszyć przeszukiwanie, można wykluczyć z listy rzadko wykorzystywane biblioteki za pomocą przycisku Usuń.
EDWin jest wyposażony w system automatycznej pomocy, który wyświetla tematy związane z ostatnio użytą funkcją. Jeśli nie jest to potrzebne, to należy odznaczyć funkcję Opcje -> Automatyczna pomoc.
Funkcja Opcje pozwala też na określanie kolorów poszczególnych składników projektu, szerokości linii, standardowego rastra siatki itp. Aby zmiany zaczęły obowiązywać w aktualnym projekcie, należy włączyć funkcję Opcje -> Aktualne. Natomiast zmiany naniesione funkcją Opcje -> Bazowe będą obowiązywać dopiero dla nowo utworzonej bazy danych projektu.
Po wybraniu na pasku zadań polecenia Schemat, pojawi się okno Edytora Schematów (rys. 2). W pierwszym etapie pracy należy dokonać ustawień mających wpływ na wygląd ekranu i działanie niektórych funkcji. Służy do tego funkcja Preferencje. Opcja Preferencje -> Pole narzędziowe musi byc zaznaczona, ponieważ odpowiada ona
Elektronika Praktyczna 7/99
KURS
Rys. 2.
za wyświetlenie zestawu ikon narzędziowych. Zestaw ten jest inny dla poszczególnych funkcji edycyjnych.
Opcja Preferencje -> Pole ustawień powoduje wyświetlenie paska menu okienek do definiowania różnych parametrów. Ich przeznaczenie jest zmienne i zależy od aktualnie wybranej funkcji edycyjnej.
Opcja Preferencje -> Podgląd strony ułatwia nawigację podczas poruszania się po dużych schematach. W rogu strony pojawia się pomniejszony rysunek schematu, umożliwiający wyświetlenie wybranej jego części.
Opcja Preferencje -> Współrzędne /Odległość pozwala na zmianę sposobu wyświetlania współrzędnych ze współrzędnościowego na odległościowy. Dodatkowo można określić punkt początku układu współrzędnych, np. opcja Współrzędne Format Baiuni przenosi go w lewy dolny róg strony.
Omówmy funkcję Widok z paska menu głównego. Należy sprawdzić, czy jest włączona opcja Widok -> Wyprowadzenia. Powoduje ona wyświetlenie aktywnej części wyprowadzeń komponentów oznaczonych krzyżykami (lub plusami w przypadku pierwszego wyprowadzenia]. Opcja Węzły bywa przydatna do stwierdzenia, które wyprowadzenia są traktowane jako podłączone do sieci połączeń. Włączenie opcji Obrys strony ułatwia orientację względem krawędzi arkusza rysowniczego.
Bardzo często jest używany przycisk Odśwież znajdujący się w Polu Ustawień poniżej paska menu. Jego użycie jest niezbędne do uwidocznienia na ekranie rezultatów niektórych operacji edycyjnych. Powoduje on odrysowanie zawartości ekranu po operacjach: usuwania, przesuwania, zamknięcia okna, wyświetlenia informacji o sieci itp.
Tworzenie schematu
Przed przystąpieniem do rysowania schematu należy określić format strony, na której będzie rysowany schemat. W tym celu wybieramy funkcję Edycja -> Format strony, a następnie ikonę narzędziową Definiowanie prostokątnego obrysu strony
Następnie należy kliknąc LEWYM przyciskiem myszy w dowolnym miejscu obszaru roboczego. Pojawi się okno dialogowe, w którym trzeba wybrać jeden ze zdefiniowanych formatów strony albo podać wymiary strony w calach lub milimetrach.
Po zaakceptowaniu formatu można go później dowolnie modyfikować poprzez przesuwanie jego krawędzi w pionie lub w poziomie, dodawanie lub usuwanie narożników. Funkcje te realizowane są za pomocą pozostałych ikon. Można równi eż stworzyć stronę w postaci nieregularnego wieloboku.
W czasie rysowania schematu często jest potrzebna zmiana skali odwzorowania. Do tego celu służą: poziomy suwak
i lista Skala ze standardowymi powiększeniami znajdująca się w Polu Ustawień poniżej paska menu. Tryb powiększania lub zmniejszania zależy od tego, która opcja z listy poniżej przycisku Odśwież zostanie wybrana. Opcja Aktualny powoduje powiększanie obszaru wskazywanego kurso-rem. Opcja Środek zapewnia, że podczas zmiany skali środek obszaru roboczego będzie utrzymywany w centrum ekranu. Wybranie opcji Strona spowoduje, że strona wypełni cały ekran.
Szybszą metodą jest użycie kombinacji klawiszy Shift-U (powiększenie] oraz Shift-D (pomniejszenie]. Powiększany jest środek obszaru wskazywanego kursorem, i dlatego należy nadążać kursorem za powiększanym obiektem. Można również użyć kombinacji klawiszy Shift-B, a następnie obrysować blokiem obszar do powiększenia.
Poruszanie się w obrębie schematu, który nie jest wyświetlany w całości na monitorze jest możliwe za pomocą pasków przewijania. Można je włączyć za pomocą funkcji Preferencje -> Paski przewijania. Wygodniejsze i szybsze jest użycie PRAWEGO przycisku myszy. Po kliknięciu prawym przyciskiem myszy w wybranym punkcie zostanie on wyświetlony na środku ekranu.
Teraz kolejno omówimy ikony narzędziowe najczęściej wykorzystywane podczas tworzenia schematu. Skrócony opis poszczególnych ikon jest wyświetlany na niebieskim polu statusu w dole ekranu.
Umieszczanie komponentów
Tworzenie schematu rozpoczyna się od rozmieszczania komponentów (symboli logicznych i elementów] na obszarze roboczym. Podstawową zasadą, której przestrzeganie może oszczędzić wiele niepotrzebnej pracy, jest umieszczanie komponentów w rastrze. Oznacza to, że komponenty można przesuwać tylko skokowo, z zadanym krokiem. Raster do rozmieszczania komponentów określa się w Polu Ustawień w okienku Skok. Optymalną wartością rastra jest 0,050", ponieważ taki jest rozstaw wyprowadzeń dla większości symboli. Podczas rysowania w takim rastrze przewody będą bez trudności trafiały na wyprowadzenia, a prowadzenie równoległych i prostopadłych przewodów będzie łatwiejsze. Niestety nie wszystkie komponenty mają wyprowadzenia rozmieszczone w rastrze. Przed umieszczeniem na schemacie można je zmo-
dyfikować za pomocą Edytora Bibliotek, lub podczas rysowania przewodów tymczasowo zmienić skok kursora na 0,010".
Dla lepszej orientacji, w Polu Ustawień poniżej paska menu można zaznaczyć opcję Siatka. Spowoduje ona wyświetlenie siatki punktów o podanym rozstawie. Uwaga: system nie wyświetla zbyt blisko położonych punktów.
Inną pożyteczną funkcją jest włączenie tzw, długiego kursora poprzez wciśnięcie klawiszy Shift-Z i poruszenie myszy. Ta kombinacja klawiszy działa jak przełącznik. Kursor z długimi ramionami pojawia się tymczasowo tylko podczas operacji umieszczania komponentów i rysowania przewodów.
Program EDWin umożliwia umieszczanie na obszarze roboczym dwóch rodzajów komponentów: SYMBOLI LOGICZNYCH oraz ELEMENTÓW. Różnica pomiędzy nimi jest taka, że symbol logiczny nie jest powiązany z symbolem obudowy, a co za tym idzie, nie będzie przenoszony automatycznie na płytkę drukowaną. Natomiast ELEMENT jest powiązany z konkretną obudową, ma zdefiniowane powiązanie poszczególnych wyprowadzeń symbolu logicznego z końcówkami symbolu obudowy i jest nazwany tak, jak rzeczywisty podzespół elektroniczny. Ten rodzaj komponentów zostanie automatycznie przeniesiony na płytkę drukowaną. Sens takiego rozgraniczenia polega na tym, że niektóre komponenty schematowe nie powinny pojawiać się na płytce drukowanej (np. symbol źródła napięciowego dla celów symulacji, symbole masy i zasilania], jak również nie zawsze na podstawie schematu jest wykonywana płytka drukowana. Co prawda zawsze można zamienić symbol logiczny na element rzeczywisty, to jednak można oszczędzić sobie niepotrzebnej pracy i od razu użyć ikony Komponent; element rzeczywisty.
Umieszczanie komponentów na obszarze roboczym jest możliwe po wybraniu funkcji Edycja -> Komponenty z paska menu. Z lewej strony obszaru roboczego pojawi się szereg głównych ikon narzędziowych. Ikony te realizują wszystkie operacje edycyjne związane z umieszczaniem komponentów na płytce drukowanej.
Każda główna ikona narzędziowa posiada inny zestaw ikon pomocniczych wyświetlanych w drugim szeregu. Pomocnicze ikony narzędziowe realizują albo funkcje ściśle związane z ikoną główną, albo całkowicie zmieniają jej działanie. Niektóre działają tylko w czasie operacji edycyjnych, inne trzeba włączać przed lub po ich zakończeniu (sposób posługiwania się ikonami jest jednakowy w całym programie EDWin]. Każda ikona pomocnicza może byc również włączona odpowiednim klawiszem funkcyjnym (od Fl do F9).
Główna ikona narzędziowa Tworzenie komponentu; ELEMENT umożliwia wybieranie potrzebnego elementu z bibliotek dostępnych do przeszukiwania. Po kliknięciu w dowolnym punkcie obszaru roboczego pojawi się okno zawierające kilka wyodrębnionych sekcji. Dwa pola podglą-dowe wyświetlają Symbol logiczny oraz Symbol obudowy aktualnie wybranego elementu. Elementy można pobierać zarówno z biblioteki na dysku jak i biblioteki lokalnej projektu. Lista Lokalna biblioteka elementów zawiera spis wszystkich elementów
24
Elektronika Praktyczna 7/99
KURS
już wczytanych do bieżącego projektu. Inna lista wyświetla wszystkie Biblioteki elementów dostępne do przeszukiwania. Po klik-nięciu nazwy biblioteki, która może zawierać potrzebny element, w polu Wyświetl ele-ir/enty jest wyświetlana lista zawartych w niej elementów.
Inna ważna ikona to Tworzenie komponentów: SYMBOL LOGICZNY. Jej działanie jest identyczne jak poprzedniej ikony, ale w tym przypadku na obszarze roboczym są umieszczane symbole logiczne nie posiadające powiązania z konkretnymi obudowami. Znajdują się one w bibliotekach z rozszerzeniem *.ESL. Na rysowanym schemacie muszą się znaleźć symbole logiczne plusa zasilania 5V (o nazwie SPLl] oraz masy (nazwa SPLO], generator oraz symbole zakończeń przewodów. Dodajmy, że na schemacie nie ma narysowanych wyprowadzeń zasilania układów scalonych. Nie oznacza to jednak, że zasilanie nie jest podłączone. Podczas definiowania rozkładu wyprowadzeń dla elementu w Edytorze Bibliotek (tzn. określeniu przyporządkowania wyprowadzeń symbolu logicznego do końcówek symbolu obudowy], końcówki zasilania zostały przyporządkowane do odpowiednich sieci zasilających: SPLl (+5V) oraz SPLO (GND - masa]. Dzięki temu nie musimy oddzielnie doprowadzać zasilania do każdego elementu, zresztą takie są zasady rysowania schematów z zastosowaniem układów cyfrowych. Po zamknięciu okna element przyczepi się do kursora. W tym czasie można użyć jednej z ikon pomocniczych umożliwiających; obracanie elementu o dowolny kąt, wyświetlenie odbicia lustrzanego komponentu, itp.
Podczas rozmieszczania elementów przydatna może się okazać ikona Powielanie komponentu. Nie trzeba wtedy wielokrotnie wybierać tych samych elementów z biblioteki, a wystarczy kliknąc dokładnie na obrysie elementu. Jego kopia przyczepi się do kursora i można go umieścić w innym miejscu. Powielenie elementu można również uzyskać już na etapie pobierania go z biblioteki.
Po zakończeniu rozmieszczania elementów często należy zmienić ich położenie. Służy do tego ikona Przemieszczenie komponentu. Należy kliknąc dokładnie na obrysie komponentu, który chcemy przesunąć. Ponieważ punktem zaczepienia dla większości komponentów jest pierwsze wyprowadzenie (oznaczone plusem], to aby uniknąć nagłego przesunięcia elementu należy kliknąc w okolicy pierwszego wyprowadzenia (zaznaczonego symbolem plusa]. Działanie tej ikony silnie zależy od tego, w którym miejscu komponentu nastąpi klik-nięcie, ponieważ jest ona uniwersalna i służy również do przesuwania nazwy komponentu, opisów wyprowadzeń itp.
Do usunięcia komponentu z obszaru roboczego służy ikona Usuwanie komponentów. Podczas operacji usuwania ważne jest, aby kliknąc dokładnie na obrysie komponentu, ponieważ ta ikona służy również do usuwania oznaczeń wyprowadzeń, wartości elementów, tekstów itp.
Elementy umieszczone na schemacie należy uzupełnić o oznaczenia sche-matowe i przydzielić im obudowy. Służy do tego ikona Przydzielanie obudowy komponentowi. Tylko komponenty z przydzielonymi obudowami można będzie przenieść na płytkę drukowaną. Obudowę można przydzielić wyłącznie komponentowi umieszczonemu na schemacie jako element rzeczywisty. Bardzo ważne jest, aby obie ikony pomocnicze związane z tą ikoną główną były wyłączone, ponieważ całkowicie zmieniają one jej działanie. Należy kliknąc dokładnie na obrysie komponentu. Pojawi się okienko, w którym można wprowadzić nazwę komponentu (oznaczenie schematowe], która identyfikuje go na liście połączeń. W tym przypadku system proponuje ICl (IC jest to odnośnik, natomiast 1 jest kolejnym numerem komponentu]. Kliknij Akceptacja w celu naniesienia tych informacji na element. Zauważmy, że zostanie on uzupełniony o nazwę elementu (np. LTC1450], oraz o pewne dodatkowe informacje takie jak opisy i nu-
meracja wyprowadzeń, których treść i wygląd można dowolnie określać.
Jeśli zachodzi potrzeba zmiany nazwy komponentu (tzn. jego oznaczenia schematowego - nie mylić z nazwą elementu], to najpierw należy usunąć przydzieloną mu obudowę (nie ma możliwości bezpośredniej edycji nazwy komponentu]. W tym celu należy włączyć ikonę pomocniczą Usuwanie przydzielone) komponentowi obudowy i kliknąc dokładnie na obrysie komponentu. Numeracja wyprowadzeń i nazwa komponentu zostaną usunięte.
Aby nadać elementowi inną nazwę reprezentującą go na schemacie należy wyłączyć tę ikonę pomocniczą i ponownie przydzielić mu obudowę poprzez kliknięcie na jego obrysie.
Może się zdarzyć, że opisy i numeracja wyprowadzeń nie pojawiają się lub pojawiają się niepotrzebnie. Należy wtedy wybrać funkcję głównego paska zadań programu EDWin Opcje -> Preferencje przydzielania obudów. Służy ona do określenia treści dodatkowych informacji wyświetlanych wraz z komponentem (nazwy wyprowadzeń, numeracja, pełna nazwa elementu, numer grupy] ich położenia oraz wielkości czcionki. W tym celu należy ustawie wszystkie potrzebne opcje i zamknąć to okno. Następnie wybrać ikonę pomocniczą Wyświetlenie tekstów zgodnie z aktualnymi preferencjami przydzielania obudów i kliknąc dokładnie na wybranym komponencie. Nowe ustawienia zostaną naniesione na element. Funkcja ta działa tylko dla komponentów z przydzielonymi obudowami.
W tym momencie widzimy, że ikony pomocnicze mogą nieraz całkowicie zmienić funkcje realizowane przez ikony główne i dlatego zawsze należy sprawdzić, które opcje są włączone. Robert Kacprzycki, RK-System (tel. [phone])
Projekt, na przykładzie którego prowadzony jest kurs znajduje się w Intern ecie pod adresem: www.ep.com.pl/ftpfother.-html.
Elektronika Praktyczna 7/99
25
SPRZĘT
Starter kit dla 16-bitowych '51
Po kilku latach od pierwszej prezentacji nowych procesorów firmy Philips na łamach EP ,możemy wreszcie przedstawić Warn prosty zestaw narzędziowy (niema! klasyczny starter kit), za pomocą którego można zarówn programować mikrokontrolery P51XA-S3 jak i sprawdzać
działanie prostych systemów sterowania.
Tytułem wstępu
Procesory serii XA-S produkowane przez firmę Philips są rozwinięciem doskonale znanej większości Czytelników rodziny MCS-51. Philips rozpoczynając produkcję tych układów zdecydował się na dość radykalną modyfikację rdzenia i rozwinięcie wewnętrznych modułów peryferyjnych, które jednak pozostały w znacznym stopniu kompatybilne z 8-bitowym pierwowzorem.
Tak, tak! Nowe procesory są 16-bitowe! W "wersji XA-S3 procesor jest wyposażony w lkB pamięci RAM (z "ukrytymi" w niej
nMUM
iPl i j T^-T------H InJii !łlfT^- - 31 Hl
tam i ^ ,,, ,.....j, "ii
,-*.. ;,^,^ ...*Ś �< 1*
Ś""Md -C. miTŁT IH
Ś ' ' -'.1 n* ŚŚ( talM ŚŚ* lb iItIbi ^i> ita _ *- - * -* *Ś A ^71 IV w
# -ił tam Ś h* II-hllH Ś�Ś I^^K
T
4 -----------------^" Śr >*1 c*
l_ ____ r__ 1
Rys. 1.
rejestrami SFR], dwa szybkie porty UART, bardzo elastyczny i szybki (400kHz] interfejs PC, wielokanałowy przetwornik A/C, pięciokanałowy timer PCA, watchdog i 3 ti-mery-liczniki.
Słowem - zupełnie nowa generacja i wiążące się z nią możliwości, z zachowaniem pełnej (no, prawie...] kompatybilności ze starszymi braćmi.
Microcore 7
Zestaw opracowany przez Philipsa wygląda na pierwszy rzut oka dość niepozornie (patrz zdjęcie], ale nie można ulegać złudzeniu! Z drugiej strony płytki drukowanej znajduje się kilka kolejnych układów scalonych i elementów biernych, dzięki którym zestaw Microcore 7 można wykorzystać w roli efektywnego sterownika.
Płytkę drukowaną opracowano w taki sposób, aby zaprezentować możliwości wszystkich peryferiów dostępnych w procesorze P51XA-S3. Tak więc intefejs PC służy do sterowania 8-bitowego portu I/O (układ PCF8574], którego zadaniem jest zapalanie i gaszenie diod LED. Sygnały SCL i SDA szyny PC są także wyprowadzone na jedno ze złącz szpilkowych. Na osobne złącza wyprowadzono także linie wejściowe 8-kanałowego, 10-bitowego przetwornika A/C (jeden z kanałów można wykorzystać do pomiaru temperatury, dzięki znajdującemu się na płytce termistoro-wi] oraz programowanego tiinera PCA.
Elektronika Praktyczna 7/99
27
SPRZĘT
Assemblsr mnnuol
Compllcr CroVirwPro, DosiV�w Pra manuał < m4nud J
Damo fentte Editoi Getong EdiDf Lfeef a Embedded Słarled Oiade Devetopme.r
Embedded
iirrrr
Sygnały TX i RX obydwu szeregowych interfejsów UART buforowane są przez układ MAX562, który spełnia jednocześnie rolę konwertera napięć (z +5 na ą12V). Port szeregowy UARTO jest przypisany na stałe do współpracy programu monitorującego z PC, a na potrzeby użytkownika przeznaczono natomiast port UARTl.
Zestaw wymaga zastosowania zewnętrznego zasilacza stabilizowanego o napięciu wyjściowym 2,7..5,5V i wydajności prądowej lOOmA. W opinii autora jest to największa wada Microcrs 7. Znalezienie odpowiedniego i do tego wolnego zasilacza w pracowni elektronicznej jest przecież zazwyczaj bardzo trudne...
XAMON
Mikro kontroler dostarczany w zestawie ma zaprogramowaną pamięć EPROM. Znajduje się w niej program monitorujący XA-MON, za pomocą którego można m.in. załadować do pamięci RAM o pojemności 128/ 5l2kB własny program i uruchomić go. Niestety, ze względów sprzętowych tylko fragment tej pamięci może byc wykorzystywany jako pamięć programu użytkownika.
Rys. 3.
Za pomocą XAMON-a można także zde-asemblowac wybrany obszar pamięci, podglądać i modyfikować zawartość rejestrów SFR, pamięci danych i programu, a także ustawiać programowe pułapki. Monitor współpracuje z dowolnym programem terminalowym. Sterowanie pracą monitora umożliwia prosty język zawierający polecenia niezbędne do realizacji wszystkich podstawowych funkcji, a także uruchamiania programu demonstracyjnego.
Narzędzie
Do zestawu Microcors 7 Philips dołącza płytę CD-ROM z oprogramowaniem narzędziowym XA-Tool firmy Tasking.
Jest to ewaluacyjna wersja doskonałego kompilatora C oraz w wersji rozszerzonej C++ (rys. 1] zintegrowanego przez window-sowy shell z makroasemblerem, linkerem oraz debuggerem (rys. 2).
Oprócz zestawu narzędzi programowych dostępny jest bogaty zestaw dokumentacji w postaci plików *.hlp (rys. 3). Oprócz dokładnego opisu sposobu posługiwania się pakietem XA-TooI, w dokumentacji znajduje się szereg cennych informacji o proceso-
rach rodziny XA oraz "sztuczkach" ułatwiających tworzenie dla nich projektów w C. Wersja XA-TooI dostarczana w zestawie ma kilka ograniczeń, istotniejsze z nich to:
- ograniczona liczba symboli oraz wyrażeń C,
- kompilacja kodu asemblerowego o długości maksymalnej 1600 bajtów,
- ograniczenie długości linkowanego kodu do 9500 bajtów,
- możliwość pracy przez 1 miesiąc od chwili instalacji oprogramowania na dysku twardym komputera. Producent dopuszcza możliwość przedłużenia licencji o kolejny miesiąc, ale warunkiem jego uzyskania jest zarejestrowanie się. Pomaga w tym specjalny program uruchamiany z poziomu menu shella.
Pomimo wymienionych niedogodności, XA-TooI jest bardzo dobrym narzędziem projektowym umożliwiającym przygotowanie własnych projektów oraz programów testowych dla procesorów XA-S3. Piotr Zbysiński, AVT
Prezentowany w artykule zestaw udostępniła redakcji firma Philips Ssinicondiic-tors Polska.
28
Elektronika Praktyczna 7/99
INTERNET
wytwarzał
W mojej wędrówce po
Internecie natrafiłem na
niezwykle ciekawe materiały i na
Judzi przeprowadzających bardzo
interesujące doświadczenia ze
zbudowanymi przez siebie
urządzeniami. Wprawdzie są to
urzą dzen ia elektroen ergetyczn e,
ale do ich realizacji wykorzystuje
się obecnie także metody
i podzespoły elektroniczne.
kawie
"Ś i i Ś*+
11
i*._______*_
W tym roku w czerwcu minęło doldadnie sto lat od przeprowadzenia jednego z najbardziej tajemniczych i spektakularnych eksperymentów w historii techniki, którego szczegóły są po dzień dzisiejszy owiane tajemnicą. Warto więc uczcie tę rocznicę i przypomnieć nazwisko jednego z najgenialniejszych wynalazców w dziejach ludzkości.
Zapoznamy się z ciekawymi materiałami zebranymi przeze mnie w Internecie, ale najpierw cofnijmy się w czasie o wspomniane 100 lat i przypomnijmy sobie wydarzenia, jakie zaszły wtedy w niewielkim (wówczas] amerykańskim miasteczku - Colorado Springs.
Podczas sennego, letniego popołudnia w Colorado Springs nic nie zapowiadało ważnych i przerażających wydarzeń jakie miały nastąpić. Pierwszym ^^^^^^^^^^^ sygnałem oznajmiającym, że dzieje się coś dziwnego były głośne trzaski i hałas
Tłł HkMim IM OBH ftł *ł*H V Tttfl Cfd
Rys. l!"
I'" dobiegający z1 przedmieścia. ---- Niedawno urządził tam sobie laboratorium młody, ale owiany już wielką sławą uczony, przybyły z Nowego Jorku.
Ponad dachem budynku, w którym mieściło się tajemnicze sanktuarium nauki, niczym gigantyczna antena radiowa wznosiła się wielka, pionowa miedziana rura o długości 200 stóp (ponad 60 metrów!], z której teraz zaczęły wydobywać się iskry wyładowań elektrycznych. Iskry? Były to małe błyskawice o długości ponad 2 metrów!
Trzaski wyładowań i huk dochodzący z ładowanych i rozładowywanych kondensatorów olejowych nasilały się. Iskry bijące w niebo stawały się coraz dłuższe, teraz już w pełni zasługując na miano błyskawic. Oniemiali z przerażenia mieszkańcy Colorado Springs w osłupieniu patrzyli na widowisko, które zdawało się byc rodem z dantejskiego piekła. Wyładowania stawały się coraz potężniejsze. Osiemdziesiąt stóp, sto, sto dwadzieścia, błyskawice bijące w niebo osiągnęły długość ponad 40 metrów! Trzaski wyładowań przerodziły się w grzmoty, które było słychać w promieniu ponad 40 kilometrów.
Nagle ziemia zaczęła drżeć, tak jakby zbliżało się trzęsienie ziemi. Czyżby konstruktor osiągnął swój cel: uzyskanie rezonansu ze skorupą ziemską?
I nagle wszystko ucichło. Przeciążone generatory elektrowni Colorado Springs uległy całkowitemu zniszczeniu i doświadczenie zostało przerwane.
Ni colo Tesla (chyba już wcześniej domyśliliście się, kim był uczony, który o mało nie wywołał trzęsienia ziemi] nigdy nie powtórzył swojego doświadczenia, a w każdym razie nigdy nie dokonał tego jawnie. Twierdził, że eksperymenty takie są zbyt niebezpieczne i pro-
wadzone na większą skalę mogłyby doprowadzić do zniszczenia całej naszej planety. Zajął się "mniej ważnymi" sprawami, takimi jak wynalezienie prądu przemiennego i trójfazowego, silnika elektrycznego prądu przemiennego, transformatora, układu zapłonowego do silników spalinowych i kilkoma innymi wynalazkami, które zmieniły oblicze świata. Cały czas pracował także nad najważniejszym dziełem swego życia, jakim
Rys. 3.
Elektronika Praktyczna 7/99
29
INTERNET
tulir.iipi&(iDlAjnF|fGiMtFiLL> COf- J



ll*"'Vtt"*1 ^


Ś^ Inn Ś jjjnmi i..

Rys. 4.
było wynalezienie sposobu pozyskiwania i,wolnej energii", pod którym to określeniem rozumiał prawdopodobnie budowę czegoś w rodzaju reaktora nuklearnego.
Wielki uczony zmarł w 1943 roku. Humanista i pacyfista z natury nie dożył na szczęście najbardziej spektakularnego w historii ludzkości pokazu wyzwalania energii, jaki rozpoczął się dwa lata później startem samolotu ,,Enola Gay" z wyspy na Pacyfiku.
Po śmierci Tesli nastąpił szereg dziwnych zbiegów okoliczności. Zupełnie "przypadkiem", dzień po zgonie uczonego wybuchł pożar w jego laboratorium. Także "przypadkiem" uległy zniszczeniu lub zaginęły wszystkie notatki człowieka, którego nazwisko związane było z osławionym eksperymentem Filadelfia, a niektórzy łączyli je także z niewyjaśnioną dotąd zagadką meteorytu tunguskiego. Byc może nie bez podstaw, ale nikt już teraz nie jest w stanie stwierdzić, jak dalece zaawansowane były eksperymenty Tesli z przekazywaniem na odległość ogromnych ilości energii elektrycznej (patrz raport dla Kongresu USA oraz http:// www.tiac.net/users/seeker/creative.htmll.
Od stu lat ludzie próbują na mniejszą lub większą skalę powtórzyć doświadczenie Tesli i budują nazwane jego imieniem transformatory, pozwalające na uzyskiwanie ekstremalnie wysokich napięć. Jeżeli chcecie dowiedzieć się czegoś więcej na temat transformatorów Tesli lub jego samego, to wystarczy podać wyszukiwarce kryterium "TESLA COIL". Imponujące rezultaty poszukiwań pokazane zostały na rys. 1 - ponad 3,5 tysiąca stron zorganizowanych przez ludzi, którzy idą lub chcą pójść śladem wielkiego uczonego! Odwiedziłem wiele z tych witryn i muszę przyznać, że zostałem skutecznie "zarażony" ideą budowy transformatora Tesli,
Czym właściwie jest transformator Tesli, budowany nie tylko przez amatorów mocnych wrażeń, ale nadal zajmujący poczesne miejsce w laboratoriach naukowych pracu-
jących nad się wysokimi napięciami? Z pozoru jest to urządzenie niesłychanie proste, którego uproszczony schemat został pokazany na rys. 2. Składa się zwykle z dwóch transformatorów: pierwszy z nich podwyższa napięcie pozyskiwane z sieci energetycznej do poziomu ok. 10.. 20kV i ładuje kondensator gromadzący energię (w wykonaniu amatorskim jest to najczęściej transformator używany do zasilania neonów], a drugi - właściwy transformator Tesli - służy do kolejnego podwyższenia napięcia do poziomu setek kilowoltów.
Transformator ten składa się z dwóch uzwojeń: pierwsze, nawinięte grubym drutem lub wykonane z rurki miedzianej ma kilka - kilkanaście zwojów, a drugie nawinięte zwykle na grubej rurze z tworzywa sztucznego ma kilkaset - kilka tysięcy zwojów.
Jednak obliczenie liczby zwojów, średnicy i długości cewki, pojemności kondensatorów i innych wartości jest sprawą bardzo skomplikowaną. Osoby mające zamiar powtórzyć eksperyment z Colorado Springs posiadają dwie drogi do wyboru: albo próbować wykonać transformator Tesli "na wyczucie" i starać się uzyskać dobre rezultaty metodą prób i błędów lub też wykonać żmudne obliczenia. Pomocą przy tej pracy mogą byc liczne programy napisane przez entuzjastów budowy transformatorów Tesli i dostępne na ich interne-towych stronach.
Na szczególną uwagę zasługuje jeden z nich (rys. 3, 4 i 5], przeznaczony do pracy w środowisku Windows 95, napisany przez grupę hobbystów i dostępny pod adresem http hoine.wxs.nl/~b asm/ Win tesla.htm.
Nie sposób w krótkim artykule wymienić wszystkie interesujące opracowania dostępne na internetowych stronach entuzjastów spektakularnych eksperymentów naukowych.
Na szczególną uwagę zasługuje opracowana przez Harri Soumalainen a szczegółowa instrukcja budowy transformatora Tesli, zawierająca również bogaty materiał dotyczący teoretycznych podstaw działania tego urządzenia [http://www.amasci.com/tesla/ tesla.htmll. Namawiam wszystkich do powtórzenia mojej, niezwykle interesującej wycieczki i odwiedzenia chociaż kilku wybranych stron z hasłem "TESLA COIL". Na zakończenie chciałbym zwrocie się do Czytelników z prośbą: jeżeli ktoś z Was posiada jakieś praktyczne doświadczenia w budowie transformatorów Tesli, to bardzo proszę o kontakt. Zbigniew Raabe, AVT [e-mail]
Li
PJKJ
i �imi^ U ad
rT-iŁs [4-jp
'-%iT*[kł& ttĄ a l tnd tiF
LJ
Rys. 5.
30
Elektronika Praktyczna 7/99
SPRZĘT
Silicon Graphics 320/540 Visual Workstation
Na łamach EP rzadko pojawiają
się testy sprzętu komputerowego.
Wynika to przede wszystkim
z faktu, że typowy "domowy"
komputer może z powodzeniem
pełnić funkcję komputera
inżynierskiego. Opisy takich
komputerów można znaleźć
w pismach specjalistycznych
i nie ma potrzeby, abyśmy
powielali informacje tam zawarte.
Bazowy model SGI 320.
/ architektura. IVC z chipsetern graficznym Coba.lt, / pojedynczy procesor Intel Pentium II 400 MHz/ 512 kB L2 cache,
/ 128 MBECCSDRAM,
/ HDD 6,4 GBUltra-ATA
/ 3 słoty PCI (3.3 V).
/ CD-ROM EIDE 32x.
/ FDD 1,44 MB,
/ wbudowana karta sieciowa Fast Ethernet 10/100,
/ jeden port równoległy,
/ jeden port szeregowy,
/ dwa porty USB,
/ wejście/wyjścieCornposite/S-video,
/ wbudowana stereofoniczna karta dźwiękowa,
v klawiatura USB,
v 3-przyciskowamysz USB,
/ Windows NTWorkstation 4 0,
/ 3 lata gwarancji;
/ cena ok 3500 USD
Dlaczego zdecydowaliśmy się zaprezentować Czytelnikom EP komputery wyprodukowane przez Silicon Graphics? Przede wszystkim komputery z rodziny 320/540 to pierwsze maszyny tej firmy pracujące pod kontrolą systemu operacyjnego Windows NT. SiliconGraphics, to firma znana z produkcji bardzo wydajnych systemów komputerowych przeznaczonych dla profesjonalnych użytkowników. Nie do pominięcia jest fakt, że ugruntowana renoma firmy SiliconGraphics znacznie wzrosła od chwili przejęcia firmy Cray - producenta chyba najszerzej znanych superkomputerów. Posiadanie takiego komputera, a właściwie praca na nim, z pewnością dodaje prestiżu. Dotych-- czas użytkownicy komputerów SGI skazani byli na pracę w systemie UNIX, co wielu inżynierów skutecznie odstraszało. Znany z komputerów domowych i biurowych interfejs graficzny systemu Windows NT z pewnością przyczyni się do łatwiejszego oswojenia maszyny. Dzięki Windows NT jest możliwy dostęp do szerokiej gamy oprogramowania inżynierskiego stworzonego z myślą o tym systemie.
Futurystyczna stylistyka komputerów SGI 320/540 musi budzie uznanie. Podobne rozwiązania można było spotkać we wcześniej-
szych komputerach firmy Silicon (np. 02, Octane], ale systemy te były budowane w oparciu o RlSC-owe procesory firmy MIPS. Szaro-niebieska obudowa, z przesuwaną klapką osłaniającą włącznik zasilania
1 napędy, z pewnością przypadnie do gustu każdemu użytkownikowi. W zakresie stylistyki komputerów z procesorami Intela praktycznie jedynym konkurentem dla serii 3 20/ 540 są systemy komputerowe firmy Intergraph (np. TDZ2000]. Można nawet zaryzykować stwierdzenie, że powstanie serii 320/540 jest wynikiem sukcesu rynkowego komputerów firmy Intergraph.
W komputerach z rodziny 320 można zastosować jeden lub dwa procesory: Pentium II 400 MHz, Pentium III 450 MHz lub 500 MHz. Komputery są wyposażone w 512 kB pamięci cache L2 i pamięć operacyjną o pojemności od 128 MB do 1 GB. W komputerach z rodziny 540 można zainstalować do czterech procesorów Pentium III Xeon, a pamięć operacyjną można rozbudować do
2 GB.
Nie da się ukryć, że komputery serii 320/ 540 nie należą do tanich w porównaniu z innymi markowymi komputerami o podobnej konfiguracji. Mimo prestiżu marki Silicon (za to oczywiście warto zapłacie], na
32
Elektronika Praktyczna 7/99
SPRZĘT
pierwszy rzut oka nie da się uzasadnić tak wysokiej ceny. Dopiero bliższe poznanie komputera pozwala zrozumieć za co producent wystawia rachunek. Jednocześnie można docenić główna ideę przyświecającą konstruktorom firmy SGI - zwiększenie wydajności.
Komputery z serii 320/540 nie są kolejnymi klonami komputera PC produkowanymi przez znaną firmę. Poszczególne jego bloki zostały zaprojektowane z myślą o wydajności do jakiej nawet nie zbliżą się standardowe komputery. Tak dobre osiągi komputery SGI 320/540 zawdzięczają przede wszystkim specjalnie opracowanemu chip-setowi. Wystarczy zauważyć, że transfer pomiędzy poszczególnymi blokami może osiągać 3,2 GB/s (najpopularniejszy konkurent chipset Intel 440BX - 800 MB/s]. System graficzny Cobalt zastosowany w komputerach SGI, dzięki specjalizowanemu chipse-towi, wykorzystuje szybką pamięć operacyjną komputera. Możliwe jest przeznaczenie dla systemu graficznego do 80% całkowitej pojemności pamięci operacyjnej. Dzięki architekturze IVC (Integrated Visual Compu-ting] jest możliwe uzyskanie transferu sześć razy szybszego niż w AGP 2x. Dzięki temu we wszelkich operacjach graficznych (2D, 3D, rendering, animacje itp.) komputery 320/540 ustalają nowe granice wydajności. Zarówno system graficzny jak i pozostałe układy peryferyjne (audio, USB, Centronics, RS-23 2] są wbudowane w płytę główną. Rozbudowa systemu jest możliwa dzięki 64-bitowym złączom PCI (trzy w komputerach serii 320 i sześć w komputerach 540]. Zastosowane złącza PCI są nowego standardu 3,3 V. Karty tego standardu nie są jeszcze zbyt popularne na rynku, ale z pewnością sytuacja ta ulegnie zmianie w najbliższym czasie. Możliwość dołączenia tylko jednego napędu wewnętrznego i jednego zewnętr-
znego z pewnością należy zaliczyć do wad komputera. Bardzo ciekawie prezentuje się jego setup, opracowany w sposób spotykany w rasowych komputerach UNIX-wych. Jest on przejrzysty i bardzo wygodny w użyciu.
Znajdująca się w zestawie klawiatura i trzy przyciskowa mysz są wykonane w standardzie USB. Może to wywołać pewne zdziwienie - Windows NT i USB? Otóż dla komputerów SGI została stworzona specjalna wersja systemu Windows NT obsługująca standard USB, ale dotyczy to tylko klawiatury i myszy. Komputer jest wyposażony w dwa gniazda USB, lecz wykorzystanie drugiego gniazda będzie możliwe dopiero w systemie Windows 2000. Do komputera nie ma możliwości dołączenia standardowej klawiatury PC. Gniazdo do dołączenia myszy znajduje się w klawiaturze, z jej prawej strony. Takie rozwiązanie pozwala uniknąć plątaniny kabli, ale w trakcie pracy kabel myszy często dostawał się pod nią.
Do komputera jest dołączone oprogramowanie użytkowe znajdujące się na kilku płytach CD-ROM. Znajduje się tam m.in.: Netscape Communicator 4.5, McAfee Virus-Scan, McAfee WebScanX, Intel LANDesk Client Manager, Adobe Type Manager Lite, DeBabelizer Pro 4.5 LE, MacDrive98, Color-Lock. Bardzo efektownie są przygotowane programy demonstrujące możliwości systemu.
Dopełnieniem każdego zestawu komputerowego jest monitor. Producent przygotował trzy monitory, oczywiście w kolorze nie-biesko-szarym. Do wyboru są dwa monitory z kineskopem Trinitron o przekątnej 17 i 21 cali oraz monitor LCD o przekątnej 19 cali w standardzie 16:9. Testowany w redakcji komputer pracował z 21-calowym monitorem o maksymalnej rozdzielczości 1920x1200/66 Hz. Obraz był bardzo ostry, bez zniekształceń konturów i kolorów. Bardzo ciekawie prezentuje się monitor LCD. Pracuje on w rozdzielczości 1600x1024 i można do niego dokupić kalibrator kolorów. Oczywiście do komputerów 320/ 540 można dołączyć dowolny monitor j VGA.
Prezentowane komputery mają, w nazwie Visual Workstation, co sugeruje, że są przeznaczone do zastosowań graficznych. Oczywiście tak nie jest, gdyż każda stacja graficzna , musi charakteryzować się wysoką wydajnością, tak więc odbiorcą tych komputerów będzie każdy użytkownik potrzebujący wydajnego komputera. W redakcji dokonaliśmy testów komputera SGI 320 wyposażonego w pojedynczy procesor Pentium III 450 MHz z 256 MB pamięci RAM. Na komputerze uruchamialiśmy aplikacje wspomagające pracę elektronika. Były to przede wszystkim
programy do projektowania płytek drukowanych, a właściwie ich autoroutery. Automatyczne zaprojektowanie dosyć skomplikowanej płytki drukowanej w programie TraxMaker trwało o około 35% krócej niż przy wykorzystaniu komputera Pentium II 300 MHz ze 128 MB RAM - oszczędność czasu jest więc dość duża. Oczywiście, konstruktor realizujący nieskomplikowane projekty lub ręcznie projektujący płytki drukowane prawie nie zauważy różnicy wydajności pomiędzy porównywanymi komputerami. Należy podkreślić, że 21-calowy monitor zapewnia wysoki komfort pracy - oglądanie dużej powierzchni projektowanej płytki zwiększa możliwość "ogarnięcia" całości projektu. Komputer SGI 320 wykorzystywany był również do kompilacji aplikacji w środowisku Borland C++ Builder. Tu również wyniki wskazały olbrzymią przewagę komputera SGI. Największe jednak oszczędności czasu wystąpiły w trakcie kompilacji i symulacji projektów w systemie projektowym Altera MAX-Plus.
Komputer w redakcji był wykorzystywany do różnorodnych zadań wymagających dużej mocy obliczeniowej. Wyniki testów nie były dla nas zaskoczeniem, komputer SGI w każdym zastosowaniu zapewnia komfortową i wydajną pracę. Paweł Zbysiński
Komputer do testów w redakcji udostępniła firma Elbaiex z Warszawy, tel. [phone].
Więcej informacji na temat komputerów SGI można znaleźć w Intern ecie pod adresami: www.sgi.com, www.visu.al.sgi.com.
O
= �Ś
Elektronika Praktyczna 7/99
33
PROGRAMY
CircuitMaker Pro oraz TraxMaker Pro
Użytkownicy DOS-owych wersji
Autotroxa mogli czuć się
w pewnym stopniu porzuceni
przez firmę Protel, która
zmieniając środowisko pracy
oprogramowania radykalnie
zmodyfikowała filozofię obsługi
programów. Ponieważ Autotrax
wraz z upływem czasu zaczął
nieco odstawać od wymagań
współczesnych użytkowników,
wydawało się, że fani tego
programu muszą zmienić swoje
przyzwyczajenia i wybrać któryś
z nowszych pakietów
projektowych, jak się jednak
przekonacie po przeczytaniu tego
artykułu, z autotraxowcami nie
jest wcale tak źle!
Po długim czasie rozwijania Autotraxa przystosowanego do pracy pod troskliwą "opieką" DO S- a, w 1990 roku osiągnął on wiek mniej więcej dojrzały: pojawiła się na rynku wersja oznaczona numerem 1.61. Ponieważ nasilała się ekspansja Windows, twórcy oprogramowania postanowili zmienić platformę jego pracy i - wykorzystując okazję - zmienić (czytaj: "udoskonalić"] sposób obsługi. Tak narodził się windowsowy Protel, którego ogromną zaletą od samego początku była integracja edytora schematów z edytorem płytek drukowanych.
Porzuconym przez Protela Autotraxem zainteresowała się inna amerykańska firma -Micro Code Enginee-ring, która od początku swojego istnienia skupiała się na tworzeniu oprogramowania do cyfrowej i analogowej analizy układów elektronicznych oraz edycji schematów elektronicznych. Do jej sztandaro-
34
TraxMaker
wego produktu, już od dawna przystosowanego do Windows - programu CiraJitMaker - niezbędny był komplementarny moduł, który pozwalałby projektować płytki drukowane. Tak więc MCE zakupiła od Protela prawa do źródłowego kodu Autotraxa i po stosunkowo krótkotrwałej jego adaptacji, na rynku pojawił się TrQ.xMo.ker, czyli rozbudowana w stosunku do pierwowzoru i przystosowana do pracy w Windows wersja Auto traxa.
Tak więc, dzięki "interwencji" firmy Micro Code Engineering, na rynku dostępny jest doskonały pakiet projektowy, który łączy zalety nowoczesnego oprogramowania pracującego w środowisku Windows 95/98 z łatwością i przyjaznością obsługi, doskonale znaną użytkownikom Autotraxa.
CiraJ.itMak.er jest programem umożliwiającym użytkownikowi rysowanie schematów projektowanych urządzeń, konwersję schematu do postaci listy połączeń oraz ewentualną symulację ich działania. Możliwa jest symulacja zarówno układów analogowych (rys. 1], jak i cyfrowych (rys. 2). Oprogramowanie udostępnia użytkownikowi szereg narzędzi wspierających. Są to m.in. przyrządy wirtualne: oscyloskop, mul-timetr, plotter Bodego, monitor 4- lub 8-bitowej magistrali danych oraz diody LED spełniające rolę wskaźnika stanu pojedynczego bitu, przełączniki, nastawniki binarne itp.
Standardowo, jak i inne programy tego typu, CiraJitMaker umożliwia edycję i tworzenie modeli elementów, dopisywanie różnych typów obudów do elementów schema-towych oraz tworzenie i modyfikację opisów zawartych w modelach do symulacji. Pracę z programem znacznie ułatwia wy-
Elektronika Praktyczna 7/99
PROGRAMY
szukiwarka elementów o podanych oznaczeniach oraz możliwość samodzielnego tworzenia skrótów klawiszowych, prowadzących do wcześniej zdefiniowanych elementów.
Uzupełnieniem CiraJ.itMo.kera jest prosty program BioA, który spełnia rolę konwertera formatów plików opisujących modele symulacyjne (BIN/ASCII). Istnieje możliwość konwersji zarówno całych bibliotek, jak i pojedynczych elementów.
TraxMaker, pomimo korzeni sięgających historycznych z dzisiejszego punktu widzenia czasów, jest programem bardzo łatwym w obsłudze, a przy tym spełniającym wymagania współczesnych technologii. Już na pierwszy rzut oka (rys. 3] TraxMaker przypomina Autotraxa "włożonego" w window-sowe okno. Nie uległa istotnej zmianie filozofia obsługi programu, zachowano także większość klawiszowych skrótów z wersji DOS-owej. Co więcej, Tra.xMa.ker potrafi zaimportować biblioteki elementów z Auto-traxa, a zbiory PCB zachowuje w takim samym formacie, jak jego starszy brat. Są to bez wątpienia ogromne atuty tego programu.
Kolejną zaletą (w zasadzie jest ich wiele] jest rozbudowanie szeregu funkcji pomocniczych, w tym udoskonalonego autoroute-
ra, który całkiem nieźle radzi sobie z automatycznym rozkładaniem dwuwarstwowych płytek (rys. 4).
W skład pakietu oprogramowania dostarczanego wraz z Trax-Makerem wchodzi także program CAMCAD w wersji Graphic (rys. 5], który jest złożonym narzędziem technologicznym, dzięki któremu dostosowanie wynikowych plików projektu (nie tylko w formacie Gerbera - rys. 6] do wymagań konkretnego procesu technologicznego lub możliwości plottera, drukarki czy naświetlarki nie przedstawia żadnej trudności.
Po kilkutygodniowym testowaniu pakietu CircuitMaker + TraxMaker mogę stwierdzić, że - biorąc pod uwagę realia naszego rynku - jest to jeden z najlepiej dopasowa-
5.
ftmn
nych do jego możliwości i wymagań pakietów CAD. Nie posiada on, co prawda, tak wielu możliwości jak EdWIN w wersji komercyjnej, nie jest tak elastyczny jak Protel 99, nie jest tak popularny jak OrCAD, ale jest zachwycająco przejrzysty, wygodny w obsłudze, a przy tym tani. Piotr Zbysiński, AVT
Więcej informacji o prezentowanym w artykule oprogramowaniu oraz ich wersje demonstracyjne dostępne są w Interne-cie pod adresem hiip://www.microcode.com.
Prezentowane w artykule oprogramowanie udostępniła redakcji firma RK-System (iel. {0-22} 755-69-33).
t.TUD y lin t*
Rys. 3.
Rys. ó.
Elektronika Praktyczna 7/99
35
SPRZĘT
Miniaturowe mierniki ręczne CHY67B/C
�
W dziale "Sprzęt"
przedstawiamy kolejne mierniki
"ręczne", których konstrukcja
predestynuje przede wszystkim do
zastosowań w serwisie terenowym,
warsztatach samochodowych oraz
elektron icznych.
Ogromną zaletą przyrządów CHY67B i CHY67C są niewielkie wymiary zewnętrzne, dzięki którym można bez trudu wykonywać pomiary na wysokościach, w miejscach gdzie nie jest możliwe jednoczesne operowanie końcówkami pomiarowymi i obserwacja wyświetlacza przyrządu, a także w warunkach terenowych, gdzie znaczna miniaturyzacja przyrządu podnosi komfort pracy. Konstrukcja przyrządów została pomyślana tak, aby operator większość czynności związanych z przełączaniem zakresów i funkcji mógł wykonać jedną ręką. Kolejną, równie istotną zaletą prezentowanych mierników jest wbudowany diodowy podświet-lacz wyświetlacza, dzięki czemu możliwe jest wykonywanie pomiarów także w miejscach pozbawionych oświetlenia.
Wspólną cechą obydwu przyrządów jest zastosowanie identycznych obudów, które są dość dobrze dostosowane do trzymania w ręce. W rękojeści przyrządu znajdują się ogniwa zasilające (4xR03], natomiast w górnej, rozszerzającej się części obudowy znajduje się wyświetlacz LCD, trzy przyciski funkcyjne oraz przesuwny włącznik, spełniający jednocześnie rolę selektora funkcji. Obydwa przyrządy są ponadto standardowo wyposażone w estetyczne pokrowce oraz dwa kable pomiarowe z końcówkami, długi kabel masy oraz izolowany zacisk krokodylkowy.
Pomimo zbliżonej charakterystyki ogólnej, mierniki CHY67B i CHY67C różnią się znacznie możliwościami. Miernik CHY67B można wykorzystać do pomiaru napięć stałych i zmiennych w zakresie 3 20mV..600V, rezystancji w przedziale 320O..32MO, a także spadku napięcia na złączu diod półprzewodnikowych i wykrywania zwarć. Jak widać, liczba dostępnych funkcji nie jest zbyt duża, co jest w pewnym stopniu rekompensowane przez 32-segmentowy bargraf (linijka semi-analogowa, próbkowanie 12Hz] oraz znaczną pojemność licznika
wskazań - maksymalne wskazanie wynosi bowiem 3200. Dzięki funkcji automatycznego odłączania zasilania, nieużywany miernik jest wyłączany po 10 minutach, a pod-świetlacz wyświetlacza po 30 s. Pomocny podczas pomiarów będzie automatyczny dobór zakresu pomiarowego oraz funkcja zatrzymania wyniku pomiaru - Hołd.
Nieco inny zestaw funkcji pomiarowych oferuje miernik CHY67C. Oprócz standardowego zestawu funkcji (pomiar napięcia AC/DC, rezystancji, testera zwarć i diod, funkcja Hołd) CHY67C potrafi zmierzyć pojemność kondensatorów w przedziale 250nF..25|lF, częstotliwość do 5MHz (czułość wejściowa wynosi lVl]ns)l współczynnik wypełnienia (10..90%] oraz temperaturę. Do pomiaru temperatury niezbędna jest sonda ,,K", która wchodzi w skład zestawu. W odróżnieniu od CHY67B miernik CHY67C nie ma bargrafu, a maksymalne wskazanie wynosi 2500 (częstotliwość próbkowania 2,5Hz]. W CHY67C nieco inaczej pracuje system oszczędzania energii - automatyczny wyłącznik odcina zasilanie po 30 minutach braku aktywności użytkownika, podświet-lacz wyświetlacza nie jest natomiast wyłączany automatycznie.
Prezentowane przyrządy są - ze względu na cenę i oferowane możliwości - dość atrakcyjną propozycją, zwłaszcza dla użytkowników prowadzących często pomiary terenowe. Niewątpliwą wadą mierników - charakterystyczną także dla innych przyrządów tej klasy - jest brak możliwości pomiaru natężenia prądu. Wynika to z ograniczonego miejsca we wnętrzu obudowy (boczniki prądowe oraz bezpiecznik przeciążeniowy zajmują dość dużo miejsca]. Deklarowana przez producenta dokładność pomiarów nie jest duża, ale w pełni wytłumaczalna ceną przyrządów. Ważne jest natomiast to, że obwody pomiarowe zostały zabezpieczone przed możliwością przypadkowego uszkodzenia - a przecież bardzo ważne jest, aby miernik służył w trudnych warunkach jak najdłużej. Andrzej Gawryluk, AVT
Przyrządy udostępniła firma Biali (tsl. (0-53] 345-27-36].
36
Elektronika Praktyczna 7/99
SPRZĘT
TDS224 - nowy oscyloskop cyfrowy rodziny TDS200 firmy Tektronix
Czterokanałowy "jamnik"
Oscyloskopy serii TDS200
produkowane przez firmę
Tektronix należą do grupy
najtańszych oscyloskopów
cyfrowych, przeznaczonych do
prac serwisowych. Są one także
doskonałą propozycją dla małych
laboratoriów pomiarowych.
Charakterystycznymi cechami
przyrządów tej serii są niewielkie
wymiary (oscyloskop jest mniejszy
od małych przenośnych
radiomagnetofonów typu
"jamnik"), a także niewiarygodnie
mały ciężar - 3,6kg,
z kompletnym opakowaniem
i standardowym wyposażeniem!
* #.
Tab. 1. Podstawowe parametry oscyloskopu TDS224:
/ szybkośćpróbkowama(wkazdyrn kanale) 1Gs/s, / pojemność pamięci próbek (na kanał) 2500, / rozdzielczość przetwornika A/C (w każdym kanale)
8 bitów,
/ częstothwośćpasrnakanałówY 100MHZ, / liczba kanałów 4, / podstawaczasu 5ns 5s/działkę, / liczba języków interfejsu graficznego 10 (brak
polskiego), / możliwość wybrania stopnia podziału napięcia
sondy pomiarowej x1, x1 0, x100,x1000, / standardowe wyzwalanie synchronicznie
z sygnałem wideo (NTSC, PAL, SECAM), / możliwość odczytu parametrów pomiędzy
kursorarniX i Y, / automatycznypomiar
y wartości skutecznej amplitudy RMS przebiegu,
y wartości średniej amplitudy przebiegu,
y wartości rniędzyszczytowej,
y okresu,
y częstotliwości,
y opcjonalnie czas narastania/opadania,
y opcjonalnie szerokość dodatnia/ujemna
przebiegu, / opcjonalnie dostępne interfejsy (RS232, GPIB,
Centronics) oraz oprogramowanie narzędziowe, torba, / rozdzielczość wyświetlacza LCD (5,7") 320x240
punktów, / pobórrnocy poniżej 35VA
W ramach serii TDS200 dostępne były do niedawna dwa oscyloskopy dwu kanał owe o różnej częstotliwości granicznej wzmacniaczy wejściowych toru Y (TDS210 - 60MHz, TDS220 - lOOMHz] i próbkowaniem lGs/s. Każdy oscyloskop jest wyposażony w pamięć o pojemności 2500 próbek/kanał, wewnętrzny moduł realizujący operacje arytmetyczne na mierzonym sygnale (w tym pomiar czasu, częstotliwości, amplitudy, uśrednianie, dodawanie i odejmowanie pomiędzy kanałami, pomiar czasu narastania/opadania zbocza sygnału - wymaga modułu TDS2MM, itp.], rozbudowane możliwości wyzwalania (w tym synchronizacja z sygnałem wideo, a także po zastosowaniu modułu TDS2MM - wybranym zboczem, filtrowanie sygnału wyzwalającego] oraz wbudowany interfejs umożliwiający współpracę oscyloskopu z zewnętrznymi interfejsami (RS232, GPIB, Centronics]. Po zastosowaniu zewnętrznego modułu TDS2MM dostępna jest także szybka transformata Fouriera FFT oraz rozbudowane funkcje wyzwalania. Nieocenione usługi oddaje bardzo dobrze działająca funkcja Ai-iossi, dzięki której oscyloskop potrafi samodzielnie dobrać najbardziej korzystne nasta-,wy podstawy czasu i wzmocnienia amplitu-dy.
Interfejsy
Na tylnej ściance oscyloskopu znajduje się złącze umożliwiające dołączenie jednego z trzech opcjonalnie dostępnych interfej-
- TDS2HM - udostępnia on użytkownikowi interfejs Centronics (obsługuje drukarki igłowe, atramentowe, laserowe oraz niektóre plottery],
- TDS2CM - udostępnia on użytkownikowi interfejsy Centronics, RS232 i GPIB,
- TDS2MM - udostępnia on użytkownikowi interfejsy Centronics, RS232 i GPIB, zwiększa także możliwości pomiarowe przyrządu (wcześniej wspomniane].
Panel użytkownika
Wszystkie oscyloskopy serii TDS200 mają wbudowany monochromatyczny wyświetlacz graficzny LCD z możliwością regulacji kontrastu i automatyczną kompensacją wpływu temperatury na jakość wyświetla-
.lal xl
Ldyqo
Im* u mer* Manager
Rcadme
Tabfe LWrty O&alloecope8
Rys. 1,
Elektronika Praktyczna 7/99
39
SPRZĘT
nia. Prawa część wyświetlacza tworzy wraz z pięcioma przyciskami ulokowanymi wzdłuż jego krawędzi spełniają rolę kontekstowych regulatorów parametrów pomiaru oraz nastaw oscyloskopu. Funkcje przycisków zmieniają się w zależności od aktualnie wybranych przez użytkownika nastaw i są określone przez opisy znajdujące się na wyświetlaczu.
Nowy przyrząd
Na początku kwietnia tego pojawił się na rynku nowy oscyloskop rodziny TDS200, tym razem 4-kanałowy, noszący oznaczenie TDS224. Jest on funkcjonalnie identyczny z TDS220, różni się tylko wbudowanymi dwoma dodatkowymi kanałami. Jest to więc przyrząd znacznie bardziej uniwersalny, co
- niestety - znajduje także odbicie w cenie przyrządu. Cechy funkcjonalne, możliwości pomiarowe, sposób obsługi i sterowania TDS224 jest identyczny z jego młodszymi "braćmi" i bardzo zbliżone do innych oscyloskopów Tektronixa. Podstawowe parametry TDS224 przedstawiono w tab. 1.
Komunikacja z otoczeniem
Jak wspominano wcześniej TDS2 24 jest przystosowany do współpracy z interfejsami, które pozwalają komunikować się mu ze światem zewnętrznym. W przypadku wykorzystywania złącza GPIB , oscyloskopem można sterować z poziomu dowolnego pakietu oprogramowania narzędziowego obsługującego ten interfejs. Nieco trudniejsze jest sterowanie przyrządem poprzez złącze RS232, ponieważ niewiele pakietów oprogramowania systemowego do laboratoriów pomiarowych potrafi go obsłużyć.
Chcąc maksymalnie uproście sterowanie oscyloskopu i jego zdalną konfigurację Tek-tronix opracował pakiet specjalnego oprogramowania (rys. 1], w skład którego wchodzi m. in. program WaveStar- (rys. 2], który pozwala w inteligentny sposób gromadzie wyniki pomiarów i elastycznie je obrabiać oraz wyświetlać w wybranej przez użytkownika postaci. W ramach jednej sieci pomiarowej można łączyć wiele przyrządów pomiarowych i indywidualnie dobierać parametry współpracujących interfejsów (rys. 3]. W skład zestawu oprogramowania wchodzą także pro-
gramy: Promy oraz Instrument Manager, które odpowiadają za poprawne funkcjonowanie systemu pomiarowego oraz jego konfigurację. Istotną wadą prezentowanego pakietu jest fakt, że trzeba za nie dodatkowo zapłacie. Andrzej Gawryluk, AVT
Prezentowany w artykule przyrząd udostępniła redakcji firma TesPoI [iel. (0-71) 336-75-20}.
Według informacji udzielonej przez dystrybutora moduł TDS2HM wycofywany jest z oferty.
Rys. 3.
40
Elektronika Praktyczna 7/99
PROJEKTY
Robot, część 1
(a właściwie jego ręka)
AVT-821
Urzą dzenia, które w tym
miesiącu zdobi naszą okładkę
jest niestandardowe
i niebanalne. Jak zapewnia
autor opracowania, jego robot
może służyć nie tylko do
nalewania piwa...
PROJEKT Z OKŁADKI
Układ, który za chwilę wykonamy, trzeba będzie wypróbować praktycznie na działającym modelu. I tu pozwolę sobie zaproponować Warn coś zupełnie nowego, coś, czym nie zajmowało się jeszcze żadne pismo dla elektroników wychodzące w Polsce. Coś z "Gwiezdnych wojen", coś bardzo atrakcyjnego dla miłośników scien-ce fiction. Z pewnością pamiętacie znakomity film "Saturn 3", w którym główną rolę zagrał właściwie nie Kirk Douglas, ale znakomicie skonstruowany i przystosowany do potrzeb filmu robot. Być może wielu z Was oglądało bardzo sympatyczny film "Short Circuit", w którym także głównym bohaterem był perfekcyjnie zbudowany, uroczy robocik.
Z tym robotem to trochę przesadziłem: tak naprawdę, to zbudujemy tylko jego najważniejszą część: rękę o kilku stopniach swobody zaopatrzoną w "łapę" mogącą chwytać i przytrzymywać z dużą siłą najróżniejsze przedmioty. Do wykonania ręki robota użyjemy oczywiście serwomechanizmów modelarskich. No właśnie, sądzę, że wielu Czytelników z przerażeniem myśli o czekających ich pracach mechanicznych, o przycinaniu i wyginaniu blaszanych kształtek i o innych tego typu okropień-stwach. Mylicie się, moi Drodzy! Do wykonania ręki robota będziecie potrzebować w zasadzie tylko lutownicy, garstki śrubek M3 z nakrętkami i śrubokręta! Wszystkie potrzebne elementy mechaniczne otrzymacie gotowe, w postaci dość nietypowego kitu zawierającego
płytki laminatu zastosowane do budowy jako główne elementy ręki robota. Tak, to nie pomyłka w druku, z laminatu epoksydowo - szklanego możemy wykonać kształtki, które posłużą nam do budowy dość skomplikowanej maszyny! Laminat posiada wystarczającą odporność mechaniczną, a wykonane z niego elementy możemy łatwo łączyć ze sobą za pomocą lutowania. Przygotowałem zestaw gotowych płytek, z którego będziecie mogli wykonać ramię robota o czterech stopniach swobody ruchu, co wydaje się być zupełnie wystarczające w większości konstrukcji amatorskich.
A teraz przysłowiowy "kubeł zimnej wody": porywamy się na coś, na czym niejeden zespół konstruktorski połamał sobie zęby. Będziemy naśladować naturę lub Siłę Wyższą, której istoty nie znamy. Nie sądzę, aby przy obecnym stanie techniki było możliwe skonstruowanie czegoś, co chociaż w przybliżeniu mogłoby naśladować precyzję i wielofunkcyjność ręki człowieka. Jednak do wykonywania prostych czynności nasze urządzenie będzie się nadawać bardzo dobrze, a ponadto jeszcze raz powtarzam: chodzi tu przede wszystkim o naprawdę wyśmienitą zabawę.
Opis działania
Schemat elektryczny komputerowego sterownika ośmiu serwomechanizmów pokazano na rys. 1. Zanim jednak przejdziemy do jego analizy, uściślijmy jakie zadania ma wykonywać zbudowany układ.
42
Elektronika Praktyczna 7/99
Robot
53333353 5SSS8SBS 08
53333353 5S338BB8 08
53333853
5S83BSB8 08
53333353 5SSS8SBS 08
53333853 533SSSSS uo
53333353
58838SSS uo
5SS38858
?383HBS8
3533333533
53833853 5333SSS3 uo
isisis s a a a s a a
Rys. 1. Schemat elektryczny "ręki" robota.
Elektronika Praktyczna 7/99
43
Robot
Podstawową funkcją urządzenia jest wysyłanie na wejścia ośmiu serwomechanizmów impulsów dodatnich o czasie trwania od ok. 0,5 do ok. 2,5ms. Czas ten powinien być regulowany w podanym zakresie za pomocą poleceń wydawanych z klawiatury komputera. Układ, a właściwie współpracujące z nim oprogramowanie, musi umożliwiać zapamiętanie w dowolnym momencie czasu trwania wszystkich impulsów aktualnie wysyłanych do serw i zapisania informacji o tym na dysku.
Jak łatwo zauważyć przyglądając się schematowi, układ można podzielić na dwie części: jedna z nich, przeznaczona do współpracy z komputerem, oddzielona jest od części wykonawczej blokiem pamięci zbudowanej z ośmiu buforów typu 74LS5 74. Takie rozwiązanie pozwoliło na odciążenie komputera i pozostawienie mu czasu na wykonywanie operacji nie związanych bezpośrednio ze sterowaniem serwami. Zajmijmy się najpierw blokiem przeznaczony do współpracy z komputerem.
Wysyłanie do układu informacji o wymaganych aktualnych położeniach serwomechanizmów odbywa się magistralą danych interfejsu CENTRONICS, natomiast rejestr dwukierunkowy tego interfejsu ma za zadanie sterować zapisem danych do właściwych komórek pamięci. Informacja o aktualnym położeniu każdego z serwomechanizmów przechowywana jest w ośmiu buforach IC9, IC13..IC19. W momencie, kiedy komputer otrzyma sygnał (podany z klawiatury lub w inny sposób), że zawartość jednego z buforów ma zostać zmieniona, muszą zostać wykonane następujące czynności:
1. Na magistralę danych interfejsu CENTRONICS musi zostać wysłana właściwa liczba, zawierająca się w zakresie od 0 do 255.
2. Na wyjściu SELECT rejestru dwukierunkowego utrzymywany jest zwykle stan wysoki i w związku z tym na wszystkich wejściach zegarowych buforów 74LS574 wymuszony jest stan wysoki.
W momencie zapisu danych komputer wysyła do tego rejestru liczbę będącą adresem odpowiedniego bufora, a następnie ponownie ustawia na wyjściu SELECT stan wysoki. Efektem wykonania tych czynności będzie powstanie na wejściu zegarowym właściwego rejestru krótkiego impulsu ujemne-
go, który spowoduje przepisanie danych z interfejsu CENTRONICS do tego bufora.
Są to w zasadzie wszystkie czynności, jakie musi wykonywać komputer podczas obsługi naszego sterownika.
Już na samym początku projektowania tego układu napotkałem na poważny problem, który na szczęście udało mi się w prosty sposób rozwiązać. Jak wiemy z lektury poprzednich artykułów opisujących układy przeznaczone do sterowania serwomechanizmami, na wejście sterujące serwa muszą być dostarczane impulsy prostokątne o czasie trwania od 1 do 2 ms. Wiemy także, że są to wartości przyjęte w standardzie stosowanym w radiomodelarstwie i powodują zmianę kąta ustawienia wału napędowego serwa o 90� lub 60� (w zależności od typu serwomechanizmu). Pamiętamy także, że z łatwością możemy "zmusić" standardowy serwomechanizm do obrotu o kąt znacznie większy od typowego, i że jego wartość może nawet przekroczyć 180�. Takie serwo musimy sterować impulsami o czasie trwania od ok. 0,5 do ok. 3 ms. W opisywanym obecnie układzie informacja o aktualnym położeniu każdego serwa przekazywana jest z komputera cyfrowo, w postaci słowa ośmiobitowego. Załóżmy więc, że impulsowi o szerokości 2 ms odpowiada wartość 255. A zatem zakładając, że stosujemy proste, liniowe przetwarzanie cyfrowo - analogowe, aby uzyskać impuls
0 czasie trwania 1 ms powinniśmy na magistralę danych wysłać liczbę równą 127, uzyskując w ten sposób raster równy 128 kroków, co w wielu wypadkach może okazać się zbyt małą wartością, uniemożliwiającą precyzyjne pozycjonowanie serwomechanizmów. W przypadku sterowania impulsami o mniejszej i większej długości od przyjętej w aparaturach RC, sytuacja byłaby nieco lepsza, ale
1 tak liczba z zakresu 0..58 byłaby "marnowana", ponieważ wartości te reprezentowałyby czas impulsu krótszy od najkrótszego stosowanego do sterowania serwem.
Rozwiązanie tego problemu okazało się stosunkowo proste. W przyjętym przeze mnie rozwiązaniu impuls wyjściowy składa się jakby z dwóch części: jednej o czasie trwania 1 ms (lub 0,5 ms przy niestandardowym sterowaniu serwa) i drugiej, zmienianej w zakre-
sie 0..1ms (0..2ms), której czas trwania określony jest słowem oś-miobitowym wysyłanym przez komputer na magistralę danych. A zatem, w każdym przypadku raster wynosić będzie 255 kroków, co umożliwia bardzo precyzyjne pozycjonowanie wału napędowego serwomechanizmu. Część układu odpowiedzialna za bezpośrednie sterowanie serwami pracuje w pętli, tak że dość trudno znaleźć właściwy moment do rozpoczęcia analizy układu. Rozpocznijmy więc może od momentu, w którym układ IC7 - NE555 wygenerował jeden z impulsów "wyrównujących" (z przedziału od ok. 0,5 do 1 ms)
0 czasie trwania określonym rezystancją R3+PR2 i pojemnością C3. Opadające zbocze impulsu wygenerowanego przez IC7 powoduje wystąpienie następujących zjawisk:
1. Zmianę stanu licznika binarnego IC5B o 1. Załóżmy, że na wyjściu tego licznika mamy stan 0000. Wyjścia licznika IC7 dołączone są do wejść dwóch dekoderów BCD - 1 z 10, ICH -74LS42 i IC4 - 4028. A zatem, na wyjściu "0" dekodera ICH pojawia się w tym momencie stan niski, co powoduje, że na wyjściach bufora IC13, będących do tej pory w stanie wysokiej impe-dancji, pojawiają się dane wpisane do niego uprzednio przez komputer. Dane te przekazywane są na wejścia ustawiające rewer-syjnych liczników binarnych IC2
1 IC3 - 40193.
Na wyjściu 3 złącza CONl, do którego dołączony jest pierwszy serwomechanizm, pojawia się stan wysoki przekazywany z wyjścia Q0 dekodera IC4, co dla układu elektronicznego wbudowanego w serwo jest sygnałem o rozpoczęciu generacji impulsu sterującego.
2. Opadające zbocze sygnału na wyjściu Q układu IC7 powoduje wygenerowanie za pośrednictwem kondensatora C10 krótkiego impulsu ujemnego na wejściach ładowania (LOAD) liczników IC2 i IC3. Od tego momentu w rejestrach tych liczników znajduje się ośmiobito-wa liczba, przekazana tam z aktualnie aktywnego bufora IC13.
Dane techniczne standardowego serwomechanizmu firmy HITEC typu HS300:
Napięcie zasilania: typowe, 4,8..6VDC; Kąt obrotu przy sterowaniu typowymi impulsami (1..2ms): 60�; Kąt obrotu przy sterowaniu impulsami 0,5..3ms: 190�.
44
Elektronika Praktyczna 7/99
Robot
3. Kolejnym następstwem pojawienia się stanu niskiego na wyjściu układu IC7 (multiwibratora monostabilnego) jest zezwolenie na pracę multiwibratora astabilnego zbudowanego na drugim układzie NE555 - IC6. Podczas trwania impulsu "wyrównującego" generowanego przez IC7, układ ten był zablokowany stanem niskim panującym na jego wejściu zerującym R.
A zatem podsumujmy: po zaistnieniu wszystkich opisanych zdarzeń, liczniki IC2 i IC3 rozpoczynają zliczanie w dół, od liczby określającej położenie wału napędowego pierwszego serwomechanizmu. Zliczanie trwa aż do momentu osiągnięcia przez te liczniki stanu 00000000, kiedy to na wyjściu przeniesienia BO licznika IC3 pojawi się stan niski. Spowoduje to powstanie krótkiego impulsu ujemnego na wejściu wyzwalającym multiwibratora monostabilnego IC7 i rozpoczęcie przez ten układ generacji impulsu "wyrównującego". Zwróćmy uwagę, że na wyjściu 3 CONl panuje jeszcze stan wysoki i czas trwania impulsu generowanego przez IC7 zostanie dodany do czasu zliczania określonego liczbą podaną na wejścia liczników IC2 i IC3.
Zakończenie generacji impulsu przez IC7 spowoduje zmianę stanu licznika IC5B o 1. Na wyjściu 3 CONl pojawi się stan niski, co dla elektronicznego układu wbudowanego w serwo jest sygnałem o końcu impulsu sterującego. Otwarty zostanie kolejny bufor - IC14, jego zawartość zostanie przepisana do rejestrów liczników IC2 i IC3 i opisane wyżej zjawiska będą się powtarzać aż do wyłączenia zasilania.
Warto zauważyć, że część układu sterująca bezpośrednio serwomechanizmami może pracować niezależnie od komputera. Po wpisaniu przez komputer właściwych danych do rejestrów, układ pracuje samodzielnie, utrzymując wały napędowe serwomechanizmów w zadanej pozycji. Komputer interweniuje dopiero w momencie, kiedy zajdzie konieczność ponownego pozycjonowania serwomechanizmów. Daje do duże możliwości konstruktorom i programistom, umożliwiając wykorzystane "wolnego czasu" komputera do obsługi innych urządzeń, np. czujników dołączonych do rejestru wejściowego interfejsu CENTRONICS.
c? m złącza caru-care i i i i i iF PRl | IC6 . a. . .X " JPl r^
y J ó 5 li
JCDN1D 1 J 9 8674SIC4 " citJI-S! ST 1 -g
g 0
Ił "T _L .C6^ �JL
llff "1"
O " o � AmU Tf"11 PR2 IC3 IC2 .:> ii
o c o t o - [______||; o
]>

o = Li m" -+ 1-
� 3 a C4 � s J_
* d d o d 0 O
:s d 0 e ii w w o d o o ii
^ d d d d d d _ o d d o d
o d d d d d d d d d d d d d o d o d o o d o d o
** o d c d d d d o d o o d
d d d d d d d _ o d d o d
o d d d d d d o d o o d
IC12 C13 IC1< IC19 :ci6 IC9 IC19 IC1& IC17 ^^
o
Rys. 2. Rozmieszczenie elementów na
Należy powiedzieć jeszcze parę słów na temat generatorów zbudowanych na IC6 i IC7. W zależności od przyjętego trybu pracy układ IC7 powinien generować impuls o długości dokładnie 1 ms (w przypadku stosowania standardu przyjętego w aparaturach RC) lub impuls o długości ustalanej najczęściej doświadczalnie i wynoszącej ok. 0,5 ms. (w przypadku, jeżeli zdecydujemy się wykorzystywać maksymalny, możliwy do osiągnięcia kąt obrotu wałów serwomechanizmów). Częstotliwość pracy generatora zbudowanego na układzie IC6 także ściśle zależy od przyjętego trybu pracy. W przypadku korzystania z standardowego kąta obrotu wałów serw powinna wynosić dokładnie 255kHz, natomiast jeżeli będzie nam zależało na zwiększeniu tego kąta do 180� lub więcej stopni, należy ją zwiększyć do około 600..650kHz.
Na zakończenie warto powiedzieć jeszcze parę słów na temat zasilania naszego sterownika serwomechanizmów. Układ, podobnie jak każdy wykorzystujący technologię TTL, wymaga zasilania napięciem 5VDC, najlepiej stabilizowanym. Natomiast serwomechanizmy modelarskie mogą poprawnie pracować w zakresie napięć od 4,8 do 6VDC. Z pozoru sprawa jest więc prosta: należy cały układ włącznie z serwami zasilić napięciem 5V i po kłopocie. Niestety, nie jest to aż tak proste, a powodem powstawania problemów jest duży prąd pobierany przez serwomechanizmy. Jedno serwo może, pokonując duże obciążenie, pobrać z zasilacza prąd o wartości do 1A. Ponieważ zasady
płytce drukowanej.
projektowania zasilaczy do układów elektronicznych nakazują wykonać zasilacz pracujący poprawnie nawet w najbardziej krytycznej sytuacji, musielibyśmy zastosować źródło prądu o napięciu 5V i obciążalności prądowej minimum 8,5A. Jest to zadanie oczywiście wykonalne, ale dość kłopotliwe w praktycznej realizacji. Dlatego też sugerowałbym zastosowanie innego rozwiązania. Jeżeli nie będzie zachodziła konieczność pracy układu przez dłuższy czas bez jakichkolwiek przerw, to można pomyśleć o zasileniu go z okresowo dołado-wywanego akumulatora o pojemności rzędu lOAh, najlepiej kwasowego, tzw. niewylewnego. Rozwiązuje to problem wydajności prądowej źródła zasilania, natomiast pojawia się inny kłopot: akumulator dostarcza napięcie 6,2V, którym nie można bezpośrednio zasilać układów TTL. Dlatego też zastosowałem dwie diody Dl i D2, których zadaniem jest redukcja napięcia wejściowego podanego na złącze CON10 o 1,2V. Jeżeli będziemy korzystali z zasilacza o napięciu 5V, to jumper JPl musi być ustawiony w pozycji przeciwnej do pokazanej na schemacie. Jeżeli do zasilania układu wykorzystamy akumulator, to jumper JPl musi dołączyć zasilanie części cyfrowej układu do diody D2.
Montaż i uruchomienie
Na rys. 2 pokazano rozmieszczenie elementów na dwustronnej płytce drukowanej, której widoki mozaiki ścieżek znajdują się na wkładce wewnątrz numeru.
Elektronika Praktyczna 7/99
45
Robot
Zmontowany ze sprawdzonych elementów układ nie wymaga uruchamiania, ale jedynie prostej regulacji polegającej na ustawieniu czasu trwania impulsu generowanego przez IC7 i częstotliwości pracy generatora z IC6. Jeżeli zdecydujemy się na stosowanie standardów używanych w układach radiowego sterowania proporcjonalnego, to sprawa jest prosta: ustawiamy długość impulsu IC7 na 1 ms, a częstotliwość na wyjściu IC6 na 255kHz. Jednak nasz układ przeznaczony jest przede wszystkim do sterowania robotami i nie sądzę, aby kąt obrotu wałów serwomechanizmów wynoszący 60� mógł okazać się wystarczający np. przy budowie ręki robota. Dlatego też przypuszczam, że większość z Was zdecyduje się na sterowanie serwami w pełnym zakresie ich kąta obrotu i będzie zmuszonych do dokonania regulacji układu metodą doświadczalną, na szczęście trywialnie prostą. Kolejność postępowania będzie następująca:
1. Do wszystkich rejestrów pamięci układu zapisujemy liczbę 0. Możemy to uczynić za pomocą prostego programu napisanego w języku BASIC, którego listing zamieszczam poniżej. Program ten
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
PRL PR2: potencjometr
regulacyjny miniaturowy 200kO
Rl, R3, R5: 10kO
R2: 33kO
R4: 4,7kQ
Kondensatory
Cl, C3, C4, Có: lOnF
C2: lOOpF
C8, C5: lOOnF
C9, Có: 1000|iF/lóV
CIO: lnF
Półprzewodniki
DL D2: 1N4001 lub odpowiednik
IC1, ICH: 74LS42
IC2, IC3: 74LS193
IC4: 4028
IC5: 74LS393
IC6, IC7: NE555
IC8: 74LS02
IC9, IC13, IC14, IC15, IC16, IC17,
IC18, IC19: 74LS574
IC10, IC12: 4050
Różne
CON1..CON8: 3 x goldpin
CON9: kątowe złącze
Centronics-36
CON10: ARK2
JP1: jumper + 3 goldpin
jest jednocześnie przykładem, jakie procedury utworzone w tym języku potrzebne są do napisania prostego programu obsługującego zbudowany przez nas układ.
OUT &H37 8, 0 GOSUB ZA GOSUB ZB GOSUB ZC GOSUB ZD GOSUB ZE GOSUB ZF GOSUB ZG GOSUB ZH
ZA:
OUT &H37A, 11
FOR R = 1 I TO 5 :
OUT &H37A, 3
RETURN
ZB:
OUT &H37A, 10
FOR R = 1 I TO 5:
OUT &H37A, 3
RETURN
ZC:
OUT &H37A, 9
FOR R = 1 I TO 5 :
OUT &H37A, 3
RETURN
ZD:
OUT &H37A, 8
FOR R = 1 I TO 5 :
OUT &H37A, 3
RETURN
ZE:
OUT &H37A, 15
FOR R = 1 I TO 5 :
OUT &H37A, 3
ZF:
OUT &H37A, 14
FOR R = 1 I TO 5 :
OUT &H37A, 3
RETURN
ZG:
OUT &H37A, 13
FOR R = 1 I TO 5:
OUT &H37A, 3
RETURN
ZH:
OUT &H37A, 12
FOR R = 1 I TO 5:
OUT &H37A, 3
RETURN
2. Do któregokolwiek z wyjść CON1..CON8 dołączamy standardowy serwomechanizm modelarski i obserwujemy jego zachowanie podczas obracania potencjometrem montażowym PR2. Wał napędowy serwa będzie się poruszał wraz ze zmianą położenia PR2, ale z pewnością natrafimy na moment, w którym dalszy obrót wału nie będzie możliwy, a serwomechanizm zacz-
nie wydawać z siebie ciche brzęczenie. Oznacza to, że długość impulsu generowanego przez IC7 przekroczyła minimalną wartość. Następnie obracamy powoli ośkę PR2 w kierunku przeciwnym niż poprzednio, aż do uzyskania minimalnego poruszenia wału napędowego. W takim położeniu pozostawiamy PR2 wiedząc, że osiągnęliśmy najmniejszy kąt ustawienia wałów napędowych serw.
3. Kolejną czynnością będzie ustawienie częstotliwości impulsów generowanych przez IC6, od której zależy maksymalny kąt obrotu wałów napędowych serwomechanizmów. Do wszystkich rejestrów pamięci układu wpisujemy teraz liczbę 255. Za pomocą potencjometru montażowego PRl ustawiamy, w sposób analogiczny do opisanego wyżej, maksymalne wychylenie wału napędowego serwa dołączonego do jednego z wyjść CON1..CON8.
Po wykonaniu powyższych czynności możemy uznać nasz układ za sprawny i rozpocząć jego eksploatację. Jak już wspominałem, na początek proponuję Warn świetną zabawę: wykonanie ręki robota, do której zbudowania będziecie potrzebować jedynie śrubokręta i garstki śrubek M3 z nakrętkami (zakładam, że lutownicę każdy z Was już posiada)!
Pozwoliłem sobie przygotować dla Was bardzo nietypowy kit, składający się z równie nietypowych płytek drukowanych, będących w rzeczywistości mechanicznymi elementami konstrukcyjnymi. Aby zbudować robota wystarczy jedynie zlutować ze sobą odpowiednie kształtki i skręcić całość śrubkami. Zawarte w kicie płytki pozwolą na budowę ręki robota o czterech stopniach swobody oraz "łapy" mogącej chwytać i przenosić przedmioty o wadze do 500g. Jak już wspomniałem, lepsze rezultaty można osiągnąć stosując serwomechanizmy modelarskie o zwiększonym momencie obrotowym, stosowane np. przy budowie wyczynowych modeli samolotów akrobacyjnych. Niestety, takie serwa są bardzo kosztowne i ich zastosowanie wiąże się z kilkakrotnym zwiększeniem kosztów budowy robota. Zbgniew Raabe, AVT [e-mail]
Serwomechanizmy modelarskie już w ofercie handlowej AVT!
46
Elektronika Praktyczna 7/99
Projekty Czytelników
2C w kolejnej odsłonie - tym razem pracuje komputer PC sterowany odpowiednim programem, a urzqdzenie widoczne na zdjęciu spełnia tylko rolę prostego bufora. Str. 91
Generator efektu zbliżonego do Leslie
Jest to, co prawda, tylko nieudolna kopia mechanicze-go efektu Leslie, ale fanom elektroakustycznych eksperymentów dostarczy całe mnóstwo radości. Str. 49.
ESYM8 ^
W artykule przedstawiamy emulator pamięci EPROM opracowany w bydgoskiej firmie Elprod. Str. 36.
Nagrywarka dla układów ISD2500
Przy pomocy tego urzq-dzenia bez trudu nagrasz kilka komunikatów wjed-nym układzie serii ISD2500. Str. 53.
8 Pin Pong A
Microchip zaprasza do gry! Jakiej i dlaczego - sprawdźcie na str. 29.
Wysokosprawny stabilizator warsztatowy
Konstrukcja, którq prezentujemy dowodzi, że wykonanie zasilacza impulsowego może być naprawdę łatwe. Str. 79.
Telefoniczny mostek ^
Kończymy opis konstrukcji, która -już to czujemy - interesuje bardzo wielu naszych Czytelników. Str. 71.
Elektroniczny "bęben"
Kochacie takie urzqdzenia! Specjalnie dla Was, na str. 8 elektroniczny "bęben"!
Obrotomierz z czujnikiem optycznym
Oryginalne rozwiqzanie pomiaru prędkości obrotowej elementów mechanicznych -zamiast mechanicznego impulsatora autor zastosował czujnik optyczny, który "widzi" obraca-jqcy się obiekt. Szczegóły na str. 59.
TOPowy zasilacz-ładowarka
Dość skomplikowana konstrukcja, ale jakie parametry! A wszystko dzięki układowi TOPSwitch. Str. 63.
Elektronika Praktyczna 1/99
AXL202...
...czyli jak mierzyć przyspieszenia. Szczegóły na str. 32.
Atmel-Cupl...
...za darmo! Z artykułu dowiecie się jak zdobyć fantastyczne narzędzie do projektowania Ą prostych układów PLD. Str. 33.


mnmntem

kw�H rl i



AZILOGowe DSP
Prezentacja narzędzi dla procesorów DSP firmy Zilog, str. 27.
EDWin w praktyce
Tym razem jest to naprawdę ostatnia część "serialu" poświęconego EDWinowi. Prezentujemy w niej moduł do analizy elektromagnetycznej projektowanej płytki drukowanej. Str. 40.
IKA
Nr 73
styczeń '99
Spis treści rocznika 1998...............................................8
Świat hobby Projekty zagraniczne
Tester tranzystorów współpracujqcy z komputerem PC 13
Elektor w EP ^^^^^^^^^^^^^^^^H
U2514B -cyfrowo strojony odbiornik AM/FM...................21
Zabezpieczanie portów l/O przed ESD, część 2
Atmel fanom PLD
EDWin krok po kroku, część 5
24
33 40
ZILOGowe DSP.....................................................................27
8 Pin Pong............................................................................29
XL202 - zestaw demonstracyjny firmy Analog Devices , 32
ESYM8.................................................................................-,/3ó
Portable PCIII.......................................................................37
ChipGuik..............................................................................38
Zasilacze sieciowe firmy Tatarek.......................................39
_Ęjojekty
Multimedialny wzmacniacz 3D, część 1 Generator efektu zbliżonego do "Leslie" Nagr/warka dla układów ISD2500 Obrotomierz z czujnikiem optycznym TOP-owy zasilacz-ładowarka Telefoniczny mostek, część 2
Miniprojekty
Wysokosprawny zasilacz warsztatowy Elektroniczny "bęben"
42 49 53 59 ó3 71
^
79 80
Nowe podzespoły.................,,,...........................................83
Projekty Czytelń i ków^^^^^^^^^^^^^^^^^^H
Prosty interfejs I2C................................................................91
Biblioteka EP...................................................................95:1
Forum................................................................................96*
Info Świat.........................................................................97
InfoKraj...........................................................................,99
Kramik+Rynek..............................................................
Listy.................................................................................108
Wykaz reklamodawcow............................................118
Ekspresowy Informator Elektroniczny.....................119 I
Wyniki konkursów........................................................108
Elektronika Praktyczna 1/99
7
PROJEKTY
Radiomikrofon FM
AVT-820
Miniaturowe nadajniczki
radiowe pracujące w zakresie
fal ultrakrótkich z mocą
kilku lub kilkunastu
miliwatów należą do
"żelaznego" repertuaru pism
przeznaczonych dla
elektroników. Aż dziw, że na
łamach Elektroniki Praktycznej
nie ukazał się dotąd opis
takiego układu, który
z pewnością wzbudziłby
zainteresowanie Czytelników.
Najwyższa więc pora, aby
naprawić to zaniedbanie.
Jak już wspomniałem, schematy miniaturowych nadajników FM były już wielokrotnie publikowane w pismach dla elektroników. Niestety, najczęściej były to układy, których jedyną zaletą była prostota i taniość, a wszystkich ich wad nie sposób wymienić. Przede wszystkim, w większości przypadków były to nadajniki FM jedynie z nazwy. Stosowany w tych, zwykle je dno tranzystorowych, układach sposób modulacji był czymś pośrednim pomiędzy modulacją częstotliwości i amplitudy, co w znaczący sposób wpływało na pogorszenie jakości odbieranego sygnału. Na stabilność pracy generatora w.cz. tych prostych ukła dzików miała istotny wpływ pojemność i indukcyjność anteny, co praktycznie uniemożliwiało korzystanie z tych nadajników w poruszającym się obiekcie lub trzymanych w ręce. Zasilanie układu z baterii i brak jakiejkolwiek stabilizacji napięcia także pogarszało stabilność częstotliwości generowanej fali nośnej.
Proponowany układ nie eliminuje wszystkich wad wspomnianych nadajniczków, ale jedynie znacznie je redukuje. Jednak wyniki prób przeprowadzonych z wykonanym prototypem okazały się na tyle zachęcające, że postanowiłem przekazać Czytelnikom jego opis. Układ jest banalnie prosty
w wykonaniu, nie wymaga uruchamiania ani wstępnego strojenia, a koszt jego wykonania to w zasadzie koszt zakupu dwóch tranzystorów w.cz. małej mocy i mikrofonu elektietowego. Nie musimy także obawiać się konieczności nawijania cewek: do wykonania będziemy mieli tylko jeden taki element, składający się z kilku zwojów srebrzanki!
Zakres zastosowań proponowanego układu może być bardzo szeroki. Może on pracować jako prosty radiomikrofon o niezbyt dobrych parametrach, oczywiście nie nadający się do nagłaśniania w salach kocertowych, ale zupełnie wystarczający podczas zabawy na szkolnej dyskotece.
Kolejnym zastosowaniem opisanego niżej układu może być nadzór nad bawiącymi się lub śpiącymi dziećmi. Mały pobór prądu umożliwia zastosowanie zasilania bateryjnego, co daje możliwość zamocowania nadajnika np. do wózka dziecinnego i zdalne nasłuchiwanie, czy nasza pociecha nie obudziła się. Idealnym miejscem do ukrycia nadajnika są wszelkiego rodzaju misie, przytu-lanki i inne tego rodzaju zabawki, których zwykle pełno jest w otoczeniu małego dziecka. Nadajnik o zbliżonej budowie wykorzystywałem w swoim czasie do nadzorowania mojej córki, która spała w ogrodzie oddalonym o jakieś 50
Elektronika Praktyczna 7/99
Radiomikrofon FM
Rys. 1. Schemat elektryczny radiomikrofonu.
metrów od domu. W głośniku odbiornika radiowego słychać było nawet oddech śpiącego dziecka!
Mam nadzieję, że naszym Czytelnikom nie przyjdą do głowy inne zastosowania miniaturowego nadajnika, mniej zgodne z przyjętymi powszechnie zasadami etyki, zdecydowanie potępiającej podsłuchiwanie i szpiegowanie.
Zanim jednak przejdziemy do opisu naszego nadajnika, chciałbym przekazać Wam moją prośbę. Wprawdzie nadajnik, który mam nadzieję wykonacie, odznacza się małą mocą wyjściową, ale dostrojony do niewłaściwej częstotliwości może dość skutecznie zakłócać odbiór radiowy w najbliższym otoczeniu. Dlatego też nie używajcie waszego nadajnika na częstotliwościach leżących w pobliżu częstotliwości pracy komercyjnych stacji nadawczych zakresu FM!
Opis działania
Schemat elektryczny nadajnika radiowego pokazano na rys. 1. Pomimo znacznej prostoty układu możemy podzielić go na trzy bloki funkcjonalne: generatora fali nośnej, układu modulacji częstotliwości i wzmacniacza w.cz.
1

Ty-4rTgTC%r
Rys. 2. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej.
Generator fali nośnej zbudowany został z wykorzystaniem tranzystora T2 typu BF199. Częstotliwość pracy tego generatora określona jest wartością induk-cyjności L2, pojemnością równolegle połączonych kondensatorów C5 i Cli oraz, co bardzo istotne, pojemnością szeregowo połączonych elementów: kondensatora C8 i diody pojemnościowej Dl. Częstotliwość pracy generatora możemy zmieniać w dość szerokich granicach za pomocą trymera Cli, co pozwala na dostrojenie nadajnika do "dziury" pomiędzy częstotliwościami stacji komercyjnych pracujących w zakresie FM.
Modulacja częstotliwości została zrealizowana za pomocą dołączonego do kolektora tranzystora Tl obwodu zawierającego diodę pojemnościową Dl. Pojemność tej diody uzależniona jest od przyłożonego do niej napięcia, które zmienia się proporcjonalnie do natężenia sygnału akustycznego docierającego do mikrofonu Ml. Z wartościami elementów takimi jak na schemacie uzyskujemy dewiację częstotliwości wynoszącą ok. 80kHz.
Obydwa opisane bloki: układu modulacji i generatora w.cz. zasilane są napięciem stabilizowanym pobieranym z wyjścia scalonego stabilizatora napięcia ICl.
Trzecim blokiem funkcjonalnym nadajnika jest wzmacniacz w.cz. zbudowany na tranzystorze Tl. Zadaniem wzmacniacza jest nie tylko wzmocnienie słabego
sygnału pobieranego z generatora w.cz., ale także odseparowanie go od anteny, której pojemność i in-dukcyjność mogłaby spowodować nie kontrolowane zmiany częstotliwości układu.
Układ powinien być zasilany napięciem stałym o wartości 9 lub 12V. W zależności od napięcia zasilania można zastosować stabilizator typu 78L06 (przy zasilaniu 9V) lub 78L09 (przy zasilaniu 12V). W przypadku krótkotrwałego korzystania z nadajnika można do jego zasilania wykorzystać baterię 12V stosowaną w pilotach do alarmów samochodowych, co pozwoli na znaczne zminiaturyzowanie całego urządzenia. Natomiast zastosowanie baterii 9V powinno zapewnić wielogodzinną pracę układu. W przypadku zastosowania nadajnika do pracy stacjonarnej można też pomyśleć o zastosowaniu zasilania sieciowego, najlepiej z tzw. "zasilacza wtyczkowego" 12V.
Montaż i uruchomienie
Na rys. 2 pokazano rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej. Widok mozaiki ścieżek płytki znajduje się na wkładce wewnątrz numeru. Płytka została zaprojektowana na laminacie jed-
Cswkal_2
L4mm
u Płytka u
Rys. 3. Sposób wykonania cewki L2.
50
Elektronika Praktyczna 7/99
Radiomikrofon FM
nostronnym, a ze względu na nieco "szpiegowski" charakter układu elementy zostały maksymalnie gęsto upakowane, co pozwoliła na radykalne zmniejszenie wymiarów płytki. Może to spowodować pewne trudności podczas montażu, ponieważ napisy na stronie opisowej, identyfikujące poszczególne podzespoły, są niezbyt czytelne.
Jeżeli będzie nam zależeć na dalszym zmniejszeniu wymiarów płytki obwodu drukowanego, to możemy obciąć jej krawędzie, rezygnując z wykorzystywania otworów na śrubki mocujące (miejsca przycięcia płytki zaznaczone są grubą linią na stronie opisowej).
Montaż układu rozpoczniemy od wlutowania zwory, której końce oznaczone są symbolami "z", a punkty lutownicze mają kształt kwadratowy. Pozostałe elementy lutujemy według ogólnie znanych zasad, pozostawiając na koniec wykonanie i zamontowanie cewki L2.
Cewkę L2 wykonamy z odcinka srebrzanki o przekroju ok. 0,5mm, lub z kawałka drutu miedzianego w emalii. Cewkę nawijamy na wzorcu o średnicy 4mm, np. na wiertle, a następnie rozciągamy jej zwoje na długość ok. lcm i zgodnie z rys. 3 wlutowu-jemy w płytkę.
Jako antenę można wykorzystać odcinek przewodu o długości kilkunastu centymetrów lub, w przypadku pracy stacjonarnej, antenę teleskopową od odbiornika radiowego (takie rozwiązanie zastosowano w układzie modelowym).
Strojenie nadajnika będzie bardzo proste, jeżeli tylko wyposażymy się w specjalny śrubokręcik wykonany z tworzywa sztucznego. Ustawiamy odbiornik radiowy na zakres FM i dostrajamy do "przerwy" pomiędzy stacjami nadającymi na tym zakresie. Następnie pokręcamy ośką kondensatora zmiennego Cli aż do uzyskania czystego, pozbawionego zakłóceń odbioru. Zbigniew Raabe, AVT
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl: 22Q
R2: 43kQ
R3: 220O
R4: 33kQ
R5, R7: 10kO
R6: 3kQ
Kondensatory
Cl: 220pF
C2: 100^F/16V
C3, C9, CIO: lOOnF
C4: 220nF
C5: 18pF
Có, C12: 5pF
C7: 2,2nF
C8: 560pF
Cli: trymer miniaturowy 22pF
Półprzewodniki
Dl: BB105
IC1: 78LOÓ lub 78L09 (w kicie
78LOÓ)
Tl, T2: BF199
Różne
LI: dławik 22\iH
Ml: mikrofon elektretowy
Elektronika Praktyczna 7/99
51
PROJEKTY
Konwerter magistral l-Wire/RS232
AVT-824
Układy firmy Dallas cieszą
się dużą popularnością wśród
konstruktorów, ponieważ
bardzo często integrują
w sobie szereg funkcji
niespotykanych w układach
innych producentów. Wiele
spośród nich jest sterowanych
przez jednoprzewodową
magistralę danych, dla której
- niestety - trzeba zbudować
specjalny interfejs lub napisać
odpowiednie oprogramowanie.
Zauważyli to inżynierowie
z firmy Dallas i powstał
układ scalony DS2480.
Umożliwia on dołączenie
dowolnego układu
z interfejsem 1-Wire do
sterownika wyposażonego
w standardowy poń RS232!
Magistralę składającą się z 2 przewodów (linii sygnałowej i masy) oraz protokół wymiany danych za jej pośrednictwem wymyślił Dallas. Równocześnie powstała duża grupa układów dostosowanych do korzystania z 1-prze-wodowej magistrali, ochrzczonych wspólną, komercyjną nazwą iBut-tons. Układy zostały pomyślane jako elementy sieci, której zadaniem ma być nadzór nad procesami i sterowanie nimi.
Podstawowymi zaletami iBut-tons są: możliwość współpracy z maksymalnie uproszczoną linią przesyłową (zwykła skrętka lub -na krótszych dystansach - 2 przewody wystarczają do stworzenia magistrali), mały pobór mocy (wiele układów zadowala się jedynie energią dostarczaną przez magistralę 1-Wire), łatwość identyfikacji i sterowania poszczególnych elementów spośród wielu pracujących jednocześnie w tej samej sieci.
Możliwości i aplikacje iButtons
Dallas wciąż poszerza asortyment układów iButtons, pojawiają się w nich nowe funkcje. Od dawna są dostępne układy identyfikacji DS1990A, posiadające unikalny numer dla każdego wyprodukowanego egzemplarza, dostępne także w formie miniaturowej jako DS2401.
Opracowano także całą gamę pamięci z interfejsem 1-Wire. Od
pamięci RAM z podtrzymywaniem zapisanych danych przez wbudowaną w układ miniaturową baterię (DS1992..DS1996), poprzez pamięci EPROM (DS1882..DS1886), do pamięci typu EEPROM DS1971. Zależnie od typu, pojemność pamięci waha się od 256B do 64kB. Układ DS1994 posiada dodatkowo wewnętrzny zegar służący do pomiaru czasu, jako stoper generujący przerwania po zaistnieniu określonych zdarzeń.
Układy DS2405 i DS2407 są miniaturowymi, sterowanymi kluczami, które mogą być indywidualnie przełączane. Dodatkowo, wyprowadzenia przełączające mogą pełnić rolę czujników określających, czy poziom przyłożonego do nich napięcia jest niski czy wysoki. Istnieje cała grupa termometrów i termostatów mierzących temperaturę w zakresie od -55�C do +125�C, z rozdzielczością sięgającą nawet O,1�C. Do grupy tej należą np. układy DS182 0 iDSl821. Cała podgrupa układów iButtons przeznaczona jest do pracy w sieciach z ograniczonym prawem dostępu do informacji. Jako warunek odczytu danych przechowywanych w ich wewnętrznej pamięci, układy te wymagają podania zaprogramowanego wcześniej hasła. Przykładowo można wymienić takie układy jak DS1954, DS1962/63, DS1991.
Niedawno pojawiły się kolejne układy o całkiem nowych możli-
Elektronika Praktyczna 7/99
53
Konwerter magistral l-Wire/RS232
GND CZ 1 8 ZZl FWD
1-w m 2 7 I TXD
NC CZ 3 6 ZZl POL
vdd cz 4 5 ZZI V r
Rys. 1. Wyprowadzenia układu DS2480.
wościach i funkcjach. Układ DS1921 to pastylka iButton będąca jednocześnie zegarem, termometrem, termostatem i rejestratorem temperatury w funkcji czasu. Możliwości układu są podobne do tych, jakimi dysponuje inny produkt Dallasa oznaczony symbolem DS1615. Zasadnicza różnica między tymi układami sprowadza się do umieszczenia DS1921 w pasty lk owej, stalowej obudowie. Mieści się tam cała struktura wraz z zegarem czasu rzeczywistego, kwarcem i baterią litową oraz interfejsem magistrali 1-Wire.
Inną nowością jest DS2423, który zawiera cztery 3 2-bitowe liczniki sterowane dwoma niezależnymi wejściami liczącymi oraz pamięć RAM. Liczniki oraz pamięć może być oczywiście odczytywana i zapisywana poprzez magistralę 1-przewodową.
Z kolei układ DS2450 to cztery niezależne przetworniki A/D o programowanym zakresie (2,5 6V lub 5,12V) i rozdzielczości od 1 do 16 bitów. Także i ten układ posiada interfejs magistrali 1-prze-wodowej oraz unikalny 64-bitowy adres, który pozwala komunikować się z przetwornikiem nawet wtedy, gdy z magistralą będą współpracowały dziesiątki innych układów.
Jak widać, układy te mogą być bardzo ekonomicznymi - bo wielokrotnego użytku - identyfikatorami ludzi i przedmiotów. Mogą być stosowane np. w wypożyczalni sprzętu turystycznego. W układach z pamięcią RAM można zapisać zakodowane informacje o wypożyczonym sprzęcie, czasie jego używania i opłacie. Ukryte pastylki iButtons z pamięcią typu EPROM mogą służyć do znakowania samochodów. W pamięci można przecież zapisać wszystkie cechy samochodu, a nawet identyfikatory jego legalnych właścicieli. Ponieważ pamięci tych nie można przekodować (brak okienka do kasowania), próba zmiany zapisanych w nich informacji prowadzi-
Tab. 1.
funkcja b7 llCi Il5 h4 b3 h2 b1 bO
RESET 1 1 0 X 0 0 reg. 0 111 ex. 1 0 over. 1 1 reg. 0 1
SEARCH 1 0 1 0 acceler. Off 1 acceler. On j.w. j.w. 0 1
SINGLE BIT 1 0 0 0 write 0 1 write 1 j.w. 1/0 1
PULSE 1 1 1 0=5V 1 =12V 1 1 1/0 1
łaby do ich zniszczenia, co być może trochę utrudniłoby życie złodziejom. Z kolei dodawanie do tablic rejestracyjnych układu iButtons mogłoby ułatwić identyfikację pojazdu. Podobnie może być w zastosowaniach medycznych, tj. z przechowywaniem informacji o grupie krwi pacjenta, o zastosowanych lekach i terapii.
Niewątpliwie najważniejszym polem profesjonalnych zastosowań układów jest przemysł, kontrola procesów technologicznych, wielkie magazyny i hurtownie. Korzystając z termometrów i adresowanych przełączników połączonych w jedną sieć można stworzyć system nadzoru nad piecami lub urządzeniami wydzielającymi w czasie pracy duże
LEGENDA: V SS
P T Q H
zzz
vw
X
N.C. = pi
wartość binarna
kod selekcji szybkości transmisji 1-Wire
=1 powoduje wtączenie STRONG PULL-UPa
rodzaj Impulsu =0 STRONG PULL-UP (5V), =1 PROGRAMMING PULSE (12V)
=1 powoduje wtączenie STRONG PULL-UPa po każdym bajcie
sterowanie SEARCH ACCELELERATOR =1 ACCELERATOR ON, =0
ACCELERATOR OFF
�� = odczy1 CONFIGURATION
Rys. 2. Algorytm pracy układu DS2480.
54
Elektronika Praktyczna 7/99
Konwerter magistral l-Wire/RS232
5V Czas martwy

\ / / t Ś / \
tuawi NBCT T.S.

Miejsce próbkowania
Rys. 3. "Okno" transferowe pojedynczego bitu.
ilości ciepła i zarządzać nimi centralnie za pomocą jednego sterownika. Układy pamięci pozwalają przechowywać informacje o towarach lub przedmiotach, do których są zamocowane (elektroniczne etykiety). Możliwe jest nawet przechowywanie rysunków w postaci map bitowych, które szybko można odczytywać i modyfikować. Przetworniki analogowo-cyfrowe pozwalają śledzić przebieg procesów, w których wielkości fizyczne, np. ciśnienie, natężenie światła, oporność, zamienione zostaną na równoważną wartość napięcia. Układy liczników, mogących pracować w trudno dostępnych miejscach bez konieczności zasilania sieciowego, pozwolą zliczać zdarzenia (cykle pracy maszyny, policzyć np. liczbę osób, które weszły i wyszły z budynku itp.) i wygenerują alarm w przypadku przekroczenia zaprogramowanej wartości, natomiast układy pamięciowe pozwolą zapisać otrzymane dane i przechowają informacje o konfiguracji systemu nawet wtedy, gdy zasilanie zostanie wyłączone.
Sterowanie iButtons
Powyższe przykłady zastosowań pokazują, że układy z interfejsem magistrali 1-przewodowej mogą przynieść najwięcej korzyści gdy pracują w sieci. W takim przypadku nadzorem nad przepływem danych musi się zająć nadrzędny kontroler i program sterujący, co oznacza pracę dla programistów tworzących aplikacje dostosowane do konkretnych potrzeb.
Układ DS2480 jest produkowany w miniaturowej obudowie SOIC i posiada jedynie osiem wyprowadzeń, z których jedno jest nie wykorzystane. Na rys. 1 pokazano obudowę układu i oznaczenia jego wyprowadzeń. Nóżkami 1 i 4 jest doprowadzane napięcie zasilające +5V, a nóżka 2 służy do przyłączenia linii danych magistrali 1-przewodowej. Wyprowadzenie 5 układu powin-
no być albo zwarte z zasilaniem albo połączone z napięciem +12V niezbędnym przy programowania niektórych układów iButtons.
Wyprowadzenia 7 i 8 dołączane są do linii TXD i RXD interfejsu szeregowego. (Linią RXD przesyłane są dane do komputera, a linią TXD odbiera się dane z komputera - przyjęte przez firmę oznaczenia mogą być mylące!). Ponieważ układ przystosowano do współpracy zarówno z sygnałami standardu RS232 jak i bezpośrednio z wyprowadzeniami np. procesorów jedno-układowych, końcówka POL służy do ustalenia poziomu aktywnego sygnału. Jej zwarcie z +5V spowoduje, że poziomem aktywnym bitu startu będzie poziom niski. Dołączenie końcówki do masy układu sprawia, że poziomem aktywnym jest stan wysoki (tak jak jest z sygnałami portu RS232).
Układ DS2480S ma za zadanie ułatwić sterowanie magistrali 1-przewodowej, do której mogą być dołączane różne układy iButtons wymagające odmiennych, czasami specyficznych sposobów sterowania. Z powodu takiej uniwersalności, wewnątrz niewielkiej obudowy kryje się rozbudowana logika układu, której sterowanie nie należy do najprostszych czynności. Szczególnie na początku wymaga to wiele uwagi i bywa frustrujące, gdy trzeba pamiętać jednocześnie o wielu sprawach.
Układ DS2480S, gdy jest dołączony do zasilania, może znajdować się w dwóch podstawowych stanach:
- COMMAND MODĘ, w tym stanie można ustawiać parametry układu i dokonywać elementarnych manipulacji magistralą 1-Wire.
- DATA MODĘ, jest to stan bezpośredniej konwersji bajtu danych z magistrali szeregowej na impulsy magistrali 1-Wire.
Wzajemne relacje pomiędzy tymi stanami pracy najlepiej pokazuje graf przejść na rys. 2. Po oswojeniu się z przyjętymi oznaczeniami, rysunek ten jest bardzo czytelny i dobrze opisuje sposób pracy układu.
Bezpośrednio po włączeniu zasilania układ jest zerowany, przechodzi do trybu COMMAND MODĘ i zapisuje w swoich rejestrach konfiguracyjnych wartości początkowe. Oznacza to, że układ ustawia się na szybkość transmisji 9600 bitów/s. W tym stanie oczekuje tylko jednego: komendy RE-SET przesłanej z komputera. Ta pierwsza komenda służy do kalibracji wewnętrznych generatorów układu i nie jest wysyłana na 1-przewodową magistralę.
Komputer nadrzędny może także wymusić zerowanie układu DS2480S, np. gdy nie jest w stanie się z nim skomunikować wskutek utraty synchronizacji. Do takiego zerowania wystarczy transmisja bajtu Oh z szybkością 4800 bodów. Potem należy wysłać syn-chronizującą komendę RESET.
Pozostając w trybie COMMAND MODĘ układ sterowany przez nadrzędny komputer może wykonać pięć czynności:
- RESET - wysłać na magistralę 1-Wire impuls resetu i poprzez analizę odpowiedzi uzyskać informację o stanie magistrali.
- PULSE - wystawić na magistrali stabilny poziom napięcia. Zależnie od intencji (pomiar temperatury np. przez układ DS1820, programowanie EPROM lub EEP-ROM) może to być poziom +5V lub +12V o ustalonym czasie
funkcia b7 bb bb Ii4 b3 l>2 b1 bU
RESET 1 1 0/1 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 1 magistrala zwarta presence pulse alarming presence pulse brak presence pulse
SINGLE BIT 1 0 0 jak w poprzedniej tabeli wartość bitów odpowiada bitowi odczytanemu z 1-Wire
PULSE 1 1 1 jak w poprzedniej tabeli X X
Elektronika Praktyczna 7/99
55
Konwerter magistral l-Wire/RS232
U2
U1
JP1
We/wy 1-WiiB
VCC<
GND 1-W NC VDD
RXD TXD
POL VPP
10
)VCC
DS2480
SW1
vcc
o
U3 78L05
vo
*1
11 12
13 14
15
16
VCCO
R2OUT
T2IN
T1 IN R1 OUT
R1 IN T1OUT
GND VCC
R2IN
MAX232
We/wy RS232
JP2
Rys. 4. Schemat elektryczny konwertera.
trwania lub nieograniczony w czasie.
- CONFIGURATION -zaprogramować rejestry konfiguracyjne określające sposób działania układu DS2480S.
- SEARCH ACCELERATION - za pomocą unikalnego adresu uaktywnić wybrany układ dołączony do magistrali
- SINGLE BIT - wygenerować impuls bitu 0 lub 1 na magistrali 1-Wire. W ten sposób można odczytywać dane z magistrali. Wystarczy wysłać inicjujący impuls bitu o wartości 1, a w bajcie odpowiedzi stan ostatnich dwóch bitów wskaże wartość odebranego bitu z magistrali 1-Wire.
Zestawienie kodów wraz ze znaczeniem specjalnych bitów sterujących przedstawiono w tab. 1.
Po wykonaniu rozkazu układ DS2480S przesyła do komputera odpowiedzi zawarte w tab. 2.
Po dokładny opis znaczenia poszczególnych bitów, zwłaszcza tych zapisanych w tabelach w formie alternatywnej (1/0), należy sięgnąć do dokumentacji technicznej. Dokładniejszego omówienia wymagają bity b2 i b3 w bajtach rozkazów, tym bardziej, że ich znaczenie jest powiązane z funkcjami komendy CONFIGURATION. Wspomniane bity umożliwiają szybką zmianę prędkości transmisji danych poprzez magistralę 1-przewodową. Możliwa prędkość transmisji zależy od długości magistrali, liczby dołączonych odbiorników itp.
Firma Dallas rozróżnia dwa typy magistrali 1-Wire: krótką (o długości do lOm) i długą (w założeniach technicznych do 300m). Wynika to z faktu pogarszania się jakości transmisji wraz ze wzrostem długości magistrali. Gdy zwiększa się jej pojemność, obciążenie i podatność na impulsy zakłócające, szybkość transmisji musi zmaleć, aby w ogóle była możliwa. Podstawowa szybkość transmisji zdefiniowana dla układów iButtons wynosi 16,3kb/s i nosi nazwę Regular. Krótkie magistrale pozwalają zwiększyć szybkość przesyłu danych nawet do 142kb/s i tę szybkość określa się jako Overdrive. Szybkość o parametrach, które można dostosować do warunków długich magistral nosi nazwę Flexible. Komputer, poprzez ustawienie wspomnianych dwóch bitów, może wybrać szybkość transmisji . Zmiana szybkości dokonuje się poprzez zmianę parametrów impulsów przesyłanych magistralą.
Jako przykład niech posłuży impuls oznaczający przesyłanie logicznej jedynki, pokazany na rys. 3. Zestawienie czasu trwania jego poszczególnych odcinków dla różnych szybkości przedstawia się następująco:
szybkość t L0W1 t DSO t HIGH1 tSLOT REGULAR 8ms 3|JS 49ps 60|JS OVERDRIVE 1ms 1 ps 8ps lOps FLEXIBLE 8..15MS 3..10MS 49ps 60..74MS
Układ DS2480S posiada dwa mechanizmy polepszające jakość transmisji magistralą. Pierwszy to aktywne kształtowanie zbocza narastającego impulsu przesyłanego
magistralą. Mechanizm ten polega na włączaniu w określonych momentach dodatkowego tranzystora, który przyśpiesza osiąganie przez linię danych potencjału +5V. Drugi mechanizm to właśnie możliwość przesyłania danych z szybkością Flexible. Aby wykorzystać ten sposób należy jedynie ustalić czas potrzebny zboczu opadającemu na zmianę poziomu od napięcia 5V do 0,8V. Parametr ten, określany w V/ us, zapisywany jest do rejestrów kontrolnych układu za pomocą polecenia CONFIGURATION. Oprócz tego parametru poleceniem tym można także ustawić czas trwania impulsów formatu transmisji magistralą 1-przewodową oraz szybkość transmisji pomiędzy układem a komputerem nadrzędnym (do wyboru oprócz podstawowej szybkości 9600 są także 19200, 57600 i 115200 bitów na sekundę).
Przejście z trybu COMMAND MODĘ do trybu DATA MODĘ możliwe jest po wysłaniu do układu DS2480S specjalnego kodu komendy. Układ reaguje na trzy zarezerwowane kody komend: Elh -przejście do trybu DATA
MODĘ,
E3h -przejście do trybu COMMAND MODĘ,
Flh -zakończenie impulsu 12/5V na linii danych magistrali 1-Wire.
W tym trybie układ dokonuje bezpośredniej konwersji bajtów danych otrzymywanych z komputera poprzez złącze szeregowe na odpowiadające im impulsy magistrali 1-przewodowej. Powrót do trybu COMMAND MODĘ następuje po wysłaniu do układu kodu E3h. W celu rozróżnienia, czy wartość E3h jest komendą, czy informacją do wysłania na magistralę 1-przewodową, konstruktorzy zastosowa-
56
Elektronika Praktyczna 7/99
Konwerter magistral l-Wire/RS232
li pewną sztuczkę. Jeżeli następny bajt transmitowany do układu będzie miał też wartość E3h, układ uzna, że chodzi o informację i wyśle jeden bajt o tej wartości na magistralę 1-Wire. W przypadku, gdy następny bajt będzie miał inną wartość, układ zinterpretuje bajt jako komendę i powróci do trybu COMMAND MODĘ.
Oprogramowanie
Jak widać z pobieżnego przecież opisu, wykorzystanie układu i stworzenie oprogramowania, które będzie nim sterowało wymaga sporo pracy i czasu, co może zniechęcić potencjalnego użytkownika. Firma Dallas zdając sobie z tego sprawę stworzyła komercyjny pakiet oprogramowania zawierający procedury znacznie upraszczające współpracę z układem. Procedury przejmują na siebie operacje związane z odpytywaniem układu o stan magistrali 1-Wire, wysyłaniem i odbiorem danych, ustawianiem prędkości transmisji i mogą być dołączane do własnych programów.
Pakiet o nazwie iButton-TMEX Professional Software Developer Kit (DS0621-SDK) pracuje z następującymi systemami: Windows98/NT/ 95, Windows CE 2.0, Windows 3.1, DOS i z programami pisanymi dla procesorów jednoukładowych. Pakiet i przykłady pisane są w C, Visual Basic, Delphi, Access. Więcej informacji o pakiecie można znaleźć pod internetowym adresem www.dalsemi.com, w części poświęconej oprogramowaniu.
Przy użyciu procedur tego pakietu zostały napisane dwa ogólnie dostępne programy współpracujące z układami wyposażonymi w interfejs 1-Wire Bus. Pierwszy z nich, to projekt amatorskiej stacji pogo-
suu
1-Lllre
JP1
GMD
Pl
Rys. 5. Schemat montażowy.
dowej Weather Station (EP6/99), a drugi iButton Viewer32, który jest uniwersalnym programem demonstracyjnym pozwalającym odczytywać, zapisywać i sterować wieloma rodzajami układów grupy iBut-tons i nie tylko.
Obydwa programy znajdują się na stronach internetowych firmy i są udostępniane bezpłatnie. Szczególnie ten drugi program jest interesujący, ponieważ pozwala eksperymentować z różnymi typami układów. Można także wykorzystywać go praktycznie, ponieważ potrafi zapisywać i odczytywać układy z pamięciami typu RAM, EP-ROM, EEPROM, mierzyć temperaturę itp. Do pracy z programem potrzebny jest interfejs zawierający właśnie układ DS2480S.
Sprzęt
Schemat interfejsu pokazano na rys. 4. Jest to interfejs pomiędzy portem szeregowym komputera a magistralą 1-Wire, której przewody sygnałowy i masowy dołączane są do gniazda JPl płytki. Jeżeli układ będzie służył do programowania pamięci EPROM, to napięcie zasilania dołączane do wejścia JP2 powinno być stabilizowane i mieć wartość +12V. W takim przypadku zworka SWl powinna zwierać wyprowadzenie Vpp układu DS2480S z napięciem zasilania. We wszystkich pozostałych przypadkach zworka powinna zwierać to wyprowadzenie z napięciem Vcc (+5V), a napięcie zasilania interfejsu może wynosić od 8 do 12V.
Ze względu na niewielką liczbę elementów, montaż układu jest bardzo prosty. Najlepiej w pierwszej kolejności wlutować do dwustronnej płytki drukowanej (rys. 5) gniazdo Pl, układ Ul i pozostałe drobne elementy z wyjątkiem kondensatora Cl i gniazda JPl. Następnie należy przylutować układ U2, którego obudowa jest dostosowana do montażu powierzchniowego. Będzie z tym trochę kłopotu, jeżeli lutownica nie będzie miała cienkiego, czystego grota. Najlepiej na początku przylutować jedną, skrajną nogę układu. Dzięki temu, nawet jeżeli w trakcie tej czynności układ się przesunie, łatwiej będzie skorygować jego pozycję podgrzewając tylko jedno wyprowadzenie, a nie kilka jednocześnie. Po wlu-towaniu układu należy także wlu-
WYKAZ ELEMENTÓW
Kondensatory
Cl, C2, C3, C4: 47^F/1ÓV
C5: lOOnF
Có: 47^F/10V
Półprzewodniki
Ul: MAX232
U2: DS2480S
U3: 78L05
Różne
JPl: gniazdo typu ARK-2
Pl: CONNECTOR DB9 żeński do
druku
SWl: glodpin 1x3 + jumper
tować kondensator Cl i gniazdo JPl. W modelu jest to wlutowywa-ne do druku gniazdo z przykręcanymi zaciskami typu ARK dla 2 przewodów. Może jednak to być dowolne inne gniazdo, do którego wygodnie będzie zamocować przewody magistrali, bądź gniazdo próbnika pastylek iButton.
Przed uruchomieniem układu zworka SWl powinna znaleźć się w prawidłowym położeniu, tak jak to było wcześniej opisane. Płytkę należy połączyć standardowym kablem z wolnym portem komputera, a do gniazda JP2 dołączyć napięcie zasilania.
Po ściągnięciu programu Vie-wera i zainstalowaniu go w normalny dla systemu Windows sposób, automatycznie uruchomiony zostanie podprogram konfiguracyjny De-fault 1-Wire Net, który pozwoli wybrać numer użytego portu komputera i skonfigurować opcję programu . Należy wybrać zakładkę oznaczoną jako DS9097U. Jeżeli w tym czasie do portu komputera podłączona była sprawna, zasilana płytka interfejsu, to program konfiguracyjny zakończy się bez żadnych ostrzegawczych komentarzy. W przeciwnym wypadku, przed uruchomieniem właściwego programu Viewer-a należy jeszcze raz uruchomić podprogram konfiguracyjny z dołączoną płytką interfejsu.
Działanie programu współpracującego z płytką interfejsu jest bardzo efektowne, a jego obsługa przebiega w sposób intuicyjny i nie sprawia większych kłopotów.
Ryszard Szymaniak, AVT [e-mail]
Oprogramowanie do kitu jest dostępne na stronie http://www.-ep.com.pl/ftp/other. html.
Elektronika Praktyczna 7/99
57
PROJEKTY
Wzmacniacz gitarowy
AVT-815
Należy przypuszczać, że co
najmniej co drugi miody
człowiek w pewnym okresie
swojego życia próbował
nauczyć się grać na jakimś
instrumencie muzycznym-
W swoim czasie ja także
czyniłem takie próby, ale
obawiałem się, że skończy się
to fatalnie. Przeczuwałem, że
po kilku sekundach mojej
"gry" słońce zasłoni swe
oblicze, a w panującym
mroku z grobów zaczną
wstawać duchy dawno
zmarłych kompozytorów
i z głuchym wyciem pędziły
zamordować śmiałka tak
okrutnie profan ującego ich
muzykę.
Tak więc proszę, darujcie
mi pewne nieścisłości
w termin ologii "m uzyczn ej ",
które mogły wkraść się do
tekstu tego ańykułu. Ja
naprawdę kompletnie nie
znam się na tej pięknej
dziedzinie sztuki! Potrafię
zbudować dobry młotek, czyli
proponowany wzmacniacz, ale
zupełnie nie wiem jak nim
wbijać gwoździe!
Gitara elektryczna jest instrumentem, który najbardziej kojarzy się nam z popularną muzyką rozrywkową, fascynującą od czasów Elvisa i Beatlesów rzesze młodzieży. Młodzi naśladowcy Biiana Maya, gitarzysty najwspanialszego zespołu rockowego w historii muzyki rozrywkowej, napotykają jednak na liczne przeszkody w drodze do światowej kariery, a jedną z nich jest z pewnością brak odpowiedniego sprzętu.
Jak już wspomniałem, nie znam się na muzyce, ale słyszałem źe koszt zakupu elektrycznej gitary dobrej fiimy znacznie przekracza możliwości finansowe większości młodych ludzi, a taka gitara nie będzie przecież sama grać. Potrzebny jest odpowiedni wzmacniacz, głośnik i układy generujące efekty specjalne. Tego wszystkiego także nikt nie rozdaje za darmo. W sprawie ewentualnej samodzielnej budowy gitary nie możemy Warn niestety pomóc. Jestem całkowicie przekonany że budowa takiego instrumentu w warunkach amatorskich, bez posiadania odpowiedniej wiedzy z zakresu lutnictwa, jest przedsięwzięciem skazanym z góry na niepowodzenie.
Na szczęście zupełnie inaczej ma się sprawa ze wzmacniaczem, głośnikami i elementami dodatkowymi służącymi tworzeniu efektów specjalnych. Tu mamy sporo do powiedzenia i mam nadzieję, że będziemy w stanie dopomóc naszym muzykalnym Kolegom.
Przygotowałem dla Was konstrukcję bardzo prostego wzmacniacza gitarowego, który jest przeznaczony do nauki gry na gitarze w warunkach kameralnych, najczęściej w domowym zaciszu. Ponieważ wzmacniacz ten wyposażony jest we wszystkie funkcje wzmacniacza koncertowego, może on także posłużyć do wykonywania nagrań. Sam wzmacniacz to jednak nie wszystko, potrzebny jest jeszcze dobry głośnik i obudowa, które razem ze wzmacniaczem stworzą urządzenie, jak słyszałem nazywane "piecykiem". Cały taki zespół został zaprojektowany, zbudowany i przetestowany w laboratorium Pracowni Konstrukcyjnej AVT. Ponieważ, jak wspomniałem, nie potrafiłbym zagrać nawet na grzebieniu, o wypróbowanie i przetestowanie wzmacniacza poprosiłem kuku znajomych gitarzystów, którzy wydali o nim pozytywne opinie.
Kierując się względami humanitarnymi, celowo ograniczyłem moc wyjściową wzmacniacza, która nie przekracza IOW. Nie wątpię wprawdzie w talent i umiejętności wszystkich, którzy będą z mojego wzmacniacza korzystać, ale sąsiedzi też mają swoje prawa, w tym prawo do ciszy i spokoju.
A oto charakterystyka proponowanego układu wzmacniacza gitarowego:
- wysokoczułe wejście umożliwiające podłączenie gitary elektrycznej bezpośrednio do wzmacniacza;
Elektronika Praktyczna 7/99
59
Wzmacniacz gitarowy
- regulacja wzmocnienia stopnia wejściowego umożliwiająca uzyskiwanie efektu przesterowania;
- regulacja tonów niskich, wysokich i dolnego oraz górnego pasma tonów średnich;
- regulacja wzmocnienia stopnia wyjściowego niezależna od regulacji stopnia wejściowego,
- wbudowany filtr szumów;
- moc wyjściowa 10W/8Q.
Opis działania układu
Schemat elektryczny wzmacniacza do nauki gry na gitarze został pokazany na rys. 1. Z pozoru schemat ten wydaje się dość skomplikowany, ale sądzę, że za chwilę będziemy mogli zmienić tę opinię.
Sygnał z przetwornika gitary elektrycznej podawany jest na wejście oznaczone CONl. Wzmacniacz wejściowy o wysokiej impedancji zbudowany został z wykorzystaniem popularnego układu TL071 - IC8. Wzmocnienie stopnia wejściowego ustalane jest za pomocą potencjometru P3, a sygnał wyjściowy kierowany jest na ogranicznik diodowy Dl, D2. Za pomocą potencjometru P3 możemy regulować przesterowanie stopnia wejściowego: przy jednym ze skrajnych położeń tego potencjometru następuje przesterowanie
Rys. 1. Schemat elektryczny wzmacniacza gitarowego.
60
Elektronika Praktyczna 7/99
Wzmacniacz gitarowy
Rys. 2. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej.
wzmacniacza dla sygnałów o największej amplitudzie, w przeciwnym położeniu P3 prze sterowaniu ulega dla praktycznie całego sygnału, a położenie środkowe służy do uzyskiwania ciekawych efektów pośrednich.
Wzmacniacze gitarowe wymagają stosowania bardziej złożonej korekcji barwy dźwięku niż typowe wzmacniacze przeznaczone do słuchania muzyki w warunkach domowych. Jednym z zadań spełnianych przez układ korekcji barwy tonu jest selektywne wzmacnianie sygnałów o wysokich częstotliwości. Fragmenty układu z Rl i Cl, Rll i C26 oraz R25 i C18 zapewniają podbicie wzmocnienia w zakresie wysokich częstotliwości (w porównaniu z środkiem pasma), przy neutralnych położeniach potencjometrów regulacji barwy dźwięku.
Filtr zbudowany z elementów R7, C4, R8 i C5 wykazuje maksimum tłumienia dla częstotliwości ok. 700Hz. Działanie tego filtru podobne jest do działania korekcji typu "Loudness" stosowanej w wzmacniaczach "domowych", ponieważ wytłumienie częstotliwości środkowych daje taki sam efekt jak podbicie niskich i wysokich tonów.
Podbicie wysokich częstotliwości z natury rzeczy związane jest z wzrostem poziomu szumów powstających w układzie. Ograniczeniu tego niepożądanego zjawiska służą elementy RIO i C27, R22 i Cl 5, a w największym stopniu filtr dolnoprzepustowy zbudowany na układach IC3B i IC4A. Filtr ten jest jednym z najważniejszych bloków
wzmacniacza, zapewniających mu czystość i żywość dźwięku.
W naszym wzmacniaczu zastosowano poczwórną regulację barwy dźwięku z czterema regulowanymi filtrami zbudowanymi na wzmacniaczach operacyjnych IClB, IC2A i IC2B. W porównaniu ze znanymi nam wzmacniaczami HiFi bardzo nietypowo została rozwiązana regulacja dolnego i górnego pasma tonów średnich. Potencjometry P4 i P5 zamiast służyć do podnoszenia poziomu sygnału w tych pasmach, powodują jego tłumienie. Rozwiązanie takie, nie do przyjęcia w typowych wzmacniaczach służących do odsłuchu nagrań muzycznych, jest typowe w układach współpracujących z instrumentami strunowymi.
Potencjometr P2 służy do regulacji tonów niskich, a potencjometr P6 odpowiada za wzmocnienie w najwyższym paśmie przenoszenia wzmacniacza.
Ważną, aczkolwiek nie wykorzystywaną w układzie modelowym, rolę może pełnić złącze oznaczone jako Jl. Z tego punktu układu możemy pobierać sygnał służący do wykonywania nagrań magnetofonowych. Do tego też złącza możemy podłączyć układy służące generacji efektów specjalnych. Ponieważ układy takie bardzo często mają charakter eksperymentalny, wzmacniacz IC3A został zabezpieczony przed podaniem na niego zbyt dużego sygnału. Zabezpieczenie stanowią szeregowo połączone diody Zenera D3 i D4.
Kolejnym blokiem układu wartym omówienia jest stopień wyjścio-
wy zbudowany z wykorzystaniem popularnej i, co bardzo ważne, taniej kostki typu TDA2030. Układ ten wymaga minimalnej liczby elementów zewnętrznych, a jego parametry stanowią o wyjątkowo korzystnej relacji pomiędzy ceną układu i jakością uzyskiwanego z niego dźwięku. Konsekwentnie realizując zasadę głoszącą, że "układ elektroniczny dołączony do zasilania działa lepiej", wyposażyliśmy nasz wzmacniacz w stosowny układ zasilający. Napięcie przemienne podawane z transformatora sieciowego na złącze CON3 prostowane jest za pomocą mostka diodowego BRl i wygładzane za pomocą kondensatorów C27..C30. Stopień mocy zasilany jest napięciem niestabilizowanym pobieranym z zacisków tych kondensatorów, natomiast pozostała część układu, wymagająca zasilania symetrycznym napięciem stabilizowanym, zaopatrywana jest w prąd za pośrednictwem dwóch scalonych stabilizatorów napięcia IC6 - 7812 iIC7 - 7912.
Montaż i uruchomienie
Na rys. 2 pokazano rozmieszczenie elementów na płytce wzmacniacza. Mozaikę ścieżek przedstawiono na wkładce wewnątrz numeru. Płytka została zaprojektowana na laminacie jednostronnym, co z jednej strony spowodowało radykalne zmniejszenie kosztów wykonania układu, z drugiej strony jednak pociągnęło za sobą komplikację w postaci kilku zworek, od których wlutowania musimy rozpocząć montaż układu. W dalszej kolejności montujemy elementy o najmniej-
Elektronika Praktyczna 7/99
61
Wzmacniacz gitarowy
ŚAT' GUITAR AMPUFER
GAIN MID. HIGH MID. LDUI TREBLE BASS VDLUME
Rys. 3. Widok płyty czołowej (zmniejszony do 90%).
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Pl, P2, P4, P5, P6: potencjometr
obrotowy 22kQ/A
P3: potencjometr obrotowy
47kO/A
Rl: l,5kQ
R2, R8, R18, R20: 3,3kQ
R3, Rl 1, R13, R15, R16, R27, R28,
R29, R30, R33, R38, R39: 4,7kQ
R4, R23: 470kQ
R5, R43: 100O
R6: 2,2kQ
R7, R19, R44, R45, R46: 22kQ
R9, R21, R24, R25, R26: 10kO
R12, R14, R17, R40: 220kQ
R22, R35, R41, RIO: 47kQ
R34, R3ó, R42: lkn
R37: 15kO
Kondensatory
CL CIO, Cli: 22nF
C2: 68pF
C3, C30: 470nF
C4: lOnF
C5: 68nF
C6, Cl7: 220pF
C7, C14, C25: ljiF
C8, C9, C18, C36: 4,7nF
C12: 47nF
C13, C19: 2,2nF
C15, C20, C23: 680pF
C16: 33nF
C21: 2,7nF
C22: K5nF
C24: 3,3nF
C26, C35: IOOOjiF/16
C28, C27: 4700jiF/25
C29, C31, C32, C33, C34: lOOnF
C37: lnF
Półprzewodniki
BR1: mostek prostowniczy 3A
Dl, D2, D5, D6: 1N4148
D3, D4: dioda Zenera 3y3V
IC1, IC2, IC3, IC4: TL082
IC5: TDA2030
IC6: 7812
IC7: 7912
IC8: TL071
Różne
CON1: gniazdo JACK
CON2: ARK2
CON3: ARK3
Jl: gniazdko słuchawkowe
szych gabarytach, podstawki pod układy scalone i kończymy montaż na wlutowaniu kondensatorów elektrolitycznych i układu wzmacniacza mocy wraz z radiatorem. zamontowanie potencjometrów regulacyjnych odkładamy na razie na później.
Sprawą, która najczęściej spędza elektronikom sen z powiek jest wykonanie obudowy do zmontowanego układu. Postarałem się jednak zapewnić spokojny sen moim Czytelnikom i umożliwić Im wykonanie obudowy do wzmacniacza w niezwykle prosty sposób. Obudowa wzmacniacza została pomyślana jako "szufladka" wsuwana do wnętrza obudowy głośnika, co wyraźnie widać na zdjęciach. Na rys. 3 pokazano dodatkową płytkę drukowaną, która ma spełniać funkcję płyty czołowej wzmacniacza. Oprócz płytki wzmacniacza i płyty czołowej w skład zestawu wchodzą dwie płytki, które po zmontowaniu urządzenia będą stanowiły jego ścianki boczne.
Z pewnością zauważyliście, że na przedniej i bocznych krawędziach płytki wzmacniacza zostały umieszczone szerokie paski miedzi nie pokrytej maską lutowniczą. Do bocznych pasków przylutowujemy dwie mniejsze płytki, uzyskując w ten sposób dwie krótsze ścianki "szufladki". Natomiast trzecia płytka, będąca płytą czołową wzmacniacza, powinna zostać przyluto-wana zarówno do paska miedzi na płytce bazowej, jak i do ścianek bocznych obudowy.
Uzyskaliśmy w ten sposób zwartą konstrukcję, którą wystarczy wsunąć w odpowiedni otwór wykonany w przedniej ścianie kolumny głośnikowej i przykręcić czterema wkrętami. Przedtem jednak musimy przykręcić do płyty czołowej potencjometry i połączyć je odcinkami srebrzanki z płytką bazową układu.
Na płytce będącej ścianką przednią obudowy zostały umieszczone
napisy odnoszące się do funkcji spełnianych przez poszczególne elementy regulacyjne. Jest to oczywiście rozwiązanie zastępcze, ponieważ tak wykonana płyta czołowa z pewnością nie zaspokoi wysokich wymagań estetycznych większości Czytelników EP. Znam jednak dobrze Waszą niecierpliwość - czekanie z uruchomieniem wzmacniacza na wykonanie eleganckiej ścianki przedniej obudowy byłoby dla Was z pewnością udręką. A tak macie od razu wszystko gotowe: można uruchomić wzmacniacz z prowizoryczną płytą czołową i spokojnie, nie spiesząc się, wykonać nową, elegancką ściankę przednią obudowy, którą po prostu nałożymy na tą prowizoryczną. Pamiętajcie jednak: nie ma nic trwalszego niż prowizorka i dlatego nie zwlekajcie z wykonaniem porządnej płyty czołowej do wzmacniacza, który, jak mam nadzieję, zaspokoi Wasze wymagania i pomoże Warn w nauce gry na gitarze elektrycznej.
W układzie modelowym kolumna została wykonana z tworzywa sztucznego - pleksiglasu. Jak widać na zdjęciach, jest to rozwiązanie niesłychanie efektowne, lecz nieco ekstrawaganckie i dość kosztowne, że nie wspominę już o sporej wadze tak wykonanej obudowy. Kolumnę głośnikową możemy wykonać także ze sklejki, płyty wiórowej czy innego podobnego materiału i wykończyć zgodnie z indywidualnym gustem konstruktora - muzyka.
W układzie modelowym został zastosowany głośnik średniotono-wy o średnicy 20cm, produkcji Tonsilu. Mimo przystępnej ceny głośnika, uzyskane rezultaty były więcej niż zadawalające, co pozwala sądzić, że nie warto inwestować w wielokrotnie droższe głośniki produkcji zachodniej. Zbigniew Raabe, AVT [e-mail]
62
Elektronika Praktyczna 7/99
Projekty Czytelników
Na str. &b przedstawiamy dwa projekty opracowane i wykonane przez naszych Czytelników.
Konwerter RS232<->l-Wire
Dzięki temu prostemu urzqdzeniu świat układów firmy Dallas stanie przed Wami otworem, str. 53.
Timer-regulator oświetlenia
Proste w wykonaniu urzqdzenie, które doskonale wspiera działanie systemu alarmowego zainstalowanego w domu Str. 75.
Odbiornik GPS >
W drugiej części artykułu rozwiewa my część wqtpliwości sygnalizowanych przez Was w listach, prezentu-' jemy także sposób montażu odbiornika. Str. 67.
Sterownik graficznego wyświetlacza LCD
Ostatnia część artykułu, w którym prezentujemy konstrukcję sterownika graficznego wyświetlacza LCD oraz doskonałe oprogramowanie narzędziowe wspomagajqce tworzenie dlajnjego własnych grafik. Str. 63.
Internet dla elektroników
Na str. 29 przedstawiamy fascynujqcq historię życia prekursora techniki wysokich napięć - Tesli.
Radiomikrofon FM
Niewielki nadajnik radiowy, który można wykorzystać na przykład do monitorowania pokoju małego dziecka. Str. 49.
Starter-kit dla procesorów XA-S3
Na str. 27 prezentujemy opis najprostsze go zestawu typu starter-kit dla 1 ó-bitowych mikrokontrolerów XA-S3, które sq kompatybilne z popularnymi MCS-51,
Gitarowy wzmacniacz
Na str. 59 przedstawiamy projekt opracowany specjalnie z myślq o poczqtkujqcych gitarzystach.
Włqcznik dotykowy
z procesorem
AVR
Na str. przedstawiamy nietypowq aplikację jednego z najszybszych mikro-kontrolerów jedno-układowych dostępnych na naszym rynku.
Elektronika Praktyczna 7/99
IKA
Nr 79
lipiec '99
Sprzęt
W dziale 'Sprzęt" prezentujemy niezwykle szybki komputer firmy Silicon Graphics (str. 32) oraz dwa nowe multimetry ręczne (str. 36).
Programy A
Na str. 34 znajdziecie prezentację m pakietu CAD oferowanego przez firmę MicroCode. Ogromnym atutem tego zestawu jest niemal 100% m
kompatybilność z Autotraxem...
Kurs m
W tym numerze znajdziecie pierwsz część kursu poświęconego EdWino-wi. Wszystkich zainteresowanych poznaniem tego pakietu zapraszamy na str. 23 oraz na naszq internetowq stronę, gdzie znajduje się jego * demonstracyjna wersja. ^
B i i 'J i
Elektronika Praktyczna 7/99
Elektor w EP
Domowy system alarmowy........................................................13
Projekty zagranicznel
Technologie alternatywne i technologie
przyszłości, cześć 1 .......................................................................17
Kurs
System do projektowania układów
elektronicznych EDWin, cześć 1 ................................................23
Internet
Badał błyskawice, wytwarzał błyskawice................................29
Programy]
Następca......................................................................................34
Sprzętj
Microcore 7..................................................................................2.7'
Błękitny grom................................................................................32
Miniaturowe mierniki ręczne CHY67B/C...................................36
TDS224 - nowy oscyloskop cyfrowy z serii TDS 200
firmy Tektron ix...............................................................................39
Projekty
Robot, cześć 1 .............................................................................42
Radiomikrofon FM..........................................................................49
Konwerter magistral l-Wire/RS232............................................53
Wzmacniacz gitarowy................................................................59
Programowanie sterowników
wyświetlaczy graficznych, cześć 2 ...........................................63
Odbiornik GPS, cześć 2...............................................................67
liniprojekty
Włqcznik zmierzchowy - timer....................................................75
Przełqcznik sensorowy z procesorem AVR...............................76
Podzespoły
Nowe podzespoły....................................................T77^-kw"......79
Projekty Czytelników
Termostat cyfrowy.................................."....................................85
Miernik mocy optycznej w światłowodzie, cześć 2................88
Info Świat.........................................................................93
InfoKraj............................................................................95
Kramik+Rynek................................................................99j|
Wykaz reklamodawcow............................................11
Ekspresowy Informator Elektroniczny.....................11
7
PROJEKTY
Programowanie sterowników wyświetlaczy graficznych, część 2
Wyświetlacz graficzny LCD z kontrolerem T6963C
W drugiej części artykułu
prezentujemy zestaw
uruchomieniowy oraz
podstawowe funkcje
oprogramowania
przygotowanego do sterowania
pracą graficzn ego wyświetlacza
LCD i tworzenia plików
graficznych w postaci
bin arn ej.
Zaczynamy od opisu zestawu uruchomieniowego.
Zestaw uruchomieniowy
Cel skonstruowania zestawu uruchomieniowego był dwojaki:
- zapoznanie się z różnorodnymi możliwościami wyświetlacza w wygodny sposób (bez prowizorycznych podłączeń, które narażają drogi zespół na uszkodzenie oraz z prostym w obsłudze interfejsem sterującym);
- wykorzystanie do sterowania wyświetlaczem portu równoległego z poziomu Windows.
W efekcie powstała płytka połączeniowa współpracująca z programem sterującym uruchamianym w środowisku Win95/98. Schemat przystawki jest przedstawiony na rys. 6. Na płytce (rys. 7) umieszczono elementy interfejsu łączącego (złącza, bufory), zasilania +5V i -12V oraz przetwornicy podświetlenia. Do połączenia z portem równoległym komputera (musi to być port pracujący w trybie bi-directio-nal, inaczej byte-mode) służy gniazdo DB25HM. Potrzebny jest zatem kabel z końcówkami DB25M i DB25F. Jest to pewne utrudnienie, ale można do płytki interfejsu łatwiej przyłączyć inne sterowniki. Wprawdzie linie sterujące wyświetlacza są elektrycznie zgodne z liniami portu, jednak na wszelki
wypadek (dla dodatkowego zabezpieczenia zarówno portu jak i wyświetlacza) zastosowano bufory: jednokierunkowy U5 - 74HC541 dla sterowania oraz dwukierunkowy U4 - 74HC245 dla danych. Przypisanie pinów portu sygnałom sterującym nie ma jakiegoś szczególnego znaczenia - zostało wybrane na etapie projektowania.
Oprócz opisanych wcześniej sygnałów sterujących wyświetlacza występuje jeszcze linia włączania podświetlenia (SELECT) oraz wejście kontroli włączenia wyświetlacza (BUSY). Bufory są uaktywniane po połączeniu płytki kablem z komputerem (piny 18 i 19 złącza), co zabezpiecza je przed stanami nieustalonymi (mogącymi powodować konflikty pomiędzy buforami a wyświetlaczem). Połączenie z wyświetlaczem zapewnia 20-pinowe złącze ZLl. Można zastosować złącze dowolego typu (nawet odcinek podwójnej listwy) - w prototypie zastosowano pionowe z "łapkami", znacznie ułatwiające demontaż zestawu. Elementy R3, C7 zapewniają zerowanie wyświetlacza. W trakcie uruchamiania przydaje się czasem też przycisk zerowania ręcznego Pl. Wej-
Elektronika Praktyczna 7/99
63
Programowanie sterowników wyświetlaczy graficznych
s s
s a a
PCPAHALLELPOFIT BI-DIR
Rys. 6. Schemat elektryczny interfejsu.
ście CE jest uaktywnione na stałe, na stałe też jest ustawiony rozmiar fontu 6x8 (wygląd fontów 8x8 nie jest zbyt rewelacyjny).
Blok głównego zasilania +5V zrealizowano w sposób tradycyjny, to jest ze stabilizatorem STl typu 7805 (zmontowanym na niewielkim radiatorze), pojemnościami filtrującymi oraz diodą zabezpieczającą Dl. Taki układ pozwala na zasilenie płytki napięciami z zakresu 8..15V. Do uzyskania -12V użyto scalonej przetwornicy DC/DC Ma-xima MAX765 (U3). Ma to na celu zachowanie jednonapięciowego zasilania - równie dobrze można doprowadzić -12V z zewnątrz. Z racji małego poboru prądu, aplikacja MAX765 nie jest zoptymalizowana: dławik i kondensator zostały po prostu wzięte z podręcznych zapasów (normalnie dławik powinien być dobrany pod kątem przeniesienia odpowiednio dużego prądu, a elektrolit -dla minimalnego ESR).
Potencjometr wieloobroto-wy Rl wyprowadzony na przód płytki służy do regulacji kontrastu wyświetlacza. Elementy R6, R8, Ql, Ul dostarczają napięcia przemiennego (ok. 70V i 400..450Hz) do zasilania podświetlenia. Zastosowano gotowe, dedykowane elementy: folię podświetlającą LFOB 08 (światło białe) i przetwornicę E1449 (ERG Inc.). Przetwornica może być zasilana napięciem z przedziału 3,0..5,5V, pobierając typowo prąd około 50mA. Można też użyć innych przetwornic - np. z oferty ELFY.
Rozmiary płytki są dostosowane do umieszczenia na niej - za pomocą dwóch skośnych wsporników - modułu wyświetlacza pod dogodnym kątem (w prototypie wsporniki są wykonane z plexi lOmm). Dla wygody użytkowania, od dołu przymocowane są nóżki. Rezystory R9, R20 o wartości 68Q zostały dolutowane w trakcie uruchamiania dla redukcji zakłóceń - kiedy układ nie bardzo chciał zadziałać. Chociaż ostatecznie okazało się, że przyczyna jest inna - na wszelki wypadek je pozo-^_ _5_ g stawiono. | i Wstępne uruchomie-
nie interfejsu sprowadza się do kontroli napięć zasilania oraz ustawienia potencjometrem Rl napięcia Vee ok. -9,5V. To w zasadzie przy starannym mon-
H
64
Elektronika Praktyczna 7/99
Programowanie sterowników wyświetlaczy graficznych
tażu powinno wystarczyć (przy budowie - dla uniknięcia niespodzianek - sprawdzano oddzielnie pracę każdej linii sygnałowej z użyciem pomocniczego oprogramowania). Przetwornicę podświetlenia włączajmy raczej tylko z obciążeniem. Wyświetlacz dołączamy do interfejsu odcinkiem taśmy z zaciśniętymi wtykami (sygnały, zasilanie) oraz przewodem z 2-pinową wsuwką (podświetlenie) i mocujemy do wsporników z użyciem tulejek.
Konfiguracja i uruchomienie oprogramowania
Gotowy interfejs dołączamy opisanym wcześniej kablem do wybranego portu równoległego komputera - zazwyczaj będzie to LPTl z adresem S378. Port należy ustawić w tryb bi-directional (by-te-mode). W starszych rozwiązaniach może być wymagane przestawienie zworek na karcie, nowsze płyty mają port wbudowany i wystarczy ustawienie trybu w BlOS-ie. Nie należy uruchamiać oprogramowania w trybach ECP/ EPP, które używają sygnałów sterujących dla potrzeb wbudowanych mechanizmów handshakingu (nie uzyskamy łączności z interfejsem, a sam port może się zawiesić - przypadkowe uruchomienie w ECP na HP Vectra spowodowało utratę dwustronnej komunikacji z drukarką aż do całkowitego wyłączenia zasilania komputera). Natomiast w trybie standard doprowadzimy do konfliktu na liniach - zwarcia rzędu 45 mA nie powinny wprawdzie uśmiercić sprzętu, ale lepiej nie ryzykować (zwłaszcza z portem na płycie).
Następnym wymogiem jest uruchomienie systemu Windows 95/ 98. Program wykorzystuje bowiem bezpośrednie odwołania do portów I/O, które nie będą tolerowane przez Windows NT (w tym przypadku należy zrealizować dostęp do portów z użyciem dodatkowych komponentów).
Aplikację uruchamiamy z parametrem określającym numer portu. Cyfra "1" - oznacza LPTl z adresem S378, a "2" - LPT2 z adresem S278. Dla prostoty zrezygnowano z automatycznej lokalizacji portów - takie przypisanie jest dzisiaj już praktycznie standardowe (w razie wątpliwości należy sprawdzić konfigurację
sprzętu). I uwaga - jako domyślny (bez parametru) jest przyjmowany LPT2 (na takim uruchamiano program). Działanie zostało przetestowane na konfiguracjach:
- Optimus Pentium 200MHz, z LPT2 na karcie ISA TC-210;
- HP Vectra Pentium MMX 200MHz, z LPTl na płycie głównej.
W razie kłopotów z komunikacją pojawi się odpowiednie okienko ostrzegawcze. Szybkość działania programu sterującego nie może przekraczać podanych wcześniej wymogów czasowych kontrolera wyświetlacza. Spójrzmy na kluczowe procedury odczytu i zapisu (Object Pascal):
function ReadByte:Byte; var
W: Word; B:byte; begin
W:=LptBase+2; B:=BaseCtrl or $22; {linia Read = AUTOFEED - bit 1 I inwertowany }
W: =LptBase;
B:=AByte;
asm
PUSH DX
MOV DX,W
MOV AL,B
OUT DX,AL { dane do portu danych }
POP DX
end;
W:=LptBase+2; B:=BaseCtrl and not $4;
PUSH DX MOV DX,W MOV AL,B
OUT DX,AL { poziom niski na linii Read, DIR = In } POP DX
W:=LptBase;
asm
PUSH DX
MOV DX,W
IN AL,DX { dane z I portu danych
MOV B,AL POP DX end;
Result:=B; W:=LptBase+2; B:=BaseCtrl; asm
PUSH DX MOV DX,W MOV AL,B
OUT DX,AL { poziom wysoki na linii Read, DIR = Out } POP DX end; end;
procedurę WriteByte(ABy-te:Byte); var
W: Word; B:Byte; beain
-rrcn-

1 Ś
0
sn
R4
o-i----i-o
M ZL1
O
UL
10 06000000 Ol ŁbOOOOOOOOoI
o eoooooooo
U4
- o
ii
:ó)s
Rys. 7. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej.
Elektronika Praktyczna 7/99
65
Programowanie sterowników wyświetlaczy graficznych
{linia Write = INIT - bit 2lnie inwertowany }
asm
PUSH DX
MOV DX,W
MOV AL,B
OUT DX,AL { poziom niski na linii Write }
POP DX
end;
W:=LptBase+2; B:=BaseCtrl; asm
PUSH DX MOV DX,W MOV AL,B
OUT DX, AL { poziom wysoki na linii Write - wpis } POP DX �nd;
end;
O ile nasz port będzie zbyt szybki może się okazać konieczne wprowadzenie odpowiednich opóźnień. Dla podanych powyżej konfiguracji konieczne było przy zapisie wcześniejsze wystawienie danych (przed opadającym zboczem WR). Okazało się, że zbyt szybko była wykonywana funkcja sprawdzająca status (ciągła pętla ReadByte) - ostateczna wersja jest podana poniżej (dla trybu zwykłego). Wywołania Application.Pro-cessMessages oprócz spowolnienia pętli pozwalają na wycofanie się z funkcji przy braku właściwego rezultatu (program nadal reaguje na komunikaty systemowe):
function CheckStatuś:Boolean; var
k: Integer;
B:Byte; begin
k:=0;
SetCmdLine(COMMAHD);
repeat
Application.ProcessMessagęs;
B:=ReadByte;
Inc(k);
if (k=100) then begin
Application.MessageBox('Sprawdź podłączenia i I zasilanie',
'Brak odpowiedzi',mb_Ok);
Result:=False;
Exit;
end;
until ((B and $3)=$3);
Result:=True; end;
Na tych elementarnych procedurach bazują pozostałe, bardziej złożone funkcje realizujące
opisane wcześniej operacje obsługi wyświetlacza. Natomiast część "ekranowa" programu pozwala na wygodne wprowadzanie odpowiednich komend. Są one zgrupowane w menu głównym:
- Widok - włączanie i wyłączanie trybu graficznego i tekstowego;
- Tryb - wybór stylu wyświetlania;
- Kursor - obsługa kursora (widoczność, wielkość, miganie i pozycja);
- Znaki - wybór generatora znaków;
- Funkcje - operacje dodatkowe: podświetlenie oraz programowe zerowanie wyświetlacza;
- Program - ma dwie części: przełącznik grafika/tekst odnosi się do zawartości ekranowego symulatora wyświetlacza, natomiast pozostałe komendy przesyłają odpowiednie dane z programu do RAM wyświetlacza;
- Bmp - umożliwia załadowanie bitmapy z pliku *.bmp.
Interfejs/symulator wyświetlacza ma dwa ekrany: graficzny, do którego ładujemy plik *.bmp oraz tekstowy, do którego możemy wpisywać własny tekst i ewentualnie nadawać mu atrybuty.
Ekran graficzny wyświetla bit-mapę *.bmp w trybie "stretch", tzn. dopasowuje ją do swojego wymiaru, gdy rzeczywiste wymiary bitmapy mogą być inne.
Wyświetlacz pokaże wymiary rzeczywiste, dlatego program informuje o załadowaniu bitmapy różnej od 240x64. Bitmapa z ekranu zostaje przekodowana i przesłana do wyświetlacza po wybraniu komendy GraphMem z menu Program.
Ekran tekstowy podzielony jest na siatkę znaków 40x8. Możemy w nią wpisywać tekst z klawiatury. Prawy przycisk myszy otwiera kontekstowe menu atrybutów. Wpisanie znaku oraz ustalenie atrybutu zawsze dotyczy całego zaznaczonego w siatce obszaru. Przesłanie tekstu oraz atrybutów do RAM jest realizowane komendami TextMem i AttrMem z menu Program.
Wybrano taką etapową obsługę dla zwiększenia poglądowości działania zestawu. Nic nie stoi na przeszkodzie, żeby w bardziej praktycznej aplikacji akcje klawiatury przesyłać natychmiast do wyświetlacza. Taką aplikacją
WYKAZ ELEMENTÓW
Interfejs Rezystory
Rl: montażowy potencjometr
wieloobrotowy lOkO
R2, R4, R5, Ró, R7: lOOka
R3, R8: 10kO
R9: R20: Ó8Q
Kondensatory
C1..C3: lOOnF
C4:
C5:
Có: 47^F/1ÓV (niskie ESR,
preferowany OS-CON Sanyo)
C7:
C8:
Półprzewodniki
Dl: 1N4148
D2: 1N5817
U3: MAX765
U4: 74HC245
U5: 74HC541
Ql: BC337 itp.
ST1: 7805 (na niewielkim
radiatorze z blachy miedzianej)
Różne
LM 24014H: wyświetlacz graficzny
z podświetleniem LFOB 08 lub 09
E1449: przetwornica DC/AC do
zasilania podświetlenia
gniazdo DB: 25 HM do druku
złącze 20: pin (pionowe
z łapkami) do druku
przycisk miniaturowy do druku
zacisk śrubowy ARK: 2
dławik 47|iH (tu zastosowany
zwykły, zalecany z prądem
nasycenia powyżej 0,75A,
najlepiej na toroidzie)
akcesoria montażowe: wsporniki
wyświetlacza, nóżki, tulejki itd.
przewód połączeniowy 25: żyłowy
z wtykami DB: 25 M oraz DB: 25 F.
mógłby być np. domowy sterownik zrobiony ze starej, przeznaczonej do skasowania płyty PC -ten temat wielokrotnie przewinął się na liście EP (wtedy raczej posłużymy się DOS-em, ale zasady obsługi wyświetlacza pozostaną te same). Należy wtedy także zadbać o bardziej odporne na zakłócenia dołączenie wyświetlacza (krótsze kable, ekranowana zabudowa, wspólne zasilanie itd.) -w prezentowanym zestawie czasem występują błędy przesyłania (chociaż nie ma to w tym przypadku poważnego znaczenia). Jerzy Szczesiul, [e-mail]
66
Elektronika Praktyczna 7/99
PROJEKTY
Odbiornik GPS, częsc 2
AVT-888
Po zapowiedzi
opublikowania opisu
konstrukcji odbiornika GPS
otrzymaliśmy od Was wiele
listów z pytaniami-
W związku z tymi listami,
w drugiej części ańykuiu
rozwiejemy większość
sygnalizowanych przez Was
wątpliwości, przekładając
jednocześnie publikację
ostatniej części opisu na
sierpień.
BT STARTU
BT STOPU
DO
D7
T
D5
9 10
danych
Możliwy poaqtsk trammkf kolejnych danych
Rys. S. Podstawowa ramka danych w standardzie NMEA-01S3.
Wymiana danych
Moduły odbiorcze GPS oferowane przez większość producentów przystosowane są do wymiany informacji z otoczeniem na dwa sposoby:
- Za pomocą binarnego "języka" opracowanego przez producenta. Zazwyczaj daje on możliwość bardzo elastycznej konfiguracji urządzenia, zapewnia także dostęp do szeregu indywidualnych funkcji, charakterystycznych dla konkretnego wykonania odbiornika.
- Za pomocą skryptów ASCII zgodnych ze standardem NMEA-0183. Zapewniają one dostęp do wszystkich standardowych funkcji i możliwości odbiornika, nie uwzględniają natomiast specyficznych rozwiązań sprzętowych zastosowanych przez producenta.
Pozornie komunikacja za pomocą poleceń NMEA-0183 jest mniej efektywna, ale w praktyce zapewnia użytkownikowi dostęp do wszystkich standardowych danych oferowanych przez system GPS.
W obydwu przypadkach transfer danych do i z odbiornika od-
bywa się poprzez łącze szeregowe RS232 w formacie 8nl, czyli 8-bitowa ramka danych, brak bitu parzystości i jeden bit stopu. Kompletna ramka danych składa się z 10 bitów, ponieważ zawsze na jej początku występuje bit startu (rys. 8). Zgodnie z zaleceniami standardu NMEA-0183, szybkość transmisji danych powinna wynosić 4800bd i z taką szybkością pracuje zastosowany w egzemplarzu modelowym odbiornik Motorola Oncore GT.
Mikrokontioler ST62T30 jest wyposażony w sprzętowy, programowany UART (rys. 9), który jednak nie do końca "pasuje" do prezentowanej aplikacji. Niedopasowanie wynika przede wszystkim z zastosowania przez twórców tego UART-u sztywnej, 11-bitowej ramki danych. Jej zawartość można co prawda dość łatwo i elastycznie modyfikować, ale jej sumaryczna długość jest niestety stała. W wyniku tego - zdaniem autora - błędu konstrukcyjnego w procesorach rodziny ST62, transmisja danych z procesora do modułu odbiorczego GPS odbywa się poprzez UART, a w drugą stio-
Elektronika Praktyczna 7/99
67
Odbiornik GPS
FTCD1
TOD1
Rys. 9. Budowa UART-a w ST62T30.
nę niezbędna była programowa "proteza", która odbiera 10-bitową ramkę z szybkością 4800bd.
Kolejny problem, jaki pojawił się podczas testowania modułu sterującego z różnymi typami odbiorników GPS, to występująca w niektórych przypadkach konieczność odwrócenia fazy sygnału TX mikrokontiolera. Jak widać na rys. 9, na wyjściu przesuwającego rejestru danych UART występuje inwerter, który zmienia polaryzację sygnału wychodzącego. Niektóre typy odbiorników GPS (np. Garmin SAX0091, Zol-tec RX-A950GPS, niektóre wersje Motorola Oncore XT oraz Sanyo ASSP1780) były przystosowane do takiej polaryzacji sygnału wejściowego (na wejściu RX odbiornika). W przypadku odbiorników Motorola Oncore GT niezbędne było zastosowanie zewnętrznego
List. 1.
r Procedura liczenia XOR-
r Na We]sclU argl 1 arg2,
r Wynik W akumulatorze.
r ..... Modyfikuje Zawartość akumulatora
Xor Id a,argl rargl pierwszy argument
and a,arg2 rarg2 drugi argument
eom a
Id mask.a
and a,argl
add a,arg2
and a.rnask
ret
inwertera tranzystorowego (rys. 10), dla którego przewidziano miejsce na płytce drukowanej sterownika.
Montaż i uruchomienie
Schemat montażowy płytki sterownika przedstawiono na rys. 11. Pod mikiokontioler warto zastosować podstawkę (najlepiej precyzyjną), co ułatwi ewentualne naprawy i serwis. Stabilizator US3 należy przykręcić do pocynowa-nego fragmentu płytki drukowanej, po uprzednim pokryciu radia-tora warstwą pasty przewodzącej ciepło (najlepiej silikonowej). Bardzo dobrym, lecz kosztownym rozwiązaniem jest zastosowanie zamiast pasty specjalnych podkładek poprawiających odprowadzanie ciepła z radiatora (produkowane przez firmę Berquist).
Montaż pozostałych elementów przebiega standardowo. Wyjątkiem jest złącze (gniazdo) Zll, które należy przylutowac od strony elementów, czyli jest ono montowane "od spodu" płytki.
W przypadku wykorzystywania odbiornika Motorola Oncore GT należy wlutować w płytkę tranzystor Tl oraz rezystory R5, R6, zgodnie z oznaczeniami na płytce i schemacie z rys. 10.
Wyświetlacz ciekłokrystaliczny Wl można połączyć z płytką sterownika na wiele sposobów, ale zalecane jest (ze względu na łatwy demontaż) zastosowanie 14-stykowego, szpilkowego złącza gold-pin wlutowanego w płytkę wyświetlacza oraz przystosowanego do nich gniazda wlutowanego w płytkę sterownika.
Na Tys. 11 pokazano także otwory przeznaczone do przykręcenia tulejek dystansowych, na których mocowany jest wyświetlacz Wl oraz moduł odbiorczy GPS. Całe urządzenie po zmontowaniu przypomina tiójwarstwo-wą kanapkę (rys. 12).
Protokół NMEA-0183
Otrzymaliśmy wiele pytań związanych z protokołem wymiany danych pomiędzy modułem GPS a mikiokontrolerem, co dowodzi, że wielu naszych Czytelników podjęło już samodzielne próby wykonania odbiornika GPS. Poniżej omówiony zostanie sposób preparowania ramek danych wysyłanych przez miki okontrol er do modułu GPS.
Jak wcześniej wspomniano, standardową szybkością przesyłania danych w NMEA-0183 jest 4800bd. Ramka danych jest 10-bitowa, nie jest przesyłany bit parzystości.
Każda wysyłana wiadomość rozpoczyna się od znaku "$" (kod 24h). Po tym znaku przesyłany jest 5-znakowy symbol określający producenta i rodzaj sprzętu (zawsze "PMOTG"), następnie 3-znakowy kod polecenia (np. "GGA"). Kod ten jest najczęściej skrótem angielskiej nazwy polecenia. Następnie przesyłane są parametry polecenia lub wynik obliczeń prowadzonych przez moduł GPS (w odpowiedzi na zapytanie). Poszczególne pola oddzielane są od siebie przecinkami. Najczęściej zadawanym odbiornikowi para-
Ph17USi rtEj*1
nxoio _�_ K*4*1 Tik
(RX h Oncon GT/UI)
Rys. 10. Schemat elektryczny opcjonalnego inwertera.
68
Elektronika Praktyczna 7/99
Odbiornik GPS
Do tych otworów, od strony lutowania PCB montowane są tuleje dystansowe odbiornika Onco/s GT (patrz rys. 12).
Płytka wyświetlacza LCD (W1)
Tuleje 10mm x 4mm (gwint 3mm)
Płytka odbiornika OncoreGT
Rys. 12. Sposób połączenia mechanicznego modułów odbiornika.
2. Inaczej mówiąc, każdy bit sumy kontrolnej jest efektem wykonania operacji XOR pomiędzy bitami wszystkich przesyłanych bajtów o tej samej pozycji wagowej.
O ile taki sposób liczenia nie przedstawia żadnej trudności użytkownikom innych niż ST62 rodzin procesorów, to w prezentowanym przypadku należało zastosować kolejną Rys. 11. Schemat montażowy odbiornika, "sztuczkę", ponieważ procesory ST62 nie wykonują sprzętowo operacji XOR. Niezbęd-łania danych w odpowiedzi na ne więc było wykonanie progra-zadane wcześniej zapytanie. Okres mowej "protezy", którą przedsta-powtarzania może wynosić od wiamy na list. 1. Przedstawiony 1 sekundy aż do 255 sekund. fragment programu najlepiej jest Każda ramka kończy się sumą wykorzystać jako procedurę wy-CRC umożliwiającą wychwycenie woływaną cali xor. Można ją błędów transmisji oraz znakami także zdefiniować jako makro do-
Do tych otworów, od strony elementów PCB montowane są tuleje dystansowe wyświetlacza Wi (patrz rys. 12).
metrem jest częstotliwość przesy-
(ODh, OAh).
Przykładowe pytanie o pozycję może mieć postać:
"$ PMOTG,GLL,yyyyCC",
łączane do programu linkerem.
Podczas korzystania z przedstawionej procedury należy pamiętać o konieczności zdefiniowa-
a w odpowiedzi moduł Oncore nia adresu (w obszarze RAM)
wysyła ciąg:
"$GPGLL,ddmm.mmmm,n,dddmm.mmmm, e,hhmmss.ss,aCC".
Opis znaczenia poszczególnych pól przedstawimy za miesiąc.
Suma kontrolna
Suma kontrolna ma ułatwić kontrolę poprawności transmisji danych. Jest ona liczona w następujący sposób: bity wszystkich przesyłanych bajtów mieszczą-
zmiennej mask, oraz adresów argumentów operacji argl i arg2. Procedura modyfikuje zawartość akumulatora, w związku z czym trzeba pamiętać o ewentualnym przechowaniu jego zawartości przed wywołaniem procedury i odtworzeniu jej po wykonaniu. Piotr Zbysiński, AVT
Dokumentacja odbiorników GPS Oncore firmy Motorola do-
cych się za znakiem "S" i przed stępna jest w Internecie pod ad-sumą kontrolną, z pominięciem , są dodawane modulo
resem: www.ep.com .pl/ftp/ other.html
Elektronika Praktyczna 7/99
69
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.
Włącznik zmierzchowy - timer
Na łamach EP
opublikowaliśmy już
opis trywialnie prostego
w wykonaniu,
dotykowego ściemniacza
- wyłącznika
oświetlenia, którego
konstrukcja oparta była
na układzie RT7703.
Tym razem
chciałbym zaproponować
Czytelnikom budowę
włącznika
zmierzchowego - ńmera,
którego sercem będzie
układ HT1315 firmy
HOLTEK.
Parametry elektryczne układu HT1315:
Napięcie zasilania 3 5VDC Pobierany prąd 25 50|jJ\
(w zależności od napięcia
zasilania) Maksymalny prąd pobierany
zwy|ściasteru|ącegotriakiern
7mA Progowe napięcie przełączania
we|ściawy zwalania ICDS
0,5 x napięcie zasilania
Podstawową funkcją proponowanego układu jest włączanie oświetlenia (lub odbiornika energii elektrycznej) w momencie obniżenia się poziomu oświetlenia poniżej określonego progu. Jest to więc typowy włącznik zmierzchowy, z jednym wyjątkiem: zwykle układy tego typu wyłączały oświetlenie dopiero z nadejściem świtu, a nasz układ posiada wbudowany timer wyłączający sterowane urządzenie po określonym czasie. Ma to sens, ponieważ typowe włączniki zmierzchowe powodowały marnowanie energii elektrycznej pozostawiając zapalone światło nawet wtedy, kiedy korzystający z niego ludzie dawno już poszli spać.
Typowym zastosowaniem proponowanego układu jest oświetlenie ogrodu lub podwórka zabudowań gospodarczych. Z chwilą zapadnięcia zmroku światło zapala się samoczynnie i pozostaje włączone, w zależności od sposobu zaprogramowania układu, przez 2, 4, 6, 3 lub 12 godzin. Układ posiada wbudowane zabezpieczenia przed
włączeniem pod wpływem krótkotrwałego spadku poziomu oświetlenia oraz przed przedwczesnym powtórnym włączeniem.
Niezależnie od pełnienia funkcji włącznika zmierzchowego, układ może także pracować jako zwykły timer, wyzwalany impulsem lub poziomem logicznym i włączający odbiorniki energii
elektrycznej na podane wyżej okresy.
Dodatkową, bardzo sympatyczną cechą timera jest fakt, że wyposażony on jest w układ detekcji przejścia napięcia sieci przez zero i włączania triaka tuż po tym momencie. Eliminuje to konieczność stosowania jakichkolwiek filtrów przeciwzakłóceniowych.
Rys. 1.
Elektronika Praktyczna 7/99
75
MINIPROJEKTY
Rys. 2.
Opis działania układu
Schemat elektryczny włącznika zmierzchowego pokazano na rys. 1. Jest to typowa aplikacja układu HT1315, w której wszystkie funkcje realizowane są przez układ scalony wyposażony jedynie w kilka elementów dyskretnych i układ wykonawczy. Ponieważ szczegółowe omówienie tej interesującej kostki wykraczałoby poza ramy tego artykułu, zainteresowanych odsyłam do katalogu firmy HOLTEK (znajduje się na płycie CD-EP4).
Układ HT1315 jest zasilany wprost z sieci energetycznej za pomocą prostownika zbudowanego na diodzie Dl. Poziom napięcia zasilania wyznaczany jest przez dzielnik złożony z rezystorów R6 i R7, a dioda Zenera D2 dodatkowo zabezpiecza układ przed nadmiernym wzrostem tego napięcia.
Triak Ql sterowany jest krótkimi impulsami pobieranymi z wyjścia TRIAC ICl. Synchronizację z siecią i detekcję przejścia jej napięcia
przez zero zapewnia rezystor R5 dołączony do wejścia ZC (ang. Zero Crossing).
Timer może zostać wyzwolony trzema sposobami: 1. Przez obniżenie napięcia na wejściu !CDS do poziomu niższego od 0,5 napięcia zasilania. Nastąpi to wtedy, kiedy rezystancja foto opornika, na skutek spadku natężenia oświetlenia zwiększy się do wartości większej niż 22OkD. Stan taki musi trwać przez ok. 1 min., co pozwala na wyeliminowanie ewentualnych zakłóceń i zapobiega wyzwoleniu time-ra na skutek krótkotrwałych zmian poziomu oświetlenia. Należy tu zauważyć, że wartość rezystora R3 powinna być dobrana w zależności od typu zastosowanego w układzie fo-torezystora.
2. Przez podanie na wejście IONESHOT impulsu ujemnego o czasie trwania > 60ms.
3. Przez wymuszenie niskiego poziomu logicznego na wejściu !LEVEL.
Czas włączenia timer a ustalany jest za pomocą jum-pera JPl, zgodnie z opisem wyprowadzeń układu
HT1315.
Montaż i uruchomienie
Zanim przejdziemy do opisu wykonania naszego włącznika zmierzchowego, chciałbym po raz kolejny zaapelować do Was o rozwagę. Wszystkie elementy oraz
ścieżki obwodu drukowanego znajdują się podczas pracy układu pod niebezpiecznym dla życia i zdrowia napięciem sieci energetycznej 22OVAC.
Dlatego też zdecydowanie odradzam samodzielne wykonywanie układu przez osoby nie mające doświadczenia z uruchamianiem urządzeń zasilanych bezpośrednio z sieci energetycznej. Wszystkie manipulacje przy układzie należy wykonywać z zachowaniem największej ostrożności, pamiętając o regule pracy jedną ręką. Także zastosowane w układzie przełącznik i przycisk (o ile będą stosowane) muszą odpowiadać normom bezpieczeństwa.
Na rys. 2 pokazano rozmieszczenie elementów na płytce obwodu drukowanego. Widok mozaiki ścieżek znajduje się na wkładce wewnątrz pisma.
Montaż wykonujemy w typowy sposób, zachowując jednak szczególną staranność (22OV!). Omówienia wymaga jedynie sposób zamontowania triaka wraz z radia-torem. Kolejność postępowania przy montażu tych elementów powinna być następująca:
1. Prowizorycznie przykręcamy triak do radiatora nie dokręcając śruby mocującej zbyt mocno.
2. Wkładamy końcówki triaka i kołki mocujące radiatora w odpowiednie otwory w płytce obwodu drukowanego i lutujemy je do płytki.
3. Dopiero teraz dokręcamy mocno śrubę mocującą triak do radiatora.
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl: 10kQ
R2: fotorezystor 220..470kQ
R3: 220kQ
R4: 5ÓOkQ
R5: 2,2MQ
R6: 43kQ/0,5W
R7: l,5kQ
Kondensatory
Cl: lOOnF
C2: 100^F/25V
Półprzewodniki
Dl: 1N4007
D2: dioda Zenera 5, IV
ICl: HT1315
Ql: BT136 lub odpowiednik
Różne
CON1, CON2: ARK2
Fl: oprawka + bezpiecznik 1A
JP2 : goldpin 5x2 + jumper
Płytka drukowana wraz z kompletem elementów jest dostępna wAVT - oznaczenie AVT-1232.
Taka kolejność postępowania pozwoli na uniknięcie powstawania szkodliwych naprężeń w wyprowadzeniach triaka, które mogłyby doprowadzić do jego uszkodzenia.
Układ zmontowany ze sprawdzonych elementów działa natychmiast poprawnie. Jedyną czynnością przed przekazaniem urządzenia do eksploatacji będzie zaprogramowanie timera za pomocą jumpera JPl.
Moc odbiorników energii dołączonych do układu zależy wyłącznie od typu zastosowanego triaka oraz intensywności jego chłodzenia i w układzie modelowym wynosiła ok. 1000W. Andrzej Jaruga
Elektronika Praktyczna 7/99
MINIPROJEKTY
Przełącznik sensorowy z procesorem AVR AT90S1200
Bohaterem artykułu
jest premierowa
konstrukcja opracowana
w AVT, wykorzystująca
i testująca możliwości
sterownika z rodziny
AVR. Przyświecały nam
dwa cele: stworzenie
układu posiadającego
walory użytkowe
i pokazanie na jego
przykładzie jak można
wykorzysty wa ć
i oprogramować nowe
sterowniki sięgając po
ogólnie dostępne
narzędzia.
Procesory AVR produkowane przez firmę ATMEL są prostymi 8-bitowymi sterownikami jednoukładowymi. Cechy wyróżniające je to duża szybkość działania i niewielki pobór prądu, co pozwala im pracować nawet w układach zasilanych bate-ryjnie. Dodatkowymi atutami jest duża wydajność prądowa portów wyjściowych zdolnych sterować bezpośrednio diodami LED lub małymi przekaźnikami oraz możliwość ustawiania wyprowadzeń portów w stan wysokiej impedancji. Takie właściwości umożliwiają wykorzystanie procesora jako przełącznika
sensorowego, czyli układu przełączającego, działającego pod wpływem dotknięcia. Oczywiście, przełączniki takie znane są od dawna. Można je zbudować z ogólnie dostępnych elementów dyskretnych i bramek logicznych. Konstrukcja przełącznika z procesorem jest jednak niezwykle prosta. W dodatku łatwo można zwiększyć jego możliwości modyfikując jedynie program , a również o to w ca-projekcie
76
Elektronika Praktyczna 7/99
MINIPROJEKTY
Schemat ideowy przełącznika pokazano na rys. 1. Jak widać, w swej zasadniczej części urządzenie składa się z procesora AVR i niewielu więcej elementów. Dwa styki sensorów dołączone są do sterownika poprzez pojemności C3 i C4. Świecenie diod Dl i D2 sygnalizuje dotknięcie któregoś z sensorów. Procesor do pracy (oczywiście oprócz zasilania +5V) potrzebuje jedynie ukła-
du wytwarzającego impulsy taktujące o częstotliwości stabilizowanej rezonatorem kwarcowym. W prototypie użyto kwarcu o częstotliwości ok. 4MHz, jednak modyfikując program można zastosować kwarc
0 częstotliwości z zakresu od
1 do lOMHz.
Działanie układu jest bardzo proste. Dotknięcie któregoś z sensorów powoduje zapalenie się odpowiadającej
mu diody LED. Jednocześnie następuje zmiana stanu portu PB. W cyklu ok. 0,6s na kolejnych wyjściach portu pojawia się aktywny stan wysoki. Kierunek przesuwania się stanu aktywnego zależy od tego, czy dotknięty zostanie sensor SWl czy SW2. Poziom wysoki na wyprowadzeniach portu może przesuwać się pomiędzy dwoma położeniami skrajnymi: wyprowadzeniem
PB.7 oraz przyjęciem przez wszystkie bity portu poziomu nieaktywnego, czyli niskiego. Wyprowadzenia portu poprzez złącze JP2 mogą bezpośrednio sterować LED-ami lub innymi układami pobierającymi do 20mA prądu.
Układ w prosty sposób można rozbudować. Dołączając dwa zewnętrzne rejestry zatrzaskowe można uzyskać sterowany dotykowo przełącznik,
List. 1.
;* Przełącznik dotykowy na iprocesorze AT90S1200* i* zegar ok.4.0MHz
i dane wyjściowe podawane są na
i port PB
; diody sygnalizujące przesuw
i dołączone są do PD6 i IPD5
; wejście sensora przesuwu
i "w dół" dołączone jest
i do PD3 (SWl)
; wejście sensora przesuwu
i "W górę" dołączone jest
i do PD4 (SW2)
; wejście wyboru opcji PD2
i wyjście sygnału dla
; zatrzasku sterującego
i wyświetlaczem PDO
i wyjście sygnału dla
; zatrzasku danych
; równoległych PD1
.include "12OOdef.inc"
-DEF zeg_06s=rl6
; rejestr stopera
.DEF port_out=rl7 ;rejestr
i stanu portu równoległego
.DEF test=rl8
;rejestr pomocniczy
.DEF trans=rl9
;rej estr pomocniczy
.DEF dig_number=r2 0
;Wskaźnik aktywnego wyjścia
.DEF opcja=r21
;rejestr aktywnej opcji
iobsługi wyświetlacza
.DEF swl_test=r22
i znacznik aktywnego wejścia 1
.DEF sw2_test=r23
i znacznik aktywnego wejścia 2
.EQU clk_paral=l
;przypisanie nazwy do wyjścia
;sygnału zatrzasku danych
;równoległych
,EQU clk_disp=0
;przypisanie nazwy do wyjścia
; sygnału zatrzasku wyświetlacza
.EQU pin_opcja=2
;przypisanie nazwy do wejścia
;wyboru opcji
.EQU dig_table=5 ;adres
itabeli danych sterujących
i segmentami wyświetlacza
ldi trans,Oxff ;zapis
iWartości FFh do rejestru DDRB out DDRB,trans ;programuje
;port B jako port wyjściowy ldi trans,0x63 ;zapis do
;rejestru DDRD programuje port D out DDRD,trans ;W części
ijako port wyjściowy w części
; jako wyjściowy
sbi PORTD,pin_opcja
ldi opcja,0xff
sbis PIND,pin_opcja
i testowanie wyprowadzenia,
iktórego stan steruje
ldi opcja,0x0
iWłączeniem lub wyłączeniem
i obsługi wyświetlacza
ldi r30,dig_table ;zapis
;danych do tabeli sterującej
i segmentami wyświetlacza
ldi trans,0x3f ;wartość
i reprezentuj ąca zapalone
;segmenty cyfry "0"
st Z,trans
inc r30
ldi trans,0x06 ;wartość
i reprezentuj ąca zapalone
;segmenty cyfry "1"
st Z,trans
inc r30
;W tym miejscu należy dopisać ;instrukcje zapisujące do ;pamięci wygląd pozostałych i cyfr 2-7
inc r30
ldi trans,0x7f ;wartość
i reprezentuj ąca zapalone
;segmenty cyfry "8"
st Z,trans
ldi test,0x0
i ustawienie wartości
;początkowych rejestrów
ldi trans,0x0
out PORTD,trans
ldi port_out,0x01
ldi dig_number,0x01
rcall set_paralel
;po resecie aktywne będzie
iWyjście 1
rcall wyswietl_dig
;wyświetlenie cyfry
i określającej aktywne wyjście
ldi Zeg_06s,110 ;Wartość
ipoczątkowa rejestru stopera
ldi trans,0x3 ;preskaler /64
out TCCR0,trans
ldi trans,0x0 ;wartość
ipoczątkowa rejestru licznika
i sprzętowego
out TCNT0,trans
pl:
i początek pętli głównej
; programu
in trans,TIFR
sbrc trans,TOV0 ;badanie
i stanu flagi TOV0 licznika,
ijeśli ustawiona
rjmp zegar
; skok do podprogramu "zegar"
in trans,0x0
sbic PIND,3
i badanie stanu SWl
ori swl_test,0x4 0 ;stan
iWysoki, wejście jest
;pobudzane poprzez dotyk
sbic PIND,4
i badanie stanu SW2
ori sw2_test,0x2 0 ; stan
iWysoki, wejście jest
; pobudzane poprzez dotyk
rcall signal
i zapalenie lub zgaszenie diod
; sygnalizacyjnych D1,D2
rjmp pl
ikoniec pętli głównej programu
zegar:
;podprogram zegara-stopera
ldi trans,0x2
out TIFR,trans
iWyzerowanie flagi TOV0
dec zeg_0 6s
tst zeg_06s
brnę pl ;stoper jeszcze nie
;odmierzył 0, 6s
ldi zeg_06s,110 ;odliczone
i zostało ok. 0,6s
or test,swl_test
or test,sw2_test
cpi test,0x60
ijeżeli aktywne oba
iWejścia SWl i SW2
breq z_l ;stan portu PB
i nie ulegnie zmianie
cpi test,0x20
breq Z_2 ; aktywne SW2
cpi test,0x40
breq z_3 ;aktywne SWl
rjmp z_l
i Żadne z wejść nie jest aktywne
Z_3:
; przesuwanie bitu portu
iWyjściowego gdy aktywne
ijest SWl
cpi port_out,0x80 ;bit portu
;nie może już być przesuwany
breq z_l ;stan wyjścia
i nie ulegnie zmianie
cpi port_out,0x0
brnę z_31
ldi port_out,0xl
i aktywne wyjście numer 1
ldi dig_number,0x1
rjmp z_l
Z_31:
lsl port_out
iprzesuwanie bitu wyjścia
inc dig_number
rjmp z_l
Z_2 :
iprzesuwanie bitu portu
iWyjściowego gdy aktywne
ijest SW2
cpi port_out,0x0 ;bit portu
;nie może już być przesuwany
breq z_l ; stan
iWyjścia nie ulegnie zmianie
lsr port_out
dec dig_number
z_l:
rcall set_paralel ;ustawienie
i aktywnego wyjścia
rcall wyswietl_dig
;wyświetlenie cyfry na
i wyświetlaczu
ldi swl_test,0x0
ldi sw2_test,0x0
rjmp pl
ipodprogram wyświetlania cyfry
i na wyświetlaczu
; siedmiosegmentowym
wyswietl_dig:
cpi opcja,0x0
breq w_dl ;obsługa
i wyświetlacza jest wyłączona
ldi r30,dig_table
add r30,dig_number
Id trans,Z
out PORTB,trans
nop
nop
cbi PORTD,clk_disp
igeneracja impulsu dla
;rejestru
sbi PORTD,clk_disp
;zatrzaskującego
cbi PORTD,clk_disp
nop
nop
W_dl:
ret
i podprogram ustawiania
i aktywnego wyjścia
i równoległego
set_paralel:
out PORTB,port_out
nop
nop
cbi PORTD,clk_paral
igeneracja impulsu dla
i rejestru
sbi PORTD,clk_paral
i zatrzaskującego
cbi PORTD,clk_paral
nop
nop
ret
i podprogram steruj ący
i zapalaniem i gaszeniem diod
i sygnali zacj i
signal:
ldi test,0x0
cpi swl_test,0x0
breq sigl
ori test,0x40
i aktywne SWl, zapalona
i zostanie Dl
sigl:
cpi sw2_test, 0x0
breq sig2
ori test,0x20
i aktywne SW2, zapalona
i zostanie D2
sig2 :
mov trans,test
com trans
andi trans,0x60
out PORTD,trans
ret
Elektronika Praktyczna 7/99
77
MINIPROJEKTY
jpi
| 4MHz
C1 27p
VCC
JP2
Ul
----27p -r-
C2 27p
JP4
VCC
O
i'i C5 ^^ 47^/16
Rys. 1.
którego aktywny stan włączy 7-segmentowy wyświetlacz LED. Schemat układu poszerzającego możliwości przełącznika pokazuje rys. 2. Jako zatrzasków można użyć zarówno kostek 74HCT574 (wygodniejsze podczas projektowania druku) jak i 74LS374 (użyte w modelu) czy jakichkolwiek innych 8-bitowych rejestrów zatrzaskowych typu D. Jako wyświetlacza można użyć dowolnego wyświetlacza LED
0 wspólnej katodzie.
Sygnały zatrzaskujące dane w dodatkowych rejestrach podawane są złączem JPl. Wyjaśnić należy obecność na rysunku 2 jumpera. Otóż zworka ta steruje wyborem trybu pracy przełącznika. Jeżeli w momencie włączenia zasilania pozostanie zwarta do masy, sterownik nie będzie obsługiwał wyświetlacza
1 sterowane zewnętrzne układy można dołączyć wprost do portu PB. Pozostawienie zwo-ry rozwartej spowoduje mul-tipleksowanie danych na tym porcie i konieczność zastosowania zewnętrznych rejestrów zatrzaskowych.
RESET SCK PB.7
PD.0 MISO PB.6
PD.1 MISI PB.5
CTAL2 PB.4
XTAL1 PB.3
PD.2 INTO PB.2
PD.3 A- PB.1
PD.4 A+ PRO
PD.5 PD.8
9051200
R1 2M2
C3 330p
SW2
H2 2M2
C4 330p
D1 LED
R3 470
D2 LED
R4 470
SW1
1 2
JP3
Montaż przełącznika jest banalnie prosty ze względu na niewielką liczbę elementów wchodzących w jego skład. Do złącza JP3 dołącza się sensory o dowolnym kształcie, wykonane z kawałka drutu lub blaszki. Nie powinny być jednak zbyt długie i oddalone od płytki. Układ jest podatny na zakłócenia wywoływane działa-
T
vcc
niem dużych odbiorników energii elektrycznej, takich jak lodówki, silniki itp. Podatność układu na zakłócenia można stłumić zmniejszając wartość rezystancji oporników Rl i R2 (rys. 1) jednak jej zbytnie obniżenie może spowodować, że układ przestanie reagować na dotykanie wyprowadzeń sensorów.
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl, R2: 2,2MQ
R3, R4: 470Q
Kondensatory
Cl, C2: 27p
C3, C4: 330p
C5: 47^F/1Ó
Półprzewodniki
Ul: AT90S1200 (procesor
zaprog ra m owa ny)
Dl, D2: diody LED (np.
żółta i zielona)
Różne
Xl: kwarc ok. 4MHz
Zamiast sensorów można także użyć zwykłych przycisków zamontowanych w miejsce kondensatorów C3 i C4. W takim przypadku wyprowadzenia złącza JP3 należy wtedy zewrzeć i połączyć z napięciem zasilania procesora, natomiast oporniki Rl i R2 można zamienić na inne o oporności ok. lOkD.
Po dotarciu do tego miejsca opisu, Czytelnicy zainteresowani jedynie wykonaniem działającego przełącznika mogą sobie darować lekturę dalszej części tekstu. Posiadają już wiedzę niezbędną do jego uruchomienia i użycia. Natomiast wszystkich zainteresowanych sterownikami AVR, możliwościami ich wykorzystania oraz samodzielnym pisaniem programów dla tych procesorów zapraszam do zapoznania się z list. 1. Szczegółowy opis programu wraz z kodem źródłowym dostępny jest na stronie http://www.ep.com.-pl/ftp/other.html. Ryszard Szymaniak, AVT [e-mail]
H
Rys. 2.
Elektronika Praktyczna 7/99
NOWE PODZESPOŁY
LT1684 - generator tonu dzwonienia
Linear Technology wprowadziła na rynek specjalizowany układ scalony generatora tonu dzwonienia przeznaczony do zastosowań telekomunikacyjnych -LT1684. Uldad odbiera sygnał o modulowanej szerokości impulsów (PWM] generowany przez użytkownika i przekształca go na wysokonapięciową falę sinusoidalną sygnału dzwonienia.
LT1684 ma wejście różnicowe, co uodpar-nia go na zewnętrzne zakłócenia. Wejście jest zwykle izolowane pojemnościowo od układów sterujących, a nie przy użyciu drogich transoptorów. Amplituda impulsów sygnału PWM, zakodowanego pożądanymi informacjami czasu trwania wyjściowego sygnału dzwonienia, jego częstotliwości i amplitudy, jest normalizowana (do ą1,25V] dla zapewnienia odpowiedniej dokładności napięcia sygnału. Informacja czasu trwania, częstotliwości i amplitudy jest wydobywana
TECHNOLOGA
przy użyciu wielobiegunowego aktywnego filtru/wzmacniacza, wytwarzającego wyjściowy sygnał tonu dzwonienia.
Jako wzorca lokalnych napięć zasilania LT1684 używa swego własnego wyjścia tonu dzwonienia. Napięcia te wytwarza przez dynamiczne przesuwanie poziomów używając do tego zewnętrznych komplementarnych tranzystorów MOSFET. Taki sposób działania z "aktywnym śledzeniem" zasilania umożliwia liniową generację wysokonapięciowego sygnału tonu dzwonienia, co eliminuje konieczność stosowania dużych wysokonapięciowych elementów filtrujących.
Przedstawicielami Linear Technology w Polsce są firmy; Elbatex (iel {0-22} 383-22-73], Macropol {tel. {0-22} 322-43-37} i Eurodis (iel {0-71} 87-57-41}.
http://www.linear.com/pdf/l684i.pdf
Rys. 1.
Nowe rodzina układów cyfrowych firmy|PHILIPS
Philips wprowadził na rynek nową rodzinę cyfrowych układów scalonych noszącą oznaczenie AHC/T. Charakterystyczną cechą nowych, układów jest pełna kompatybilność z systemami zasilanymi napięciami 3,3 oraz 5V, niezależnie od typu wykorzystywanych w nich układów (TTL/CMOS]. W ramach nowej rodziny dostępne są 24 typy układów, a w najbliższym czasie dostępne będzie aż 80 najbardziej popularnych typów, zgodnych ze standardami TTL.
Typowy czas propagacji bramek w rodzinie AHC/T nie przekracza
Elektronika Praktyczna 7/99
5,3ns. Dostępne są cztery wersje obudów: SO, TSOP, TSSOP oraz jedne z najmniejszych na świecie PicoGate.
Przedstawicielami Philipsa w Polsce są firmy; Eurodis {tel. {0-71} 875-741}, Spoerle {iel. {0-22} 808-04-47} i Setron {iel. {0-22} 834-47-38}.
NOWE PODZESPOŁY
Precyzyjne układy do pomiaru prądu firmy
National Semiconductor
LM3812/3813
Delta Sigma Modulator
Digital Ftter
Digital Ramp Generator
National Semiconductor
Rys. 2.
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 precyzyjnego pomiaru prądu podczas ładowania akumulatorów, w układach napędowych i źródłach napięcia zasilania. Każdy z nich
zawiera czujnik rezystorowy (4mil) zamontowany na ramce wyprowadzeń, wprowadzający do mierzonego obwodu spadki napięcia i straty mocy bliskie zera. Minimalne straty wprowadzane przez czujnik są szczególnie ważne przy pomiarach prądu w zakresie amperów.
Układ LM3812 mierzy prąd po dodatniej stronie obciążenia {high side), a LM3813 - po stronie ujemnej {Iowside]. Sygnałem wy-jSciowym jest ciąg impulsów o modulowanej szero-koSci (PWM), wskazujących
mikro wolto w.
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.national.com/ds/LM/ LM3812.pdf
wartoSć i kierunek mierzonego prądu. Do-kładnoSć szerokoSci impulsów wynosi w temperaturze pokojowej ą2%.
Napięcie na rezystorze pomiarowym jest mierzone przez przetwornik delta-sigma, a następnie zamieniane na sygnał PWM, który może być doprowadzony do dowol- ^ Ś nego mi kro kontrolera. Zaletą przetwornika 5,25VV delta-sigma jest naturalna zdolnoSć do eliminacji wejSciowego napięcia niezrówno-ważenia czujnika, najważniejszej przyczy- n ny błędu przy pomiarach napięć o zakresie
SENSE
LOAD
SD
MIC7300 - miniaturowy wzmacniacz operacyjny rail-to-rail o dużej wydajności prądowej -.
SpecjalnoScią firmy Micrel są analogowe układy scalone montowane w bardzo małych obudowach. Jednym z nich jest nowy wzmacniacz operacyjny MIC7300 dostępny 5-wypro-wadzeniowej firmowej obudowie IttyBitty SOT23. Obok mikro wy miaro w, jego główne zalety to: wyjScie rail-to-rail 6 według jego twórców najlepsze wSród wzmacniaczy dostępnych na rynku ó i niespotykanie duży, jak dla tego typu układów, prąd wyjSciowy. MIC7300 jest wzmacniaczem CMOS. Jest łatwy
IN+ V- 01^
nn in rn
L_ r
| 4 IN-
V+
Rys. 4.
SOT-23-5 w użyciu ó zachowuje stabil-noSć nawet przy sterowaniu tak dużych obciążeń pojemnoS-ciowych jak 6000pF (przy zasilaniu 10V).
Wzmacniacze operacyjne CMOS są idealne do niskonapięciowych aplikacji zasilanych jednym napięciem, ale dotąd miały wyjScia o relatywnie małej zdolnoSci sterowania, a wiele z nich nie było zdolnych do sterowania nawet stosunkowo małych obciążeń pojemnościowych. Prąd wyjSciowy MIC7300 (wpływający i wypływający) może mieć wartoSć ponad 80mA (przy zasilaniu 5V), a stabilnoSć wzmacniacza czyni go znacznie łatwiejszym do zastosowania niż innych istniejących przyrządów CMOS.
MIC7300 ma wejSciowy zakres napięć wspólnych przekraczający wartoSć napięcia zasilania, a napięcie wyjSciowe wzmacniacza może się zmieniać niemal w granicach zasilania ó o lmV powyżej ujemnego i lmV poniżej dodatniego napięcia przy sterowaniu obciążeń lOOk . Są to szczytowe osiągi rail-to-rail.
Dla aplikacji o większej mocy, układ będzie wkrótce dostępny w obudowie MSOP-8 z zatopioną ramką wyprowadzeń poprawiającą odprowadzanie ciepła. Obudowa MSOP-8 umożliwi pełne wykorzystanie jego znakomitych zdolnoSci sterowania.
SzybkoSć narastania napięcia wyjSciowego (siew ratę) 0,5V/us, w połączeniu z polem wzmocnienia 0,5MHz i prądem zasilania 0,5mA, czyni MIC7300 idealnym do wszelkiego rodzaju aplikacji formowania sygnału i buforowania. Dzięki małemu wejSciowemu prądowi polaryzacji (lpA) i dużym zdolnoS-ciom sterowania wyjScia układ nadaje się np. do buforowania czujników o dużej impedan-cji.
Przedstawicielem Micrela w Polsce jest firma Future (tel. (0-22) 618-92-02).
http://www.micrel.com/pdf/mic7300.pdf
80
Elektronika Praktyczna 7/99
NOWE PODZESPOŁY
Bezpieczne karty pamięciowe Flash
X
XICOR
Układ Pamięć Hasła dostępu Wyprowadzenia Licznik dostępów przewodową magistra-
X76F102 X76F200 X76F400 896b 2Kb 4Kb dwa 64-bltowe RAA/ dwa 64-bltowe RAA/ dwa 64-bltowe RAA/ ISO 7816 ISO 7816 ISO 7816 8 zliczeń 8 zliczeń 8 zliczeń lą (linia zegara szeregowego SCL i dwukierunkowa linia danych
(SDA).
Xicor wprowadza na rynek nową rodzinę bezpiecznych układów pamięci zgodnych ze standardem ISO 7816 ó 76F102/200/400. Układy w całkowicie spełniają wymagania dla inteligentnych kart chipowych (smań card) i zapewniają wyjątkowy poziom bezpieczeństwa bez użycia drogich rozwiązań szyfrujących opartych na kontrolerze. Nowe układy są idealne do aplikacji takich jak prawa jazdy, paszporty, karty opłat za przejazd i karty zdrowia.
Układy w pełni obsługują protokół odpowiedzi na reset (response-to-reset) ISO 7816, polegający na automatycznym wyprowadzeniu 32-bitowego strumienia danych ó indywidualnej, programowanej maską sygnatury zapewniającej najwyższy poziom zabezpieczenia.
Oprócz hasła, dodatkowym zabezpieczeniem jest licznik prób dostępu [retry coun-ter) umożliwiający dokonanie tylko 8 prób. Chroni to układ przed wszelkimi niepożądanymi manipulacjami.
Do komunikacji z otoczeniem służy szeregowy interfejs i protokół programowy umożliwiający współpracę z popularną 2-
Wewnętrzne matryce Flash układów charakteryzują się minimalną wytrzymał o Scią 100.000 cykli zapisu/kasowania i minimalnym czasem utrzymywania danych 100 lat. Pamięci są zapisywane sektorami po 8 bajtów. Maksymalna częstotliwość zegara wynosi lMHz. Są zasilane napięciem 2...5,5V. Pobierają maksymalnie 3mA w stanie aktywnym i luA w stanie oczekiwania. Są montowane w 8-wyprowadzeniowych obudowach PDIP, SOIC, MSOP, TSSOP, a także dostępne w postaci karty chipowej lub modułu karty chipowej.
Układ o najmniejszej pojemnoSci X76F102 zawiera jedną 896-bitową matrycę bezpiecznej szeregowej pamięci Flash. Dostęp do matrycy pamięci jest sterowany przez dwa 64-bitowe hasła. Hasła zabezpieczają oddzielnie operacje odczytu i zapisu. Pozostałe układy zawierają matryce o pojemnoSciach 2K i 4K.
Przedstawicielami Xicora w Polsce są firmy: Elatec (teł. (0-12) 413-89-29) i Setron (teł. (0-22) 634-47-36).
http://www.xicor.com/PDF_Files/ X76F102.pdf
Vcc NC NC
VSS
NC
SDA
NC
SOIC
1 8
2 7
3 6
4 5
RST Vss
SCL NC
SDA NC
NC SDA
Vcc
RST NC
SCL NC
NC
TSSOP
1 8
2 7
3 6
4 5
Vcc NC
RST SCL
SCL RST SDA NC
Smart Card Module
gnd|
I RST I I NC |
| SCL | I SDA I
I NC I I NC I
SCL SDA
RST
------------------------------------------> Retry Counter
> Data Transfer ---------> Erase Logic
Array Access
Enable
Interface i 112Byte

Password Array andPassword Verification Logic > bkPHOM Array




ISO Reset
Response Register
Rys. 5.
Elektronika Praktyczna 7/99
81
Imię:...................................
Nazwisko:...........................
Adres:.................................
Kupon należy
wypełnić, wyciąć
i przesłać na adres
redakcji (podany na
drugiej stronie
kuponu)
: -o
: I"--
; x
i o>
: ^O
: O.
c-- : _C
co
lip ; _>^
; o
Cl : ^:
>Ś : O"
: co
; 0
: C
: "O
O i "O
: >Ś
< ; o_
0 i 'C
co o
>Ś : o
'_' co
O = O
i co
D = O
: m
0 i
O c iem
0" : c
co : O
; ~o
er
ZUj i L
>Ś : O
: 5
o I i
o ; _c
o : _o
>Ś i -^
M = o
O : q
Pytania konkursowe
NOWE PODZESPOŁY
LTC1688/LTC1689
- szybkie drivery RS485
z funkcją hot swap
Nowe układy Linear Technology LTC1688/LTC1689 są różnicowymi drive-rami magistrali/linii mogącymi pracować przy szybkościach transmisji danych do lOOMb/s. Opóźnienie propagacji 8ns +/-4ns jest gwarantowane w całym roboczym zakresie temperatur. Układy pracują w pełnym zakresie napięć wspólnych RS485 (ó 7V do 12V); spełniają także wymagania RS422.
Wyjścia driverów mają zdolności hot swap, to znaczy umożliwiają odłączanie
ZV/DV
r 1 drirt
1
H EOpdźnlsiłB wrtBBlono proz kobal *
-1
1
i

Wyjtos ocnoniMi

unwL

TECHNOLOGY
i przyłączanie do magistrali bez wyłączania napięcia zasilania, zapewniając zachowanie integralności danych płyty bazowej [ba c kpi ans). Drivery mają trójstanowe wyjścia, utrzymują wysoką impedancję w całym zakresie napięć wspólnych (07 do 12V]. Wyjścia zachowują również wysoką impedancję w trakcie włączania i przy wyłączonym zasilaniu. W trakcie zwarcia układ wykrywa defekt magistrali i znacznie redukuje wyjściowy prąd drivera (typowo do 3mA]. Obwody wyłącznika termicznego zabezpieczają podzespoły przed nadmiernym rozpraszaniem mocy.
LTC1688/LTC1689 pracują przy zasilaniu 5V lub 3V i pobierają tylko 9mA prądu z zasilacza.
Przedstawicielami Linę ar Technology w Polsce są firmy; Elbatex (iel {0-22} 383-22-73], Macropol (iel. {0-22} 322-43-37} i Eurodis (iel {0-71} 87-57-41}.
http://www.linear.com/pdf/l6889i.pdf
InttrfJ* RS48S o szybkości SOMbps
Rys. ó.
Ultraminiaturowe przetwornice DC/DC'"
Brytyjska firma Newport Compo-nents opracowała nową rodzinę przetwornic DC/DC o bardzo małych wymiarach, charakteryzującą się wysokim napięciem przebicia izolacji (3kV].
Przetwornice serii NTV mają moc wyjściową lW, a dzięki zastosowaniu miniaturowej obudowy przeznaczonej do montażu powierzchniowego zajmują zaledwie l,64mm^ i mogą pracować z pełną mocą w pełnym zakresie temperatur otoczenia -4O..+85�C bez konieczności stosowania dodatkowego chłodzenia. Sprawność przetwornicy wynosi 82%, napięcie wejściowe może mieć wartość 5 lub 12V, napięcia wyjściowe mogą osiągać wartość 5, 9, 12 lub 15V.
Przedstawicielem Newport Compo-., nents w Polsce jest firma JM Elektronik {iel. {0-32} 231-25-29}
Elektronika Praktyczna 7/99
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
"^a^
Rys. 2. Rozmieszczenie elementów.
Rys. 3. Mozaika ścieżek płytki drukowanej.
nia wyjście układu IC3a jest połączone z wejściem podwójnego przerzutnika bistabilnego IC4.
Tranzystor Tl działa jako modulator. W układzie wtórnika emi-terowego jego baza ma umiarkowanie wysoką impedancję dla sygnału pochodzącego z układów scalonych dzielnika, co umożliwia wybór wymaganego znacznika przełącznikiem obrotowym S2 . Niskoimpedancyjne wyjście sygnału zmodulowanego tworzą rezystancje wtórnika emiterowego R2 i R3. Gniazdo K2 dostarcza względnie niskiego poziomu napięcia wyjściowego (20 - 50mV), które przy sprzężeniu bezpośrednim (zamiast indukcyjnego) może być bardziej bezpieczne dla wejścia odbiornika.
W układach CMOS czas propagacji sygnału (czas do zmiany na wyjściu w odpowiedzi na zmianę stanu na wejściu) zależy w szczególności od napięcia zasilania. Układy IC5 i ICl, umieszczone na początku łańcucha dzielników, pracują naprawdę blisko swojej maksymalnej częstotliwości zegarowej, a dla ich niezawodnej pra-
cy najniższym napięciem zasilania jest 12V.
Aczkolwiek oscylatory kwarcowe są znane ze swojej stabilności, ich częstotliwość pracy zmienia się (w pewnym niewielkim stopniu) przy zmianach napięcia zasilania wzmacniacza. Stąd stabilizacja napięcia zasilania poprawi parametry urządzenia. Dlatego napięcie zasilania pochodzi z dwu 9-woltowych baterii PP3 połączonych szeregowo dla uzyskania nominalnego napięcia zasilania 18V, obniżanego do wymaganych 12V i zarazem stabilizowanego przez IC6. Kondensator bocznikujący Cl2 zwiera do szyny masy wszystkie szumy elektryczne wytwarzane przez stabilizator.
Wydajność prądowa świeżych baterii mieści się w pobliżu 35mA i maleje do około 25mA, gdy dobiega końca okres ich przydatności. Mimo że sprzęt tego rodzaju nie stawia bateriom PP3 nadmiernych wymagań prądowych, to zwykle pracuje on przez dłuższe okresy i dlatego w prototypie przewidziano możliwość zasilania urządzenia ze stołu laboratoryjne-
go lub niedrogiego zasilacza sieciowego 12VDC.
Montaż
Z wyjątkiem przełącznika Sl, wszystkie podzespoły są montowane na płytce drukowanej. Na rys. 2 przedstawiono rozmieszczenie elementów, a na rys. 3 mozaikę ścieżek miedzi.
Przedstawiona płytka nie jest dostępna jako gotowy wyrób.
Chociaż układy CMOS są wyposażone w diody zabezpieczające, mogą one nie zapobiec wszystkim możliwym uszkodzeniom, a więc przy rozpakowywaniu i montowaniu należy przedsięwziąć odpowiednie środki ostrożności zabezpieczające przed ładunkami elektrostatycznymi (ESD). Należy pracować na uziemionej macie stołu laboratoryjnego i nigdy nie wkładać ani nie wyjmować układów i nie pracować na płytce drukowanej przy włączonym zasilaniu.
Zostały wmontowane podstawki układów scalonych dla umoż-
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl:
R2:
R3:
R4:
R5:
Ró:
Kondensatory
Cl: 22pF
C2: 22pF, trymer
C3, C4: lnF
C5: lnF
Có, C7, CS, CIO, Cli, C13, C14:
lOOnF
C9: 100^F/25V, stojqcy
C12: 22^F/25V, stojqcy
Półprzewodniki
Dl: 1N414S
Tl: BC550
ICl, IC2, IC4: 4013
IC3: 4518
IC5: 4001
ICÓ: 7812
Różne
Xl: kwarc 8MHz
Kl, K2: gniazda "cinch", kqtowe,
do druku
Sl: wyłqcznik "on/off"
S2: 12-drożny, 1-biegunowy
przełqcznik obrotowy, do druku
K3: 2 końcówki lutownicze
Elektronika Praktyczna S/99
13
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
liwienia szybkiego sprawdzenia przez wymianę (dla tego rodzaju układów scalonych nie jest niczym dziwnym uszkodzenie przy wyłączeniu zasilania) i dla zminimalizowania możliwości uszkodzenia w trakcie instalowania.
Testowanie
Dobrym pomysłem jest sprawdzenie funkcjonowania urządzenia przed ostatecznym zamknięciem go w obudowie.
Przede wszystkim sprawdź płytkę drukowaną pod kątem wadliwych punktów lutowniczych i zwarć pomiędzy ścieżkami miedzi . Sprawdź orientację układów scalonych i innych półprzewodników, w szczególności układu stabilizatora napięcia - gdyby został wmontowany nieprawidłowo, na układach CMOS mogłoby się pojawić pełne napięcie zasilające.
Połącz urządzenie z bateriami lub zasilaczem stołu laboratoryjnego. Pobór prądu przy zasilaniu 18 V powinien wynosić około 35mA. Sprawdź czy napięcie wyjściowe stabilizatora jest równe 12V.
Jeśli dysponujesz miernikiem częstotliwości lub oscyloskopem, użyj ich do sprawdzenia częstotliwości z różnych zakresów. Jeśli nie, użyj odbiornika radiowego, by upewnić się, że układ działa (wskazówki odnośnie wprowadzania sygnału do odbiornika znajdziesz dalej).
Regulacja i eksploatacja
Jeśli dysponujesz dokładnym miernikiem częstotliwości, wprowadź znacznik 8MHz (z wyłączoną modulacją) i reguluj C2 aż do
"wciągnięcia" kwarcu dokładnie na tę częstotliwość.
Jeśli do ustawienia kalibratora zamierzasz użyć radioodbiornika, dostrój go do odpowiedniej stacji, np. Deutsche Welle (w Niemczech nadajnik 500kW na 6MHz). Doprowadź do odbiornika częstotliwość możliwie najwyższego znacznika i reguluj C2 do uzyskania zdudnienia z nadajnikiem.
W miarę przybliżania się obydwu częstotliwości, wysokość tonu akustycznego emitowanego przez odbiornik będzie maleć do powolnego falowania i w końcu zaniknie (zdudnienie), gdy harmoniczna częstotliwości znacznika dokładnie dopasuje się do częstotliwości odległego nadajnika. Znacznik lMHz powinien być, oczywiście, zastosowany w przypadku nadajnika o nieparzystej liczbie MHz, ale dla niemieckiego nadajnika pracującego na 6MHz można użyć 2MHz.
Do połączenia wyjścia generatora znaczników z kalibrowanym urządzeniem można zastosować krótki odcinek przewodu ekranowanego z gniazda K2, ale odcinek pojedynczego przewodu izolowanego z gniazda Kl, ułożony w pobliżu anteny odbiornika zwykle jest tym, czego potrzeba do zapewnienia odpowiedniego poziomu sygnału. Zawsze stosuj możliwie jak najmniejsze poziomy dla zminimalizowania pasożytniczych odpowiedzi wewnątrz odbiornika. Pamiętaj, że superheterodyny generują częstotliwości lustrzane odbieranego sygnału, z których najbardziej kłopotliwe są te rozmieszczone w odległości dwukrot-ności częstotliwości pośredniej od-
biornika od częstotliwości nadajnika.
Jeśli odbiornik jest typu komunikacyjnego, przełącz go na BFO i dostrajaj do zera dudnień z nie modulowanym znacznikiem. Techniki tej możesz również użyć do kalibracji prostych odbiorników reakcyjnych. Jeśli odbiornik jest z lokalną superheterodyną lub odbiornikiem TRF (ang. Tuned Radio Freąuency - ze wzmocnieniem bezpośrednim) bez reakcji, sygnał znacznika musi być zmodulowany dla wytworzenia słyszalnego tonu.
Harmoniczne wszystkich znaczników są rozłożone (w górę) przez całe widmo w.cz. Błędu niejednoznaczności można więc uniknąć, jeśli na początku procesu kalibracji zastosujemy możliwie największą częstotliwość znacznika, np. zaczynając w paśmie fal średnich od wprowadzenia znacznika lMHz (pasmo to nie rozciąga się dostatecznie wysoko, by pomieścić jego harmoniczną 2MHz), a w paśmie fal krótkich zaczniemy od znaczników 4 lub 8MHz.
Gdy te punkty odniesienia zostaną ustalone, posuwaj się dalej od nich, stosując znacznik o niższej częstotliwości. Na falach średnich odpowiedni będzie lOOkHz, a następnie 50 i 25kHz w celu dalszego podziału skali. Jeśli skala jest długa, zamiast 25kHz można podać lOkHz dla uzyskania dokładniejszej kalibracji.
Kalibratora można, oczywiście, użyć do sprawdzenia dokładności dostrojenia odbiornika (o słabo lub źle skalibrowanej skali) do częstotliwości poszczególnych nadajników. Projektował Raymond Haigh [990047-1]
14
Elektronika Praktyczna 8/99
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
Z płyty winylowej na kompaktową
Dziś, przy powszechnej
dostępności komputerów
osobistych i nagrywarek płyt
kompaktowych (CD),
przeniesienie czyjejś kolekcji
z płyt winylowych na
kompaktowe nie jest niczym
nadzwyczajnym. Wszystko, co
może być potrzebne oprócz
wspomnianego już
wyposażenia to odpowiedni
przed wzmacniacz, taki jak
opisany w niniejszym
ańykule.
Parametry w skrócie
Czułość wejściowa
(z ruchomą cewką) 2mV
(dynamiczny) około 0,2mV
Nominalny sygnał wyjściowy 200mV
Stosunek sygnał/szum
(z ruchomą cewką) 7Sc Ba(Rwe=750n)
88dB i (wejście zwarte
(dynamiczny) 70dBa (Rwe =25n)
71dB i (wejście zwarte)
Wprowadzenie
Zapis DIY płyt kompaktowych szybko staje się coraz bardziej powszechny. Jednym z jego zastosowań, dla wielu ludzi szczególnie atrakcyjnym, jest digitalizacja kolekcji ich ulubionych nagrań na płytach winylowych. Oprócz oszczędności miejsca (przechowywanie płyt CD wymaga mniej miejsca niż płyt winylowych) ma ono wiele innych zalet: płyta kompaktowa jest trwalsza niż winylowa (aczkolwiek nie jest ona, jak wielu ludziom się wydaje, niezniszczalna) i umożliwia swobodny wybór i kolejności odtwarzanych utworów.
Jeśli ma się dostęp do komputera z nagrywarką CD (a wielu Czytelników ma) i dobrej jakości kartą dźwiękową, kopiowanie płyt winylowych jest bardzo proste. Wszystko, co jeszcze jest potrzebne, to urządzenie łączące wkładkę adapterową z kartą dźwiękową. Jeśli gramofon znajduje się tuż obok komputera, można skorzystać z wyjść jego wzmacniacza. Jeśli nie jest to możliwe, pojawia się kilka trudności. Napięcie wyjściowe wkładki dynamicznej wynosi około 3mV, a wkładki z ruchomą cewką około 0,3mV. Jest oczywiste, że takie napięcia są niewystarczające do wysterowania wejścia linii karty dźwiękowej. Co więcej, należy skorygować charakterystykę częstotliwościową sygnału.
Korekcja RIAA
Płyta winylowa jest nacinana tangencjalnie, to znaczy, że rylec przemierza płytę po linii prostej od krawędzi do środka. Prędkość przemieszczania się rylca jest taka sama dla wszystkich częstotliwości. Dlatego amplituda jego drgań rośnie, gdy częstotliwość sygnału maleje (ze współczynnikiem 6dB na oktawę). I stąd przy 30Hz będzie ona 16 razy większa niż przy 15kHz.
Gwałtownych skoków igły przy odtwarzaniu niskich częstotliwoś-
ci unika się przez stłumienie basów i podbicie wiolinów dla polepszenia stosunku sygnału do szumów. Kontur charakterystyki zagina się po obydwu stronach płaskiego obszaru, ze środkiem około lkHz, by utworzyć charakterystykę RIAA (Recording Indus-tiy Association of America). Wzmacniacz lub przedwzmac-niacz odtwarzania ma charakterystykę częstotliwościową będącą zwierciadlanym odbiciem charakterystyki RIAA (patrz rys. 1).
Projekt
Konstrukcja przedwzmacniacza umożliwia dołączenie do jego wejścia zarówno wyjścia wkładki dynamicznej jak i z ruchomą cewką.
Aczkolwiek przeznaczeniem przedwzmacniacza jest przede wszystkim pośredniczenie pomiędzy gramofonem i komputerem osobistym, to równie dobrze nadaje się on do stosowania ze wzmacniaczem hi-fi bez wejścia gr am of ono w ego.
Schemat blokowy przedwzmacniacza przedstawiono na rys. 2. Każdy z dwu kanałów stereo jest dołączony do wejścia wzmacniacza dla wkładek z ruchomą cewką, możliwy do ominięcia zworami drutowymi, a dalej znajduje się standardowy wzmacniacz dla wkładek dynamicznych. Układ korekcji RIAA stanowi część tego ostatniego wzmacnia-
cza.
Zauważmy, że w przypadku, gdy gramofon jest połączony
Elektronika Praktyczna S/99
15
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
-10
-20
10 20 50 100 500 1k 2122
Rys. 1. Charakterystyki RIAA zapisu i odczytu.
z komputerem, wejście linii jest niedostępne dla innych zastosowań. Aby uniknąć kłopotów związanych z przełączaniem wtyków i gniazd, na wyjściu układu znajduje się przekaźnik przełączający, powodujący, źe kiedy przedwzmacniacz ruchomej cewki nie jest wykorzystywany, to wejście linii jest połączone bezpośrednio z odpowiednimi końcówkami karty dźwiękowej komputera.
Zasilacz dostarcza napięć ą15V dla wzmacniaczy operacyjnych, jak lównieź pojedynczego napięcia +20V dla przekaźnika. Poprzedza go filtr eliminujący przy-dźwięk i zakłócenia sieci.
100k
Opis układu
Na rys. 3 znajduje się schemat przedwzmacnia-cza wkładki z ruchomą cewką. Tworzą go układy IC3 iIC4, natomiast główny wzmacniacz jest oparty na ICl iIC2.
Gdy wyjście wkładki dynamicznej jest połączone z końcówkami Kl i K2, impedancja ma standardową wartość 47kLi określoną niemal wyłącznie przez Rl i R8. Kondensatory Cl i C6 określają charakterystykę częstotliwościową wzmacniacza pomiędzy lOkHz i 20kHz, co oznacza, źe ich wartości w pewnym stopniu zależą od typu stosowanej wkładki.
Wzmacniacze operacyjne ICl i IC2 zostały wybrane ze względu na swoje bardzo małe współczynniki szumów, rozsądnie małe prądy polaryzacji i niskie poziomy niezrównowaźenia wejściowego. Przy poziomie wyjściowym 200mV i zwartym wejściu, współczynniki sygnał/szum tych wzmacniaczy wynoszą 8 8 dB . W praktyce, szumy wzmacniacza powstają przede wszystkim w elemencie wkładki. Zauważmy, źe rezystancja i induk-cyjność typowego elementu dyna-
micznego wynoszą odpowiednio około 750 i 450mH.
Wzmocnienie ICl i IC2 przy lkHz wynosi 40dB. Obwód korekcji RIAA jest włączony w pętlę ujemnego sprzężenia zwrotnego pomiędzy wyprowadzeniami 2 i 6. Kondensatory C5 i ClO odcinają składową stałą niezrównowaźenia, natomiast rezystory R6 i Rl3 chronią wzmacniacze operacyjne przed obciążeniami pojemnościowymi. Rezystory R7 i Rl4 zapewniają ładowanie C5 i ClO pod nieobecność obciążenia, co zapobiega nieprzewidzianym efektom przełączania.
Po włączeniu zasilania przekaźnik Rei zostanie pobudzony i połączy wyjścia wzmacniacza z gniazdem K3. Po wyłączeniu zasilania przekaźnik wraca do położenia spoczynkowego i dodatkowe wejście (gniazdo K4) łączy się z gniazdem K3.
Dla uniknięcia trzasków i stuków włączenia, przekaźnik jest pobudzany z pewnym opóźnieniem, które wprowadza kondensator Cl7 w bazie tranzystora Tl. Rezystor Rl5 zapewnia, że przekaźnik bezzwłocznie wraca do stanu spoczynkowego zapewniając, że zasilanie wzmacniaczy wyłączy się natychmiast.
Wyłącznik Sl służy do ręcznego przełączania przekaźnika pomiędzy wzmacniaczami a końcówkami gniazda K4 bez potrzeby wyłączania zasilania.
Korzystając z wkładki dynamicznej należy wstawić zwory JPl iJP2. Wówczas część układu skupiona wokół IC3 i IC4 nie jest wykorzystywana i nie musi być wmontowy w ana.
+20V
UNE
Rys. 2. Schemat blokowy przedwzmacniacza.
16
Elektronika Praktyczna S/99
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
C2 68n C41,5fi
+15Vof-
R28
o +20V
+1SV
15V
+14,3V
+15V
-15V
14,3V
Rys. 3. W schemacie ideowym przedwzmacniacza bez trudu można wydzielić trzy części.
Korzystając z wkładki z ruchomą cewką zwory JPl i JP2 należy usunąć, a rezystory Rl i R8 zastąpić rezystorami 100Q. Wzmacniacze IC3 i IC4 są włączone w tor sygnału poprzez złącza K5 i K6. Wzmacniacze te mają wzmocnienie około 10x.
Aby zapewnić mały współczynnik szumów, wartości rezystancji R19 i R22 są bardzo małe. Dla zapobieżenia nadmiernemu obciążaniu przez nie wzmacniaczy operacyjnych, w pętlę ujemnego sprzężenia zwrotnego wstawiono dodatkowe rezystory (odpowiednio R21 i R24). Wynikającemu stąd zawężeniu pasma w du-
żym stopniu zapobiega zastosowanie bardzo szybkich wzmacniaczy operacyjnych.
Kondensatory C18 i C20 tłumią sygnały w zakresie w.cz. Ponieważ impedancja wkładki z ruchomą cewką jest bardzo niska, wartości Cl i C6 są zbyt małe, czego skutkiem jest zbyt szerokie pasmo. Z tego powodu zawężają je kondensatory C19 i C21.
Zakłócenia wprowadzane poprzez linie zasilające do IC3 i IC4 są dodatkowo odsprzęgane przez żyratory T2 i T3.
Stabilizatory IC5 i IC6 dostarczają stabilizowanych napięć ą15V z tradycyjnego zasilacza sie-
ciowego. Napięcie +2 0V (zasilanie przekaźnika) jest oddzielnie prostowane i wygładzane. Rezystor R28 z kondensatorem C40 zapewnia pewne filtrowanie tego napięcia.
Zauważmy, że z powodu małych napięć sygnałów, obwody
Tabela 1
Aby obniżyć wzmocnienie do 30dB, należy
zmienić wartości następujących eiementówna ni-
żej wymienione.
R2 R9=162H
R3 R10 = 49,9kn
R4 R11 =845kn
R5 R12 = 3,83kH
C3 C8 = 0,02m-F
C4 C9 = 0,0012|iF
Elektronika Praktyczna 8/99
17
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
Rys. 3. Projekt płytki drukowanej.
zasilania zawierają nieco więcej elementów odsprzęgających w.cz. niż zazwyczaj. Ponieważ napięcie sieci w pobliżu komputera osobistego często nie jest zbyt "czyste", na uzwojeniu pierwotnym transformatora sieciowego Trl przewidziano filtr sieciowy L1-C42.
Dioda D2 jest wskaźnikiem włączenia/wyląc żeni a napięcia sieci.
Montaż
Przedwzmacniacz najlepiej zmontować na płytce drukowanej przedstawionej na rysunku 4 . Płytka ta składa się z trzech części, na które może być rozcięta. Jest to szczególnie zalecane w odniesieniu do zasilacza sieciowego, ponieważ ze względu na pola rozproszone wokół transformatorów sieciowych najlepiej umieszczać go możliwie jak najdalej od sekcji wzmacniacza.
Montaż nie powinien przedstawiać problemów przy założeniu, że będzie przebiegał w stałym i uważnym powiązaniu ze schematem i listą elementów. Tym niemniej, kilka punktów wymaga sp e ej alnej w zmi anki.
Wyjście elementu wkładki jest połączone z przedwzmacniaczem
poprzez gniazda audio Kl i K2. Aby uzyskać najlepsze efekty należy zastosować gniazdo platerowane złotem.
Końcówki wejścia i wyjścia linii K3 i K4 są standardowymi gniazdami audio 3mm.
Zauważmy, że zastosowano przekaźnik 24V, ponieważ pobiera mniejszy prąd niż typ 12-wolto-wy, co oznacza, że niepożądany wpływ tętnień tego prądu na przedwzmacniacz jest mniejszy.
Przekaźnik wymaga napięcia wzbudzenia nie mniejszego niż 18V, a więc napięcie 20V przewidziane w tym projekcie jest wystarczające. Zastosowanie przekaźnika innego typu niż wymieniony, może wymagać zmniejszenia pobieranego przez niego prądu poprzez zmianę wartości rezystancji rezystora Rl8. Zauważmy, że rezystor ten jest zbędny, jeśli zostanie użyty wymieniony już przekaźnik (2 0-stykowy).
Tab. 1 przedstawia wartości elementów, które powinny być zmienione, jeśli wejście linii karty dź wi ęko w ej komputer a wy m aga niższego poziomu.
Płytka wkładki z ruchomą cew-
Rys. 4. Płytka drukowana przedwzmacniacza została zaprojektowana tak, by umożliwić rozcięcie na dwie lub trzy części.
18
Elektronika Praktyczna S/99
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
ką jest połączona z płytką głównego wzmacniacza poprzez 8-sty-kowe jednorzędowe (SIL) złącze K%, które w istocie jest połową gniazda układu scalonego. Może ono również, tak jak odpowiedni wtyk K6, składać się z 8 segmentów listwy końcówek stykowych. Obydwa złącza lub listwy są połączone ośmioma odcinkami izolowanego przewodu o średnicy 0,8mm o długości 15mm.
Aby uniknąć oddziaływania pomiędzy liniami sygnału i liniami zasilania płytki ruchomej cewki, te ostatnie wchodzą nie przez K6, a przez trzy dodatkowe końcówki lutownicze z tyłu płytki.
Jak już wspomniano wcześniej, wnętrze komputera osobistego i obszar bezpośrednio go otaczający nie są całkiem wolne od zakłóceń. Dlatego zaleca się zamknąć przedwzmacniacz w metalowej, dobrze ekranowanej obudowie.
Projektował T. Giesberts EE [990048]
Ańykuł publikujemy na podstawie umowy z redakcją miesięcznika "Elektor Electronics".
Editorial items appearing on pages 11.. 19 are the copyright property of (C) Segment B.V., the Netherlands, 1998 which reserves all rights.
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl, Ró: 47,5kQ lublOOO (patrz opis
w tekście)
R2, R9: 51,ln
R3, RIO: 49,9kQ
R4, Rl 1: 768O
R5, R12: 3,92kQ
Ró, R13: 100O
R7, R14: 220kO
R15: 3,3kQ
Rló, R17: 33kO
R18: patrz opis w tekście
R19, R22: 5,62kQ
R20, R23: 47,50
R21, R24: 475O
R25, R26: lkO
R27: 6,8kQ
R28: 100
Kondensatory
Cl, Có: 100pF/63V, 1%
C2, C7: 0,068|iF/63V, 1%
C3, C8: 0,018|iF/63V, 1%
C4, C9: 0,0015|iF/63V, 1%
C5, CIO: 2,2jiF, poliestrowe
metalizowane, rozstaw 5mm lub
7,5mm
C11..C14, C30, C31, C36, C38:
O,l|iF
C15..C17, C26, C27: 100jiF/25V,
stojące
C18, C20: 0,01|iF
C19, C21: 0,022jiF
C22..C25: 0,47^F
C28, C29: 4,7^F/63V, stojące
C32, C35: 470^F/40V, stojące
C34..C37: 0,022jiF, ceramiczne
C40: 100jiF/40V, stojący
C41, C42: 0,liiF/250VAC, klasy X2
Półprzewodniki
Bl: B80C1500 (prosty)
Dl: 1N4148
D2: LED, zielona, wysokosprawna
D3, D4: 1N4002
IC1, IC2: LT1115CNÓ (Linear
Technology)
IC3, IC4: LT1028CN8 (Linear
Technology)
IC5: 7815
ICÓ: 7915
Tl: BC547B
T2: BC550C
T3: BC560C
Różne
JP1, JP2: 2-stykowe bloki
końcówek i zwory
Kl, K2: gniazda audio, do druku
K3, K4: gniazda audio 3,5mm, do
druku {w tekście - 3mm]
K5, K6: 8-stykowe złącze
jednorzędowe (SIL, patrz opis
w tekście)
K7: 2-stykowy blok końcówek, do
druku, rozstaw 7,5mm
LI: 2x27mH, 400mA, 250VAC
Rei: przekaźnik 24V, 2,2ka
Sl: wyłącznik jednobiegunowy
Trl: transformator sieciowy, 2x 15V
po stronie wtórnej, 3,3VA
Elektronika Praktyczna 8/99
19
PROJEKTY ZAGRANICZNE
Technologie alternatywne i technologie przyszłości,
2
Przedstawiamy drugą część
artykułu opartego na książce
"Bebop to the Boolean
Boogie", w którym zostały
omówione najbardziej
fascyn ujące technołogie
stosowane we współczesnej
i przyszłej ełektronice.
Trójwymiarowe połączenia formowane wtryskowo
Od wielu lat inżynierowie marzyli o możliwości tworzenia niezawodnych trójwymiarowych (3-D) płytek drukowanych, do wykorzystania w produktach takich jak telefony komórkowe, przenośne odbiorniki oraz kalkulatory. Oprócz realizacji połączeń elektrycznych te trójwymiarowe płytki funkcjonowałyby jednocześnie jako obudowy układów. Patrząc z innego punktu widzenia inżynierowie chcieli jednocześnie mieć możliwość stworzenia takiej obudowy funkcjonującej zarazem jako połączenie. Oprócz obniżenia
Światło ultrafioletowe
mu
Po usunięciu maski I żywicy
nakładane są miedziane ścieżki
(w procesie addytywnym)
Trójwymiarowa maska światłoczułe
Maska światłoczuła
Wewnętrzna powierzchnia kryta żywicą
Obudowa z tworzywa formowanego wtryskowo
Rys. 6. Trójwymiarowe połączenie formowane wtryskowo.
kosztu i wagi produktu znaczne korzyści można byłoby osiągnąć także w zakresie kosztu i łatwości produkcji.
W miarę upływu czasu pojawiło się kilka procesów umożliwiających tworzenie płytek 3-D, ale żaden z nich nie zdobył znaczącej akceptacji ze strony
rynku. Jednym Z bu- Wtostw zewnętrzna Wyclatyiragment światłowodu
dzących większe nadzieje był proces polegający na stworzeniu standardowej dwuwymiarowej płytki i następnie przekształceniu jej do formy trójwymiarowej . Techno-
sie, dotyczącym prostych wyrobów takich jak zasilacze, o niskich wymaganiach w zakresie estetyki. Proces ten nie może jednak być zastosowany w przypadku produktów o większych wymaganiach pod względem estetyki oraz ergonomicznych kształtów o złożonych powierzchniach.
Inna technika polega na naniesieniu ścieżek na wewnętrzną powierzchnię formy (rys. 6). Po wstrzyknięciu tworzywa sztucznego do formy ścieżki stawały się częścią obudowy. Proces ten nie był wolny od wad i trudności, wcale niemałych, w tym przede wszystkim związanych z wykonaniem połączeń na trójwymiarowej powierzchni formy.
Dopiero nowość w zakresie technologii trójwymiarowego obrazowania przyniosła ponowne zainteresowanie techniką połączeń formowanych wtryskowo. Proces rozpoczyna się od wtryskowego formowania tworzywa sztucznego znoszącego wysokie temperatury towarzyszące lutowaniu falą lub lutowaniu z wykorzystaniem naparowywania. Oprócz ogólnego kształtu wyrobu wykonać można także inne elementy bryły, jak otwory, żeberka usztywniające, wgłębienia, izolatory, ścięte krawędzie itp. Taka możliwość oznacza bardzo poważne oszczędności w porównaniu z tradycyjnym procesem z zastosowaniem wiercenia, frezowania i szlifowania, a także oszczęd-
Weratwa zewnętrzna SwIeto (szkłoB)
logia ta została przy- Rys. 7. Propagacja wiązki światła wewnątrz jęta w pewnym zakre- światłowodu.
Elektronika Praktyczna 8/99
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
Dioda laserowa lub fotodetektor
Standardowe połączenia elektryczne
Podłoże
Struktury
Złącza optyczne dla bardzo szybkich sygnałów
Fotodetektor lub dioda laserowa
Struktura
Podtoże
Połączenia
metalowe
(zasilanie i cześć sygnałów)
Rys. 8. Połączenie światłowodowe między układami w module wieloukładowym.
ności w sensie ograniczenia liczby części.
Trójwymiarowa maska powstaje jako kształtka z PCW odpowiadająca części z tworzywa. Następnie przy pomocy sterowanego komputerem lasera na masce wykonywany jest rysunek połączeń. Dalszy ciąg procesu jest bardzo podobny do technologii stosowanej przy produkcji standardowych płytek drukowanych, a więc można w nim wykorzystać istniejące technologie. Powierzchnia elementu z tworzywa zostaje pokryta specjalną powłoką, do niego wstawiona zostaje maska, całość poddana zostaje działaniu światła ultrafioletowego, naświetlona warstwa zostaje usunięta, a ścieżki miedzi nałożone zostają w addy-tywnym procesie.
Jednym z poważnych niedostatków tej technologii jest brak odpowiednich narzędzi komputerowych umożliwiających projektowanie. Istniejące programy służą do projektowania płytek dwuwymiarowych i nie pozwalają na transformowanie projektów dwuwymiarowych do trzech wymiarów. Mechanizmy rynkowe w chwili obecnej nie są w stanie wymusić odpowiednich zmian. Technologia trójwymiarowych połączeń znajduje na wczesnym etapie rozwoju i przy odpowiednim zainteresowaniu ze strony rynku niezbędne narzędzia powinny się pojawić.
Połączenia optyczne
Systemy elektroniczne z coraz wyższymi prędkościami przetwarzają coraz większe ilości danych. Technologia połączeń wykorzystująca przewody (przewodniki elektryczności) staje się wąskim gardłem ograniczającym szybkość systemów.
Aby uporać się z tym problemem prowadzone są badania nad możliwością wykorzystania do budowy połączeń różnych technik optoelektronicznych. Oprócz bardzo szybkiej transmisji danych łącza optyczne zapewniają lepszą izolację sygnałów, ograniczoną wrażliwość na zakłócenia elektromagnetyczne oraz znacznie szersze pasmo niż połączenia przewodowe.
Połączenia światłowodowe
Włókna używane w systemach światłowodowych zbudowane są z dwóch różnych rodzajów szkła (lub innych materiałów) o różnych współczynnikach refrakcji. Włókna te, cieńsze od ludzkiego włosa, mogą być gięte w przedziwne kształty i nie grozi im przy tym pęknięcie. Światło wprowadzone do światłowodu odbija się wielokrotnie od granicy obu rodzajów szkła, przy czym odbicie to jest prawie całkowite (bezstrat-ne), aż wreszcie pojawia się na wyjściu światłowodu (rys. 7).
Badano eksperymentalne rozwiązania wykorzystujące połączenia światłowodowe na wielu poziomach, np. do łączenia układów scalonych w modułach zawierających wiele takich układów: układ wysyłający informacje wyposażony jest w diodę laserową, która znajduje się na podłożu wraz z innymi elementami układu (rys. 8). Układ odbierający wyposażony jest W fototran- Diody laserowe zystor dokonujący lub detektory optyczne
przetworzenia wiązki światła na sygnał elektryczny. Każdy RySi 9. światłowodowa płyta połączeniowa.
układ posiada wiele nadajników i odbiorników tego rodzaju, które mogą być usytuowane w dowolnych miejscach na jego podłożu. Występuje tu jednak wiele problemów związanych z trudnościami związanymi z instalowaniem wielu światłowodów, wymianą uszkodzonych układów oraz fizycznymi rozmiarami światłowodów. Mimo że są one bardzo cienkie, wielo-układowe moduły mogą wymagać tysięcy takich połączeń. Ponadto - w takim rozwiązaniu - pojedynczy światłowód może zostać wykorzystany do połączenia tylko jednej pary nadajnik-odbiornik.
Opracowano wiele technologii łączenia pojedynczego (ang. dis-crete wired technology) wykorzystywanego na poziomie płytek, w których światłowody są ultradźwięków o zgrzewane do powierzchni płytki. W połączeniu technikami "chip-on-board" technologie te mogą mieć w przyszłości duże znaczenie. Sposób przymocowania światłowodu do powierzchni płytki stwarza możliwość połączenia jednego nadajnika z wieloma odbiornikami. Niestety, techniki te nie mogą zostać tu omówione w sposób bardziej szczegółowy, ponieważ autor został zobowiązany do dochowania tajemnicy, a słowo angielskiego dżentelmena jest święte!
Na zakończenie - co bynajmniej nie jest mało istotne -światłowody mogą zostać wykorzystane do wykonania połączeń między płytkami, tworząc tzw. optyczne płyty krosowe. Po raz kolejny technologia połączeń przewodowych może zostać zaadaptowana do użycia światłowodów w miejsce przewodów. Rozwiązanie alternatywne polega na za-
Wzmacniacze/sprzegacze optyczne
Światłowody
Elektronika Praktyczna 8/99
21
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
Fototranzystor
Fototranzystor Dioda laserowa
Połączenia drutowe
Podłoże
Połączenia
metalowe
(zasilanie I cześć sygnałów)
Dioda laserowa
Podłoże
Dioda laserowa
Fototranzystor
Rys. 10. Bezpośrednie połączenie optyczne między układami w module wieloukładowym.
montowaniu kart w stojaku (rack) pozbawionym płyty krosowej i poprowadzeniu połączeń światłowodowych przez specjalne sprzęgacze (rys. 9).
Każdy światłowód pochodzący z nadajnika dociera do sprzęgacza, który wzmacnia sygnał optyczny i przesyła go do większej liczby odbiorników. Takie rozwiązanie zapewnia ogromną swobodę, jeśli chodzi o odległości między płytkami - łączone w ten sposób płytki mogą znajdować się w odległości sięgającej dziesiątek metrów. Połączenie laserowe w wolnej przestrzeni
W przypadku tej technologii laserowa dioda nadawcza wysyła wiązkę światła bezpośrednio do odbiornika, bez użycia światłowodu. Przyjrzyjmy się rozwiązaniu przedstawionemu na rys. 10, gdzie
łączone są pojedyncze układy znajdujące się na podłożu modułu wiel oukłado wego.
W tym przypadku nadajnikami są diody laserowe, ulokowane wzdłuż górnej krawędzi układu. Podobnie usytuowane są fototranzystory odbiorników. Każdy układ może zawierać wiele nadajników i odbiorników. Technika połączenia laserowego w wolnej przestrzeni pozwala wyeliminować niektóre problemy występujące w przypadku połączeń światłowodowych, a mianowicie nie ma potrzeby mocowania światłowodów, a wymiana uszkodzonego układu staje się łatwiejsza.
Podobnie jednak jak w przypadku połączeń światłowodowych, pojedynczy nadajnik może współpracować z tylko jednym
odbiornikiem. Technika połączeń w wolnej przestrzeni ma poważne wady - konieczne jest dokładne wzajemne pozycjonowanie nadajnika i odbiornika, a ponadto istnieje pewien problem związany z wydzielaniem ciepła. Gdy włączona zostaje dioda laserowa, jej temperatura szybko wzrasta do kilkuset stopni Celsjusza. Wzrost temperatury pojedynczej diody laserowej nie jest w stanie wpłynąć w istotny sposób na układ, ponieważ jej rozmiary są niewielkie. Jednak wypadkowy efekt pochodzący od kilkuset diod może spowodować zmiany rozmiarów układu, a więc również zmienić wzajemne ustawienie nadajników i odbiorników.
Nieco bardziej poważnym problemem jest to, że jeśli system nie jest zbudowany z identycznych układów, każdy z układów posiada specjalny układ nadajników i odbiorników umożliwiający komunikację z sąsiadami. Wykonanie tego jest bardzo skomplikowane i zapewne ten czynnik sprawi, że technologia ta nie znajdzie szerszego zastosowania. EPE
Artykuł publikujemy na podstawie umowy z redakcją miesięcznika "Everyday Practical Electronics".
Elektronika Praktyczna 8/99
SPRZĘT
Czarne chmury nad HCO5?
Starter kit dla procesorów ST72
Konkurencja na rynku *Ś
m ikrokontrolerów
jednoukładowych jest
niezwykle silna.
Producenci tych
układów sięgają po
coraz bardziej
szatańskie pomysły,
których podstawowym
celem jest . prz echytrzen ie
konkurencji. ' O tym, w jak sprytny sposób zamierza zawojować rynek STMicroelectronićs piszemy
w artykule
List. 1.
6305/ ttinclude "2 50 0adcb rh"
segment byte at 0 'test'
labsl: ASCII "hello11
ELKB 20
EYTE 10
nop
nop
wait
adc 12S
add 12
labsll and 2
tax
etiq txa
wait
end
Do niedawna niekwestionowanym liderem rynku mikrokontrolerów była Motorola. Błędna polityka marketingowa spowodowała częściowy odpływ klientów, których znaczną część przejął Mic-rochip. O ile Microchip podjął z Motorola walkę tworząc od podstaw zupełnie nowe rodsiny układów, o tyle STMicroe-lectronics postanowił wykorzystać dotychczasowe przyzwyczajenia projektantów, oferując dodatkowo w swoich najnowszych układach znacznie bogatsze peryferia. W ten sposób pojawiły się na świecie mikrokontrolery rodziny ST72, które - bez cienia przesady - są bardzo groźnym konkurentem dla rodziny HC05 Motoroli.
Dlaczego groźne?
Jak wspomniałem wcześniej, projektanci rodziny ST72 postanowili wykorzystać w walce o rynek ludzkie przyzwyczajenia, które są bez wątpienia jednym z najsilniejszych elementów motywującym postępowanie ludzi. W ten sposób ST72 został wyposażony w listę rozkazów niemal identyczną funkcjonalnie z listą rożka-
List. 2.
st7/
ttincluds "2500adcbrh"
segment byte at 0 'test'
labsl: ASCII "hello11
BLKB 20
BYTE 10
NOP
NOP
WPI
AEC A,12S
ADD A.12
labsll AND A.2
LD X,A
etiq LD
WPI
end
zów rodziny HC05! Co więcej, żeby ułatwić porzucenie procesorów Motoroli praktycznie bez nakładu dodatkowej pracy programiści firmy STMicroelectronics opracowali konwerter kodu asemblera HC05 na kod ST72. Widok okna działającego programu znajduje się na rys. 1. Krótkie listingi (list. 1 i list. 2) pokazują skalę trudności podczas "przesiadania" się z HC05 na ST72. Na list. 1 znajduje się przykładowy program napisany mnemonikami Motoroli, a na list. 2 jego odpowiednik w asemblerze ST72.
Kolejnym atutem rodziny ST72 jest doskonałe wyposażenie w peryferia. Oprócz typowych dla tego typu procesorów elementów: timerów, modułów PWM, watchdoga, szeregowych interfejsów UART w ST72 dostępne są takśe interfejsy SPI, I2C, CAN-bus, wbudowana pamięć EEPROM, przetworniki A/C i C/A, nie lada argumentem "za" jest takśe du-śa pojemność pamięci programu - do 32 kB.
Rys. 1.
Elektronika Praktyczna S/99
SPRZĘT
i proc9sorów (rys* 2),
- dwa mikroproc9sory z pamięcią EPROM
ST72E251G2 fw budowach z oki9n-kiem),
- książkowa dokum9ntacja Z9stawu oraz skrócon9 karty katalogow9 proc9sorów,
- zasilacz si9ciowy. Podstawowymi narzędziami programowymi dostarczanymi w Z9stawi9 jest as9mbl9r i Iink9r (obydwa D0S-0W9) oraz windowsowy symulator WGDE7 (rys. 3), który jest odpowi9dniki9m znanego użytkownikom procesorów ST62 symulatora WGDE6. Ostatnim 9l9m9n-tem narzędziow9go "łańcucha" jest EP-ROMER (rys. 4), czyli program umożliwiający programowani9 wszystkich dostępnych obszarów pamięci proc9so-rów oraz sz9T9g innych op9racji na nich.
Posługiwani9 się narzędziami udostępnionymi prz9z STMicro9l9ctronics jest stosunkowo prost9, szcz9gólni9 dla osób wcz9Śni9J korzystających z inn9go "mik-roproc9sorow9go" oprogramowania tej firmy.
Podobni9 jak w przypadku innych Z9-stawów t9go typu przygotowywanych prz9z STMicro9l9ctronics razi ni9co wolne t9mpo 9wolucji programów z W9rsji DOSowych do W9rsji dla Windows. W p9wnym stopniu można je usprawi9d-liwić atrakcyjną C9ną Z9stawów. Piotr Zbysiński, AVT
Zestaw ST7MDT1-KIT otrzymaliśmy od polskiego biura firmy STMicroelectronics, tel. (0-22) 622-05-61.
Przeglądową informację o rodzinie ST72 oraz skrócony opis zestawów ST7MDTx-KlT znajdziecie w Iniernecie pod adresem; www.ep.com.pl/ftp/oiher.-him.
Rys. 3.
W surni9, jeżeli na dokładkę wsiać pod uwagę C9nę, która W9dług sap9wni9n pro-duc9nta rna być niska rodzina ST72 moŚ9 podbić ryn9k. Ale jest to problem sp9-cjalistów od mark9tingu, my skupimy się na 9l9ktronic9.
Starter Kit
STMicro9l9ctronics przyzwyczaił juź swoich kli9ntów do wysoki9] jakości Z9-stawów uruchomi9niowych. Of9rta przygotowana dla ST72 ni9 odbi9ga od do-tychczasow9go, wy soki 9 go poziomu. W skład Z9stawu ST7MDT1-KIT wchodzą wszystki9 9l9m9nty ni9zbędn9 do natych-miastow9go rozpoczęcia pracy, są to:
- płytka programatora z podstawką SDIP32,
- płyta CD-ROM z oprogramowani9m narzędziowym, kartami katalogowymi proc9sorów oraz zdjęciami Z9stawów
Rys. 4.
24
Elektronika Praktyczna S/99
INTERNET
Krzemowy przełącznik Lattice'a
ispGDX - oprogramowanie narzędziowe
do projektowania struktur przełącznikowych GDX
Od kilku już lat są dostępne
na rynku programowalne matryce
przełączników serii GDS.
Wynalazcą tego typu układów,
a także - przynajmniej
dotychczas - jedynym ich
producentem jest amerykańska
firma Lattice. Od kilkunastu
miesięcy dostępne są nieco
bardziej rozbudowane i znacznie
szybsze od GDS układy rodziny
GDX (ang. Generic Digital
Crosspoint). Im właśnie
dedykowane jest prezentowane
w artykule narzędzie.
Co to jest GDX?
Zaczniemy od krótkiego wyjaśnienia: co potrafią układy GDX? Programowalne przełączniki rodziny GDX umożliwiają budowanie zaawansowanych systemów przełączania i kro-sowania sygnałów cyfrowych. Doskonale nadają się do budowania szybkich interfejsów dostępu do pamięci lub portów I/O w systemach wieloprocesorowych, a także interfejsów obsługi pamięci DRAM oraz wieloportowych. Oprócz tak poważnych zastosowań, układy GDX można także stosować w prostych urządzeniach wymagających okresowej rekonfiguracji. Doskonale zastępują one DIP-switche, zworki, mechaniczne przełączniki, mogą także - chociaż jest to rozwiązanie dość kosztowne - zastąpić szereg rejestrów lub buforów danych. Architektura układów GDX umożliwia łączenie każdego wejścia z każdym wyjściem, co zapewnia ogromną elastyczność, tak cha raktery styczną dla większości układów programowalnych.
Atutem układów GDX jest fakt, że są one programowane w systemie, bez konieczności stosowania żadnych programatorów. Dostęp do programowanej matrycy konfigurującej strukturę przełączników jest możliwy przez jeden
w dalszej części artykułu.
Opracowane przez Lattice'a komórki I/O są nad wyraz uniwersalne (rys. lj. Mogą one pracować jako standardowy lub zatrzaskowy bufor wyjściowy (z wyjściem trój stan owym lub zwykłym), można je także skonfigurować jako linie wejściowe z rejestrem lub bez niego. Do wszystkich wejść i wyjść można programowo dołączyć rezystory "podwieszające", wyjścia można ponadto skonfigurować jako "wolne", co pozwala ograniczyć zakłócenia EMC generowane do otoczenia. Wszystkie wejścia są wyposażone w ultraszybkie prze rzutniki Schrnitta, dzięki czemu pewność działania układu w zaszumio-nych środowiskach jest dość duża.
Na rys. 2 przedstawiono wewnętrzną konstrukcję układów GDX. Każdy układ tego typu składa się z czterech sekcji I/O oraz matrycy GRP (ang. Global Routing PoolJ, która odpowiada za wzajemne połączenia między nimi. Zawartość matrycy GRP oraz konfigurację cel I/O można zabezpieczyć przed niepowołanym odczytem poprzez ustawienie bitu.
W zależności od typu układu użytkownik może wykorzystać 80, 120 lub 160 pinów I/O (tah. lj. Oprócz uniwersalnych wyprowadzeń I/O dostępne są także dedykowane (globalnej wejścia zegarowe (2 lub 4} i globalne wejście zerujące (lj. Możliwe jest wykorzystanie niektórych uniwersalnych wyprowadzeń I/O jako indywidualnych wejść zegarowych (20..40), uaktywniających bufory trójstanowe (20..40) oraz wejścia adresowe multiplekserów w celach I/O (2 x 20..40). Bufory
*..**�
Rys. 1.
z dwóch interfejsów szeregowych: ISP (autorskie opracowanie Lattice'a) lub JTAG (światowy standard). Oprócz programowania JTAG umożliwia także testowanie układu w systemie (ang. Boundary Scan Tes-ting), co jest wspierane przez oprogramowanie przedstawione
Hm \ r'iwri >4
i 1X111 tutittitfa śhhIuTTIb i mim lut. JIŁiL..t ,.i
- l*pCD\ Dłckł[wwt S\-łlei*(FC
uw n. iiH
3
I/O
I/O
ISP
Tab. 1. Dostępie wersje ik ładów ispGDX oraz ich możliwości.
Rys. 2.
Sygnały ispGDX80A ispGDX120A ispGDX160A
Standardowe 1/0 80 120 160
Wejścia 1/0-OE 20 30 40
Wejścia l/O-CIk 20 30 40
Wejścia l/0-MUXsel1 20 30 40
Wejścia l/0-MUXsel2 20 30 40
Wyprowadzenia BSCAN/ISP 4 4 4
Wejścia RESET 1 1 1
Wejścia zegarowe r-o 4 4
Uwaga f We}śaa CLK, 0E, MUX0 and MUX1 dołączone do dane} ceit 1/0 ma}ą dostęp poprzsz GRP do 25% zasobów uniwersalnych pinów 1/0.
wyjściowe są kompatybilne ze standardem FastTTL - 24mA oraz PCI.
Kompilator
Lattice udostępnił użytkownikom w Internecic doskonałe narzędzie do projektowania struktur układów GDX (rys. 3). Przed ściągnięciem oprogramowania należy wypełnić formularz rejestracyjny i... zaczynają się kłopoty. Cały pakiet zajmuje bowiem blisko 13MB! Doświadczeni użytkownicy Internetu wiedzą, że oznacza to (w typowym przypadku) kilka godzin pracy modemu...
Elektronika Praktyczna S/99
25
INTERNET
Itffhil I*?.
"Ul ^
[7MM 1 łtfr <
Rys. 4.
Rys. 5.
Po ściągnięciu programu-archiwum ispgdx.exe należy zainstalować go, do czego niezbędne będą Windowsy 95/9S lub NT. Wtab. 2 zawarto podstawowe wymagania sprzętowe pakietu. Procedura instalacji jest w pełni zautomatyzowana i nie wymaga ingerencji ze strony użytkownika.
Na rys. 4 widoczny jest ekran shella uruchomionego programu z widocznymi oknami: komunikatów (na dolej i edytora tekstu (na górze}. Edytor automatycznie zaznacza kolorami słowa kluczowe, komentarze i parametry. Znacznie ułatwia to edycję i analizę programu, co ma otyłe duże znaczenie, że kompilowane są tylko programy napisane w specjalnym (lecz bardzo prostym) języku tekstowym.
Część opcji konfiguracyjnych układów GDX dostępna jest z poziomu paska narzędziowego shella. Na rys. 5 znajduje się okno z opcjami pozwalającymi wybrać typ układu docelowego,
cm
Rys. 7.
Rys. 6.
poziom generowanych zakłóceń EMC, włączyć/ wyłączyć rezystory "podciągające" na wejściach/ wyjściach i zabezpieczyć zawartość pamięci układu przed odczytem.
Z menu shella (rys. 6} jest wywoływany kompilator oraz program ładujący skompilowane pliki JEDEC do układów ISP (rys. 7j. Możliwości tego programu są bardzo duże. Pozwala on m.in. na dowolną konfigurację łańcucha ISP, w tym także włączanie w szereg układów GDX dowolnych innych układów ISP produkowanych przez Latticefa. Ponadto przewidziano stosowanie analizatorów ATE (ang. Automated Test EąuipmentJ oraz wirtualnych urządzeń JTAG. Program ładujący może współpracować z jednym z trzech typów interfejsów sprzętowych (rys. 3j, dołączonym do złącza Centronics.
Oprogramowanie ispGDK System automatycznie generuje podczas kompilacji projektu pliki tekstowe z czasowym opisem opóźnień dla wszystkich ścieżek sygnałów. Można także zapisać w jednym z pięciu dostępnych formatów (rys. 9} listę połączeń, przeznaczoną do późniejszej symulacji w dowolnym systemie CAD dla układów PLD. Piotr Zbysiński, AVT [e-mail]
W artykule przedstawiono wersję 1.5.1 pakietu ispGDX System.
Strona informacyjna o pakiecie ispGDK System dostępna jest pod adresem: http:// www.I aitic ese mi.co m/ftp/gdxde vsys. h tml.
Ogólne informacje o układach ispGDK dostępne są pod adresem: http://'www.iaitic ese-mi. co m/pro di nfo Ii spgds. h tml.
Karta katalogowa układów ispGDK dostępna jest pod adresem: htip://www.laiiice-
fWHIlMIt* JT~
Rys. 8.
i \n i
ŁV*-r Ś**-
Rys. 9.
semi. co m/ftp/do es/datasheets/ispgdx.p df.
Przeglądowa informacja o układach ispGDK dostępna jest pod adesem: http://www.Sattice-semi.co m/ftp/do es/da ta sh eets/in trogdx. pdf.
Tab. 2. Miiinalie wymaga i ia sprzętowe pakiet i ispGDX Systenr.
/ system operacyjny Windows 95/98 lub Windows
NT4 0
/ pamięć RAM 16MB(32MB zalecane), / minimalna ilość wolnego miejsca na dysku
twardym 10MB, / karta grafiki SVGA (800x600),
(oprogramowańis dostępns takzs w wersji dk systsmu U mx)
Elektronika Praktyczna w "pajęczynie" Ziloga
Polski rynek elektroniczny - obok
innych wschodniej Europy - stał się
jednym z najważniejszych w planach
rozwojowych firmy Zilog. Z tego
właśnie powodu na stronie WWW
firmy Zilog powstał dział poświęcony
informacjom z tych krajów.
Polskę reprezentuje Elektronika
W zakątku http://www.zilog.com/europe dostępne są publikacje opracowane w wielu krajach Europy, których wspólną cechą jest prezentacja wyrobów firmy Zilog. Strona ta będzie przez producenta sukcesywnie rozwijana. Na początku lipca znajdowały ^_^^^ się na niej materiały z Nie- en- ^ * _-�. mieć, Włoch, Czech, Francji, .J^, ^
Rosji oraz cztery artykuły z Polski.
Wszystkie "polskie" opracowania pochodzą z Elektroniki Praktycznej i stanowią przegląd wszystkich publikacji o rnikro-kontrolerach Ziloga, jakie pojawiły się w elektronicznych periodykach w naszym kraju.
Oprócz artykułów zapisanych w formacie PDF dostępne będą także ich odpowiedniki w HTML, co znacznie skróci czas ściągania materiałów, co jest o tyle istotne, że serwer Ziloga jest silnie oblegany.
a
*> *Tm*m f- Ś*[Ś
SPRZĘT
Zestaw ewaluacyjny dla 32-bitowych procesorów serii H8/300
Mikrokontrolery Hitachi pomimo
dużej wydajności, rozbudowanych
peryferii, stosunkowo niskiej ceny
i szerokiej gamy dostępnych
narzędzi projektowych nie cieszą
się w Polsce dużą
popularnością.
Stawiam tezę, że
podstawową winę za
taki stan rzeczy
ponosi producent
oraz dystrybutorzy,
którzy zazwyczaj nie
promują awangardowych (na
naszym rynku) technologii.
Wygląda jednak na to, że
"coś drgnęło"! W artykule
prezentujemy zestaw
uruchomieniowy dla procesorów
rodziny H8/300 z pamięcią Flash
- EBY3048F.
Gliwicka firma Atest udostępniła redakcji do krótkiego testu bardzo interesujący zestaw ewaluacyjny, który przy odrobinie samozaparcia można potraktować jako sprzętowy emulator bardzo nowoczesnych mik-rokontrolerów z pamięcią Flash H8/3048F. Prezentację zestawu poprzedzę skrótową informacją o tych interesujących układach.
Cud Flasha
Zastanawiam się, czy określenie układów H8/3048F mianem "mikrokontrolera" jest właściwe. Wątpliwość ta wynika z faktu, że rdzeń tych procesorów doskonale radzi sobie z danymi 8-, 16- i 32-bitowymi, a liczba modułów peryferyjnych jest naprawdę ogromna. Wbudowana pamięć danych RAM ma pojemność 4kB, a pamięć programu typu ROM, EPROM lub Flash aż 128kB. Wersja z reprogramowalną pamięcią Flash jest najmłodszym członkiem rodziny H8/300, jednym z pierwszych układów tej serii programowanym w systemie.
Kolejną poważną wątpliwością jest zakwalifikowanie procesora H8/3048 do jednej z kategorii: 8-, 16- lub 32-bitowców. Producent sprytnie unika tego typu deklaracji, wobec czego najbardziej prawdopodobnym zaszeregowaniem będzie moim zdaniem: procesor 16-bitowy z możliwością wykonywania operacji arytmetycznych, logicznych i przesłań na danych 8- i 32-bitowych...
Standardowymi peryferiami wbudowanymi w procesory H8/3048 są: - podwójny, dupleksowy port szeregowy
SCI (ang. Serial Communication Interface]
z programowanym generatorem szybkości
transmisji,
interfejs obsługujący karty chipowe (styk zgodny z ISO7816], który można wykorzystywać alternatywnie z portem SCIO, timer-watchdog,
5-kanałowy, 16-bitowy, programowany ti-mer-licznik ITU (ang. Integrated Timer Unit] z możliwością generowania przebiegów PWM, porównywania fazy przebiegów, itp,
czterokanałowy, programowany sterownik bezpośredniego dostępu do pamięci DMA (ang. Direct Memory Access], generator programowanych przebiegów cyfrowych (próbka do 16 bitów] TPC (ang. Timming Pattern Controller], 8-kanałowy przetwornik A/C o rozdzielczości 10 bitów, z wbudowanym układem próbkująco-pamiętającym i możliwością zewnętrznego wyzwalania początku pomiaru,
2-kanałowy przetwornik C/A o rozdzielczości 8 bitów,
kontroler przerwań, obsługujący siedem zewnętrznych (w tym jedno niemasko-walne] oraz 30 wewnętrznych źródeł z możliwością programowania priorytetów (3 poziomy],
W skład zestawu EVB3048F wchodzą:
/ płytka z procesorem H3/3048F i niezbędnymi
peryferiami, / kabel RS232,
/ katalog procesorów Hitachi na płycie CD-ROM, / oprogramowanie narzędziowe dlazestawu H8/
3048Fna płycie CD-ROM (w tym kompilator C), / podrę czmkzawiera|ącymstrukc|ę i dokumentach
zestawu, / dyskietkaz nowąwers|ą narzędzi do
programowania pamięci Flash
Elektronika Praktyczna S/99
27
SPRZĘT
Rys. 1.
- w przypadku pracy z wewnętrzną pamięcią programu procesor dostępne jest 70 programowanych wyprowadzeń I/O oraz 8 wejść cyfrowych,
- kontroler pamięci DRAM, który umożliwia bezpośrednie dołączenie do procesora 16-bitowej pamięci DRAM. Procesor może pracować w jednym z 7
standardowych trybów pracy, w zależności od szerokości zewnętrznej szyny danych (8/16 bitów] i rozmiaru adresowanej pamięci zewnętrznej (do 16MB]. Największą elastyczność mikrokontrolera uzyskuje się w trybie 7, w którym wykorzystywana jest wewnętrzna pamięć Flash (ROM/EPROM]. O dużej wydajności rdzenia procesora decyduje wysoka częstotliwość taktowania [16MHz w wersji Flash i 18MHz w pozostałych wersjach], niewielki stopień podziału zegara oraz sprzętowe wspomaganie mnożenia i dzielenia liczb 8, 16 i 32-bito-wych. Wykonanie operacji mnożenia lub dzielenia zabiera procesorowi zaledwie 875ns, a znacznie prostsza operacja doda-
wania/odejmowania 125ns. Podano czasy dla wersji Flash. Dzięki zastosowaniu aż 16 16-bitowych rejestrów uniwersalnych możliwe jest stosunkowo łatwe zoptymalizowanie wydajnościowe programów pisanych w językach wysokiego poziomu.
Najkrótszą drogą: EVB3048F
Chcąc ułatwić projektantom poznanie procesorów H8/3048 Hitachi opracował bardzo przemyślany zestaw, który przy odrobinie dobrej woli można potraktować jako emulator czasu rzeczywistego. Wymaga to jednak zdemontowania górnej pokrywy obudowy urządzenia (widoczna na zdjęciu] i samodzielnego wykonania kabli. Jest to w pewnym stopniu niewygodne, ale biorąc pod uwagę możliwości zestawu i - przede wszystkim - oprogramowania są to trudności warte pokonania. Wszystkie istotne (określenie producenta] sygnały wyprowadzone są na 6 szpilkowych złącz IDC. Dzięki doskonale opracowanej dokumentacji konfiguracja zestawu (we wnętrzu obudo-
wy znajduje się stosunkowo wiele zworek] oraz identyfikacja poszczególnych złącz nie stanowi żadnego problemu.
Domyślnym trybem działania procesora zainstalowanego w zestawie jest wykonywanie programu z zewnętrznej pamięci EP-ROM, która zawiera monitor HDI-M. Debug-ger z nim współpracujący znajduje się na płycie CD-ROM wchodzącej w skład zestawu (rys. 1]. Alternatywą dla monitora HDI-M, który zoptymalizowano pod kątem współpracy z windowsowym debuggerem jest nieco prostsza, DOS-owa wersja debuggera GDB. Stosowanie go wymaga zmiany programu w pamięci EPROM. Niezbędne pliki dostarczane są na płycie CD-ROM. Zmiana trybu pracy procesora jest możliwa poprzez zmianę nastaw 4-pozycyjnego DIP-switcha, który znajduje się na płytce drukowanej.
Zestaw EVB3048F jest wyposażony w dwa porty szeregowe, z których jeden współpracuje z debuggerem, drugi może spełniać rolę portu użytkownika, można go także wykorzystać do przesyłania wynikowego kodu programu przeznaczonego do zapisania w pamięci programu procesora H8/3048F.
Oprócz gniazd DB9 na płycie czołowej znajdują się trzy przyciski (zerowania, przerwania niemaskowalnego NMI oraz masko-walnego IRQ0] oraz dwie diody LED, sygnalizujące: włączenie zasilania oraz programowania pamięci Flash procesora.
Jedyny zarzut, jaki muszę postawić twórcom zestawu, jest brak zasilacza w zestawie. Co więcej oszczędzono na wewnętrznym stabilizatorze napięcia 5V, w związku z czym rozpoczęcie pracy z zestawem wymaga sporego wysiłku (wiadomo przecież, że w laboratorium elektronicznym najtrudniej znaleźć kable z wtyczkami pasującymi do gniazda].
Andrzej Gawryluk
Zestaw EVB3043F udostępniła redakcji firma Atest, iel (0-32) 33-03-60.
Programy demonstracyjne, kartę katalogową procesorów H3/3043 oraz dokumentację zestawu i oprogramowania znajdziecie w Intern ecie pod adresem ; www.ep .com.pl/fiploiher.him.
28
Elektronika Praktyczna S/99
SPRZĘT
Domowa sieć informatyczna
Wprowadzenie
Różnego rodzaju systemy
automatycznego sterowania są
coraz powszechniej stosowane
w codziennym życiu. Wiele
dotychczasowych rozwiązań nie
zyskało popularności ze względu
na trudny montaż i wymagane
wysokie kwalifikacje osoby
obsługującej. Wprowadzony przez
amerykanów system sterowania X-
10 likwiduje wszystkie
dotychczasowe niedogodności.
W tej części artykułu
znajdziecie krótkie wprowadzenie,
a za miesiąc przedstawimy
dokładny opis dostępnych
w kraju urządzeń dostosowanych
do pracy w systemie.
_ W
Podstawy X-10
Podstawowym atutem X-10 jest wykorzystanie ogólnodostępnego medium przesyłowego, jakim jest... sieć energetyczna. Kaśde urządzenie pracujące w tym systemie jest wyposaśone w galwanicznie separowany interfejs sieciowy, który pozwala na dwukierunkowy transfer danych zapisanych w spo-sób cyfrowy. Rolę styku fizycz- j- -nego spełnia zwykła wtyczka J Ś m sieciowa, poprzez którą dostarczane jest do urządzenia takśe zasilanie.
Ze względu na specyfikę wykorzystywanego medium dane A(TFVYIHMf ^* cyfrowe kodowane są jako sygnały analogowe. Jedynkę oznacza pojawienie się w przewodzie zasilającym sygnału 120kHz i czasie trwania lms. Jako zero traktowany jest brak tego sygnału. Transmisja bitów jest synchronizowana przejściem przez zero napięcia ""^ ^ w sieci zasilającej co powoduje, śe maksymalna przepływność danych w systemie X-10 wynosi 50bd.
Tak więc podstawowy problem - okablowania - w X-10 rozwiązano w sposób najprostszy z mośliwych i co bardzo waś-ne praktycznie bez nakładu dodatkowych sił i środków.
X-10
* m
TODAY ONI

O ......-*
Możliwości X-10...
...są praktycznie nieograniczone. W ramach systemu bardzo wielu producentów oferuje nieprzebraną liczbę urządzeń, pośród których dostępne są zarówno interfejsy RS2 32/X-10, regulatory
i włączniki oświetlenia, ogrodowe pompki do podlewania trawników oraz przydomowych oczek wodnych, napędy rolet okiennych, karmniki dla rybek, psów i kotów, a takśe kompletne stacje pogodowe. To oczywiście tylko wycinek oferty, zdominowanej przede wszystkim przez Amerykanów. Tak znaczną różnorodność mośna było uzyskać tylko dzięki upowszechnieniu tajników standardu, podobnie jak to stało się niegdyś z komputerami PC.
Każdemu z urządzeń pracujących w systemie X-10 mośna nadać indywidualny adres, dzięki czemu bez trudu mośna indywidualnie sterować kilkunastoma włącznikami światła, śaluzjami itp. Sterowanie mośe być ręczne, mośna do tego celu wykorzystać komputerowy interfejs realizujący sterowanie w czasie rzeczywistym, mośna takśe zastosować programowane sterowniki, które autonomicznie zarządzają siecią.
X-10 w Polsce
Po tym - mam nadzieję smakowitym -wstępie, za miesiąc przedstawimy Warn ofertę urządzeń dostępnych w naszym kraju. Nie jest ona aś tak bogata jak w USA, ale bez trudu mośna skonfigurować niemal dowolny system sterowania. Piotr Zbysiński, AVT
Więcej informacji o systemie X-1O można znaleźć w Iniernecie; www.x-10.com, www.xlOpro.com, www.inielliho-me.com, www.xlO.org, www.smariho-me.com.
Artykuł przygotowano w oparciu o maieriafy firm;
- Eliway, tel. (0-12) 425-12-23;
- Maiguz, tel. (0-22) 636-62-30.
Elektronika Praktyczna S/99
29
MINIPROJEKTY
Wspólną cechą układów opisywanych w dziale "Minlprojekty" 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.
Miniaturowe nadajniczki FM
Czy można zbudować
nadajnik radiowy
pracujący w paśmie
UKF wykorzystując
wyłącznie układy
scalone
z rodziny TTL, nie
wykonując przy tym ani
jednej cewki, ani
dławika? Postanowiłem
sprawdzić
doświadczalnie, czy jest
to możliwe. Rezultaty
eksperymentów okazały
się bardzo zachęcające.
Nie zbudowałem oczywiście nadajników FM z prawdziwego zdarzenia, ale raczej proste zabawki umożliwiające przesłanie sygnału akustycznego na niewielką odległość. Niemniej, zabawki te mogą mieć praktyczne zastosowanie i mogą być użyte w prostych układach sygnalizacyjnych czy alarmowych. Moc nadajniczków jest bardzo mała i ich stosowanie z całą pewnością nie narusza obowiązujących w Polsce przepisów regulujących korzystanie z radiowych urządzeń nadawczych. Pomimo to, nasze nadajniki przy nieprawidłowym zestrojeniu mogą skutecznie zakłócić odbiór stacji radiowych i telewizyjnych w promieniu kilku - kilkunastu metrów.
Do budowy nadajników wykorzystałem wyłącznie układy TTL serii Standard. Był to kolejny eksperyment mający wykazać, że układy te mogą jeszcze znaleźć zastosowanie w konstrukcjach typowo amatorskich i nie wszystkie z nich należy już
wyrzucić na śmietnik.
Opis działania układu
Na rys. 1 pokazano schematy elektryczne trzech nadajników różniących się od siebie stopniem złożoności i pełnionymi funkcjami. Omawianie schematów rozpoczniemy od najprostszego nadajnika, oznaczonego na rysunku literą "A".
Jest to rzeczywiście chyba najprostszy z możliwych układów nadajników FM: zbudowany jest na dwóch (prawdę mówiąc, wystarczyłaby nawet jedna) czterowej-ściowych bramkach NAND typu 7413, których zwarte wyjścia (dla zwiększenia prądu) są połączone z wejściami. Takie połączenie wraz z kondensatorem C3 spowoduje powstanie oscylacji w układzie z bramkami 7413 (generator relaksacyjny), ale przecież właśnie o to nam cho-
dziło! Tak włączona bramka z układem Schmitta zaczyna generować drgania o częstotliwości zbliżonej do maksymalnej częstotliwości pracy danego układu. Stosując kondensator włączony pomiędzy połączone ze sobą wejścia i wyjście bramki a masę, możemy tę częstotliwość w pewnym zakresie regulo-
Rys. 1.
30
Elektronika Praktyczna S/99
MINIPROJEKTY
Rys. 2.
Stosując kondensator strojeniowy o pojemności 5..30pF udało mi się uzyskać zakres przestrajania nadajnika obejmujący prawie cały wykorzystywany w naszym kraju zakres UKF (z modulacją FM).
Nadajnik przedstawiony na rysunku 1A może być kluczowany za pomocą przebiegu prostokątnego doprowadzonego poprzez złącze CONl do dwóch "wiszących w powietrzu" wejść bramek IC1A ilClB.
Na rys. 1B znajduje się nieco bardziej rozbudowany układ nadajnika, który emituje falę nośną modulowaną sygnałem o częstotliwości akustycznej wytwarzanym
przez prosty generator zbudowany na bramkach IClA i IClB. Pozostałe bramki zawarte w strukturze układu 7400 wykorzystane zostały do budowy generatora w.cz. działającego na identycznej zasadzie co generator z rys. la. Przy odbieraniu sygnału pochodzącego z tego nadajnika, w odbiorniku słyszymy ciągły sygnał akustyczny
0 częstotliwości określonej pojemnością C2 i rezystancją R2. Z wartościami elementów takimi jak na schemacie, częstotliwość tego tonu wynosi ok. 600Hz.
Trzeci, najbardziej rozbudowany nadajnik został pokazany na rys. 1C. Do jego budowy wykorzystałem dwa układy scalone TTL - 7400
1 7413. Na dwuwejściowych bramkach NAND zawartych w IC2 zbudowane zostały dwageneratorym.cz.: wytwarzający sygnał o częstotliwości ok. lHz (bramki D i C) oraz kluczowany przez niego generator częstotliwości akustycznej (bramki A i B). Generator w.cz., zbudowany identycznie jak dwa poprzednie, wytwarza falę nośną modulowaną krótkimi tonami o częstotliwości ok. 600Hz.
Na zakończenie tego opisu warto sprostować pewną nieścisłość. Przez cały czas mówiliśmy o budowie nadajników FM, co niezupełnie jest zgodne z prawdą. Mamy tu do czynienia ze szczegól-
nym rodzajem modulacji (kluczowaniem fali nośnej), który równie dobrze moglibyśmy nazwać modulacją amplitudy od 0 do 100%. Nie zmienia to faktu, że nadawane sygnały są poprawnie odbierane przez odbiorniki FM pracujące w zakresie fal ultrakrótkich.
Montaż i uruchomienie
Opisane układy, a w szczególności pierwszy z nich, można by było wykonać jako "pająka", bez stosowania obwodu drukowanego. Uważam jednak, że do każdego układu elektronicznego, nawet gdyby zbudowany był z jednego tranzystora, należy zaprojektować płytkę obwodu drukowanego, wyposażoną w potrzebne złącza i punkty lutownicze. Na rys. 2 pokazano rozmieszczenie elementów na trzech małych płytkach, które wejdą w skład kitu zawierającego zestaw elementów potrzebnych do budowy wszystkich trzech nadajników.
Montaż układów nie wymaga jakiegokolwiek komentarza, a zmontowane nadajniki wymagają jedynie dostrojenia c zęstotli-wości generowanej fali nośnej
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
5ÓOQ ószt
Kondensatory
lOOnF 3szt
l^F-MKT 2szt
100^F/10V 3szt
470^F/10V tszt
trymer miniaturowy
30pF 3szt
Półprzewodniki
7400 2szt
7413 2szt
Różne
Złqcze ARK3 (3,5mm) 1 szt
Złącze ARK2 (3,5mm) 2szt
Płytka drukowana wraz z kompletem elementów jest dostępna w AVT - oznaczenie AYT-1233.
Regulacji dokonujemy za pomocą kondensatorów - try-merów, starając się dostroić nadajnik do "wolnego miejsca" pomiędzy komercyjnymi stacjami nadającymi na zakresie UKF. Andrzej Gawryluk, AVT
Elektronika Praktyczna 8/99
31
PROJEKTY ZAGRANICZNE
Tester tranzystorów współpracujący z komputerem PC
Tester tranzystorów
komunikuje się z komputerem
PC przez port równoległy.
Zapewnia możliwość
wyprowadzenia na ekran
komputera wyniku pomiaru
współczynnika wzmocnienia
prądowego tranzystora. Jest to
udoskonalona wersja projektu
przedstawionego w jednym
w numerów EPE z 1996
roku.
Jest to zarazem pierwszy z serii projektów tanich przyrządów pomiarowych współpracujących z komputerem PC, a wywodzących się z publikowanego na łamach EPE cyklu artykułów o interfejsach. Tester tranzystorów, podobnie jak wszystkie następne przyrządy, jest łatwy w wykona-
niu, jego koszty są niskie, a przy tych natężeń.
Co ustalać?
Większość testerów tranzystorów działa tak, że podaje się stały prąd bazy badanego tranzystora i mierzy natężenie prądu kolektora. Małemu natężeniu prądu bazy odpowiada duże natężenie prądu kolektora, a współczynnik wzmocnienia jest po prostu stosunkiem
tym oferuje bardzo interesujące możliwości pomiarowe.
Istotną zaletę proponowanych urządzeń pomiarowych współpracujących z komputerem stanowi to, że odczyt wyniku pomiaru w postaci cyfrowej nie wymaga żadnych dodatkowych inwestycji.
Urządzenia takie posiadają pewną niedoskonałość, polegającą na tym, że współczynnik wzmocnienia nie jest mierzony przy wybranym (stałym) prądzie kolektora. W przypadku tranzystora o dużym wzmocnieniu prądowym natężenie prądu kolektora jest
Czytamy po prostu z ekranu kom- znacznie większe niż w przypad-
putera PC. Oprogramowanie i komputer w znacznym stopniu zapewniają sterowanie działaniem urządzenia.
Tester może być użyty do badania zarówno tranzystorów pnp jak i npn. Nie jest wyposa-
ku tranzystora o małym wzmocnieniu. Fakt ten nie musi mieć szczególnego znaczenia, należy jednak pamiętać o tym, że współczynnik wzmocnienia prądowego tranzystora silnie zależy od prądu kolektora - zazwyczaj rośnie ze
żony w przełącznik, posiada nato- wzrostem jego natężenia.
miast oddzielne gniazda dla tranzystorów każdego typu. Po włożeniu tranzystora w gniazdo właś-
Tranzystory o dużym współczynniku wzmocnienia prądowego są więc badane przy dużych ciwe dla danego typu, na ekranie natężeniach prądu kolektora, co monitora komputera wyświetlana prowadzi do uzyskiwania wyni-
jest wartość współczynnika wzmocnienia prądowego.
ków zbyt optymistycznych. Tranzystory o małym współczynniku
Jeśli użyty komputer posiada wzmocnienia prądowego badane
są przy małych natężeniach prądu kolektora, co może przynosić wy- niki zaniżone. Wobec tego, do
NPN
PNP
ZródtO prądowe
VOUT
dwukierunkowy port równoległy, na ekran jest wyprowadzana także informacja o typie badanego tranzystora. Bez względu na typ tranzystora, zakres wartości mierzonych wsp ółczynników wzmocnienia prądowego wynosi od 25 do ponad 1000, jest więc wystarczający w przy- R1 padku większości dostępnych tranzystorów bipolarnych. Uwaga: proponowane urządzenie nie nadaje się do Rys. 1. Podstawowe układy do pomiaru pomiaru tranzystorów współczynnika wzmocnienia prądowego unipolarnych! tranzystorów pnp i npn.
VOJT
Źródło prądowe
(a)
(b)
Elektronika Praktyczna 1/99
13
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
Port dntakowy
B-błtcwy przetw, ŃG Układ odwracający o wzmocnieniu 1 ~i Uktad testowy NPN
o------------
t WtÓTT* Układ testowy
i i nsplejcłowy PNP

Inwerter Detektor
Ś ŁaJorujący pozoru
Rys. 2. Schemat blokowy urzqdzenia do pomiaru współczynnika wzmocnienia prqdowego tranzystorów.
uzyskiwanych w taki sposób wyników należy odnosić się z rezerwą, zwłaszcza w przypadku tranzystorów o małym współczynniku wzmocnienia prądowego. Byłoby niewątpliwie znacznie lepiej, jeśli testy byłyby przeprowadzane przy stałym natężeniu prądu kolektora i różnych natężeniach prądu bazy. Pozwoliłoby to uniknąć uwypuklania różnic wzmocnień tranzystorów o małym i dużym wzmoc-
nieniu.
Przedstawiany tester tranzystorów zapewnia wiarygodne wyniki pomiarów, gdyż działa z prądem kolektora o stałym natężeniu, równym 10 mA. Warunki działania układu są dobierane w sposób automatyczny tak, że natężenie prądu kolektora wynosi 10 mA i nie wymaga to żadnej ingerencji użytkownika.
Jednym z utrudnień towarzyszących takiemu rozwiązaniu jest nieliniowa zależność między prądem bazy i współczynnikiem wzmocnienia prądowego. Im większe wzmocnienie, tym mniejsze natężenie prądu bazy. Ponieważ jednak system nasz współpracuje z komputerem, wykonanie odpowiedniego przeliczenia nie przedstawia kłopotu.
Zasada działania
Podstawowe układy pomiarowe dla tranzystorów pnp i npn są pokazane na rys. 1. Jeśli przyjrzeć się układowi dla tranzystorów npn, obciążenie kolektora stanowi źródło prądowe o stałej wydajności, wymuszające prąd kolektora, przy którym przeprowadzany jest pomiar.
Ponieważ współczynnik wzmocnienia prądowego tranzystorów zależy od tego, do jakich zakresów mocy są one przeznaczone, należy odpowiednio dobrać natężenie prądu kolektora, przy którym przeprowadzany będzie pomiar. Wartość lOmA wydaje się być rozsądnym kompromisem - jest ona na tyle mała, że tranzystorom małej mocy nie grozi uszkodzenie, a zarazem na tyle duża, by uzyskać poprawne wyniki pomiaru w przypadku tranzystorów średniej i dużej mocy.
Prąd bazy dociera do badanego tranzystora przez rezystor Rl, Jest bardzo ważne, by prąd ten był pobierany ze źródła prądowego, nie zaś bezpośrednio ze źródła zasilania. W układzie działa bowiem pętla ujemnego sprzężenia zwrotnego, utrzymująca natężenie
prądu kolektora na poziomie lOmA.
Prąd bazy o większym natężeniu spowoduje spadek napięcia kolektora, co z kolei obniży wartość natężenia prądu bazy. Odwrotnie, mniejsze natężenie prądu bazy spowoduje wzrost napięcia na kolektorze, to zaś będzie powodować wzrost natężenia prądu bazy. Dzięki temu natężenie prądu przepływającego przez rezystor Rl odzwierciedla współczynnik wzmocnienia prądowego tranzystora. Oczywiście spadek napięcia na tym oporniku jest proporcjonalny do natężenia przepływającego przezeń prądu. Mierząc to napięcie można wiec zmierzyć natężenie przepływającego prądu. Napięcie na kolektorze nie jest równe spadkowi napięcia na rezystorze Rl, ponieważ między bazą a emiterem występuje napięcie około 0,7V. Można jednak zmierzyć napięcie kolektorowe, a następnie - w programie - odjąć od niego 0,7V.
Układ pomiarowy dla tranzystorów pnp jest podobny, a różnice wynikają z tego, że elementy pnp wymagają napięcia zasilania o przeciwnej polaryzacji niż npn. Wynika z tego drobna komplikacja - napięcie wyjściowe nie jest już odniesione do masy, a do napięcia zasilania (dodatniego). Na szczęście problem ten można łatwo rozwiązać, i to na dwa sposoby. Użycie wzmacniacza odwracającego o jednostkowym wzmocnieniu zapewni odwrócenie tego napięcia, ale taki sam skutek można osiągnąć odpowiednio modyfikując program. W prezentowa-
pinb
Rys. 3. Schemat ideowy testera współczynnika wzmocnienia prqdowego tranzystorów.
14
Elektronika Praktyczna 1/99
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
^TTexas
Instruments
8 +V
IN/OJT
TLC548 t CLOCK
~6~ DATA OJT
1\ CS
REF+
ANALOGUE IN
REF-GND (0V)
Rys. 4. Oznaczenia wyprowadzeń przetwornika analogowo-cyfrowego TLC548.
nym urządzeniu wybrano rozwiązanie układowe.
Działanie urządzenia
Schemat blokowy przedstawiony na rys. 2 obrazuje organizację urządzenia. Obwody do pomiaru wzmocnienia tranzystorów npn i pnp są oddzielone od siebie i do obu doprowadzone jest zasilanie. Z powodów wspomnianych wyżej , do części mierzącej tranzystory pnp dodano wzmacniacz odwracający o wzmocnieniu 1.
Napięcia wyjściowe z obu układów pomiarowych są podawane na wejście przetwornika A/C przez przełącznik elektroniczny. W przypadku braku tranzystorów lub tylko tranzystora pnp, przetwornik A/C jest połączony z układem do pomiaru wzmocnienia tranzystorów npn.
Jeśli badany jest tranzystor pnp, ustawienie przełącznika elektronicznego zmieniane jest w oparciu o prostą detekcję napięcia. Jeśli w gnieździe dla tranzystorów pnp nie ma tranzystora, napięcie na wyjściu układu pomiarowego jest równe zeru. Wzrasta ono wyraźnie, jeśli w urządzenie wstawiony zostanie sprawny tranzystor pnp. Układ detekcji poziomu zmienia wtedy swój stan wyjściowy, co w dalszej konsekwencji powoduje doprowadzenie do przetwornika A/ C napięcia wyjściowego części układu służącej do pomiaru tranzystorów pnp.
Jedno z wejść portu równoległego komputera można wykorzystać do monitorowania stanu wyjścia wspomnianego układu detekcji poziomu napięcia (po inwersji). Prosty podprogram testuje stan tej linii portu i wyprowadza na ekran informację, że badany jest tranzystor typu pnp.
Konwersja A/C
Schemat ideowy testera wzmocnienia tranzystorów widnieje na rys. 3. Układ ICl jest przetwornikiem A/C, który nie wymaga użycia dodatkowych zewnętrznych elementów. Oznaczenia wyprowadzeń tego układu podane są na rys. 4. Jest to przetwornik 8-bitowy (oznaczenie TLC548), jednak połączony jest z portem tylko przez trzy linie wyjściowe i linię masy. Dane są przesyłane szeregowo, a ma to miejsce wtedy, kiedy na linii CS\ panuje stan niski.
Przetwornik działa według metody kolejnych przybliżeń. Wynik konwersji jest uzyskiwany po 32 taktach zegara, co nie przekracza 17ms.
W koniecznych przypadkach, w celu uniknięcia przedwczesnego odczytu konwertera, należy stosować programowe pętle opóźniające. Nie będą one konieczne, jeśli oprogramowanie zostanie napisane w języku interpretowanym, jak np. G W-Basic. Przetwornik nie został wyposażony w wyjście sygnalizujące koniec konwersji.
Po podaniu na wyprowadzenie CS\ stanu niskiego można rozpocząć odczyt danych z wyprowadzenia 6, poczynając od najbardziej znaczącego bitu. Następnie na wyprowadzenie 7 jest podawany impuls zegarowy, po czym na wyjściu 6 jest dostępny do odczytu następny bit. Cykl ten jest powtarzany do odczytania wszystkich 8 bitów wyniku konwersji, po czym na wyprowadzenie CS\ podawany jest stan wysoki.
Jak wynika z powyższych rozważań, sygnał zegarowy nie jest prostym ciągiem impulsów, a generowaną programowo specjalną sekwencją impulsów.
Zakres napięć przetwarzanych przez konwerter określa napięcie doprowadzone do wyprowadzenia 1, które w przedstawianym przypadku jest napięciem zasilania i wynosi 5V.
Część główna układu
Jako przełącznik elektroniczny ICl wykorzystano poczwórny klucz analogowy CMOS 4066 (rys. 5). Przełączenie napięć wyjściowych układów pomiaro-
wych następuje dzięki odpowiedniemu wysterowaniu dwóch kluczy.
Trzeci klucz wraz z rezystorem Rl działa jako inwerter zapewniający odpowiednie sterowanie jednego z wcześniej wymienionych kluczy. Ostatni klucz układu 4066 pozostaje nie wykorzystany, a jego wyprowadzenia pozostawiono bez połączeń.
Tranzystor TRI wchodzi w skład źródła prądowego układu pomiarowego tranzystorów npn. Potencjometr VRl służy do dokładnego ustawienia natężenia prądu, które powinno wynosić lOmA. Rezystor R2 łączy wyjście źródła z bazą badanego tranzystora, a dla zapewnienia dogodnego skalowania jego rezystancja wynosi 10kQ. Pomnożenie przez dwa wyniku konwersji daje w przybliżeniu wartość natężenia prądu przepływającego przez rezystor R2, wyrażoną w mikroamperach.
Źródło prądu stałego zastosowane w części do pomiaru tranzystorów pnp jest odpowiednikiem poprzednio omówionego źródła. Potencjometr VR2 służy do dokładnego ustawienia natężenia prądu kolektora tranzystora TR2 (lOmA).
Układ odwracający zbudowano w oparciu o wzmacniacz operacyjny CA3130E. Ponieważ element ten nie posiada wewnętrznej kompensacji częstotliwościowej, zastosowano kondensator C3. Wzmacniacz CA3130E może pracować w układach z asymetrycznym zasilaniem oraz z niskimi napięciami zasilania, wynoszącymi nawet tylko 5V. Większość innych typów wzmacniaczy operacyjnych, użytych jako IC3 lub IC4, nie zapewni w takich warunkach poprawnego działania układu.
IN/OLTT J
Rys. 5. Oznaczenia wyprowadzeń i struktura klucza analogowego 406Ó.
Elektronika Praktyczna 1/99
15
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
SK4 +5V
10
15
20
25
30
35
40
45
A OOOOOOOOOOOOOOOOOOOPOOOOOOOOOOOOOOOOOOOPOOOOOOOOOO
B oooooooooppppoppoooopopoppopoppopoppopoopopoooopoo
C IooQooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooOooo~
D '
oooooooooooooooooooooooooooooooooaooooaooaoooo
OOOOOOOOOOPOOOOO
ooooooooooooooooooooooooo
O O O O i.
TR1 I
2 a
t f*b
4 VsJ c
i 1
s H
i IC1 1
4
ii �
IC2
10
15
20
25
30
35
40
45
50
p o p p p p
p p p p o
P P P P O P P
p p p p p p
oooooooooosoooooooooooooooooooooooooooooooooooo
OPOPOPPOPOPP
POOOOOOOOO
ooooooooooo
o o o o o
OPPOPOPPO
ooooooooo
000000000000090000000000000
o o**o ooQooooooooooo
o o o o o o
oo*oo*oo*oo*oooooooo*
P O P P P
o o o o o o o
oooooooooo
P O P O P P
O P O P P O P
P P O P P P P
PPPPOPPPPOPPPPOPP
oooooooooooooooooo
o o o o o o
ooooooooooooooo
ppooo*ooooooooop*opoppOpopp*poooopo*popoooopoooopp
�o*oooo*o*oo*ooooo***oooo*ooooo*ooooo*ooo*oooo*oo*
ooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooo
OOPOPOPPOPOPPOPOPPOPPPPOPPPPOPPPPOPP
POPPPPOP
oooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooo
PPOOOPPOOOOOOOOPPOPOPPOPOPPOPOOOOPOOOOPOOOOPOOOOPP
POOOOPOOPOOOOPOOOOOOOOOOOOOOPOOOOPOOOOOOOOOOOOOOPO
B oooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooo
A OPPPOPPOPOPPOPOPPOPOPPOPPPPOPPPPOPPPPOPPPPOPPPPOPP
O 5
10
15
20
25
30
35
40
50
Rys. 6. Schemat rozmieszczenia elementów, sposób wykonania przecięć ścieżek oraz okablowanie płytki.
Porównywanie
Układ IC4, mimo że jest wzmacniaczem operacyjnym, w przedstawianym układzie pracuje jako komparator. Napięcie odniesienia, które wynosi nieco poniżej 0,5V, jest doprowadzone do odwracającego wejścia wzmacniacza (wyprowadzenie 2) przez dzielnik rezystancyjny R14 i R15. Wejście nieodwracajace IC4 (wyprowadzenie 3) jest połączone z wyjściem źródła prądowego.
Jeśli w gniazdo pomiarowe nie został wstawiony tranzystor pnp, napięcie w tym punkcie wynosi 0V. Stan na wyjściu wzmacniacza IC4 jest wtedy niski, co powoduje odłączenie wyjścia części mierzącej tranzystory pnp od wejścia układu IC1.
Jeśli mierzony jest tranzystor pnp, nawet jeśli jest to element o małym współczynniku wzmocnienia prądowego, napięcie na wejściu nieodwracającym wzmacniacza IC4 jest wyższe niż na odwracającym, a więc stan na wyjściu tego układu jest wysoki, co powoduje połączenie z we-
jściem przetwornika A/C wyjścia części służącej do pomiaru tranzystorów pnp. Jeśli do gniazd włożone zostaną jednocześnie tranzystory npn i pnp, do wejścia przetwornika doprowadzony zostanie sygnał z wyjścia części mierzącej tranzystory pnp, a na ekranie pojawi się wartość wzmocnienia tranzystora pnp. Jeśli port równoległy użytego komputera jest dwukierunkowy, na ekran zostanie wyprowadzona także informacja o typie badanego elementu [pnp).
TR3 pracuje w konfiguracji z otwartym kolektorem, wystero-wując najbardziej znaczącą linię danych portu równoległego. Jeśli dane są przesyłane do komputera, do linii podłączone zostają wewnętrzne rezystory podciągające. Tranzystor TR3 zostaje włączony, gdy na wyjściu układu IC4 pojawia się stan wysoki, a więc na linii portu pojawia się stan niski. Rezystor R17 ogranicza natężenie prądu i zabezpiecza układy portu w sytuacji, gdy dane są wysyłane z portu do układu.
Układ wymaga stabilizowanego napięcia zasilania 5V. Pobór prądu przez układ w stanie spoczynkowym wynosi tylko 4mA, ale wzrasta do 14mA w trakcie pomiaru.
Mimo że można byłoby zasilać układ z zasilacza sieciowego, wygodniej i taniej jest wykorzystać napięcie +5V komputera. Niestety, nie jest dostępne w porcie równoległym, można jednak wykorzystać w tym celu gniazdo klawiatury lub port gier. Oba rozwiązania zostaną omówione bardziej szczegółowo dalej.
Wykonanie
Układ jest montowany na płytce uniwersalnej o wymiarach 21 pasków po 50 otworów. Rys. 6 przedstawia sposób rozmieszczenia elementów oraz wykonania przecięć pasków.
Montaż należy prowadzić w sposób konwencjonalny, poczynając od elementów o najmniejszych rozmiarach, a na największych kończąc. Należy pamiętać o licznych zworkach. Układ ICl
16
Elektronika Praktyczna 1/99
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
o
.0000*000
\0OOOO0Oi
18 151 14
o
Rys. 7. Sposób wykonania kabla łączącego tester tranzystorów i port równoległy komputera.
jest ustawiony odwrotnie niż trzy pozostałe układy scalone (odwrotny montaż może spowodować jego zniszczenie). Wszystkie układy są wykonane w technologii CMOS i należy je zamontować na podstawkach, przestrzegając zwykłych zasad ostrożności.
Sprzęt
Jako obudowy można użyć dowolnego średniej wielkości pudełka. Gniazda SKl i SK2 - najlepiej miniaturowe trzykontaktowe gniazda DIN - należy zamontować na przedniej ściance obudowy.
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl: 3,3kn
R2, R7, R8, R9: 10kO
R3, Rl 1: 100O
R4, R13: l,5kQ
R5, R12, R16: 2,2kQ
Ró, RIO: lOOkO
R14: 4,7kQ
R15, R17: 390O
VR1, VR2: 4,7kLl, miniaturowe,
węglowe, poziome
Kondensatory
Cl: lnF, ceramiczny
C2: lOOjiF/lOy, wyprowadzenia
jednostronne
C3: 2,2nF, poliestrowy (raster
5mm)
Półprzewodniki
TRI: BC559
TR2, TR3: BC549
IC1: TLC548IP
IC2: 40Ó6BE
IC3, IC4: CA3130E
Różne
SKl, SK2: miniaturowe 3-
kontaktowe gniazda DIN
SK3: 5-kontaktowe gniazdo DIN
180
Obudowa metalowa lub
z tworzywa sztucznego, płytka
uniwersalna 21 pasków x50
otworów, podstawki 8-nóżkowe
3szt., podstawka 14-nóżkowa,
gniazdo 4mm, przewody (patrz
tekst), plecionka, cyna, kołki
lutownicze.
List. 1.
10 REM transistor tester program (TLC5481 A/D converter)
20PORT1=&H278
30PORT2 = &H279
40PORT3 = &H27A
50CLS
60 LOCATE 8,25
70 PRINT "DC CURRENT GAIN"
80 OUT PORT3.32
90TYP=INP(PORT1)
100 IF TYP>127 THEN GOSUB 610
110 IF TYP<128 THEN GOSUB 640
120OUTPORT3.1
130OUTPORT3,3
140OUTPORT3.2
150X = INP(PORT2)AND8
170OUTPORT3,3
180OUTPORT3.2
190 Y= INP(PORT2) AND 8
200Y = Y*8
210X = X + Y
220 OUT PORT3.3
230 OUT PORT3.2
240 Y = INP(PORT2) AND 8
250Y = YM
260X = X + Y
270 OUT PORT3.3
280 OUT PORT3.2
290 Y = INP(PORT2) AND 8
3iox=:
320 OUT PORT3.3 330 OUT PORT3,2
Większość niewielkich rozmiarów tranzystorów można będzie bez trudu w takie gniazda wstawiać, natomiast w przypadku tranzystorów dużej mocy, SMD lub innych, w "dziwnie" pod względem mechanicznym rozwiązanych obudowach trzeba będzie stosować przewody.
Połączenie z komputerem można wykonać łącząc kabel bezpośrednio z płytką, ale estetyczniej będzie wyposażyć obudowę w gniazdo i wykonać odpowiedni kabel. Można tu wykorzystać np. 5-kontaktowe gniazdo DIN (180�) - do łączenia z portem równoległym - oraz 4mm gniazdo do doprowadzenia napięcia zasilania. Schemat połączeń przedstawiony na rys. 6 zakłada takie właśnie rozwiązanie.
Sposób połączenia testera z portem równoległym przedstawia rys. 7. Długość kabla nie powinna przekraczać 2 m. Można go wykonać używając czterożyło-wego kabla ekranowanego lub kabla taśmowego (łatwiejsze w realizacji). Kabel należy zakończyć od strony komputera 25-kontaktowym męskim wtykiem D, z drugiej zaś strony 5-kontaktowym wtykiem DIN (180�).
340Y=INP(PORT2)AND8
350X = X + Y
360 OUT PORT3.3
370 OUT PORT3,2
380 Y = INP(PORT2) AND 8
390 Y = Y/2
400X = X + Y
410OUTPORT3,3
420 OUT PORT3.2
430Y=INP(PORT2)AND8
440 Y = Y/4
460 OUT PORT3.3
470 OUT PORT3.2
480Y = INP(PORT2)AND8
490 Y = Y/8
500X = X + Y
510OUTPORT3.3
520X = X*2
530OUTPORT3.1
540X = X-69
550X=10000\X
560 LOCATE 10,30
570 IF X<25 THEN PRINT " "
580 IF X<25 GOTO 80
590 PRINT X
600 GOTO 80
610 LOCATE 5,26
620 PRINT "NPN TRANSISTOR
630 RETURN
640 LOCATE 5,26
650 PRINT "PNP TRANSISTOR"
660 RETURN
Jeśli komputer posiada niewykorzystywany port gier, do doprowadzenia zasilania do testera najprościej jest wykorzystać ten właśnie port. Podłączenie wymaga użycia 2 5-kontaktowego męskiego wtyku D, a napięcie +5V wyprowadzone jest na kontakt 1 (rys. 8).
Rozwiązanie alternatywne polega na wykorzystaniu napięcia +5V obecnego w gnieździe klawiatury. W handlu dostępne są nawet takie kable, ale jego wykonanie we własnym zakresie nie powinno nastręczać trudności. Wystarczy w tym celu wykonać krótki dodatkowy przewód, przedstawiony w dolnej części rys. 8, i wyprowadzić napięcie
+5V
O
0000000* \ooooooo,
o
GAMĘ PORT
+5V
Gniazdo
Wtyczka
Rys. 8. Sposób wyprowadzenia napięcia +5V z portu gier lub gniazda klawiatury komputera PC.
Elektronika Praktyczna 1/99
17
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
+5V z wtyku. Kabel należy zakończyć z jednej strony 5-kon-taktowym gniazdem DIN, z drugiej zaś - takim samym wtykiem.
Oprogramowanie
Przeważająca część programu, którego wydruk znajduje się obok (list. 1), dotyczy odczytu wyniku konwersji, co ze względu na szeregową transmisję ośmiu bitów danych jest procesem stosunkowo złożonym. Adresy przypisane na początku programu zmiennym Pońl, Port2 i Port3 dotyczą portu równoległego o adresie bazowym &H278 i należy je zmienić w przypadku portów o adresach &H378 lub &H3BC.
Wiersze programu od numerach 50 do 70 zapewniają wyczyszczenie ekranu i wyprowadzenie komunikatu "Współczynnik wzmocnienia prądowego" {"DC CURRENT GAIN"). Następnie linie portu zostają skonfigurowane jako linie wejściowe i odczytywany jest stan portu. Dwie
następne linie stanowią test, czy odczytana wartość jest większa czy mniejsza od 127 (wartość D7 odpowiednio 1 lub 0), a każdy z wyników porównania powoduje wywołanie innego podprogramu. Podprogramy te wyprowadzają w górnej części ekranu komunikat "TRANZYSTOR PNP" lub "TRANZYSTOR NPN".
Następnie jest wykonywany długi podprogram odczytujący szeregowo kolejne bity wyniku konwersji i transformujący je do postaci pojedynczego bajtu. Po zakończeniu tej operacji wynik zostaje pomnożony przez dwa (linia 5 20), po czym zostaje od niego odjęta wartość 69, co odpowiada pomniejszeniu mierzonego napięcia o spadek 0,7V, występujący między bazą i emiterem (linia 540). W wyniku otrzymuje się wartość natężenia prądu bazy, wyrażoną w mikro-amperach. Podzielenie wartości natężenia prądu kolektora (10000|iA) przez wynik poprzedniej operacji daje wartość współczynnika wzmocnienia prądowego badanego tranzystora (linia 55 0). Zastosowano tu dzielenie całkowite, co pozwala uniknąć przecinka dziesiętnego i niewiele wnoszących cyfr znajdujących się po przecinku.
Teoretycznie układ umożliwia pomiar małych współczynników wzmocnienia, sięgających nawet 20, jednak zastosowane rozwiązania układowe sprawiają, że wyniki są wiarygodne tylko dla współczynników wzmocnienia prądowego powyżej 25. Linie 560-580 blokują wyprowadzanie wyniku jeśli jest on mniejszy od 25. Wyniki nie mniejsze niż 2 5 są wyprowadzane na ekran (linia 590). Następnie program powraca do linii 80, po czym odczytywane są kolejne wyniki pomiaru. Program nie został wyposażony w opcję wyjścia, i zakończenie jego pracy należy wymuszać naciskając klawisze CTRL-Break.
Uruchomienie i eksploatacja
Urządzenie nie zapewni prawidłowych wyników pomiarów jeśli potencjometry VRl i VR2 nie zostaną poprawnie ustawione. Po wstawieniu w gniazda odpowiedniego tranzystora należy zmierzyć
multimetrem spadek napięcia na rezystorze R3. Regulując potencjometrem VRl uzyskać odczyt IV. Następnie podłączyć multimetr do końcówek rezystora Rll i regulując potencjometrem VR2 uzyskać wskazanie IV. Układ jest teraz gotowy do eksploatacji.
Jeśli urządzenie jest włączone, ale w żadne w gniazd nie został włączony tranzystor, na ekranie nie pojawi się wynik pomiaru współczynnika wzmocnienia. Typ elementu powinien być określony jako npn. Wstawienie kolejno kilku różnych tranzystorów npn powinno przynieść rozsądne wyniki pomiarów. Wstawienie tranzystora typu pnp powinno przynieść zmianę komunikatu określającego typ tranzystora oraz nową wartość wyniku pomiaru.
Jeśli wyniki pomiaru współczynników wzmocnienia wydają się prawidłowe, ale nie następuje zmiana komunikatu o typie tranzystora, oznacza to, że port komputera nie jest dwukierunkowy. W takiej sytuacji można pozostawić w układzie elementy R16, R17 i TR3, chociaż bezpieczniejsze może być ich wylutowanie.
Tranzystory dużej mocy
Choć pomiar jest przeprowadzany przy stosunkowo dużej wartości natężenia prądu kolektora (lOmA), to jednak w przypadku tranzystorów dużej mocy jest to wartość dosyć mała. W takich sytuacjach należy liczyć się z możliwością, że wynik pomiaru będzie nieco mniejszy niż wartość współczynnika wzmocnienia prądowego w praktycznym układzie.
8-bitowy przetwornik A/C zapewnia całkiem dobrą rozdzielczość, ponieważ jednak mierzone jest natężenie prądu bazy, a nie kolektora, rozdzielczość jest lepsza w dolnej części zakresu i gorsza w wyższej. Wydaje się jednak, że jest ona mimo wszystko wystarczająca - dla współczynnika wzmocnienia około 200 wynosi 4, a dla współczynnika około 500 -25. Robert Penfold, EPE
Artykuł publikujemy na podstawie umowy z redakcją miesięcznika "Everyday Practical Electronics".
18
Elektronika Praktyczna 1/99
PROJEKTY
Telefoniczny mostek, część 2
kit AVT-489
Kończymy opis konstrukcji mostka telefonicznego
omówieniem jego instalacji oraz sposobu obsługi.
Instalacja
Ze względów ekonomicznych opisywany mostek ma możliwość tylko impulsowego wybierania numerów telefonicznych. Zasadniczo dotyczy to obydwu linii: wejściowej i wyjściowej. W rzeczywistości, jak okaże się przy szczegółowym omówieniu obsługi mostka, konieczna jest tylko jedna linia pracująca w tym standardzie. Publiczne centrale telefoniczne mają zawsze możliwość współpracy z urządzeniami z wybieraniem impulsowym. Najczęściej dopiero pierwsza cyfra odebrana w systemie tonowym wyłącza w centrali odbiornik sy gnaliz a ej i deka do w ej. Dl ate g o mostek będzie pracował poprawnie ze wszystkimi typami central publicznych.
Inaczej jest z centralkami abonenckimi, a mostek może przecież pracować również na liniach wewnętrznych. Typ telefonu podłączonego do linii wewnętrznej ustawia się zazwyczaj w konfiguracji centralki i wówczas odbiera ona tylko ustawiony rodzaj sygnalizacji wybierczej. Zatem, jeśli mostek ma pracować na liniach wewnętrznych, należy w centralce ustawić impulsowy tryb odbioru cyfr, przynajmniej dla linii wejściowej.
Mostek nie jest przystosowany do pracy z napowietrznymi liniami telefonicznymi. Jeśli jednak nasze linie miejskie lub linie wewnętrzne są rozciągnięte na zewnątrz budynków, należy zabezpieczyć je ochron-nikami abonenckimi, które można
nabyć w sklepach ze sprzętem telekomunikacyjnym lub wykonać we własnym zakiesieh Schemat typowego ochronnika abonenckiego był zamieszczony w EPlO/98, przy okazji prezentacji opisu centralki telefonicznej.
Mając załatwioną sprawę od strony sieci telefonicznej, warto zadbać o dobre zasilanie. W najprostszym przypadku wystarczy oczywiście zwykły zasilacz sieciowy. Należy się jednak liczyć z tym, że od chwili wyłączenia prądu nie będzie można korzystać z usług oferowanych przez mostek. Dodatkowo, w przypadku krótkotrwałych zaników napięcia w sieci procesor może zostać nieprawidłowo wyze-rowany, w rezultacie czego program się zawiesi.
Tam gdzie jest to możliwe można podłączyć mostek do baterii akumulatorów zasilających centralkę abonencką. Jednak najlepszym rozwiązaniem jest dobudowanie do zasilacza sieciowego prostego układu doładowującego akumulator. Przykładowy schemat takiego układu przedstawiono na rys. 5. Dwie diody połączone szeregowo obniżają napięcie zasilacza do około 13,6V. Jest to zalecana przez producentów wartość końcowego napięcia ładowania dla bezobsługo-wych ci owi owych akumulatorów żelowych. Rezystor ogranicza prąd ładowania akumulatora do bezpiecznej wartości. Normalnie dioda połączona równolegle z rezystorem jest spolaryzowana zaporowo. Gdy
Elektronika Praktyczna 1/99
71
Telefoniczny mostek
jednak napięcie z zasilacza sieciowego obniży się o 0,6V poniżej napięcia akumulatora, dioda zacznie przewodzić, dostarczając prąd do mostka. W naszym przypadku wystarczy zakupić niewielki aku-mulatorek o napięciu 12V i pojemności 6,5Ah. Baterie takie są często wykorzystywane w małych systemach alarmowych.
Obsługa mostka
Nadszedł czas, aby dokładnie poznać sposób obsługi mostka. Przy pierwszym czytaniu obsługa może wydawać się skomplikowana, a w rzeczywistości jest dość naturalna. Oczywiście na tyle, na ile naturalne może być dla człowieka naciskanie "guzików" i wsłuchiwanie się w jakieś popiskiwania.
UWAGA: Program sterujący zaczyna interpretować cyfrę nadaną przez nas z klawiatury telefonu dopiero po zwolnieniu klawisza.
Każda istotna czynność jest sygnalizowana jednym z dwóch dźwięków: POTWIERDZENIA lub OSTRZEGAWCZYM. Miejsce programu, w którym się znajdujemy łatwo rozpoznać po cyklicznych sygnałach: ZAPROSZENIA, WYBORU, POLECENIA_1, POLECENIA_2 lub POLECENIA_3.
W stanie SPOCZYNKU mostek oczekuje na dzwonienie na linii wejściowej. Ze stanu tego może go wyprowadzić jeden dzwonek o czasie trwania ponad 400 ms. Liczbę wymaganych dzwonków można zwiększyć do pięciu zwierając zworkę ZWl oznaczoną na druku symbolami 5DZ. Dwie sekundy po zakończeniu pierwszego (lub piątego) dzwonka mostek odbiera połączenie, nadaje sygnał ZAPROSZENIA i przechodzi do SPRAWDZE-NIA_HASŁA. Słysząc sygnał ZAPROSZENIA należy podać z kla-
MOSTEK TELEFONICZNY
Rys. 5. Zalecany sposób dołączenia akumulatora buforowego.
wiatury telefonu hasło dostępu. Jeśli jest to pierwsza próba po włączeniu zasilania, naciskamy klawisze 1, 2, 3, 4 i zatwierdzamy klawiszem #. Poprawne hasło powoduje, że mostek nadaje sygnał POTWIERDZENIA i przechodzi do fazy WYB OR U_POLECENIA. P o błędnym haśle usłyszymy sygnał OSTRZEGAWCZY, a następnie sygnał ZAPROSZENIA. W ciągu jednej minuty możemy wykonać trzy próby podania hasła. Trzecia, nieudana próba lub przekroczenie czasu powoduje rozłączenie i przejście mostka w stan SPOCZYNKU. Jeśli pomylimy się wybierając kolejną cyfrę hasła, możemy całość powtórzyć od początku. Program interpretuje tylko cztery ostatnie cyfry przed klawiszem # (hash). W każdej chwili możemy zakończyć połączenie naciskając * (gwiazdkę). Jak wspomniałem wcześniej, na podanie hasła mamy 60 sekund od momentu zajęcia linii wejściowej przez mostek. Jeśli jednak było to ODDZWONIENIE, ten czas jest liczony od momentu zakończenia wybierania numeru zwrotnego. Nie należy zatem zbytnio czekać z odbieraniem połączeń zwrotnych, bo potem można nie zdążyć z podaniem hasła.
Odebranie poprawnego hasła powoduje przejście do fazy WYBO-RU_POLECENIA. W tym stanie mostek nadaje kolejno sygnały POLECENIE^, POLECENIE_2 i POLE-CENIE_3. W ciągu 60 sekund musimy zdecydować, czy mostek ma do nas oddzwonić - POLECENIE_1, połączyć z linią wyjściową - PO-LECENIE_2, czy też umożliwić nam zmianę hasła dostępu - POLECE-NIE_3. Jeśli będziemy zbyt długo zwlekać z podjęciem decyzji, mostek się rozłączy. Możemy ten moment przybliżyć naciskając klawisz * (gwiazdka). Po wybraniu jednej z trzech cyfr 1, 2 lub 3 usłyszymy sygnał POTWIERDZENIA. Inne cyfry są w tym momencie ignorowane.
Jeśli zadecydowaliśmy, że mostek ma do nas ODDZWONIĆ, naciskamy jedynkę. Po usłyszeniu sygnału POLECENIA^ musimy podać numer zwrotny złożony maksymalnie z 15 cyfr. Nie ma możliwości skorygowania ewen-
tualnej pomyłki w numerze, ale klawisz * (gwiazdka) wycofuje nas z powrotem do fazy WYBORU_PO-LECENIA, skąd możemy ponownie wejść do ODDZWONIENIA. Zatwierdzenie pustego numeru zwrotnego lub podanie więcej niż piętnastu cyfr powoduje nadanie sygnału OSTRZEGAWCZEGO i powtórne oczekiwanie na poprawny numer zwrotny. Podawanie numeru kończymy klawiszem # (hash) i odkładamy mikrotelefon. Mostek również się rozłączy, odczeka 7 sekund i podejmie próbę zajęcia linii wejściowej. Polega ona na tym, że mostek zwiera linię na dwie sekundy i sprawdza obecność ciągłego sygnału zgłoszenia centrali. Jeśli linia jest wolna i sygnał się pojawi, rozpoczyna się wybieranie numeru zwrotnego. W przypadku, gdy pierwsza próba zajęcia linii się nie powiedzie, mostek powtarza ją jeszcze dwukrotnie. Po trzeciej, nieudanej próbie, przechodzi w stan SPOCZYNKU.
Przewidując możliwość podłączenia mostka do central abonenckich, które często mają nieciągłe sygnały zgłoszenia, umożliwiono wyłączenie sprawdzania sygnału zgłoszenia. W tym celu należy zewrzeć zworkę ZW2, oznaczoną na płytce drukowanej literami ZGL. Dzięki temu mostek po dwóch sekundach od zajęcia linii wejściowej zawsze rozpocznie wybieranie numeru. Wybierając numer, mostek wstawia dodatkową, jednosekundo-wą pauzę po pierwszej cyfrze, jeśli ta cyfra jest dziewiątką lub zerem. Pierwsza cyfra równa zero wskazuje, że wychodzimy na kierunki międzymiastowe (międzynarodowe). Dziewiątka lub zero służy do wychodzenia "na miasto" w centralkach abonenckich. W obu przypadkach odczekanie chwili po pierwszej cyfrze jest wskazane, a zdarza się, że jest konieczne.
Jeśli w fazie WYBORU^POLECENIA nacisnęliśmy na klawiaturze klawisz oznaczony cyfrą dwa, powinniśmy usłyszeć sygnał POLECE-NIA_2. Teraz, podobnie jak w POLECENIU^, mostek oczekuje na numer docelowy złożony maksymalnie z 15 cyfr. Po ewentualnym błędzie w numerze, tak jak w POLECENIU^, możemy nacisnąć klawisze * (gwiazdka). Znajdziemy się wówczas w fazie WYBORU POLE-
Elektronika Praktyczna 1/99
Telefoniczny mostek
CENIĄ, skąd możemy wrócić do POŁĄCZ_DALEJ naciskając dwójkę. Po odebraniu znaku # (hash), kończącego wpisywanie cyfr numeru docelowego mostek sprawdza, czy przez ostatnie siedem sekund napięcie na linii wyjściowej wynosiło ponad 20V. Stan taki oznacza, że przez tę linię nikt aktualnie nie rozmawia, np. z dołączonego równolegle telefonu. Jeśli wynik testu jest pozytywny, mostek nada sygnał POTWIERDZENIA, a następnie zajmie linię wyjściową. Jeśli próba dała wynik negatywny, usłyszymy OSTRZEŻENIE i pozostaniemy w fazie POŁĄCZ_DALEJ. Zwierając zworkę ZW3, oznaczoną na druku literami ZAJ, możemy wyłączyć detektor napięcia. Wówczas test zawsze da wynik pozytywny, czyli mostek zajmie linię wyjściową bez sprawdzania jej stanu. Możemy tak zrobić tylko wtedy, gdy na linii wyjściowej nie są dołączone równolegle z mostkiem żadne inne telefony. Po dwóch sekundach od zajęcia linii rozpoczyna się wybieranie impulsowe podanego numeru.
Wspomniałem wcześniej, że tylko jedna linia - linia wejściowa -musi odbierać impulsową sygnalizację wybierczą. Teraz wychodzi na to, że także na linii wyjściowej wybieranie odbywa się w tym systemie. Owszem, mostek może wybierać tylko impulsowo na obu liniach, ale równie dobrze numer na linii wyjściowej możemy wybrać tonowo z własnego aparatu, wszak połączenie dróg rozmownych jest już zestawione. Aby to zrobić musimy podać pusty numer docelowy. W przeciwieństwie do OBDZWONIENIA, numer pusty jest akceptowany i powoduje prawie natychmiastowe zestawienie połączenia. Po usłyszeniu sygnału zgłoszenia z linii wyjściowej wybieramy numer docelowy. Należy jeszcze pamiętać, aby nie używać klawisza * (gwiazdka), gdyż powoduje on rozłączenie linii wyjściowej i przejście do fazy WYBORU_P OLE CENIĄ. Jeśli wybieranie numeru powierzyliśmy układom mostka, to wstawi on dodatkową jednosekun-dową pauzę po pierwszej cyfrze. Oczywiście tylko wówczas, gdy ta cyfra będzie dziewiątką lub zerem.
Od tego momentu mostek przechodzi do nadzoru połączenia, aby
w odpowiedniej chwili dokonać rozłączenia obu linii. I tu potwierdza się stara prawda znana w kręgu programistów urządzeń telekomunikacyjnych, że najprościej jest zestawić połączenie, a najtrudniej dokonać rozłączenia. Chcąc zapewnić maksymalną niezawodność pracy, wprowadzono aż pięć kryteriów zakończenia połączenia, przy czym cztery są sprawdzane przez cały czas zajęcia linii wejściowej. Pierwsze z nich to naciśnięcie klawisza * (gwiazdka). Jeśli mamy taką możliwość, zawsze przed odłożeniem mikrotelefonu naciśnijmy ten klawisz. Spowoduje on przejście do WYBORU_POLECENIA. Jeśli rzeczywiście chcemy zakończyć sesję naciskamy * (gwiazdkę) po raz drugi.
Drugie kryterium polega na nasłuchiwaniu przez mostek sygnałów tonowych odbieranych z obu linii. Jeśli przez pięć sekund będzie stamtąd przychodzić na przemian ton i cisza oraz oba te stany będą trwały 400..600 ms, to mostek zinterpretuje to jako sygnał zajętoś-ci. Wówczas rozerwie drogę połączeniową kluczem 4-5(U4) i przez kolejne 3 sekundy będzie sprawdzał, czy sygnał zajętości nadszedł od strony linii wejściowej. Jeśli tak, to mostek zakończy połączenie i przejdzie w stan spoczynku. Sygnał zajętości centrala miejska wysyła po odłożeniu przez nas mikrotelefonu. W przypadku, gdy to my dzwoniliśmy do mostka, zaję-tość pojawi się niemal natychmiast po odłożeniu. Jeśli było to oddzwo-nienie, czyli byliśmy abonentem wywoływanym, centrala podtrzyma połączenie przez 90 sekund, potem rozłączy i wyśle sygnał zajętości.
Trzecie kryterium to odwrócenie polaryzacji napięcia w linii wejściowej. Zadziała ono wprawdzie tylko tam, gdzie centrala odwraca polaryzację na czas trwania połączenia, ale gdy centrala coś takiego realizuje, jest to bodaj najpewniejszy sposób na rozłączenie zakończonego połączenia. Czwarte kryterium polega na nasłuchiwaniu toru rozmownego. Trzy minuty ciszy są dla mostka podstawą do rozłączenia. Jeśli jednak w tym czasie pojawi się cokolwiek: rozmowa, sygnał tonowy czy sygnalizacja DTMF, odliczanie trzech minut zaczyna się od początku. Piąte kryterium jest ostatnią deską ratun-
ku, gdy zawiodą cztery pierwsze. Dlatego musi zadziałać zawsze. Polega ono na zliczaniu czasu zajęcia linii wejściowej. Gdy zegar odliczy jedną godzinę, niezależnie od wszystkiego nastąpi rozłączenie. Powinny o tym ograniczeniu czasowym pamiętać zwłaszcza osoby korzystające z mostka do połączeń teleinformatycznych.
Jeśli podczas wyboru polecenia nacisnęliśmy trójkę, wchodzimy do POLECENIA_3. Umożliwia ono zmianę hasła zabezpieczającego dostęp do mostka przed osobami nieupoważnionymi. Jak wspomniano wcześniej, program po pierwszym uruchomieniu zapisuje wzorzec hasła cyframi 1, 2, 3, 4 i takiego hasła musimy użyć przy wchodzeniu do pierwszej sesji. Aby zmienić hasło naciskamy cztery cyfry nowego hasła i zatwierdzamy klawiszem # (hash). Usłyszymy sygnał POTWIERDZENIA, a następnie ponownie sygnał POLECE-NIA_3. Podane poprzednio cyfry należy dokładnie powtórzyć i jeszcze raz nacisnąć # (hash). Zgodność obu wzorców mostek potwierdza nadając sygnał POTWIERDZENIA i od tego momentu nowe hasło staje się obowiązujące. Jeśli wykryto różnice w podanych wzorcach, usłyszymy sygnał OSTRZEGAWCZY i ponownie musimy dwukrotnie podać nowe hasło. Podczas odbierania hasła, program interpretuje tylko cztery ostatnie cyfry poprzedzające klawisz # (hash). Zatem ewentualne błędy poprawiamy powtarzając hasło od początku. Warto wiedzieć, że hasło może zawierać mniej niż cztery cyfry. Możemy nacisnąć # (hash) po trzeciej, drugiej lub pierwszej cyfrze. Można też zatwierdzić hasło puste, nie zawierające ani jednej cyfry. Należy jednak pamiętać, że w przypadku zdefiniowania hasła zawierającego mniej niż cztery cyfry nie będziemy mogli skorygować ewentualnej pomyłki przez powtórne podanie czterech cyfr. Dzieje się tak, gdyż na początku sprawdzania bufor odbieranego hasła jest wypełniany znakami pustymi, których później nie da się wprowadzić z klawiatury telefonicznej. W każdej chwili możemy przejść do WYBORU_POLECENIA naciskając klawisz * (gwiazdka). Tomasz Gumny, AVT
Elektronika Praktyczna 1/99
73
MINIPROJEKTY
TV dręczyciel
Proponowany układ
jest kolejnym spośród
urządzeń mających
jeden cel działania:
dokuczanie bliźnim.
Seria ta rozpoczęta
została przez otoczonego
ponurą sławą "Pipka
Dręczyciela" (nie
pamiętam imienia
autora tego projektu, ale
niech bogowie go nie
karzą), który katował
ludzi wydawaniem
cichych pisków po
zgaszeniu w mieszkaniu
światła.
Podobno psychika każdego człowieka zawiera w sobie dwa pierwiastki: dobra i zła, na co dzień znoszące się nawzajem, co czyni nasze charaktery możliwymi do zaakceptowania przez otoczenie. Jednak w szczególnych przypadkach ta równowaga
może zostać drastycznie zakłócona i miły, spokojny człowiek może ukazać się nam jako Mr. Hyde, znany z powieści Stevensona.
Podobnie stało się z niżej podpisanym. Na co dzień spokojny człowiek, którego nikt nie mógłby posądzić o złośliwość czy też sadystyczne instynkty, przemienił się pewnej pełnej grozy nocy, rozświetlanej blaskiem księżyca w pełni, w dziką bestię. Zawarłszy uprzednio pakt z diabłem, pochwycił myszkę w owłosioną, uzbrojoną w straszliwe pazury łapę i na ekranie monitora swojego komputera zaczął kreślić plany narzę- dzia tortur. Pracy f tej towarzyszyło ponure wycie upiorów i radosny chichot szatana,
Elektronika Praktyczna S/99
a z czeluści piekieł przyglądał się jej z życzliwym uśmiechem patron wszystkich sadystów, okrutnik dokonały: Caius Iulius Caesar Caligula. I oto co powstało. Ogólnie mówiąc, proponowany układ służy uniemożliwieniu działania jakichkolwiek odbiorników modulowanej podczerwieni w pomieszczeniu, w którym się znajduje. Odbiera on wiązkę podczerwieni wyemitowaną przez pilota i natychmiast nadaje swoją własną, kompletnie "ogłupiając" odbiornik umieszczony np. w telewizorze lub magnetowidzie. Może więc służyć nie tylko jako narzędzie szatańsko złośliwych dowcipów, ale także jako blokada dostępu do sprzętu RTV (np. w celu zabezpieczenia go przed dziećmi). Omówmy jednak podstawowe zastoso-
31
MINIPROJEKTY
IC3 TFMB5360
Rys. 1.
wanie naszego dręczyciela.
Najpierw musimy wybrać spośród swoich znajomych ofiarę: osobę o naprawdę niezwykłym poczuciu humoru, potrafiącą śmiać się nie tylko z dowcipów zrobionych komuś, ale także z siebie samego. Następnie składamy skazanemu wizytę i korzystając z chwili jego nieuwagi dyskretnie umieszczamy nasz układ w starannie wybranym miejscu. Musi to być miejsce, z którego układ "widzi" sygnały nadawane przez piloty używane w pomieszczeniu (również odbite od ścian), a także które pozwala na dotarcie sygnałów nadawanych przez nasz układ do odbiorników. Przewidziałem dwa możliwe scenariusze dalszego biegu wydarzeń: scenariusz SOFT i scenariusz HARD.
Scenariusz SOFT
Nasz ofiara po krótszej lub dłuższej chwili spostrzega nieprawidłowość, a właściwie brak działania pilota od telewizora. Dobrze jeżeli jest to osoba znająca się na elektronice. Niech się trochę pomęczy, otworzy obudowę pilota, a może nawet przyniesie jakieś przyrządy pomiarowe. W momencie, kiedy uznamy, że nieszczęśnik zo-
stał już wystarczająco udręczony, wkraczamy my, wybawiciele. Odprawiamy nad pilotem stosowne czary, a następnie dyskretnie wyłączamy nasze urządzenie. Wszystko wraca do normy, a my odtąd cieszymy się "mołojecką sławą" słusznie należącą się geniuszowi serwisu sprzętu RTV.
Scenariusz HARD
Naszą haniebną działalność rozpoczynamy tak, jak w scenariuszu SOFT. Różnica polega jednak na tym, że po podrzuceniu koledze "upominku" oddalamy się z miejsca zbrodni i pozwalamy wypadkom toczyć się własną drogą. Co będzie się dalej działo, można sobie jedynie wyobrazić. Najprawdopodobniej nasza ofiara po wyczerpaniu wszystkich możliwości samodzielnej naprawy sprzętu odda go do serwisu, skąd po jakimś czasie wróci "naprawiony". Jednak nasz układ, wyposażony w baterie o dużej pojemności i pobierający w stanie spoczynku znikomo mały prąd, działa nadal! Po ustawieniu odebranego z naprawy sprzętu katowany nieszczęśnik stwierdzi więc, że dalej jest on niesprawny. Wypluje pewnie z siebie kilka słów nie nada-
Art. 184. ż 1. Kto znęca się fizycznie lub moralnie nad członkiem swojej rodziny lub nad inną osobą.... podlega karze pozbawienia wolności od 6 miesięcy do lat 5.
ż 2. (87) 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.
jącego się do druku komentarza pod adresem nierzetelnych pracowników serwisu i ponownie zaniesie sprzęt do naprawy. Dalszego rozwoju wypadków nie ośmielam się nawet przewidywać...
Opis działania
Sc hemat elektryc zny narzędzia tortur pokazano na rys. 1. Ponieważ nie sądzę, aby ktokolwiek obdarowany przez nas takim "miłym" prezentem zechciałaby go nam później zwrócić, układ ma charakter wybitnie "jednorazowy" i został uproszczony do granic możliwości (ale bez przekraczania tych granic).
Zdaniem układu jest odebranie modulowanej wiązki podczerwieni pochodzącej z dowolnego pilota służącego do obsługi sprzętu RTV i natychmiastowa reakcja polegająca na wysłaniu własnej wiązki podczerwieni, nie niosąc ej żadnej informacji, ale za to skutecznie zakłócającej działanie wszystkich odbiorników modulowanej podczerwieni w pomieszczeniu. Rolę detektora modulowanej podczerwieni o częstotliwości zbliżonej do 36kHz pełni dobrze nam znany układ typu TFMS5360. Zawiera on w swojej strukturze czuły odbiornik podczerwieni, układ filtrów środkowo-przepusto-wych, wzmacniacz i demodulator. Na wyjściu układu otrzymujemy zdemodulowa-ny, zanegowany przebieg o poziomie TTL.
Odebranie pierwszego impulsu powoduje powstanie stanu niskiego na wyjściu 3
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
PR1: potencjometr
montażowy miniaturowy
lOOka
Rl: 10ka
R2: 47kQ
R3, R7: 150Q
R4: 30Q
R5: 10MQ
R6: lOOka
Kondensatory
Cl: 560pF
C2, C4, Có, C8: lOOnF
C3: luF
C7, C5: 100^F/10V
Półprzewodniki
Dl, D2, D3: IRED
IC1: NE555
IC2: 4098
IC3: TFMS5360
Tl: BUZ10
Płytka drukowana wraz z kompletem elementów jest dostępna wAVT - oznaczenie AVT-12.35.
IC3, który następnie zostanie przekazany za pośrednictwem kondensatora C4 na wejście wyzwalania (opadającym zboczem) układu IC2A. Układem tym jest dobrze znany scalony przerzutnik monosta-bilny typu 4098, pracujący w konfiguracji jednorazowego wyzwalania (bez przedłużania impulsu wejściowego kolejnymi sygnałami na wejściu wyzwalania). Stan wysoki z wyjścia Q tego układu doprowadzony zostaje do wejścia zezwolenia trzeciego układu scalonego - ICl. Zdaniem tego układu jest wytworzenie sygnału zakłócającego o częstotliwości 36kHz i wy-sterowanie tranzystora Tl zasilającego diody nadawcze IRED. Timer NE555 pracuje w typowym dla siebie układzie muliwibratora astabilne-go, którego częstotliwość określona jest pojemnością Cl i rezystancjami Rl, PRl
Rys. 2.
Elektronika Praktyczna 8/99
MINIPROJEKTY
i R2. Częstotliwość ta może być dokładnie ustawiana za pomocą potencjometru montażowego PRl.
Układ powinien być zasilany napięciem stałym o wartości 5V, co sugeruje zastosowanie do 4 akumulatorków NiCd. Doświadczalnie stwierdzono, że IC3 pracuje poprawnie jeszcze przy napięciu 6V, przekraczającym nieco maksymalną wartość napięcia zasilania podaną przez producenta. Pozwala to na zasilenie układu z tańszych od akumulatorków baterii 1,5V (R6). Dobrze by było zastosować w układzie NE555 w wersji CMOS. W takim przypadku prąd pobierany przez urządzenie będące
w stanie spoczynku będzie znikomo mały, co pozwoli na nawet wielomiesięczną jego
pracę
Montaż i uruchomienie
Na rys. 2 pokazano schemat montażowy układu. Rysunek mozaiki ścieżek obwodu drukowanego znajduje się na wkładce wewnątrz numeru.
Montaż wykonujemy w typowy sposób, rozpoczynając od wlutowania w płytkę rezystorów i kończąc na kondensatorach elektrolitycznych i układzie IC3. I tutaj ważna uwaga: układ IC3 i diody nadawcze zostały umieszczone na płytce w całkowicie dowolny spo-
sób, ponieważ nie mogłem przewidzieć, jaki będzie kształt pomieszczenia, w którym urządzenie będzie pracowało i jakie będzie tam rozmieszczenie sprzętu RTV i mebli. Dlatego też przed użyciem zbudowanego układu dobrze byłoby dokonać wizji lokalnej miejsca przyszłej "zbrodni" i odpowiednio zamocować układ IC3 oraz diody nadawcze tak, aby umożliwić im odbieranie i nadawanie sygnału pod odpowiednimi kątami.
Zmontowany układ nie wymaga jakiegokolwiek uruchamiania, ale jedynie prostej regulacji polegającej na ustawieniu częstotliwości pracy multi wibrator a ICl.
Częstotliwość ta powinna wynosić dokładnie 36kHz.
Zmontowany i wyregulowany układ powinniśmy przed wykorzystaniem sprawdzić. Włączamy zasilanie i ustawiamy urządzenie w pokoju, w który znajduje się sprzęt RTV. Jeżeli wszystko jest w porządku, to wszystkie piloty znajdujące się w pomieszczeniu powinny zostać zablokowane.
Na zakończenie podaję wiadomość dla Waszych potencjalnych ofiar: wyjechałem do Nowej Zelandii, mieszkam tam wśród Maorysów i nie posiadam żadnego adresu, e-maila ani nawet telefonu komórkowego! ZR
Elektronika Praktyczna 8/99
33
MINIPROJEKTY
Komar brzęczycie I
Prezentujemy kolejny
projekt "złośliwego"
urządzenia
elektronicznego, które
cieszą się dużym
powodzeniem wśród
pewnej grupy naszych
Czytelników.
Tym razem jest to
elektroniczny
"komar".
Rewia układów służących robieniu bliźnim złośliwych, aczkolwiek nieszkodliwych dowcipów, prezentowana ostatnio na łamach Elektroniki Praktycznej trwa nadal. Sam jestem zaskoczony, że tak spokojny i pozbawiony jakiejkolwiek złośliwości człowiek, jak niżej podpisany, dał się namówić do prowadzenia tak perfidnej działalności, jak konstruowanie "złośliwych" układów?
Nie zmuszam jednak nikogo do stosowania w praktyce opracowanych przeze mnie układów. Każde urządzenie elektroniczne jest dla nas wszystkich interesujące samo w sobie i zawsze warto zapoznać się z jego opisem, mam nadzieję, interesującym.
Jednymi z owadów, najbardziej znienawidzonych przez wszystkich, są niewątpliwie komary. Jak dotąd, nasza działalność skupiała się na opracowywaniu urządzeń
służących unieszkodliwianiu lub odstraszaniu tych wyjątkowa antypatycznych stworzeń. Dzisiaj jednak chciałbym zaproponować Warn coś zupełnie innego: budowę sztucznego komara! Nie będzie on na szczęście wypijał niczyjej krwi ani roznosił paskudnych chorób (na szczęście nie istniejących w naszym klimacie), ale za to będzie niestrudzenie, aż do wyczerpania baterii, naślado-
wał niemiłe i wyjątkowo denerwujące bzykanie tego niesympatycznego owada. Tak jak każdy przyzwoity komar, nasz układ będzie rozpoczynał swoją perfidną działalność w nocy, skutecznie uniemożliwiając zaśnięcie zaatakowanym przez niego osobom.
Podobnie jak prawdziwy komar będzie "latał" po po-
Rys. 1.
Elektronika Praktyczna S/99
33
MINIPROJEKTY
koju, symulując zmianą natężenia generowanego przez siebie bzykania poruszanie się.
Co robi człowiek, który w nocy nie może zasnąć z powodu obrzydliwego dla ucha brzęczenia? To oczywiste: zapala światło i rozpoczyna polowanie na torturującego go insekta. Ale w przypadku naszego układu takie polowanie z pewnością nie da żadnego rezultatu! Po zapaleniu światła sztuczny komar zamilknie i rozpocznie swoją straszliwą działalność dopiero po powtórnym zapadnięciu ciemności.
Wszystko to stwarza nadzieję, że sprytnie ukryty w sypialni naszych najserdeczniejszych przyjaciół MOSQUITO BUZZER będzie ich torturował przez wiele nocy, aż do wyczerpania baterii , które przy zastosowaniu układów CMOS powinny wystarczyć na wiele dni, a nawet tygodni. No i co, moi Drodzy, chyba nawet sam Torąuemada, znany z okrucieństwa Wielki Inkwizytor Kastylii i Aragonii nie wymyśliłby czegoś podobnego?
Rys. 2.
Opis działania układu
Schemat elektryczny nowego narzędzia tortur pokazano na rys. 1. Pierwszym z bloków funkcjonalnych układu jest generator sygnałów o częstotliwości akustycznej, zbudowany na popularnym NE555 - ICl. Częstotliwość sygnału jest określona wartością pojemności C4 oraz połączonych szeregowo rezystancji PRl + R6 i może być w szerokim zakresie zmieniana za pomocą potencjometru montażowego PRl. Z wyjścia generatora wyste-rowywana jest baza tranzystora T2, zasilającego od strony minusa zasilania przetwornik piezoelektryczny Ql. Warto zwrócić uwagę, że praca generatora z ICl warunkowana jest stanem wysokim na wejściu 4 tego układu, co możliwe jest tylko w przypadku nieprzewodze-nia tranzystora T3. Ponieważ baza tego tranzystora zasilana jest poprzez fototranzystor T4, generator będzie pracował jedynie w ciemności. Gdybyśmy przetwornik Ql dołączyli bezpośrednio do plusa zasilania, to natężenie wytwarzanego dźwięku byłoby stałe. Nasza ofiara szybko domyśliłaby się, że przykry odgłos wydawany jest nie przez komara, ale przez jakieś urządzenie techniczne. Dlatego też zastosowałem w układzie drugi generator, wytwarzający
przebiegi o częstotliwości ułamków herca. Kondensator C3 ładuje się i rozładowuje za pośrednictwem rezystora R3, a występujący na nim przebieg napięciowy zbliżony jest do trójkątnego. Wraz ze zmianami potencjału na kondensatorze C3 zmienia się także napięcie na emiterze tranzystora Tl, a co za tym idzie także napięcie zasilające przetwornik elektroakustyczny Ql. W ten prosty sposób uzyskujemy efekt powolnego narastania i opadania intensywności bzyczenia "ko-
Montaż i uruchomienie
Na rys. 2 pokazano rozmieszczenie elementów na płytce obwodu drukowanego, wykonanego na laminacie jednostronnym. O montażu układu trudno powiedzieć coś ciekawego: wykonamy go w typowy sposób, rozpoczynając od elementów
0 najmniejszych gabarytach
1 nie zapominając o podstawkach pod układy scalone.
"Komar" zbudowany ze sprawdzonych elementów nie wymaga uruchamiania, ale jedynie prostej regulacji polegającej na dobraniu częstotliwości generatora ICl tak, aby uzyskany dźwięk możliwie wiernie naśladował odgłos wydawany przez owada. Eksperymentatorzy mogą także spróbować dobrać wartości elementów oznaczonych na schemacie gwiazdką tak, aby
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
PRl: potencjometr
montażowy miniaturowy
lOOka
Rl: 1MQ O
R2: 2,2MQO
R3: 20kQ O
R4: lOOka
R5, R6, R8: 20kQ
R7, R9: 10ka
RIO: 1MQ
Rl 1: lka
Kondensatory
Cl: 2,2jiF/16VO
C2, C5: lOnF
C3: 100jiF/16VO
C4: 4,7nF
Có: 100^F/16V
C7: 220nF
Półprzewodniki
ICl, IC2: NE555
Tl, T2, T3: BC548
T4: fototranzystor (można
zastgpić fotorezystorem)
Różne
Ql: blaszka PIEZO
Płytka drukowana wraz z kompletem elementów jest dostępna wAVT - oznaczenie AYT-1238.
uzyskać jak najlepszy efekt "latania" owada po pokoju. Urządzenie powinno być zasilane z baterii 6..9V. Zastosowanie baterii alkalicznej pozwoli na torturowanie skazanych na naszego komara nieszczęśników przez wiele, wiele nocy. Zbigniew Raabe, AVT [e-mail]
34
Elektronika Praktyczna 8/99
MINIPROJEKTY
Programator szeregowych pamięci EEPROM 93C46
W artykule
prezen t ujemy
konstrukcję niezwykle
prostego programatora
szeregowych pamięci
EEPROM z interfejsem
MicroWire.
Postać źródłową
programu sterującego
autor udostępnił na
naszej stronie
internet owej.
W ubiegłym roku były szeroko opisywane szeregowe pamięci EEPROM. Został też przedstawiony programator układów opartych na magistrali IC - najbardziej u nas rozpowszechnionych. Prezentowane obecnie urządzenie uzupełnia tę ofertę o możliwość obsługi kostek 93C46 -wykorzystujących do przesyłu danych protokół Micro Wi-re. Opisu protokołu nie będę powtarzał - chętni znajdą go w EP7-3/93. Niezbędne sekwencje sygnałów są generowane przez oprogramowanie PC sterujące portem Centronics. Część elektroniczna
34
Elektronika Praktyczna S/99
MINIPROJEKTY
Rys. 1.
urządzenia - o schemacie przedstawionym na rys. 1 -sprowadza się do niewielkiego interfejsu dopasowującego kostkę pamięci do portu.
Nasuwa się pytanie, dlaczego obsługiwany jest tylko jeden typ pamięci? Niniejsze urządzenie powstało mianowicie dla potrzeb konkretnej naprawy serwisowej - właśnie wymiany 93C46. Przy okazji miała to być próba samodzielnego oprogramowania w środowisku Windows 95/98 w celu stwierdzenia, jak system wielowątkowy radzi sobie z generacją przebiegów czasowych na porcie LPT.
Dlatego też nie skorzystałem z gotowych urządzeń ani z dostępnych w internecie DOS-owych programów (np. http://www.hw.cz/constrc/e-eprom/eeprog.html).
Chętni mogą otrzymać kod źródłowy programu (Delphi 3) w celu prowadzenia własnych eksperymentów, np.:
- rozszerzenie pojemności obsługiwanych pamięci,
- udostępnienie w Windows NT poprzez użycie sterownika dostępu do portów (są takie freeware, np. na Delphi Super Page),
- dopisanie innych protokołów (np. dla kostek z interfejsem I^C).
Działanie programatora
Diody Schottky'ego D1..D4 oraz filtrujące pojemności Cl, C2 pozwalają na zasilanie kostki bezpośrednio z portu LPT. Koniecznym warunkiem jest współpraca z portem wyposażonym w bufory nowszej generacji (z
LED
napięciem +5 V w stanie wysokim oraz o znacznej obciążalności prądowej).
Zakładam, że komputery pracujące z Windows 95/98 (dla takiego środowiska jest przeznaczony program sterujący) są nowszej generacji i powinny ten wymóg spełniać. Prototyp był sprawdzany z kartą ISA typu Tc-210 oraz z wbudowanym w płytę portem HP Yectra. Na kondensatorze C2 uzyskano ok. 4,8 V, co jest wartością w pełni wystarczającą do zasilania interfejsu.
W razie potrzeby można zasilić interfejs całkiem oddzielnie (w modelu prezentowanego urządzenia zastosowano dodatkowy stabilizator 78L05 zasilany z gniazda jack - na schemacie nie zostało to zaznaczone). Dioda LED jest zasilana przez rezystor Rl (o dużej - ze względu na oszczędność prądu - wartości rezystancji) i wskazuje włączenie zasilania. Jest to bardzo użyteczne przy podłączaniu programatora i konfiguro-waniu portu.
Jako linie wyjściowe Mic-roWire wykorzystałem linie danych portu. Nie jest to przypadkowe - w porcie używanym do uruchomienia wydajność prądowa linii danych była znacznie wyższa niż linii sterujących (np. Auto Fe-ed itd.), co pozwoliło na uzyskanie wyższych częstotliwości powtarzania dla sygnału wyjściowego. Podczas testów na końcu kabla przedłużającego (ok. 2 m) udało się uzyskać ok. 250 kHz przy ładnym przebiegu prostokątnym (w programie źródłowym mo-
żemy zauważyć, że sekwencje ustawiania stanu linii są
- z tego właśnie względu - celowo spowolnione).
Jako wejście danych służy jedna z linii statusu (Error
- pinl5). Sygnał na nią jest podany za pośrednictwem tranzystora impulsowego (Ql
- 2N2369). Tak się dzieje w celu eliminacji wstecznego przepływu prądu z linii przez kostkę wkładaną w podstawkę przy wyłączonym zasilaniu. Z powyższego wynika, że wystarcza standardowy tryb pracy portu - taki też należy ustawić.
Montaż - ze względu na prostotę urządzenia - jest dowolny. Do testów wykorzystywałem prowizorycznego "pająka" złożonego bezpośrednio na wtyku DB-25M. Prezentowany model jest dużo staranniej wykonany, ale też opiera się na przestrzennym (i "klejowym") montażu w obudowach z tworzywa sztucznego. Diody i tranzystor w obudowie wtyku, a kondensatory i dodatkowy stabilizator z gniazdem jack oraz podstawka - w małym pudełku z tworzywa.
Jako podstawkę pamięci zastosowałem zwykłą podstawkę DIL8 przyklejoną na zewnątrz obudowy. Jest to bardzo tanie rozwiązanie, a w razie zużycia można ją łatwo wymienić. Ponadto, przy zaledwie 8 nóżkach wkładanie kostek nie jest zbyt uciążliwe.
Podłączenie
i uruchomienie
Najpierw należy wybrać port, do którego podłączymy programator. Najlepiej, żeby mógł on zapewnić (jak opisano powyżej) zasilanie programatora. Program sterujący może pracować z adresem portu równoległego 378h lub 278h. Odpowiada to zazwyczaj portom LPT1 i LPT2 (LPTl jest dostępny praktycznie zawsze).
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl: 1.5kO R2: 33 kO Kondensatory
Cl: lOOnF C2: 1O^F/1ÓV Półprzewodniki
Ql: tranzystor impulsowy
npn (2N23Ó9 lub podobny)
D1..D4: diody Schottky'ego
(BAT 05)
D5: LED żółty 3 mm
Różne
wtyk DB 25 M + obudowo
podstawko DIL 8
akcesoria (obudowa, kabel
ó-żyłowy w ekranie - GND
przez ekran, przepusty
kablowe)
Oprogramowanie sterujące jest dostępne w Iniernecie pod adresem; www.ep.com.pl/fip/ iools.him.
Warto jednakże zauważyć, że dysponowanie tylko jednym portem LPT (który przeważnie jest zajęty drukarką i to zazwyczaj w trybie ECP lub EPP) -w nowszych komputerach na ogół wmontowanym w płytę -stawia pod dużym znakiem zapytania sensowność jego używania dla celów warsztatu e le ktro ni cz neg o.
Po pierwsze - przy wszelkich eksperymentach i prze-łączaniach zawsze istnieje ryzyko uszkodzenia portu.
Po drugie - prostsze aplikacje zazwyczaj posługują się trybem standard lub BiDirec-tional i należy wciąż pamiętać o BlOS-owym ustawieniu trybu.
Po trzecie - samo przełączanie mechaniczne urządzeń jest mocno uciążliwe o ile nie stosujemy dodatkowych specjalizowanych przełączników. Jeśli więc chcemy wykorzystywać LPT dla własnych, nietypowych celów, bardzo wskazane będzie wyposażenie PC w dodatkową kartę 1/0. Może to być całkiem stary typ z giełdy lub komisu (ale za-
fff !PI Ś Ś Ś Ś Ś Ś Ś Ś Ś Ś Ś r
ąMńM r* *
AD DB 011 DZ Q3|U| *l M Dfl|D9|DA OBltC ff i
M FF FF FF FF FF fF ff Ff FF fF FF fF FF ff Ff ff
VI II n rr rf tf r* fr rr ir M rr M tf rr fF fF
nz FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF
B3 FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF
04 FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF
Kr FF FF ff tf FF fF Fł FF m FF ff ff tf fF Ff
D� FT Fr FF FT tf FF FT Ff FT FF FF FF FF FF FF Ff
OL FF FF FF 0 FF FF Ktf4 FF FF Ff FF FF FF FF FF FF FF Ff

1
Rys. 2.
Elektronika Praktyczna S/99
35
MINIPROJEKTY
zwyczaj jego możliwości nie będą wielkie) albo nowa karta specjalizowana, wybrana według potrzeb.
Przykładowe rozszerzenie: karta ISA typu Tc-210 (2xC0M + lxLPT/BiDir) z kablem przedłużającym ok. 2 m znakomicie ułatwia wszelkie prace uruchomieniowe, a przy okazji mamy do dyspozycji dodatkowe porty szeregowe.
Program obsługujący programator wymaga systemu Windows 95/98 (obecna wersja nie pracuje pod NT). Instalujemy go z dyskietki poprzez uruchomienie programu setup.exe, albo z panelu sterowania: dodaj-usuń programy. Następnie sprawdzamy w zasobach systemu pod jakimi adresami mamy ulokowane porty LPT.
Program domyślnie startuje z adresem 278h (LPT2). Aby użyć 378h (LPTl) należy podać parametr startowy 1. Wykonujemy to w następujący sposób:
- w folderze Windows\Start Menu\Programs\93c46 odnajdujemy skrót Progra-ma tor. Ink,
- otwieramy z menu skrótów Właściwości i w linii Target (program docelowy) dopisujemy za ścieżką dostępu (za cudzysłowem) spację i parametr, np: <"C:\Program Files\Avt\Programator 93c46\M_93.exe" 1>.
Sprawdzamy jeszcze przed uruchomieniem tryb pracy portu (BIOS dla portu na płycie lub zworki dla karty ISA) - powinien być ustawiony Standard (Output) lub BiDirectional (Byte).
Teraz możemy uruchomić program z paska Menu Start. Dioda D5 powinna się zaświecić po włączeniu zasilania (Zasilanie /Wyłącznik), co wskaże jednocześnie na prawidłowe skonfigurowanie portu. Skontrolujmy jeszcze napięcie pomiędzy pinami 4 i 8 podstawki - powinno wynosić 4,7..4,8V. Teraz można przystąpić do programowania.
Obsługa programu
Okienko programu uruchomionego pokazano na rys. 2. Wszystkie funkcje programatora są dostępne z poziomu menu głównego:
- Zasilanie/Wyłącznik - włącza i wyłącza zasilanie pamięci,
- Organizacja - przełącza podział pamięci na komórki 8- lub 16-bitowe. Tu można dodać, że pamięci 93C46 w wersji SMD używają tylko trybu 16-bitowe-
g�.
- Bufor/Zerowanie - ustawia wszystkie komórki ekranowego bufora na ffh (lub ffffh), w zależności od organizacji,
- Bufor/Wypełnianie - wypełnia wszystkie komórki wartością komórki aktualnie wybranej,
- Bufor/Edycja - przejście do edycji wartości wybranej komórki (komenda osiągalna również poprzez 'e' z klawiatury),
- Polecenie menu 'Programo-
wanie ' odpowiada operacjom na kostce pamięci (zapis komórki, zapis całości, kasowanie, odczyt z wpisem do bufora, porównanie z buforem). Opcja 'Samoczynne kasowanie' określa, czy kostka wymaga oddzielnego kasowania komórki przed zapisem. Jest ona domyślnie włączona, co odpowiada nowszym typom kostek pozwalającym na pominięcie cyklu kasowania,
- Plik - pozwala na zapis i odczyt bufora z/do pliku *.c46,
- Pomoc - uruchamia typowe windowsowe okienko pomocy.
Jerzy Szczesiul, AVT [e-mail]
Program sterujący pracą programatora oraz jego postać źródłowa są dostępne na stronie internetowej EP, pod adresem:
- www.ep.com.pl/ftp/tools.html
- www.ep.com.pl/ftp/other.html
36
Elektronika Praktyczna 8/99
MINIPROJEKTY
Układ do automatycznego nagrywania rozmów telefonicznych
Moi Drodzy
Czytelnicy, muszę
przyznać się do
pewnego "przestępstwa".
Otóż, obdarłem kiedyś
człowieka żywcem ze
skóry! Z całą
premedytacją, bez
narkozy i całe
szczęście, że chodziło
tylko o skórę
"finansową".
W telegraficznym
skrócie opowiem Warn
jak to się zaczęło,
a reszta niech będzie
milczeniem.
Zgłosił się do mnie pewien człowiek, majętny, ale nie grzeszący intelektem, z propozycją wykonania dla niego układu elektronicznego na specjalne, wysoko płatne zamówienie. Chodziło o wykonanie urządzenia, które byłoby w stanie zarejestrować wszystkie rozmowy telefoniczne prowadzone z jego domowego telefonu. Zastosowanie tego układu, do czego człowiek ten przyznał się bez żenady miało być dość zabawne: podsłuchiwanie rozmów podejrzewanej o niewierność małżonki!
Taki pomysł musiał być ukarany. W opisywanym przypadku karą było "skasowanie" klienta na astronomiczną sumę pobraną za wykonanie układu na dwóch tranzystorach i przekaźniku, którego schemat możemy zobaczyć na rys. 1.
Nie mam najmniejszego zamiaru posądzać kogokolwiek spośród Czytelników Elektroniki Praktycznej o chęć podsłuchiwania prowadzonych przez kogoś rozmów telefonicznych. Proponowany układ ma jednak inne, całkowicie zgodne z pra-
wem i etyką zastosowanie: umożliwia on bowiem automatyczne nagrywanie na magnetofon w ła s ny c h � rozmów w celu ich p óź ni ej s zego spokojnego przesłuchania i ewentualnego porobienia notatek i zapisania ich fragmentów.
Przy prowadzeniu interesów lub nawet koleżeńskiej wymiany doświadczeń układ taki może oddać nieocenione usługi, ponieważ wszyscy wiemy, jak kłopotliwe jest notowanie czegokolwiek podczas trzymania w ręce słuchawki telefonicznej.
Ponadto, układ włączający się już w momencie podniesienia słuchawki jest w stanie zarejestrować nie tylko treść rozmowy, ale także numer telefonu, który został wybrany. W przypadku wybierania numeru w kodzie DTMF do jego odczytania niezbędny będzie specjalny dekoder (układy takie opisywane były w naszych pismach dla elektroników).
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl, R2, R3, R4: 1 OkO Kondensatory
CL C3: 100|xF/lóV C2: lOOnF Półprzewodniki
DL D2, D3, D4, Dó: 1N4148
lub odpowiednik
D5: diodo Zenera 15V
T2, Tl: BCS48 lub
odpowiednik
Różne
CONL CGN2, CON3: ARK2
RL1: przekaźnik RM82
Płytka drukowana wraz z kompletem elementów jest dostępna w AVT - oznaczenie AVT-1240.
36
Elektronika Praktyczna S/99
MINIPROJEKTY
C0N2
Rys. 1.
Opis działania układu
Schemat tego urządzenia pokazano na rys. 1. Do detekcji podniesienia słuchawki telefonicznej wykorzystane zostało dobrze znane zjawisko spadku napięcia w linii telefonicznej występujące po jej obciążeniu - zmienia się ono z ok. 60V do ok. 10V. Układ dołączony jest do linii telefonicznej za pośrednictwem mostka prostowniczego zbudowanego z diod D1..D4. Zastosowanie prostownika ułatwia korzystanie z układu, zwalniając nas od konieczności identyfikacji biegunowości zasilania linii telefonicznej.
Jeżeli napięcie w linii wynosi 60V, to baza tranzystora Tl zostaje spolaryzowana i tranzystor ten przewodzi, zwierając do masy bazę T2. Przy spadku napięcia w linii telefonicznej do poziomu poniżej 15V tranzystor Tl przestaje przewodzić, co powoduje włączenie tranzystora T2 i zasilenie przekaźnika RLl. Przekaźnik ten włącza zasilanie magnetofonu rejestrującego rozmowy telefoniczne lub rozpoczyna nagrywanie w inny, zależny od rodzaju urządzenia nagrywającego sposób.
Kondensator Cl zabezpiecza układ przed włączaniem się podczas występowania
w linii telefonicznej sygnału dzwonienia.
Przekaźnik RLl typu RM82 został zastosowany w układzie nieco "na wyrost", umożliwiając włączanie i wyłączanie magnetofonu zasilanego z sieci 22OV. W przypadku używania magnetofonu zasilanego niskim napięciem stałym element ten możemy zastąpić mniejszym i tańszym przekaźnikiem stosowanym w obwodach niskich napięć.
Mam nadzieję, że Czytelnicy wybaczą mi rezyg-
2.
nację z opisywania montażu tak prostego układu. Byłoby to jedynie marnowanie Waszego czasu i cennego miejsca w Elektronice Praktycznej. Andrzej Gawryluk, AVT
Elektronika Praktyczna 8/99
37
MINIPROJEKTY
Sygnalizator odebrania telefonu
Proponowany układ
powstał dosłownie
"z potrzeby chwili",
jako odpowiedź na
utrapienie, jakim jest
uzyskiwanie połączenia
z numerem
telefonicznym jednego
z providerów
internetowych.
W komputerze wysiadła
mi karta dźwiękowa, do
sobotniej giełdy
pozostało jeszcze kilka
dni, a ja miałem do
napisania artykuł, do
którego musiałem
zdobyć informacje
z Internetu.
Procedura uzyskiwania połączenia jest, jak wszystkim wiadomo, prosta: włączamy wybieranie numeru i z filozoficznym spokojem obserwujemy cyklicznie pojawiające się komunikaty "Linia była zajęta", a niekiedy dla urozmaicenia "Odłączono od komputera, którego numer wybrano" i inne miłe wiadomości. Podczas dnia taka zabawa może trwać nawet wiele godzin, zmuszając nas do nieustannego obserwowania ekranu monitora.
Postanowiłem więc wykonać prosty układ, który za pomocą w miarę donośnego sygnału dźwiękowego zawiadamiałby o fakcie uzyskania połączenia telefonicznego i podjęciu przez komputer rozpaczliwych prób "dogadania" się z serwerem.
Opis działania układu
Schemat układu pokazano na rys. 1. Do wykrywania uzyskania połączenia telefonicznego z wybranym numerem wykorzystałem występu-
jące w takim momencie zjawisko od wra ca nia p o lary za -cji napięcia w linii telefonicznej.
Ponieważ w założeniu sygnalizator miał być mak-
Elektronika Praktyczna S/99
37
MINIPROJEKTY
Rys. 1.
symalnie prosty w użytkowaniu, został wyposażony w układ uniezależniający jego działanie od początkowej polaryzacji linii telefonicznej.
Załóżmy, że nasz układ został dołączony do linii telefonicznej tak, że baza tranzystora T2 została spolaryzowana dodatnim napięciem występującym na rezystorze R4. Tranzystory Tl i T2 przewodzą, co powoduje wymuszenie niskiego stanu na wejściach bramki IClB i włącze-
Rys. 2.
nie jednej z diod zawartych w strukturze Dl.
Jeżeli teraz polaryzacja napięcia w linii telefonicznej zmieni się, to tranzystor T2 przestanie przewodzić. Zostanie włączona druga dioda Dl i na wejściu bramki IClB pojawi się wysoki poziom napięcia. Spowoduje to podanie za pośrednictwem kondensatora Cl krótkiego impulsu ujemnego na wejście bramki IClD oraz wyzwolenie przerzut nika monostabilnego IC2A. Prze-rzutnik ten włączy się na czas określony rezystancją R8 i pojemnością C3, powodując zadziałanie generatora Oj akustycznego dołą-- czonego do jego wyjścia Q.
Zmiana polaryzacji napięcia
w linii telefonicznej spowoduje więc wygenerowanie ujemnego impulsu na wyjściu bramki IClA i wyzwolenie przerzutnika IC2A.
Montaż i uruchomienie
Na rys. 2 widoczne jest rozmieszczenie elementów na płytce obwodu drukowanego. Montaż układu wykonujemy w ogólnie przyjęty sposób, rozpoczynając od elementów
0 najmniejszych gabarytach, a kończąc na wlutowaniu w płytkę kondensatorów
1 złącz ARK. Pod układy scalone zalecam zastosować podstawki.
Układ wymaga doprowadzenia napięcia zasilania z przedziału 5..12VDC, a ze względu na niewielki pobór prądu można zastosować zasilanie bateryjne. Tadeusz Rosak
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl: 5ÓOQ
R2, R3, R4: 10kQ
R5, R6, R7: 100kQ
R8: 1MQ
Kondensatory
Cl, C2, C5: lOOnF
C3:
C4:
Półprzewodniki
Dl: dubarwna LED
D2: 1N4148 lub odpowiednik
IC1: 4093
IC2: 4098
Tl: BC557 lub odpowiednik
T2: BC548 lub odpowiednik
Różne
CON1, CON2: ARK2
(3,5mm)
Ql: przetwornik piezo
z generatorem
Płytka drukowana wraz z kompletem elementów jest dostępna wAVT - oznaczenie AYT-1242.
38
Elektronika Praktyczna 8/99
MINIPROJEKTY
Radiowy podsłuch linii telefonicznej
Podsłuchiwanie
czyichś rozmów
telefonicznych jest nie
tylko nieetyczne, jest
także sprzeczne
z obowiązującym
prawem i może być
ścigane jako
przestępstwo. Dlatego też
mam absolutną pewność,
że nikt z Czytelników
nie będzie np. podpinał
się pod linię telefoniczną
sąsiadów i nie użyje
opracowanego przeze
mnie układu do ich
podsłuchiwania.
Nikomu z pewnością nie przyjdzie do głowy, że taki mały nadajniczek można dołączyć do linii telefonicznej w dowolnym jej miejscu i rejestrować wszystkie rozmowy prowadzone w jakiejś instytucji lub urzędzie. Wyposażony w zasilanie akumulatorowe, doładowywane okresowo z linii telefonicznej, taki układ działałby praktycznie wiecznie i byłby bardzo trudny do wykrycia. Sądzę natomiast, że znajdziecie dla proponowanego układu wiele godziwych zastosowań lub potraktujecie go jedynie jako ciekawostkę, z którą można się zapoznać, ale niekoniecz-
nie należy go używać. Od tego są specjalne służby. Proponowany układ jest banalnie prosty i wykonać go można dosłownie w kilka minut. Niemniej jego zasięg jest zupełnie wystarczający dla większości zastosowań, a jakość transmitowanego sygnału także nie jest najgorsza.
Opis działania
Schemat elektryczny układu podsłuchowego pokazano na rys. 1. Nadajnik radiowy zrealizowano z wykorzystaniem dwóch tranzystorów w. cz. typu BF199. Częstotliwość generatora fali nośnej z tran-
38
Elektronika Praktyczna 8/99
MINIPROJEKTY
Rys. 1.
zystorem Tl jest określona in-dukcyjnością cewki L2, pojemnością kondensatora strojeniowego C3 oraz szeregowo połączonymi pojemnościami C7 i D5. Napięcie na diodzie pojemnościowej D5 zmienia się w takt sygnału akustycznego przekazywanego z linii telefonicznej, a tym samym zmienia się pojemność tej diody modulując częstotliwość fali nośnej. Tranzystor Tl wzmacnia sygnał wyjściowy, a jednocześnie odseparowuje antenę od strojonego obwodu generatora nośnej.
Ważną rolę w układzie spełnia system zasilania, zbudowany z wykorzystaniem tranzystorów T3, T4 i T5. Jego zadaniem jest włączanie zasilania tylko w momentach, kiedy na nadzorowanej linii prowadzona jest rozmowa telefoniczna. Wykorzystujemy tu znane zjawisko polegające na spadku napięcia w linii telefonicznej po podniesieniu słuchawki. Napięcie to najczęściej wynosi ok. 60V, a podczas prowadzenia roz-
Rys. 2.
mowy spada do ok. 12..5V. Jeżeli napięcie w linii telefonicznej jest wyższe niż 15V, to baza tranzystora T5 jest spolaryzowana za pośrednictwem rezystora R8 i diody Zenera D6. W konsekwencji tranzystory T4 i T3 pozostają zatkane i układ nie jest zasilany. Po podniesieniu słuchawki, kiedy napięcie w linii telefonicznej ulegnie obniżeniu, tranzystor T5 przestaje przewodzić i układ nadajnika radiowego zostaje zasilony poprzez tranzystor T3. Układ może być zasilany z baterii 9V lub (lepiej) z aku-mulatorka o identycznych wymiarach i napięciu 7,2V. Zastosowanie akumulatora umożliwia jego doładowywanie z linii telefonicznej za pośrednictwem rezystora R5. Wartość tego rezystora zastała dobrana tak, że nie stanowi on dla linii telefonicznej istotnego obciążenia, a prąd doładowywania wynosi (przy napięciu w linii 60V) ok. 1 mA. Jeżeli rozmowy na nadzorowanej linii nie będą trwały dłużej niż kilka godzin na dobę, to nasz układ powinien działać praktycznie aż do momentu zużycia się akumulatora, co nie powinno nastąpić wcześniej niż po kilku latach,
Montaż i uruchomienie
Na rys. 2 pokazano rozmieszczenie elementów na płytce obwodu drukowanego. Montaż wykonujemy w typowy sposób, rozpoczynając od wlutowania w płytkę rezystorów, a kończąc na wykonaniu dwóch cewek. Obydwie cewki wykonujemy jako powietrzne, nawijając je drutem izolowanym emalią lub cienką srebrzanką na wzorcu o średnicy ok. 4mm. Cewka Li powinna mieć ok. 20 zwojów, a cewka L2 10 zwojów.
Układ zmontowany ze sprawnych elementów powinien działać od razu poprawnie, a jedyną czynnością regulacyjną będzie dostrojenie nadajnika, za pomocą trymera C4, do "wolnego miejsca" pomiędzy stacjami nadającymi na zakresie UKF. Gdyby strojenie nie dawało pożądanego rezultatu, to można eksperymentować z doborem liczby zwojów cewki L2 lub zmienić jej długość przez ściskanie lub rozciąganie uzwojenia. Nadajnik należy wyposażyć w antenę, którą może być odcinek przewodu o długości kilkunastu centymetrów. Zbigniew Raabe,AVT [e-mail]
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl, R6: 30Q
R2, R4: 33kQ
R3: 100Q
R5: O
R7, R8, RIO, Rl 1, R12:
lOOka
R9: 12kQ
Kondensatory
Cl: 100^F/16V
C2, C3: lOOnF
C4: 33pF
C5: 5pF
Có: 47nF
C7: lOnF
C8: 560pF
C9, CIO: 12pF
Półprzewodniki
Dl, D2, D3, D4: 1N4148 lub
odpowiednik
D5: BB105
D6: dioda Zenera 15V
T2, Tl: BF199 lub
odpowiednik
T3: BC557 lub odpowiednik
T4, T5: BC548 lub
odpowiednik
Różne
LI, L2, L: wg opisu
w tekście
Płytka drukowana wraz z kompletem elementów jest dostępna w AVT - oznaczenie AYT-124.3.
Elektronika Praktyczna 8/99
39
MINIPROJEKTY
Słuchawka telefoniczna "Hands Free"
Prezen to wa ny
w artykule układ
umożliwia
wykorzystywa ni e
podczas rozmów
telefonicznych typowych,
łatwo dostępnych
i tanich zesta wó w:
słuchawki - mikrofon,
jakie są obecnie
stosowane
w komputerowych
systemach
m ultim edialnych.
Rozwiązanie takie
pozwala na prowadzenie
rozmowy telefonicznej
i robienie np. notatek
bez konieczności
niezbyt wygodnego
przy trzy mywa nia
słuchawki ramieniem.
Coraz rzadziej na łamach EP można spotkać opisy urządzeń zbudowanych z dwóch tranzystorów i garstki elementów dyskretnych, spełniających przy tym jakąś użyteczną funkcję. Z tego powodu każdy taki układ wart jest, moim zdaniem, uwagi.
Prezentujemy zatem urządzenie, które może pracować jako udoskonalona słuchawka telefoniczna, zastępując przestarzałe słuchawki stosowane w aparatach telefonicznych starego typu, a także może być zastosowana w amatorskich konstrukcjach takich aparatów.
Opis działania układu
Układ dołączany jest do linii telefonicznej za pośrednictwem mostka prostowniczego zbudowanego z diod D1..D4. Rozwiązanie to zwalnia nas z konieczności identyfikacji biegunowości linii telefonicznej i chroni układ przed uszkodzeniem w przypadku zmiany tej biegunowości. Dodatkowym zabezpieczeniem układu jest dioda Zenera D5. Obciążeniem linii telefonicznej są szeregowo połączone tranzystory Tl i T2. Do zasilania mikrofonu elektretowego lub pojemnościowego wykorzystano prosty zasilacz stabilizowany, zbudowany z wykorzystaniem diody Zenera D6. Pochodzący z mikrofonu sygnał przekazywany jest za pośrednictwem kondensatora Cl na bazę tranzystora Tl, wzmacniany i kierowany do linii telefonicznej poprzez mostek prostowniczy.
Sygnał akustyczny pocho-
Rys. 1.
dzący z linii telefonicznej przekazywany jest za pośrednictwem obwodu z rezystorem R9 i kondensatorem C3 na bazę tranzystora T2, pracującego jako wzmacniacz klasy A, i po wzmocnieniu kierowany do głośnika - słuchawki Ql. Wartość rezystora R2 została dobrana dla linii telefonicznej o napięciu 60V (przed podniesieniem słuchawki). W przypadku linii o mniejszym napięciu, np. wewnętrznych sieci telefonicznych, wartość tego rezystora można zmniejszyć do 5..10kTl
M ont aż i uruch o m ien ie
Na rys. 2 pokazano rozmieszczenie elementów na płytce obwodu drukowanego, wykonanego na laminacie jednostronnym. Montaż tak banalnie prostego układu nie nastręczy z pewnością nikomu trudności. Wykonamy go w typowy sposób, rozpoczynając od wlutowania w płytkę rezystorów, a kończąc na kondensatorach elektrolitycznych.
Wzmianka o tym, że układ nie wymaga uruchamiania jest chyba zbędna. Jedyną czynnością regulacyjną może być dobranie wartości rezystora R2 w przypadku kor zysta nia z linii telefonicznej o napięciu znacznie mniejszym niż 60V.
W układzie modelowym, przeznaczonym wy-
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl: 47D
R2: 20kO
R3: 3,3O
R4: lOOkO
R5, RIO: 4,7kO
Ró: 100O
R7: lOkO
R8: 30D
R9: 5Ó0D
Kondensatory
Cl: 47nF
C2, C4: 1OO^F/1ÓV
C3: l^F
Półprzewodniki
DL D2, D3, D4: 1N4148 lub
odpowiednik
D5: diodo Zenera 15V
Dó: diodo Zenero 5,1 V
Tl: BC211 lub odpowiednik
T2: BC548 lub odpowiednik
Różne
CON1: ARK2 (3,5rnm)
Płytka drukowana wraz z kompletem elementów jest dostępna w AVT - oznaczenie AYT-123 7.
łącznie do testów laboratoryjnych, zastosowano mikrofon elektretowy wlutowany bezpośrednio w płytkę. W układach praktycznych takie rozwiązanie nie miałoby w większości przypadków sensu i do płytki należy przy-lutować odpowiednie gniazdka umożliwiające jej podłączenie do zestawu: słuchawki - mikrofon. Andrzej Gawryluk, AVT
Rys. 2.
40
Elektronika Praktyczna S/99
MINIPROJEKTY
Wskaźnik do (prawie) wszystkiego
Zawsze uważałem, że
nie jest sztuką
zbudowanie ciekawego
urządzenia opartego na
kilku procesorach
wsp om aga nych
skompliko wanym
programem
i kosztującego ogromne
pieniądze. Największe
moje uznanie (a także,
sądząc z listów wielu
Czytelników) zyskiwały
zawsze układy proste,
ale opierające się na
ciekawym pomyśle lub
wykorzyst ują ce
w nietypowy sposób
znane i powszechnie
dostępne elementy.
Dzisiaj mam do zaproponowania coś z grupy projektów ultraprostych, a przy tym funkcjonalnych: uniwersalny kieszonkowy wskaźnik "wszystkiego", zbudowany na dwóch bramkach NAND typu 4011 i kilku elementach dyskretnych.
Czy coś tak prostego może być do czegoś użyteczne? Proszę, oto odpowiedź: proponowany układ ma szereg bardzo użytecznych funkcji. Umożliwia więc:
1. Wykrywanie ciągłości obwodu elektrycznego, testowanie żarówek, bezpieczników, ścieżek obwodów drukowanych itp.
2. Wykrywanie obecności lub braku napięcia stałego z zakresu 3..60VDC. Układu można także używać jako prymitywnego wskaźnika poziomów logicznych oraz jako uniwersalnego wskaźnika stosowanego przy naprawach instalacji samochodowych.
3. Wykrywanie przewodu "fazowego" w domowej instalacji energetycznej.
Wielką zaletą układu jest to, że nie musimy do badanych obwodów dołączać jakichkolwiek przewodów pomiarowych. Na przykład podczas sprawdzania stanu bezpiecznika topikowego wystarczy wziąć go do ręki i dotknąć czujnikiem jego końcówki. Rolę przewodu
Sposób użytkowania wykonanego wskaźnika:
1- Badanie ciągłości obwodu- Trzymając czujnik w ręce dotykamy jednocześnie palcem do elektrody oznaczonej jako "CONT".
2. Badanie obecności napięcia stałego- Trzymając czujnik w ręce dotykamy jednocześnie palcem do elektrody oznaczonej jako "TOLTAGE".
3- Badanie obecności "fazy" na przewodzie sieci energetycznej - Nie dotykamy do żadnej z elektrod.
zamykającego obwód po- \ miarowy spełniają nasze ręce.
Wskaźniki wykrywające "gorący" przewód w instalacji 220VAC są od dawna znane i powszechnie stosowane. Mają one jednak dwie wady: światło emitowane przez stosowane w nich neonówki jest bardzo słabe i przy silnym oświetleniu zewnę- ' trznym prawie niewidoczne. Ponadto, podczas pomiaru przez ciało człowieka płynie prąd, bardzo mały i nieszkodliwy dla zdrowych ludzi. Nie sądzę jednak, aby używanie takich wskaźników było wskazane np. dla osób z wszczepionymi rozrusznikami serca.
W przypadku stosowania naszego wskaźnika do badania obwodów sieci energetycznej przez ciało człowieka nie płynie żaden prąd i jego stosowanie jest absolutnie bezpieczne dla wszystkich.
Koszt wykonania układu, na którego budowę będziemy musieli poświęcić tylko kilka minut, jest pomijalnie mały, a wykonać go może każdy, nawet ten, dla kogo będzie on pierwszym samodzielnie zbudowanym układem elektronicznym.
Opis działania układu
Schemat proponowanego układu próbnika pokazano na rys. 1. Nie wymaga chyba szerszego komentarza. Wejście bramki IC1A jest na stałe zwarte do masy zasilania, ale poprzez rezystor o dużej wartości 10MLl Doprowadzenie do sondy (oznaczonej na schemacie strzałką) napięcia wyższego niż ok. 1,8V będzie odebrane na wejściu IC1A jako stan wysoki, spowoduje po-
wstanie także stanu wysokiego na wyjściu IC1B i w konsekwencji zasilenie diody LED D3. Ponieważ rezystancja ciała człowieka jest znacznie mniejsza niż 1MQ, podczas pomiarów możemy ją pominąć i traktować nasze ręce jako element zamkniętego obwodu elektrycznego. Diody Dl i D2 zabezpieczają wejścia bramki IC1A przed przedostaniem się
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl: 10MO R2, R3: 1MG Kondensatory Cl: 220nF Półprzewodniki IC1: 4011 DL D2: 1N4148 D3: LED
Płytka drukowana wraz z kompletem elementów jest dostępna w AVT - oznaczenie AVT-1244.
CONT
Rys. 1.
UOLTftGE
Elektronika Praktyczna S/99
41
MINIPROJEKTY
na nie napięcia większego lub mniejszego o 0,6V od napięcia zasilania.
Montaż i uruchomienie
Na rys. 2 pokazano rozmieszczenie elementów na płytce obwodu drukowanego. Mozaika ścieżek jest umieszczona na wkładce wewnątrz numeru.
Montaż wskaźnika nie wymaga jakiegokolwiek komentarza i jeżeli wszystkie elementy będziemy mieli pod ręką, to nie zajmie on więcej niż kilka minut. Tym razem raczej nie powinniśmy stosować pod-
stawki pod układ scalony, a rezystor Rl należy przylutować od strony ścieżek.
Alternatywą dla montażu układu na płytce może być wykonanie go w formie "pająka" (bez płytki). Zawsze uważałem taki sposób wykonywania układów elektronicznych za zwykłe niechlujstwo, ale montaż układu bez użycia płytki drukowanej jest bardzo prosty, pozwoli na znaczną oszczędność miejsca i umieszczenie układu wewnątrz niewielkiej obudowy, np. w oprawce wypisanego flamastra lub strzykawce le-
Rys. 2.
karskiej (uwaga: nie używanej!).
Można także zastosować inne obudowy, ale w każdym przypadku na zewnątrz powinny zostać umieszczone dwie elektrody, oznaczone na schemacie "CONT" i "VOL-TAGE".
Uwaga: na skraju płytki obwodu drukowanego umieszczone zostały dwa duże po-
la lutownicze nie stosowane w układzie prototypowym. Mogą one, w pewnych sytuacjach, ułatwić zamocowanie bateryjek, ale jeżeli nie będą używane, to płytkę należy przeciąć wzdłuż zaznaczonej linii. Układ powinien być zasilany z baterii, najlepiej z dwóch bateryjek "zegarkowych", np. LR44. Zbigniew Raabe, AVT
Elektronika Praktyczna 8/99
MINIPROJEKTY
Fuzz w czterech wcieleniach
Śledząc zmiany, jakie
dokonują się
w środowisku ludzi
zajmujących się muzyką
i jej nagrywaniem
zauważyłem, ku mojej
uciesze zresztą, wyraźny
powrót do źródeł.
Objawia się on między
innymi wzrostem
zainteresowania
syntezatorami
analogowymi, starymi
wzmacniaczami
gitarowymi, analogowymi
procesorami
sygnałowymi itp.
Współczesne prądy
muzyczne nie mogą się
już obejść bez
instrumentów starej
generacji, a płyty
z samplami
syntezatorów
analogowych cieszą się
olbrzymią popularnością.
Powracają do łask analogowe kostki gitarowe, powszechnie stosowane do ubarwiania brzmienia instrumentów elektronicznych. Ceny oryginalnych urządzeń legendarnej firmy Electro Har-monix - Little Muff Pi, Big Muff Pi, Screaming Bird, Memory Man itp. - dawno już przekroczyły granice zdrowego rozsądku. Podobnie wygląda sytuacja z niesamowicie popularnym, a wyjątkowo cierpko brzmiącym (według współczesnych kanonów) efektem Dallas Arbiter Fuzz Face, którego najciekawszą moim zdaniem właściwością jest... obudowa.
O gustach się jednak nie dyskutuje, zatem przyjrzyjmy się owym cudom od strony nas interesującej. Jest to tym bardziej celowe, że samodzielne zbudowanie układu zbliżonego do słynnych pierwowzorów jest naprawdę proste. Zwróćcie jednak uwagę, że słowa "zbliżonego" nie użyłem bezpodstawnie. Od dawna bowiem nie produkuje się już półprzewodników wykorzystywanych w tamtych układach, współczesne kondensatory też jakby charakteryzują się innymi parametrami i stąd właśnie nieco inne brzmienie współcześnie konstruowanych urządzeń. Nie bądźmy jednak drobiazgowi, liczy się fakt, że zbudowane przez nas układy przesterowujące - bo takimi zajmiemy się w tym miesiącu - będą brzmiały zdecydowanie inaczej niż wszechobecne cyfrowe procesory. A czy lepiej? To już musicie ocenić sami. Pomogą wam w tym nagrane przeze mnie przykłady brzmień omawia-
nych efektów, i w postaci plików MP3 zamieszczone na stronie www.ep.com.pl/ftp/ others.html.
Opisywane układy bazują na dwóch rodzajach przeste-rowania sygnału z instrumentu. Jedno uzyskuje się przez wprowadzenie tranzystora w stan nasycenia dużym poziomem sygnału wejściowego, a drugie przez dwustronne obcięcie jego wierzchołków za pomocą przeciwstawnie umieszczonych diod. Jak można się domyśleć, oba rodzaje zniekształcenia charakteryzują się innym brzmieniem, choć ktoś może zapytać - o jakim brzmieniu mowa, skoro w grę wchodzi przesterowanie sygnału?
Do brzmienia przestero-wanej gitary przywykliśmy już jednak na tyle, że właśnie charcząca i sprzęgająca gitara uznawana jest za normalnie brzmiący instrument. Mało
kto zdaje sobie sprawę, że barwa ta uzyskiwana jest za pomocą specjalnych zabiegów, w których przesterowanie sygnału za pomocą zewnętrznych przystawek jest jednym z najczęściej stosowanych. Drugą metodą uzyskania zniekształcenia, równie często używaną przez gitarzystów, jest przesterowanie wzmacniacza, do którego gitara jest podłączona. Możemy uzyskać przesterowanie stopnia wejściowego, układu regulacji barwy lub członu wyjściowego - metod jest naprawdę wiele, a każda z nich ma swoich zdeterminowanych zwolenników i zagorzałych przeciwników.
Tyle tytułem niezbędnego wstępu. Przejdźmy do omówienia układów umożliwiających uzyskanie przestero-wania. Przypominam jednak, że rozwój technologii zapisu dźwięku i poszukiwanie róż-
wyjśde
Rys. 1.
II
Elektronika Praktyczna 8/99
MINIPROJEKTY
wyjfcfc
Rys. la.
nych efektów doprowadziły do sytuacji, że przesterowuje się nie tylko gitarę. Sugeruję spróbować tego z basem, instrumentem klawiszowym, wokalem, a nawet gotowym już materiałem muzycznym. Efekty mogą być zaskakujące! Opracowane przeze mnie układy wykorzystują tranzystory, gdyż jak twierdzi jeden mój znajomy gitarzysta -"scalaki brzmią kiepsko". Jego sprawa, ma pełne prawo tak sądzić. Cztery poniższe projekty łączy jedno - są banalnie proste, można je wykonać między drugim śniadaniem a obiadem, zaś między podwieczorkiem a kolacją uruchomić i wypróbować w praktyce.
WYKAZ ELEMENTÓW
Fuzz Face Rezystory
Rl, R7: 15kO
R2: ÓSkO
R3: 27 OD
R4: 10kQ
R5: 2,7kO
Ró: 100D
Kondensatory
Cl: 220nF
C2: 470nF
C3:
C4:
Półprzewodniki
Tl: BC239C
T2: BC107B
Różne
bateria 9V ÓF22
dwa gniazda jack 1/4"
przełącznik bistabilny typu
isostat
Płytka drukowana wraz z kompletem elementów jest dostępna wAVT- oznaczenie AVT-1245.
Elektronika Praktyczna S/99
ZNIEKSZTAŁCENIE
Fuzz FaceT czyli Fuzia Twarz
Pierwszy układ (rys. 1), najprostszy z najprostszych a jednocześnie pozwalający uzyskać bardzo satysfakcjonujące brzmienie, oparłem na bazie starego układu Fuzz Face firmy Dallas Arbiter. Mało kto wie, że to właśnie Fuzz Face był używany przez Jimi Hendrixa w wielu jego utworach.
Charakterystyczna okrągła obudowa kryła w sobie jedynie dwa tranzystory germanowe (PNP), kilka rezystorów i kondensatorów oraz dwa potencjometry, gniazda i wyłącznik. Ponieważ tranzysto-
wciąż dostępny w sprzedaży "srebrny kapturek" - BC107.
W prezentowanej wersji zrezygnowałem z regulatorów zniekształcenia i poziomu sygnału wyjściowego, jednak na rys. la znajdziecie modyfikacje pozwalające na ich wykorzystanie. Układ jest tak prosty, że na dobrą sprawę można go zmontować w postaci "pająka" z nogami uczepionymi końcówek potencjometrów, stąd też zrezygnowałem z budowania dodatkowego układu.
Przyjrzyjmy się teraz schematowi z rys. 1. Mamy do czynienia z prostym wzmacniaczem umożliwiającym uzyskanie dużego wzmocnienia dzięki wykorzystaniu sprzężenia napięciowego, dość charakterystycznego dla wczesnych układów tranzystorowych. Swe specyficzne brzmienie zawdzięcza on niesymetrycznemu cięciu wierzchołków sygnału w momencie wprowadzenia układu w stan prze-sterowania. Wprawdzie układ montuje się w pięć minut, jednak przed tym radziłbym pomierzyć współczynniki wzmocnienia tranzystorów, które w nim zamontujemy. Jeśli preferujesz delikatniejsze prze sterowania wykorzystaj tranzystory ze współczynnikiem wzmocnienia 70-100. Gdy zależy ci na ostrych, ro-
Rys. 2.
niem, z pewnością stwierdzisz, że warto by było przy nim nieco pomajsterkować. Układ jest pod tym względem wyjątkowo wdzięczny, gdyż z podziwu godną cierpliwością znosi wszelkie, najdziksze nawet pomysły budowniczego (wyjątkiem jest zamiana wejścia z wyjściem i odwrócenie biegunów zasilania...). Aby zwiększyć stopień wy sterowania tranzystora T2 warto po eksperymentować z proporcjami w dzielniku R3/R4 i wielkością rezystancji R5. Zmiana pojemności Cl i C2 ma znaczący wpływ na najniższą częstotliwość przenoszoną przez układ - czym większa, tym lepszych basów możemy spodziewać się na wyjściu. Oczywiście bez przesady, pojemność l[iF uważam za praktycznie największą, jaką można wykorzystać dla gitary, a 4,7[iF dla gitary basowej.
Na rys. 2 przedstawiono schemat montażowy najprostszej wersji fuzaa.
Diody do boju!
Drugi projekt (rys. 3) wzorowałem na jednym z pierwszych efektów firmy Electro Harmonix, a mianowicie Muff Fuzz. Jak większość urządzeń tego typu powstających w latach sześćdziesiątych, tak i Muff Fuzz wykorzystywał podobne rozwiązanie układowe jak Fuzz Face, czyli dwustopniowy wzmacniacz ze sprzężeniem napięciowym. Tu jednak zdecydowano się na dodatkowe obcinanie syg-
ry germanowe są obecnie nieosiągalne w sprzedaży, zdecydowałem się wykonać współczesną wersję FF w oparciu o tranzystory krzemowe NPN. Z teoretycznego punktu widzenia zamiana ta nie powinna mieć wpływu na brzmienie, jednak w praktyce objawia się to większym eksponowaniem częstotliwości z zakresu wyższego środka. Aby zachować choć pozory "starożytnego" pochodzenia układu, na wyjściu umieściłem starutki, ale
ckowych riffach nie wahaj się wlutować tranzystorów ze współczynnikiem przekraczającym 500.
Kiedy już zmontujesz układ i nasycisz się uzyskanym brzmię-
43
MINIPROJEKTY
Rys. 3.
Rys. 4.
nału za pomocą dwóch diod włączonych przeciwstawnie na wyjściu układu. Brak dzielnika w kolektorze T2 oraz układu bootstrap w emiterze tegoż tranzystora spowodowały, że sam stopień wzmocnienia pracuje "czyściej" niż w Fuzz Face, większość pracy nad zniekształcaniem sygnału powierzając diodom Dl i D2. Dzięki temu brzmienie układu bardziej przypomina efekt overdrive niż typowy fuzz. Wierzchołki są mocniej obcinane przy silniejszym uderzeniu w struny (przesterowanie członu wzmacniacza plus efekt działania obu diod), a znacznie słabiej przy delikatnym graniu (tylko przesterowanie wzmacniacza). Na moje ucho, układ ten swoim działaniem bardzo dobrze symuluje przesterowanie wzmacniacza lampowego, i choć nie oddaje w pełni jego możliwości dynamicznych, to z powodzeniem może służyć do wzbogacenia brzmienia "zimnego" wzmacniacza tranzystorowego.
Ten i poprzedni układ charakteryzują się bardzo małą impedancją wejściową sprawiającą, że obciąża on wyjście z gitary (wyposażonej
WYKAZ ELEMENTÓW
Diody Rezystory
RL R3, R4: 1 OOkO
R2: lOkO
R5: 2,7kO
Ró: potencjometr obrotowy
1 OOkO/A
Kondensatory
Cl: 220nF C2: lOOnF C3: 47|JF/25V Półprzewodniki
TL T2: BC239C Dl, D2: 1N4148 Różne
baterio 9V ÓF22
dwa gniazda jack 1/4"
przełącznik bistabilny typu
isostat
Płytka drukowana wraz z kompletem elementów jest dostępna w AVT - oznaczenie AYT-1246.
najczęściej w przetworniki elektromagnetyczne o znacznie wyższej impedancji), powodując w efekcie uzyskanie nieco stłumionego, plastikowego brzmienia. Nie należy
się tym jednak przejmować, gdyż jest to wpisane w specyfikę tego typu efektów i jest częścią składową ich charakterystycznej barwy.
Schemat montażowy tej wersji fuzza znajduje się na rys. 4.
Fuzia Twarz
z udoskonaleniami
Trzecie projekt to dość daleko posunięte, jak na tego typu urządzenie, rozwinięcie wzorcowego układu Fuzz Face (rys. 5).
Rezystor Rl włączony szeregowo z wejściem niweluje w znacznym stopniu efekt obciążania przystawek gitarowych niską impedancją wejściową układu. Włączony równolegle z R3 kondensator C8 zabezpiecza przed pojawieniem się na wyjściu szkodliwych oscylacji i zbyt wysokich częstotliwości. Rewolucyjną zmianą w stosunku do pierwowzoru jest jednak do-
WYKAZ ELEMENTÓW
Fuzz Face + Rezystory
RL R2: lOkO
R3: lOOkO
R4: 33kO
R5: lkG
Ró: 1MG
R7: potencjometr obrotowy
lkG/A
R8, R9: potencjometr
obrotowy lOkO/A
Kondensatory
CL C2, C3: 2,2^F/25V
C4, C5: 22^F/25V
CÓ: lOOnF
C7: lOOpF
C3: 47nF
Półprzewodniki
TL T2: BCS4ÓB
T3: BF245C
Różne
baterio W ÓF22
dwa gniazda jack 1/4"
przełącznik bistabilny typu
isostat
Płytka drukowana wraz z kompletem elementów jest dostępna w AVT - oznaczenie AVT-124 7.
C4
WB0CI8
Rys. 5.
ZNIBfiZTAŁCOJlE
44
Elektronika Praktyczna S/99
MINIPROJEKTY
Rys. ó.
danie regulatora barwy dźwięku i bufora, którego zadaniem jest zapewnienie poprawnej pracy układowi regulującemu barwę i jednocześnie niskiej impedancji wyjściowej całego urządzenia. Zadanie to perfekcyjnie wykonuje tranzystor FET, którego wielka impedan-cja wejściowa (bramka/źródło) nie obciąża dość wrażliwego układu regulatora barwy (R9, C7) a impedancja wy-
układ R7 i C6 pozwala na zmianę głębokości sprzężenia zwrotnego, a tym samym na zmianę stopnia wzmocnienia wzmacniacza, co w praktyce oznacza większy lub mniejszy drive. Ustawianie barwy dźwięku sprowadza się do płynnie regulowanego potencjometrem R9 włączania równolegle z sygnałem kondensatora C7, który obcina wysokie częstotliwości.
Opisywany układ brzmi doskonale, łącząc w sobie wszelkie zalety barwy Fuzz Face z "nowoczesnymi" rozwiązaniami, jak FET czy regulacja barwy dźwięku. Gorąco polecam jego budowę muzykom, którzy poszukują własnego oryginalnego brzmienia. Konstrukcja ta doskonale sprawdza się także ja ko pr zy staw ka w łą cza na między gitarę, a gitarowy wzmacniacz lampowy.
Na rys. 6 znajduje się schemat montażowy tej wersji fuzza.
Duuuuży fuzz
Na koniec zostawiłem prawdziwą gratkę - niemal wierną kopię słynnego Big
T2 i diodami D1/D2 w roli głównej. Jeśli potencjometrem R6 ustawimy na tyle mały sygnał, że diody Dl i D2 nie spowodują obcięcia jego wierzchołków, wykona to trzeci blok, czyli tranzystor T3 wraz z elementami mu towarzyszącymi. Jeśli jednak
W efekcie uzyskamy masywne przesterowanie - niemal wzorzec brzmienia typu fuzz. Rezystor łączący jeden koniec potencjometru R6 z masą ma za zadanie wyeliminowanie możliwości całkowitego wyciszenia sygnału przez ustawienie potencjometru na minimum.
Czwarty człon układu to regulator barwy dźwięku
Rys. 7.
jściowa (dren/źródło) pozwala na bezstratne przyłączenie układu do każdego wzmacniacza czy kolejnego członu w łańcuchu urządzeń.
Za regulację siły głosu odpowiedzialny jest włączony w kolektor T2 potencjometr R8. To nietypowe rozwiązanie pozwoliło na spolaryzowanie tranzystora T2 i jednocześnie na uzyskanie dużego sygnału niezbędnego do odpowiedniego wysterowania układu regulacji barwy dźwięku. W tym samym czasie
Muff Pi firmy Electro Harmo-nix, czyli jednego z najbardziej znanych efektów typu fuzz (nie należy mylić ich z efektami typu distortion, ale to już zupełnie inna bajka).
Patrząc na schemat z rys. 7 można zauważyć cztery wyraźne bloki. Stopień wejściowy oparty na Tl wzmacnia sygnał, lecz jeszcze go nie przesterowuje. Sygnał z suwaka R6 podawany jest na pierwszy układ zniekształcający z tranzystorem
R6 ustawiony zostanie na poziom maksymalny, to nie dość, że p rzesteruj e stopień z T2, to jeszcze tak zniekształcony sygnał zostanie dodatkowo zdefor-m o w a n y przez stopień z tranzystorem T3.
?
R18
R21-
Rys. 8.
Elektronika Praktyczna S/99
45
MINIPROJEKTY
BATERIA 9V
WEJŚCIE
Instoument
FUZZ
WYJŚCIE
-o 4 o
___ł____I WŁĄCZONY
WYŁĄCZONY
Rys. 9.
i stopień wyjściowy z regulatorem poziomu sygnału. Barwa dźwięku, w uproszczonym układzie mostkowym łączonym w szereg z sygnałem, działa na zasadzie "więcej basu lub więcej góry", i jest to rozwiązanie obecnie najczęściej stosowane we współczesnych efektach zniekształcających.
Jak już wspomniałem na wstępie artykułu, brzmienie zniekształcone uzyskane za pomocą "normalnego" prze-sterowania z udziałem tranzystorów nieco różni się od brzmienia z wykorzystaniem diod włączonych równolegle z sygnałem (patrz konstruk-
Wzmacnlacz
cja numer dwa). Tutaj jednak nastąpiło połączenie obu technik uzyskiwania zniekształcenia, w efekcie czego konstrukcja ta charakteryzuje się najbardziej uniwersalnym brzmieniem spośród wszystkich opisywanych. Można eksperymentować z doborem pojemności łączonych szeregowo z diodami Dl, D2, D3 i D4. W celu dobrania innego zakresu regulacji barwy dźwięku można w szerokim zakresie zmieniać elementy mostka. Sugeruję wykorzystanie tranzystorów z grupy C, a w przypadku tranzystora Tl dobranie najmniej szumiącego egzemplarza.
Aby wszystkie opisane układy można było wykorzystać w praktyce należy do nich dołączyć gniazda wejściowe i wyjściowe, baterię 9-wolto-wą i przełącznik tzw. sztywnego ominięcia układu (hard bypass). Sposób wzajemnego połączenia wszystkich tych elementów znajduje się na rys. 9. Miłego fuzowania! Tomasz Wróblewski, AVT
Uwaga! Pliki z próbnymi nagraniami wszystkich wersji prezentowanych fuzzów dostępne są w postaci plików MP3 w Internecie, pod adresem: www.ep.com.pl/ftp/ oth.ers.html.
WYKAZ ELEMENTÓW
Duży fuzz Rezystory
Rl, R17: 39kQ
R2, R9, R13: 470kQ
R3, RIO, R18, R20: 100kQ
R4, R14, R15: 100Q
R5, Rl 1, R16: 15kQ
R7: lkQ
R8, R12: 8,2kQ
R20: 390kQ
R22: 10kQ
R23: 2,2kQ
R6, R18, R24: potencjometr
obrotowy 100ka/A
Kondensatory
Cl, C3, C4, C7, C13: ljif/
50V
C2, Có, C9: 47OpF
C5, C8, Cl2: lOOnF
CIO: lOnF
Cli: 4,7nF
Półprzewodniki
Tl, T2, T3, T4: BC239C
Dl, D2, D3, D4: 1N4148
Różne
bateria 9V 6F22
dwa gniazda jack 1/4"
przelgcznik bistabilny typu
isostat
Płytka drukowana wraz z kompletem elementów jest dostępna wAVT - oznaczenie AYT-1248.
46
Elektronika Praktyczna 8/99
MINIPROJEKTY
Superwzmacniacz samochodowy
Już kilkakrotnie
Czytelnicy EP mogli się
przekonać o tym, że
wykonanie wzmacniacza
samochodowego o dużej
mocy wyjściowej nie jest
zadaniem
przekra czają cym
możliwości przeciętnego
"zjadacza
elektronicznego chleba". W artykule
przedstawiamy kolejny
przykład na to, że
producenci
p ółprze wo dnikó w
doskonaląc technologię
produkcji ułatwiają
życie konstruktorom.
Prezentowane urządzenie jest kompletnym, czterokana-łowym wzmacniaczem mocy, przystosowanym do pracy w samochodzie. Konstrukcja wzmacniacza opiera się na nowoczesnym (premiera w końcu zeszłego roku) układzie scalonym TDA3571 firmy Philips, który w swoim wnętrzu integruje wszystkie elementy niezbędne do pracy wzmacniaczy. Dzięki temu schemat elektryczny wzmacniacza jest tak prosty, jak widać na rys. 1.
Funkcje większości elementów są oczywiste, pewien "niepokój" inogą natomiast wzbudzić:
- Rl, Cl, Dl - układ całkujący, spełniający rolę płynnego włącznika sygnału na wyjściach wzmacniaczy. Zwarcie wejścia MO-
Podstawowe parametry wzmacniacza z układem TDA8571:
/ moc wyiściowa w każdym kanale (przy 14,4V i 4n) 20W(h<0,5%),
/ moc wyiściowa w każdym kanale (przy 14,4V i 4n) 27W(h<10%),
/ prąd spoczynkowy (stand-by) 100|jA,
/ prąd zerowy wzmacniacza (bez wysterowania) 200mA
DE do masy powoduje przełączenie wzmacniacza USl w tryb oczekiwania, a dołączenie go do plusa zasilania opóźnione włączenie. Na płytce drukowanej przewidziano miejsce (oznaczone MODĘ) do dołączenia zewnętrznego przełącznika (opcja). R2, który jest dołączony pomiędzy plus zasilania i wyjście VDIĄG. Jego rolę wyjaśnimy za chwilę.
Wszystkie głośniki dołączane do układu USl zasilane są mostkowo, co pozwala uzyskać muzyczną moc wyjściową rzędu 25W/kanał. Producent podaje, co prawda, że moc wyjściowa TDA8571 wynosi nawet 80W/kanał, ale jest to tylko efekt zastosowa-
46
Elektronika Praktyczna S/99
MINIPROJEKTY
US1 TDAM71
Rys. 1.
M P
BO


/



* *�*

a 10 ia
(1}BAJ;HHl
1fl Ifl
v M
Rys. 2.
nia niekonwencjonalnego sposobu jej pomiaru, a nie rzeczywistych osiągów. Na rys. 2 przedstawiono charak-terystki przedstawiające maksymalną moc wyjściową każdego kanału w funkcji napięcia zasilającego, dla trzech różnych przypadków: 2 i 3 -standardowy pomiar dla róż-
nego poziomu zniekształceń oraz 1 - pomiar zgodnie z zaleceniami EIAJ dla sygnału o częstotliwości lOOHz.
Wracamy do funkcji wyjścia VD|ńG oraz rezystora R2. Warunki eksploatacyjne urządzeń elektronicznych w samochodach są zazwyczaj bardzo trudne. Jednym z największych problemów dotykających wzmacniacze mocy jest ryzyko uszkodzenia końcówki mocy z powodu zwarcia wyjść lub przegrzania struktury układu. Twórcy układu TDA3571 przewidzieli tego typu trudności i wbudowali w jego wnętrze szereg zabezpieczeń, których status można kontrolować z zewnątrz właśnie poprzez wyprowadzenie V . Na rys. 3 pokazano przykładowy przebieg napięcia na wyjściu VD|ńG w przypadku zwarcia jednego z wyjść wzmacniacza.
Rys. 4.
Rys. 3.
W przypadku przekroczenia maksymalnej dopuszczalnej temperatury struktury układu na wyjściu VDIfiG pojawia się na stałe niskie napięcie, które występuje tak długo, jak przekroczona jest dopuszczalna temperatura. Zjawisko to wykorzystano do sterowania elektrycznym wentylatorem, którego zadaniem jest wspomaganie odprowadzania ciepła przez radiator.
Do prawidłowego sterowania wentylatora niezbędny jest prosty układ, którego schemat przedstawiono na rys. 4. Tranzystor Tl spełnia rolę wzmacniacza prądowego i z jego kolektora sterowany jest silnik wentylatora. Obwód RC w bazie Tl zapobiega uruchomieniu radiatora podczas krótkotrwałych przeciążeń USl. Wszystkie elementy przedstawione na rys. 1 oraz rys. 4 montowane są na jednej płytce drukowanej z dwustronnym drukiem i metalizacją. Schemat montażowy płytki przedstawiono na rys. 5. Mozaika ścieżek znajduje się na wkładce wewnątrz numeru. Frag-
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl: lOkO R2: 4,7 kO R3, R4: 3,9kO Kondensatory
Cl: 47^F/1ÓV
C2, C3, C4, C5: lOOnF
Gó, C7, C3, C9:
1000..2200^F/25V
CIO, Cli, C12, Cl 3:
Cl 4: 10nF/lóV Półprzewodniki
US1: TDA8571J
Tl: BD13Ó lub podobny
Dl: 1N4148
D2: 1N4001
Różne
ZN, ZI2: podwójne gniazdo
Chinch kgtowe do druku
Rodiotor 75^.30-04 (Elfo)
Płytka drukowana wraz z kompletem elementów jest dostępna w AVT - oznaczenie AVT-1249.
FAN
IlOuF ^ ^
menty ścieżek masy i "plusa" zasilania (po stronie lutowania) zostały odsłonięte spod maski przeciwlutowej i nale-
Elektronika Praktyczna S/99
47
MINIPROJEKTY
ży je pokryć grubą warstwą rowej oferowanej przez firmę ciu go pastą silikonową. Kon- trzy dodatkowe płytki z la-
cyny. Zabieg ten znacznie po- Elfa (numer katalogowy 75- densatory C2..5 należy przy- minatu, z wykonanymi otwo-
prawi warunki zasilaniaukła- 636-04). Układ USl należy lutować bezpośrednio do wy- rami-pilotami, które po pola-
du USl. bardzo dokładnie docisnąć prowadzeń zasilania USl. Są kierowaniu na czarno lakie-
Płytka ma dość nietypo- (najlepiej dwustronnie przy- to wyprowadzenia: rem w sprayu można wyko-
wy kształt, który wynika kręcanym płaskownikiem) do - dla plusa: 1, 8, 16, 23; rzystać jako brakujące ele-
z dopasowania całej kon- wewnętrznej powierzchni ra- - dla minusa: 3, 6, 18, 21. menty obudowy,
strukcji do kształtki radiato- diatora, po uprzednim pokry- W skład kitu wchodzą Piotr Zbysiński, AVT
48 Elektronika Praktyczna 8/99
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.
Wysokosprawny stabilizator warsztatowy
Zasilacz impulsowy
w "Miniprojektach"?
Wygląda to
rzeczywiście na
szalony pomysł, ale
nim nie jest.
Jak to możliwe?
Otóż jest, dzięki
wyko rzys ta ni u
fantastycznego układu
z rodziny Simple
Switcher firmy National
Semiconductor.
W niewielkiej
obudowie umieszczono
wszystkie, niestety
z wyją tkiem dła wika,
elementy impulsowego
stabilizatora wysokiej
klasy, co pozwala
zminimalizować pracę
konstruktora do
absolutnego minimum.
Sami zobaczcie!
Schemat blokowy bohatera naszego artykułu przedstawiamy na rys. 1. Jak widać , struktura układu LM2576 nie jest przesadnie skomplikowana, ale integruje wszystkie moduły niezbędne do wykonania kompletnego stabilizatora obniżającego napięcie.
Układ LM2576 występuje w kilku wersjach napięciowych, pakowanych w różne obudowy. Aby zapewnić maksymalną uniwersalność stabilizatora, w prezentowanym urządzeniu zastosowano stabilizator o regulowanym napięciu wyjściowym. Maksymalne napięcie przyłożone do wejścia układu LM2576 może mieć wartość 45V. Dostępne są także wersje wysokonapięciowe, dla których napięcie wejściowe może osiągnąć wartość do 6 3V. Układy te są oznaczane symbolem LM2576HV.
Sc he-mat elektryczny proponowanego stabilizatora przedstawiono na rys. 2. Jest to standardowa aplikacja układu LM2576, wzbogacona
0 mostek prostowniczy
1 kondensatory filtrujące na wejściu. Dzięki dodatkowym elementom stabilizator można wykorzystać jako samo-
LM2576 fP
National Semiconductor
Wejście napięcia Vin nlestabl kowanego
Vour
GND
dzielny zasilacz. Duża wydajność prądowa (do 3A) i szeroki zakres zmian napięcia na wyjściu (1,2..24V) predestynuje go do zastosowań laboratoryjnych. Nie bez znaczenia jest fakt, że do chłodzenia układu scalonego wystarczy niewielki radiator, dzięki czemu ilość zajmowanego przez płytkę stabilizatora miejsca jest niewielka.
Układ LM2576 jest wyposażony w zabezpieczenia, które zapobiegają przegrzaniu struktury oraz uszkodzeniu tranzystora wyjściowego wsku-
Podstawowe parametry stabilizatora z układem Simple Switcher.
Rys. 1.
- zalecane napięcie wejściowe:
32V,
- dopuszczalny zakres zmian na-
pięcia wejściowego :4..45V,
- maksymalny prąd wyjściowy:
3A,
- sprawność: 70..80 %.
Rys. 2.
Elektronika Praktyczna 1/99
79
MINIPROJEKTY
VlN = 2
\
N
s

6,5
6,0
5,5
5,0
4,5
4,0
-75-50-25 0 25 50 75 100125150
Temperatura złącza fC) Rys. 3.
tek zwarcia wyjścia. Na rys. 3 przedstawiono charakterystykę działania wewnętrznego ogranicznika w zależności od temperatury złącza. Podana na rysunku wartość ograniczanego prądu jest wartością prądu "przetłaczanego" impulsowo przez dławik, a nie wartością prądu wyjściowego.
Stabilizator zmontowano na jednostronnej płytce drukowanej, której widok przedstawiono na wkładce wewnątrz numeru. Rozmieszczenie elementów przedstawia rys. 4.
W egzemplarzu modelowym zastosowano układ USl w obudowie TO-220 z prostymi wyprowadzeniami. W przypadku stosowania układu z klasycznie rozginanymi wyprowadzeniami, zalecane jest delikatne ich wyprostowanie, co ułatwi montaż układu na płytce.
Napięcie wyjściowe stabilizatora ustala się przy pomocy potencjometru Pl. Napięcie to zmienia się zgodnie ze wzorem: Uwy=l,23[V]*(l + Pl/Rl). Wartość rezystancji potencjometru należy więc dobrać do własnych wymagań. W przypadku egzemplarza modelowego maksy- RYS> malne napięcie wyjściowe wynosi 28V.
Firma National Semicon-ductor przygotowała specjalne oprogramowanie, przy pomocy którego projektowanie stabilizatorów z układami Simple Switcher jest bardzo
łatwe. Oprogramowanie to jest dostępne w wersji dla DOS-a i ma bardzo małe wymagania sprzętowe. Czytelników zainteresowanych poznaniem możliwości tego programu i sposobów projek-
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl: lka Pl: 22kQ/A Kondensatory
Cl, C2, C3, C4, C5:
47O^F/Ó3V
Półprzewodniki
USl: LM2576T-ADJ
Dl, D2, D3, D4: 1N5404 lub
inne o prgdzie
przewodzenia powyżej 3A
D5: 1N5822 lub podobna
Różne
LI: dławik 100^H/ÓA
radiator
Płytka drukowana wraz z kompletem elementów jest dostępna w AVT - oznaczenie AVT-1220.
towania zasilaczy impulsowych zapraszamy na inter-netową stronę EP:
www.avt.com.pllavt/ep/ftp -znajduje się tam pełna wersja tego programu. Piotr Zbysiński,AVT
80
Elektronika Praktyczna 1/99
MINIPROJEKTY
Sygnalizator optyczno-radiowy
Układ, z którego
opisem zapoznamy się
za chwilę, zbudowany
jest z wykorzystaniem
jednego 8-końcówkowego
układu scalonego,
jednego tranzystora
i kilku elementów
dyskretnych.
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl: lOkO Kondensatory
Cl: 100^F/10V
C2: 10nF
C3: trymer ÓOpF
C4: 5pF
Półprzewodniki
Dl: LED
IC1: LM390?
Tl: BF199
Różne
LI: 8..12 zwojów ^4mm no
rdzeniu powietrznym
Płytka drukowana wraz z kompletem elementów jest dostępna w A VT - oznaczenie AVT-1239.
Cel zbudowania sygnalizatora optyczno - radiowego był jasno określony: układ dedykowany był modelarzom budującym modele rakiet i miał służyć ułatwieniu odnajdywania modeli, które po udanym locie wylądowały na spadochronie w krzakach lub innym "maskującym" je terenie. Pierwotne zastosowanie układu nie wyklucza jednak użycia go w innych sytuacjach, kiedy potrzebna będzie sygnalizacja optyczna za pomocą jasno błyskającej diody LED i jednoczesne przekazanie informacji radiowej o działaniu lub braku działania jakiegoś urządzenia.
Jak przystało na minipro-jekt, układ jest wręcz dziecinnie prosty i po zbudowaniu wymaga jedynie łatwego dostrojenia do wymaganej częstotliwości radiowej leżącej na zakresie UKF. Sygnalizator może współpracować z dowolnym odbiornikiem z tym zakresem (czyli z każdym współcześnie produkowanym odbiornikiem radiowym), ewentualnie wyposażonym w antenę kierunkową.
Rys. 1.
Podstawowe parametry elektryczne układu LM3909
Parametr Wartość
Napięcie zasilania 1,15 6VDC
Średni prąd zasilania 0,55mA
Częstotliwość błysków diody LED (C=3C%F) 1Hz
Maksymalnychwilowy prąd diody LED (C=3C%F) 45mA
Szerokość impulsu (czas świecenia diody) 5ms
Zakres Temperatury robocze] -25 +70�C
Opis działania układu
Schemat elektryczny sygnalizatora pokazano na rys. 1. Głównym elementem układu jest niezwykle interesujący układ scalony - LM3909.
Nie pora tu i nie miejsce na szczegółowe omawiania tej ciekawej kostki. Wystarczy tylko wspomnieć, że LM3909 został zaprojektowany specjalnie do zasilania migających diod LED ze źródła o napięciu 1,15..6VDC. Ponieważ napięcie przewodzenia diod LED wynosi od 1,5 do kilku woltów, układ LM3909 wyposażony został w wewnętrzną przetwornicę podwyższającą napięcie pobierane ze źródła zasilania, którym najczęściej jest bateria 1,5V. Sprawność układu jest bardzo wysoka i jeżeli wierzyć informacjom podanym przez producenta (National Semicon-ductors), LM3909 zasilany z pojedynczej baterii R6 może pracować przez ponad rok, aż do kompletnego wyczerpania źródła zasilania.
W naszym układzie LM3909 pracuje w typowej aplikacji fabrycznej z jednym wyjątkiem: niezależnie od diody LED układ zasila dołączony do niej równolegle prosty nadajnik radiowy, zbudowany z wykorzystaniem tranzystora Tl. Częstotliwość pracy tego nadajnika określona jest wartością indukcyj-ności Li i pojemności C3. Trymer C3 umożliwia dostrojenie nadajnika do częstotliwości leżącej pomiędzy częstotliwościami komercyjnych nadajników radiowych pracujących na zakresie UKF.
Fala nośna generowana przez nadajnik nie jest modulowana (a właściwie modulowana j e st n i ety p ow o: sygnałem o częstotliwości ok. lHz). Nie przeszkadza to jednak w lokalizacji nadajnika, ponieważ w odbiorniku dostrojonym do odpowiedniej częstotliwości słyszalne będą charakterystyczne "puknię-
~ c i a "
świadczące o odebraniu nośnej. Układ powinien być zasilany z baterii lub akumula-torka o napięciu 1,5V (1,2V). Typ baterii zależy wyłącznie od zastosowania układu: przy montowaniu urządzenia w modelach rakiet należy, oczywiście, stosować baterie o jak najmniejszym ciężarze.
Montaż i uruchomienie
Na rys. 2 pokazano rozmieszczenie elementów na płytce obwodu drukowanego wykonanego na laminacie jednostronnym, a widok mozaiki ścieżek znajdziecie na wkładce wewnątrz numeru.
Montaż urządzenia wykonujemy w typowy sposób, a komentarza wymaga jedynie wykonanie cewki LI. Cewkę tę nawijamy drutem izolowanym emalią lub cienką sreb-rzanką na wzorcu o średnicy ok. 4mm. Liczba zwojów powinna wynosić ok. 8..12. Nawiniętą cewkę wlutowujemy w płytkę, do której należy jeszcze dołączyć antenę: odcinek przewodu o długości kilku., kilkunastu centymetrów.
Zmontowany układ należy dostroić do "wolnego miejsca" w paśmie UKF, zważając aby jego działanie nie zakłócało odbioru komercyjnych stacji radiowych. Zbigniew Raabe, AVT zbi g ni ew. ra a [e-mail]
Rys. 2.
48
Elektronika Praktyczna S/99
PROJEKTY
TinySwitch
czyli zasilacz w pudełku od zapałek
AVT-822
Większość elektroników
interesujących się zasilaczmi
impulsowymi zna zapewne
popularne układy TOP-Switch
umożliwiające łatwą budowę
prostych zasilaczy na zakres
mocy wyjściowej 5..100W.
Najnowszy produkt firmy
Power Integrations -
TintSwitch, jak już wskazuje
nazwa, jest prostym
sterownikiem zasilaczy małej
mocy, maksymalnie do IOW.
Układu Tiny Switch nie
uzyskano jednak przez proste
przekonstruowanie "starszego
brata". Ma jedynie podobną
filozofię działania, ale
zastosowane rozwiązania
techniczne są naprawdę
nowatorskie i myślę, że może
być wzorem do naśladowania
dla wielu konstruktorów.
Tiny Switch jest kompletnym, monolitycznym sterownikiem zasilacza impulsowego małej mocy, pracującego w konfiguracji przetwornicy zaporowej z izolacją galwaniczną (ang. off-line flyback converter). W stosunku do wielu istniejących na rynku rozwiązań, zasilacz zbudowany w oparciu o omawiany kontroler charakteryzuje się przede wszystkim wyjątkowo małą liczbą elementów zewnętrznych (rys. 1), tak iź cenowo układ staje się konkurencyjny w porównaniu do klasycznych zasilaczy z transformatorem sieciowym. Jasne juź chyba jest, iź podstawowe zastosowanie układu to miniaturowe, lekkie i wydajne zasilacze wykonane w formie wtyczki sieciowej.
W strukturze kontrolera zintegrowano w zasadzie wszystkie elementy zasilacza (rys. 2). Znajduje się tam tianzystior kluczujący MOS o maksymalnym napięciu dren-źródło 700V, wewnętrzny os-cylator o stałej częstotliwości pracy, modulator PWM ze wzmacniaczem napięcia błędu, genialny układ zasilania i obwody zabezpieczeń (termiczne, zwarciowe, nad- i podnapięciowe).
Tak duże napięcie pracy klucza pozwala na bezproblemową pracę układu przy zasilaniu go z bezpośrednio wyprostowanego napięcia sieci aź do 265VAC. Uważny Czytelnik dostrzeże jeden z najważniejszych atutów układu Tiny - do pracy nie wymaga ani rezystora startowego (włączonego pomiędzy zasilanie układu a wysokonapięciowy plus zasilania), ani pomocniczego źródła zasilania, zwykle tworzonego za pomocą dodatkowego uzwojenia transformatora impulsowego z prostownikiem . Tak naprawdę układ zasila się sam, w strukurę pomiędzy wyprowadzenie drenu klucza a wewnętrzne zasilanie układu wbudowane zostało przełączane, wysokonapięciowe źródło prądu.
Gdy klucz jest zatkany, od plusa zasilania poprzez pierwotne uzwojenie transformatora płynie niewielki prąd, a wspomniane źródło prądu ładuje do napięcia 5,8V pomocniczy kondensator dołączony do końcówki BP. W momentach, gdy tranzystor kluczujący przewodzi, źródło prądu jest zablokowane, a zasilanie układu Tiny jest podtrzymywane dzięki ładunkowi zgromadzonemu we
Elektronika Praktyczna S/99
TinySwitch - czyli zasilacz w pudełku od zapałek
SZEROKO-NAPIĘCIOWE
WEJŚCIE DC
-T-
WYJŚCIE
Rys. 1. Podstawowy schemat aplikacyjny zasilacza z układem TinySwitch.
wspomnianej pojemności.
Taki schemat zasilania jest tylko pozornie skomplikowany wszystko i tak dzieje się w sposób niewidoczny, bo realizowane jest wewnątrz układu scalonego, a w zamian otrzymujemy prostą konstrukcję transformatora. Tylko dwa uzwojenia, w połączeniu z wysokonapięciowym kluczem wytrzymującym skoki napięcia aż do 700V, pozwoliły również na zastosowanie prostego dwójnika RC do tłumienia przepięć generowanych przez indukcyjność rozproszenia transformatora.
Drugim atutem sterownika TinySwitch jest wyjątkowo mały pobór mocy z sieci w stanie bez obciążenia. Typowe zasilacze sieciowe z transformatorem 50Hz, nawet nie obciążone, pobierają z sieci od 10 do 30% mocy nominalnej. W klasycznych zasilaczach impulsowych wartość ta jest nieco mniejsza, ale również znacząca. Nie ma to większego znaczenia w przypadku zasilaczy z wyłącznikiem, jednak zasilacze wykonywane w postaci wtyczki często nie są wyłączane z sieci nigdy, nawet gdy zasilane urządzenie (np. telefon komórkowy) nie pobiera prądu. Jeden czy też dwa waty pobieranej mocy może wydają się kosztowo niewielkie (nie więcej niż 5zł na rok), jednak w skali globalnej są to koszty jak najbardziej istotne. Nie obciążony zasilacz z układem Tiny pobiera typowo jedynie 70..80mW z sieci. Redukcja mocy jest więc znacząca.
Podstawowe parametry zasilacza:
Zakres napięć wejściowych: 100..240VAC
Napięcie wyjściowe: 9V ą5%
Moc wyjściowa: 3W
Sprawność: ok. 75%
Stabilizacja w funkcji obciążenia: ą2%
Stabilizacja w funkcji zmian napięcia sieci: ą1%
Wymiary: 45 x 35 x 17 mm
Aby zasilacz impulsowy był konkurencyjny cenowo w stosunku do tradycyjnego odpowiednika, używane do jego budowy podzespoły również nie mogą być zbyt wyszukane. W odróżnieniu od znanej rodziny sterowników Top-Switch, układy Tiny pracują typowo z częstotliwością 44kHz. Pozwala to użyć tanich i ogólnodostępnych ferrytów. Niższe wymagania stawia się też diodzie na wyjściu uzwojenia wtórnego i kondensatorom filtrującym. Dla osób potrzebujących w oparciu o układ Tiny wykonać zasilacz o możliwie dużej mocy wyjściowej (IOW), Power Integrations przygotował specjalną wersję układu taktowaną z częstotliwością 130kHz. Podstawowe parametry układów serii Tiny zebrane zostały w tab. 1.
Opis układu
Schemat elektryczny zasilacza przedstawiono na rys. 3. Napięcie sieci, poprzez rezystor Rl pełniący funkcję zarówno bezpiecznika jak i elementu ograniczającego impuls prądu w momencie włączenia układu do sieci, jest prostowane w mostku D1..D4 i filtrowane za pomocą kondensatora elektrolitycznego C2. Z uwagi na małą moc układu pomiędzy prostownik a C2 włączony został prosty filtr LC, którego zadaniem jest niedopuszczenie do przenikania do sieci zakłóceń generowanych przez zasilacz. Z uwagi na konieczność minimalizacji zakłóceń, dobrym pomysłem jest użycie jako C2 kondensatora w wersji o obniżonej wartości rezystancji ESR. Od-filtrowane napięcie podawane jest na transformator impulsowy Trl.
Dolny koniec pierwotnego uzwojenia Trl dołączony jest bezpośrednio do zawartego w strukturze Ul drenu tranzystora kluczującego. Szeregowy dwójnik R2-C3 ogranicza do bezpiecznej wartości amplitudę szpilkowych przepięć pojawiających się na drenie klucza w momencie jego wyłączenia, pochodzących od indukcyjno-ści rozproszenia transformatora impulsowego Trl.
Końcówka BP (bypass) układu Ul jest wyjściem wewnętrznego zasilania układu Tiny. Kondensator C4 jest źródłem energii zasilania dla Ul w chwili, gdy tranzystor kluczujący przewodzi. Wartość pojemności wyznacza również stałą czasową obwodu powolnego startu układu.
Końcówka EN Ul (enable) jest używana do stablizacji napięcia wyjściowego zasilacza i wewnętrznie dołączona została do źródła prądu o wydajności 50|iA. Wartość napięcia panującego na wejściu EN jest sprawdzana przy każdym narastającym zboczu sygnału zegarowego, a więc na początku każdego cyklu włączenia klucza. W chwili, gdy napięcie EN jest niskie (poniżej 1,5V), klucz nie zostaje włączony. W przeciwnym przypadku klucz jest włączany na czas trwania cyklu. Taka praca, z tzw. gubieniem implusów, daje w efekcie prostą konstrukcję układu kontroli napięcia i eliminuje większość problemów związanych z kompensacją pętli sprzężenia zwrotnego zasilacza. Jedyną wadą jest możliwość generacji słyszalnego szumu akustycznego (cichych pisków w transformatorze), jaki może po-
HÓDŁO
Rys. 2. Schemat blokowy układu TinySwitch.
50
Elektronika Praktyczna 8/99
TinySwitch - czyli zasilacz w pudełku od zapałek
Rys. 3. Schemat elektryczny zasilacza z układem TinySwifch.
wstać przy pracy bez obciążenia. Wtedy to klucz jest włączany raz na kilka cykli zegara, reszta włączeń zostaje pominięta. Wspomniany szum można ograniczyć do wartości praktycznie niesłyszalnych poprzez solidne sklejenie rdzenia transformatora i ciasne nawinięcie uzwojeń.
Prze transformowane napięcie jest filtrowane za pomocą dwóch kondensatorów elektrolitycznych G6 i C7. Włączony pomiędzy nie dławik Dł2 dodatkowo ogranicza wartość napięcia tętnień na wyjściu. Kontrola napięcia wyjściowego jest realizowana w sposób najprostszy - szeregowo włączona dioda Zenera Dzl z diodą LED zawartą w optoizolatorze dają w efekcie wzrost przewodzenia fototranzystora i spadek napięcia na końcówce EN.
Zdanie komentarza należy jeszcze poświęcić roli kondensatora C5 w układzie zasilacza. Jak wynika ze schematu, łączy on masę strony wtórnej ze stroną pierwotną. Z uwagi na bezpieczeństwo użytkowania wartość jego pojemności powinna być jak najmniejsza, zaś izolacja (i napięcie przebicia) jak najlepsza. Elementy na-
uzwojenle wtórne
dające się do tego celu, a więc spełniające kryterium jakości izolacji oznaczone są symbolem Yl i właśnie takich powinno się użyć. Zadaniem kondensatora C5 jest eliminacja zakłóceń, jakie przenoszą się ze strony pierwotnej zasilacza na stronę wtórną poprzez pojemności międzyuzwojeniowe transformatora. Nawet jeśli pojemności te są niewielkie, to i tak z uwagi na dużą wartość napięć panujących po stronie pierwotnej - przenikanie zakłóceń jest istotne i często jest źródłem złej pracy układu (np. podwzbudzania). Można uniknąć stosowania omawianej pojemności przez ekranowanie uzwojeń, jednak w przypadku tak prostych układów zaproponowane rozwiązanie jest o wiele prostsze i jednocześnie skuteczne.
Transformator
Do wykonania transformatora (rys. 4) wykorzystany został tani rdzeń typu EE2O z materiału F807 firmy Polfer wraz z karkasem. Nawijanie rozpoczyna się od uzwojenia pierwotnego, które liczy 146 zwojów drutu emaliowanego DNEO.lmm, nawiniętego w trzech lub czterech warstwach (miejsca do nawinięcia jest dosyć).
Przy nawijaniu uzwojeń istotne jest zachowanie tego samego kierunku, tak aby zachować wła-
ściwy rozkład początków i końców. W przeciwnym przypadku zasilacz nie będzie działał, a nawet może ulec uszkodzeniu. Początek uzwojenia pierwotnego mocujemy do końcówki 8 karkasu, koniec do końcówki 4. Każdą nawiniętą warstwę trzeba starannie zaizolować cienką taśmą poliestrową, aby uniknąć przebić międzywarstwowych. Gotowe uzwojenie również izolujemy potrójną warstwą folii.
Uzwojenie wtórne ma 16 zwojów drutu DNE0,3mm. Początek łączymy do końcówki 12, a koniec do 9. Całość starannie izolujemy.
Na koniec zostało wykonanie w rdzeniu szczeliny powietrznej, dostępne bowiem w handlu detalicznym rdzenie sprzedawane są bez szczeliny. Ponieważ szczelina ma mieć jedynie 0,16mm, najprościej można ją wykonać ścierając powierzchnię kolumny środkowej rdzenia drobnym pilnikiem (tzw. iglak). Dobrym pilnikiem (najlepiej takim z podsypką diamentową) szczelinę wykonamy dosłownie kilkoma pociągnięciami. Ważne jest jednak, aby za każdym pociągnięciem prowizorycznie składać rdzeń i kontrolować in-dukcyjność uzwojenia pierwotnego, tak aby z początkowej około 15mH spadła do pożądanej wartości 4,5mH. Gotowy rdzeń skle-
Rys. 4. Wyprowadzenia transformatora TRI.
Tabela 1. Zestawienie najważniejszych parametrów rodziny układów TinySwitch.
Oznaczenie Obudowa Częstotliwość pracy Moc wyjściowa Zasilanie 220Vą20% Moc wyjściowa Zasilanie uniwersalne (85..265V)
TNY253P DIP8 44kHz 5W 2,5W
TNY253G SMD-8
TNY254P DIP8 8W 5W
TNY254G SMD-8
TNY255P DIP8 130kHz 10W 7,5W
TNY255G SMD-8
Elektronika Praktyczna 8/99
51
TinySwitch - czyli zasilacz w pudełku od zapałek
QPC
O.
Rys. 5. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej.
jamy z karkasem żywicą epoksydową. Dla pewności można jeszcze przed sklejeniem skontrolować prawidłowość rozłożenia początków i końców uzwojeń. Aby tego dokonać wystarczy sprawdzić, czy po połączeniu ich w szereg indukcyjność wypadkowa wzrośnie (o ok. 10..15%).
Montaż i uruchomienie
Montaż układu jest prosty i nie powinien nikomu sprawić trudności. Z uwagi na niewielkie wymiary i dość duże upakowanie elementów na płytce drukowanej (rys. 5), przed zamontowaniem transformatora należy obciąć niewykorzystane nóżki karkasu. Kondensator filtrujący C2 (pionowy)
montuje się na samym końcu, po czym przechyla do pozycji poziomej, tak aby leżał na układzie Ul.
Z uwagi na prostotę układu nie da się uruchomić zasilacza w sposób etapowy. W szereg z siecią włączamy dodatkowy rezystor 10Q/ 0,5W, do wyjścia podłączamy niewielkie obciążenie, na przykład żarówkę samochodową 12V/2W, i całość włączamy do sieci. O ile elementy były sprawne, żarówka się zaświeci. Na zakończenie wystarczy skontrolować wartość napięcia wyjściowego - i gotowe.
Gdy nie uda się uruchomić układu od pierwszego włączenia, należy sprawdzić przede wszystkim napięcie na końcówce EN (około 1,5V, napięcie bliskie zera świadczy o nieprawidłowościach w pętli sprzężenia zwrotnego), na końcówce BP (prawidłowe napięcie ok. 5,8V) oraz na kondensatorze C2 (ok. 310V). Uszkodzenie się układu Ul jest możliwe w zasadzie jedynie na skutek błędów w wykonaniu transformatora (niestaranna izolacja, pomylone początki i końce). Robert Magdziak. AVT [e-mail]
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl: 2,2Q 0,5W R2: l,5kQ 0,5W Kondensatory
Cl: 10nF/400V ceramiczny
C2: 10^F/350V
(lOmm x 20mm niski ESR)
C3: 68pF/lkV ceramiczny
C4: 100nF/25V monolityczny
C5: lnF/3kV ceramiczny,
klasa izolacji Yl!
Có: 33O^F/1ÓV, niski ESR
C7: 100^F/16V, niski ESR
Półprzewodniki
D1...D4: 1N4005
D5: MBR1Ó0, UF4002, 11DQOÓ (lub
inna szybka dioda lA/60V/100ns)
Ul: TNY254P (Power Integrations)
Ol: LTV817 lub podobny
DZ1: BZY55C8V2
Różne
Dłl: 1000^H/ai5A, np. DSp
70.10-102k (Polfer)
Dł2: 47^H/0,5A, np. DSp
70.10-470k (Polfer)
Trl: transformator na rdzeniu
EE20/6 z materiału F807 (Polfer)
ze szczeliną OJómm (AI=220)
i karkasem typu 2009, uzwojenia
według opisu w tekście
52
Elektronika Praktyczna 8/99
PROJEKTY
Robot, część 2
(a właściwie jego ręka)
AVT-821
Po szczegółowym
zapoznaniu się z budową
i zasadami działania części
elektronicznej robota
najwyższy czas przejść do
omówienia programu
sterującego jego pracą oraz
problemów związanych
z wykonaniem elementów
mechanicznych konstrukcji.
Zajmijmy się teraz najtrudniejszą sprawą związaną z budową ramienia robota - mechaniką. Na szczęście, dzięki zastosowaniu prefabrykowanych kształtek wykonanych z laminatu epoksydowo - szklanego prace mecha-
Kawafld gumy Prowadnice
Lutowanie pod
kątem 90�
Serwomechanizm
Wał napędowy 2 serwomechanizmu
Prowadnice z drutu stalowego (szprychy rower)
Śrubki M3
Rys. 3. Schemat budowy "ręki" robota.
Tulejka dyst.
niczne zostały maksymalnie uproszczone. Prototyp ramienia robota został przeze mnie wykonany w ciągu niecałych dwóch godzin i mam nadzieję, że i Warn nie zajmie on więcej czasu. Praktycznie wszystkie materiały potrzebne do mechanicznego wykonania ramienia otrzymacie w kicie, a samodzielnie będziecie musieli skompletować tylko następujące elementy:
- Śrubki M3 o długości ok. 3 cm z łebkami walcowymi i stożkowymi.
- Nakrętki M3.
- Podkładki o średnicy wewnętrznej 3mm.
- Odcinki drutu stalowego o średnicy ok. lmm. Mogą to być kawałki szprych rowerowych, łat-
Elektronika Praktyczna S/99
53
Robot
DTWOR i
Rys. 4a. Płytki drukowane konstrukcji mechanicznej ramienia.
wych do kupienia w każdym sklepie z częściami do rowerów.
- Klej, np. Super Glue lub podobny.
- Kawałki gumy lub podobnego tworzywa.
Na trudności możecie napotkać jedynie podczas budowy nieco skomplikowanej ręki robota, budowa elementów ramienia i podstawy sprowadzająca się do zlutowa-nia ze sobą dwóch kawałków laminatu nie powinna nastręczyć nikomu żadnych problemów. Na rys. 3 pokazano szczegóły wykonania ręki, a właściwie szczypiec, które umożliwią naszemu robotowi chwytanie i przenoszenie przedmiotów o nawet sporych rozmiarach i wadze.
Do budowy ręki potrzebować będziemy zestawu kształtek pokazanych na rys. 4 (w dużym pomniejszeniu). Każdy z dwóch palców ręki robota składa się z dwóch kawałków laminatu w kształcie litery "L", pomiędzy którymi umieszczona zostanie płytka główna ręki z zamocowanym do niej serwomechanizmem.
f "I
Rys. 4b. Płytki drukowane konstrukcji mechanicznej ramienia.
Palce należy przykręcić do płytki głównej za pomocą dwóch śrubek M3, tak aby poruszać się z minimalnym oporem. Aby zabezpieczyć konstrukcję przed rozkręceniem się, każda śrubka powinna zostać zaopatrzona w kontrnakręt-kę i podkładki.
Następną czynnością będzie zamocowanie serwomechanizmu do płytki głównej i wykonanie mimo-środowych prowadnic umożliwiających robotowi poruszanie palcami. Prowadnice wykonamy z drutu stalowego wygiętego tak, aby jeden koniec prowadnic trafiał w otworki na obwodzie kółka napędowego serwomechanizmu a drugi, uformowany w "oczko" o średnicy wewnętrznej 3mm dał się nałożyć na śrubki M3 przykręcone do palców ręki.
Ostatnią czynnością podczas montażu dłoni robota będzie przy-lutowanie kształtki oznaczonej jako H3 do płytki głównej, dokładnie pod kątem prostym. Do kształtki H3 zamocujemy następnie ser-wo będące obrotowym przegubem ręki.
Montaż elementów ramienia nie powinien przysporzyć nikomu problemów. Serwomechanizmy możemy łączyć zarówno w jednej
Rys. 4c. Płytki drukowane konstrukcji mechanicznej ramienia.
płaszczyźnie jak i pod kątem prostym. Do łączenia serw w jednej płaszczyźnie służy kształtka oznaczona jako ARM2, natomiast do połączenia kątowego wykorzystamy zlutowane ze sobą kształtki oznaczone jako AEM1A i ARMIE. Teoretycznie możemy połączyć ze sobą dowolną ilość serwomechanizmów, uzyskując w ten sposób wiele stopni swobody poruszeń
1
' fP
Rys. 4d. Płytki drukowane konstrukcji mechanicznej ramienia.
54
Elektronika Praktyczna S/99
Robot
ramienia robota. Jednak ze względu na wymaganą stabilność konstrukcji nie polecam konstruowania ramion o ilości serw większej od 3..4.
Ostatnim elementem, który wchodzi w skład kitu jest podstawa (BASE), do której należy przymocować serwomechanizm obracający całą konstrukcję ramienia wokół osi pionowej. Dotarliśmy wreszcie do bardzo ważnej sprawy, jaką jest stabilne zamocowanie całej konstrukcji. Na okładce poprzedniego numeru Elektroniki Praktycznej mogliśmy zobaczyć robota zamocowanego na ruchomej platformie z napędem gąsienicowym. Jest to rozwiązanie bardzo widowiskowe, ale uniemożliwiające podnoszenie cięższych przedmiotów i nie zapewniające pełnej powtarzalności ruchów robota. Dlatego też lepiej zamocować podstawę ra-
mienia do czegoś bardziej solidnego i cięższego. Do laboratoryjnych testów robota wykonana została solidna, metalowa podstawa z zamocowanymi w jej wnętrzu akumulatorami.
Pewnie wielu Czytelników zadaje sobie pytanie, do czego właściwie można wykorzystać zbudowane wielkim nakładem pracy ramię robota? Przede wszystkim do eksperymentów i zabawy. Robot taki jest przecież niewyobrażalnie atrakcyjną zabawką dla dzieci, a gdy dzieci pójdą spać to dla... dorosłych. Nie obiecujmy jednak sobie zbyt wiele: precyzja poruszeń tak zbudowanego ramienia nie jest zbyt wielka, ale do prostych czynności m. może okazać się wystarczająca. Prototyp robota z łatwością radził sobie z nalewaniem piwa (oczywiście bezalkoholowego), potrafił pood-nosić i przemieszczać przedmioty,
SPIS ELEMENTÓW WCHODZĄCYCH W SKŁAD ZESTAWU "MECHANICZNEGO"
Elementy do budowy dłoni robota
płytka H1A.................................2 szt.
płytka H1B..................................2 szt.
płytka H2....................................1 szt.
płytka H3.....................................lszt.
Elementy do budowy ramienia
płytka ARMIA............................3 szt.
płytka ARM1B............................3 szt.
płytka ARM2..............................3 szt.
Element podstawy BASE.........lszt.
a nawet... opiekać kiełbaski na
grillu!
Zbgniew Raabe, AVT
[e-mail]
Serwomechanizmy modelarskie już w ofercie handlowej AVT!
Elektronika Praktyczna 8/99
55
PROJEKTY
Odbiornik GPS,
3
AVT-888
Opis konstrukcji
odbiornika GPS kończymy
prezentacją wykorzystywanych
w urządzeniu poleceń
NMEA-0183 oraz omówieniem
sposobu posługiwania się
odbiornikiem.
Polecenia NMEA-018 3
Jak już wcześniej wspominałem współpraca odbiornika GPS z miki okontrol erem jest niezwykle prosta. Zastosowany w mikiokon-tiolerze AYT-888 algorytm zawsze po wyzerowaniu procesora (włączeniu zasilania odbiornika), czy moduł Oncore pracuje w trybie NMEA-0183. Jeżeli nie, mikiokon-tioler wysyła polecenie %%dl, które powoduje przełączenie odbiornika w tryb NMEA-0183, co wiąże się także ze zmianą szybkości transmisji (z 9600bd do 4800bd).
Odbiornik Motorola Oncore GT rozpoznaje siedem poleceń NMEA-0183. Są to:
- GPGGA - polecenie umożliwiające odczyt bieżącego statusu odbiornika GPS, w tym jego pozycji, wy s oko ści z am onto w ani a anteny, bieżącego czasu. Składnia tego polecenia jest następująca:
$PMOTG,GGA,y-yyyCC, gdzie yyyy określa okres samoczynnego wysyłania żądanej informacji przez odbiornik,
- GPGLL - polecenie umożliwia-
jące odczyt aktualnego położenia i czasu. Według specyfikacji Motoroli jest to polecenie dla odbiorników Oncore GT. Składnia tego polecenia jest następująca:
$PMOTG, GLL ,yyyy CC, gdzie yyyy określa okres samoczynnego wysyłania żądanej informacji przez odbiornik, GPGSA - dzięki temu poleceniu można "odpytać" odbiornik o tryb akwizycji danych, aktualny tryb pracy (2D/3D), identyfikatory widzianych przez odbiornik satelitów oraz współczynniki korekcyjne VDOP, HDOP iPDOP.
Składnia tego polecenia jest następująca:
$PMOTG,GSA,y-yyyCC, gdzie yyyy określa okres samoczynnego wysyłania żądanej informacji przez odbiornik,
GPGSV - jest to polecenie umożliwiające określenie widzianych przez antenę odbiornika satelitów. Oprócz identyfikatora, położenia każdego satelity nad wysokością horyzontu oraz jego azymutu dzięki temu poleceniu
Elektronika Praktyczna S/99
57
Odbiornik GPS
Zalecane sposoby instalowania anteny
Dpouszczalne sposoby instalowania anteny
Rys. 13. Zalecane sposoby instalacji anteny.
można uzyskać informacje o jakości odbiernago sygnału. Składnia tego polecenia jest następująca:
$PMOTG,GSV,y-yyyCC, gdzie yyyy określa okres samoczynnego wysyłania żądanej informacji przez odbiornik,
GPRMC - jedno z poleceń, najbardziej atrakcyjnych z punktu widzenia przeciętnego użytkownika. W odpowiedzi na zapytanie GPRMC odbiornik odsyła informacje o aktualnym położeniu anteny, bieżącym czasie, prędkości (wyrażonej niestety w węzłach), aktualnej dacie oraz odchyłkach magnetycznych. Składnia tego polecenia jest następująca:
$PMOTG,RMC,y-yyyCC, gdzie yyyy określa okres samoczynnego wysyłania żądanej informacji przez odbiornik,
GPVTG - polecenie umożliwiające określenie szybkości poruszania się anteny (odbiornika) oraz określenie kierunku jej poruszania się. Prędkość wyrażona jest zarówno w km/h, jak i w węzłach (mile/h). Składnia tego polecenia jest następująca:
$PMOTG,VTG,y-yyyCC, gdzie yyyy
określa okres samoczynnego wysyłania żądanej informacji przez odbiornik,
- GPZDA - bardzo interesujące polecenie dla wszystkich konstruktorów korzystających w swoich opracowaniach z dokładnych wzorców bieżącego czasu oraz daty. W odpowiedzi na pytanie ZDA Oncore wysyła informację o bieżącym czasie UTC (z dokładnością do setnych części sekundy) oraz datę (rok kodowany czterema cyframi), a także wyliczone przez odbiornik przesunięcie czasu lokalnego w stosunku do UTC.
Czas UTC (ang. universal time coordinated), jest niezwykle precyzyjnie określony przez wzorzec atomowy przez marynarkę Stanów Zjednoczonych. Jest to czas określany na podstawie obserwacji gwiazd, uwzględniający okresowe wahania ruchu kuli ziemskiej.
Składnia tego polecenia jest następująca:
$PMOTG,ZDA,y-yyy CC, gdzie yyyy określa okres samoczynnego wysyłania żądanej informacji przez odbiornik.
Dodatkowym poleceniem standardu NMEA-0183 jest FOR, które umożliwia przełączenie interfejsu odbiornika w tryb pracy binarnej-Motorola. Nie jest ono wykorzystywane w wersji urządzenia ofe-r o w ane j j ako A VT -8
Eksploatacja odbiornika
Odbiorniki Oncore dostarczane w zestawie AYT-888 nie są wstępnie inicjowane. Z tego powodu po pierwszym włączeniu urządzenia należy odczekać kilka minut (tab. 2), do chwili zgromadzenia przez odbiornik wszystkich informacji niezbędnych do prawidłowego wyliczenia pozycji. Możliwość rozpoczęcia normalnej pracy przez odbiornik sygnalizowana jest napisem READY na wyświetlaczu. Kolejne włączenia odbiornka nie wymagają już tak długiego czasu oczekiwania, ponieważ bieżące parametry oraz czas przechowywane są w bateryjnie podtrzymywanej pamięci RAM. Ogniwo zasilające
53
Elektronika Praktyczna S/99
Odbiornik GPS
jest standardowym wyposażeniem dostarczanych w kitach modułów Oncore. Ponowny, długo trwający restart odbiornika będzie niezbędny w przypadku przemieszczenia go (w stanie wyłączonym) na odległość większą niż lOOkm.
Podczas inicjalizacji odbiornika, a także podczas jego normalnej pracy bardzo istotne jest przestrzeganie prawidłowego zainstalowania jego anteny (rys. 13). Ponieważ charakterystyka czułości aktywnej anteny jest w zasadzie dookólna niezwykle istotne jest, aby "widziała" ona niebo po możliwie niewielkim kątem od płaszczyzny gruntu. W ten sposób odbiornik będzie mógł odczytać informacje ze wszystkich dostępnych w danym rejonie satelitów. Tylko w ten sposób można wykorzystać wielokanałowość toru obróbki sygnału, co przenosi się m.in. na skrócenie czasu reakwi-zycji satelitów zagubionych w wyniku np. zakłóceń.
Posługiwanie się odbiornikiem jest bardzo proste. Po dołączeniu zasilania do gniazda Zl2 na wyświetlaczu odbiornika pojawia się komunikat powitalny i po poprawnym przełączeniu modułu Oncore w tryb NMEA wyświetlana jest aktualna szybkość poruszania się anteny. Jeżeli - z jakichś przyczyn - odbiornik nie może określić aktualnej pozycji i szybkości na wyświetlaczu pojawia się komunikat WAITING!.
Program dla mikiokontiolera wchodzącego w skład kitu AVT-888 obsługuje dwa przyciski S2 i S3 (górny i dolny na płytce drukowanej), przy pomocy których można sekwencyjnie zmieniać wyświetlane parametry. Ponieważ zastosowano wyświetlacz 1x16 (większe są znacznie droższe!) nie jest możliwe wyświetlanie pełnych bieżących współrzędnych. Tak więc określenie położenia wymaga odczytania niezależnie: długości i szerokości geograficznej. Przyciski Sl i S4 przewidziałem do wykorzystania w kolejnych wersjach odbiornika. Po kolejnym włączeniu odbiornika rozpoczyna on pracę w ostatnio wybranym trybie, ponieważ wskaźnik funkcji przechowywany jest w nieulotnej pamięci EEP-ROM mikorkontrolera USl.
Wszystkie odczyty na wyświetlaczu LCD są aktualizowane z częstotliwością lHz. Jest to maksymalna oferowana w standardowych rozwiązaniach odbiorników GPS szybkość odczytu.
Motorola kontra Garmin
Pierwsze próby odbiornika AYT-888 przeprowadzono z modułami odbiorczymi Oncore XT oraz GT firmy Motorola. Jak wspomniałem w drugiej części artykułu nie są to jedyne urządzenia klasy OEM dostępne na świecie. Jedną z dobrze znanych firm jest Garmin, który oferuje doskonałe odbiorniki serii GPS25. Charakteryzują się one większą ilością jednocześnie przetwarzanych kanałów 12 zamiast 8 w Oncore), wbudowaną pamięcią Flash, dzięki czemu możliwa jest łatwa wymiana programu sterującego pracą odbiornika, a także (w niektórych wersjach) możliwością pracy z niskimi napięciami zasilania (od 3,6V).
Odbiorniki firmy Garmin są także przystosowane do pracy w standardzie komunikacyjnym NMEA-0183, ale zastosowano programowany interfejs szeregowy, dzięki któremu szybkość transmisji danych można ustalić w przedziale 300..19200bd. Składnia "zdań" NMEA-0183 w odbiornikach Garmin odbiega nieco od
Tab. 2. Czasy startu odbiornika Oncore GT.
Rodzaj Typowy TTFF Maksymalny TTFF
Gorący 15 s 30 s
Ciepły 45 s 65 s
Zimny 90 s 210 s
TTFF - Time To First Fix
standardu przyjętego w Oncore, w związku z czym nie jest możliwe zastosowanie "wprost" programu sterującego pracą mikio-kontiolera AYT-888 do współpracy z tymi odbiornikami. Obecnie prowadzę prace mające na celu rozszerzenie programu o automatyczne rozpoznawanie typu dołączonego do złącza Zll odbiornika i samoczynne dobranie odpowiedniego zestawu poleceń. Dzięki temu w ofercie handlowej pojawią się kity AYT-888 zarówno z odbiornikami Oncore, jak i GPS25x. Piotr Zbysiński, AVT
Autor zastrzega sobie prawo wprowadzenie modyfikacji oprogramowania wchodzącego w skład kitu, które mają na celu poprawienie właściwości użytkowych urządzenia.
Dokumentacja odbiorników GPS Oncore firmy Motorola dostępna jest w Internecie pod adresem : www. ep. com .plfftpf other.htm.
Elektronika Praktyczna S/99
59
Ł.
Odbiornik GPS
Na str. 57 zapraszamy miłośników niebanalnych aplikacji mikrokontrolerów.
Projekty Czytelników >
Tym razem przedstawiamy opisy dwóch interesujqcych projektów: szyfrowego zamka o oryginalnej konstrukcji oraz udarowej czujki do systemów alarmowych. Str. 75.
ik
TinySwitch...
..czyli jak zmieścić w pudełku od zapałek separowany zasilacz sieciowy ze stabilizacjq napięcia wyjściowego. Szczegóły na str. 49
Elektronika Praktyczna S/99
IKA
Szybkość w cenie A
Hitachi rozpoczyna ekspansję na polski rynek mikrokontrolerów. Zestaw uruchomieniowy dla jednego z bardziej interesujqcych układów rodziny H8/300 przedstawiamy na str. 27.
Czarne chmury nad HC05?
O iście szatańskim pomyśle firmy STMicroelectronics piszemy na str. 23.
Na str. 25 prezentujemy nowe narzędzie projektowe firmy Latti-ce.
Robot, a właściwie jego ręka
Na str. 53 prezentujemy drugq część artykułu, w której autor przedstawia szczegóły konstrukcji mechanicznej oraz interesujqce aplikacje urzqdzenia.
Generatorznacznikoww.cz....................................................
Z płyty winylowej na kompaktowq.........................................
Projekty zagraniczne^^^^^^^^^^^^^^^^^H
Technologie alternatywne i technologie
przyszłości, cześć 2......................................................................20
[_Kurs _^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
System do projektowania układów
elektronicznych EDWin. cześć 2................................................65
f Internet ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^M
Krzemowy przełqcznik Lattice'a................................................25
Czarne chmury1 nad HC05? .......................................................23
Szybkość w cenie........................................................................27
Tyst e my ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^H
Domowa sieć informatyczna X10.............................................29
Projekty ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^H
TinySwitch, czyli zasilacz w pudełku od zapałek.....................49
Robot, cześć 2.............................................................................53
Odbiornik GPS, cześć 3...............................................................57
Miniaturowe nadajniczki FM......................................................30
TV dręczyciel................................................................................31
Komar brzeczyciel.......................................................................33
Programator szeregowych pamięci EEPROM 93C46.............34
Układ do automatycznego nagrywania
rozmów telefonicznych..............................................................36
Sygnalizator odebrania telefonu ..............................................37
Radiowy podsłuch linii telefonicznej.........................................38
Słuchawka telefoniczna "Hands Free"......................................40
Wskaźnik do (prawie) wszystkiego............................................41
Fuzz w czterech wcieleniach.....................................................42
Superwzmacniacz samochodowy............................................46
Sygnalizator optyczno-radiowy.................................................48
Nowe podzespoły...........................................
Projekty Czytelników.
Zamek szyfrowy typu "SEJF"............................
Udarowa czujka alarmowa ...........................
Forum.........................................................
............................75
............................77
Info Swiat.........................................................................83
Info Kraj............................................................................85
Kramik+Rynek................................................................891
Listy
94 j
Wykaz reklamodawców............................................103
Ekspresowy Informator Elektroniczny.....................104
"Wyniki konkursów
Elektronika Praktyczna S/99
KURS
System do projektowania układów elektronicznych EDWin
Edytor schematów, część 2
Kontynuujemy kurs obsługi
najtańszego na naszym rynku
programu CAD - EDWina. Niska
cena, ogromne możliwości i -
uwaga! - menu w języku polskim
powodują, że jest to niezwykle
atrakcyjne narzędzie dla
elektroników.
MŁ
f^M 'Śi*1* łhi ŚŚ�Ś
Rys. 3.
W tej części artykułu omówimy Moduł Przeszukiwania Bibliotek. Jest to bardzo interesujący i użyteczny element pakietu. Za jego pomocą użytkownik ma możliwość przeszukiwania listy kompo-nentowej na różne sposoby. Ze względu na dość powszechne wykorzystywanie tego modułu w procesie projektowania, poświęcimy mu trochę więcej uwagi.
Przykłady zastosowania modułu przeszukiwania bibliotek: 1]Szukamy elementu znając jego nazwę, ale nie wiemy, w której znajduje
się bibliotece. 2]Znamy nazwę symbolu logicznego
i chcemy znaleźć fizyczne elementy,
w których on występuje. 3]Szukamy elementów o konkretnych
typach obudów.
Program EDWin zawiera trzy rodzaje bibliotek:
- bibliotekę symboli logicznych,
- bibliotekę symboli obudów,
- bibliotekę elementów.
Każdy rodzaj biblioteki jest przechowywany w innym pliku. Przed rozpoczęciem przeszukiwania w menu Plik należy określić, która biblioteka będzie przeszukiwana. Następnie za pomocą funkcji Kontekst należy określić, gdzie będzie poszukiwany ciąg znaków (może być to nazwa elementu, pełna nazwa, czyli dodatkowy opis, kod symulacyjny itp.]. Jeśli nie znamy dokładnie nazwy elementu (symbolu logicznego, symbolu obudowy], to można użyć symbolu ł zastępującego dowolny ciąg znaków, symbolu ? zastępującego jeden znak, lub ,," (cudzysłów], w którym należy podać fragment ciągu znaków zawierający się w nazwie (najlepsza metoda, gdy po typie elementu mogą się znajdować dodatkowe znaki]. W dole okna są wyświetlane wyniki poszukiwań.
Interesującą właściwością programu jest możliwość odszukania prawdopodobnych odpowiedników (dla elementów] lub określenie, w których elementach występuje odszukany symbol logiczny lub symbol obudowy. W tym celu należy dwukrotnie kliknąć odszukany element (symbol]. Następnie wybrać funkcję Kontekst -> Odpowiedniki (funkcje/wyprowadzenia] dla elementów (zostaną podane prawdopodobne odpowiedniki o tym samym rozkładzie wyprowadzeń] lub Kontekst -> Występowanie w elementach dla symboli (zostaną odnalezione wszystkie elementy, które wykorzystują dany symbol].
Po dwukrotnym kliknięciu odnalezionego elementu zostanie on wyświetlony w oknie wybierania elementów. Kliknij Akceptacja w celu zamknięcia okna. Komponent przy-
czepi się do kursora. W tym czasie można go obracać za pomocą klawiszy funkcyjnych Fl, F2, F3 (lub odpowiadających im ikon pomocniczych]. Umieść element na obszarze roboczym i kliknij myszą w celu jego umiejscowienia. W ten sam sposób umieść na obszarze roboczym pozostałe elementy.
Rysowanie połączeń elektryczny on
Program EDWin podczas rysowania przewodów tworzy listę połączeń. Powstaje ona w sposób niezauważalny dla użytkownika. Również podczas rysowania przewodów należy poruszać się w rastrze, najlepiej 0,050" (taki jest rozstaw wyprowadzeń większości komponentów]. Oszczędzi to wielu problemów związanych z koniecznością bardzo dokładnego prowadzenia myszy, nierównoleg-łymi przewodami itp. Tylko w przypadku rysowania przewodów od nietypowych komponentów należy go czasowo zmienić na 0,010".
Rysowanie przewodów rozpoczyna się od wybrania funkcji menu Edycja -> Przewody i magistrale.
u
____I Z lewej strony obszaru roboczego
pojawi się zestaw ikon narzędziowych służących do rysowania przewodów. Wybierz
Elektronika Praktyczna S/99
65
KURS
*** jęmm* *Ś**�(
Rys. 4.
pierwszą ikonę Rysowanie przewodu. Z ikoną główną związany jest zestaw ikon pomocniczych, umożliwiających dodatkowe operacje lub zmieniających jej działanie. Podczas rysowania powinny być włączone tylko dwie ikony pomocnicze:
Załamanie pod kątem 90� wzglądem poprzedniego punktu (uruchamiana również po wciśnięciu klawisza F2). Dzięki niej łatwo jest rysować przewody równoległe i załamane pod kątem stanowiącym wielokrotność 90�.
Wyświetlenie węzłów aktualnie tworzonej sieci (uruchamiana również po wciśnięciu klawisza F8). Spowoduje ona, że podczas rysowania przewodu będą wyświetlane wszystkie węzły wchodzące w skład tworzonej sieci (rys. 4).
Należy kliknąc myszą na obszarze roboczym w miejscu, w którym ma się rozpocząć przewód. Jego koniec zostanie przytwierdzony do obszaru roboczego. Przeprowadź przewód do punktu końcowego lub punktu załamania i kliknij ponownie. W ten sposób powstał pierwszy odcinek przewodu. Kontynuowanie tej procedury umożliwi narysowanie połączenia o dowolnym przebiegu.
Zakończenie rysowania przewodu następuje po kliknięciu ikony pomocniczej Zakończę nie rysowania przewodu (lub wciśnięciu klawisza funkcyjnego F4).
Jeśli zachodzi potrzeba usunięcia źle narysowanego odcinka przewodu, to należy kliknąc ikonę pomocniczą Usunięcie aktualnie narysowanego odcinka przewodu (lub wcisnąć klawisz funkcyjny Fl). Ta ikona działa tylko dla aktualnie rysowanego przewodu, do momentu zakończenia rysowania.
Opiszemy teraz pewne niuanse związane z rysowaniem przewodów.
Aby odcinek przewodu został dołączony do wyprowadzenia, musi się on rozpocząć lub zakończyć na aktywnej części wyprowadzenia komponentu, która jest oznaczona krzyżykiem lub plusem. Poprawne dołączenie przewodu do wyprowadzenia jest sygnalizowane kwadratem, który oznacza doda-
nie kolejnego węzła tworzonej sieci do listy połączeń. Przewód, który styka się z wyprowadzeniem inną częścią niż początek lub koniec, jest traktowany jako niepodłączony. Zakończenie lub rozpoczęcie rysowania przewodu w innym miejscu niż część aktywna wyprowadzenia będzie oznaczone trójkątem i również traktowane jako brak połączenia. Poprawność połączenia przewodów można zweryfikować za pomocą ikony Wyświetlenie informacji o przewodzie.
Podkreślmy, że funkcja rysowania przewodów standardowo umożliwia łączenie tylko tzw. aktywnych punktów wyprowadzeń komponentów (w miejscach oznaczonych krzyżykami]. Poprawne dołączenie przewodu jest zaznaczane małym kwadratem.
Natomiast odmiennie jest traktowane bezpośrednie łączenie dwóch przewodów. Nawet jeśli przewód zostanie narysowany jako stykający się z innym, to nie będzie traktowany jako połączony z nim elektrycznie (będzie nadal należał do innej sieci]. W tym wypadku miejsce styku nie zostanie zaznaczone kropką - symbolem połączenia przewodów.
| Jeśli jednak zachodzi potrzeba bezpośredniego połączenia dwóch przewodów, to należy włączyć ikonę pomocniczą. Dopuszczalne połączenie typu T (bezpośrednie łączenie przewodów], lub wcisnąć klawisz funkcyjny F9. Jest to celowe rozróżnienie, które zabezpiecza przed niekontrolowanym złączeniem krzyżujących się lub stykających przewodów. Jeśli ta ikona pomocnicza jest włączona, to można będzie rozpocząć lub zakończyć rysowanie przewodu na innym przewodzie (miejsce połączenia zostanie zaznaczone kropką]. W wypadku zakończenia rysowania na innym przewodzie program żąda potwierdzenia tej operacji, ponieważ jest to związane z istotnymi zmianami na liście połączeń (złączeniem dwóch sieci w jedną].
Można poprawiać przebieg już narysowanych przewodów, co przydaje się zwłaszcza po operacjach przesuwania komponentów. Służy do tego ikona Przemieszczenie wskazanego odcinka przewodu. Odcinek przewodu można przesuwać w pionie lub w poziomie, zależnie od tego, która ikona pomocnicza jest włączona. Jest też możliwe Przemieszczenie punktu załamania przewodu oraz Wstawienie punktu załamania do przewodu.
Często okazuje się przydatna ikona narzędziowa Wyświetlenie informacji o przewodzie/magistrali. Służy ona do wyświetlenia informacji o przewodzie. Po kliknięciu wybranego przewodu zostaną zaznaczone kwadratami wszystkie węzły wchodzące w skład danej sieci. Ponadto zostanie podświetlony przewód, ale tylko część wchodząca w skład wskazanej gałęzi
sieci (siec może składać się z kilku gałęzi; gałąź powstaje po operacji bezpośredniego łączenia przewodów, a jej początek jest oznaczony rombem]. Inną ważną informacją wyświetlaną poniżej obszaru roboczego jest nazwa sieci, do której należy wskazany przewód. Siec pozostaje podświetlona aż do chwili wciśnięcia ikony pomocniczej ESC, Podświetlenie można pozostawić na czas wykonywania innej operacji, np. łączenia dwóch sieci. Wtedy, razem z zaznaczoną opcją Preferencje -> Linie pomocnicze (sieć) mamy całkowitą kontrolę nad tą operacją. Do odrysowania wyglądu ekranu zaleca się używanie przycisku Odśwież.
Ikonie narzędziowej Usuwanie przewodu/magistrali należy poświęcić więcej uwagi. Podczas usuwania przewodów należy pamiętać, że równolegle z tworzeniem przewodów, w sposób niezauważalny dla użytkownika, jest tworzona lista połączeń. Usuwanie przewodu za pomocą tej ikony wiąże się tylko z usunięciem jego graficznej reprezentacji z obszaru roboczego, natomiast dalej pozostaje on na liście połączeń. Można to zweryfikować za pomocą poprzednio opisanej ikony Wyświetlenie informacji o przewodzi e/magi strali. Okaże się, że poprzednio dołączony węzeł będzie nadal podświetlany, pomimo tego że przewód został usunięty. Ikona ta służy bowiem do usuwania samego przewodu, bez naruszania listy połączeń. Jej przeznaczeniem jest raczej poprawianie przebiegu przewodów, np. krzywo narysowanych lub skrzywionych podczas przesuwania komponentów. Po usunięciu przewodu można wybrać funkcję menu Preferencje -> Linia pomocnicza (następny węzeł} albo Linie pomocnicze (sieć) - powinna byc włączona tylko jedna z nich (opcja Widok -> Linie pomocnicze powinna byc wyłączona]. Wtedy program podczas rysowania przewodów wyświetli linie podpowiadające, które węzły powinny byc połączone. Uwaga: linie pomocnicze są wyświetlane dla przewodów rysowanych od węzłów, w przypadku rysowaniu od innego przewodu należy je wywołać przyciskiem Odśwież.
Z tą ikoną narzędziową jest związany zestaw ikon pomocniczych umożliwiających: Usuwanie całego przewodu między wyprowadzeniami komponentów (Fl], Usuwanie segmentu przewodu (F2], Usuwanie punktu załamania między wyprowadzeniami (F3|. Najpierw należy wybrać potrzebną ikonę pomocniczą, a następnie kliknąc myszą precyzyjnie na wybranej części przewodu.
Jeśli chcemy usuwać źle narysowane połączenia, to musimy wybrać funkcję Edycja -> Sieci i wybrać jedną z ikon narzędziowych do usuwania sieci połączeń lub jej fragmentu. Narzędzia do usuwania węzłów sieci lub całej sieci usuwają również graficzną reprezentację przewodu z obszaru roboczego.
Należy zawsze pamiętać, że program rozróżnia permanentne usuwanie sieci z listy połączeń od usuwania samego przewodu.
| Rysowanie powtarzalnych układów przewodów można zautomatyzować za pomocą ikony narzędziowej Odłączenie odcin-
66
Elektronika Praktyczna S/99
KURS
ka przewodu od wyprowadzenia oraz związanej z nią ikony pomocniczej Powielenie zaznaczonego układu przewodów. Jest to jeden z przykładów na to, że ikona pomocnicza zmienia często w zasadniczy sposób działanie ikony głównej. Aby powielić jakiś układ przewodów należy kliknąc na nim myszą i przenieść w inne miejsce. Edycja sieci i listy połączeń
Podczas rysowania przewodów jest automatycznie tworzona lista połączeń. Lista połączeń zawiera informację o wzajemnym połączeniu wyprowadzeń komponentów w bazie danych projektu. Jest ona niezbędna do automatycznego przenoszenia zmian ze schematu na płytkę i odwrotnie: z płytki na schemat. Chociaż lista połączeń powstaje bez udziału użytkownika, to jednak musi mieć on możliwość pełnej kontroli tego procesu. Służą do tego narzędzia do bezpośrednich operacji na liście połączeń. Poniżej omówimy najbardziej przydatne z nich.
1. Najpotrzebniejsze są ikony przeznaczone do usuwania wybranych sieci z listy połączeń. Pamiętamy, że ikony narzędziowe służące do usuwania przewodów ze schematu usuwają tylko ich graficzną reprezentację z obszaru roboczego, pozostawiając nienaruszoną informację o danej sieci na liście połączeń. Oznacza to, że pomimo braku przewodu na schemacie edytor obwodów drukowanych poprowadzi w tym miejscu ścieżkę. Dlatego do permanentnego usuwania przewodu ze schematu należy stosować poniższe ikony wykonujące operacje na sieciach.
Usuwanie jednego węzła sieci wraz z odcinkiem przewodu. Służy ona do permanentnego usunięcia z listy połączeń wybranego węzła sieci. Wraz z pojedynczym węzłem jest usuwany dołączony do niego odcinek przewodu. Równocześnie zostanie podświetlona cała siec (dla celów informacyjnych]. Operacja ta wymaga potwierdze-
Usuwanie całej sieci wraz z przewodami. Służy ona do permanentnego usunięcia z listy połączeń wybranej sieci w całości. Wraz z siecią będą usunięte z obszaru roboczego wszystkie przewody należące do tej sieci. Siec przeznaczona do usunięcia zostanie podświetlona. Operacja ta wymaga potwierdzenia.
Rozdzielenie sieci na dwie części. Aby rozdzielić istniejące połączenie należy najpierw usunąć fragment przewodu za pomocą narzędzi do edycji przewodów. Następnie włączyć tę ikonę narzędziową i kliknąc na tej sieci. Program zażąda wskazania, która gałąź podzielonej sieci ma mieć nadaną nową nazwę i podania jej nazwy.
Usuwanie przewodów we wskazanej sieci (bez usuwania sieci]. Ta ikona ma całkowicie odmienne działanie od powyżej opisanych ikon. O ile poprzednie służą do usuwania sieci lub jej fragmentu, to ta ikona usuwa tylko istniejące przewody bez naruszania listy połączeń. Operacja ta wymaga potwierdzenia. UWAGA: jeśli jest włączona jej ikona pomocnicza, to usunięte zostaną WSZYSTKIE przewody ze schematu.
2. Często chcemy się dowiedzieć, jaka jest rzeczywista struktura sieci. Bywa to potrzebne po usunięciu fragmentów przewodów, gdyż chcemy wtedy sprawdzić, które komponenty są naprawdę ze sobą połą-
| Wyświetlenie informacji o sieci. Ta ikona jest zbliżona działaniem do ikony Wyświetlenie informacji o przewodzie/magistrali dostępnej w menu Edycja -> Przewody i magistrale. Jednak w tym wypadku różnica polega na tym, że jest podświetlana cała siec, a nie tylko jej jedna gałąź. Ponadto wszystkie węzły sieci zostaną oznaczane kwadratami. Służy ona do stwierdzenia, które węzły są faktycznie ze sobą połączone pomimo braku przewodu.
3. Można odnieść wrażenie, że rozdzielenie usuwania sieci i usuwania przewodów jest niepotrzebną komplikacją, ponieważ prostsze mogłoby byc automatyczne modyfikowanie listy połączeń podczas usuwania przewodu. Jednak dzięki temu, że po usunięciu przewodu siec pozostaje na liście połączeń, można np. użyć funkcji automatycznego rysowania przewodów. Jest ona przydatna do skorygowania krzywo poprowadzonych przewodów lub automatycznego narysowania schematu stworzonego metodą listy połączeń. Służy do tego funkcja menu Auto -> Automatyczne rysowanie przewodów. Jej efektem jest narysowanie przewodów dla wszystkich (lub tylko wybranych] sieci, dzięki czemu nie musimy tracie czasu na dokładne rysowanie: definiujemy tylko połączenia, a resztę zrobi za nas program.
Ponadto można tworzyć połączenia nie-ciągłe, które są identyfikowane przez nazwę sieci i umieszczoną nad nią etykietę. Unika się w ten sposób zaciemnienia schematu przez dużą liczbę przewodów.
I Do definiowania sieci na liście połączeń służy ikona Tworzenie nowej sieci lub dodawanie węzła do istniejącej sieci. Używa się jej tak, jak ikony do rysowania przewodów. Korzystnie jest wtedy włączyć jedną z funkcję menu Preferencje -> Linie pomocnicze (sieć) (wyświetlanie połączeń dla aktualnie tworzonej sieci] lub Widok -> Linie pomocnicze (wyświetlanie połączeń dla wszystkich już istniejących sieci].
Przewidziano również możliwość bezpośredniego, tekstowego wprowadzenia listy połączeń za pomocą ikony Edycja istniejącej sieci i opisowe tworzenie nowej sieci.
Tworzenie magistral
Magistrala służy do zgrupowania wielu przewodów, tworząc odpowiednik wiązki przewodów.
Aby narysować magistralę należy wybrać funkcję Edycja -> Przewody i magistrale i włączyć ikonę narzędziową Rysowanie magistrali. Magistralę należy rysować przy włączonej ikonie pomocniczej Załamanie pod kątem 45� dla uniknięcia rysowania niepros-topadłych linii.
Narzędzia do rysowania magistrali działają podobnie jak w przypadku rysowania przewodów. Niezbędnym warunkiem dołączenia przewodu do magistrali jest włączenie ikony pomocniczej Dopuszczalne połą-
czenie typu T (bezpośrednie łączenie przewodów]. Następnie należy narysować przewód od wyprowadzenia komponentu i zakończyć dokładnie na magistrali. Operacje te są łatwiejsze, jeśli podczas rozmieszczania komponentów i rysowania przewodów używa się tego samego rastra, najlepiej 0,050". Operację dobrze jest wykonywać z powiększeniem (Shift-U, Shift-D]. System nadaje przewodom dołączanym do magistrali (wyprowadzeniom magistrali] kolejne numery. Są one bardzo istotne, ponieważ identyfikują poszczególne przewody: przewody o tych samych numerach są traktowane jako połączone. Następnie powtarzamy tę operację dla wyprowadzenia komponentu, które ma byc połączone z już narysowanym. W tym wypadku należy - zamiast proponowanego numeru o jeden wyższego - nadać mu numer przewodu, z którym ma byc połączony. Dla łatwiejszej orientacji można użyć ikony Ujawnienie etykiety sieci/magistrali i kliknąc na przewodzie jak najbliżej miejsca połączenia z magistralą. Po kliknięciu w nieodpowiednim miejscu może się pojawić inna informacja: nazwa sieci lub magistrali.
| Za pomocą ikony Powielenie wskazanego układu przewodów można przyśpieszyć tworzenie magistral, ale należy przestrzegać naczelnej zasady, że trzeba kliknąc jak najbliżej miejsca połączenia przewodu do powielenia z magistralą, inaczej przewód nie zostanie połączony z magistralą.
Tworzenie połączeń bez prowadzenia przewodów
Opiszemy teraz inną metodę tworzenia połączeń nie wymagającą prowadzenia ciągłych przewodów od wyprowadzenia do wyprowadzenia. Wykorzystamy ją do połączenia pamięci EPROM typu 2716 i przetwornika C/A LTC1450. Będziemy rysować tylko odcinki przewodów i nadawać im identyfikujące je nazwy.
Najpierw należy koniecznie wybrać funkcję menu Preferencje i zaznaczyć opcję Pytanie o nazwę nowej sieci, aby nowo tworzone sieci połączeń miały wybraną przez nas nazwę. Następnie trzeba wybrać funkcję Edycja -> Przewody i magistrale oraz włączyć ikonę Rysowanie przewodu, aby narysować odcinek przewodu od wyjścia danych pamięci EPROM na tyle długi, aby zmieściła się nad nim jego nazwa. Przed narysowaniem odcinka system żąda wybrania dla niego nazwy sieci (UWAGA: program rozróżnia duże i małe litery]. Po narysowaniu pozostałych odcinków należy wybrać ikonę:
Ujawnienie etykiety sieci/magistrali, kliknąc po kolei na wszystkich przewodach i umieścić nad nimi nazwy ich sieci. Teraz należy narysować odcinek przewodu na wejściu przetwornika. System zażąda podania jego nazwy. Należy podać nazwę tej sieci, z którą ma byc on logicznie połączony. Po potwierdzeniu operacji łączenia sieci oba odcinki przewodu będą traktowane jako całość. Można to zweryfikować za pomocą ikony Wyświetlenie informacji o sieci. Stosując tę metodę unikniemy zaciemnienia schematu przez dużą liczbę przewodów.
Narysowany przewód może się urywać w dowolnym miejscu. Można go zakończyć
Elektronika Praktyczna S/99
67
KURS
dowolnym symbolem, np. CONIN (lub CO-NOUT) z biblioteki misc.esl.
Operacje blokowe
Pewne operacje mogą dotyczyć nie tylko pojedynczych składników projektu, ale również wielu jednoczeSnie. Służy do tego funkcja menu Edycja -> Edycja bloku umożliwiająca operacje na blokach. Aby zaznaczyć blok należy kliknąć w punkcie początkowym, przeciągnąć mysz w odpowiednie miejsce i kliknąć ponownie. Operacje na blokach najczęS-ciej dotyczą składników całkowicie zawartych w bloku. Są dostępne następujące operacje:
- przesuwanie bloku w obrębie strony lub przenoszenie na inną stronę,
- kopiowanie bloku z możliwoScią dołączenia przewodów znajdujących się wewnątrz bloku do istniejących sieci o tej samej nazwie oraz zachowywanie na dysku,
- ikona Przemieszczenie zaznaczonych komponentów o wektor umożliwia selektywne wybieranie komponentów do przesunięcia (zamiast zaznaczania obszaru), oraz precyzyjne okreSlenie ich przesunięcia,
- dowolne okreSlanie, które ze składników projektu (komponenty, przewody, punkty załamania) mają być usunięte z obszaru zaznaczonego blokiem.
Informacje dodatkowe
Na każdym etapie tworzenia projektu można uzyskać szczegółową informację na temat poszczególnych składników bazy danych projektu, takich jak spis komponentów, szczegó-
łowy opis istniejących sieci, struktura hierarchii itp. Służy do tego funkcja menu Wykaz.
Bardzo przydatnym w praktyce rozwiązaniem jest możliwoSć zgrupowania w jednym miejscu wszystkich najpotrzebniejszych ikon. Służy do tego funkcja paska zadań Opcje -> Edytor linijek narzędziowych.
WySwietlenie linijki narzędziowej na schemacie jest możliwe dzięki funkcji menu Preferencje -> Linijka narzędziowa użytkownika. W ten sposób można znacznie przySpie-szyć pracę i uniknąć koniecznoSci ciągłego przełączania się między funkcjami menu.
Dla osób biegle posługujących się klawiaturą przydatne może być wywoływanie dowolnej głównej ikony narzędziowej za pomocą skrótów klawiaturowych, a ikon pomocniczych odpowiednimi klawiszami funkcyjnymi (od Fl do F9).
Dla zaawansowanych użytkowników przewidziano możliwoSć tworzenia wszystkich składników bazy danych projektu w formie tekstowej, tzn. wpisując okreSlone instrukcje o odpowiedniej składni. Służą do tego celu ikony związane z każdą z funkcji edycyjnych. Dotyczy to tworzenia komponentów (również miejsca ich umieszczenia), wszystkich rodzajów obiektów (szczegółów) graficznych, sieci itp. Natomiast za pomocą funkcji Plik -> Interpreter komend można stworzyć projekt metodą pliku wsadowego oraz wykonywać dowolne operacje na bazie danych w ogóle nie korzystając z funkcji menu i ikon.
Program ma możliwoSć automatycznego rozmieszczenia komponentów na schemacie przy wykorzystaniu kilku rodzajów szablonów. Można je dowolnie modyfikować w celu dostosowania do komponentów o różnych wymiarach, a także tworzyć strefy zabronione dla rozmieszczania komponentów.
W nastpnej częSci artykułu przedstawimy przykładowy schemat układu analogowo-cyfrowego, jakim będzie programowalny generator przebiegów o dowolnych kształtach. Układ ten zostanie poddany różnym analizom w kolejnych artykułach zamieszczanych w Elektronice Praktycznej. Robert Kacprzycki, RK-System (tel. [phone])
Projekt, na przykładzie którego prowadzony jest kurs, znajduje się w Internecie pod adresem: www.ep.com.pl/ftp/other.html.
W następnym odcinku opiszemy symulację tego układu oraz sposób tworzenia elementów bibliotecznych w programie EDWin.
Elektronika Praktyczna 8/99
NOWE PODZESPOŁY
MAX6326/6327/6328/ 6346/6347/6348 - tanie 3-końcówkowe układy zerujące
Firma Maxim wprowadziła ostatnio na rynek rodzinę tanich układów nadzoru napięcia zasilania mikroprocesorów i mikrokont-rolerów. W jej skład wchodzi szeSć układów montowanych w 3-wyprowadzeniowych obudowach SOT2 3: MAX6326, MAX632 7, MAX6328, MAX6346, MAX6347 i MAX6348. Elementy te zapewniają dużą niezawodność systemu przy zachowaniu niskiej ceny. Do zastosowania nie wymagają elementów zewnętrznych ani dodatkowej regulacji. Są używane w układach zasilanych napięciem 2,5V, 3V, 3,3V i 5V.
Układy realizują tylko jedną funkcję: generują sygnał resetu, gdy tylko napięcie zasilania Vcc spadnie poniżej fabrycznie ustawionego progu. Utrzymują wyjScie w stanie aktywnym przez co najmniej lOOms po powrocie Vcc do wartoSci większej od progu resetu. Układy rodziny różnią się między sobą jedynie wyjSciami. MAX6326 i MAX6346 mają wyjScia przeciwsobne, aMAX6328 i MAX6348 wyjScia z otwartym drenem. Wszystkie cztery generują sygnał resetu o aktywnym poziomie niskim.
MAX6327 iMAX6347 mają natomiast przeciwsobne wyjScia resetu o aktywnym poziomie wysokim. Wszystkie układy gwarantują utrzymywanie poprawnego stanu wyjScia dla Vcc równego minimalnie IV. Wewnętrzny komparator resetu układów jest zaprojektowany tak, aby ignorować szybkie stany prze-jSciowe na linii Vcc. Progi resetu są fabrycznie dostrajane do wartoSci między 2,2V a4,63V, w krokach po około 100mV. Jest dostępnych 21 standardowych wersji.
Bardzo małe prądy zasilania układów (maks. l\iA dla MAX6326/MAX632 7/ MAX6328) czynią je idealnymi do zastosowania w sprzęcie przenoSnym.
Przedstawicielem Maxima w Polsce jest firma SE Spezial Electronic (tel. [phone]).
http://209.1.238.250/arpdf/l 792.pdf
Układ Wyjście Aktywny poziom resetu
MAX6326 przeciwsobne niski
MAX6327 przeciwsobne wysoki
MAX6328 otwarty dren niski
MAX6346 przeciwsobne niski
MAX6347 przeciwsobne wysoki
MAX6348 otwarty dren niski
Vcc
AHM3328 MAXB34B
RESET GND
X
MOTOROLA 68HCXX
RESET
INPUT GND
X
GND 1
(RESET) RESET
MAX6326 MAX6327 MAXB328 MAX6346 MAX6347 MAX6343
SOT23-3
OAREFORTHE MAXB327/MAX6347
Rys. I.
Ultraminiaturowe supervisory firmy
Układy MIC2573/4 są specjalizowanymi kontrolerami napięcia zasilającego do systemów mikroprocesorowych zapobiegającymi niepoprawnej pracy systemów cyfrowych, wywołanej zbyt dużą lub zbyt małą wartoS-cią tego napięcia. Oprócz tego spełniają one rolę automatycznych generatorów precyzyjnego impulsu zerującego o polaryzacji dodatniej (MIC2573) lub ujemnej (MIC2574) z możliwoScią ręcznego zerowania systemu, przy pomocy dodatkowego przycisku.
Kolejną zaletą nowych układów Micrela
jest wyjScie sygnalizującego zbyt wysokie napięcie zasilania, które można wykorzystać do sterowania dowolnego układu zabezpieczającego.
W chwili obecnej dostępne są wersje układów MIC2573/4 dla napięć 2,85/3,3/5V, wszystkie w miniaturowych obudowach SMD SOT23-5. Średni pobór prądu nie przekracza
Przedstawicielem Micrela w Polsce jest firma Future (tel. (0-22) 618-92-02).
http://www.mi crel.com/_PDF/mic2 753.pdf
Elektronika Praktyczna 8/99
69
NOWE PODZESPOŁY
THAT4301 - analogowa maszynka
THAT
Corporation
Nowy procesor dynamiki sygnału THAT4301 został nazwany przez producenta "THAT Analog Engine". Łączy w jednym układzie scalonym wszystkie obwody aktywne potrzebne do skonstruowania różnego rodzaju procesorów dynamiki sygnału. Układ zawiera wysokiej jakoSci wzmacniacz sterowany napięciem (VCA - Voltage Controlled Amplifier) o wykładniczej charakterystyce sterowania, czujnik poziomu wartoSci skutecznej o charakterystyce logarytmicznej i trzy wzmacniacze operacyjne ogólnego zastosowania.
VCA ma dwa napięciowe porty sterujące o przeciwnych polaryzacjach. Jego zakres dynamiczny przekracza 115dB, a współczynnik zniekształceń nieliniowych wynosi typowo 0,003% przy wzmocnieniu OdB. W wersji 4301A wzmacniacz VCA jest dobrany dla małych zniekształceń nieliniowych przy bardzo dużych poziomach sygnałów. Detektor RMS zapewnia dokładną konwersję wartoSci skutecznej na napięcie stałe. Charakteryzuje się zakresem dynamicznym 80dB dla sygnałów o współczynniku szczytu do 10.
Jeden wewnętrzny wzmacniacz operacyjny układu pracuje jako konwerter prąd-na-pięcie bloku VCA, a dwa pozostałe mogą być użyte w torze sygnału albo do obróbki napięcia sterującego.
Połączenie wykładniczej charakterystyki sterowania wzmocnieniem VCA i logarytmicznej charakterystyki detektora - tzw. charakterystyki "decybelowo-liniowej" - upraszcza obliczenia niezbędne do zaprojektowania obwodów sterowania procesorów dynamiki. Czyni prostszym projektowanie kom-presorów audio, ograniczników, bramek, eks-
panderów, systemów redukcji szumów, sze-rokozakresowych mierników poziomu itp. Wysoki poziom integracji zapewnia kompensację temperaturowych zmian parametrów VCA i detektora oraz minimalizację liczby zewnętrznych elementów.
Układ jest dostępny w obudowie DIP-20 lub SO-30, pracuje w temperaturze 0..70�C, zasilany symetrycznymi napięciami z zakresu ą7.. ą15V.
http://www.thatcorp.com/datashts/ 4301data.pdf
+15
C1
R1
A7\x
20k1%
THRESHOLD
V-O-
V+o-
+15O
CW
COMPRESSION R13 10k
CCW
IN SYM
VCA OJT
EC- EC+
THAT4301
IN RMS OJT IT CT
-15
GND
-OJT
Rys. 2.
Scalony modyfikator barwy dźwięku
OKI
Układ MSM6722 jest specjalizowanym elementem umożliwiającym modyfikację barwy dźwięku podawanego na wejScie. Schemat podstawowej aplikacji tego układu przedstawiono na rys. 3.
We wnętrze układu wbudowany jest wzmacniacz mikrofonowy, filtr dolnoprze-pustowy oraz system cyfrowego modyfikowania dźwięku, oparty na 8-bitowym przetworniku A/C oraz 9-bitowym przetworniku C/A. WartoSć przesunięcia częstotliwości ustala się przy pomocy 4-bitowego portu binarnego lub klawiatury z dwoma przyciskami.
Układ MSM6722 wymaga zasilania napięciem 5V i pobiera ok. 6mA prądu. Dostępny jest w plastykowej obudowie SOP24.
Przedstawicielem OKI w Polsce jest firma Elfa (tel. (0-22) 652-38-80).
http://www.elfa.se
Rys. 3.
Elektronika Praktyczna 8/99
NOWE PODZESPOŁY
MAX4571..MAX4574 - szeregowo sterowane, beztrzaskowe przełączniki audio/wideo >|/|>JXlyH
Układy MAX4571..MAX4574 są przełącznikami sterowanymi za pomocą interfejsu szeregowego, idealnymi do multimedialnych aplikacji. Każdy przyrząd ma maksymalną rezystancję w stanie włączenia 35Q, izolację wyłączenia audio -90dB przy 20kHz, a izolację wyłączenia wideo -60dB przy lMHz. Można go wprowadzić w tryb łagodnego przełączania w celu beztrzaskowego włączania i wyłączania sygnałów audio.
Układy MAX4571 i MAX4573 zawierają 11 przełączników pojedynczych (SPST], a MAK4572 i MAX4574 dwa przełączniki pojedyncze i sześć podwójnych (SPDT). MAX457li MAX4572 dysponują 2-przewo-dowym szeregowym interfejsem kompatybilnym z PC. MAK4573 i MAX4574 są wyposażone w 3-przewodowe interfejsy szeregowe kompatybilne z SPI/Q.SPI/Microwire. Wszystkie cztery układy są dostępne w 28-wyprowadzeniowych obudowach Q.SOP, SSOP i szerokich SO. Pracują w komercyjnym |0... + 70�C] lub rozszerzonym zakresie temperatur (-4O...+85�C], są zasilane poje-
Wewnętrzne prce łączniki
Interfejs
MAX4571 11 xSPST 2-przewodowy
MAX4572 2xSPST+6xSPDT 2-przewodowy
MAX4573 11 xSPST 3-przewodowy
MAX4574 2xSPST+6xSPDT 3-przewodowy
dyn czym napięciem z zakresu +2,7...5,25V.
Przedstawicielem Maxima w Polsce jest firma SE Spezial Electronic {tel. {0-95} 753-05-72}.
http://209.L2 3B.250/arpdf/l974.pdf
MflX457VMAX4573
OSOP/SSOP/SO 0AREFQRMAX4573
Rys. 4.
Nowy UART firmy
Układ SC28L92 jest podwójnym, dupleksowym UARTem z nowej serii IMPACT firmy Philips. Układ jest wyposażony w 16-bajtowe FIFO, niezależne dla odbiornika i nadajnika. Sprzętowy interfejs tego układu umożliwia bezpośrednią współpracę układu zarówno z procesorami firmy Motorola, jak i Intela. Wbudowany programowany generator szybkości transmisji pozwala wybrać jedną z 28 szybkości (50..230,4kbd] lub zaprogramować własną (maksymalna szybkość transmisji wynosi lMbd]. Istnieje możliwość programowania długości ramki danych (5..8 bitów], ilości bitów stopu, a także tryby pracy UARTa (dupleks, auto-echo, local, remote, itp. Dzięki wbudowanemu sprzętowemu generatorowi parzystości ramki procesor sterujący UART nie jest obciążany dodatkową pracą.
Układ SC28L92 dostępny jest w obudowach PLCC/PQFP44 i może byc zasilany napięciami 5 lub 3,3V.
PHILIPS
Przedstawicielami Philipsa w Polsce są firmy: Eurodis {tel. {0-71} 875-741}, Spoerle {tel. {0-22} 808-04-47} i Setron {tel. {0-22} 834-47-38}.
Elektronika Praktyczna S/99
71
Imię:....................................................
Nazwisko:
Adres:.................................................
Kupon należy wypełnić, wyciąć
i przesłać
na adres redakcji
(podany na
odwrocie)

: "0
: O
: "O
= O
: "O
: C
o ; _o
co - co
1 - co
^ : 0
1 : 5
D "O : "O : O
_O
D i 2
: LO
O : �
oni : �
o
"O
_g >Ś
t! O_
"O
"O O
Cl
O ^: O
C
-M 'O
>Ś
M
O
Pytania konkursowe
NOWE PODZESPOŁY
SP3222EH/3232EH szybkie transceivery RS-232
SP3222EH/3232EH to układy transceive-rów RS-232 dedykowanych przenośnym lub ręcznym urządzeniom, takim jak komputery notebook lub palmtop. Seria ,,H" jest mutacją wcześniejszej serii SP3222E/3232E o zwiększonej szybkości. Dla nowych uldadów szybkość transmisji danych sięga co najmniej 460Kb/s, łatwo spełniając wymagania szybkich aplikacji RS-232.
Układy SP3222EH/3232EH charakteryzują się dużą sprawnością i zasilaczem (z pompą ładunku] wymagającym kondensatorów o pojemności jedynie 0,l|xF przy zasilaniu 3,3V. Pompa ładunku zapewnia układom uzyskanie parametrów standardu RS-232 przy zasilaniu jednym napięciem z zakresu + 3,3..5,0V. Układy zawierają dwa nadajniki i dwa odbiorniki. Wytrzymałość ESD przyrządów przekracza +15kV dla pomiarów z modelem ciała ludzkiego i modelem IEClOOO-4.2. SP3222EH dysponuje trybem shutdown o małym poborze mocy, w którym wyjścia nadajników i pompy ładunku są wyłączone. W trakcie wyłączenia prąd zasilania spada poniżej l|xA.
Układy całkowicie spełniają wymagania standardów EIA/TIA-232-F w zakresie zasilania od 3 do 5,5V. Współpracują z RS-232 przy zasilaniu minimum 2,7V.
Przedstawicielem Sipex w Polsce jest firma Future (iel {0-22} 813-92-02}.
http ://www. sipex.com/dsheets/ SP3222EH.pdf
Rys. 5.
LT1792 - niskoszumny wzmacniacz operacyjny JFET
Firma Linear Technology opracowała układ, który wprowadza nowy standard doskonałości w zakresie parametrów szumowych wzmacniaczy operacyjnych JFET. Szumy napięciowe 4,2nV/VHz, małe szumy prądowe i prądy polaryzacji rzędu pikoamperów czynią LT1792 idealnym elementem do wzmacniania sygnałów o małych poziomach, pochodzących z pojemnościowych przetworników o dużej impedancji.
LT1792 jest bezwzględnie stabilny dla wzmocnienia 1 lub większego, nawet z pojemnościowym obciążeniem do lOOOpF. Innymi kluczowymi własnościwościami są: wejściowe napięcie niezrownowazenia 600|xV (maks. 800|xV w całym zakresie temperatury roboczej] i wzmocnienie napięciowe ponad 4 miliony (min. 1,2 miliona]. Każdy wzmacniacz jest w 100% testowany w zakresie szumu napięciowego (maks. 6nV/VHz], szybkości narastania napięcia wyjściowego (min. 2 , 3V/|Xs] i pola wzmocnienia (min. 4MHz].
Konstrukcja LT1792 została zoptymalizowana dla osiągnięcia optymalnych wartości parametrów przy standardowym rozmieszczeniu wyprowadzeń
rrumL

-^^J TECHNOLOGA
w obudowie SO-8. Firma podaje także specyfikację dla symetrycznego zasilania ą5V.
Aplikacje układu obejmują wzmacniacze fo top radu, wzmacniacze hydrofonowe (rys. 6], piezoelektryczne akcelerometry o dużej czułości, wzmacniacze pomiarowe i filtry aktywne.
Przedstawicielami Linę ar Technology w Polsce są firmy; Elbatex (iel {0-22} 383-22-73}, Macropol (iel {0-22} 322-43-37} i Eurodis {iel. {0-71} 87-57-41}.
http://www.linear.com/pdf/l792f.pdf
OOUTPLJT
Elektronika Praktyczna S/99
NOWE PODZESPOŁY
Lattice osiągnął 225MHz |_3ttiC6
Firma Lattice wprowadziła kolejne wersje układów ispLSI2032VE i 2032E o nowych klasach szybkoSci. Nowe układy mają dokładnie takie same charakterystyki czasowe (tpd, tco, tsu itd.) jak wczeSniejsze układy w wersjach 200MHz, poza jednym oczywistym wyjątkiem - maksymalną częstotliwością taktowania wynoszącą 225MHz.
Struktury ispLSI2032VE i 2032E to repro-gramowalne układy PLD o dużej gęstoSci. Różnią się przede wszystkim napięciem zasilania: układy 2032E są przeznaczone do pracy z zasilaniem 5V, a 2032VE ich wersją niskonapięciową mogącą pracować przy zasilaniu 3,3V albo 5V. Zawierają one 32 rejestry, 32 uniwersalne linie I/O, dwie dedykowane końcówki wejSciowe, trzy dedykowane wejScia zegarowe, jedno wejScie globalnego zezwolenia wyjSć (OE) i globalną matrycę (GRP - Global Routing Pool) zapewniającą połączenia między wymienionymi elementami (rys. 7). Układy mogą być programowane w systemie za poSrednictwem standardowego portu JTAG umożliwiającego też diagnostykę w systemie.
Podstawową jednostką logiczną jest ogólny blok logiczny (GLB - Generic Logic Błock), których w układzie jest osiem. Każdy GLB jest utworzony z czterech makrokomórek, ma 18 wejSć, programowalną matrycę AND/OR/ ExOR i cztery wyjScia, które mogą być skonfigurowane jako kombinacyjne lub rejestrowe. Do wejSć GLB są doprowadzone linie matrycy GRP i sygnały dedykowanych wejSć. Wszystkie wyjScia GLB wchodzą z powrotem
do GRP, tak że mogą zostać połączone z wejSciami dowolnego GLB układu.
Układy zawierają również 32 komórki I/O bezpoSrednio połączone z końcówkami I/O. Każda komórka wejScia/wyjScia może być zaprogramowana jako kombinacyjne wejScie, wyjScie lub 3-stanowa linia dwukierunkowa. Poziomy sygnałów są kompatybilne z poziomami TTL, a drivery wyjSciowe mogą przewodzić 4mA prądu wypływającego lub 8mA wpływającego. Każde wyjScie może być indywidualnie zaprogramowane jako szybkie (o dużej szybkoSci narastania) albo wolne dla zminimalizowania generowanych zakłóceń przełączania. Dołączenie końcówek VCCIO do wspólnego zasilania 5V lub 3,3V, powoduje dopasowanie poziomów wejSć/wyjSć do odpowiedniego standardu napięcia zasilania. WyjScia układu 2032 mogą być indywidualnie zaprogramowane jako standardowe totem-pole albo jako wyjScia z otwartym drenem, co zapewnia większą elastyczność układu. Decydują o tym również rozszerzone możliwoSci przypisywania końcówkom okreSłonych niezmiennych funkcji i możliwoSć zastosowania synchronicznego lub asyn-chronicznego zegara.
Poza układami PLD Latti-
OcmiUOnnUCIOr ce oferuje również
Corporation paMet 4EXPERT
- firmowy kompilator i kompletny system projektowania wspomagający wszystkie etapy projektowania układów - od syntezy HDL po programowanie w systemie. Układy nowej klasy szybkoSci mogą być projektowane przy użyciu Service Pack A wersji 7.1 ispEX-PERT.
Przedstawicielami Lattice'a w Polsce są firmy: Eurodis (tel. [phone]), WG-Elec-tronics (tel. [phone]) oraz Setron (tel. (0-22) 634-47-36).
X4C105 - EEPROM z supervisorem, pamięcią NOVRAM i portami wyjściowymi
Nowy układ Xicora X4C105 zawiera w sobie kilka interesujących bloków (rys. 8). Jednym z nich jest 2-przewodowa, szeregowa pamięć EEPROM o pojemnoSci 4kb wyposażona w zabezpieczenie przed zapisem. Końcówka WP (Write Protect) zapewnia sprzętowe zabezpieczenie górnej połowy pamięci przed nieumyślnymi zapisami. Maksymalna częstotliwość taktowania interfejsu szeregowego wynosi 400kHz.
Układ dysponuje jednym półbajtem nie-ulotnej pamięci NOVRAM (nonvolatile RAM) zajmującej jedną lokację. Umożliwia to dostęp do czterech bitów NOVRAM w jednym cyklu o czasie trwania 150ns. Jest to użyteczne przy Siedzeniu działania systemu lub stanu procesu. Pamięć NOVRAM jest całkowicie odizolowana od sekcji pamięci szeregowej.
Układ detekcji niskiego napięcia uaktywnia końcówkę RESET, gdy napięcie Vcc spadnie poniżej 3V. Sygnał ten blokuje również nowe operacje odczytu i zapisu oraz inicjuje automatyczne składowanie zawartoSci NOV-RAM w pamięci EEPROM. Operacja automatycznego składowania (AUTOSTORE) odbywa się przy zasilaniu z zewnętrznego kondensatora dla zapewnienia, aby wartoSci zapisane w NOVRAM nie zostały utracone w przypadku awarii zasilania.
WartoSci czterech bitów NOVRAM pojawiają się również na czterech oddzielnych końcówkach wyjSciowych dla umożliwienia ciągłego sterowania zewnętrznych układów, takich jak np. ASIC.
Pamięci EEPROM Xicora są przeznaczone do zastosowań wymagających dużej wytrzy-małoSci - przekraczającej milion cykli kasowania/zapisu - i pod tym kątem są testowane. Czas utrzymywania danych w pamięci przekracza typowo 100 lat.
X4C105 pracuje przy zasilaniu 3,3V ą10%.
Jest montowany w 20-wyprowadzeniowej obudowie TSSOP.
http : / / w w w . -xicor.com/PDF_Files/ X4C105.pdf
Przedstawicielami Xicora w Polsce są firmy: Elatec (tel. [phone]) i Setron (tel. [phone]).
XICOR
Wrtte Contro Logic

_ 1 |
HIV Generatlon EEPROM . Memory Output-
1 StHUcRAM * and Latehes
SCL Command Decode X EEPROM Memory 4brts
SDA-----
and Array
S2 ----- Contro Logic BuffefS
i 1 i Ś Contro
YDecoder
Data Register LowVbtogeDeted Timlng


Rys. 8. Power On Reset Monitor Supply

oo
Ol O2 O3
' DO Dl D2 D3
CE WE
CAP
|----Vx
RESET
Elektronika Praktyczna 8/99
73
NOWE PODZESPOŁY
Nowe układy zerowania mi kroprocesorów
ANALOG DEVICES
Firma Analog Devices wprowadziła na rynek serię tanich układów monitorowania napięcia, montowanych w miniaturowych obudowach SOT-23. Układy z serii ADM181x mogą być użyte w każdej aplikacji, w której system elektroniczny musi być wyzerowany, gdy napięcie przekroczy lub spadnie poniżej okreSlonej wstępnie wartoSci.
Dzięki funkcji opóźnienia zerowania, układy mogą zapewnić niezawodny rozruch systemu. Zanim system wystartuje, działanie zasilacza musi się ustabilizować. Układy ADM181x zapewniają typowo 150ms opóźnienia przed wy-zerowaniem i inicjacją pracy systemu.
W serii ADM181x są układy o przeciwsob-nym wyjSciu zerującym lub wyj S ci u typu otwarty dren, z aktywnym poziomem wyso-
kim lub niskim. Niektóre układy (ADM1813, ADM1818) mogą współpracować z przełącznikiem przyciskowym do "ręcznego" zerowania.
Dodatkowo, do dyspozycji są różne wersje układów monitorujących napięcie zasilania 5V lub 3,3V, dopuszczające różne tolerancje napięcia: 5%, 10%, 15% i 20%.
Przedstawicielem Analog Devices w Polsce jest firma Alfine (tei. (0-61) 820-58-11).
http : / / w w w . analog.com/pdf/ ADM1810_18_0.pdf
Typ układu Wyjście Poziom zerowania Monitorowane napięcie Tolerancja
ADM1810 przeclwsobne niski 5V 5%, 10%, 15%
ADM1811 otwarty dren niski 5V 5%, 10%, 15%
ADM1812 przeclwsobne wysoki 5V 5%, 10%, 15%
ADM1813 otwarty dren niski 5V 10%, 20%
ADM1815 przeclwsobne niski 3,3V 10%, 20%
ADM1816 otwarty dren niski 3,3V 5%, 10%, 20%
ADM1817 przeclwsobne wysoki 3,3V 5%, 10%, 20%
ADM1818 otwarty dren niski 3,3V 5%, 10%, 15%
ADM1*13MDM1�1S
J RST
Rys. 9.
AT89C1051U
8-bitowy mikrokontroler z 1KB Flash
Atmel opracował nową wersję swoich zminimalizowanych mikrokontrolerów '51. AT89C1051U jest niskonapięciowym (2,7...6V), wydajnym 8-bitowym mikrokont-rolerem CMOS z 1KB programowalnej i kasowalnej pamięci Flash ROM. Pracuje tak samo i jest funkcjonalnie taki sam jak AT89C1051, a ponadto dysponuje programowalnym portem szeregowym UART. Przyrząd jest wytwarzany przy użyciu firmowej technologii nieulotnej pamięci o dużej gęs-toSci Atmela. W zakresie listy instrukcji jest zgodny z przemysłowym standardem MCS-51. Dzięki połączeniu w jednym monolitycznym chipie wszechstronnej 8-bitowej jednostki centralnej (CPU) i pamięci Flash z dwupoziomową blokadą zapisu, AT89C1051U jest mocnym mikrokomputerem zapewniającym wysoce elastyczne i tanie rozwiązanie dla wielu zamkniętych aplikacji sterowania.
AT89C1051U ma następujące standardowe cechy: 1KB pamięci Flash, 64B RAM, 15 linii wejScia-wyjScia, dwa 16-bitowe timery/licz-niki, architekturę przerwań o pięciu wektorach i dwóch poziomach, w pełni dupleksowy port szeregowy, precyzyjny komparator analogowy, wewnętrzny oscylator i obwody zegara.
Konstrukcja AT89C1051U jest całkowicie statyczna, dzięki czemu kontroler może pra-
cować przy dowolnych częstotliwościach od 24MHz do zera herców i dysponuje dwoma wybieranymi programowo trybami zmniejszania poboru mocy. W trybie Idle jest zatrzymywana jednostka centralna, a pamięć RAM, timery/liczniki, port szeregowy i system przerwań funkcjonują dalej. W trybie Power Down jest zachowana zawartoSć pa-
JCTAL1 XTAL2
ALE/PROG
CPU
mięci RAM, ale przestaje działać oscylator wyłączając pozostałe funkcje kontrolera do czasu następnego sprzętowego zerowania.
Przedstawicielami Atmela w Polsce są firmy: Codico (tei. (0-51) 642-88-00) i Gamma (tel. (0-22) 663-83-76).
http://www.atmel.com/atmel/acrobat/ docl045.pdf
>>
ii
EUART
RAM 256x8
Ś C51 Ś CORE.
TimerO Tlmerl
INT
Ctrl
inr
ROM
/EPROM
0/16/32/64KxB
XRAM 256/768x8
a. t- t-
lii
PCA
Timei2
Rys. 10.
IB-bus
tttttt
Ś i i i i r^
Parallel l/O Parts & Ext. Bus
PortO Parti Port2 Rit3
ffff
Watch Dog
Elektronika Praktyczna 8/99
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.
Zamek szyfrowy typu "SEJF"
W artykule znajdziecie
opis niezwykłego zamka
szyfrowego, z którego
pokonaniem będą mieli
trudności najwyższej klasy
specjaliści z branży
"włamaniowej".
Projekt
065
Chyba wszyscy widzieli (jeśli nie "na żywo", to s pewnością w filmach) zamki szyfrowe w sejfach. Jest to gałka, którą pokręcając w prawo i w lewo wybiera się odpowiedni kod do otwarcia za-mka. Gałka ta steruje skomplikowanym mechanizmem kółek zębatych i zapadek, mających na celu odblokowanie mechanizmu zasuwy.
Chciałbym zaproponować elektroniczną wersję tego zamka. W porównaniu ze swoim mechanicznym odpowiednikiem, zamek ten ma trzy poważne zalety, a mianowicie:
- nie otworzy go żaden "Kwinto", gdyś nie wydaje dźwięków mogących naprowadzić włamywacza na trop właściwego kodu;
- można w nim zmieniać kod otwarcia dowolną liczbę razy;
- na pewno jest dużo tańszy wwykonaniu niż jego mechaniczny odpowiednik.
Niestety ma on również jedną wadę, a mianowicie do pracy potrzebuje zasilania.
Sercem układu jest procesor PIC16C84. Wybrałem ten
procesor ze względu na zawartą w jego strukturze 64-bajtową pamięć EEPROM, w której będziemy przechowywać kod otwarcia zamka, jak również dane o konfiguracji. Pojemność tej pamięci umożliwia wprawdzie zapisanie 63 liczb kodu (64 bajty minus jeden bajt, w którym przechowywane są dane o konfiguracji), ale ograniczyłem ich liczbę do dziesięciu, co i tak daje około 10 miliardów możliwych kombinacji, gdyż jako pojedynczą "cyfrę" (znak kodu) zastosowano dwucyfrowe liczby z zakresu od 00 do 99.
Opis układu
Schemat zamka przedstawiony jest na rys. 1. Jak widać, układ zamka jest bardzo prosty i zawiera trzy główne elementy: enkoder jako manipulator, procesorz programem zamka i wyświetlacz, Elementy Rl, C3 i Dl tworzą obwód zerowania procesora, którego zadaniem jest podanie krótkiego impulsu ujemnego na końcówkę MCLR.
Elementy R6, Tl i PICl tworzą obwód sterowania uk-
ładem wykonawczym zamka np. elektromagnesu lub układu napędowego zasuwy. Elementy R5, T2 tworzą obwód sterowania alarmu, tj. można go podłączyć do centralki alarmowej lub przez dodatkowe układy wykonawcze (np. przekaźnik) bezpośrednio do syreny alarmowej. Funkcja tego wyjścia będzie opisana w części poświęconej programowi zamka. Wyjście oznaczone jako EUZZER, sterowane bezpośrednio z wyjścia RA4, jest wyjściem typu otwarty kolektor o wydajności prądowej 25mA. Ta wartość prądu jest wystarczająca do sterowania sygnalizatorów piezoelektrycznych dostępnych w handlu. Rezystor R4 ma za zadanie ograniczyć maksymalny prąd tego wyjścia do ok. 15mA (przy zwarciu), a poza tym pełni rolę regulatora głośności buzzera. Obwód z elementami R2, C5, R3 i C4 jest obwodem polaryzacji wyjścia enkodera i tłumika drgań, jakie powstają podczas przełączania jego styków. W układzie zastosowano wyświetlacz ciekłokrystali-
Elektronika Praktyczna S/99
75
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
ui
PIC16C84
Vdd
Vss
RB1 RB2
RB3 RB4 RB5 RB6
RB7
RA3
Rys. 1.
czny 1x16 znaków, z popularnym kontrolerem HD447 80 firmy Hitachi.
Podczas konstruowania zamka brałem pod uwagę zastosowanie wyświetlaczy 7-segmentowych lub matryc LED, ale ich wadą (w tym zastosowaniu) jest ich zbyt duża widoczność. Wyświetlacz ciekłokrystaliczny z kontrolerem zastosowano ze względu na uproszczenie konstrukcji, a przy okazji wykorzystano zaletę (czasami wadę) tego typu wyświetlaczy, tj. mały kąt widzenia. Osoby stojące z boku lub w większej odległości od wyświetlacza nie będą mogły podejrzeć wpisywanego kodu. Wyświetlacz pracuje w trybie z 4-bitową szyną danych.
Więcej miejsca zajmie opis programu procesora, w którym ,,zaklęta" jest cała inteligencja zamka.
Zasada działania
Na początku muszę wyjaśnić kilka szczegółów dotyczących obsługi zamka. Zatwierdzenie liczby następuje zawsze po około 1,5 s od momentu, w którym wstrzymamy (po wybraniu liczby) obracanie osi enkodera, a całego kodu po upływie 3 s od momentu, w którym skończymy obracać oś enkodera.
C1 , 20p
XI
4MHz
7 e
8 5
9 4
10 11
11 12
12 13
13 14
Vcc
EN
RW
RS
D4
D5
D6
D7
Vb
C2
20p
Enkoder pracuje w trybie "na okrągło" modulo 100, tzn. kręcąc osią enkodera w prawo, po osiągnięciu stanu 99, przy dalszym obrocie w prawo licznik osiągnie stan 00, a przy obrocie w lewo przejdzie ze stanu 00 do 99. Każdorazowo po zatwierdzeniu liczby kodu, całej sekwencji kodu oraz przy przechodzeniu z jednego stanu do następnego, układ generuje krótki dźwięk.
W dalszej części opisu programu przez określenie "należy podać" należy rozumieć, że obracając osią enkodera ustawiamy odpowiednią liczbę. Po zatwierdzeniu liczby i całego kodu, wyświetlane liczby są maskowane dwoma gwiazdkami.
Opis programu
Przy pierwszym włączeniu zamka procesor przejdzie do trybu konfiguracji i zgłosi się komunikatem:
Wprow. kod ->"<-
W tym stanie procesor czeka do czasu, aż podamy przynajmniej jedną liczbę kodu. Teraz należy podać pierwszą liczbę kodu i zaczekać na jej zatwierdzenie. W momencie zatwierdzania procesor poda komunikat przez ok. 0,5 s:
zapisałem
i będzie czekał na następną liczbę. Jeśli nie będziemy ruszać enkodera przez następne 1,5 s (czas potrzebny do zatwierdzenia całej sekwencji) procesor uzna, że zakończyliśmy wpisywanie kodu zamka. Jeśli chcemy wprowadzić więcej liczb po komunikacie zapisałem, należy podawać następne liczby według schematu podanego wyżej.
Jak wspomniałem wcześniej liczbę znaków (liczb) kodu ograniczyłem do 10 i po zatwierdzeniu ostatniej, dziesiątej liczby procesor od razu przejdzie do ustawiania trybu pracy. Oczywiście, nic nie stoi na przeszkodzie, aby podać mniej liczb i wtedy należy zaczekać na zatwierdzenie całej sekwencji. Trzeba jeszcze dodać, że kod może się składać z jednakowych liczb, ale w czasie wpisywania kodu (zarówno podczas wprowadzania kodu, jak również w czasie otwierania zamka) należy, po każdorazowym zatwierdzeniu liczby, obracając osią enkodera na moment przestawić licznik na inną liczbę, a następnie wrócić na właściwą.
Po zakończeniu wprowadzania kodu otwarcia, procesor zapyta o tryb pracy zamka. Mamy do dyspozycji dwa tryby pracy: bistabilny i mono-
stabilny. W trybie monostabil-nym zamek jest otwarty tylko przez określony czas, a w trybie bistabilnym zamek jest otwarty dopóki nie przekręcimy osi enkodera ze zwłoką 3 s.
Domyślnym trybem pracy jest tryb monostabilny. Procesor poda komunikat:
Tryb: ->Monostab.
Jeśli teraz nie będziemy kręcić osią enkodera, to po upływie ok. 3 s procesor przyjmie, że właśnie ten tryb pracy wybraliśmy, a jeśli przekręcimy osią enkodera w prawo, nastąpi zmiana na tryb bistabilny i ukaże się komunikat:
Tryb: ->Bistab.
Powrót do trybu monosta-bilnego nastąpi jeśli przekręcimy oś enkodera w lewo. Po wybraniu trybu pracy należy zaczekać na jego zatwierdzenie. Jeśli wybraliśmy tryb monostabilny, procesor zapyta jeszcze o czas otwarcia zamka. Pojawi się komunikat:
Opóźnienie ->10<-
Jest to czas podany w sekundach. Kręcąc enkoderem w prawo lub w lewo można ten czas ustawić w przedziale od 2 do 64 s.
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl: 91kQ R2, R3: 9,lkQ R4: 330Q R5, R6: 4,7kQ Pl: 10ka/A montażowy Kondensatory Cl, C2: 20pF ceramiczny C3, C8, C9, C10: lOOnF ceramiczny
C4, C5: 39nF ceramiczny Có, C7: 100^F/16V Półprzewodniki Dl, D2: 1N4148 Tl, T2: BC547
Ul: PIC16C84 zaprogramowany
U2: LM7805 Różne
IMP1: ECW1J-BC0024 (Bourns)
JP1: listwa łqcz. 2 bieg. do druku typ ARK JP2: listwa łqcz. 3 bieg. do druku typ ARK JP3: listwa łqcz. 3 bieg. do druku typ ARK miniat. JP4: listwa łqcz. 2 bieg. do druku
JP5: listwa stykowa 14 bieg.
Xl: rezonator kwarcowy 4MHz
PK1: przekaźnik G6GN-2D 5V (OMRON)
Elektronika Praktyczna 8/99
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
JP5
JP4
A JP3

J 2 3
U 2
1
2 a i-1 H( 1t2
Rys. 2.
Po skonfigurowaniu zamka procesor jeszcze raz wyświetli nam kod dostępu i tryb pracy. Jeśli wybraliśmy tryb monostabilny, to również czas otwarcia zamka. Potem procesor wygasi wyświetlacz i przejdzie do właściwego programu obsługi zamka. W programie głównym procesor wygasza wyświetlacz i czeka, aż obrócimy osią en-kodera. W momencie wykrycia impulsów z enkodera, procesor włącza wyświetlacz i podaje komunikat:
Podaj kod -> **<-
W tym momencie należy podać pierwszą liczbę kodu i zaczekać na jej zatwierdzenie, co sygnalizowane jest komunikatem:
sprawdzam
W ten sam sposób należy podać wszystkie liczby kodu i zaczekać na zatwierdzenie całego szyfru. Jeśli podaliśmy
błędny kod, to wyświetlony zostanie komunikat:
! BLAD !
i procesor wróci do początku programu głównego. Trzykrotne podanie błędnego kodu otwarcia powoduje aktywację wyjścia ALARM. Alarm można skasować tylko podając prawidłowy kod otwarcia. Jeśli podaliśmy prawidłowy kod, to wyświetlony będzie komunikat:
*OTWARTE*
i zostanie załączony przekaźnik PKl. Jeśli zamek pracuje w trybie monostabilnym, to po upływie czasu, jaki podaliśmy podczas konfiguracji zamka lub po przekręceniu osi enkodera zostanie wyświetlony komunikat:
* ZAMKNIĘTE*
wyłączony zostanie przekaźnik PKl i procesor wróci do początku programu głównego. Czas ten można skrócić poprzez przekręcenie osi enko-
dera i odczekanie 3 s. W trybie bistabilnym przekaźnik będzie włączony do czasu ponownego przekręcenia osi enkodera i odczekaniu 3 s. W czasie, gdy zamek jest otwarty można go przekonfigurować.
Aby wejść do programu konfiguracji, należy obracać osią enkodera według schematu: 10 w prawo, 20 w lewo, 30 w prawo i 40 w lewo (licząc od ostatniej wprowadzonej liczby kodu), oczywiście za każdym razem trzeba zaczekać na zatwierdzenie wprowadzanej liczby, a na koniec zaczekać na zatwierdzenie całego kodu.
Podczas wpisywania kodu wejścia w tryb konfiguracji na wyświetlaczu będzie wyświetlana tylko liczba kodu:
Jeśli wpisana sekwencja jest poprawna, procesor przejdzie do trybu konfiguracji, z tą różnicą, że jeśli nie chcemy zmieniać kodu otwarcia, to po pojawieniu się komunikatu:
Wprow. kod ->**<-należy odczekać 3 s. Wtedy procesor przejdzie do ustawiania trybu pracy i jeśli również tego parametru nie chcemy zmieniać, to ponownie czekamy 3 s.
Jeśli wybrany był tryb monostabilny, to procesor przejdzie do funkcji ustawiania czasu otwarcia, a po zakończeniu tej procedury procesor jeszcze raz wyświetli nam całą konfigurację, wyłączy przekaźnik PKl, wygasi wyświetlacz i przejdzie do programu głównego.
Montaż i uruchomienie
Cały układ zmontowany jest na jednostronnej płytce drukowanej, której rysunek znajduje się na wkładce we-
wnątrz numeru, a rozmieszczenie elementów jest widoczne na rys. 2.
Jeśli chodzi o montaż elementów, to należy się kierować ogólnymi zasadami dotyczącymi montażu elementów elektronicznych. Najpierw montujemy wszystkie złącza i elementy bierne, a później tranzystory i diody. Na końcu montujemy procesor, pod który warto wstawić podstawkę, wyświetlacz i enkoder. Jeśli chodzi o wyświetlacz i enkoder, to montujemy je od strony druku i dlatego należy je wlutować w płytkę w ostatniej kolejności. Nieco więcej uwagi należy poświęcić montażowi wyświetlacza. W modelowym układzie pod wyświetlacz zastosowano złącze wielostykowe, co ułatwia demontaż wyświetlacza w przypadku wyszukiwania uszkodzeń. Prawidłowo zmontowany układ działa od razu po włączeniu zasilania. Należy tylko przed wstawieniem procesora i wyświetlacza sprawdzić napięcie zasilania, a jedyną regulacją jest ustawienie potencjometrem Pl kontrastu wyświetlacza. Układ ze względu na wbudowany stabilizator napięcia może być zasilany napięciem stałym z przedziału 9-15V. Przy większych napięciach zasilania (maks. 35V) należy stabilizator umieścić na radiatorze.
Na koniec jeszcze jedna uwaga. Należy bardzo ostrożnie postępować przy wpisywaniu kodu otwarcia zamka, gdyż nie ma możliwości późniejszego odtworzenia lub skasowania tego kodu. Jeśli zapomnimy kod otwarcia, to trzeba przeprogramować cały procesor od początku. Maciej Zaręba
Elektronika Praktyczna 8/99
77
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
Udarowa czujka alarmowa
Prze dsta wiamy
oryginalną konstrukcję
wibracyjnego czujnika
włamania, który został
wyposażony przez
konstruktora w bardzo
prosty, cyfrowy "intelekt".
W systemach sygnalizacji włamania możliwym do wykorzystania zjawiskiem są wstrząsy powierzchni zewnętrznych ochranianego obiektu, powstające w wyniku ingerencji intruza. Logicznym następstwem tego byłoby stosowanie czujek wstrząsu, jako urządzenia najwcześniej wykrywającego próbę włamania. Niestety proste czujniki wstrząsu nie rozwiązują problemu, gdyż będą reagować na każdy wstrząs przekraczający nastawiony próg czułości, tak więc każdy pojedynczy
wstrząs pochodzący od wyładowań atmosferycznych spowoduje wzbudzenie alarmu. Produkowane przez renomowane firmy czujki wykorzystują do analizy sygnału układy mikroprocesorowe, co zapewnia zmniejszenie prawdopodobieństwa wzbudzenia fałszywego alarmu niemal do zera. Cena takiej czujki jest jednak tak wysoka (porównywalna z ceną małej analogowej centrali), że skutecznie od-stręcza od jej stosowania, tym bardziej, że w obiekcie należałoby zamocować kilka lub kil-
Projekt
066
kanaście czujek wstrząsu we framugach okien, drzwi, klapach dachowych itp.
Przedstawione w artykule urządzenie jest pośrednim rozwiązaniem między wyrafinowaną techniką mikroprocesorową, połączoną z mechaniką precyzyjną, a prostymi czujnikami
Elektronika Praktyczna 8/99
77
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
z elementem piezocerarnicz-nym i elektroniką analogową.
Udarowa Czujka Licząca (UCL) składa się (schemat na rys. 1) z elementu piezocera-rnicznego połączonego ze wzmacniaczem tranzystorowym licznika impulsów zbudowanego na układzie CD4520, układu monostabilnego czasu zliczania i monostabilnego układu wyjściowego (CD4538) oraz układu wykonawczego, którym jest tranzystor z otwartym kolektorem lub kontaktron ze stykami zwiernymi.
Drgania powierzchni wytworzą w elemencie piezocera-micznym ciąg impulsów, które po wzmocnieniu (Tl, T2) i przetworzeniu na impulsy prawie cyfrowe (Dl, D2 i T3) "wysterują generator monosta-bilny 1/2U2, a ten na określony czas (R24, C22) odblokowu-je licznik 1/2U1 + 2/2U1, który z kolei zlicza te impulsy.
Jeśli licznik Ul doliczy do nastawionej liczby (diody D21-26) w czasie trwania impulsu z monowibratora 1/2U2, to poprzez powstanie zbocza opadającego na R21 uruchomi generator monostabilny wyjściowy 2/U2 sterujący tranzystorem wykonawczym T21. Dioda LED D27 sygnalizuje czas zliczania i jednocześnie rnośe stanowić wskaźnik czułości, a D28 sygnalizuje stan alarmowania. Obie diody po wyregulowaniu czujki należy wyłączyć poprzez zdjęcie zwory 22, w celu zmniejszenia poboru prądu.
Absolutnie niewskazane byłoby pozostawienie ich "na widoku", gdyś potencjalny włamywacz widząc nastawy czasu i czułości mógłby próbować znaleźć takie miejsce, w którym czujka słabo reaguje. Liczba zliczonych impul-
sów stanowi sumę wag wszystkich zawór zwierających diody D21-26 do plusa.
Stan alarmu definiowany jest w oparciu o prostą analizę amplitudy impulsu oraz czasu (liczby impulsów) co jest zobrazowane na rys. 2. Zasadniczym czynnikiem będzie tu si-
ła wstrząsu powierzchni. Od niej bowiem zależą dwa najważniejsze parametry tzn.: czas trwania impulsów i zdolność do wytworzenia określonej liczby impulsów przekraczających nastawioną amplitudę.
W przykładzie z rys. 2, jeśli wstrząs trwa 5 sekund, to będzie zbyt słaby, aby wytworzyć wystarczającą liczbę impulsów i dopiero trwający min. 6,5 s wytworzy 4 impulsy niezbędne do wywołania stanu alarmu.
Jeśli uwzględnimy fakt, śe częstotliwość drgań zależy od metod używanych do zniszczenia powierzchni oraz rezonansu własnego materiału z jakiego jest wykonana, to nasuwają się wnioski co do stosowania czujki w konkretnych warunkach.
Oto przykłady: 1. Ustawiamy czas zliczania na np. 3 s, 30 impulsów oraz małą czułość, co spowoduje, śe czujka przymocowana do ściany wygeneruje stan alarmu dopiero w trakcie wiercenia udarowego lub wręcz roz-
bijania powierzchni ściany. 2. Ustawiamy czas zliczania na np. 20 s, 126 impulsów oraz duśą czułość, co spowoduje, śe czujka wykryje takie zjawiska, ale i takśe słabe drgania trwające przez dłuższy czas lub powtarzające się. Ponadto, jeśli czułość zostanie "rozsądnie" nastawiona, to czujka zignoruje przypadkowe wstrząsy pochodzące od np. wyładowań atmosferycznych, gdyś pojedyncze wyładowanie nie wytworzy 126 impulsów. Natomiast próby wiercenia udarowego ściany w trakcie trwania burzy wytworzą taką liczbę wstrząsów, śe spełnią warunki niezbędne do wzbudzenia alarmu.
W tym miejscu powinienem podać jakieś wskazówki konstrukcyjne, ale wydaje mi się, śe układ jest tak prosty, a rodzaje obudów tak liczne, śe ograniczanie inwencji twórczej konstruktorów jest niewskazane.
1PSK DadyD1,2,4-271N414B,VHiyitkla
bnnzyitafy typu BC 548 B, rrtkrowiflcanh wypcłnantyiHbatafaMngo nnJaty dobrać zalBfrito od typu obudowy; bIb Udr aby po Śkicaniu jsj był w Etami MC.
Rys. 1.
78
Elektronika Praktyczna 8/99
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
Licznik czujki nastawiony na 4 impulsy
czas trwania wstrząsu nastawiony na 7 sekund
Rys. 2.
Ponieważ UCL posiada regulację trzech parametrów tzn. czułości, czasu, zliczenia i liczby zliczonych impulsów, to dopasować ją można do każdego rodzaju podłoża i wyregulować tak, aby reagowała na określone rodzaje wstrząsów ignorując przypadkowe lub naturalne drgania powierzchni.
Wprawdzie UCL nie może konkurować z mikroprocesorowymi czujkami pod
poziom czułości względem precyzji rozróżniania wykrywanych wstrząsów, to bez wątpienia jest tańsza, a co za tym idzie, zamiast jednej ,,mikro pro cesorówki" można zamocować kilka UCL i każdą indywidualnie wyregulować.
Na zakończenie wspomnę jeszcze o "włączniku antysabotażowym", którego istnienie podyktowane jest przepisami Polskiej Normy ,,Systemy Alarmowe", wymagającej takiego włącznika w urządzeniach systemów od klasy SA2. Jeśli jednak instalacja alarmowa ma klasę SAl lub jest bezklasowa, a czujka nie będzie narażona na próby sabotażu, to montowanie go nie jest konieczne. Krzysztof Golenia
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:
new$://new$. ep. com.pl
LiSTA DYSKUSYJNA
Samochodowy alarm ze zdalnym
sterowaniem
kitAVT-806
Na płytce drukowanej nadajnika błędnie podłączono wyprowadzenia 2 i 3 układu IC2. Należy zamienić je miejs-
cami. Pojemność kondensatora Cl powinna wynosić 33OpF, zamiast lOOpF jak podano w wykazie elementów. Na schema-
cie nadajnika podczerwieni (rys. 3) dwukrotnie występuje rezystor R4 (o rezystancji l,5kn i 20H). Rezystor o rezystancji
IKA 4/99
20H powinien być oznaczony R6. W wykazie elementów nadajnika brakuje kondensatora C3 o pojemności 220nF.
Semidupleksowy RS485
W majowym numerze EP opisaliśmy projekt interfejsu -konwertera RS232/RS485. Duże zainteresowanie wśród Czytelników budzi nieco inna wersja tego urządzenia, przystosowana do pracy z jedną parą kabli i możliwością tworzenia sieci z wieloma nadajnikami.
Niestety kit AVT-814 nie jest przystosowany do pracy
z jedną parą kabli i w systemie multimaster. Spełnia on tylko rolę galwanicznego separatora oraz konwertera napięciowego. Ze względu na przyjęte założenia interfejs nie modyfikuje logicznie w żaden sposób przesyłanego sygnału. Tak więc praca w systemie z wieloma masterami wymaga wbudowania w interfejs odrobiny "inte-
ligencji", która może zostać za-implementowana w sprzęcie lub w oprogramowaniu terminalowym.
Wielu producentów (Ma-xim, Sipex, Linear Technology, Analog Devices) oferuje scalone transceivery z zewnętrznie ustalanym kierunkiem transmisji danych po jednej parze kabli. Ze względu na
IKA 5/99
sposób przesyłania danych przez taki transceiver niezbędne jest wyposażenie interfejsu w moduł zarządzający kierunkiem transmisji danych.
Jeżeli grupa zainteresowanych Czytelników jest duża opracujemy sieciowy interfejs RS485 z jednoparowym łączem przewodowym. Prosimy o lis-
ty.
82
Elektronika Praktyczna 8/99
UJ
*
(O 0) 0)
1U 4
(Q 0) 0)
lii
0) 0)
1U
0)
a.
iu
*
Test
C&yloskopy tofo�? firmy
Hewlett-F^cka nd EP2&G, str 31
Przegląd narzędzi Ijtownitzych, część 1 EP4$8, str 29
Przegląd narzędzi Ijtownitzych, część 2 mim, str 27
Przegląd narzędzi Ijtownitzych, część 3 EP&CG, str 27
Notatnik Praktyka
Współpraca OrCADa z AutoTramn EP2L6,str 73
Płytki drukowane wdorru, część 1 mim, str 23
Płytki drukowane wdorm, część 2 EP6/9S, str 17
Płytki dwkowanewdomi, część 3 mim, str 21
Parne:i EEPROM westernach
mikroprocesorowych EP8C6,str 17
Parne:i EEPROM westernach
mikroprocesorowych EP9/9S,str 21
Zwrotnice głośnkowę - zapomnane
ognwo, tzęść 1 EP10/9S, str 23
Zwrotnice głośnkowę - zapomnane
ognwo, tzęść 2 EP11/96, str 23
fez wpćwek
Bibloti Bibloti Bibloti Bibloti Bibloteka LP Bibloteka EP
Rynek
Biblioteka
Forum
Forum Forum Forum Forum Forum Forum Forum Forum Forum Forum Forum Forum
Programy
Pakiet projekbwy EDWin EDWin krok po kroku, części EDWin krok po kroku, część 2 EDWin krok po kroku, część 3 Kabbgi na cztery nogi EDWin krok po kroku, część 4
EPi2L6,str 31
B, str 91
B, str 91
B, str 39
B, str 39
EP&C6, str 33
EP12&6, str 95
mim, str 39
mim, str 9)
mim, str 39
EP4&6, str 92
EP5&6, str 91
EP&C6, str 9)
mim, str 9ł
EP&C6, str 37
EPa^s, str ss
EP10C6, str 33
EP11/96, str 33
EP12&6, str 96
EP3C6, str 24 LP9lm, str 23 EP10C6, str 31 EP11L6,str 31 EPi2L6,str 27 EPi2L6,str 33
Projekty Czytelników
Stereofonczny nadajnk UKF-FM OIRT
iCCIR EP1LG,str 31
Elekiionczny termometr
zczujmkem PtiCO EP1LG,str 33
Wzmacniacz lampowy audio mim str 35
Interfejs GPIB <-> Centronics/FS-232 mim, str 37
Mikroprocesorowy sterownik
magistrali I2C EP3L6,str 35
Dornobn klalłiowy EP4^S, str 37
Programowalna karta ]/O do PC mim, str 35
Sterownik nagrzewnicy elektryczne] EP&C6, str 33
Interfejs MIDI do korrpu terów Atari EP&9S, str 86
Klawialura elektronicznego instrumentu
rwzycznego mim, str 37
TesbrłjtzaRS-232 EPS^.str 79
Stacja lubwncza EP3CG, str 82
Uniwersalny sterownik oświetlenia
dyskobkow?go L?9lm, str 35
Cyfrowy zegar sferujacy DCC-51 EP10/9S, str 35
Zdalnie sterowany zamek szyfrowy EP11&S, str 81
Interkom do motocykla EP11/S8, str 35
Cen lialka alarmowa
z mikroprocesorem PIC16CS4
Zestaw uruchomieniowy da transponderów H CS410 firmy Mcrochp mim, s Monitorzasilania PM-22 EPaCG.s
Z es bw u ruchome mowy
sff 31 s& 32 sff 30
Sprzęt
Telewizja cyfrowa i standard MPE&2
JTAG - swa bwy standard
bsbwana, częsc 1
Sieci o inteligencji
rozproszonej - LonWorks, część 2
Nowe częstośćornierze modułowe
Profesjonalne złącza bniczne, kable
isysferny rnulticorowe
M& - swa bwy standard
bsbwana, częsc 2
Sieci o inteligencji
rozproszonej - LonWorks, część 3
System kontroli dos^pu
Przyrząd Jakiego nebyło- HP3497Qft
Sieci o inteligencji
rozproszonej - LonWorks, część 4
Wyświetlacze cekłokrystaliczne
na zamówienie
System identyfikacji bezstykowej
zukłaiarni PCF7930
Sposobna 'niale"Alrree
Emulabr sprzębwy
Pro&amy z płyt CD-EP
ST6-Realrzer wpraktyce EP10/9S, str 81
ST6-Realrzerwprakrjce EP11^e,str 79
Raport
Prosty wzmacnacz
telefoniczny EP1^e,str &7
Tor zdalnego sterowania, ccs: 1 EP5&G, str &9
Tor zdalnego sterowania, ccs: 2 EP&^S, str 23
Progranowany brmostat, częi 1 EP&CG, str 21
Starbr Kit dla układów Coolffannef
C&yloskop&ouldCassc95CC
Sieci o inteligencji
rozproszonej - LonWorks, część 5
Analizator sbnów logcznych 5016/32
Nowe oscyloskopy firmy Hewlett-Packard
Ctecyloskop HP54645D
ALL-11 - nowy programator
firmy Hi-Lo Systems
Emilabr mikro kontrolerów AT39CO51
IDTWmChip Cenbur C6- tanio,
szybko, pewnie i
AlphaPC 164 LX-stacja rotocza
w cenie PC
PrzetoornikA/CdoPCfinrpASA
EP12L6, str &9
EP1^S, str 19 EP1^S, str 75
EP1L6, str 91 EP2L6, str 19
21 , str 79
, str &3 , str 26 , str 31
, str si , str &3
, str 23 , str 25
, str 27 , str 2& , str 79
, str SI
, str 31
, s& 33
, str 32
, str 27 , str 2&
, str 29
, str 30 , str 32
Za MA C Howy zesbw
Automatyka na wesota
XPLA-Prommer - doskonałe narzędzie
dla doskonałych układów LP9lm, str 32
Starter kitdla p roceso rów AV R EP10/9S, slj 27
Karb oscyloskopowa firrnyOpbl EP10/9S, str 23
SIMICE- narzędzie dla wymagających EP10/9S, str 29
Czy grozi Ci "Amnesa"? EP10/9S, str 30
Modemy radowe Adianbcha EP11^S, str 23
Kompubr panebwy Adiantech PPC-102 EP11L6,s& 29
Unwersalna karta we^ciaAwyjścB do PC EP11/98
Dljzsze znaczy lepsze - nowe LCGOl EP12&S, str 35
Zestaw uruchomieniowy USB
firmy Cypress EP12&G, str 39
Kurs
Komponent Debhi symulujący diody LED EP1^S, str 73
Procedury standardowe EP5^S, str 31
Procedury standardowe EP6/9S, str 79
Podzespoły
Nowe podzespoły EP1^S, str 69
Nowe pamcci nieulotne firmy Dallas mim, str 25 Nowe podzespoły . EP2^S, str 69
Układy zerujące do urządzeń
cyfrowych, część 1 pumiimii
Układy zerujące do I rządzę ii
cyfrowych, część 2
Nowe podzespoły
Nowe podzespoły
Nowości Microchipa
Nowe podzespoły
Nezwykl? pamecifirrny Xicof
Bezpeczne przekaźniki
firmy NAIS Matsus|*te
Nowe podzespoły .,
Scalony sto równik tranzystorów
firmy Motorola .,".
Nowoczesne interfejsy
Inni telefonicznych mim,
Nowe podzespoły mim,
Nowe podzespoły EP&^S,
Nowe podzespoły L?9lm,
Mkrokon&ot?iy C0P3 EPa^S,
Parne: i wiebporbwe i FIFO
firmy IDT EP1&C6,
Nowe podzespoły
Płaskie ekrany LCD
Nowe podzespoły EP11&S,
Nowe podzespoły
Nliniprojekty
M miaturowe inwertery napicia EP1^S, str 67
Trójtonowy gong drzwiowy mim, str 63
Generabr dźwęków alarmowych EP2^S, str 65
Rozładowywarka do akumulatorów NiCd EP2^S, str 66
Oswetacz nokbwrzyjny
do kamery wideo mim, str 73
mim,
Regulator oświetlenia
x czujnikiem dotyiowym
Minia li rowy analizator
stanów logicznych EP4&S
Układ zerujący do urządzeń cyfrowych EP4&S
P rzekaź n ik półp rzewod n ikowy mim
Generabr rytmów perkusyjnych mim
Ebktroniczny układ zapłonowy EP5^6
Muzykalny gadżet EP&^S,
M krop roceso rowy generator impulsów EP&C6,
Welkogabarytowy wyświeBacz
siedmiosegmenbwy
Ebktroniczny 'bbk"
Czbrokanałowy wzmacniacz
samochodowy
Prosty sonar
Miniaturowy generator szumu
Elektroniczny gong drzwiowy
Wskaźnik wysterowania
Ebktroniczna perkusja
Tester układów cyfrowych
Układ sygnalj abnnowego
Sterownik serwomechanizmu
Tor transmisji danych w podczerwieni
Wahadelio do zegara
mim, sff 75
sff 71 sff 73
sff 71
s& 72 sff 73 sff 71
sff 72
sff 79
s& SI
sff 34
sff 35
sff 36
sff 37
s& 3& sff 40
sff 41
sff 43
sff 45
Sterownik refektora dyskotekowego Inteligentna czujia podczerwieni Storównk węża świetlnego Eektroniczny "odrzutowiec" lub 'ntibcykl" Ł | Układ zabezpieeJiący alifmuabr przed nadmiernp rozładowaniem . Symulator alarmi^samocg
jlana zseci 220 V rabr e
iźnik temperatury wlaówce Zasilacz zapalnicfiowy
Świat holfby Swat hobt*
Świat hobby Świat hobby Świat hobby Świat hobby Świat hobby Świat hobby Świat hobby Świat hobby Świat hobby
Projekty za&aniczne
ZssiIćcz atoratoiyjny EP1^S, slj 13
Mmprojekty
Inwerter sygnalj wideo
Uniwersalny przedwzrnacnlacz audio
Alarm walizkowy
Irnrnobihzer samochodowy
Automatyczny ściemniacz lampki nocnej
Dźw^i i bezpieczeństwo
Przenośny zasi acz/ładowarka
do akumulatorów
mim.sti 13 EP2^S, str 15 EP3^S, str 13 EP3^S, str 19 EP4^S, str 13 EP4&S, str 17 EP5^S, str 13
EP5^S, str 19
Prosty detełłbr metali
Przedwzmacniacz rnikrotinow^1
Efektroniczny miernik przy^piesenia
Prosty odbiornik radowy
na fel? średnie
Tesfer konduktancji z brze;zyki?rn
i diodami LED
Fbzładowywarka do akumuabrów
NiCd
Fbprawiacz nastroju
Ehrninator hałasów, c?ęsć 1
Wskaźnik rozładowania akumulatora
Ehrninator hałasów, część 2
Tani sysfern rozwojowy da rnikroko n tro leniiw PIC Programator PIC1SCS4 dla porti Centroncs Zabezpieczanie portiw \!O przed ESD, ccL 1
13
EP7&6, slr 13 EP&C6, s& 13
EP9L6, s& 13 EP9L6, s& 17
EP9L6, s& 19
EP10C6, s& 13
EP11/96, slr 13
EP12&6, s& 13
EP12&6, s& 19
EP12&6, s& 23
EP12&6, s& 24 EP12&6, s& 25 EP12&6, s& 26
Internet dla elektroników
Darrrowe naradza z Internebj EP1^6, slr 27
Internet db elektanków EP2^e,sff 29
Internet db elektanków EP3/9B, slr 27
Tiaój przyjaciel DAvE EP5^S, str ^0
Projekty
Elektroniczny rnodubbr gbsu Przedwzma:nacz UKF-UHF Prostownik do ładowania akurmlabrów'''
ochodowych MŁIułowy korrputer edukacyjny
top roceso rowy system
kacyjny, c fcgramowany zasilacz
Jrateiyjny, część 2
dljzasz szyny ISA
la z serwom
y sposoby
TermorreCdo pomiaru temperatury procesora wkomputerze PC Próbnk stanów logicznych
-mm,
Przetwornica napicia do wzmacnaczy
samochodowych EP3&S,
Efekt dyskotekowy sferowany muzyką EP3&G,
Edio cyfrowe zpamę:^ DRAM mim, Sbitowy przeornk A/C i C/A
doPC.cześći EP4&6,
Mihwoltomierz zbargrafem EP4&S,
Emulator odbiornika DCF77 EP4$B, Adapfery do prograrrowania procesorów
ST63T/E60IST62T/E65 EP4&6,
Programator pamę:i DSI&I* EP4&6, Ultraprecyzyjny moduł d
regulacji zegarów EF4 6,
Zasilacz do CE, część 2 EF4 6,
Stacja lufewncza EF 6,
Zasilacz żarówek haloge i i EF 6,
Ffeguafer obrotiw silnika 1 nu EF
Stroboskop 3-kanałowy EF
Zegar pseudoa nałogowy EF 8-bitowy przeornk A/C 11 i-
doPC,cześć2 EP5,
Interfejs PC, część 1 EP6 Interfejs wejscowy do portu Centronics EP6
Układ do cwiczena wpowy EP6 Uniwersalny reguator ferrperaliry
da btografków EP6
Inteligenlny sterownik oświetlenia EP6 Efektroniczny układ zapłonowy świetlówki EP&^S
ŚueBny efekt dyskotekowy EP; EezsWiowa identyfikacja z układami PIT EP;
Zabawka - pojazd z radarem EP;
Czferokanałowy termometr cyfrowy EP;
Wzmacnacz do wakmana EP;
Monitor linii felefoncznej EP; Efektroniczny układ zaptanowy
świetlówki, cześć 2 EF
Interfejsie, cześć 2 EF
Fozdzielacz telefoniczny EF ' sli
(Niefcarzysfe utuory zpłyty l D EF ' sli
Stoper na szkolna ohrrpiadę i- I EF t str
Interfejs PC, część 3 EP&C6.S&
Czytnik-prog rarnator kart ch powych EP9/9S, str
Zegar milfenijny EP9LG, str Programator parne:i EEPROM z interfejsem szeregowym K
ilacztez radiatorów
nitorfałwa ośmiobibwego
rant de zegara psei Stoper na szkolną Centralka fefefo ^reofoniczny przedwzmacnacz
Fftigrarnfbr generaferów ^kłujących C6iCfó/75 Dzwo^nek - gong bezprwwdowy-Wzrnacniacz słuchawkowy Czytn ik-p rog rama fer kart chipowych, c^sc 2 Procesor Surround Uniwersalny miliwoltomierz 4,5 cyfry
s& 57
sff 6\
s& ffi
str 34
str 41
str 47
str 51
str 53
sff 59
sff �
s& 34
sff 39
Zasilacz wtyczkowy "LUX" Niekonwencjonalny regulafer rrocy ^teleofoniczny przedwzmacnacz HiFi, czes: 2
Wzmacnacz do kolumny aktywnej Prograrnabr reguatorów ferrperaliry DG1821 Telefonczny rrosfek, cześć 1 topiarka układów ISD25CO Mkroprocesorowy mferfejs K Moduł korektora fazy do śweBówek
71
Automatyka
Programowalne bmery i liczniki EP2^6, slr 27
Sterowniki w sieci EP&CG.sli 30
lEpis treści rocznkai997 Witryna klubu AVT
Inne
% str 7 \ str 7
g Międzynarodowy magazyn elektroników konstruktorów
9/99
wrzesień � 6 zł 80 gr
PRECYZYJNA POZIOMNICA ELEKTRONICZNI
OSCYLOSKOPOWY REJESTRATOR DO PC
TELEFONICZNY AUTOMAT INFORMUJĄCY
SPRZĘT:
PRZEDWZMACNIACZE LAMPOWE PHILIPSOWE FLASHE W WERSJI STEROWANIE WSKAŹNIKAMI LCD
Indeks 357Ł77 * ISSN 123D-35EŁ
toLACZY VGA
'M-ów
STEMY: MOWA SIEĆ tMATYCZNA
X-10
Germany 4.5DM France 16FF
MIESIĘCZNIK DLA ELEKTRONIKÓW
Tester wyświetlaczy VGA
Przenośny instrument
testowy opisany w niniejszym
artykule dostarcza sygnałów
testowych RGB dla twojego
kolorowego wyświetlacza VGA,
takiego, jak stosowane
w wielu współczesnych
systemach komputerowych.
Tester obsługuje częstotliwości linii 31..83kHz i częstotliwości ramki 55..114Hz z możliwością wybierania polaryzacji synchronizacji jako pożytecznym dodatkiem.
Tester VGA umożliwia nie tylko testowanie na miejscu "podejrzanych" wyświetlaczy ("su-perokazji"), nadaje się również doskonale dla serwisów komputerowych i zakładów naprawczych.
Klasyczna konstrukcja, wykorzystująca elementy dyskretne i scalone programowalne układy logiczne, w tym przypadku nie jest bynajmniej dobrym
Charakterystyka testera:
/ 8 częstotliwości odchylania poziomego od 31 -83kHz,
/ 8 częstotliwości odchylania pionowego od 55 -114Hz,
/ 8 wzorów Testowych,
/ dowolna kombinacia częstotliwości odchylania poziomego, pionowego i wzoru Testowego,
/wszystkie częstotliwości wytwarzane z dokładnością kwarcu,
/ wybór Trybu za pośrednicTwem 3 przycisków,
/wyświeTlacz 8+3 diody LED
rozwiązaniem. Gdyby postąpić zgodnie ze strategią konstrukcji "wszystko dyskretne", przyrząd testowy, jak ten tu opisany, wymagałby jednego lub dwu tuzinów układów scalonych i wielkiej liczby elementów biernych.
Odwrotnie, zastosowanie podzespołów logiki programowalnej (takich jak PLD) skutkuje zwartym i najbardziej przydatnym przyrządem, łatwym do powielania po rozsądnej cenie.
Elektronika Praktyczna 9/99
13
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
Tab. 1. Tryby i wskaźniki
Modę 1: Ustawienia: Częstotliwość linii (H)
Wyświetlacz: Dioda LED świeci jasno
Działanie: UP: Częstotliwość rośnie, DOWN: Częstotliwość maleje
Częstotliwość linii w kHz Diody trybu
Dzielnik (dokładnie) wyświetlacz S V H
1k-r12 83,333 83 o o x
1k-r14 71,429 71
1k-r16 62,500 63
1k-r18 55,556 56
1k-r21 47,619 48
1k-26 38,462 38 przeplatanie
1k-28 35,714 36
1k-32 31,250 31 reset
Modę 2: Ustawienia: Częstotliwość rastra (H)
Wyświetlacz: Dioda LED świeci słabo
Działanie: UP: Częstotliwość rośnie, DOWN: Częstotliwość maleje
Częstotliwość rastra w kHz Diody trybu
Dzielnik (dokładnie) wyświetlacz S V H
6720-13 114,47 114 o o x
6720-15 99,21 99
6720-17 87,54 88
6720-20 74,40 74
6720-21 70,86 71
6720-22 67,65 68
6720-25 59,52 60 reset
6720-27 55,11 55
Modę 3: Ustawienia: Wzory testowe
Wyświetlacz: Dioda LED świeci jasno
Działanie: UP: następny wzór, DOWN: poprzedni wzór
Obraz Diody trybu
S V H
Paski kolorów reset o o x
Krata
Czerwony
Zielony
Niebieski
Biały
Kropki
Linie
Modę 0: Ustawienia: impulsy synchronizacji
Wyświetlacz: świeci jasno: pozioma, słabo: pionowa
Działanie: UP: -SH zanegowana, DOWN: -VH zanegowana
Diody trybu
S V H
O O X
Reset Ustawienia: FH = 31kHz, FV = 60Hz, wzór testowy = paski koloru, Modę 0
Działanie: SEL + UP lub SEL + DOWN (we wszystkich wyborach)
Po stronie wad, podzespół logiki programowalnej "ukrywa" swoje działanie, tak że jego funkcje nie są oczywiste na pierwszy rzut oka, a modyfikacje są niemal niemożliwe do zaimplementowa-nia. Z tego powodu niemało uwagi poświęcimy zawartości układu EPLD zastosowanego w testerze VGA.
Dla odmiany, można powiedzieć, że schemat blokowy testera VGA (rys. l) dostarcza więcej informacji niż rzeczywisty schemat elektryczny! Górna część zajmuje się generowaniem częs-
totliwości synchronizacji poziomej (zwanej również częstotliwością linii), natomiast część dolna częstotliwością pola (odświeżania obrazu lub po prostu "pionowa").
Centralnym źródłem sygnału zegarowego jest oscylator lOMHz na kwarcu Xl, generujący sygnał oznaczony "CF". Sygnał ten jest podawany do dwóch łańcuchów liczników, z których każdy składa się z licznika o stałym modulo i licznika z programowalnym współczynnikiem podziału. Oczywiście, w rzeczywistości liczniki
te nie dzielą, po prostu zliczają stałą liczbę impulsów zanim powrócą do zera.
Częstotliwość pozioma (linii) jest określona przez 5-bitowy licznik PRCTR H o 8 regulowanych krokach i licznik modulo-10, MCTR H. Cała zawartość obrazu, sygnały synchronizacji i wygaszania (powrotu obrazu) pochodzą z licznika modulo-10. Dzieje się tak dla zapewnienia, że wzory testowe pozostaną niezależne od częstotliwości dzielnika programowalnego. Zasadniczo to samo odnosi się do częstotliwości rastra (V). Tu również znajdziemy 5-bitowy licznik (PRCTR V), obniżający częstotliwość oscylatora w ośmiu krokach, wraz z licznikiem moduł O-8060 MCTR V. W tab. 1 wymieniono dzielniki regulowane, związane z nimi dokładne wartości i wypadkowe częstotliwości, jakie pojawiają się na płycie przedniej przyrządu. Częstotliwości linii zmieniają się od 31kHz do 83kHz, częstotliwości rastra pomiędzy 55Hz i 114Hz.
Dwa bloki oznaczone SELFH i SEL FV dostarczają dwu zestawów impulsów zerowania dla PRCTR H i PRCTR V. Są one przełączane za pośrednictwem 3-bitowych liczników UDCTRH i UDCTRV.
Licznik UDCTR jest tylko licznikiem w górę/dół, blokowanym dla bezpośrednich przejść od 31kHz do 83kHz. W pewnych warunkach taki przeskok mógłby spowodować poważne uszkodzenie testowanego wyświetlacza VGA!
Tab. 2. Wyjścia
Gniazdo K1: DC15-HD, rozkład styków zgodny
ze standardem VGA
Styk Symbol sygnał
1 R 0,7V /75H
2 G 0,7V /75H
3 B 0,7V /75H
13 -SH TTL/75Ś2
14 -SV TTL/75H
15 H/V TTL/75H
sygnał 2,2kn
wyzwalania
Wyjścia "cinch"
R 0,7V /75H
G 0,7V /75H
B 0,7Vpp/75H
G + Scomp
(SH/SV) 1Vpp/75H
14
Elektronika Praktyczna 9/99
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
DOWN
ISELECT
Rys. 1. Schemat blokowy testera VGA, ze zwróceniem szczególnej uwagi na bloki logiczne wewnątrz układu EPLD.
Dla stałych wzorów testowych potrzebujemy parzystego współczynnika linii na obraz. Przy 64 możliwych kombinacjach częstotliwości, sprawy stają się naprawdę bardzo trudne, ponieważ wszystkie częstotliwości pochodzą z jednego kwarcu. Co więcej, częstotliwości te powinny z grubsza odpowiadać typowym rozdziel -czościom, oferowanym z jednej strony przez karty wideo, a z drugiej przez wyświetlacze VGA -patrz dane w tab. 2.
Stosunek H:V dwu "stałych" liczników modulo został wybrany tak, że poziome odcinki obrazu pojawiają się z przeplataniem (wybieraniem międzyliniowym) tylko przy 3 8kHz. We wszystkich innych obrazach pojawiają się skoki linii. Aby je wyeliminować, potrzeba bardziej rozbudowanego układu.
W górę i w dół
Tester VGA jest sterowany tylko trzema przyciskami. Przycisk SEL(ect) służy do wybierania jednego z czterech trybów. W trybie Modę 1 wybierana jest częstotliwość pozioma (linii). W trybie Modę 2 częstotliwość pionowa (rastra), a w trybie Modę 3 wzór testowy. Wybrany tryb sygnalizują trzy diody LED Modę: S, Vi H.
Przycisk SEL taktuje 2-bitowy licznik pierścieniowy (2 BIT
+5V
RIBf 7Bl
+5VO
V 114Hz H 83kHz
99Hz TUtHz
88Hz 63kHz
74Hz Kitffe
71Hz 48kHz
68Hz 60Hz (HESE71 39kHz 36kHz
55Hz 31kHz
1R20 J220
9V/1,5VA BŁOCK W1109
Rys. 2. Schemat elektryczny testera VGA.
SCTR), sterujący podwójnym multiplekserem "4 na 1" (MUX SEL), jak również trzema wskaźnikami
LED Modę za pośrednictwem LDl, LD2 i LD3. W zależności od położenia przełączania multiplekse-
Elektronika Praktyczna 9/99
15
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
Rys. 3. Widok płytki drukowanej.
ra, impulsy generowane przez przełączniki UP i DOWN są podawane do liczników w górę/w dół (3BIT UDCTR, H i V). Liczniki te z kolei kopiują binarne równoważniki impulsów "w górę" i "w dół" do kaskad liczników dokonujących ustawienia częstotliwości.
W trybie Modę 3 impulsy w gó-ję/w dół pojawiają się na wejściu licznika 3BIT UDCTR PICT, służącego do wyboru wzoru testowego w stopniu wyjściowym.
Informację z tych trzech liczników w górę/w dół i 2-bitowych liczników pierścieniowych odbiera blok MUX H+V, gdzie służą do sterowania ośmioma diodami LED (0..7). Ich odczyt dostarcza wskazania odnośnie aktualnie ustawionych częstotliwości (H i V) i wzoru testowego. W trybach Modę 1 i 2 jedna dioda świeci jasno, wskazując
wybraną częstotliwość linii i jedna świeci słabo, wskazując wybraną częstotliwość pionową. W trybie Modę 3, na koniec, jedna dioda LED świeci jasno wskazując wybrany wzór testowy.
W tym miejscu nie powinniśmy przeoczyć wspomnianego czwartego trybu, którym oczywiście jest Modę 0. Wskazują go wszystkie cztery diody wygaszone. W tym stanie liczniki w górę/ w dół nie mogą być przełączane. Można jednak wykorzystać klucz UP do zmiany polaryzacji sygnału synchronizacji H z ujemnej na dodatnią. To samo dotyczy klucza DOWN i impulsów synchronizacji V. Niestandardowych polaryzacji synchronizacji mogą wymagać niektóre typy wyświetlaczy.
Tryb Modę 0 jest również aktywny po włączeniu urządzenia.
Wszystkie liczniki są wyzerowa-ne, a diody LED Modę wygaszone. Wciśnięcie przycisku SEL przełącza tester VGA w tryb częstotliwości poziomej. Ponowne wciśnięcie przełączy go w tryb częstotliwości pionowej i tak dalej.
Specjalna właściwość: gdy przyciski UP i DOWN zostaną UJ wciśnięte jednocześnie, wszystkie ustawienia testera VGA wracają do ustawień dla standardowego sygnału wyjściowego VGA. Obrazem testowym będą "kolorowe paski" o rozdzielczości 640x480 pikseli.
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl, R4, R5: lOkft
R2, R3, Ró: 1,5Mn
R7, R13, R15, Rló, R17, R20:
RS, R12, R21: 2,2to
R9, R14:
RIO: lOOkn
Rll: lkn
R1S, R19:
Kondensatory
Cl, C2, C3, Có: lOOnF
C4, C5, C9: 47pF
C7: 1OO^F/1ÓV stojqcy
CS: lOpF
Półprzewodniki
Bl: BS0C1500 (w obudowie
okrqgłej)
Dl: niskoprqdowa LED, it>3mm,
zielona
D2..D11: niskoprqdowe LED,
>(i3mm, czerwone
IC1: EPM70Ó4SLC44-10,
zaprogramowany, nr katalogowy
996501-1
IC2: 7805
Różne
Sl, S2, S3: wyłqczniki przyciskowe
typu ITC Dó-R-RD, opcjonalnie
z przyciskiem typu DóG-RD-CAP
TRI: transformator sieciowy do
druku 9V/1,5VA (np. typu
blokowego W1109)
Kl: 15-stykowe złqcze VGA
z wyprowadzeniami kqtowymi, do
druku
K2: 2-drożny blok śrubowy,
rozstaw 7,5mm
K3, K4, K5: gniazda "cinch" do
druku, kqtowe
Xl: kwarc lOMHz
44-stykowe gniazdo układu
scalonego PLCC
16
Elektronika Praktyczna 9/99
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
Tab. 3. Rozdzielczość wyświetlacza testera VGA
Pozioma 31 kH: 3GkHz 38kHz 48kHz BGkHz G3kHz 71kHz 83kHz
Pionowa
55Hz 640x480 800x600 800x600 1024x768 1280x960 1280x1024 1280x1024 1600x1280
GOHz 640x480 640x480 640x480 1024x768 1152x900 1280x1024 1280x1024 1600x1280
71Hz 640x480 640x480 640x480 800x600 1024x768 1152x900 1280x1024 1280x1024
74Hz 640x400 640x400 640x480 800x600 800x600 1024x768 1152x900 1280x1024
88Hz 640x480 1024x768 640x400 1280x1024 800x600 800x600 1024x768 1152x900
99Hz 800x600 640x400 640x400 1152x900 1280x1024 800x600 800x600 1024x768
114HZ 640x400 800x600 640x400 1024x768 1152x900 1280x1024 800x600 800x600
Wzory testowe - logiczna droga
Stany (wartości wyjściowe) liczników częstotliwości są dostępne jako równoległe słowa binarne (HO - H8 i VO - V18) w bloku oznaczonym H+V LOGIC, wraz z "pozycją" licznika wyboru obrazu (UDW 0-2). Informacja ta jest przez blok H+V LOGIC połączona w osiem wzorów testowych. We wszystkich wzorach współczynniki taktowania Syn-chro/Wygaszanie/Obra z opierają się na tychże dla "standardu VGA" (640x480 pikseli, H = 31,5kHz, V = 60Hz).
Licznik modulo określa również możliwość pobierania impulsów poziomych i pionowych za pośrednictwem prostej logiki.
Wyjścia RGB i synchronizacji są doprowadzone do standardowego gniazda VGA (zagęszczone 15-stykowe), co powinno umożliwić dołączenie większości wyświetlaczy. Oprócz regularnych składowych RiB, niektóre monitory wymagają sygnału "synchronizacji na zieleni" (GS), zawierającego połączony kolor i zanegowany połączony (H+V) sygnał syn-
chronizacji. Dla tego typu monitorów są dostępne na płytce trzy gniazda "cinch". Ten połączony sygnał również doskonale nadaje się do wyzwalania oscyloskopu. Dla wyeliminowania składowej stałej zieleni po prostu skorzystaj z wejścia zmiennoprądowego (AC) oscyloskopu. W tab. 3 przedstawiono przegląd wyjść.
Oprócz układu EPLD i jego peryferii (przełączniki przyciskowe, diody LED i wyjścia VGA), kompletny schemat elektryczny na rys. 2 zawiera również mały zasilacz 5V, składający się z miniaturowego transformatora, prostownika mostkowego, kondensatora wygładzającego i stabilizatora nieregulowa-nego napięcia 5V.
Montaż układu na płytce drukowanej, przedstawionej na rys. 3, nie powinien, jak nam się wydaje, przedstawiać problemu i to samo dotyczy umieszczenia zmontowanej płytki w odpowiedniej obudowie z plastyku. [990022-1] Projektował W. Foede
Artykuł publikujemy na podstawie umowy z redakcją miesięcznika "Elektor Electronics".
Editorial items appear-ing on pages 13..17 are the copyright property of (C) Segment B.V., the Nether-lands, 1998 which reserves all rights.
W
te
rM W
C&OSS-HA7CH 99 7.'
flfl
74
ttMF 7T 4�

oora f
I
DOWN
(DO O
e e
IAP
5LifC7
Rysunek 4. Proponowany układ płyty przedniej przyrzqdu.
Elektronika Praktyczna 9/99
17
PROJEKTY ZAGRANICZNE
Technologie alternatywne i technologie przyszłości,
część 3
Trzecią część artykułu
o nowoczesnych trendach
w elektronice poświęciliśmy
omówieniu falowodowych
i holograficznych połączeń
optycznych, które są i będą
stosowane w bardzo szybkich
układach scalonych.
Optyczne połączenie falowodowe
Inną formą połączenia optycznego, która ostatnio cieszy się znacznym zainteresowaniem, są światłowody są tu wykonywane bezpośrednio w podłożu wieloukła-dowego modułu. Światłowody można wykonać wykorzystując standardowe procesy fotolitograficzne stosowane w technologii cienkich warstw. Jedna z takich technologii polega na wykonaniu światłowodu z dwutlenku krzemu (rys. 11).
Przy wykorzystaniu techniki montażu odwróconego układów (flipped-chip), diody laserowe i fototranzystory znajdujące się od strony elementów są zwrócone w kierunku podłoża. Jedną z poważniejszych zalet tej technologii jest możliwość wykonywania split-terów wiązki, dzięki czemu pewna ilość nadajników może wysterować pewną liczbę odbiorników. Wadą jest duża trudność, jaką sprawia poprowadzenie jednego światłowodu na drugim, ponieważ takie skrzyżowanie działa podobnie jak splitter i światło z jednego falowodu przedostaje się do drugiego.
Alternatywę dla technologii falo-światłowodowej stanowi uzyskiwane fotolitograficznie połączenie polimidowe, która to technika pojawiła się pod koniec roku 1993 i jest szczególnie interesująca w przypadku wieloukładowych modułów MCM-D. Urządzenia MCM-
Standardowy falowód wykonany z krzemu
Rozdzielacz umożliwi dołączenie nadajnha do
dwóch odbiorników lub dwóch nadajników Płaszcz izolacyjny *� odbiornika
z tlenku krzemu
Izolator z tlenku krzemu
D to "...ceramiczne, metalowe lub szklane podłoża pokryte warstwą dielektryka, np. polimidu. Warstwa dielektryka modyfikuje własności pojemnościowe podłoża, a ścieżki są tworzone na powierzchni dielektryka przy pomocy technologii cienkich warstw".
Warstwa polimidu poddana przez odpowiednią maskę działaniu światła daje rysunki zbliżone do uzyskiwanych w fotografii. Po wywołaniu polimid zawiera ścieżki o niskich stratach optycznych otoczone odbijającymi obszarami nieprzezroczystymi (rys. 12).
Oprócz prostoty kolejną zaletą tej technologii jest to, że zarówno naświetlone jak i nienaświetlone obszary polimidu wykazują niemal identyczne wartości stałej dielektrycznej. Tak więc, światło-falowo-dy polimidowe nie tylko zapewniają możliwość wykorzystywania istniejących technologii, ale również w niewielkim stopniu wpływają na znajdujące się pod nimi cienkowarstwowe metalizacje.
Technologia ta cieszy się zainteresowaniem przede wszystkim wśród projektantów modułów wieloukładowych, a także rozważana jest jako rozwiązanie możliwe do zastosowania w przypadku druków wielowarstwowych. W przyszłości więc płytki będą być może produkowane z różnymi rodzajami połączeń - tradycyjnymi w postaci ścieżek miedzi oraz bardzo szybkimi połączeniami optycznymi.
Światło
Przezroczysty
falowód Odbijający falowód polimidowy polimidowy
Dioda laserowa
Struktura lub fototranzystor Falowód uktadu *=______vf krzemowy
Izolator ( ? \________d-
(Denek krzemu)"*-^ ''
Podłoże "^
Rys. 11. Połączenie falowodowe: falowody z krzemionki.
Światłoczuły
pollmld
Podłoże
Rys. 12. Połączenie falowodowe: światłowód polimidowy.
Elektronika Praktyczna 9/99
19
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
Sub-hologram
(wzór wycięty
w krysztale kwarcu)
Promień lasera
Zwierciadło
Hologram *� wygenerowany prze komputer>Ś
Podłoże"
V
Promień lasera
Zwierciadło
Promienie lasera Hologram
Struktury Podłoże
Rys. 13. Połączenie holograficzne w module wieloukładowym.
Połączenie holograficzne
Niestety, żadna z przedstawionych wcześniej technik realizacji połączeń optycznych nie jest wolna od wad i ograniczeń. Najbardziej obiecującą wydaje się być technologia połączeń w postaci falo-świat-łowodów, ale nawet i w tym przypadku występują problemy związane z prowadzeniem światłowodów nad sobą. Ponadto światłowody i falowody optyczne mają wspólną wadę, a mianowicie to, że liczba odbić światła w nich jest bardzo wysoka. W efekcie światło przebywa drogę cztero a nawet sześciokrotnie dłuższą niż wynosi mierzona w prostej linii odległość między nadajnikiem i odbiornikiem.
Oprócz powyższych problemów wątpliwe jest także, czy którakolwiek z wymienionych wyżej technik będzie w stanie zapewnić niezbędną olbrzymią liczbę fizycznych połączeń. Nowy konkurent na arenie połączeń nosi nazwę połączenia holograficznego. Użycie w tym kontekście terminu "holograficzny" może wyglądać dziwnie, ponieważ holografia jest znana przede wszystkim jako metoda uzyskiwania trójwymiarowych obrazów, nazywanych hologramami (od greckich wyrazów "holos" - cały i "gram" -wiadomość). Jednak termin "holograficzny" został tu użyty w sposób W pełni uzasadniony, ponieważ połączenie takie rzeczywiście oparte jest na trójwymiarowym obrazie.
W przypadku połączenia holograficznego w module wieloukła-dowycm proces rozpoczyna się od wykonania przy pomocy lasera rysunku nacięć w bardzo cienkiej płytce kwarcu (rys. 13). Następnie płytka ta jest montowana ponad powierzchnią układu scalonego, w odległości około lmm, a około 2cm nad płytką kwarcu montowane jest zwierciadło, którego powierzchnia odbijająca znajduje się od strony płytki kwarcowej.
Włączona dioda laserowa znajdująca się na powierzchni jednego z układów wysyła wiązkę światła w stronę jednego z nacięć na płytce kwarcu. Nacięcie to powoduje załamanie wiązki w taki sposób, że następnie ulega ona wielokrotnym odbiciom między zwierciadłem a płytką kwarcu. Gdy wiązka padnie na powierzchnię płytki bezpośrednio nad fototranzystorem innego układu, znajdujące się tam nacięcie sprawia, że zostaje ona ponownie załamana i pada na powierzchnię odbiornika.
Należy pamiętać oczywiście
0 tym, że znajdujący się obok rysunek jest daleko posuniętym uproszczeniem rzeczywistości. Na ogół w płytce kwarcowej nad odbiornikiem wycinane są dwa rysunki, po każdej stronie płytki. Nacięcia znajdujące się na górnej powierzchni skierowuje wiązkę do wnętrza płytki kwarcowej, natomiast nacięcie od strony dolnej przejmuje wiązkę
1 skierowuje ją do odbiornika. Nacięcia te odgrywają zarazem rolę soczewek, ogniskując wiązkę dokładnie na powierzchni odbiornika.
Kąty nacięć płytki kwarcowej są bardzo precyzyjnie obliczone, podobnie jak liczba odbić między zwierciadłem oraz płytką, dzięki czemu każda wiązka laserowa trafia we właściwe miejsce. Obliczenia te są prowadzone komputerowo, podobnie jak proces laserowego wykonywania trójwymiarowych nacięć na powierzchni płytki kwarcu. Płytka kwarcu nosi nazwę hologramu komputerowego, a rysunki nad każdym nadajnikiem i odbiornikiem określane są mianem subhologramów (rys. 14).
Liczba odbić wiązki laserowej od powierzchni zwierciadła i płyt-
ki kwarcu jest znacznie niższa niż w przypadku wiązki światła przesyłanej światłowodem. Dzięki temu czas propagacji wiązki między nadajnikiem a odbiornikiem jest zbliżony do czasu propagacji w wolnej przestrzeni. Subhologram znajdujący się nad nadajnikiem jest wykonany w taki sposób, że wiązka światła jest rozszczepiana i może dotrzeć do dwóch różnych odbiorników.
Dla lepszego wyjaśnienia problemu poprzedni rysunek przedstawia subhologram heksagonalny, o jednakowych kątach między powierzchniami oraz o jednakowych kątach padania wiązki z każdej strony. Kąty między powierzchniami mogą być różne, a także różne mogą być kąty padania. Subholo-gramy usytuowane nad nadajnikami mogą być złożone i rozszczepiać wiązkę na wiele strumieni, z których każdy dotrze do innego odbiornika.
Oprócz możliwości zastosowania w modułach wieloukładowych połączenie holograficzne jest analizowane pod kątem przydatności do stworzenia odpowiednika płyty krosowej, mającej służyć do połączeń między płytkami drukowanymi. Takie płyty oferują jeszcze jedną bezcenną możliwość: możliwość wykonania wielu hologramów w zastosowanym tam odpowiedniku płyty krosowej. Dzięki temu przesunięcie płyty z rysunkiem ho-lograficznym o część milimetra, równolegle do powierzchni zwierciadła, umożliwi zmianę konfiguracji i zupełnie inne połączenia między płytkami. Niewiarygodne!!! EPE
Artykuł publikujemy na podstawie umowy z redakcją miesięcznika "Everyday Practical Electronics".
SiA-hotogram nad nadajnikiem
Promieniowanie asem**
Rys. 14. Połączenie holograficzne: rozszczepianie wiązki laserowej.
Elektronika Praktyczna 9/99
SPRZĘT
Przedwzmacniacze lampowe
Inicjujemy cykl artykułów
przybliżających tajniki lampowych
aplikacji audio. Moda na lampy
trwa nieustannie, a rozbieżności
poglądów panujące wśród
konstruktorów są ogromne. Mamy
nadzieję, że usystematyzowanie
"lampowej" wiedzy wszystkim
nam wyjdzie na dobre!
Zaczynamy od
przedwzmacniaczy.
Funkcjonalnie wydzieloną częścią każdego wzmacniacza gitarowego jest jego obwód wejściowy - tzw. przedwzmac-niacz - lub krótko ,,preamp". To właśnie w nim zachodzą najistotniejsze procesy wzmacniania, kształtowanie charakterystyki częstotliwościowej, wzbogacanie w dodatkowe przebiegi harmoniczne, nadające brzmieniu instrumentu określony, niepowtarzalny charakter. Także tu zachodzi naturalna kompresja sygnału, bardzo korzystna dla poprawnej pracy końcówki mocy.
Regulacja barwy dźwięku, pogłos sprężynowy, pętla efektów również realizowane są zwykle w przedwzmacniaczu. W swej najprostszej wersji zawiera on 2-, 3-pasmowy regulator barwy i jeden głośności. W układach bardziej rozbudowanych dodatkowej regulacji podlega czułość wejścia [Gain], wyrazistość (przełącznik Bright, Brilliance), głębokość i intensywność wbudowanych efektów MIDI. Sprzężenie przedwzmacniacza ze stopniem mocy może być bezpośrednie lub poprzez końcowy regulator głośności, nazywany Master Volume.
Jak wspomniałem na wstępie, do podstawowych i najbardziej pożądanych funkcji przedwzmacniacza należy przede wszystkim generowanie zniekształceń [distortion] i tworzenie pozornego podtrzymania dźwięku, tzw. sustainu.
Równie istotne jest kreowanie specyficznego, głównie ,,średniotonowego" obrazu dźwiękowego, wynikającego z roli i usytuowania brzmienia gitary elektrycznej na tle pozostałych instrumentów. W praktyce oznacza to możliwość oparcia się gitarzysty ,,zmasowanemu atakowi" kotła basowego i gitary basowej z jednej, a pobrzękiwaniom i wszelkiego rodzaju sykom-bzykom hi-hatów, stringów, itd., z drugiej strony, bez uciekania się do rozwiązania ,,siłowego", jakim jest moc samego wzmacniacza. Przy tym wszystkim konieczne jest zrobienie miejsca dla głosu wokalisty.
Jak widać imperatyw optymalnego brzmienia gitary determinowany jest
+vcc
O ~WY
Rys. 2.
przez długi łańcuch zmiennych, często bardzo trudnych do zdefiniowania. Swoistym pewnikiem jest jedynie zamierzona nieliniowość - praktycznie wszystkich - stopni przedwzmacniacza oraz inne niż we wzmacniaczach Hi-Fi częstotliwości graniczne układu barwy dźwięku. To właśnie dlatego obiektywna ocena wzmacniacza może być trudna, szczególnie jeśli podejmuje się ją w oderwaniu od kontekstu muzycznego. Paradoksalnie zdarza się, że wzmacniacz rewelacyjny "na sucho", rozczarowuje na tle zespołu i odwrotnie - dziwnie brzmiący w pojedynkę, doskonale radzi sobie z rytmem i partiami solowymi. Ta właściwość wzmacniaczy jest często przytaczana we wszelkiego rodzaju bench-testach w "poważnych" periodykach gitarowych. Jednak w ostatecznym rozrachunku koło i tak zamyka się na uchu gitarzysty, który w zależności od potrzeb może wybierać pomiędzy prostym ,,do bólu" wzmacniaczem typu boutique-Hound Dogis Blood-hound, a rozbudowanym cyfrowo Johnson/Millenium firmy Digitech.
Nie sposób zrozumieć sensu zamierzonego generowania zniekształceń we wzmacniaczu gitarowym bez przynajmniej pobieżnego przeanalizowania pracy pojedynczego, triodowego stopnia wzmacniającego, którego uproszczony schemat przedstawiono na rys. 1.
Z punktu widzenia teorii obwodów lampowych jest on po prostu oporowym wzmacniaczem napięciowym klasy A, którego zadanie polega na maksymalnym wzmocnieniu amplitudy doprowadzonego sygnału, a następnie specyficznym, niesymetrycznym jej ograniczeniu. Zachodzi ono trzema torami, poprzez:
a) wykorzystanie dolnego i górnego zakrzywienia charakterystyki siatkowej,
b) obcinanie siatkowe,
c) odcięcie prądu anodowego. Punktem wyjścia do dalszych rozważań niech będzie fakt, że czysty sygnał sinusoidalny nie zawiera żadnych harmonicznych, sygnał prostokątny zaś zawiera co najmniej 30% harmonicznych nieparzystych. Potwierdza to badanie miernikiem zniekształceń nieliniowych, jak i teoretyczne rozważania wsparte aparatem matematycznym przekształceń Fouriera.
W zwykłych warunkach siatka sterująca triody zachowuje się jak dioda spolaryzowana zaporowo, a więc posiada opór rzędu dziesiątek czy setek mega-omów. Jeśli amplituda doprowadzonego sygnału sinusoidalnego jest mała i mieści się w granicach napięcia polaryzującego tę siatkę (ok. 1-2V), to mamy zasadniczo do czynienia z typowym wzmacniaczem pracującym w klasie A, dzięki czemu zniekształcenia są bardzo małe. Na anodzie otrzymamy czysty, wzmocniony kilkadziesiąt razy sygnał sinusoidalny, przy
Elektronika Praktyczna 9/99
21
SPRZĘT
założeniu, że wykorzystany jest jedynie maksymalnie prostoliniowy odcinek charakterystyki siatkowej triody.
Należy pamiętać, że charakterystykę siatkową daje się ,,wyprostować" i przesunąć w lewo poprzez zwiększenie napięcia anodowego, oczywiście przy zachowaniu prądu katody. W opisanej wyżej sytuacji pojedynczy stopień triodowy i tak generuje harmoniczne (głównie parzyste), których zawartość waha się od ok. 1% do 8%, zależnie od typu lampy. Przy zwiększaniu amplitudy sygnału sterującego zaczyna się ujawniać wpływ dolnego zakrzywienia charakterystyki, polegający na powstawaniu typowych zniekształceń nieliniowych, z dominującymi parzystymi harmonicznymi (2, 4, 6...). Obserwacja obrazu, widocznego na ekranie oscyloskopu podłączonego do anody, pokazuje jak pierwotnie niezniekształco-ne wierzchołki ,,górnych" połówek sinu-soidy ulegają łagodnemu zaokrągleniu, tym większemu, im bardziej sygnał zachodzi na dolne zakrzywienie charakterystyki.
Zobaczmy, co dzieje się przy dalszym zwiększaniu amplitudy sygnału. Kiedy jego wartość bezwzględna przekroczy napięcie polaryzacji, dzięki pojawieniu się prądu siatki, przestrzeń siatka-katoda z diody spolaryzowanej zaporowo przekształci się w diodę spolaryzowaną w kierunku przewodzenia. Wiąże się to z gwałtownym spadkiem rezystancji tej przestrzeni do wartości 1-2H. Wtedy na rezystorze Rl, mającym znaczną wartość, powstaje spadek napięcia doprowadzonego sygnału, widziany na oscyloskopie jako wyraźne odcięcie jego górnej połówki. Zgodnie z analizą Fouriera, pojawieniu się w sygnale stromych i płaskich odcinków towarzyszy wzrost zawartości nieparzystych harmonicznych, głównie trzeciej, jednak przy coraz wyższym poziomie drugiej harmonicznej, wynikającym z asymetrii powstającego w ten sposób przebiegu. Dalsze zwiększanie amplitudy sygnału powoduje cykliczne odcinanie prądu anodowego przez dolną, a maksymalizację jego wartości przez górną połówkę sygnału sterującego. Z tym ostatnim zjawiskiem związane jest górne
zakrzywienie charakterystyki, doprowadzając do nasycenia prądu anody.
Tworzy się zatem swoisty układ zero-jedynkowy. Sygnał obserwowany na oscyloskopie jest zbliżony kształtem do niesymetrycznego sygnału trapezowego [bardzo wąska podstawka, szeroki wierzchołek). Pomiar harmonicznych ujawnia ponad 30% zawartości drugiej i ok. 10% trzeciej harmonicznej. Zastosowanie kondensatora Cl blokującego rezystor katodowy R3 wpływa na wzmocnienie i -zależnie od wielkości pojemności - na szerokość pasma przenoszonego przez stopień. Zmienia także charakter obcinania siatkowego - z łagodnego, zaokrąglającego - na bardziej radykalny, przypominający pracę półprzewodnikowego ob-cinacza diodowego.
W przypadku realnego wzmacniacza mamy do czynienia z łańcuchem 2-4 takich stopni, połączonych szeregowo, które naprzemiennie obcinają i wzmacniają sygnał, doprowadzając w rezultacie do uzyskania prawie idealnie symetrycznego prostokąta. Różnica pomiędzy przeste-rem lampowym a szeroko rozumianym przesterem półprzewodnikowym polega więc głównie na ,,wchodzeniu" dominujących parzystych harmonicznych generowanych przez każdy kolejny stopień lampowy do sumarycznego przebiegu wyjściowego oraz stopniowym a nie progowym ograniczaniu sygnału w poszczególnych stopniach. Natomiast najczęściej stosowane półprzewodnikowe obcinacze diodowe nie robią nic innego, jak tylko jednorazowo obcinają ultrasymetrycznie wierzchołki wirtualnej sinusoidy na stałym (np. ok. 0,7V) poziomie. W rezultacie nie zachodzi wzmacnianie [reinforce] tonu podstawowego drugą harmoniczną (która jest po prostu oktawą tego tonu).
Jednak w zamian uzyskuje się bardzo mocny, agresywny dźwięk, bardzo dobry do gry single notę lub power chord (pry-ma + kwinta, pryma + kwarta). Inne interwały oraz akordy wielodźwiękowe nie brzmią zbyt konsonansowo i mają tendencje do zdudniania. Jest to rezultat dominowania w sygnale trzeciej i wyższych harmonicznych nieparzystych. W ten - niestety - sposób zachowuje się
większość tranzystorowych końcówek mocy popularnych wzmacniaczy gitarowych, które - przesterowane - radykalnie obcinają sygnał na poziomie zasilacza (jest to sytuacja potencjalnie bardzo groźna dla głośnika).
Niezmiernie istotna jest właściwa korekcja częstotliwościowa na wejściu układu. Jej rola rośnie proporcjonalnie do liczby stopni obcinających, a tym samym do całkowitego wzmocnienia. Korekcja ma także ogromny wpływ na zmniejszanie niepożądanych zniekształceń inter-modulacyjnych, które da się najprościej zdefiniować jako ,,konflikt dwóch różnych częstotliwości". W rezultacie otrzymujemy ,,zdudnienie", jeśli częstotliwości różnią się w stopniu nieznacznym oraz pojawienie się dziwnych dysonansów, przy większych różnicach częstotliwości. W skrajnych przypadkach intermodula-cja doprowadza do zatykania się lamp przedwzmacniacza, a także lamp stopnia mocy. Innymi słowy, to co dobre dla przedwzmacniacza 1-2 stopniowego, daje fatalne brzmienie w przypadku większej ich liczby. Ponadto błędy korekcji stopnia wejściowego zostaną po prostu powielone przez kolejne stopnie. Naturalny, nie przetworzony sygnał z przetwornika gitarowego zawiera, oprócz częstotliwości podstawowej, całą gamę alikwo-tów (overtones, współdźwięki) i harmonicznych o bardzo zróżnicowanej amplitudzie, zależnej od rodzaju przetwornika, materiału, z jakiego wykonane są struny itd., a także od oczywistego faktu, że struna drga nie w jednej, a wszystkich płaszczyznach.
Nie wszystkie składowe sygnału są dobrym materiałem wyjściowym do dalszej ,,obróbki". Podejmuje się więc kroki zmierzające do zawężenia pasma przenoszonego przez stopnie wejściowe w zakresie najwyższych i najniższych częstotliwości, oczywiście w odpowiednich proporcjach. Nadmiar tych pierwszych powoduje wzrost szumów, podatność na zjawisko mikrofonowania lamp, a w brzmieniu daje rezultat określany żartobliwie -mosąuitoes in heat - brzęczenie komarów w tropiku. Nadmiar drugich powoduje pogorszenie artykulacji (muck, pumping),
O +375V
OWY
Rys. 2.
22
Elektronika Praktyczna 9/99
SPRZĘT
o+VCC
Rys. 3.
,,mulenie", ,,zatykanie" się wzmacniacza, prowadząc w skrajnych przypadkach do chwilowego zaniku dźwięku. W źle skompensowanym częstotliwościowo przed-wzmacniaczu zjawisko to można zaobserwować przy przejściu z gry na stosunkowo wąskopasmowym przetworniku Single Coil na grę z wykorzystaniem przetwornika Humbucker. Wynika to z faktu, że triody przedwzmacniacza pracują -w przeciwieństwie do wzmacniaczy Hi-Fi, z prądami siatek. W tej sytuacji dochodzi do sumowania się prądu katody i siatki sterującej, to z kolei wywołuje wzrost dodatniego potencjału katody względem masy, a tym samym wzrost ujemnego napięcia siatki względem katody. To napięcie przesuwa punkt pracy znacznie na lewo, czyniąc lampę niezdolną do równomiernego przenoszenia składowej zmiennej. Stąd wynika konieczność stosowania sprzęgających elementów RC o takich wartościach rezystancji i pojemności, aby stała czasowa nie przekraczała 0,01-0,02 s, przy jednoczesnym sumarycznym oporze dzielnika co najmniej 470kH.
Ogromną rolę odgrywają elementy LRC (rys. 1), umieszczone w obwodach katod, anod i siatek sterujących poszczególnych stopni. Pogoń za ,,ostatecznym" dźwiękiem już dawno doprowadziła do ukształtowania się kilku charakterystycznych struktur brzmieniowych, bardzo typowych dla takich firm, jak Dumble, Fen-der, Marshall, Hiwatt, Vox czy Mesa En-gineering, stanowiących swoiste punkty odniesienia. Zdarza się, że istotne dla całokształtu brzmienia elementy i ich obwody są chronione przez patenty albo zamknięte w nierozbieralną silikonową lub epoksydową kostkę.
Niewątpliwie, w układach przed-wzmacniaczy typu High Gain, w celu uzyskania właściwej dynamiki i artykulacji, konieczna jest radykalna amplitu-dowo-częstotliwościowa korekcja sygnału wejściowego, a następnie, niejako "odwrócona" o 180 stopni korekcja sygnału wyjściowego. Po takiej wstępnej korekcji sygnał z przetworników ma odsłuchowo mało przyjemny "telefoniczno-kartono-wy" charakter. Stanowi jednak najlepszy
substrat do uzyskania bardzo "gęstego przesteru". Zawiera wielokrotnie wzmocnione owertony, mające pierwotnie bardzo małą amplitudę, przy wyeliminowanych skrajnych częstotliwościach pasma instrumentu, odpowiedzialnych za wspomniane negatywne zjawiska. I znów, paradoksalnie, taka radykalna korekcja nie daje zadowalającego brzmienia przy płytkich przesterowaniach. Sensowne wydaje się więc konstruowanie co najmniej dwóch odpowiednich kanałów przedwzmacniacza typu Crunch i Lead, w których zakresy korekcji dopasowane są do głębokości przesteru. Korekcja wyjściowa ma na celu zredukowanie ogromnej liczby powstających wyższych harmonicznych, których obecność w sygnale jest wybitnie nieprzyjemna słuchowo.
Na rys. 2, 3, 4 są przedstawione uproszczone, podstawowe wersje przedwzmac-niaczy, nazwanych umownie - dla pewnego usystematyzowania - Fender, Marshall, Mesa. Podstawę stanowią w nich zwykłe triodowe oporowe wzmacniacze napięcia oraz tzw. "półkowy" regulator dźwięku.
Przedwzmacniacz typu Fender - rys. 2 - jest bardzo prosty, oparty o jedną podwójną triodę 12AX7 (ECC83). Zasadniczą jego cechą jest klarowne, szkliste wręcz brzmienie i brak możliwości uzyskania dużej ilości zniekształceń. Przed erą wzmacniaczy typu Master Volume, przesterowanie realizowano w końcówce mocy poprzez maksymalne "odkręcenie" gałki głośności. Widoczny jest także brak elementów o "dziwnych" wartościach, a lampy pracują w czystej klasie A. Po regulatorze barwy dźwięku, ze względu na jego lokalizację, trudno spodziewać się szczególnej elastyczności i wielkiej różnorodności uzyskiwanych barw. Układ ten, w różnych modyfikacjach, stosowany jest szeroko jako samodzielny przedwzmacniacz kanału Clean wielu wzmacniaczy. Warto pamiętać o tym, że tzw. półkowy, trójpasmowy regulator barwy dźwięku sam przez się powoduje spore zniekształcenia z tytułu obciążenia sterującej go triody (szczególnie ECC83) stosunkowo małą impedancją (ok. 100kn), zależną w dużym stopniu od położenia
suwaków poszczególnych potencjometrów. Jeśli ten układ ma pracować we wzmacniaczu do gitary basowej, to warto poeksperymentować z lampą 12AU7 (ECC82) lub 12AT (ECC81) - vide Fender Bassman.
W wielu "małych" konstrukcjach Fen-dera stosowano jako stopień wyjściowy pojedynczą tetrodę 6V6 w klasie A, a w większych dwie w układzie push-pull oraz klasyczne 6L6 lub 5881. Jako ciekawostkę przytoczyć można fakt, że pierwotnie Leo Fender konstruował swe pierwsze wzmacniacze gitarowe jako wzmacniacze kategorii Hi-Fi!
Przedwzmacniacz typu Marshall - rys. 3 - jest bardziej złożony i należy do kategorii Master Volume. W pierwszym stopniu Vi istotną rolę odgrywa rezystor katodowy o dość dużej wartości 2,7kH, zablokowany do masy kondensatorem
0 wartości zaledwie 680nF. Dzięki niemu punkt pracy na charakterystyce przesunięty jest nieznacznie dla dużych sygnałów wejściowych w kierunku klasy AB
1 stopień generuje parzyste harmoniczne.
Wzmocnienie jest największe dla częstotliwości średnich i wysokich. Następuje tu łagodne ograniczenie częstotliwości najniższych (low-end roll-off), bardzo korzystne dla dalszej obróbki sygnału. Lampa zawierająca tę triodę powinna być elastycznie zawieszona i ekranowana. Dla minimalizacji przydźwięku sieci wskazane jest żarzenie jej włókna stabilizowanym prądem stałym. Znajdujący się po Vi potencjometr, określany mianem Gain, służy do płynnej regulacji nie tylko głośności, ale przede wszystkim wpływa na poziom zniekształceń, czyli zawartość harmonicznych. Możliwość uzyskania czystych brzmień istnieje jedynie na początku obrotu i przy wykonaniu wejścia LOW. Sygnał z suwaka potencjometru Gain trafia na siatkę triody V2, która dzięki rezystorowi katodowemu 10kH pracuje z bardzo małym prądem. Brak kondensatora blokującego rezystor katodowy powoduje występowanie ujemnego, prądowego, równoległego sprzężenia zwrotnego, dzięki któremu obcinanie siatkowe ma bardzo łagodny charakter (ang. soft clipping).
Elektronika Praktyczna 9/99
23
SPRZĘT
Całkowite wzmocnienie stopnia jest stosunkowo małe dla wszystkich częstotliwości. Następuje tu naturalne ograniczenie szumów i przydźwięku 50Hz. Stopień V3 przyłączony jest przez dzielnik złożony z rezystorów 470kH, którego zasadniczą rolą jest wyeliminowanie wpływu zmieniającej się cyklicznie rezystancji siatki sterującej V3 na obwód anody V2. Trioda V3 ze swoim rezystorem katodowym 820H stanowi swoisty ,,dopalacz", którego zadaniem, proszę wybaczyć słowo, jest ,,uprostokątowienie" sygnałów o dużej amplitudzie, a więc wzbogacenie w nieparzyste harmoniczne, decydujące o ostrym, metalowym brzmieniu.
Trzeba pamiętać, że wartość Rk = 820H nie wymusza na anodzie utrzymywania się ok. 1/2 napięcia zasilającego V3. Jest to bardzo istotne dla trwałości izolacji katoda-grzejnik wtórnika katodowego V4, ponieważ dopuszczalne napięcie między katodą a grzejnikiem dla lampy ECC83 wynosi 180V. Wtórnik katodowy V4 oddziela wysoko im pedancyjne wyjście anody V3 od niskoimpedancyjnego wejścia regulatora barwy dźwięku. Tu uwaga: V4 obciążona takim regulatorem wprowadza spore zniekształcenia dla dużych amplitud sygnału ,,czystego"!. Jego działanie ze względu na bogactwo harmonicznych jest bardzo efektywne. W niektórych konstrukcjach z rezystora katodowego V4 przed regulatorem barwy dźwięku pobierany jest sygnał do sterowania obwodem pogłosu sprężynowego.
Wyjściowy potencjometr Master Volu-me wraz z regulatorem Gain tworzy parę umożliwiającą odpowiednie dozowanie sygnału do końcówki mocy i jej przeste-rowanie, a która wyposażona w potencjometr Presence, jako całość dodatkowo wzbogaca dźwięk i poprawia artykulację. Dzięki takiej konfiguracji wzmacniacze Marshall, wyposażone w pentody EL34, na brzmieniach czystych zawsze wykazują niezwykle charakterystyczne ,,przybrudzenie", a na przesterowanych dysponują szeroką paletą barw, stanowiąc w tej dziedzinie niewątpliwy kanon.
Przy grze z dużym przesterem trójpas-mowy układ barw dźwięku przestaje spełniać swą standardową rolę. Przepuszcza raczej tylko te korzystne harmoniczne, podlegające w stopniu mocy dodatkowemu symetrycznemu ograniczeniu. Ze względu na sposób nawinięcia transformatora głośnikowego (celowo bardzo odległy od norm Hi-Fi!) następuje w nim charakerystyczne odfiltrowanie najwyższych i najniższych częstotliwości (hi/ low-end roll-off). Ten typ przedwzmac-niacza ,,lubi" dodatkowe przesterowanie wejścia za pomocą wszelkiego rodzaju efektów podłogowych.
Przedwzmacniacz typu Mesa jest szczególnym rozwinięciem koncepcji Fendera, dzięki wprowadzeniu dodatkowego stopnia wzmacniającego (2OdB extra gain sta-ge) i przerzuceniu ciężaru ostatecznej korekcji częstotliwościowej sygnału wyjściowego na załączany przełącznikiem nożnym 5-pasmowy, półprzewodnikowy
korektor graficzny. Na brzmieniach czystych wzmacniacz zasadniczo nie odbiega od swojego pierwowzoru. Dopiero przy grze z "przesterem" ujawnia się jego cała potęga.
Najistotniejszą rolę wydaje się odgrywać regulator barwy dźwięku, spełniający w tej sytuacji nieco odmienną funkcję. ,,Obrabia" on częstotliwościowo sygnał, tworząc określony rodzaj drive'u, który trafia do ostatecznego stopnia obcinającego, opartego o V3 i częściowo V4. Przy grze z maksymalnym ,,przesterem" konieczne bywa ustawienie potencjometru Bass na prawie minimum, Middle na 100%, a Treble na ok. 50%. Jest to praktyczna realizacja wcześniej wspomnianej korekcji sygnału wejściowego. Radykalne, ,,gęste" przesterowanie (ang. satura-ted distortion) powstaje m.in. dzięki wielostopniowemu wzmacnianiu alikwotów
0 nawet najmniejszej amplitudzie, obecności kondensatorów katodowych o dużej pojemności, dających w rezultacie ogromne wzmocnienie poszczególnych stopni w szerokim zakresie częstotliwości i znaczny udział obcinania siatkowego. Okupione jest to jednak możliwością pojawienia się sporych zniekształceń in-termodulacyjnych. Przy tak dużej zawartości harmonicznych konieczne stało się użycie korektora graficznego, również w celu wyeliminowania zbędnych składowych sygnału. Oparta o tetrody 6L6/ 5881 końcówka mocy najczęściej nie jest przesterowywana. Transformator wyjściowy posiada zwykle uzwojenia wielosek-cyjne, co w istotny sposób rzutuje na ostateczny rezultat brzmieniowy.
Bardzo często w celu zmuszenia lamp do jeszcze głębszego ograniczenia sygnału, stosowane są różnego rodzaju dodatkowe, ,,podłogowe" efekty (ang. stomp box). Można je zaklasyfikować do dwóch grup: distortion type units oraz gain type units. Te pierwsze, to wszelkiego rodzaju efekty Fuzz, Overdrive, Distortion. Te drugie to korektory graficzne, graniczne
1 parametryczne. Najczęściej wpinane są one między gitarę a wzmacniacz. Ich zasadnicza rola polega na wstępnej korekcji częstotliwościowej i wzbogaceniu w określone harmoniczne. Pierwotnie urządzenia typu overdrive, zgodnie ze swoją nazwą, służyły wyłącznie do kilkukrotnego wzmocnienia stosunkowo słabego sygnału z gitary, który z kolei "prze-sterowywał" niskoczułe wejście wzmacniacza. Urządzenie typu distortion mogą samodzielnie i ostatecznie decydować o brzmieniu przesterowanym. Wtedy rola wzmacniacza ogranicza się do funkcji czysto amplifikacyjnych.
Istotne jest również to, że obydwa urządzenia zachowują się jak pewnego rodzaju kompresor utrzymujący na mniej więcej stałym poziomie sygnał z gitary. Stanowi to więc głęboką ingerencję w odpowiedź dynamiczną wzmacniacza (ang. dynamie response), często bardzo pożądaną przy określonych technikach gry. W przypadku zastosowania korektora dowolnego typu chodzi głównie o selektywne uwypukle-
nie pożądanego pasma częstotliwości (200-1600Hz), często z podniesieniem amplitudy sygnału do wartości kilku-, kilkunastu woltów. Daje to w rezultacie nieprawdopodobną poprawę głębokości ,,przesteru", artykulacji, itd. Dwa przeciwnie skrajne ustawienia korektora graficznego, (,,wesołe" i "smutne") są z kolei głęboką ingerencją w odpowiedź częstotliwościową (ang. freąuency response). Cała gama pośrednich ustawień potencjometrów, w jakie wyposażone są korektory, umożliwia odnalezienie częstotliwości rezonansowej przetworników. Podbicie właśnie tej częstotliwości znacznie poprawia artykulację. Podbicie innego specyficznego pasma częstotliwości, np. lkHz bardzo "zaostrza" atak - efekt uderzenia kostką w strunę jest zaakcentowany w stopniu umożliwiającym czytelne granie bardzo szybkich riffów i pasaży. Istotnym czynnikiem, decydującym o właściwościach przed-wzmacniacza, jest wartość napięcia zasilającego lampy wejściowe.
W literaturze anglojęzycznej często przytaczana jest opisowa cecha, określana niełatwo przetłumaczalnym terminem HEADROOM. Najogólniej, jest to zdolność do przenoszenia sygnałów o dużej amplitudzie (powyżej poziomu nominalnego) bez zniekształceń (obcinanie wierzchołków). Jest to właściwość decydująca o dynamice, a zarazem kreatywności wzmacniacza. Jest ona tym wyższa, im wyższe jest napięcie anodowe. Tu kolejna uwaga: dla lamp szeregu ECC napięcie między anodą a katodą podczas normalnej pracy nie może przekroczyć wartości 300V. W praktyce, napięcie anodowe na "górnym" końcu rezystora anodowego nie powinno przekraczać 3 80-400V.
Warto wiedzieć, że w pierwszych seryjnie produkowanych modelach wzmacniaczy zmiana głębokości "przesteru" wiązała się z przełożeniem wtyczki kabla gitarowego z gniazda Low do High. Istotna różnica pomiędzy obydwoma typami gniazd nie sprowadzała się wyłącznie do różnicy w czułości, ale także do znacznej różnicy w impedancji - 1MH dla gniazda High i ok. 120KH dla gniazda Low. Stąd wynikało odmienne brzmienie gitary, na skutek obciążenia przetwornika drastycznie różnym oporem.
Obecnie funkcję tę realizuje system odpowiednich przekaźników elektromagnetycznych lub optoelektronicznych, sterowanych najczęściej 1-2 przełącznikami podłogowymi. Układy te najczęściej re-konfigurują obwody w celu uzyskania właściwego efektu. Ponadto, opracowano układy wzmacniaczy 2-4 kanałowych, w których każdy kanał konfigurowany jest w inny sposób. Możliwa jest także osobna regulacja niektórych lub wszystkich parametrów. Warto wspomnieć o prostej metodzie wpływania na strukturę harmonicznych, dynamikę i artykulację, jaką jest zamiana jednego typu lamp na inny. Jak wiadomo, najczęściej są to lampy szeregu ECCxx (12A), których podstawowy układ zasilania i polaryzacji różni się w bardzo małym stopniu. W przy-
24
Elektronika Praktyczna 9/99
SPRZĘT
20dBsKtragain
r
Rys. 4.
padku, gdy przedwzmacniacz zbudowany jest w oparciu o dwie takie lampy, możliwe jest eksperymentowanie z różnymi kombinacjami kolejności ich ustawienia. I tak, ECC83 (12AX7, 5751, 7025, ewentualnie rosyjskie 6N2P), mając największe wzmocnienie (70-100) i rezystancję wewnętrzną 62kH oraz łagodną charakterystykę przesterowania, daje brzmienie uważane przez wielu muzyków za najlepsze, jednak o stosunkowo malej dynamice a dużej kompresji i sus-tainie. Egzemplarze wyprodukowane przez Mullarda (Gold Pin), Telefunkena, Brimara wyróżniają się najniższymi szumami i najmniejszym mikrofonowaniem. ECC83 jest najczęściej stosowaną podwójną triodą malej mocy. Lampy o średnim współczynniku wzmocnienia (44-60) i rezystancji wewnętrznej ok. llkn -ECC81 (12AT7, 12AY7, 12AZ7) - zasadniczo pracowały w obwodach pogłosu sprężynowego lub jako odwracacze fazy w wielu klasycznych konstrukcjach Fen-dera. Ich zastosowanie daje wzrost dynamiki i "mięsiste" zniekształcenia kosztem niewielkiej utraty kompresji i sustai-nu. Do tej grupy można zaliczyć ECC85. Lampy o najniższym współczynniku wzmocnienia (17) i rezystancji wewnętrznej ok. 7kHECC82 (12AU7) zapewniają największą dynamikę i tzw. headroom, przy najmniejszej kompresji i sustainie. Ze względu na znacznie wyższe napięcie polaryzacji wstępnej w normalnych warunkach (ok. -8V), lampy te trudno prze-sterować. W rezultacie otrzymujemy bardzo czyste ,,okrągłe" brzmienie, idealne dla kanału Clean, o ile zależy nam na znikomej ilości harmonicznych. Mogą one jednak sprawiać pewne kłopoty ze względu na szumy i mikrofonowanie. Zaskakujący jest fakt, że doskonały skądinąd
wzmacniacz Pitbull Ultra-Lead firmy VHT zawiera właśnie te lampy, oferując całą paletę rewelacyjnych brzmień.
Problemem mogącym się ujawnić podczas zamiany lamp może być odmienne wprowadzenie grzejnika katody (ros. 6N2P, ECC85) oraz moc rezystorów anodowych (dla lamp ECC81/82/85 powinny one mieć moc co najmniej 1W). Nietypową lampę EF86 (626 7) ,,zatrudnia" w układach przeznaczonych do stopni wejściowych, także mikrofonowych. Charakteryzuje się niskim poziomem szumów i małym mikrofonowaniem a bardzo dużym wzmocnieniem (do 200). Dopuszczalne napięcie anody wynosi 300V. Wydaje się, że jest to ciekawe rozwiązanie wśród konstrukcji wzmacniaczy gitarowych. Dość nietypowym sposobem uzyskiwania owego niepowtarzalnego lampowego brzmienia jest koncepcja ,, wzmacniać z a we wzmacniaczu". W praktyce realizuje się ją poprzez wyposażenie przedwzmacniacza we własny, niejako autonomiczny przeciwsobny wzmacniacz mocy klasy A, oparty o parę małych pentod EL84, z wyjściowym transformatorem głośnikowym, obciążonym odpowiednim rezystorem o mocy kilku watów. Istotnym zabiegiem jest w tym przypadku celowe zaniżenie "gabarytów" rdzenia transformatora. Dzięki temu bardzo łatwo ulega on nasyceniu, dając "lampową" kompresję i charakterystyczny typ zniekształceń nieliniowych. Dopiero z wyjścia tego transformatora sygnał jest kierowany do "normalnej" końcówki mocy opartej o duże lampy. Całość zaś znajduje się w jednej obudowie o typowych rozmiarach.
Nie sposób wyczerpać bogactwa tematyki w tak krótkim przeglądzie (do czego zresztą autor nie rości sobie pretensji). Ambicją autora była jedynie chęć przybliżenia zupełnym nowicjuszom zaledwie fragmentu problematyki lampowej, związanej z tymi śmiesznymi w dobie mikroprocesorów świecącymi czerwonawo "buteleczkami". Podsumowując:
- W gitarowym wzmacniaczu lampowym zniekształcenia powstają na skutek zamierzonego przesterowania we właściwych proporcjach stopni wejściowych, inwertera fazy i lamp końcowych, nasycania się rdzenia transformatora wyjściowego (dla dużej oddawanej mocy)
i w końcu poprzez przesterowanie samych głośników, które po osiągnięciu maksymalnej amplitudy wychylenia membrany również generują określony rodzaj zniekształceń.
- Znaczną rolę w kreowaniu "lampowego brzmienia" odgrywa zastosowanie w prostowniku zasilacza lamp próżniowych, zamiast diod półprzewodnikowych, "sztuczek" polegających na zasilaniu grzejników lamp końcowych napięciem nieco niższym od nominalnego (zwykle jest to przełącznik dodający pewną liczbę zwojów do uzwojenia pierwotnego transformatora sieciowego).
- Podstawowe znaczenie dla całokształtu brzmienia przesterowanego ma właściwa, amplitudowo-częstotliwościowa korekcja sygnału na wejściu i wyjściu przedwzmacniacza.
- Znane powiedzonko Keitha Richardsa -"właściwa gitara do właściwego wzmacniacza" - uzupełnić należy "i właściwej kolumny". Może się bowiem zdarzyć, że źle dobrana kolumna zniweczy cały wysiłek konstruktora (rodzaj obudowy, typ, liczba i moc głośników).
- W przypadku samodzielnego wykonywania przedwzmacniacza posiadającego wejście o bardzo dużej czułości (High Gain) niezwykle istotną rolę odgrywa właściwe prowadzenie przewodów masy, najlepiej metodą gwiazdy, tzw. czyste prowadzenie wszelkich ekranów, przewodów zasilających i sygnałowych, żarzenie lamp stabilizowanym prądem stałym, elastyczne zawieszenie i ekranowanie lampy wejściowej. Poprawnie wykonany wzmacniacz nie "brzmi" a jedynie sygnalizuje swoje działanie łagodnym szumem!
- Ze względu na złożoność omawianych zagadnień (elektronika + akustyka + muzyka), biegłość w tworzeniu poprawnie działających urządzeń tego typu przychodzi po naprawdę wielu godzinach eksperymentowania z całą masą elementów i zjawisk, a także konieczności pokonywania wielu niespodzianek. Również niezbędna wydaje się być praktyczna znajomość technik gitarowych i umiejętność wydobywania z instrumentu specyficznych sygnałów, podlegających jakże subiektywnej ocenie, stanowiących jednak niewyczerpane źródło inspiracji w kreowaniu "dźwięku przesterowanego".
Tomasz Wójkowski
Elektronika Praktyczna 9/99
25
PODZESPOŁY
Czyli co nieco o kompatybilności elektromagnetycznej, część 1
EMC i EM są hasłami mało jeszcze znanymi w naszym kraju, a przez to bardzo tajemniczymi, podobnie jak niektóre sprzętowe rozwiązania stosowane w konstrukcjach obudów współcześnie pro je kto won ych urządzeń elektron icznych. W pierwszej części cyklu artykułów uchylamy nieco rąbka 3=mc?
EMC jest skrótem pochodzącym od angielskich słów Elec-tro-Magnetic Compatibility, co w polskim przekładzie oznacza kompatybilność elektromagnetyczną. W przekładzie na język elek-tronika-praktyka EMC oznacza bardzo szeroką dziedzinę wiedzy, która dotyczy wszelkich zagadnień związanych z powstawaniem i redukcją wszelkiego rodzaju zakłóceń w radiowym i optycznym paśmie częstotliwości.
Jeszcze 10 lat temu mało kto zajmował się "niewidocznymi" problemami zakłóceń elektromagnetycznych i kompatybilnością elektromagnetyczną. Gwałtowne rozpowszechnienie się w ostatnich latach różnego typu urządzeń radiokomunikacyjnych, sprzętu
komputerowego, elektronicznych sterowników napędów i przekształtników dużej mocy, a także szeregu innych
urządzeń generujących zakłócenia elektromagnetyczne wymusiło na organizacjach nadzorujących rozwój przemysłu stworzenie norm ograniczających natężenie dopuszczalnego promieniowania. W krajach Unii Europejskiej problematyką EMC zajął się CENELEC (ang. European Committee for Electrotechnical Standarization), a w USA dwie organizacje rządowe: FCC (ang. Federal Communication Commis-sion) oraz FDA (ang. Federal Drug Administration). Ranga instytucji zaangażowanych w problematykę EMC wybitnie dowodzi jej znaczenia w dalszym rozwoju cywilizacyjnym.
Co to jest EMC?
Kompatybilność elektromagnetyczna jest - zgodnie z definicją CENELEC - zdolnością urządzenia elektrycznego lub elektronicznego do prawidłowej pracy w zaprojektowanym dla niego otoczeniu elektromagnetycznym, z zachowaniem odporności na elektryczne zakłócenia zewnętr-
Elektronika Rmyczna 9/99
27
PODZESPOŁY
zne i zminimalizowanym promieniowaniem elektromagnetycznym na zewnątrz.
Na rys. 1 znajduje się najprostszy schemat obrazujący wzajemny wpływ fragmentów urządzenia elektronicznego na siebie. Strzałkami narysowanymi linią przerywaną zaznaczono wpływ promie-
niowania elektromagnetycznego na otoczenie, strzałki narysowane liniami ciągłymi symbolizują przepływ prądu elektrycznego, np. przez miedziane ścieżki obwodu drukowanego.
Wzajemny wpływ pól elektromagnetycznych generowanych przez urządzenia na siebie nazywany jest interferencją elektromagnetyczną EMI i to ona
właśnie jest podstawową przyczyną kłopotów konstruktorów. Interferencja oznaczona literą A (rys. 1) symbolizuje bezpośredni wpływ pola elektromagnetycznego "urządzenia emitującego" na "urządzenie poddawane promieniowaniu...". Interferencja oznaczona literą B pokazuje wpływ linii przewodzącej (sygnałowej, zasilania, itp.) na otoczenie, ponieważ przepływ przez nią prądu powoduje indukowanie zakłócającego pola EM. Kolejna interferencja, oznaczona literą C, wskazuje zakłócenia powstające w liniach przewodzących, wywoływane przez pola EM urządzeń znajdujących się jej pobliżu. Ostatnią istotną interferencję oznaczono literą D. W uproszczony sposób symbolizuje ona wzajemny wpływ na siebie linii przewodzących które, zwłaszcza w szybkich systemach cyfrowych, są niezwykle efektywnymi źródłami zakłóceń.
Rzeczywiste wzajemne zależności opisujące wzajemny wpływ wszystkich elementów tworzących konstrukcję są oczywiście znacznie bardziej skomplikowane, niż to przedstawiliśmy. Poczynione uproszczenia mają ułatwić analizę tego baidzo złożonego zagadnienia, do którego wrócimy za miesiąc. Andrzej Gawryluk, AVT
Na zdjęciach ilustrujących artykuł przedstawiono elemen ty ekranują ce EMI firmy Teckni t.
W artykule wykorzystano materiały firmy Tecknit, udostępnione przez jej oficjalnego dystrybutora: Iwanejko Electrpnjcs (tel. (0-22) 831-43-74). ^fcgjJŁ
Czytelników zainteresowanych tematyką przedstawioną w artykule zachęcamy do wypełnienia i wysłania kuponu znajdującego się na wkładce kartonowej. Wśród Czytelników, którzy przyślą nam wypełnione kupony rozlosujemy 30 katalogów firmy Tecknit.
28
Elektronika Praktyczna 9/99
SPRZĘT
Philipsowe Flashe w wersji '51
Philips, próbując dogonić
mikrokontrolerową konkurencję,
oferuje wreszcie układy rodziny
'51 z reprogramowalną pamięcią
programu typu Flash.
Pretekstem do przybliżenia tych
układów jest prosty programator
udostępniony nam przez jednego
z dystrybutorów firmy Philips.
iWINISP!
S9C51Rx+
Rys. 1.
procesorów
Oznaczenie Pamięć programu IkB] RAM IB] Licznik-timer PCA Watch-dog Inne
89C51 MTP4 128 - 1
89C52 MTP8 256 - -
89C54 MTP16 256 - -
89C58 MTP32 256 - -
89C51RA+ SPI8 512 + + 2
89C51RB+ SPI16 512 + +
89C51RC+ SPI32 512 + +
89C51RD+ SPI64 1k + +
Uwagai Procesory 89G51RA/B+me są jeszcze dostępne. 1 Statyczny rdzeń do 33MHz, dupleksowy UART, 4-poziornowe przerwania, 6 źródeł przerwań, drugi rejestr DPTR 2 Statyczny rdzeń do 33MHz, dupleksowy UART, 4-poziornowe przerwania, 7 źródeł przerwań, drugi rejestr DPTR
Po wielu zapowiedziach, na rynku pojawiły się wreszcie "flasho-we" wersje mikrokontrolerów '51 opracowane w laboratoriach firmy Philips. Nowe układy noszą' przyjazne dla użytkowników oznaczenia 89C5lRx+, gdzie ,,x' oznacza rozmiar pamięci programu (patrz tab. 1], a "+" symbolizuje drobne udoskonaleni; wprowadzone w obwodach peryferyjnych. Philips konsekwentnie utrzymał pełną kompatybilność nowych proceso- _*\ rów ze starszymi ich wersjami, oferując jednocześnie wiele dość interesujących nowości.
Podstawowym atutem 89C5lRx+ jest możliwość programowania ich w systemie. Programowanie może odbywać się w dowolnej chwili na żądanie programu, za pomocą procedury zaszytej na stałe w najwyższym IkB pamięci programu (tzw. bo-otrom, zawsze od FCOOh do FFFFh, niezależnie od całkowitej pojemności pamięci programu] lub za pomocą procedury przygotowanej przez użytkownika. Ściąganie programu do pamięci możliwe jest poprzez wbudowany port szeregowy UART - przykład podstawowej aplikacji przedstawiono na rys. 1. Przełączenie procesora w tryb programowania jest możliwe na drodze sprzętowej lub programowej - szczegóły znajdują się w nocie aplikacyjnej, którą można znaleźć na stronie WWW Phi-lipsa lub pod adresem www.ep.com.pl/ftp/an46l.pdf. Pamięć programu Flash została podzielona na sektory o pojemności 8kB (dwa sektory o niższych adresach] oraz l6kB (dwa "górne" bloki pamięci]. Operacje kasowania i programowania każdorazowo dotyczą całego wybranego sektora.
Istotną wadą obecnie produkowanych procesorów jest konieczność zastosowania wysokiego (12V] napięcia zewnętrznego do zasilenia programowanej pamięci nieulotnej. Na jesień tego roku zapowiadane są wersje w pełni 5-woltowe.
Chcąc ułatwić życie użytkownikom nowych mikrokontrolerów Philips
przygo tował prostą płytkę-programator, do której powstało bardzo łatwe w obsłudze oprogramowanie WINISP.
Na rys. 2 przedstawiono okno działającego programu. Jego twórcy starali się stworzyć program nie tylko przyjazny użytkownikowi, ale także dostarczający nieco rozrywki (migająca ikona w lewym górnym rogu rys. 2). Oprogramowanie oraz dokumentacja, udostępniane przez Philipsa, gwarantują użytkownikom pełną samodzielność i pozwalają uniknąć zakupu programatora. Nie oznacza to jednak, że procesorów 89C5lRx+ nie da się programować w sposób standardowy -aby zapewnić zgodność ,,w dół" zachowano tryb programowania równoległego.
Uzupełnieniem "flashowej" oferty Philip-sa są mi kro ko ntro lery z pamięcią repro gram owalną TvlTP - Multi Time Pro-grammable], które są pozbawione możliwości programowania w systemie. Są to więc odpowiedniki konkurencyjnych AT89C51/52 i im podobnych mikrokontrolerów (szczegóły w tab. 1). Piotr Zbysiński, AVT
Nota aplikacyjne AN481 oraz oprogramowanie sterujące pracą programatora dostępne są pod adresami: www.ep.com.pl/ftp/ an4Sl.pdf oraz www.ep .com .pl/ftp / 39C.51.8X8.
Artykuł przygotowano w oparciu o materiały firmy Eur o di s (tel. {0-71} 387-57-41}.
Rys. 2
Elektronika Praktyczna 9/99
29
SPRZĘT
Nowe narzędzie Microchipa
Firma Microchip dba o swoich
klientów wciąż poszerzając
i wzbogacając rodzinę
popularnych procesorów
je dnoukład owych PIC. Pojawiają
się procesory różnorodnie
i bogato wyposażone
z wewnętrznymi przetwornikami,
coraz większą liczbą liczników
i portów. Zwiększa się także
wielkość dostępnej pamięci
programu i danych. Nowością są
układy z pamięcią Flash
umożliwiającą wielokrotne
programowanie i elektryczne
kasowanie pamięci programu
a także procesory z 12-bitowymi
przetwornikami A/C.
Jak przystało na firmę dbającą
o klienta a przy okazji o swoje
interesy razem z nowymi
układami pojawiają się tanie
narzędzia pozwalające
wypróbować możliwości nowych
kostek. Tak jest w przypadku
procesorów z serii PIC16F87x dla
których firma stworzyła
prawdziwy "kombajn"
programowo-sprzętowy pozwalający
na eksperymenty a także całkiem
poważną pracę.
Zestaw MPLAB-ICD to bardzo uniwersalne narzędzie. Przede wszystkim pozwala na emulację pracy procesora w czasie rzeczywistym czyli mówiąc bardziej po ludzku umożliwia wykonywanie programu pod pełnym nadzorem. Ma to niebagatelne znaczenie na etapie uruchamiania nowo pisanego oprogramowania, usuwania ukrytych błędów i optymalizacji. Dzięki możliwości zatrzymania działania programu w dowolnej chwili, podejrzenia zawartości wewnętrznych rejestrów procesora i spokojnego przeanalizowania efektów jego działania, można znacznie łatwiej wychwycić błędy niż w przypadku normalnie zaprogramowanego układu, do którego wnętrza w czasie pracy nie ma dostępu. Zestaw umożliwia także programowanie procesorów a w powiązaniu z dołączonymi narzędziami programistycznymi pozwala na wszechstronne uruchamianie i testowanie nowo pisanego oprogramowania dla układów PICl6FS7x.
W skład zestawu MPLAB-ICD wchodzi przede wszystkim moduł sprzętowy, który komunikuje się ze sterującym jego pracą komputerem PC przy pomocy portu RS232. Moduł wyposażony jest także w gniazdo pozwalające dołączyć przy pomocy krótkiego przewodu płytkę złącza umieszczaną w czasie pracy w podstawce procesora docelowego urządzenia w którym będzie pracował emulowany PICl6FS7x. Dodatkowo w zestawie użytkownik otrzymuje płytkę prototypową do montażu i uruchamiania niewielkich układów bądź testowania możliwości samego procesora.
W czasie normalnej pracy moduł emulatora pobiera energię z docelowego układu poprzez podstawkę procesora w której osadzone jest gniazdo jego sondy. Układ pracuje zarówno z zasilaniem 5V jak i 3V. Zależnie od trybu pracy jak i wartości napięcia zasilającego pobierany z układu prąd waha się w granicach od 20mA do maksymalnie 70rnA. Do pracy płytki prototypowej potrzebne jest zasilanie 9V/750rnA. Na płytce zamontowane jest gniazdo zasilania i stabilizator 5V. Oprócz tego przewidziano tam miejsce na wymienny zewnętrzny kwarc taktujący pracą procesora i gniazdo z wyprowadzonymi portami procesora. Na płytce zamontowano także S sygnalizacyjnych LED-ów, przełącznik do ich odłączania od portów, dwa przyciski astabilne oraz potencjometr który można wykorzystać do badania pracy wewnętrznego przetwornika A/D procesora.
W skład kompletu oprócz płytki emulatora, płytki złącza wraz z kablem, płytki prototypowej wchodzi także kabel RS-a oraz zestaw oprogramowania wraz z podręcznikami i instrukcją użytkowania. Niewątpliwie bogactwo oprogramowania jest mocną stroną pakietu MPLAB-ICD. Zestaw składa się z Edytora i programu zarządzającego nowo tworzonymi projektami, programu sterującego pracą emulatora, asemblera wraz z programem linkującym. Jest także programowy symulator procesora pozwalający wstępnie prześledzić działanie nowo tworzonego programu na ekranie monitora zanim wraz z procesorem znajdzie się w docelowym układzie. Zarówno działanie sprzętu jak i programów narzędziowych jest szeroko opisane w dwóch dołączonych do zestawu pod-
Procesor RAM Porty ADC 8 bitów PWM DAC Komparatory Timery
PIC16F373 192 3 2 - - 3+WDT
PIC16F374 192 3 2 - - 3+WDT
PIC16F376 363 3 2 - - 3+WDT
PIC16F377 363 3 2 - - 3+WDT
ręczni-kach, dokumentacja jest powielona także w formie elektronicznej na dołączonej do zestawu płycie CD. Oczywiście (i niestety) cała dokumentacja napisana jest w języku angielskim (wersja japońska wyraźnie wskazuje obszar geograficzny którym interesuje się firma Microchip). Na płycie znajdują się także wymienione wcześniej programy narzędziowe. Ich instalacja na twardym dysku komputera przebiega automatycznie po włożeniu płyty do czytnika CD, użytkownik w czasie instalacji proszony jest o kilka standardowych w takim przypadku decyzji.
W skład rodziny procesorów z pamięcią Flash której dedykowany jest zestaw MPLAB-ICD wchodzą obecnie cztery układy oznaczone symbolami PIC16FS73/4/6/7. Wspólną cechą układów jest oczywiście przede wszystkim elektrycznie programowalna i kasowana pamięć programu pozwalająca wielokrotnie powtarzać operacje zapisu i kasowania. Oprócz tego układy mogą być taktowane zegarem o częstotliwości z przedziału O..2OMHz mają sprzętowe zerowanie, procesor można programować przy pomocy sygnałów dołączonych do jego dwóch wyprowadzeń nawet jeżeli jest już zamontowany w docelowym układzie. Do programowania potrzebne jest jedynie napięcie +5V.
Procesory mogą pracować z napięciem zasilającym o szerokim zakresie tolerancji od 2V do 5V. Maksymalny pobór prądu wynosi 20mA lecz przy zegarze 4MHz i zasilaniu 5V nie przekracza on 2mA. Najważniejsze różnice między układami sprowadzają się do rozmiaru dostępnej pamięci, liczby portów i wewnętrznych liczników. Zestawienie najważniejszych cech procesorów wygląda następująco:
Oprócz wymienionych na uwagę zasługują także procesory posiadające 12 bitowy przetwornik a oznaczone symbolami PIC16C773 i PIC16C774. Atrakcją układów jest przetwornik analogowo-cyfrowy o dużej rozdzielczości, pozostałe parametry elektryczne procesorów są podobne do układów z pamięcią Flash. Poza przetwornikiem procesory posiadają wbudowane 3 liczniki z opcją zatrzaskiwania wartości chwilowej, zegar watchdogassss, dwa wyjścia PWM pozwalające generować impulsy prostokątne o programowo ustawianym wypełnieniu. Układy dostępne są w różnego typu obudowach o ilości wyprowadzeń bądź 2S bądź 40. Po pełniejsze dane dotyczące produktów firmy Microchip i procesorów PIC radzę sięgnąć na internetową stronę firmy www.microchip.com. Ryszard Szymaniak, AVT ry sza rd. szy ma n ia k@e p .co m. p I
Artykuł przygotowano w oparciu o mats-riaiy firmy Elbatex (tel. {0-22} 363-22-73).
30
Elektronika Praktyczna 9/99
INTERNET
Electronics For You on Linę
Przedstawiamy internetową
stronę indyjskiego pisma dla
elektroników, której zawartość
może wprawić w prawdziwe
zdumienie!
Dlaczego? Odpowiedź znajdziecie w artykule.
LAUNCHH0
i
TT F TTTTf T1T 1T TTTIT1T
Rys. 1.
Każdy chyba człowiek ma zakodowane w swojej psychice pewne hasła, których wypowiedzenie powoduje jego natychmiastową, choć niekiedy podświadomą reakcję. Hasła takie najczęściej związane są z indywidualnymi zainteresowaniami lub też miłymi i niezapomnianymi przeżyciami.
Jednym z haseł, na dźwięk którego w mojej świadomości "zapala się światełko" jest "INDIA" i wszystko to, co związane jest z tym cudownym krajem. Spędziłem tam wiele czasu w najlepszym okresie mojego życia.
Podczas wędrówki po Internecie, w poszukiwaniu interesujących materiałów dotyczących elektroniki, w pewnym momencie coś przykuło moją uwagę: otworzyłem stronę z ofertą sprzedaży opisów układów elektronicznych. Okazało się, że ceny podane są w INR (Indian Rupees]!
Rupie indyjskie są w świecie walutą niemal równie egzotyczną jak polskie złotówki, ale sama nazwa spowodowała "zapalenie się światełka" i rozpoczęcie dalszych poszukiwań w sieci. Poszukiwania te zaowocowały odna-
mduitry Marfc�t iurv*y Enterttfrwwnl kifebch
TV Pat Eitioten, Pa* Marihrt Moro*
Rys. 2.
lezieniem wyjątkowo ciekawej strony i informacji o zupełnie nie znanym w Polsce periodyku przeznaczonym, podobnie jak nasza Elektronika Praktyczna, dla elektroników amatorów i zawodowców. Ciekawe, co też mają do powiedzenia w naszej ulubionej dziedzinie ci niezwykle inteligentni ludzie, którzy posiadają wrodzony talent do nauk ścisłych, ale także wrodzony antytalent do techniki?
Nauczyli nas czytać i liczyć, stworzyli podstawy matematyki i spójnych systemów filozoficznych, ale co robią teraz? Interesujące może być też, jak rozwija się zainteresowanie elektroniką i realizacja dość kosztownego hobby w kraju, w którym ciągle jeszcze ponad pół miliarda ludzi żyje w skrajnym niedostatku i dla których kilka dolarów jest niewyobrażalną fortuną.
Strona Electronics For You
Strona jest wykonana wyjątkowo elegancko, ale bez zbędnego przeładowania wolno "ściągającą się" grafiką. Podobnie jak każda licząca się tego typu publikacja na terenie Indii, zredagowana jest wyłącznie w nienagannie poprawnym języku angielskim, znanym każdemu Hindusowi posiadającemu chociaż elementarne wykształcenie (dobry przykład do naśladowania dla Polaków!].
Tu na marginesie drobna uwaga, nie mająca wprawdzie związku z elektroniką, ale wyjaśniająca sens redagowania strony inter-netowej w obcym przecież dla jej autorów języku: na terenie Indii w użyciu jest ponad sto języków i dialektów (w tym "żywy" san-skryt, sic!] nie mających ze sobą nieraz żadnych wspólnych cech i angielski jest dla Hindusów uniwersalnym medium umożliwiającym porozumiewanie się pomiędzy sobą.
Przegląd hinduskiej strony rozpoczniemy od witryny prezentującej wydawany w Bombaju miesięcznik EFY - Electronics For You (rys. 1). Rzut oka na zamieszczony tam spis treści (rys. 2] pozwala stwierdzić, że profil tego miesięcznika przypomina charakterem
Elektronika Praktyczna 9/99
31
INTERNET
BtMI
G.C�ALB4JYEQS fi.J Jit* , -.t-. TOP inn Iłmfead ClrodUFrFn� -

PrTwnJr.aH
HFCTRnrjo SITE5
ELECTTWWCS 1 hllR Ylłlf , iijw ii ŚŚŚ t y


rrniiinlTniMTiiffcMlIiiIii
I,AUNCH PAC '.
HhrirnTic tTirn-1 jfł F/tamiu



Y i >r
NI Ml
Rys. 3.
z handlową ofertą nie ma jakiejkolwiek informacji o sprzedawanej dokumentacji: jedynie nazwa układu i cena. Skąd więc potencjalny klient ma wiedzieć, że np. opis ukła-du XXX wart jest 150INR, czyli po bardzo korzystnym dla sprzedających przeliczniku 5USD? Moi Drodzy Przyjaciele, wiem, że jesteście genialnymi kupcami, ale tak sprzedawać kota w worku!
Warto jeszcze wspomnieć o końcowej części strony EFY. Moi przyjaciele Hindusi nie byliby sobą, gdyby przy każdej nadarzającej się okazji nie wspominali o swoim bohaterze narodowym: Mahatmie Gandhim. W Indiach portrety tego wybitnego Hindusa, symbolu ,,of non - violence", wiszą często w prywatnych mieszkaniach i sklepach, obok portretów Indiry Gandhi (w żaden sposób nie spokrewnionej z Mahatmą].
Hindusi mają rację, fanatyczne wręcz uwielbienie dla tych postaci ma swoje głębokie uzasadnienie: Mahatma pozwolił im żyć w wolnym kraju, a córka Nehru w bezpiecznym! Strona poświęcona przywódcy
zarówno Elektronikę Praktyczną jak i Elektronika. Obok informacji zamieszczanych również w naszym miesięczniku, znajdziemy w EFY mnóstwo danych o indyjskim Śprzemyśle elektronicznym, a także o dystrybutorach podzespołów i sprzętu elektronicznego.
Niestety, sytuacja przemysłu elektronicznego na subkontynencie indyjskim nie wygląda najlepiej. Przemysł ten jest "oczkiem w głowie" rządu Republiki Indii, który wspomaga go wszelkimi sposobami, z zaporowymi cłami dochodzącymi do 300% włącznie.
Pomimo to rozwój tej gałęzi gospodarki jest szokująco wolny, a zrozumienie tego faktu wymagałoby głębszego wniknięcia w psychikę mieszkańców Indii i hamujące wszelki rozwój gospodarczy zwyczaje Hindusów.
Poza działem poświęconym przemysłowi, pozostała zawartość miesięcznika EFY nie różni się zbytnio od treści podobnych periodyków ukazujących się na całym świecie. W ostatnim numerze zamieszczono interesujący artykuł o systemach UPS (ang. Uninter-rupted Power Supply], a także opis niekonwencjonalnie zaprojektowanego timera ogólnego przeznaczenia.
Jednak nas wszystkich najbardziej interesują projekty układów elektronicznych i gotowe rozwiązania układowe, których na stro-
J**> 4 Mł-r-fi
Cłch on btlwtf
tkaśia Intafl:
Rys. 5.
ruj Łm Śta*dy t
nie EFY możemy znaleźć znaczną ilość. Opisy układów elektronicznych podzielone zostały na dwie grupy: pierwsza (rys. 3], ogólnie dostępna, zawiera kilkadziesiąt starannie opracowanych projektów z różnych dziedzin elektroniki. Opisy zawierają nie tylko schematy układów, ale także szczegółowe wyjaśnienie zasady działania (rys. 4], wykazy elementów i niekiedy rysunki płytek drukowanych. Natomiast część druga, poprzez którą dotarłem do strony EFY, jest nieco nietypowa. Zawiera aż 1217 projektów najróżniejszych układów elektronicznych, które można zakupić za stosunkowo niewygórowaną kwotę (rys. 5).
I tu napotkałem na rzecz dziwną, której sensu nie mogę zrozumieć. Na stronie
CIRCUIT 5HOPPE
milttti i u FW-E- Tłt aem pttuo >
P'oJ*ct>
himnllb irml' 'mini ^ Hu <�ŚŚ wl| ha larf la Vin iti'irwrl �T fl
wolnych Hindusów zawiera wiele informacji o nim, jego działalności, a nawet o jego rodzinie (rys. 6]. Zbigniew Raabe, AVT [e-mail]
Prezentowane w artykule informacje są dostępne w Internecie pod adresem hiip:/ fwww. ele ctron i c sfor u. c om.
* al " tf *�
Radio fnntrolled Kcmotc <ł�ntrol
Ś^-1 orcur ot b ramot* ronnd um Śsft*h m**i u ffw wł* iwjjsncy a^nas rc -i .arlinis cto(tm:alL�iisri:e5 Trit remtfe ccłflf i uat ha& A cfarnefc rfich can l
ni tno-cł-^iglt l-łł^-nił.llmrrnjl-ii^/t^ urn r.i
Snrn ta br iitnd łn Fs-* M4i fT^di mi P"**t nr W' ^�n>im^
Rys. 4.
Rys. ó.
32
Elektronika Praktyczna 9/99
^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^_ SPRZĘT
Domowa sieć informatyczna
Moduły podstawowe
alizacji podstawowych funkcji sterowa- jF ^ ^M M M
.......... .. . nia w domach [dużych mieszkaniach. M^ ^ M MM
Nadal jest to podstawowa, najbardziej W m_______Ś ^^
iowań nie spowodowało istotnego
aniczenia rynku najprostszych modu- który został uprzednio zapisany w we-
_jlatorów fazowych mocy, prostych ste- Ze względu na stosunkowo wysoka ce-
prezentację oferty krajowych dys trybu to- skim rynku zegar-timer z interfejsem j\-
rów. 10, który nosi oznaczenie MT-10E. Jego zewnętrzny wygląd nie odbiega od typo-
Zdalnie sterowane włączniki wego, elektronicznego zegara stołowego.
włączników/wyłączników X-10. Różnią gar-budzik, przy okazji sterując pracą
^* wane] obudowy! najprostsze w stosowa- X-l 0, Oprócz prostych funkcji włączenia
nniu są włączniki instalowane bezposred- i wyłączenia o zadane] porze wybranych
nio w gniazdach zasilających (przykład włączników istnieje możliwość progra-
jy^ n na fot. 1). Zastosowanie tego typu mowania dostarczanej do odbiorników
fjk Z ^wTns^talalj^elek^cz^dÓ3
l mu, co więcej - takiej in- Możliwości zegara MT-10E są nieco
stalacji można praktycznie ograniczone, lecz w typowych niewiel-
wcześniej nie planować! kich systemach sterowania w zupełności
Zmiana konfiguracji połą- wystarczające. Bardziej wymagającym
gniazda. dzania sterowaniem w sieci X-10. Producenci dostarczają zdalnie sterowane włączniki także w ergonomicz- Mało efektowny, lecz nych obudowach montowanych na szy- niezbędny: filtr sieciowy
nach DIN (idealne do montowania Bardzo ważnym, a często lekceważo-
w skrzynkach bezpiecznikowych] oraz nym elementem systemu X-10 ]est sie-
zastępują standardowe włączniki oświet- między fazowego łącznika sygnału. Mo-
lenia, Niezależnie od wersji obudowy duł filtrujący zapewnia ponadto zamknie-
adresowe, przy pomocy których lonym przez usytkownika obrębie domu
można zadać dwuczęściowy ad- lub mieszkania, co pozwala stosować kil-
res każdego z nich. ka w pełni niezależnych systemów ste-
f t iąCZn! Prezen owany na rowania w sąsia ującyc zeso ą omac
tot. 1 jest zintegrowany z ta- zasilanych jedną linią AAUV.
zowym regulatorem mocy, Oferowany w naszym kraju filtr FD-10
przy pomocy którego (fot. 2) montowany jest w obudowie zgod-
^^^^^^r np. jasność swie- prąd przepływający przsz elementy fil-
cenią dołączonej trująco-sprzęgające wynosi 63A, a środ-
^ do niego lampki. kowa częstotliwość filtrowania wynosi
^ 120kHz.
.^ Sterowniki Piotr Zbysiński, AVT
^ Urządzenia wy-
^ konawcze systemu Więcej informacji o systemie X-10
rowy, a bardziej zaawan- o materiały firm:
realizować zadany program, - itdargtiz, tel. (0-22) 636-62-30.
33
PROJEKTY
Obiektowa stacja systemu akwizycji danych, część 1
AVT-828
Pomiary wielkości
analogowych w sposób
cyfrowy cieszą się sporym
Czytelników. Prezentowane w artykule urządzenie jest
profesjonalnego system u
ak wizycji d an ych, kt óry p o
obudowaniu dodatkowymi
modułami można wykorzystać
w dowolnych systemach
procesów.
W tej części artykułu
prezentujemy konstrukcję
obiektowej stacji akwizycyjnej,
kompletn ego system u pomiarowego.
Wprowadzenie
Na początek kilka słów o typowych systemach pomiarowych
nych dziedzinach. Od dłuższego czasu prym dzierży koncepcja nad-zorującego terminala operatorskiego (najczęściej komputer klasy PC),
obiektowymi. Stacja obiektowa to praktycznie też komputer, ale ina-
- przystosowany do pracy w ciężkich warunkach,
- o budowie modułowej (np. euro-karty w kasecie),
z oprogramowaniem ^eznaczo-^
związanych z pomiarami i bezpośrednim sterowaniem.
Na ogół stacje obiektowe są przewidziane do pracy samodziel-nej - nawet przy wyłączonym terminalu głównym. Natomiast ter-
dane, przekazuje polecenia opera-
iwe nastawy regulacji) i zajmuje się mniej lub bardziej rozbudowaną obróbką danych: typowym standardem jest wizualizacja, prezentacja trendów (czyli wykresów czasowych), generowanie alarmów, archiwizacja oraz przygotowywanie raportów.
W zależności od potrzeb oraz stopnia skomplikowania systemu
korzystać z różnych nośników, zaś stacje obiektowe są wyposażane w jeden lub więcej procesorów o różnej mocy i odpowiednią liczbę specjalizowanych kart (pomiarowe z przetwornikami A/C, cyfrowe -dwustanowe, wyjściowe - przekaźnikowe, wyjściowe z przetwornikami C/A itd.), wpiętych w szybką, równoległą magistralę. Układy mogą się różnić szybkością działania, a także niezawodnością - w przypadkach szczególnie odpowiedzialnych stosuje się systemy zwielo-
Elektronika Praktyczna 9/99
SPRZĘT
wskazn i kam i ciekłokrystalicznymi
Sterownik wyświetlacza alfanumerycznego
Wskaźnik ciekłokrystaliczny
stanowi doskonały element
uzupełniający sterownik
mikrokomputerowy. Rozwój
technologii i obniżka cen
elementów umożliwia konstrukcje
sterowników bazujących na
płytach głównych komputerów PC.
Nic więc dziwnego, że pomysł
zastąpienia karty graficznej
i monitora wskaźnikiem
ciekłokrystalicznym jest bardzo
atrakcyjnym rozwiązaniem nie
tylko obniżającym koszty, ale
również gabaryty i pobór prądu
przez taki sterownik.
Do wielu zastosowań kontrolno-pomiaro-wych w zupełnoSci wystarczy wskaźnik składający się z kilku wierszy lub wskaźnik graficzny o niewielkiej rozdzielczości. Na rynku dostępnych jest bardzo wiele gotowych modułów, od bardzo prostych aż do w pełni emulujących karty SVGA i monitory kolorowe. Niestety, informacje dotyczące działania, a co najważniejsze użytkowania wskaźników nie są powszechnie dostępne. Opracowanie niniejsze ma na celu pokazanie jak w prosty sposób można wyposażyć we wskaźnik alfanumeryczny lub graficzny sterownik oparty na płycie głównej komputera PC.
Wskaźniki alfanumeryczne
WiększoSć wskaźników alfanumerycznych, oprócz samego elementu ciekłokrystalicznego, posiada zintegrowany układ kontrolera. Najpopularniejszym sterownikiem alfanumerycznym jest układ HD44780 firmy Hitachi.
Prezentowane w dalszej częSci rozwiązania dotyczyć będą wskaźnika LM032 również firmy Hitachi. Wskaźnik ten umożliwia wySwietlanie 2 linii tekstu po 20 znaków w wierszu. Ponieważ kontroler HD44780 jest sterownikiem uniwersalnym, sterowanie za jego pomocą innych wskaźników (nawet innych firm) jest bardzo podobnie i sprowadza się do ustawienia odpowiednich parametrów konfigurujących. Co więcej, większoSć gotowych modułów wkaźników, w odróżnieniu od wskaźników graficznych, używa identycznego interfejsu z jednostką centralną.
Sterownik HD44780 jest układem CMOS dużej skali integracji, zapewniającym kompleksową obsługę wskaźników alfanume-rycznch. Wszystkie niezbędne funkcje kontrolne zostały zaimplementowane sprzętowo, odciążając w ten sposób główny procesor. Wewnętrznie HD44780 składa się z rejestru kontrolnego, rejestru danych, bufora na 80 znaków oraz z generatora 192 znaków zrealizowanych w matrycy 5x7 lub 5x10 punktów. W zestawie znaków znajduje się 96 znaków łacińskich, 64 znaki Kata kana i wybrane 32 znaki greckie. Kody znaków alfanumerycznych zgodne są z ASCII (32..127).
Ponadto, generator znaków pozwala na zdefiniowanie przez użytkownika do 8 dowolnych glifów. Połączenie układu HD44780
Tabela 1. Interfejs wskaźnik-komputer.
złącze LM032 sygnał bit sterujący złącze LPT opis
1 Vss - 18..25 masa zasilania
2 Vdd - - zasilanie+5V
3 Vo - - kontrast ~0,7V
4 RS D1 14 O:rozkaz, 1:znak
5 R/W D3 17 O:zapis, 1:odczyt
6 E DO 1 strob 1->0
7..14 D0..D7 2..9 szyna danych
z jednostką sterującą odbywa się za pomocą prostego interfejsu równoległego. Wszystkie sygnały sterujące dostępne są na 14-styko-wym złączu, do którego można zamontować standardowy wtyk IDC14 oraz gniazdo z kablem wstęgowym. Rozkład sygnałów na gnieździe wskaźników alfanumerycznych firmy Hitachi przedstawiono w tab. 1.
Do wskaźnika oprócz sygnałów sterujących, masy i zasilania +5V należy przyłączyć napięcie sterujące kontrastem wskaźnika. Napięcie to otrzymuje się z suwaka potencjometru o wartoSci 10..20kn (patrz rys. 1). Interfejs kontrolera HD44780 przystosowany jest do bezpoSredniej współpracy z szyną procesorów 6502/6800. Przyłączenie wskaźnika do szyny procesorów iAPX86 nie stanowi wielkiego problem, jako że w więk-szoSci zastosowań praktycznych wskaźniki sterowane nie są bezpoSrednio przez procesor, a poSrednio przez układ peryferyjny np. 8255 lub, jak w przypadku prezentowanego rozwiązania, poprzez niewykorzystywany port drukarkowy.
Obsługa poSrednia wymaga w pełni programowej generacji sekwencji sygnałów sterujących. I w tym przypadku nie stanowi to wielkiego problemu, gdyż HD44780 (będąc układem CMOS) nie może być sterowany zbyt szybko. Procedury wejScia/wyjScia mogą być z powodzeniem zrealizowane w języku wyższego poziomu, np. C.
Dużą zaletą układu HD44780 jest możli-woSć stosowania zarówno czterobitowej jak i oSmiobitowej szyny danych. W połączeniu z trzema sygnałami sterującymi możliwa jest więc pełna kontrola wskaźnika nawet jednym bajtem.
Obsługa wskaźnika
W opisywanym rozwiązaniu wskaźnik obsługiwany jest za pomocą biblioteki HD44780.h. Biblioteka ta składa się z dwu częSci. W częSci pierwszej zebrane są funkcje zapewniające uniwersalną obsługę portów równoległych komputera PC. W częSci drugiej znajdują się definicje słów kontrolnych, funkcje generujące cykle zapisu do i odczytu z układu HD44780, jak również podstawowe funkcje edycyjne.
Wykorzystanie portu drukarkowego komputera PC do komunikacji z układami peryferyjnymi
Złącze Centronics komputera PC stanowi doskonały, uniwersalny interfejs równoległy, który wraz z odpowiednim oprogramowaniem może służyć do kontroli nie tylko wskaźnika ciekłokrystalicznego, ale także innych układów.
Komputer PC może być wyposażony w cztery porty drukarkowe znane w systemie MSDOS jako porty LPT1, LPT2, LPT3 i LPT4. Przynajmniej jeden port dostępny jest w starszych komputerach na karcie Mul-
Elektronika Praktyczna 9/99
79
SPRZĘT
+5V
GND-------------------------------
D0..D7-------------------------------
RS-------------------------------
R/W-------------------------------
E-------------------------------
Rys. 1. Podłgczenie potencjometru kontrastu wskaźnika.
ti I/O, a w nowszych montowany jest bez-poSrednio na płycie głównej. Sterowanie interfejsem Centronics możliwe jest poprzez BIOS komputera albo bezpoSrednio przez program. Złącze LPT obsługiwane jest przez 3 porty: port danych, port kontrolny i port statusu. Adresy portów dla LPT2 wynoszą odpowiednio 0x378, 0x37A i 0x379. Nowsze rozwiązania portów drukarkowych typu EPP używają również dodatkowych rejestrów i sprzętowych protokołów transmisji. Port danych w większoSci rozwiązań (począwszy od portów bitronics) może być używany jako port dwukierunkowy. Port kontrolny stanowi czterobitowe wyjScie, a port statusu 5-bitowe wejScie. Kierunek transmisji przez port danych sterowany jest bitem D5 portu kontrolnego. Bit D4 umożliwia automatyczną generację przerwania int7.
Przyporządkowanie pinów złącza DB25 portu Centronics bitom portów wejScia-wy-jScia zebrano w tab. 2. Funkcję bitronics na starszych kartach Multi I/O należy ustawić zworką, a w płytach głównych ze zintegrowanym interfejsem należy ustawić opcje EPP w SETUP BIOS-u. Pewnym utrudnieniem obsługi portu kontrolnego i statusu jest fakt, że częSć sygnałów na złączu peryferyjnym jest zanegowana. Aby uproScić do maksimum komunikację przez złącze LPT wystarczy przygotować zestaw funkcji komunikacyjnych. Funkcje te stanowią częSć biblioteki HD44780.h i przedstawione są w list. 1.
Sterowanie układem HD44780 za pomocą portu równoległego komputera PC
Procedura zapisu do układu HD44780 rozpoczyna się od ustawienia linii RS (RS=1, dane lub RS=0, rozkaz), linii R/W (R/W=0, zapis lub RW=l, odczyt). Cykl rozpoczyna się narastającym zboczem sygnału wybierającego E. Dane do rejestru wewnętrznego wpisywane są zboczem opadającym E. Podobnie, cykl odczytu inicjowany jest ustawieniem linii RS i R/W, a sam odczyt dokonywany jest w czasie aktywnoSci linii E. Szczegóły przedstawiono na rys. 2.
LM032 Głównym ograniczeniem
częstoSci powtarzania cyklów dostępu jest czas trwania sygnału wybierającego E, który nie może być krótszy niż 500ns. Okres cyklu odczytu okreSlony czasem pomiędzy kolejnymi narastającymi zboczami sygnału E nie może być krótszy niż l[is. Co więcej, kontroler po otrzymaniu rozkazu wykonuje go, w zależnoSci od polecenia, w czasie od l[is do 5ms i w tym czasie nie może przyjąć ani rozkazu, ani danych.
Sygnał zajętoSci
HD44780 może być testowany poprzez odczyt jego rejestru kontrolnego. W odczytanym słowie bit D7=l oznacza zajętoSć kontrolera.
BezpoSrednio po włączeniu zasilania i minimum 15-ms pauzie, wewnętrzny układ zerujący inicjuje kontroler. Ustawiane są następujące parametry wyjSciowe: 8-bitowa szyna danych, 1 linia tekstu, matryca 5x7 punktów, wskaźnik, kursor i migotanie znaku zostają wyłączone. Przesuwanie okienka zostaje zabronione oraz ustawiony jest ruch kursora w prawo. W trakcie inicjacji wskaźnik BF ustawiony jest na 1.
Wewnętrzny układ zerujący HD44780 działa poprawnie jedynie wtedy, gdy czas narastania napięcia zasilania jest krótszy od lOms. W przeciwnym razie kontroler zostanie ustawiony w stan nieustalony i wymaga zerowania programowego. Do zasilania wskaźnika można z powodzeniem użyć napięcia +5V dostępnego w gnieździe klawiatury komputera PC.
Przy inicjacji programowej HD44780 zaleca się wstępne trzykrotne przesłanie do rejestru rozkazów (RS=R/W=0) kodu 0x30, przy czym pomiędzy pierwszym a drugim przesłaniem musi upłynąć czas min. 4,lms, a między drugim i trzecim min. 100[is. W trakcie wstępnej inicjacji obowiązuje 8-bitowa szyna danych (choć bity D3..D0 są ignorowane). Kod 0x30 przesyłany jest więc w jednym cyklu. Ponadto, pomiędzy tymi przesłaniami nie można testować stanu za-jętoSci kontrolera.
Po wykonaniu wstępnej inicjacji, kolejne rozkazy mogą być przesyłane z wstępnym sprawdzaniem zajętoSci kontrolera. Przebiegi czasowe cyklów zapisu i odczytu, przedstawione na rys. 2, praktycznie realizowane są w opisywanym projekcie za pomocą funkcji lcdwr() i !cdrd(), których "treSć" przedstawiono na list. 1. Funkcja lcdwait() wykonywana na początku cyklów zapisu i odczytu ma za zadanie upewnić się czy układ HD44780 nie jest zajęty wykonywaniem poprzedniego rozkazu. Programowanie układu HD44780
Układ HD44780 programowany jest za pomocą 11 rozkazów. Rejestr kontrolny służy do ustawiania parametrów pracy, a rejestr
Tab. 2. Złącze DB25 interfejsu Centronics komputera PC.
port adres D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 DO
dane 0x278 2 3 4 5 6 7 8 9
kontrola 0x27A - - dir int /17 16 /14 /1
status 0x279 /11 10 12 13 15 - - -
masa 18..25
danych do przesyłania i odczytu zawartoSci wewnętrznego bufora układu: adresu kursora i zawartoSci generatora znaków.
Pełna lista rozkazów HD44780 zestawiona jest w tab. 3. Poniżej znajduje się krótki opis poszczególnych poleceń.
Clear display
Kasuje bufor wskaźnika wpisując do wszystkich komórek pamięci kod 0x20 (spacja) i ustawia kursor w pozycji Home (adres 0).
Return Home
Ustawia kursor w pozycji Home. Przestawia również okienko na adres 0. ZawartoSć bufora nie ulega zmianie.
Entry modę set
Ustawia kierunek zmian kursora (I/D=l -w prawo, I/D=0 - w lewo) i zezwala na przesuwanie okienka (S=l - zezwala, S=0 - blokuje). Po ustawieniu operacje z kursorem lub okienkiem wykonywane są automatycznie po rozkazie wpisania lub odczytu znaku.
Display ON/OFF
Ustawia atrybuty wskaźnika i kursora: D=l - wskaźnik aktywny, D=0 - wskaźnik zgaszony,
C=l - kursor widoczny, C=0 - kursor ukry-
ty.
B=l - znak pod kursorem migocze, B=0 - znak nie migocze.
Cursor/display shift
Przestawia kursor lub okienko: S/C R/L 0 0 przestawia kursor w lewo
0 1 przestawia kursor w prawo
1 0 przestawia okienko (i kursor)
w lewo
1 1 przestawia okienko (i kursor)
w prawo
Function set
Ustawia szerokoSć szyny danych (D=l - 8 bitów, D=0 - 4 bity), liczba obsługiwanych linii (N=0 - 1 linia, N=l - 2 linie) oraz matrycę znaków (F=0 - 5x7, F=l - 5x10). Jeśli wybrano N=l dostępna jest jedynie matryca 5x7.
ł
s
E DATA
E DATA
Rys. 2. Cykle zapisu i odczytu kontrolera HD44780.
80
Elektronika Praktyczna 9/99
SPRZĘT
List. 1. Kod źródłowy biblioteki HD44780.h
* HD44780.h
* biblioteka obsługi HD44780 przy użyciu interfejsu
* Centronics
* (c) Janusz J. Młodzianowski
tinclude
/************ obsługa portów LPT ********************* / tdefine LPTDATA 0x378 /* zakładamy LPT2 */
tdefine LPTSTAT 0x379
tdefine LPTCTRL 0x37A
/* prototypy */
void lptwr(char value);
char lptrd(void);
char lptstat (void) ;
void ltpcmd(char cmd);
* zapis do portu danych LPT void lptwr(char value)
outportb(LPTDATA,value);
/***** ***************************(
* odczyt z portu danych LPT
char lptrd(void)
return(0xff&inportb(LPTDATA));
* odczyt z portu statusu LPT char lptstat(void)
char tmp;
tmp=inportb(LPTSTAT); return((0xff&tmpA0x8 0)
* zapis do portu kontrolnego LPT void lptcmd(char cmd)
outportb(LPTCTRL,cmdA0xB);
iefine iefine iefine iefine iefine iefine
**** obsługa HD4 47J LCDIN 0x28 /*
LCDOUT 0
LCDDATA 0x02 LCDCMD 0
LCDEN
LCDDIS
iefine EDELY
0x01 0
1
dir, rw */ dir, rw */ rs */ rs */ el */ el */
3ef ine 3ef ine 3ef ine 3ef ine 3ef ine 3ef ine
3ef ine 3ef ine 3ef ine 3ef ine 3ef ine 3ef ine
0x01 0x02 0x04 0x06
WRSHIFTRIGHT 0x07 WRSHIFTLEFT 0x05
CLEAR HOME WRLEFT WRIGHT
BLINK
NOBLINK
CURON
CUROFF
DISPON
DISPOFF
0x09 0x08 0x0A 0x08 0x0C 0x08
iefine SHIFCURTLEFT 0x10
iefine SHIFTCURRIGHT 0x14
iefine SHIFDISPLEFT 0x18
iefine SHIFDISPRIGHT 0xlC
iefine MODE8 0x30
iefine MODE4 0x20
/* mim 540ns */
/* kasuj wskaźnik */
/* home cursor */
/* zwiększać adres */
/* zmniejszać adres */ /* obrót w prawo */ /* obrót w lewo */
/* kursor mrugający */
/* niemrugający kursor*/
/* kursor widoczny */
/* kursor niewidoczny */
/* wskaźnik włączony */
/* wskaźnik wyłączony */
/* kursor w lewo */
/* kursor w prawo */
/* przesunięcie w lewo */
/* przesunięcie w prawo */
/* 8-bitowa szyna */ /* 4-bitowa szyna */
ef ine LINES1 0x20 / * 1 linia */
ef ine LINES2 0x28 / * 2 linie */
ef ine DOTS7 0x2 0 /* font 5x7 */
ef ine DOTS10 0x2 4 /* font 5x10 */
ef ine CGRAM 0x40 /* 1 ac Ires */
ef ine DDRAM 0x80 /* 1 ac Ires */
/* prototypy */
void lcdwait(void);
void lcdset(char modę, char display, char cursor)
void lcdwr(char sel, char value);
char lcdrd(char sel);
void lcdchar(char ch);
void lcdstr(char *str) ;
* oczekiwanie na zwolnienie kontrolera void lcdwait(void)
char busy;
do{
lptcmd(LCDINILCDCMDILCDEN);
busy=lptrd()&0x8 0;
lptcmd(LCDINILCDCMDILCDDIS); )while(busy);
* ustawienie parametrów pracy
void lcdset(char modę, char display, char cursor)
lcdwr(LCDCMD,mode); lcdwr(LCDCMD,display); lcdwr (LCDCMD, cursor) ; lcdwr(LCDCMD,CLEAR) ; lcdwr (LCDCMD, HOME) ;
* cykl zapisu
void lcdwr(char where, char value)
lcdwait();
lptcmd(LCDOUTIwherelLCDEN); lptwr(value); delay(EDELY); lptcmd(LCDOUTIwhereILCDDIS);

* cykl odczytu
char lcdrd(char what) char tmp;
lcdwait();
lptcmd(LCDINIwhat I LCDEN) ;
delay(EDELY);
tmp=lptrd();
lptcmd(LCDINIwhatILCDDIS);
return(tmp);
* zapis znaku
void lcdchar(char ch) lcdwr(LCDDATA,ch);
* zapis ciągu znaków void lcdstr(char *str)
while(*str) lcdwr(LCDDATA,*str++);
Set CG RAM address, Set DD RAM address Ustawia początkowy adres pamięci generatora znaków (CG) lub bufora wskaźnika (DD). Po ustawieniu adresu kolejne operacje zapisu i odczytu odnoszą się do wyspecyfikowanego obszaru.
Write Data (CG/DD)
Wpisuje znak do pamięci ustawionej ostatnim rozkazem "Set CG address" lub "Set DD address" i do komórki, której adres wskazywany jest przez aktualną wartoSć licznika adresów. Po zapisie danej licznik zostaje
uaktualniony w sposób ustalony rozkazem "Entry modę set".
Read Data (CG/DD)
Odczytuje znak z komórki wskazywanej przez licznik adresów. Typ odczytywanej pamięci (CG/DD) ustalony jest ostatnim rozkazem "Set CG address" lub "Set DD address".
Read RF & address
Czyta wskaźnik zajętoSci kontrolera (BF=1 - zajęty, BF=0 - wolny) oraz aktualną wartoSć licznika adresu. Wskaźnik BF należy każdo-
razowo sprawdzać przed wysianiem do kontrolera zarówno rozkazu jak i znaku.
W przypadku konfiguracji 8-bitowej szyny danych informacja do i z kontrolera przesyłana jest przy użyciu wszystkich 8 bitów danych kontrolera. Przy 4-bitowej szynie danych wykorzystuje się jedynie bity D7..D4 interfejsu. Dane i rozkazy przesyłane są w dwu kolejnych cyklach. W pierwszym cyklu przesyłane są starsze bity (D7..D4), a w drugim młodsze bity (D3..D0).
Elektronika Praktyczna 9/99
81
SPRZĘT
Organizacja pamięci ekranu
Układ HD44780 posiada wewnętrzny bu-foT (oznaczony jako DD RAM), przeznaczony do wySwietlania na wskaźniku do 80 znaków. W zależnoSci od konfiguracji i zastosowanego wySwietlacza, znaki mogą być wi-zualizowane w jednym lub w kilku wierszach.
Komórki nie wykorzystane do wySwietlania mogą być stosowane jako pamięć ogólnego przeznaczenia. Kod znaku do wySwiet-lenia przesyłany jest do komórki pamięci, której adres jest wyznaczony przez aktualną zawartoSć licznika, ustawioną wczeSniej rozkazem "Set DD RAM address". Licznik ten, po każdorazowym zapisie lub odczycie jest automatycznie modyfikowany w sposób okreSlony wczeSniej rozkazem "Entry modę set".
Kontroler HD44780 umożliwia bezpoSred-nie wySwietlanie jedynie 8 znaków na wiersz. Dodatkowe znaki (w wielokrotności 8/wiersz) mogą być wySwietlane dzięki dodatkowym sterownikom typu HD44100. Tak więc wskaźnik LM032, wySwietlający 20 znaków w wierszu, wymaga oprócz HD44780 dwóch układów HD44100. CaloSć zmontowana jest fabrycznie na płytce modułu wskaźnika.
W zależnoSci od liczby wySwietlanych linii, bufor wySwietlacza jest w różny sposób odwzorowany na wskaźnik. W przypadku wySwietlacza jednowierszo-wego odwzorowanie jest trywialne. Kolejne adresy bufora odpowiadają kolejnym znakom na wskaźniku. W danej chwili wySwietlanych jest jedynie tyle znaków na ile pozwala wskaźnik. Pozostałe znaki w wierszu mogą być wySwietlone po zastosowaniu przesunięcia okienka, np. rozkazem "Cursor/display shift". Przesunięcie jest cykliczne, co oznacza, że po ostatnim znaku z bufora znajduje się pierwszy. Tak więc przy założeniu, że wskaźnik wySwietla 20 znaków odwzorowanie będzie następujące:
0 12 3..19 okienko nie przesunięte 12 3 4..20 okienko przesunięte
w lewo
79 0 1 2..18 okienko przesunięte w prawo
Nieco bardziej skomplikowane odwzorowanie ma miejsce w przypadku wskaźnika dwuwierszowego. Po ustawieniu rozkazem "Function set" konfiguracji dwuwierszowej, przestrzeń adresowa bufora staje się nieciąg-łą. Linia pierwsza, podobnie jak w poprzed-
Tabela 3. Lista rozkazów kontrolera HD44780.
rozkaz kod sterowanie
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 DO RS R/W
Clear display 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0
Returnhome 0 0 0 0 0 0 1 X 0 0
Entry modę set 0 0 0 0 0 1 l/D S 0 0
Display ON/OFF 0 0 0 0 1 D C B 0 0
Cursor/display shift 0 0 0 1 s/c R/L X X 0 0
Function set 0 0 1 DL N F X X 0 0
SetCG RAM address 0 1 adres 0 0
Set DD RAM address 1 adres 0 0
WriteData(CG/DD) znak 1 0
ReadData(CG/DD) znak 1 1
Read BF& address BF adres 0 1
x: bez znaczenia
nim przypadku, odwzorowuje znaki od lokacji 0, ale do adresu 39, natomiast linia druga począwszy od lokacji 64 do lokacji 103 (razem 80 znaków). Przesunięcie okienka powoduje cykliczny obrót zarówno pierwszej jak i drugiej linii:
0 1 2..19
64 65 66..83 okienko nie przesunięte
1 2 3..20
65 66 67..84 okienko przesunięte
w lewo 39 1 2..18 103 65 66..82 okienko przesunięte
w prawo
Kontroler HD44780 może również sterować wskaźnikiem czterowierszowym (np. LM044L). Przy takiej konfiguracji podział bufora jest jeszcze bardziej skomplikowany, linia pierwsza wskaźnika odwzorowuje lokacje 0..19, linia druga lokacje 64..83, linia trzecia lokacje 20..39, a linia czwarta lokacje 84..103...
Programowany generator znaków
Generator znaków, w który wyposażony jest kontroler HD44780 umożliwia dowolne zaprogramowanie 8 znaków w postaci matrycy 5x8 lub 4 znaków w matrycy 5x11. Mimo iż pamięć generatora ma strukturę bajtową, jedynie pięć bitów (D4..D0) okreSla kształt znaku. Nie wySwietlane bity D7..D5 są w dalszym ciągu programowane i mogą być wykorzystane jako zwykły RAM.
Definiowane znaki o kodach od 0 do 7 oraz powtórzone na pozycjach od 8 do 15 dostępne są tak samo, jak znaki ze standardowego generatora z ROM.
Listing 2. Przykład programu obsługi wskzaźnika LM032.
tinclude "HD44780 h"
main(){
/* ustawienie parametrów pracy */
lc Jinit(MODE8ILINES2IDOTS7, DISPONINOBLINK1CURON, WRIGHT);
/* definicja litery 'ż' o "kodzie 1 */
lc 3wr(LCDCMD,CGRAM| 0x48) ;
lc 3char(2);
lc char(4);
lc 3char(0xff);
Icdchar(0x2);
lc char(0x4);
lc char(0x8);
lc 3char(0xff);
Icdchar (0) ;
/* ustawienie zapisu do bufora od początku linii 1 */
lc 3wr(LCDCMD,DDRAM) ;
lc 3str("Wska\lnik Hitachi");
/* przejście do 5 pozycji w linii 2 */
lc 3wr(LCDCMD,DDRAMI(0x40+5));
) lc 3str("LM 032") ;
Definiowanie glifów polega na wpisaniu do kolejnych lokacji pamięci generatora znaków (CG RAM), począwszy od adresu 64, kolejnych (przy założeniu automatycznego zwiększania licznika adresu) 8 lub 11 bajtów na każdy znak. Ostatnia linia przeznaczona na kursor zwykle nie jest programowana.
Łącze komputer-wskażnik
Konstruowany interfejs łączy wskaźnik z portem drukarki (płyty głównej komputera PC) za pomocą 30 cm odcinka kabla wstęgowego.
Potencjometr kontrastu oraz gniazdo zewnętrznego zasilania +5V zmontowane są w standardowej plastykowej obudowie wtyku DB25. Linie danych wskaźnika sterowane są poprzez port danych. Linie: RS, R/W oraz E obsługuje port kontrolny LPT. BezpoSred-nio po włączeniu zasilania komputera, linie danych portu drukarkowego ustawione zostają jako wyjScie. Linie sterujące, za wyjątkiem linii Slctln (pin 17), przechodzą w stan wysoki.
Aby uniknąć konfliktu między portem LPT a kontrolerem HD44780, linia R/W sterowana jest bitem D3 portu kontrolnego. Bit ten po inicjacji komputera przyjmuje na złączu stan 0, przygotowując kontroler do zapisu. W tab. 2 zebranie są opisy poszczególnych sygnałów i numery końcówek na złączach kabla.
Przykładowy program obsługi wskaźnika
Obsługa wskaźnika sprowadza się do ustawienia parametrów konfiguracyjnych instrukcją lcdinit(). Zakłada się przy tym, że wskaźnik został poprawnie zainicjowany po włączeniu zasilania. W opisywanym przykładzie wybierane są: wskaźnik dwuwierszowy, 8-bitowa szyna danych, ruch kursora w prawo i nie migoczący kursor w postaci podkreSle-nia.
Po inicjacji zdefiniowany zostaje znak "ź", któremu przyporządkowany jest kod 1, a następnie na ekranie zostaje wySwietlony w pierwszej linii tekst "Wskaźnik Hitachi", a na Środku drugiej "LM032".
W drugiej częSci artykułu opisany zostanie sposób sterowania wskaźnika graficznego LMG640X (240x128), wyposażonego w zintegrowany kontroler HD61830B. Janusz J. Młodzianowski
Karta katalogowa (PDF) dostępna jest pod adresem http://www.ep.com.pl/ftp/hd44780.pdf
82
Elektronika Praktyczna 9/99
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.
Sterownik węglowego kotła centralnego ogrzewania
Indywidualne
budownictwo mieszkaniowe
w kraju rozwija się, czego
odzwierciedleniem są m.in.
projekty publikowane w EP.
Tym razem
przedstawiamy sterownik
węglowego koiła CO, dzięki
któremu można obniżyć
koszty ogrzewania domu,
zwiększając jednocześnie
komfort korzystania
z instalacji grzewczej.
Projekt
067
0becni9 około 60% domów w Polsc9 ogrsewanych jest sa pomocą kotłów na paliwo stałe, csyli węgi9l, koks lub dr9wno. Tam, gdsie s csa-S9m doprowadsony sostał gas, użytkownicy csęsto pososta-wili kotły węglow9, aby mi9Ć możliwość korsystania s nich sarniennie s gasowymi. Zda-rsa się, że gas jest wykorsys-tywany do ogrs9wania jesieni ą i wiosną, natomiast w miesiącach simowych s prsycsyn ekonomicsnych domy ogrsewa się węglem.
Według informacji podanych w tygodniku "Polityka" nr 37 s 12 wrseśnia 1998 roku, ceny nośników energii fw ilości potrsebnej do usyska-nia lMWh ciepła) wynosiły odpowiednio: węgiel kamienny - 53,45zł, koks orsech II -67,35sł, gas siemny Z5 -88,50sł, olej opałowy - 136,87 zł, propan - butan - 186,96sł, energia elektrycsna - 250,53zł. Należy dodać, że w tym csa-sie ceny energii elektrycsnej i gasu nie były jesscse uwolnione.
W starssych domach, budowanych do końca lat osiem-dsiesiątych, prseważają na ogół instalacje centralnego ogrsewania s obiegiem grawitacyjnym, sbudowane w oparciu o grsejniki żeliwne i rury
0 dużych prsekrojach. Ich sa-sada dsiałania opiera się na wykorsystaniu różnicy mię-dsy ciężarem właściwym wody ciepłej i simnej powodującej, że simna woda opada na dół wypychając ciepłą, która unosi się do góry. Dobierając odpowiednie spadki
1 prsekroje rur usyskuje się prawidłowe dsiałanie tych instalacji. Pracują one w systemie otwartym, to snacsy, że są wyposażone w nacsynie wsbiorcse pełniące rolę elementu sabespiecsającego oras odpowietrzającego instalację. Posiadają istotną saletę, jaką jest możliwość dsiałania au-tonomicsnego, co osnacsa, że nie wymagają sasilania energią elektrycsna.
Pewną ich wadą jest natomiast duża objętość wody w układsie, która powoduje
bardso wolną odpowiedź na pobudsenie jednostkowe, a co sa tym idsie utrudnia stosowanie programowalnych regulatorów temperatury. Nadmierne podgrsanie wody powoduje dostarcsenie do ogrse-wanych pomiesscseń sbyt dużej energii, a w konsekwencji wsrost temperatury powyżej komfortowej i w efekcie otwieranie okien i wypusscsa-nie do otocsenia tak cennego prsecież ciepła.
We współcseśnie budowanych obiektach stosuje się swykle instalacje centralnego ogrsewania s wymussonym obiegiem csynnika grsewcse-go. Wyposażone są one w pompę obiegową oras no-wocsesne, niskopojemnościwe grsejniki konwektorowe. Po-swalają na snacsnie więkssą dowolność w usytuowaniu grsejników, kotła oras rur do-prowadsających wodę obiegową. Dsięki temu, że pojemność wodna takich instalacji jest bardso mała, ssybko się nagrsewają fale też ssybko stygną). Nadają się sasadni-
Elektronika Praktyczna 9/99
83
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
Rys. 1.
czo do współpracy z nowoczesnymi kotłami gazowymi lub olejowymi. Wadą tych systemów jest to, że w przypadku przerw w dostawie energii elektrycznej mogą przestać działać. Może się zdarzyć, że inwestor z przyczyn finansowych decyduje się na tymczasowe zastosowanie do ogrzewania kotła węglowego. O ile w przypadku instalacji o dużej pojemności wodnej nie stwarza to żadnego kłopotu, to gdy kocioł taki dołączy się do instalacji nis-kopojemnościowej mogą pojawić się kłopoty. Wytworzenie
zbyt dużej ilości ciepła w kotle doprowadzi do tego, że woda w instalacji po prostu się zagotuje. Jeżeli instalacja będzie zamknięta, może to doprowadzić do trwałego jej uszkodzenia, a nawet wybuchu. Kotły węglowe mają bardzo skromne możliwości regulacji temperatury wody. Według dokumentacji tech-niczno-ruchowej dostarczanej przez producenta kotła, regulacji tej dokonuje się albo przez dozowanie ilości opału, albo przez regulację dopływu powietrza do rusztu, ręcznie lub też przy użyciu miarkow-
nika spalania. Przedmiotem niniejszego opracowania jest urządzenie spełniające rolę miarkownika spalania, a także termometru z dwoma wyświetlaczami: lokalnym i zdalnym.
Założenia projektowe
Lokalne kotłownie węglowe są stosowane do ogrzewania domów głównie w małych miejscowościach i na wsi, gdzie często utrudniony jest dostęp do nowoczesnych technologii elektronicznych. Z tego względu, aby urządzenie miało szansę znaleźć
praktyczne zastosowanie przyjęto następujące założenia:
- sterownik powinien być możliwy do wykonania przez średnio zaawansowanych elektroników, przy użyciu wyłącznie prostych narzędzi,
- użyte elementy powinny być znane i łatwo dostępne,
- połączenie z instalacją CO musi być wykonane w sposób nieinwazyjny,
- urządzenie powinno być niezawodne i trwałe, aby mogło służyć użytkownikom przez wiele lat.
Zasada działania
W wyniku przeprowadzonych prób, najbardziej obiecujące wyniki dało urządzenie zbudowane w oparciu o jednobitowy przetwornik analogowo-cyfrowy (komparator). Powoduje on, że prze-pustnica powietrza w kotle jest uchylona gdy temperatura wody obiegowej jest niższa niż temperatura zadana, a przymknięta gdy temperatura ta jest wyższa. Jednocześnie dokonywany jest pomiar temperatury, a jego wynik prezentowany w kotłowni oraz w wybranym pomieszczeniu w części mieszkalnej budynku.
Pomiar temperatury
Do pomiaru temperatury wody obiegowej użyty został scalony przetwornik temperatura - napięcie LM35 (rys. 1). Układ ten jest bardzo wygodny w użyciu i nie wymaga żadnej kalibracji. Współczynnik konwersji wynosi 10mV/ K, co oznacza, że przy typowej temperaturze wody wynoszącej 70 stopni Celsjusza na jego wyjściu będzie występować napięcie równe 700mV. Sygnał z wyjścia przetwornika doprowadzony jest przez złącze szufladowe Jl, przełącznik Sl oraz filtr dolnoprzepustowy R17, C13 do wejścia IN HI układu scalonego IC8 (ICL7107) będącego woltomierzem cyfrowym działającym z wykorzystaniem metody podwójnego całkowania.
Układ ten steruje bezpośrednio segmentami wyświetlacza lokalnego, gdyż jego wyjścia zawierają sterowane źródła prądowe o wydajności 8mA. Diody D6 i D7 ograniczają straty mocy na źródłach, a więc zabezpieczają przed
84
Elektronika Praktyczna 9/99
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
Rys. 2.
niepożądanym wzrostem temperatury układu. Segmenty wyświetlacza zdalnego zawierają w sobie cztery diody świecące połączone szeregowo, czyli spadek napięcia na jednym segmencie wynosi ok. 8V. Z tego względu są one zasilane napięciem + 12V DC, a sterowane poprzez prosty dwutranzystorowy układ dopasowujący. Z wyprowadzenia REF HI układu scalonego IC8 pobierane jest napięcie
odniesienia wykorzystywane w układzie sterującym oraz sygnalizacyjnym.
Zasilacz
W urządzeniu występują napięcia stałe: +12V, +5V, -5V do zasilania układów elektronicznych oraz napięcie przemienne 24V do zasilania silnika zespołu napędowego. Napięcie to jest pobierane bezpośrednio z uzwojeń transformatora sieciowego. Napię-
cia + 12V i +5V uzyskiwane są przy wykorzystaniu monolitycznych stabilizatorów napięcia LM7812 i LM7805 pracujących w typowych aplikacjach. Do wytworzenia napięcia -5V użyto scalonej przetwornicy napięcia ICL7660. Kondensatory współpracujące z tym układem mają pojemność nieco większą niż katalogowa ze względu na możliwą utratę pojemności w dłuższym czasie eksploatacji.
Rys. 3a.
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl, R3: lkQ
R2: 470Q
R4, R17, R77, R78: 1MQ
R5: 22kQ
R6, R8, R15, R20, R21, R22,
R23, R25, R26, R27, R29,
R30, R31, R33, R34, R35,
R37, R38, R39, R41, R42,
R43, R45, R46, R47, R49,
R50, R51, R53, R54, R55,
R57, R58, R59, Ról, R62,
R63, R65, R66, R67, R69,
R70, R71, R73, R74, R75:
10kQ
R7, R9, R16: 470kQ
RIO, Rll, R12, R13, R14,
R19: lOOka
R18: l,5kQ
R24, R28, R32, R36, R40,
R44, R48, R52, R56, R60,
R64, R68, R72, R76: 390Q
Pl: 1MQ
P2: lkQ
Kondensatory
Cl, C3, C5: 1000^F/35V
C2, C4, Có, C9, C14, Cló:
lOOnF
C7, C8, CIO: 47^F/16V
C17: 100^F/16V
Cli: 22OnF
Cl2: 47nF
C13: lOnF
C15: lOOpF
Półprzewodniki
IC1: LM35
IC2: ICL7660
IC3: LM7812
IC4: LM7805
IC5: LM339
IC6: CD4093
IC7, IC8: LM324
IC9: ICL71O7
Tl: BD139
T2, T4, T6, T8, T10, T12, T14,
T16, T18, T20, T22, T24, T26,
T28: BC308
T3, T5, T7, T9, Tli, T13, T15,
T17, T19, T21, T23, T25, T27,
T29: BC238
Dl, D2, D3, D4, D6, D7:
1N4007
D5: 1N4148
LD1, LD2: TLR306 TOSHIBA
LD3, LD4: SA23-HWA
KINGBRIGHT
Różne
RY1: RKC4 SIEMENS
Fl: 500mA/250V
TRI: TS12/005 INDEL
Jl: DB9
J2: DB25
Bl: Buzzer
Sl: KM 1-1
S2, S3: 83132 FAEL
Obudowa: KM61
Elektronika Praktyczna 9/99
85
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
SKIBĘ O
Rys. 3b. (zmniejszony do 85%)
Sterowanie zespoleni napędowym
Schemat elektryczny tego modułu przedstawiono na rys. 2. Zadaniem zespołu napędowego jest spowodowanie, aby klapka przepustnicy była podniesiona, kiedy temperatura wody jest niższa niż zadana, a opuszczona, kiedy temperatura jest wyższa.
Został on wykonany przy użyciu silnika i przekładni pochodzących od elektromechanicznego regulatora o symbolu RT100. Elementy takie, pochodzące z demontażu, można spotkać na giełdzie elektronicznej.
Dwufazowy silnik
SMUN-1 zasilany jest napięciem przemiennym 24V. Odpowiednie przesunięcie fazy uzyskuje się przez zastosowanie kondensatora o pojem-
ności 6,8uF. Dołączenie napięcia do odpowiednich wyprowadzeń silnika powoduje zmianę kierunku obrotów. Napięcie UT z wyjścia czujnika temperatury doprowadzone jest przez wtórnik-separator IC7/3 do wejścia układu sterującego zespołem napędowym. Napięcie określające dolny próg komparacji pobierane jest przez wtórnik -separator IC8/1 z suwaka potencjometru Pl zasilanego z napięcia odniesienia UREF. Z napięcia odniesienia zasilany jest również dzielnik R4, R5 określający wartość napięcia histerezy, czyli różnicy między górnym a dolnym progiem komparacji. Histereza ta została wprowadzona w celu ochrony przekaźnika RYl oraz zespołu napędowego przed
zbyt częstym załączaniem powodującym ich szybsze zużycie. Napięcie z dzielnika jest sumowane z napięciem z potencjometru we wzmacniaczu sumującym IC8/4, a następnie przez integrator IC8/3 podawane na wejście UH układu sterującego. Układ ten składa się z dwóch komparatorów oraz czterech bramek NAND z wejściem Schmitta.
Z dwóch bramek wykonany został przerzutnik RS sterowany sygnałami wyjściowymi komparatorów. Dwie pozostałe pracują jako inwertery. Ponieważ sygnał z czujnika temperatury jest przebiegiem wolno zmiennym, mogą wystąpić oscylacje na wyjściach komparatorów, gdyż w momencie przejścia przez próg komparacji
komparator pracuje w zakresie liniowym z otwartą pętlą sprzężenia zwrotnego. Wprowadzając do układu poprzez rezystory R7 i R9 słabe, dodatnie sprzężenie zwrotne powodujące powstanie niewielkiej histerezy, eliminuje się to niekorzystne zjawisko. Dodatkowo stabilność układu poprawiają rezystory R77 i R78 włączone między wyjścia a wejścia nieodwracają-ce komparatorów IC5/3 i IC5/4. Napięcie sterujące US z wyprowadzenia 11 układu scalonego IC6 wyste-rowuje tranzystor Tl załączający przekaźnik RYl. Przez styki przekaźnika podawane jest napięcie zasilające odpowiednie uzwojenia silnika zespołu napędowego. Zastosowanie przekaźnika powoduje wprowadzenie se-
86
Elektronika Praktyczna 9/99
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
paracji galwanicznej między układem sterującym a układem wykonawczym. Pozwala sterować różnego typu silniki, zarówno zasilane prądem stałym jak i przemiennym. Komparator IC5/2 porównuje napięcie UT z czujnika temperatury z napięciem odniesienia UREF. Jeżeli napięcie UT będzie wyższe niż UREF, czyli temperatura wody obiegowej podniesie się powyżej 100 stopni Celsjusza, układ ten spowoduje wygenerowanie sygnału alarmu przez wystero-wanie sygnalizatora akustycznego Bl. Dzięki zastosowaniu komparatora pracującego z otwartym kolektorem tranzystora wyjściowego możliwe jest włączenie sygnalizatora bezpośrednio między wyjście komparatora a napięcie zasilające + 12V DC.
Montaż i uruchomienie układu
Płytka drukowana została zaprojektowana tak, aby była możliwa do wykonania samodzielnie (widok ścieżek znajduje się na wkładce wewnątrz numeru). Rozmieszczenie elementów widoczne jest na rys. 3.
Płytkę przygotowano jako dwustronną, może być jednak wykonana jako jednostronna, gdyż ścieżki na stronie elementów są wyłącznie prostoliniowe (mogą być zastąpione zworami).
Przed wmontowaniem elementów płytkę należy dokładnie obejrzeć celem wykrycia i usunięcia ewentualnych zwarć i przerw w druku. Elementy w miarę możliwości sprawdzić przed wlutowaniem. Uruchamiać należy kolejne bloki funkcjonalne, poczynając od zasilacza, przez miernik temperatury, a na sterowniku zespołu napędowego kończąc. Według danych katalogowych, prąd wejściowy układu ICL7107 wynosi lpA. W praktyce spotykane na rynku układy mogą nie spełniać tego parametru, co spowoduje pewien spadek napięcia na rezystorze R17. Również prąd upływu kondensatora Cl3 może wprowadzić niewielkie zafałszowanie pomiaru. Aby zwięk-
szyć dokładność pomiaru napięcia przez ten układ można wartości elementów R17 i C13 zmniejszyć nawet kilkakrotnie. Potencjometrem P2 należy ustawić napięcie odniesienia UREF równe IV.
W urządzeniu modelowym jedna ze śrub mocujących ostatnie koło zębate przekładni zespołu napędowego została zastąpiona nagwintowanym prętem stalowym o długości 8cm, stanowiącym dźwignię podnoszącą i opuszczającą klapkę przepustnicy powietrza. Zakres przesuwania się dźwigni ograniczają wyłączniki krańcowe S2 i S3. Otwory technologiczne przekładni należy zasłonić celem zabezpieczenia jej przed zapyleniem. Zespół napędowy został przykręcony do sufitu kotłowni, dokładnie nad kotłem, a dźwignia połączona z przepustnicą za pomocą łańcuszka oraz zapinki. Rozwiązanie takie umożliwia łatwe rozłączenie elementów w razie zaistnienia takiej potrzeby.
Ponieważ obudowa sterownika wykonana jest z tworzywa sztucznego, należy unikać zbliżania jej do źródeł ciepła (najlepiej postawić na specjalnie w tym celu wykonanej półeczce). Czujnik temperatury przymocowany został do rury zasilającej instalację grzewczą za pomocą taśmy izolacyjnej i zakryty otuliną termoizola-cyjną. W części mieszkalnej budynku należy wybrać optymalne miejsce dla wyświetlacza zdalnego i połączyć go ze sterownikiem przewodem 15-żyłowym. Oznaczone numerami pola lutownicze na płytce wyświetlacza łączy się z odpowiadającymi im numerami końcówek gniazda szufladowego J2.
Po sprawdzeniu poprawności połączeń i włączeniu sterownika, przy wciśniętym mikrowyłączniku SWl, potencjometrem Pl ustawia się temperaturę, przy której następuje ograniczenie dopływu powietrza do paleniska. Poprawnie zmontowany i uruchomiony sterownik nie powinien sprawiać kłopotów w eksploatacji.
Podsumowanie
Odpowiednie przepisy pozwalają na stosowanie kotłów węglowych wyłącznie w instalacjach pracujących w systemie otwartym. Dlatego przynajmniej jeden pion należy połączyć z naczyniem wzbior-czym. Naczynie to instaluje się w najwyższym punkcie instalacji, często na strychu. Nie jest to najkorzystniejsze miejsce, gdyż w czasie silnych i długotrwałych mrozów może ono zamarznąć i wtedy przestaje spełniać swoją rolę. Z tego względu, w instalacjach niskopojemnościowych powinno się dodatkowo zastosować moduł zabezpieczający, składający się z przeponowego naczynia kompensacyjnego, zaworu bezpieczeństwa, manometru oraz odpo-wietrznika automatycznego.
Jeżeli system jest otwarty, ciśnienie w nim jest stałe, nie zależy od temperatury, a tylko od wysokości słupa wody. W momencie zamarznięcia naczynia wzbiorczego, ciśnienie w instalacji rośnie, a jego wartość wskazywana przez manometr zmienia się ze zmianami temperatury. Innym ważnym elementem wpływającym na poprawne działanie systemu grzewczego jest komin. Powinien on być szczelny, gdyż wszelkie nieszczelności powodują dostawanie się do niego powietrza z zewnątrz, a przez to osłabienie siły ciągu. W czasie budowy komin powinien być spoinowany, a później otynkowany na całej długości, od podstawy aż do wylotu.
Jeżeli przewiduje się możliwość współpracy instalacji z kotłem węglowym, do jej budowy należy użyć wyłącznie rur stalowych. Rury z tworzyw sztucznych są mniej odporne na wysoką temperaturę, która przecież może wystąpić, gdyż w kotle węglowym nie ma możliwości odłączenia źródła energii. Z kolei rury miedziane powodują przyśpieszoną korozję kotła, który z reguły nie jest zabezpieczony przed tym zjawiskiem. Jeżeli architektura budynku na to pozwala, topologia elementów systemu grzewczego powinna być tradycyjna, to znaczy z zachowaniem pionów i spadków. Takie rozwiązanie powoduje, że moż-
liwe jest całkowite jej opróżnienie, gdy zaistnieje taka potrzeba. Również w przypadku zaniku napięcia zasilającego pompę obiegową system będzie działał (co prawda ze znacznie gorszymi parametrami), zapewniając minimalne bezpieczeństwo cieplne do czasu włączenia napięcia sieci.
Zastosowanie sterownika daje wiele korzyści, z których można wymienić:
- zmniejszenie zużycia opału,
- zmniejszenie emisji spalin do otoczenia,
- zmniejszenie częstotliwości obsługi kotła,
- polepszenie komfortu cieplnego,
- możliwość obserwacji temperatury wody obiegowej bez konieczności, kłopotliwego często, schodzenia do kotłowni.
Sterownik nie jest regulatorem w pełnym tego słowa znaczeniu. Wprowadza jedynie, stosunkowo słabe, ujemne sprzężenie zwrotne między wielkością wyjściową, jaką jest temperatura wody obiegowej, a wielkością wejściową, czyli ilością powietrza dopływającego do paleniska. Stwarza możliwość poprawy sterowalności i obserwo-walności obiektu regulacji jakim jest kocioł. Stłumienie w odpowiedniej chwili dopływu powietrza spowoduje, że temperatura będzie rosła wolniej aż do osiągnięcia równowagi między ilością energii dostarczonej i odebranej z układu. Z kolei, już w fazie wygaszania, gdy na rusztach zalegają złogi popiołu i żużla, otwarcie przepustnicy stworzy możliwość lepszego dopalenia się paliwa, a więc zmniejszenie straty niecałkowitego spalania. Zjawisko niecałkowitego spalania jest szczególnie widoczne w kotłach wyposażonych w ruszta chłodzone wodą obiegową. Istotną jego cechą jest to, że przy zachowaniu należytej ostrożności, umożliwia współpracę kotłów węglowych również z nowoczesnymi, nisko-pojemnościowymi instalacjami grzewczymi. Może znaleźć zastosowanie wszędzie tam, gdzie kotły węglowe są jeszcze w użyciu. Dariusz Stępień
Elektronika Praktyczna 9/99
87
JUBILEUSZ
2O-leci
Impolu-
Ciągly rozwój
Impol znany jest od wielu lat
na rynku, jako producent
szerokiej gamy czujników
zbliżeniowych oraz dostawca
sterowników i niezbędnego
osprzętu do systemów
automatycznego sterowania. Od
początku istnienia Impol skupiał
swoją działalność na automatyce,
lecz "po drodze" konstruktorzy
firmy wdrożyli szereg
spektakularnych konstrukcji, które
nie były związane
z podstawowym kierunkiem
działania firmy.
Fot. 1.
Fot. 2.
m4 i OOOOO
Fot. 3.
Fot. 4.
Firma została sar9]9strowana W9 wrz9Ś-niu 1979 roku jako prz9dsiębiorstwo po-Ionijno-zagraniczn9. Do roku 1982 pro-dukowan9 były syst9my st9rowania maszyn róśn9go typu, czujniki zbliŚ9niow9 i prost9 r9gulatory. Prz9łorn9rn w historii firmy było wdroŚ9ni9 do produkcji kom-put9row9go syst9mu MSM (fot. 1), którego pomysłodawcą i twórcą był inś. Krzysztof ICarniński. Ogromnym atut9m syst9mu MSM była J9go ogromna 9las-tyczność, poni9waś składał się on z sz9-r9gu kart dołączanych do wspóln9J magistrali. Syst9m MSM był stosowany za-równo w kol9Jnictwi9, wojsku, jak i laboratoriach pomiarowych, fizycznych i cti9micznych do st9rowania pracą aparatury. Jakość i możliwości syst9mu MSM wi9lokrotni9 doc9niały sądy konkursow9, cs9go prsykład9m jest laur "Najci9kaw-sza nowość i94", którą otrzymał na Międzynarodowych Targach Nowości El9k-trot9chnicsnych w Warszawi9.
Of9rta produkcyjna Impolu rozsz9rzyła się takŚ9 o programator pamięci EPROM PP-1 (fot. 2) oraz opracowany wspólni9 z Polit9chniką Warszawską t9rmoan9mo-m9tr ZBS-15 (fot. 3). TakŚ9 kobjny przyrząd wprowadzony w 1982 roku do produkcji ni9 był zbyt blisko związany z automatyką, bowi9m Impol wspólni9 z warszawskimi zakładami optycznymi PZO opracował sp9cjalistycsny przyrząd dla ni9widomych, który nazwano ti9liotrop (fot. 4).
W roku 1983 rozpoczęto w pracowni inś. Włodzimi9rza Franka produkcję no-W9go, komput9row9go syst9mu st9rowa-nia MSIC. Urządz9ni9 było kompatybiln9 z IBM, a J9go "mózgi9m" został 16-bito-wy proc9sor 80186. T9n sam Z9spół konstruktorów przygotował pi9rwszy w naszym kraju syst9m telefonii cyfrow9J, którym zaint9r9sowało się wojsko. Jako uzu-p9łni9ni9 swoJ9J of9rty produkcyjn9J Impol zaof9rował ponadto rodzinę dynamo-m9trów laboratoryjnych, a także... robot kucti9nny, który rozprowadzany był w sieci handlowej francuski9J firmy Ste-ca.
Kol9Jn9 opracowani9 przygotowan9 dla zachodni9go kontrah9nta pojawiło się w 1985 roku. Był to r9J9strator Y-t opracowany dla zachodniob9rliński9J firmy ICnau9r.
Lata 1988-90 przyniosły sz9r9g bardzo ambitnych zamówi9ń na syst9my st9ro-wania opart9 na komput9rz9 MSM. Ponad 100 st9rowników t9go typu st9rowało ru-ch9m pociągów na C9ntraln9J Magistrali K0I9J0W9J (proJ9kt CNTIC), zautomatyzowano takŚ9 kol9Jow9 górki rozrządo-W9 oraz dyspozytorski9 syst9my sterowania.
Na początku lat 90-tych prz9pro-wadzono pod ki9rownictw9m mgr inś. Ryszarda Żaka gruntowną mod9rnizację
konstrukcji i t9chnologii wytwarzania czujników zbliŚ9niowych, liczników impulsów, tachom9trów, sygnalizatorów ruchu i zasilaczy, opi9rając je na specja-lizowanych układach scalonych i hybrydowych produkcji zachodni9J. Pozwoliło to znaczni9 posz9rzyć asortym9nt produkowanych czujników, dal9ko wykraczający poza standardow9 rozwiązania zgod-n9 z normami EN 50008 i EN 50036. Pojawiły się w of9rci9 nowatorski9 na polskim rynku rozwiązania czujników o roz-sz9rzonym zakr9si9 t9mp9raturowym,
0 wydłuśonych str9fach działania i w miniaturowych obudowach, pozwalając9 re-alizować praktyczni9 wszystki9, naw9t bardzo ni9typow9, t9chniczn9 wymagania kli9ntów (fot. 5).
Ta stała troska o aktualn9 potrz9by rynku, syst9matyczny udział w specjalistycz-nych targach, sympozjach oraz kierowa-ni9 się w swoJ9J działalności hasł9m "Dobry towar za dobrą cenę" zaowocowało osiągnięci9m silnej pozycji na rynku automatyki w Polsc9 oraz pozys-kani9m stałej, kilkutysięczn9J (ok. 4000) rz9szy kli9ntów z praktyczni9 wszystkich branś nasz9go prz9mysłu.
Wraz z upływ9m czasu zmi9niały się wymagania rynku, co zachęciło Impol do podpisania w 1994 roku partn9rski9J umowy z Si9m9ns9m. W ramach tej współpracy Si9m9ns dostarczał sterowni-ki syst9mu Simicro, następni9 Simatic (w 1996 roku). W roku 1996 of9rta handlowa Impolu rozsz9rzyła się o liczniki firmy Curtis, a od 1997 roku o sp9cjalizowan9 podz9społy dla kol9Jnictwa i wojska firmy Schaltbau. Ponadto Impol of9ruJ9 czujniki firmy Sick oraz falowniki firmy Danfoss. W ten sposób, stopniowo, zrnie-nił się profil firmy z inśyniersko-produk-cyjn9J na inśyniersko-produkcyjno-hand-lową. Pot9ncjał doświadczonych in- v śyni9rów uki9runkowano na współpracę z kli9ntami, dzięki czemu mają oni zapewnione doskonałe wsparcie techniczne.
Warto równieś zaznaczyć, śe trwają intensywne ' prace wdrośeniowe systemu zarządzania jakością ISO 9000, co ułatwi roz-sze rze nie o ferty
1 uczyni ją jeszcze bardziej atrakcyjną na coraz bardziej wymagającym rynku.
Fot. 5.
Elektronika Praktyczna 9/99
g Międzynarodo*
elektroników konstruktor
10/99 � październik � 6 zł 80 gr
|d MroilD)
MIKROPROCESOROWY FLASH TELEFONICZi
ś* s~ / ^^ ŚA." .^r - .' s s'
CYFROWY TESTER SERWOMECHANIZM-
WZMACNIACZ
pOMATYKA WOCZHWE CZUJNIKI ODLEGŁOŚCI
LAK W AMERYCB
RAMY:
Indeks 3S7Ł77 * ISSN 1E3D-35EŁ
V
Germany 4.5DM France 16FF
SPRZĘT
Odwracacze fazy, część 1
Kontynuując cykl artykułów najciekawszych rozwiązaniach aplikacyjnych w lampowym sprzęcie audio ten artykuł poświęcamy bardzo ważnemu fragmentowi każdego - odwracaczom fazy.
wzmacniacza
O U1~
O U2~
2.
W końcowym stopniu mocy, pracującym w układzie przeciwsobnym, konieczne jest dostarczanie do siatek sterujących lamp wyjściowych sygnału o tej samej wartości amplitudy, ale o fazach przesuniętych o 180 stopni. Zadanie to realizuje układ zwany inwerte-rem, czyli odwracaczem fazy. W swej najprostszej postaci - rys. 1 - był to odpowiedni transformator z pojedynczym uzwojeniem pierwotnym oraz wtórnym, posiadającym wyprowadzony środek, przyłączony do masy sygnałowej układu. W przypadku pracy lamp końcowych bez prądu siatek, transformator ten miał przekładnię zwykle podwyższającą lub 1:1, a w przypadku pracy z prądem siatek sterujących, ze zrozumiałych względów, przekładnię obniżającą. Dzięki takiej konfiguracji uzyskiwano na końcach uzwojenia wtórnego pożądany efekt.
Z czasem zaczęto stosować specjalne lampy z tzw. emisją wtórną (rys. 2), które dziś mają już znaczenie tylko historyczne.
Kolejnymi formami inwerter ów, najczęściej stosowanymi obecnie są: układ z lampą pomocniczą, układ z dzielonym obciążeniem, układy sa-mosymetryzujące ze stopniem o wzmocnieniu równym jedności, układ parafrazowy - ze sprzężeniem katodowym oraz stosowany raczej w konstrukcjach Hi-Fi układ kaskadowy - jego "skrzyżowaną" odmianę z wykorzystaniem stopni SRPP. Schemat tego rozwiązania przedstawiono na rys. 3, zaś wersję z wtórnikami katodowymi na rys. 4 (cross coupled, Van Scoyoc inverter).
Podobnie, jak w układach Hi-Fi często stosuje się także inwerter zbudowany na dwóch wzmacniaczach operacyjnych, sterujących zwykłe triodowe stopnie wzmacniające (rys. 5). Na rys. 6 przedstawiony jest interesujący układ inwer-tera, w którym lampy mocy sterowane są nie tradycyjnie poprzez siatki sterujące, ale przez katody.
Lampy pracują w konfiguracji z uziemioną dla przebiegów zmiennych siatką Sl, często stosowanej w technice w.cz. Każdy z przedstawionych układów charakteryzuje się specyficznymi właściwościami.
Układ z lampą pomocniczą (rys. 7) wykorzystuje dodatkowy stopień opo-
O+34W
GND
+400V
30k
U1
Lampa neonowa
Rys. 3.
-200V
rowy V2, do którego siatki sterującej, poprzez dzielnik Rl, R2 doprowadza się sygnał z anody VI. Ze względu na warunek równości napięć wzbudzających stopień końcowy, należy dobrać lampy o możliwie identycznych charakterystykach i zapewnić im jednakowe warunki pracy (Ra+Rb). Dzielnik napięcia Rl, R2 należy tak dobrać, aby uzyskać jednakowe amplitudy napięć wyjściowych. Układ ten mimo prostoty
WE
Rys. 4.
Elektronika Praktyczna 10/99
101
SPRZĘT
Rys. 5.
i łatwości realizacji, rzadko jest stoso- obciążeniem jest dwa razy wany, gdyż posiada szereg wad: napię- mniejsza od maksymalnej am-cie -V2 otrzymuje z dzielnika napięcia plitudy napięcia wyjściowego
wtórnika katodowego i nie przewyższa 0,2+VCC. Dolną gałąź stopnia z dzielonym obciążeniem można rozpatrywać Rys. 6,
o +400V
oGND
Rys. 8.
Rys. 9.
o V2_
Rys. 7.
nie tylko sygnał, lecz i jego harmoniczne wprowadzone przez VI, wobec czego -V2 może wprowadzać dodatkowe szumy i przydźwięk sieci. Napięcie to wprowadza także zniekształcenia liniowe w zakresie niskich i wyższych częstotliwości akustycznych z powodu wprowadzonych przez kondensatory sprzęgające Cs dodatkowych przesunięć fazy.
Stopień z dzielonym obciążeniem (rys. 8 - cathodyne, distributed load inverter) jest w istocie wtórnikiem katodowym z dodatkowym rezystorem w obwodzie anodowym, tak że powstaje drugie wyjście sygnału o przeciwnej fazie. Aby obydwa napięcia wyjściowe (ich wartości bezwzględne) Ul i U2 były sobie równe, opory Ra i Rk powinny być jednakowe. Maksymalna amplituda napięcia wyjściowego (na każdym z wyjść) odwracacza fazy z dzielonym
jako wtórnik katodowy ze wszystkimi jego właściwościami (dużą rezystancją wejściową, małą wyjściową i wzmocnieniem napięciowym ku-1). Właściwości wtórnika nie obejmują jednak górnej gałęzi członu, który możemy z kolei rozpatrywać jako wzmacniacz z ujemnym prądowym sprzężeniem zwrotnym, zwiększającym jego rezystancję wyjściową. Innymi słowy, wyjście anodowe jest znacznie wrażliwsze na zmiany obciążenia (zwykle jest to siatka sterująca lampy końcowej). Ponadto, ze wzrostem częstotliwości wcześniej ujawnia się bocznikujące działanie pojemności w członie górnym i naruszeniu ulega symetria układu (lampy końcowe sterowane są wybitnie niesymetrycznym sygnałem!), którą można nieco poprawić poprzez dodanie do członu dolnego oporu Rx, równego w przybliżeniu Ra. Ze względu na brak wzmocnienia napięciowego, powyższy układ powi- Rys. 10.
nien być zasilany ze źródła o stosunkowo dużym napięciu i poprzedzony typowym wzmacniaczem oporowym o dużym wzmocnieniu.
Na rys. 9 przedstawia wersję odwracacza fazy, w której siatka sterująca otrzymuje potencjał stały z anody stopnia poprzedzającego, a rys. 10 -metodą własnej polaryzacji katodowej. Tomasz Wójkowski
o +3B5V
o U1~
dobrać
U2~
102
Elektronika Praktyczna 10/99
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.
Booster podczerwieni
Prezentowany układ jest
boosierem podczerwieni,
przeznaczonym do
sterowania pilotem'-
z innych pomieszczeń.
Można go więc traktować
jako "przedłużacz" wiązki
podczerwieni, pozwalający
na sterowanie urządzeniami
nie znajdującymi si<
bezpośrednio w "polu
widzenia" pilota.i
Dziś coraz więcej urządzeń sterowanych jest pilotami wykorzystującymi podczerwień. Piloty te mają dość poważną wadę - ich działanie ogranicza się do jednego pomieszczenia. Słuchając muzyki z pokoju A nie mamy możliwości sterowania zestawem muzycznym z pokoju E. Wiele osób posiada modulatory telewizyjne podłączone do wideo w pokoju stołowym i ogląda filmy na drugim telewizorze w sypialni. Włączają kasetę i szybko biegną do sypialni - dzisiaj to archaizm.
Wykorzystując stereofoniczny nadajnik UICF-FM, opublikowany w EPl/98 str. 81..82, można słuchać płyt CD lub kaset za pomocą dowolnego radia. Mamy przy tym dostęp do wszystkich funkcji naszego zestawu muzycznego sterowanych pilotem.
Wyposażając opisane urządzenie w moduły radiowe (nadawczy i odbiorczy - dostępne w ofercie AVT) mośna zamienić pilot podczerwieni w pilot radiowy. Umożliwi to odsłuchiwanie za pomocą walkmana wybranych utworów z płyty CD. Na łamach EP i wielu innych czasopism by-
ły zamieszczane boostery podczerwieni, nazywane buforami lub przedłużaczami. Wymagały one jednak dostrajania czułości lub częstotliwości.
Wykonane przeze mnie urządzenie nie wymaga ustawiania jego czułości, ani dostrajania częstotliwości, a ponadto pozwala na dołączenie kilku odbiorników sygnału pilota zainstalowanych w różnych (dość odległych) miejscach domu. Eooster przeznaczony jest do współpracy z pilotami o częstotliwości nośnej 36kHz, a w przypadku wymiany rezonatora ceramicznego z pilotami o częstotliwości 38kHz.
Całe urządzenie składa się z odbiorników połączonych z nadajnikiem kablami trój żyłowymi. Nadajnik ma wymiary 5 7x5 7xl3rnrn, a odbiorniki 35xl0x5rnrn. Odbiorniki łączy się równolegle, dzięki czemu ogranicza się w znaczny sposób liczbę przewodów łączących nadajnik z odbiornikami.
Opis działania układu
Dla łatwiejszego zrozumienia zasady pracy układu, którego schemat jest widoczny na rys. 1, jego działanie zostanie omówione dla przypadku
współpracy z jednym odbiornikiem (36kHz).
Po odebraniu sygnału z pilota, na wyjściu Ul (będącym dotychczas w stanie wysokim) pojawia się zero logiczne. Jeśli paczka impulsów o częstotliwości 36kHz trwa tO(febrane to stan niski na wyjściu układu Ul będzie trwał t^^,^ = t^. brane + 150|_is. Zero logiczne na bramce tranzystora Tl wprowadza go w stan przewodzenia. Powoduje to zaświecenie się diody Dl (wszystkich diod dołączonych do zacisku WE nadajnika) i przejście wejścia WE nadajnika w stan wysoki. Jedynka logiczna (podwójnie zanegowana przez U2l i U2II) sprawia, że na wyjściu bramki U3l, na którym dotychczas występował stan wysoki, pojawia się zero logiczne. Stan niski odblokowuje przerzutniki U6l i U6II, które były wyzerowane i zablokowane stanem wysokim na wejściach R. Jednocześnie jedynka logiczna na wejściach (11, 12) bramki U3II uruchamia zbudowany na niej generator. Częstotliwość tego generatora zależy od rezonatora ceramicznego i dla Ql=432kHz wynosi 432kHz (dla Ql = 455kHz wynosi 455kHz). Sygnał z generatora poprzez inwerter U2V, jest kierowany na wejście zegarowe licznika U4. Wejście CLA układu U4 reaguje na opadające zbocze, a do czasu uruchomienia generatora znajduje się w stanie wysokim. Jeśli generator pracuje z częstotliwością 432kHz, to opadające zbocza będą występowały co 2,315|_is.
Teraz warto zastanowić się, jaki wpływ na stan wyjścia bramek U5l i U5II mają, podłączone do ich wejść, wyjścia licznika U4 i sygnał zegarowy. Wyjście Q przerzutnika U6II zna-
Elektronika Praktyczna 10/99
103
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
i i i i i C2 C3 C4 C5 CB 0,1u 0,1u 0,1u 0,1u 0,1 u
jduje się w stanie niskim, a jedynka logiczna wystąpi na nim po pojawieniu się rosnącego zbocza na wejściu CL tego układu. Już na pierwszy rzut oka widać, że zbocze to wystąpi, gdy na wyjściu bramki U5I pojawi się jedynka logiczna. Stan wysoki na wyjściu tej bramki wystąpi, gdy wyjścia Q4, Q5, Q6 oraz sygnał zegarowy będą w stanie wysokim. Stan wysoki na wyjściu tej bramki zeruje licznik U4 poprzez bramkę U3III i inwerter U2VI. Jednocześnie następuje zmiana stanu na wyjściu Q przerzutnika U6II ze stanu niskiego na wysoki. Wyjście bramki U5I przechodzi w stan niski, a pracujący nadal licznik U4 zlicza do momentu, gdy na jego wyjściach Q2, Q3 wystąpi równocześnie jedynka logiczna. Z chwilą przejścia sygnału zegarowego w stan wysoki następuje wyzerowanie licznika, poprzez bramkę U3III i inwerter U2VI, wskutek zmiany stanu wyjścia Q przerzutnika U6I z niskiego na wysoki. Wyzerowanie licznika powoduje przejście wyjścia bramki U5II w stan niski i rozpoczęcie zliczania. Teraz licznik będzie zliczał cyklicznie do momentu pojawienia się jedynki logicznej na wyjściu bramki U5II. Każde przejście bramki U5II ze stanu niskiego na wysoki będzie zmieniało na przeciwny stan wyjścia Q przerzutnika U6I. Pro-
ces ten będzie trwał do chwili, w której wejście WE nadajnika powróci do stanu niskiego. Zero logiczne na wejściu WE nadajnika unieruchamia generator, zeruje przerzutniki U6I, U6II, wprowadzając ich wyjścia Q w stan niski. Poprzez bramkę U3III i inwerter U2VI zostaje wy-zerowany licznik U4. Nasuwa się pytanie - po jakim czasie od pojawienia się stanu wysokiego na wejściu WE nadajnika pojawi się jedynka logiczna na wyjściu Q przerzutnika U6I i z jaką częstotliwością będzie się zmieniał stan tego wyjścia?
Na to pytanie odpowiedzi należy szukać na wykresie obrazującym pracę licznika U4 -rys. 2. Widać na nim, że po pojawieniu się jedynki logicznej na wejściu WE nadajnika licznik odliczy 56,5 okresu. Zostanie wyzerowany i będzie czekał 0,5 okresu na opadające zbocze. Kolejne odliczanie licznika będzie trwało 5,5 okresu, po czym nastąpi zmiana stanu wyjścia Q przerzutnika U6I, a po upływie 0,5 okresu nastąpi kolejne odliczanie licznika. Zmiany stanu wyjścia Q przerzutnika U6I będą następowały co 6 okresów. Dla częstotliwości generatora 432kHz jedynka logiczna na wyjściu Q przerzutnika U6I pojawi się po 142,361us. Częstotliwość przebiegu (o wypełnieniu 50 %) na
wyjściu Q przerzutnika U6I będzie wynosiła 36000Hz. Dla częstotliwości generatora 455kHz, jedynka logiczna na wyjściu Q przerzutnika U6I pojawi się po 135,165us. Wówczas częstotliwość przebiegu (o wypełnieniu 50%) na wyjściu Q przerzutnika U6I będzie wynosiła 37917Hz). Sygnał o częstotliwości 36kHz pojawi się z opóźnieniem około 140us, aby wyeliminować zniekształcenie sygnału pilota wywołane przedłużeniem odebranego sygnału o około 150us przez układ Ul.
Wyjście Q przerzutnika U6I steruje bramką tranzystora T2. Tranzystor ten steruje prądem płynącym przez diodę D2. Po przeanalizowaniu działania układu można dojść do wniosku, że układ kopiuje odebrane paczki impulsów o częstotliwości 36kHz (38kHz) z opóźnieniem 140us.
Opóźnienie to w żaden sposób nie wpływa na pracę urządzeń sterowanych pilotem, a tym bardziej jest niezauważalne przez użytkownika. Odbiorniki zostały wyposażone w tranzystory Tl, aby mogły być oddalone na znaczną odległość, a także po to, by odbiór sygnału z pilota był sygnalizowany diodą świecącą. Ustalając wartość rezystora Rl we wszystkich odbiornikach i
wartość rezystota R2 należy mieć na względzie parametry tranzystora Tl (dla BS250
IDmaJ:=5OOmA' PT0TmaX= SOOlIlW).
Dobierając wartość rezystora Rl należy uwzględnić prąd diody Dl oraz spadek napięcia na przewodzie zasilającym odbiornik, ponieważ zbyt duży spadek napięcia może negatywnie wpłynąć na pracę układu Ul. Układ Ul należy dobrać do częstotliwości, na której będzie pracował booster: dla 36kHz układ TFMS5360, a dla 38kHz układ TFMS5380.
Bramki U2I i U2II (z prze-rzutnikami Schmitta) zastosowałem w celu eliminacji zniekształceń sygnału, które mogą wystąpić w przypadku użycia długich przewodów pomiędzy nadajnikiem a odbiornikami. Trymer Cli służy do dokładnego dostrojenia częstotliwości generatora. W przedstawionym układzie zastosowałem trymer 15-60pF i bez względu na jego ustawienie układ pracował poprawnie. Rezystor R7 został zastąpiony zworą, gdyby jednak jako T2 miał być zastosowany tranzystor bipolarny, rezystor ten powinien mieć wartość około 2,2kLX Rezystory R5, R6 chronią diody zabezpieczające na wejściach J, K przerzutników U6I, U6II. Jak najbliżej nóżek zasilających układów U1-U6 należy
104
Elektronika Praktyczna 10/99
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
przylutować kondensatory o takich samych numerach jak układy - Cl przy Ul itd, przy U7 kondensatory C7, C8, C9, CIO.
Montaż i uruchomienie
Montaż układu należy wykonać zgodnie z obowiązującymi zasadami. Pod układy scalone zalecam zastosować podstawki. Rezonator ceramiczny warto dolutować do wyprowadzeń rezystorów R3, R4, tak by jego wymiana nie wymagała wylutowywania z płytki. Rezystor R8 należy wlutować tymczasowo. Poprawnie wykonany układ nie wymaga uruchamiania, a jedynie sprawdzenia poprawności działania. Prezentowany układ został wykonany na napięcie zasilające 8-12V, z tego powodu kondensator ClO jest na napięcie 16V. W przypadku zastosowania kondensatora na wyższe napięcie, układ można zasilać napięciem 8-30V. Tak szeroki zakres napięć zasilających pozwoli na zasilanie układu ze sterowanego urządzenia (TV, VIDEO, zestaw AUDIO). Układ w stanie czuwania powinien pobierać ICZUWA. nia=Iu7+NIui' gdzie IU7 to około 3mA, Im to około 0,5mA, N - liczba odbiorników. Poprawność działania odbiornika sygnalizowana jest szybko mrugającą diodą Dl. Po zbliżeniu na odległość lcm diody D2 do odbiornika podczerwieni sterowanego urządzenia, booster powinien zacząć działać. Jeśli booster nie chce realizować swoich zadań, za pomocą częstotliwościomie-rza lub oscyloskopu można zmierzyć częstotliwość na jego wyjściu (dren tranzystora T2) po zwarciu wejścia WE
Huuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuum
nadajnika z zaciskiem +5V.
Osobom, które nie dysponują częstotliwościomierzem lub oscyloskopem, polecam uproszczoną metodę diagnostyczną. Należy wylutować rezystor R8, następnie między dren tranzystora T2 a zacisk +5V trzeba włączyć głośnik 16LX Zamiast układu U5 należy włożyć podstawkę ze zwartymi pinami 1, 4, 13. Po zwarciu wejścia WE nadajnika z zaciskiem +5V w głośniku powinien pojawić się pisk (f 6750Hz dla Ql=432kHz, f 7109Hz dla Ql=455kHz). Pisk powinien milknąć po rozwarciu połączenia wejścia WE nadajnika z zaciskiem +5V. Prezentowany układ zaczął działać bez żadnych problemów.
Ostatnią czynnością po uruchomieniu układu jest ustawienie prądu diody D2. Diodę D2 można umieścić przy sterowanym urządzeniu dzięki połączeniu jej z nadajnikiem za pośrednictwem przewodów. W przypadku, gdy booster będzie sterował kilkoma urządzeniami umieszczonymi w pewnej odległości od siebie, należy diodę D2 umieścić w takim miejscu, by znajdowały się one w polu jej działania lub zastosować kilka obwodów wyjściowych (T2, R8, D2). W zależności od czułości odbiorników podczerwieni sterowanych urządzeń, należy dobrać wartość prądu diody D2. Górna wartość prądu diody D2 jest ograniczona parametrami diody D2, tranzystora T2, układu U7. Dla diody CQYP23 i większości diod prąd przewodzenia wynosi 15 Om A, prąd stabilizatora 78L05 lOOmA, dla tranzystora BS17O IDmaj=500mA (PT0T. = 800mW). Elementem
w głównej mierze decydującym o zasięgu nadajnika bo-ostera jest rezystor R8.
Prezentowany układ z R8=36H miał zasięg l,5m. Aby ustawić prąd diody D2, należy dołączyć ją za pośrednictwem przewodów którymi będzie w przyszłości połączona na stałe z nadajnikiem. Mi-liamperomierz trzeba włączyć pomiędzy dodatni biegun napięcia zasilającego, a zacisk połączony z końcówką IN (pin 3) układu U7. Należy wylutować rezystor R8 i zasilić układ. Pobierany prąd powinien wynosić ICZUWANIA = IU7+N Im. Teraz trzeba zewrzeć wejście WE nadajnika z zaciskiem +5V i zmierzyć prąd IPRACY (prezentowamy układ wyposażony w dwa odbiorniki pobierał 18,5mA). Po wlutowaniu rezystora R8, należy ponownie zmierzyć pobór prądu po zwarciu wejścia WE nadajnika z zaciskiem +5V. Zmierzony prąd IB00STER a=Ipracy+Id2' Zmniejszając wartość rezystora R8 wpływamy na wzrost prądu diody ID2, a co za tym idzie na zasięg nadajnika boostera.
Uwagi końcowe
W przypadku nie stosowania bramek U2I, U2II zamiast CMOSa 40106 można zastosować 4069. Stosując większą liczbę odbiorników zalecam zbudowanie dwóch lub trzech obwodów wejściowych wykorzystując wejścia bramki U3I zwarte zworami Zl, Z2 do masy. Kuszącą propozycją jest dołączenie do jednego z wejść bramki U3I radiowego modułu odbiorczego, a jednocześnie połączenie jednego z odbiorników jedynie z radiowym modułem nadawczym. Dzięki takiemu po-
WYKAZ ELEMENTÓW
Odbiornik Rezystory
Rl: 820Q Kondensatory
Cl: lOnF Półprzewodniki
Dl: LED jasna
Tl: BS250
Ul: TFMS5360 (36 kHz) lub
TFMS5380 (38 kHz)
Nadajnik Rezystory R2: 820Q R3: 24MQ R4: 10ka R5, R6: lka R7: 0Q R8: 3ÓQ Kondensatory C2..C6: lOOnF C7, ClO: 47^F C8, C9: lOOnF Cli: 40pF trymer Cl 2: 180pF Półprzewodniki D2: CGYP23 T2: BS170 U2: CD 40106 U3: CD 4025 U4: CD 4024 U5: CD 4082 U6: CD 4027 U7: 78L05 Różne
Ql: rezonator ceramiczny 432 kHz (dla 36 kHz) lub 455 kHz (dla 38 kHz)
łączeniu powstanie pilot radiowy na bazie prezentowanego boostera. Krzysztof Bieniek
_TiiiJiJiJiJirLjiJiJiJiJiJ^^
Q 2
Q 5
Q 6
Rys. 2.
Elektronika Praktyczna 10/99
105
MIESIĘCZNIK DLA ELEKTRONIKÓW
Tester serwomechanizmów
Dziś także modelarze mają
coraz częściej kontakt
z mikrokontrolerami. Nie
tylko samo sterowanie
modelami odbywa się za
pośrednictwem sygnałów
cyfrowych, ale również wiele
innych zadań związanych
z tym hobby może wykonać
mikrokon troler.
W ańykule przedstawiamy
"inteligentny" tester
sterowników serwo. Generuje
on impulsy dla
serwomechanizmów, ale może
również mierzyć parametry
takich impulsów.
Impulsy serwo pełnią ważną rolę w sterowaniu modelami. Obroty silnika, kierunek ruchu i inne parametry są określane impulsami serwo. Dla nie wtajemniczonych będzie wskazany krótki opis impulsów serwo.
Im pulsy serwo są sygnałami cyfrowymi, generowanymi z odstępem 20 milisekund. Szerokość impulsu zmienia się od minimum lms do maksimum 2ms. Szerokość "neutralna" wynosi l,5ms. Na rys. 1 przedstawiono pojedyncze impulsy serwo.
Serwomechanizm zamienia przychodzące impulsy na ruch mechanizmu. Jeśli szerokość impulsu wynosi lms, serwomechanizm ustawia się w jednym skrajnym położeniu, jeśli natomiast impuls ma szerokość 2ms, przechodzi w drugie skrajne położenie.
Tester serwo może mierzyć zarówno szerokość jak i okres impulsów serwo. Może również sam generować impulsy do testowanych serwomechanizmów. Został zaprojektowany dla wytworzenia impulsu o minimalnej szerokości 0,7ms i maksymalnej szerokości 2,5ms, tak
że mogą być dokładnie sprawdzone wszystkie typy serwomechanizmów.
Opis układu
Na rys. 2 przedstawiono schemat testera serwo. Jest on oparty na układzie scalonym ST62T65B, potężnym mikiokontiolerze produkowanym przez STM. Kontroler ma dwa 8-bitowe porty (PA i PB) i port 5-bitowy (PC). Porty te mają nieco odmienne właściwości. Port B może dostarczać prąd do 20mA, podczas gdy port A może przewodzić prądy do 5mA w obydwu kierunkach (wpływający i wypływający).
W układzie uwzględniono te właściwości tak, że poszczególne segmenty wyświetlacza są dołączone do portu A, natomiast katody (przewodzące znacznie większe prądy) do portu B.
Wyprowadzenie PCl portu C służy jako wejście. Jest ono połączone bezpośrednio z wewnętrznym ti-merem. Tuner odlicza czas, jeśli poziom na tym wyprowadzeniu jest wysoki i wstrzymuje zliczanie, gdy poziom ten jest niski. Takie połączenie sprzętowe gwarantuje wysoką precyzję pomiarów. Obwód wejścio-
Elektronika Praktyczna 10/99
13
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
wy, złożony zTl, D2, D3, Rll, Rl2 iRl3, działa jak wtórnik emiterowy, buforujący sygnał wejściowy bez zmiany jego polaryzacji. Diody tworzą zabezpieczenie przed zbyt wysokimi napięciami wejściowymi. Przy wybranej
częstotliwości zegara____
(6MHz), wewnętrzny timer 4"* zlicza z krokiem 2fis. To *Ś-określa liczbę obliczeń, jakie musi wykonać kontroler.
Kontroler ma wbudowany lównież programowany timer z preskalerem. Jego wyjście, wyprowadzenie PB7, jest połączone ze wzmacniaczem wyjściowym złożonym zT2, Rl4 iRl5. Impulsy serwo, pojawiające się na tym wyjściu, mogą posłużyć do bezpośredniego sterowania serwomechanizmu. Sygnał ten jest również dostępny dla kontrolera poprzez przełącznik Sl.
Pozostałą część układu tworzą przełączniki S2 i S3, diody LED D4 iD5, siedmiosegmentowe wy- i: świetlacze LDl do LD3 ibrzęczyk. 1 Wreszcie, RlO, C3 i Dl tworzą obwód zerujący. To on zapewnia, że kontroler jest prawidłowo inicja-lizowany po włączeniu zasilania.
Przełącznik Sl ma trzy położenia. Pozycja 1 wybiera funkcję pomiaru okresu. W tym trybie wejście układu jest połączone z wyprowadzeniem PB6, natomiast wyprowadzenie PC4 z wyprowadzeniem PCl. Oprogramowanie przypisuje wejściu PC4 dzielnik 2:1, który jest korzystny przy pomiarach okresu. Przy takim dzielniku okres może być mierzony za pośrednictwem tego samego podprogramu, który mierzy szerokość impulsu.
W położeniu 2 wejście układu jest połączone z wyprowadzeniem PCl. Tryb ten służy do pomiaru szerokości impulsu serwo.
Położenie 3 też służy do pomiaru szerokości impulsu, ale
czHUwflriBlmpu*u
rtra
Rys. 1. Sygnał serwo jest sygnałem zmodulacjq szerokości impulsów, o okresie 20ms. Szerokość impulsu zmienia się od 1 do 2ms.
w tym przypadku wyprowadzenie PB7 jest połączone z wyprowadzeniem PCl i kontroler mierzy szerokość impulsu, który generuje.
Należy zauważyć, że przełącznik Sl jest specjalnego rodzaju. Ma dwa rzędy styków, po cztery styki każdy, zamiast zwykłych dwóch rzędów, po trzy styki w każdym. W każdym położeniu dwa sąsiednie styki są połączone ze sobą.
Potencjometr Pl może posłużyć do rozmaitych regulacji, takich jak ręczne ustawianie szerokości impulsu i ustawianie minimalnej i maksymalnej szerokości impulsów. Dwa przełączniki przyciskowe S2 i S3 służą do wprowadzania ustawień odpowiednio minimalnej i maksymalnej szerokości impulsów. Diody LED D4 i D5 wskazują wprowadzenie tych wartości. Napięcie zasilania układu 4,8V jest po prostu pożyczone z zasilania odbiornika.
Aspekty praktyczne
Niezależnie od tego, jak pięknie może wyglądać tester na papierze, naprawdę liczy się to, jak działa w praktyce. Aby to sprawdzić, musisz najpierw zbudować układ. Na rys. 3 przedstawiono mozaikę ścieżek i rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej.
Wykonanie układu nie powinno przedstawiać żadnych szczególnych trudności, ponieważ rozmieszczenie elementów jest wyraźnie zaznaczone. Nie zapomnij o trzech zwo-rach drutowych, które powinny być wlutowane pod gniazdem kontrolera. Łatwo je przeoczyć.
Najlepszym sposobem połączenia testera z serwomechanizmem jest zastosowanie przedłużacza kabla serwo z obciętą jedną końcówką. Rys. 4 przedstawia schemat połączenia z kilkoma różnymi typami serwomechanizmów.
A teraz do roboty!
Użytkowanie testera jest bardzo łatwe. Gdy już zdecydujesz, jaki rodzaj pomiarów chcesz wykonać, sam proces pomiaru nie wymaga niczego więcej, jak tylko wybrania odpowiedniego trybu, dołączenia sygnału lub serwomechanizmu, który ma być zmierzony lub przetestowany i odczytu wyniku testu z wyświetlacza LED.
Aby zmierzyć okres impulsu serwo ustaw przełącznik Sl w położeniu 1. Zmierzony okres będzie widoczny na wyświetlaczu LED w milisekundach. Częstotliwość powtarzania sygnału serwo można obliczyć dzieląc 1000 przez zmie-
14
Elektronika Praktyczna 10/99
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
LD3 HDSP-H103
LD2 HDSP-H1M
LD1 HD8MI1DS
+4.HV
Rys. 2. Schemat elektryczny urzqdzenia.
rzony okres w milisekundach.
Jeśli szerokość impulsu lub okres jest dłuższy niż maksymalna wartość, jaką tester może zmierzyć, na wyświetlaczu jest widoczne "HHH". Jeśli poziom wejściowy jest niski przez cały czas trwania pomiaru, świecą wszystkie dolne segmenty wyświetlacza. I przeciwnie, jeśli przez cały czas trwania pomiaru poziom wejściowy jest wysoki, świecą wszystkie najwyższe segmenty wyświetlacza. Należy jednak zauważyć, że te wskazania poziomów niskiego i wysokiego są możliwe tylko przy pomiarach szerokości impulsu, w wyniku zastosowania do pomiarów okresu dzielnika 2:1.
Aby zmierzyć szerokość impulsu serwo przestaw przełącznik Sl w położenie 2, następnie połącz wejście testera z wyjściem serwomechanizmu odbiornika.
Gdy przełącznik Sl znajduje się w położeniu 3, na wyświetlaczu możesz odczytać szerokość impulsu serwo testera. Wartość ta zmienia się, jeśli kręcisz potencjometrem Pl i odpowiednio zmienia się wówczas szerokość impulsów. Jeśli do wyjścia testera jest dołączony
serwomechanizm, będzie nadążał za obrotami potencjometru Pl.
Możliwe jest również automatyczne testowanie serwomechaniz-
Si
LU
mów. Aby je przeprowadzić wciśnij równocześnie przyciski S2 (ustawianie minimum) i S3 (ustawianie maksimum). Serwomechanizm będzie teraz poruszał się (tam i z powrotem) pomiędzy swoimi położeniami minimum i maksimum. Potencjometrem Pl możesz zmieniać szybkość, z jaką będzie się to odbywać. Aby przywrócić normalne, ręczne ustawianie, na krótko wciśnij S2 lub S3.
Szerokości minimalna i maksymalna impulsów testowych mogą być łatwo programowane. Jeśli wciśniesz i przytrzymasz przycisk ustawiania minimum (S2), zaświeci związana z nim dioda LED. Na wyświetlaczu możesz odczytać aktualne ustawienie minimalnej szerokości impulsów. Reguluj potencjometrem Pl, aż zostanie wyświetlona pożądana szerokość, po czym zwolnij przycisk. Podobnie, wcisnąwszy przycisk ustawiania maksimum (S3), można odczytać, i w razie potrzeby regulować, maksym alną szerokość impulsu. Ustawienia minimum i maksimum szerokości impulsu są przechowywane w pamięci EEPROM kontrolera.
Jeśli wybrana wartość minimalnej szerokości impulsu jest większa niż maksymalna, układ wyświetli wskazanie błędu: włączy się brzę-czyk i zaświecą obydwie diody LED. W ten sposób jesteś informowany o błędnym ustawieniu tych wartości.
Rys. 3. Kompletny układ można zmontować na gotowej płytce drukowanej.
Elektronika Praktyczna 10/99
15
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
Sterowanie modelami za pośrednictwem serwomechanizmów
Serwomechanizmy stosuje każdy modelarz. Są one połączone bezpośrednio z wyjściem serwo odbiornika sterowanego modelu, czy to samochodu, łodzi czy samolotu. Zazwyczaj w modelu stosuje się kilka serwomechanizmów dla sterowania kierunkiem (lewo/prawo i góra/dół) i prędkościąruchu. Schemat na rysunku wyjaśnia, jak można sterować czterema serwomechanizmami za pośrednictwem cztero-kanałowego nadajnika i czterokanałowego odbiornika. Sterowanie odbywa się za pośrednictwem powtarzalnych impulsów napięcia. Odstęp powtarzania impulsów wynosi 20ms.
Szerokość każdego impulsu jest zmienna i w praktyce zmienia się od 1 do 2ms. Przy sterowaniu proporcjonalnym możliwe są wszystkie wartości pośrednie. Sterowniki nieproporcjonalne (binarne), stosowane w tańszych modelach, przełączają się pomiędzy jednym skrajnym położeniem a drugim - co, tak naprawdę, nie wymaga stosowania serwomechanizmu.
Sam serwomechanizm zawiera miniaturowy silnik elektryczny, napędzający sterowany element. Ponadto, obrót silnika zmienia położenie wewnętrznego potencjometru. Potencjometr ten, o rezystancji około 5kQ, steruje multiwibratorem mono-stabilnym, również umieszczonym w obudowie serwomechanizmu. Wewnętrzna elektronika służy do utrzymania szerokości generowanego impulsu, równej szerokości impulsu wejściowego. Ponieważ istnieje stała zależność pomiędzy kątem obrotu potencjometru a szerokością impulsu, to kątem obrotu silnika można bezpośrednio sterować za pośrednictwem szerokości podanego impulsu.
12 3 4 SyncPause liii
PWM
t1 T2 T3 T4
1 maKonwencjonalny "cyfrowo-proporcjonalny" system PWM. Położeniem serwomechanizmu sterują impulsy, których szerokości mogą się zmieniać od 1 do 2ms.
Wszystkie właściwości testera możesz wykorzystać do szybkiego sprawdzenia i testowania odbiorników, jak również serwomechanizmów. Tester może być zwartym i poręcznym składnikiem wyposażenia pomiarowego, o czym szybko się przekonasz, jeśli tylko użyjesz go kilka razy! [990030-1] Projektował B. Stuurman
Artykuł publikujemy na podstawie umowy z redakcją miesięcznika "Elektor Electronics".
Editorial items appearing on pages 13.. 16 are the copyright property of (C) Segment B.V., the Netherlands, 1998 which reserves all rights.
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Rl: 1QQ
R2..R9: 470O
RIO: lOOkO
Rl 1, Rló, R17: lkn
R12: 27kQ
R13, R15: 2,7kQ
R14: 220O
Pl: 5kQ, potencjometr liniowy
Kondensatory
Cl: 10u.F/63V
C2: 100u.F/10V
C3: lu.F/16V
C4, C5: 22pF ceramiczny
Có: lOOnF ceramiczny
Półprzewodniki
Dl: 1N4148
D2, D3: BAT85
D4, D5: LED, czerwona,
wysokosprawna
Tl: BC557B
T2: BC547B
IC1: ST62T65B (nr katalogowy
996507-1)
Różne
Xl: óMHz
LD1, LD2, LD3: HDSP-H103,
wysokosprawne, ze wspólną
katodą, Siemens
Sl: przełącznik suwakowy,
3 pozycje, 2 komplety styków
(przełącznik Knitter typu MFP-230)
S2, S3: wyłączniki przyciskowe D6-
R-RD (ITC)
Bzl: pasywny brzęczyk
piezoelektryczny typu SEP 2242
Graupner/JR
Futuba
MultipleK
MIcroprop
JUl
JUl
JUL
Simprop
O O O
A o
o o
JUl
JUL
o -
U
JUL
o +
Rys. 4. Producentów serwomecha-nizów jest kilku, a każdy z nich stosuje złącza innego typu. Powyższe zestawienie powinno pomóc w wyjaśnieniu sytuacji.
16
Elektronika Praktyczna 10/99
PROJEKTY ZAGRANICZNE
Osobisty stereo
wzmacniacz
Ten prosty i tani
wzmacniacz pozwoli Ci
podzielić się przyjemn ością
słuchania muzyki
z przyj a ciółm i.
Nawet proste przenośne urządzenia stereo zapewniają przyzwoitą jakość dźwięku - lepszą niż można byłoby oczekiwać, a ich popularność nie jest niczym zaskakującym. Używając słuchawek można słuchać muzyki z dość dużym poziomem mocy, nie dokuczając przy tym w szczególny sposób otoczeniu. Jakość dźwięku, jaką zapewniają lekkie, współczesne słuchawki jest bardzo dobra i zapewne to właśnie jest w dużym stopniu przyczyną znacznego sukcesu rynkowego przenośnego sprzętu stereo.
Współpraca tych urządzeń z miniaturowymi kolumnami głośnikowymi jest rozszerzeniem ich możliwości. Na rynku dostępne są specjalne, niedrogie głośniki, dzięki którym możemy dzielić przyjemność słuchania muzyki z innymi osobami. Należy się tu jednak liczyć z pewną utratą jakości oraz z niskim poziomem dźwięku i to właśnie stanowi główny niedostatek współpracy sprzętu przenośnego z głośnikami. Mimo że przetwarzają one dźwięk skutecznie, to moc do nich docierająca nie przekracza kilku miliwatów. Dysponując tak mizernym poziomem dostarczanej mocy nie można oczekiwać dźwięku o dużym natężeniu.
Zwiększenie poziomu mocy
Narzucającym się rozwiązaniem jest w takiej sytuacji dodatkowy bateryjny wzmacniacz mocy, zwiększający moc wyjściową przenośnego urządzenia stereo do poziomu, który zapewni przyzwoity poziom dźwięku. Całość pozostaje nadal przenośna, pozostawiając użytkownikowi możliwość wykorzystywania wyłącznie urządzenia przenośnego w swej pierwotnej postaci, o ile zaistnieje taka potrzeba.
Przedstawiony poniżej wzmacniacz może zapewnić poziomy mocy sięgające kilkaset mW w każdym z kanałów. Wzmacniacz ten nie może oczywiście być
traktowany jako konkurent sprzętu Hi-Fi czy też boom-box, ale współpracując z efektywnymi zestawami głośnikowymi, zapewnia poziom dźwięku w wielu sytuacjach większy niż zadowalający.
Zasada działania
Kompletny schemat ideowy osobistego wzmacniacza stereo pokazano na rys. 1. Układ zawiera dwa identyczne bloki wzmacniające, których wyjścia są doprowadzone do tego samego gniazda wyjściowego. Mają wspólne zasilanie oraz włącznik. Przedyskutowane zostanie działanie tylko jednego stopnia - zbudowanego na wzmacniaczu ICl.
Jako ICl wykorzystano nisko-szumny wzmacniacz operacyjny,
0 małych zniekształceniach, przeznaczony do zastosowań w układach audio. Skonfigurowany został jako układ odwracający, z polaryzacją wejścia nie odwracającego przez dzielnik rezystancyjny R2, R3.
Rezystory Rl i R4 tworzą pętlę ujemnego sprzężenia zwrotnego
1 przy wartościach rezystancji podanych na schemacie wzmocnienie wzmacniacza wynosi około 15V/V, zaś impedancja wejściowa - 6,8kQ. Kondensatory C2 i C4 odsprzęgają odpowiednio wejście i wyjście od składowej stałej.
Maksymalne natężenie prądu wyjściowego wzmacniacza operacyjnego wynosi tylko kilka mA i wzmacniacz taki bez dodatkowych elementów dyskretnych byłby w stanie dostarczyć niewiele więcej mocy niż przenośny sprzęt stereo. Tranzystory TRI i TR2 tworzą komplementarny wzmacniacz mocy klasy B i w znacznym stopniu zwiększają możliwości prądowe całego układu. Dla dodatnich połówek sygnału źródło prądu docierającego do obciążenia stanowi tranzystor TRI, dla ujemnych zaś prąd z obciążenia wpływa do tranzystora TR2.
Wzmacniacz tranzystorowy w takiej konfiguracji daje jednos-
Elektronika Praktyczna 10/99
19
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
Rys. 1. Schemat ideowy osobistego wzmacniacza stereo.
tkowe wzmocnienie napięciowe, ale zapewnia pożądane w tym przypadku duże wzmocnienie prądowe.
Korzyść płynąca z zastosowania komplementarnego wzmacniacza klasy B leży także w tym, że pobór prądu zmienia się z wyste-rowaniem i przy silnych wystero-
ov
ov
Rys. 2. Sygnał sinusoidalny (a), sygnał sinusoidalny ze zniekształceniami skrośnymi (b), sygnał sinusoidalny na wyjściu układu IC1 (c).
waniach może sięgać nawet lOOmA, przy słabych zaś może wynosić tylko kilka mA,
W przypadku wzmacniacza klasy A spoczynkowy pobór mocy jest stały i duży, co nie jest mile widziane w przypadku urządzeń zasilanych bate-ryjnie, ponieważ prowadzi do szybkiego wyczerpania baterii, nawet wtedy, gdy wzmacniacz pracuje z niskim poziomem dźwięku.
Zniekształcenia skrośne
Stopień wyjściowy prezentowanego układu jest rozwiązany w sposób oszczędny i nie zawiera układu wstępnej polaryzacji tranzystorów wyjściowych. Jest to cenne o tyle, że pozwala uniknąć znacznych strat mocy w tranzystorach wyjściowych przy braku wysterowania. Rozwiązanie takie posiada jednak
poważną wadę, powoduje mianowicie zniekształcenia, tzw. zniekształcenia skrośne. Wynikają one z tego, że do przewodzenia tranzystora niezbędny jest spadek napięcia między bazą a emiterem około 0,7V. Oznacza to, że napięcie wyjściowe układu ICl musi zmienić się o więcej niż ą0,7V, by na wyjściu stopnia mocy pojawił się jakikolwiek sygnał. Nawet w przypadku silnych wy sterowań początkowa i końcowa część połówki sygnału sinusoidalnego jest zniekształcona (rys. 2a i 2b).
W celu usunięcia zniekształceń skrośnych, zamiast tradycyjnych rozwiązań polaryzacyjnych w układzie zastosowano silne ujemne sprzężenie zwrotne. Rezystor R4 łączy wyjścia tranzystorów TRI i TR2 z wejściem odwracającym wzmacniacza ICl, a więc pętla sprzężenia zwrotnego obejmuje nie tylko wzmacniacz operacyjny, ale także stopień mocy. Jeśli napięcie wyjściowe ICl przekracza zero w stronę napięć dodatnich, to nieprzewodzenie tranzystora TRI oznacza przerwanie pętli sprzężenia zwrotnego, a więc nieskończenie duże wzmocnienie wzmacniacza z otwartą pętlą. Tak więc, bardzo małe napięcie sygnału wystarcza, by na wyjściu ICl pojawiło się dodatnie napięcie 0,7V. Wówczas napięcie na wyjściu całego toru zaczyna narastać (TRI przewodzi), a pętla sprzężenia zwrotnego zostaje zamknięta. Podobnie jest w przypadku początku ujemnych połówek sinusoidy (na wyjściu), kiedy to napięcie na wyjściu ICl niemal natychmiast spada do -0,7V, po czym zamknięta zostaje pętla sprzężenia zwrotnego. W przypadku sinusoidalnego sygnału wejściowego, sygnał na wyjściu wykazuje zniekształcenia przedstawione na rys. 2c. Zamiast zniekształceń skrośnych występują zniekształcenia o charakterze w pewnym sensie przeciwnym. W końcowym efekcie sygnał wyjściowy wykazuje zmniejszony poziom zniekształceń. Będą one słyszalne przy niskich poziomach dźwięku i przysłuchiwaniu się głośnikowi z niewielkiej odległości, ale w przypadku przeciętnych poziomów dźwięku nie będą odczuwalne.
Elektronika Praktyczna 10/99
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
Wykonanie
Modelowy układ wykonano na dwóch płytkach uniwersalnych, po jednej na kanał.
Płytki są bardzo proste - z ich wykonaniem poradzą sobie także mniej zaawansowani. Niemniej jednak przy montażu należy pamiętać o wszystkich ostrzeżeniach dotyczących stosowania płytek uniwersalnych. Wiele otworów takiej płytki pozostanie bowiem nie wykorzystanych, a więc szansa wstawienia jednego z podzespołów w niewłaściwe miejsce jest duża, dlatego montaż wymaga nieco większej niż zwykle uwagi. Należy także zwrócić uwagę na montaż elementów o wyróżnionej polaryzacji - kondensatorów i elementów półprzewodnikowych.
Wzmacniacze NE55 34AN zastosowane jako układy ICl i IC2 nie są wrażliwe na działanie ładunków elektrostatycznych, niemniej jednak zaleca się umieszczenie ich w podstawkach. Układ będzie miał lepsze parametry, jeśli zastosujemy wzmacniacz NE5534P lub nawet TL071CP (Bi-FET). Dla zwykłych, tanich wzmacniaczy operacyjnych należy liczyć się ze znacznym pogorszeniem jakości dźwięku, ze względu na gorsze własności częstotliwościowe takich wzmacniaczy.
Końcowe czynności montażowe
Jako obudowy wzmacniacza można użyć dowolnego średniej wielkości pudełka metalowego lub z tworzywa sztucznego. Użycie zasilania bateryjnego nie pozwala jednak na zastosowanie bardzo małej obudowy. Układ można by-
łoby zasilać z niewielkiej baterii o dużej pojemności typu PP3, ale rozwiązanie takie byłoby dosyć kosztowne. Małe wzmocnienie napięciowe i niewielka impedancja wejściowa wzmacniacza sprawiają, że rozmieszczenie elementów nie jest krytyczne, a poszczególne podzespoły można umieszczać w obudowie w dowolny sposób.
Płytki można mocować do obudowy za pomocą metrycznych śrub M3, podkładek i nakrętek lub kołków dystansowych z tworzywa sztucznego. Miniaturyzację wymiarów całości osiągnąć można ustawiając płytki jedna nad drugą. Wymaga to zastosowania kołków dystansowych o długości około 12mm.
Ponieważ wzmocnienie układu nie jest duże, nie ma potrzeby stosowania do połączeń przewodów ekranowanych ani szczególnego separowania układów wejściowych i wyjściowych.
SKl i SK2 są to gniazda jack stereo 3,5mm, takie same jak gniazda stosowane w przenośnym sprzęcie stereo. Do połączenia np. walkmana ze wzmacniaczem jest niezbędny kabel zakończony z obu stron wtykiem jack stereo 3,5mm, który można nabyć lub wykonać we własnym zakresie.
Oczywiście na polecenie zasługuje rozwiązanie, w którym całość przyjmie formę dwóch modułów, z których w jednym znajdą się: wzmacniacz, bateria oraz jeden z głośników, natomiast drugi pomieści pozostały głośnik. Choć nieco bardziej kłopotliwe w realizacji, rozwiązanie takie pozwala ograniczyć liczbę obudów z czterech do trzech i czyni całość bardziej estetyczną.
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
(0,25W, węglowe warstwowe)
Rl, R5: 6,8kQ
R2, R3, Ró, R7: 5ókQ
R4, R8: lOOka
Kondensatory
Cl, C5: 1OO^F/1OV
C2, Có: 2,2jiF/50V
C3, C7: 10|iF/25V
C4, C8: 470^F/10V
Półprzewodniki
TRI, TR3: BC337
TR2, TR4: BC327
IC1, IC2: NE5534AN
Różne
SKl, SK2: gniazda jack stereo
Bl: zestaw baterii W (6xHP7/AA)
Sl: przełącznik jednobiegunowy
jedn opozycyjny
Średnich rozmiarów obudowa
z tworzywa sztucznego lub
z metalu, podstawki 8-nóżkowe
2szt., złączka bateryjna, przewód
(plecionka), cyna, kołki lutownicze
itp.
Testowanie
Po zakończeniu montażu należy dokładnie przejrzeć płytki wzmacniacza, połączyć wszystkie bloki oraz włączyć i sprawdzić jego działanie. Poziom dźwięku powinien być dostatecznie wysoki, jeśli jednak nie jest satysfakcjonujący, można zwiększyć wartości rezystorów R4/R8 do 220kQ. EPE
Artykuł publikujemy na podstawie umowy z redakcją miesięcznika "Everyday Practical Electronics".
Elektronika Praktyczna 10/99
21
PROJEKTY ZAGRANICZNE
Technologie alternatywne i technologie przyszłości, część 4
Pamięci optyczne
Jedną z technologii, która potencjalnie może obsłużyć taką Oszacowano, że zasoby ilość danych, są pamięci optycz-
wiedzy ludzkiej podwajają się
co około 10 lat. Związana
z tym ilość gromadzonej
i u żytkowan ej n o w ej
informacji n arasta
wykładniczo. Stwarza to
potrzebę opracowania szybkich
i tanich pamięci, zdolnych
przech owywać gigabity lu b
nawet terabity danych.
|=O
ne. Wśród wielu różnych rozwiązań rozważa się także możliwość wykorzystania bardzo cienkich warstw materiałów opartych na szkle, domieszkowanych barwnikami organicznymi lub metalami ziem rzadkich.
W technologii fotochemicznego wypalania otworów (PHB) na punkcik na powierzchni szkła skierowuje się wiązkę światła lasera pracującego w zakresie widzialnym. Jeśli moc lasera jest mała, światło przedostanie się na drugą stronę płytki nie wywierając na nią żadnego wpływu. Jeśli jednak moc lasera jest większa (nie powodująca jednak uszkodzeń płytki), nastąpi wzbudzenie elektronów znajdujących się w szkle. W efekcie może nastąpić zmiana właściwości absorpcyjnych oświetlonego szkła i w widmie absorpcyjnym pojawi się pasmo lub przerwa. Mówiąc inaczej, jeśli teraz w to samo miejsce skierujemy wiązkę laserową o małej mocy, zostanie ona pochłonięta i nie pojawi się po drugiej stronie płytki.
Tak więc, opierając się na tym, czy wiązka niskiej mocy przedostaje się na drugą stronę płytki, czy nie, można stwierdzić, czy dany obszar szkła został przedtem poddany działaniu wiązki dużej mocy. Ozna-
P^!irStol?L. cza t0- że każ~
Wiązka światła "�"
aserowego o częstotliwości "A*
|=O
w punkcie przecięcia wiązek , , ,
światła laserowe^ dy punkt na
płytce szkła może reprezentować jeden z dwóch stanów binarnych. Ponieważ obszar
Wiązka światła laserowego
o częstotliwości "B"
Sześcian wykonany z reagujących na światło
protein zawieszonych w przeźroczysta! polimerze
Rys. 15. Pamięci proteinowe - sześcienne struktury światłoczułych protein.
o zmienionych przez wiązkę dużej mocy właściwościach jest bardzo
mały, proces taki można powtórzyć na powierzchni płytki szklanej miliony razy.
Jeśli naświetlane punkty znajdują się w odległości jednego mikrona od siebie, na powierzchni jednego centymetra kwadratowego można zapamiętać 100 megabitów. Jest to, oczywiście, niewiele w porównaniu z wymaganym np. terabitem. Jeśli jednak uświadomimy sobie, że każdy z punktów może być "multi-pleksowany" poprzez zmianę długości fali lasera dużej mocy, zapewniającą powstanie następnego pasma absorpcyjnego, liczba przechowywanych bitów informacji może być zwiększona. Osiągnięto już stukrotne multipleksowanie, przy którym przy różnych długościach fali każdy punkt płytki umożliwia zapamiętanie stu bitów danych. Taki poziom multipleksowania zapewnia gęstość informacji 10 giga-bitów na centymetr kwadratowy, a w przyszłości mogą być osiągnięte jeszcze wyższe krotności multipleksowania.
Przełączniki i pamięci proteinowe
Inny obszar wiedzy, który cieszy się ogromnym zainteresowaniem, jest związany z przełącznikami i pamięciami proteinowymi. Cząsteczki organiczne posiadają wiele interesujących własności, np. to że odrzucają zanieczyszczenia i same się korygują.
Oprócz bardzo niewielkich rozmiarów niektóre z nich posiadają doskonałe parametry elektryczne. Inaczej niż przewodniki metalowe, zamiast przemieszczania elektronów, przekazują energię przesuwając obszar wzbudzenia elektronów. Może to zaowocować szybkościami przełączania o wiele rzędów wielkości większymi niż w przypadku materiałów półprzewodnikowych.
Niektóre proteiny reagują na pole elektryczne, inne zaś na światło. Np. dużym zainteresowaniem cieszy się ostatnio rodopsy-na, proteina wykorzystywana przez
Elektronika Praktyczna 10/99
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
Plazma
Mikrofale
Plazma
Warstwa wyhodowana na podłożu
Rys. 16. Tranzystory heterozłączowe -naparowywanie próżniowe.
niektóre bakterie wyko-rzystujące fotosyntezę do zamiany światła na energię. To właśnie obecność bakterii zawierających rodopsynę sprawia, że woda w sadzawkach staje się czerwona, a ich słonowodni kuzyni podobnie zabarwiają wodę w Zatoce San Francisco.
W niektórych przypadkach wiązka laserowa może być wykorzystana do zmiany stanu takich światłoczułych protein. Istnieją ponadto proteiny reagujące wyłącznie na dwie długości fali światła. Jest to wyjątkowo interesująca cecha, ponieważ umożliwia uzyskanie trójwymiarowych optycznych pamięci proteinowych.
Przeprowadzono eksperymenty, w których utworzono sześciany z matryc protein reagujących na dwie długości światła, zawieszonych w przezroczystych polimerach. Gdyby były to proteiny reagujące na pojedynczą wiązkę laserową, cała linia protein zmieniałaby stan. Ponieważ jednak były to proteiny reagujące na dwie długości światła, wykorzystanie dwóch laserów o wiązkach przecinających się pod kątem prostym umożliwia zmianę stanu pojedynczych protein sześcianu (rys. 15).
Nawet przy współcześnie dostępnej technologii możliwe jest zapamiętanie 20 gigabitów w jednym centymetrze sześciennym takiego materiału, a przecież jeden gigabit odpowiada 1250 współczesnym 16-megabitowym pamięciom RAM!
Tranzystory elektromagnetyczne
Od pewnego czasu wiadomo, że przyłożenie silnego pola elektromagnetycznego do specjalnych mieszanin półprzewodnikowych powoduje powstanie struktur zachowujących się podobnie jak tran-
zystory. Pierwotnie cji tranzystorów. Niestety, coraz
stosowano techno- wyraźniej zauważalny jest fakt
logię polegającą na zbliżania się do granicy możli-
pokryciu półprze- wości konwencjonalnych techno-
wodnikowego pod- logii w tym zakresie. Wynikają
łoża warstwą do- one po prostu z możliwości pro-
mieszki, a nas tęp- cesu związanych z nakładaniem
^^^^=^^^^=^ nie przyłożeniu warstw, wytwarzania masek i sto-
4 ' z niewielkiej odleg- sowanych długości fali (ultrafio-
jBdtaa/ łości bardzo silne- let). Około roku 1990 wraz z po-
go, skoncentrowa- jawieniem się struktur jednomik-
nego pola elektro- ronowych uważano, że struktury
magnetycznego. półmikronowe stanowić będą gra-
Obowiązująca nicę możliwości, osiągalną przez
wówczas teoria głosiła, że silne proces fotolitograficzny, a następ-
pole elektromagnetyczne powodo- nym etapem będzie litografia ren-
wało wnikanie atomów domieszek tgenowska. Jednak ciągłe uspraw-
w podłoże. Ku ogromnemu zasko- nienia w zakresie wykonywania
czeniu wszystkich okazało się póź- masek, systemów optycznych, so-
niej, że struktury tranzystorowe czewek, serwomechanizmów, sys-
powstają także wtedy, gdy nie te mów pozycjonowania oraz
stosuje się domieszki!
w technologii chemicznej sprawi-
Co zaskakujące, dotąd nikt nie ły, że możliwe wydaje się osiąg-
potrafił wyjaśnić mechanizmu po- nięcie struktur 0,1-mikronowych
wodującego to zjawisko. Fizycy tylko drogą udoskonalania obec-
utrzymują, że silne pola elektro- nie stosowanych procesów.
magnetyczne powodują powstanie
Istnieją także i inne uwarunko-
w krysztale mikrodefektów, ich wania. Szybkość działania tran-
migrację oraz łączenie się. Tranzystory heterozłączowe
zystora jest bardzo silnie związana z jego rozmiarami, które mają wpływ na długość drogi przeby-
Jeśli można znaleźć jedno po- wanej przez elektrony. Aby więc wiedzenie dotyczące elektroniki tranzystory mogły przełączać szyb-zasługujące na miano truizmu, to ciej, technolodzy dążyli do jest nim stwierdzenie "im szyb- zmniejszenia ich rozmiarów. Jed-
ciej, tym lepiej".
nakże zmniejszając rozmiary tran-
Wtrącenia na granicy krzem-german
\ \
Tak naprawdę, to istnieją tylko zystora, należy zachować
dwa sposoby podnoszenia szyb- odpowiednie ilości domieszek, by
kości elementów półprzewodniko- zapewnić jego działanie. Koncen-
wych. Jeden z nich polega na trać je domieszek wzrastają wraz
wykonywaniu mniejszych struktur z miniaturyzacją samego tranzys-
i mniejszych, położonych bliżej tora. Gdy poziom domieszek staje siebie tranzystorów. Drugi - na stosowaniu nowych, zapewniających wyższą szybkość przełączania materia- Waretvraczystegogermanu
łow. Choć istnieją ma- wyhodowana na podtożu
teriały o lepszych własnościach niż krzem, podtoże np. arsenek galu, to krzemowe jednak tylko krzem jest tani, łatwo dostępny i stosunkowo łatwo się
go p rz e tw ar Z a. Stop krzemowo-gennanowy1
Istotne jest również to, że w technologie związane z krzemem podtoże
przemysł zainwestował krzemowe
m ii i o ny d ol ar ów . Z tych właśnie powodów zwiększanie szyb- -^Atomkrzemu -LŚ Atom germanu
kości odbywało się do- RySi 17i Tranzystory heterozłączowe - stop tąd drogą miniaturyza- krzem-german.
Brak wtrąceń na granicy
Elektronika Praktyczna 10/99
23
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
się zbyt wysoki, zaczynają występować takie niekorzystne zjawiska jak upływ, w efekcie czego tranzystor pozostaje przez cały czas włączony. Technolodzy pracują więc intensywnie nad nowymi materiałami.
Obszar leżący między dwoma obszarami półprzewodnika o takim samym podstawowym składzie ale przeciwnych rodzajach domieszek nosi nazwę złącza jednorodnego. Analogicznie, obszar znajdujący się między dwoma obszarami półprzewodnika o różnym podstawowym składzie nosi nazwę heterozłącza. We współczesnej produkcji elektronicznej dominują łatwiejsze do wytworzenia złącza jednorodne. Jednak w heterozłączu w naturalny sposób występuje pole elektryczne, które można wykorzystać do przyśpieszania elektronów, a tranzystory hete-rozłączowe posiadają znacznie wyższe szybkości przełączania niż ich odpowiedniki o jednorodnym złączu i identycznych rozmiarach.
Jeden z rodzajów heterozłącza stał się ostatnio obiektem szczególnego zainteresowania, a mianowicie heterozłącze german-krzem. German i krzem są materiałami z tej samej rodziny, o zbliżonej strukturze krystalicznej, i wydawać by się mogło, że połączenie ich powinno być łatwe do wykonania. Praktyka jednak temu przeczy - jest to dosyć trudne. Obecnie trwają prace nad technologią polegającą na nanoszeniu w żądanych miejscach na standardowe płytki krzemu z obszarami domieszkowanymi bardzo cienkich warstw stopu krzemu i germanu.
Dwie najbardziej popularne metody nakładania tych warstw to naparowywanie próżniowe oraz epi-taksja strumieniem cząstek. W przypadku naparowywania gaz zawierający odpowiednie cząsteczki jest wprowadzany w stan plazmy przez bardzo znaczne podniesienie jego temperatury metodą podgrzewania mikrofalowego. Atomy przynoszone są nad powierzchnię płytki przez plazmę, a następnie są przechwy-tywane przez strukturę krystaliczną podłoża. Struktura ta stanowi wzorzec , który nowe atomy rozbudowują (rys. 16).
W przypadku epitaksji strumieniem cząstek płytka podłoża umieszczana jest w wysokiej próżni, gdzie uderza w nią sterowana
wiązka zjonizo-wanych cząstek, tworząc w od-powiednich miejscach warstwy o grubości p ojedynczych cząstek.
Najkorzystniej byłoby uzyskać heterozłącze między czystym krzemem i czystym germanem. Niestety, atomy germanu są o około 4% większe niż atomu krzemu, w związku z czym w takiej strukturze krystalicznej powstają naprężenia, w efekcie czego pojawiają się defekty. Na każdym milimetrze kwadratowym pojawiają się miliony wtrąceń, które będą zakłócać pracę układu scalonego. Rozwiązaniem jest stworzenie warstwy stopu krzemu i germanu, eliminującej naprężenia i wynikające z nich defekty (rys. 17).
Heterozłącze stwarza możliwość uzyskania tranzystorów o szybkościach przełączania równie wysokich jak w przypadku elementów z arsenku galu lub wyższych, a przy tym przy znacznie niższym poborze mocy. Tranzystory takie mogą ponadto być produkowane na istniejących liniach, co jest niezwykle korzystne z punktu widzenia wykorzystania istniejącego potencjału produkcyjnego i intelektualnego oraz zainwestowanych środków.
Podłoża diamentowe
Jak to już podkreślono w poprzednim rozdziale, wciąż podejmuje się wysiłki zmierzające ku uzyskaniu mniejszych, gęściej upakowanych tranzystorów, przełączanych z wyższymi prędkościami. Niestety, ciaśniejsze pakowanie tych stworzeń i wymachiwanie nad nimi batem, by zechciały pracować szybciej, powoduje wzrost ilości wydzielanego ciepła. Podobnie przedstawia się sytuacja w przypadku stosowania połączeń optycznych - wykorzystują one diody laserowe. Ich najbardziej sprawnie pracujące współczesne modele zamieniają na moc wiązki światła tylko od 30% do 40% doprowadzonej do nich mocy elektrycznej, reszta jest natomiast wydzielana w postaci ciepła. Mimo że diody laserowe są niewiel-
Przy każdsj strukturze znajduje się 8 innyełi
Do 100 układów leżących jeden na drugim
Zmiana aranżacji z dwu na trójwymiarową
Podłoże
18. Sześcienna struktura Chip-on-Chip.
kich rozmiarów (średnica liczy około 500 atomów), skumulowane ciepło pochodzące z kilku tysięcy diod stanowi poważny problem.
W ten sposób dochodzimy do diamentu, wyrazu pochodzącego od greckiego "adamas", co znaczy "niezwyciężony". Diament jest znany przede wszystkim jako najtwardsza ze znanych substancji, ma jednak także wiele innych interesujących właściwości: w temperaturze pokojowej jest najlepszym ze znanych przewodników ciepła, w czystej postaci jest doskonałym izolatorem, jest jednym z najbardziej przezroczystych materiałów, jest bardzo wytrzymały mechanicznie i nie poddaje się korozji. Wszystkie te cechy sprawiają, że diament doskonale nadaje się na podłoża modułów wieloukład owych.
Oprócz tego zastosowania istnieje jeszcze wiele innych możliwości wykorzystania diamentu w elektronice. Ponieważ diament należy do tej samej rodziny pierwiastków co krzem i german, może funkcjonować jak półprzewodnik i być wykorzystany jako materiał na podłoża układów scalonych. W rzeczywistości diament pod wieloma względami byłby lepszy niż krzem: jest bardziej wytrzymały mechanicznie, lepiej znosi wysokie temperatury, jest stosunkowo mało wrażliwy na działanie promieniowania (problem w przypadku podzespołów wykorzystywanych w urządzeniach jądrowych i satelitarnych). Ponadto dzięki wysokiej przewodności cieplnej diamentu każdy układ scalony bardzo szybko odprowadzałby ciepło. Uważa się, że układy zbudowane z użyciem diamentu będą w stanie przełączać z szybkościami 50-krot-nie wyższymi niż układy krzemowe, pracując w temperaturach przekraczających 500�C.
Niestety, naturalny diament jest niezwykle drogim materiałem. Jeś-
Elektronika Praktyczna 10/99
PROJEKTY
ZAGRANICZNE
nzącycn pn
A
Aluminiowe krople Stosunko-
na podłożu z krzemu ...__. , . . ___
Migracja aluminium przez w O n O W y
krzem powoduje powstanie ńh
przewodzących przejść sposOD uzys kiwania warstw dia-
b a } mentowych
Ś ( polega na próżniowym
nagrzewaniu Płytka wkładana węgla wiązką
laserową.
Zogniskowa-
n^ x u , Ś ^._- ^._- , Ś na na nie-
Rys. 19. Technologia Chip-on-Chip - wykonywanie
połączeń przez płytkę.
do pieca gradientowego
Krzemowe podłoże układu scalonego
li komuś uda się znaleźć jeden z tych rzadko spotykanych pięknych kamieni, na pewno ostatnim pomysłem, który mu wpadnie do głowy, będzie pocięcie go na cienkie płytki przeznaczone do zastosowań w elektronice! Istnieje kilka metod hodowania kryształów diamentu, wśród których najbardziej obiecująca jest metoda naparowywania próżniowego, ciesząca się największym zainteresowaniem. W procesie tym pary wodoru i węglowodorów podgrzewane są mikrofalowo, powstaje plazma, z której na powierzchni podłoża powstają warstwy diamentowe. Choć zachodzące w plazmie zjawiska chemiczne nie zostały jeszcze w pełni poznane, warstwy diamentowe mogą być w ten sposób tworzone na podłożach takich jak tytan, molibden, wolfram, ceramika i innych twardych materiałach, jak kwarc, krzem i szafir. W procesie naparowywania próżniowego warstwa diamentu powstaje bezpośrednio na podłożu. Podobna, nowsza technologia, nosząca nazwę infiltrowania próżniowego, rozpoczyna się od utworzenia warstwy diamentowej w formie. Forma można zawierać pręty, wokół których ułożony zostanie diamentowy proszek. Proszek ten, poddany działaniu plazmy podobnie jak w przypadku naparowywania próżniowego, tworzy polikrystaliczną masę. Kolumny formy można następnie wytopić i zostaną po nich otwory umożliwiające poprowadzenie połączeń elektrycznych. Proces CVI umożliwia uzyskanie warstw diamentowych o grubościach dwukrotnie większych niż otrzymywane w procesie naparowywania próżniowego, a jest przy tym znacznie tańszy.
wielkiej powierzchni wiązka laserowa powoduje lokalnie bardzo wysoki wzrost temperatury, w wyniku czego z węgla uwalniane są atomy, częściowo pozbawione elektronów. Jony te osadzają się następnie na znajdującym się w niewielkiej odległości podłożu. Ponieważ wiązki laserowe są silnie zogniskowane, wysokie temperatury powstają wyłącznie w węglu, natomiast podłoże pozostaje w temperaturze zbliżonej do pokojowej. Proces taki można wykorzystać do tworzenia warstw diamentowych na dowolnym podłożu, włączając w to półprzewodniki, metale i tworzywa sztuczne.
Liczba elektronów wyrywanych z atomów węgla jest różna, co umożliwia powstawanie nieznanych dotąd tzw. nanofazowych struktur diamentowych. Jest to nowa postać materii, niedawno odkryta, w której małe bloki atomów tworzą większe struktury. Struktury te różnią się od spotykanych w naturalnych kryształach, w których atomy tworzą siatkę krystaliczną. Uważa się, że struktury te umożliwią uzyskanie ponad trzydziestu nieznanych dotąd postaci diamentu.
Na koniec - co jest kwestią wcale istotną, niezależny wynalazca Ernest Nagy opracował w późnych latach 80-tych prostą, tanią i elegancką metodę nakładania cienkich warstw diamentowych. Proces ten polega na pokryciu miękkiego elementu proszkiem diamentowym i obracaniu go z szybkością 30000obr./min. w niewielkiej odległości od płytki podłoża. Choć zjawiska fizyczne występujące w tym procesie nie zostały w pełni wyjaśnione, na płytce tworzy się gładka, regularna warstwa diamentowa. Kryszta-
ły diamentu przechodzą transformację od struktury sześciennej do heksagonalnej. Okazuje się, że metoda Nagy'ego jest skuteczna w przypadku niemal każdego materiału i niemal każdego podłoża!
Wszystkie wspomniane technologie pozwalają uzyskać warstwy diamentowe o właściwościach zbliżonych do naturalnego diamentu, jeśli chodzi o przewodnictwo cieplne. Warstwy te są więc bardzo atrakcyjnym materiałem na podłoża modułów wieloukłado-wych. Niestety, występują w nich wady struktury uniemożliwiające wykorzystanie w charakterze pod-łoży tranzystorów.
Podłoża układów scalonych wymagają dużej struktury krystalicznej, którą posiada wyłącznie naturalny diament. W chwili obecnej nie są znane materiały, na których mogłyby rosnąć pojedyncze kryształy diamentu. Nie można więc jeszcze hodować takich kryształów i jedynym rozwiązaniem wydaje się być modyfikowanie powierzchni podłoża, na którym utworzona została warstwa diamentowa. Uważa się powszechnie, że ta właśnie technologia rozwinie się w niedalekiej przyszłości, Jeśli tworzenie dużych, pojedynczych kryształów diamentu okaże się możliwe, to staną się one nie tylko ulubioną ozdobą kobiet, ale także najlepszym przyjacielem inżynierów.
Technologia Chip-On-Chip
Połączenia między pojedynczymi układami modułów wieloukła-dowych są istotną przyczyną ograniczenia szybkości działania tych modułów. Jednym z narzucających się rozwiązań jest montaż układów w jak najmniejszej odległości od siebie i ograniczanie w ten sposób długości części połączeń. Niestety, na dwuwymiarowym podłożu w niewielkiej odległości od układu można umieścić tylko osiem następnych. Rozwiązaniem jest struktura trójwymiarowa. Każdy z układów jest bardzo cienki i gdyby ułożyć je jeden na drugim, można uzyskać strukturę trójwymiarową zawierającą ponad sto układów (rys. 18).
Jednym z problemów występujących w tej technologii jest odprowadzanie ciepła, dotyczące w szczególności wewnętrznych
Elektronika Praktyczna 10/99
25
PROJEKTY ZAGRANICZNE
Punkty połączeniowe na powierzchni układu
Przewodząca cząsteczki Ciśnienie Cząsteczki poddane zawieszone w paście \\ działaniu ciśnienia
tworzą przewodzącą ścieżkę
Układ montowany 'odwróconą" techniką
Punkt łączeniowy Punkty przewodzące Punkt połączeniowy
nałożone metodą Struktura Ciśnienie układu
sitodruku
Rys. 20. Pasty przewodzące.
układów struktury trójwymiarowej. Problem ten można byłoby rozwiązać wykorzystując podłoża diamentowe.
Inna trudność, występująca w przypadku tradycyjnych tech-nologi.i to konieczność prowadzenia połączeń z położonymi niżej układami po zewnętrznych powierzchniach sześcianu (rys. 18). W efekcie zastosowanie tej technologii ograniczone byłoby do struktur zbudowanych z identycznych układów, np. pamięci SRAM lub DRAM ułożone jedna na drugiej stanowią najbardziej powszechny tego przykład.
Nowa technika, przynosząca rozwiązanie problemu połączeń w strukturze Cip-on-Chip, polega na wykonywaniu otworów w podłożu krzemowym. Przeprowadzono eksperymenty, w których na podłożu umieszczono krople aluminium, a następnie w piecu gradientowym doprowadzono do migracji aluminium przez podłoże
Podłoże
krzemowe, uzyskując w ten sposób połączenie (rys. 19).
Kolejna, bardziej zgodna z duchem współczesności, technika uzyskiwania takich połączeń polega na wykorzystaniu lasera do przeprowadzania ścieżki aluminiowej przez podłoże. Eksperymenty te zapewne doprowadzą do uzyskania dwustronnych podłoży z układami i połączeniami po obu stronach. Mogą także mieć duże znaczenie dla technik wykonywania połączeń w strukturach Chip-on-Chip.
Przewodzące pasty
Rozwój wielu procesów technologicznych, wykorzystywanych w produkcji podzespołów elektronicznych, zmierza w stronę upraszczania strony mechanicznej i podnoszenia złożoności technologii materiałów. Dobry tego przykład stanowią przewodzące pasty, zawierające malutkie cząsteczki materiałów przewodzących.
Pasty takie są wykorzystywane zwłaszcza w przypadku techniki "odwróconych" układów ("flipped chips"), stosowanej do montażu układów na podłożach układów hybrydowych, modułów wielo-układowych lub na płytkach drukowanych. Pasta nakładana jest metodą sitodruku na podłoże w miejscu, gdzie ma zostać ulokowany układ. Układ jest wciskany w pastę, która wiąże pod działaniem temperatury i ciśnienia (rys. 20).
Ogromną zaletą tej metody jest prostota masek wykorzystywanych do nakładania pasty oraz to, że jej nakładanie nie musi być bardzo precyzyjne, ponieważ pasta może zostać rozprowadzona po całej powierzchni układu. Przewodzące cząsteczki tworzą kontakt elektryczny tylko w miejscach, gdzie znajdują się kontakty układu i kontakty podłoża.
Początkowo w pastach przewodzących stosowano cząsteczki srebra. Niestety srebro - oprócz wysokiej ceny - posiada jeszcze inne wady, a mianowicie powoduje migracje elektronów w podłożu krzemowym. Współczesne pasty przewodzące tworzone są z użyciem związków organicznych metali, w których wspomniany problem występuje w mniejszym zakresie.
Oprócz prostoty i niższej liczby operacji w procesie technologicznym użycie past przewodzących pozwala uniknąć stosowania lutowia, które z racji zawartości ołowiu zaczyna być traktowane jako niebezpieczne dla środowiska.
26
Elektronika Praktyczna 10/99
PODZESPOŁY
Czyli co nieco o kompatybilności elektromagnetycznej, część 2
Kompatybilność elektromagnetyczna urządzenia
Drugą część cyklu Fala elektromagnetyczna składa
poświęcamy omówieniu drogi się - jak sama nazwa wskazuje -
z dwóch składowych: fali pola
powstawania projektu i konsekwencjom błędów, często bardzo drobnych, które powodują, że ekranowanie źle zaprojektowanych urządzeń lub ich fragm en tów jest bardzo często niezbędne.
1 - E, Cos e [poła doktiycan^
H.1 - H. Co* e {pob magnetyczna)
Rys. 2.
magnetycznego (H) oraz elektrycznego (E). Ich wzajemną orientację i rozchodzenie się fali elektromagnetycznej przedstawiono na rys. 2. Wprowadzenie na drodze fali elektromagnetycznej zapory spowoduje zmniejszenie jej natężenia, podobnie jak to bywa ze światłem, które jest także falą elektromagnetyczną. W zależności od właściwości materiału , z którego X wykonana jest zapora, skuteczność tłumienia fali jest róż na. Pierwsze badania nad pochłanianiem fal elektromagnetycznych prowadził J.C. Maxwell, który w wyniku prowadzonych doświadczeń i z analizy teoretycznej dowiódł, że najlepszymi materiałami ekranującymi są przewodniki. Schemat ilustrujący sposób tłumienia fali elektromagnetycznej przez warstwę materiału rzewodzącego pokazuje rys. 3. Jak łatwo zauważyć, tłumienie promieniowania elektromagnetycznego jest zjawiskiem dość skomplikowanym, głównie z powodu złożonej natury odbić składowych fal w materiale ekranującym, co z matematycznego punktu widzenia sprowadza się do rozwiązania rozbudowanego układu równań różniczkowych. Schemat z rys. 3 jest uproszczonym modelem, który posłużył do przeprowadzenia dokładnej analizy matematycznej zachodzących zjawisk, w wyniku której powstał szereg zupełnie nowych pojęć: impedancji falowej, impe-dancji właściwej oraz naskórkowego przepływu prądu.
Ponieważ promieniowanie EM dociera do urządzenia bardzo wieloma drogami (od strony linii zasilających, poprzez ścieżki obwodu drukowanego) i jest także przez
nie wytwarzane (np. w cewkach zbudowanych ze ścieżek obwodu drukowanego, w wyniku dużej stroni oś ci zboczy sygnałów cyfrowych), dla zminimalizowania jego natężenia bardzo istotne są wszystkie etapy tworzenia konstrukcji.
Podstawa - poprawne założenia
Według najnowszych teorii, projekt urządzenia elektronicznego, zbudowanego zgodnie z regułami kompatybilności elektromagnetycznej, powinien powstawać na bazie piramidy (rys. 4), której podstawą jest wykonanie poszczególnych fragmentów projektowanego urządzenia, zgodnie z regułami sztuki projektowej.
PCB
Kolejnym bardzo ważnym etapem projektowania jest projekt i wykonanie płytki drukowanej, przy czym szczególną uwagę należy zwrócić na emisję promieniowania przez elementy zamontowane na niej, wrażliwość urządzenia na zewnętrzne promieniowanie, potencjalne zakłócenia w pracy systemu, będące wynikiem sprzężeń EM pomiędzy płytkami pracującymi w jednym urządzeniu lub sprzężeń pomiędzy elementami znajdującymi się na jednej płytce drukowanej. Złożoność problemów koniecznych do rozwiązania rośnie wraz ze wzrostem częstotliwości sygnałów występujących w urządzeniu, zwłaszcza jeżeli są to sygnały cyfrowe. Typowo zalecane jest sto-
Elektronfl^Praktyczna 10/99
27
PODZESPOŁY
sowanie płytek wielowarstwowych z wbudowanymi ekranami z linii zasilających już dla częstotliwości taktowania powyżej lOMHz.
Przewody i kable
Trzecim, w kolejności ważności, istotnym etapem projektowania jest poprawne dobranie i wykonanie okablowania pomiędzy modułami urządzenia. Generalnie zalecane jest unikanie połączeń tego typu, a w razie konieczności zastosowania należy skrócić do niezbędnego minimum ich długość. W szczególnych przypadkach, gdzie duże znaczenie przykłada się do zminimalizowania zakłóceń, niezbędne są przewody w oplocie ekranującym. Wbrew powszechnie obowiązującym opiniom standardowy współosiowy kabel ekranowany nie zapewnia istotnego obniżenia poziomu zakłóceń EM przedostających się do otoczenia. Wynika to z faktu, że w większości aplikacji ekran takiego kabla jest jednocześnie powrotną linią sygnałową, która emituje promieniowanie zakłócające na równi ze zwykłym przewodem. Problem ten jest szczególnie istotny przy niezbyt precy-
zyjnym wzajemnym dopasowaniu impedancji falowej nadajnika, odbiornika i kabla. Jak pokazuje praktyka, taką sytuację należy uznać za typową. W najbardziej wymagających aplikacjach rozwiązaniem problemu jest zastosowanie kabla w podwójnym oplocie, przy czym ekran zewnętrzny należy dołączyć do potencjału bezwzględnego "zera układu.
Ekranowanie
Ten etap projektowania zgodnego z zaleceniami kompatybilności elektromagnetycznej jest nieco mniej istotny, niż dotychczas omówione (patrz rys. 4), lecz jest bardzo często nie- ~ . zbędnym uzupełnieniem konstrukcji. Pozwala ponadto zminimalizować wpływ błędów powstałych na wcześniejszych etapach tworzenia projektu na działanie urządzenia.
Ekranowaniu poświęcimy trzeci, ostatni odcinek cyklu. Zapraszam za miesiąc do EP! Andrzej Gawryluk, AVT
Na zdjęciach ilustrujących artykuł przedstawiono elementy ekranujące EMI firmy Tecknii.
W artykule wykorzystano maieria-hy firmy Tecknii, udostępnione przez jej oficjalnego dystrybutora: Iwanejko Electronics (iel. {0-22} 831-43-74).
28
Elektronika Praktyczna 10/99
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
DziaS "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 byt 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.
Prosty interfejs I2C
Nowa stawka
Swego czasu
opracowałem bardzo prosty
interfejs magistrali PC do
komputera klasy PC.
Korzystając z łamów EP
chciałbym przedstawić
Czytelnikom projekt tego
urządzenia.
SOzł/sti
Projekt
056
t*
Opis o g ó 1 ny
Interfejs składa się z dwu części. Pierwszą, sprzętową, jest układ elektroniczny. Jest on tak prosty, że w zasadzie zasługuje na miano miniukładu. Zbudowany jest tylko z dwóch elementów, nie licząc oczywiście wtyczki, płytki drukowanej i przewodów. Są to: układ negatora z otwartym kolektorem 74LS06 oraz drabinka rezystorowa 8xl0kLl Schemat elektryczny układu przedstawiono na rys. 1.
Drugą częścią interfejsu jest oprogramowanie sterujące interfejsem. Ze względu na prostotę części sprzętowej, główny ciężar obsługi magistrali I2C spada właś-
nie na oprogramowanie. Zostało ono przygotowane w języku C++, w nie najnowszej już niestety jego wersji dla Windows 3.11.
Opis urządzenia i oprogramowania
W projekcie interfejsu wykorzystano równoległy port komputera. Układ interfejsu korzysta z rejestru danych, rejestru wyjściowego (sterującego) i rejestru wejściowego portu. Wykorzystanie linii poszczególnych rejestrów pokazano w tab. 1.
Takie wykorzystanie rejestrów portu umożliwia korzystanie również z komputerów, które nie są wyposażone w dwukierunkowy port drukarkowy.
W zasadzie część sprzętowa interfejsu mogłaby zostać pominięta, jednakże buforuje ona port komputera, zabezpieczając go tym samym przed ewentualnym uszkodzeniem oraz powoduje sprzętową negację sygnału SCL OUT.
Program sterujący powstał jako program uniwer-
salny, nie przeznaczony do jakichś konkretnych zastosowań. Może on wraz z interfejsem służyć między innymi jako tester magistrali I2C (po odłączeniu procesora sterującego od tej magistrali), tester układów wyposażonych w interfejs PC, jako kopiarka zawartości pamięci, programator pamięci EEPROM itp., a więc w zastosowaniach raczej serwisowych, np. sprzętu RTV. W odróżnieniu od oprogramowania typowych układów zbudowanych z wykorzystaniem mikrokomputerów jedno układowych (najczęściej pochodnych 8051), program ten umożliwia na przykład przechowywanie przez bardzo długi czas wyników odczytów pamięci lub innych układów w postaci zbiorów na dysku, ich łatwą modyfikację czy ponowny zapis. Jest więc na pewno bardziej elastyczny, jeśli chodzi o udoskonalenia i modyfikacje.
Ponieważ jest to program w przeważającej części (bez samej obsługi magistrali I2C
SCL OUT AUTOFEED Control LPT(037Ah) bit 1
SCL IN PAPER END In LPT (0379h) bit 5
SDA OUT DATA 7 Out LPT(0378h) bit 7
SDA IN SELECT In LPT (0379h) bit 4
Elektronika Praktyczna 1/99
91
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
Zapis z wysłaniem subadresu:
I Adres i O | A|Subadres| A|Dana| A|Dana| A| Dana | A | p| Zapis bez wystania subadresu:
lAdreslO I AlDanal AlDanarAT Dana |A| P|
Odczyt z wysłaniem subadresu:
IS|AdreslO|A|Subadres|A|P|S|Adres|11 AlDanal AlDanalAl Dana |A|P| Odczyt bez wystania subadresu:
S | Adres j 0 | A| P | S | Adres i 1 | AlDanal AlDanal A| Dana |P| Odczyt z porzuceniem zapisu przy odczycie:
IS | Adres j 1 I AlDanal AlDanal A| Dana |P|
Rys. 2.
napisanej w asemblerze) napisany w języku wysokiego poziomu (Borland C + + ver.3.1 dla Windows), to jest on względnie wolny. Prędkość przesyłania danych może wynosić do kilku tysięcy bitów na sekundę. Zależy ona również od typu komputera. Nie ma to jednak większego znaczenia z dwóch względów:
- po pierwsze, pojemność pamięci układów dołączanych poprzez magistralę PC wynosi do 2kB (może być oczywiście większa, jednakże program obsługuje na razie pamięci o takiej pojemności), co powoduje, że czas transmisji wynosi co najwyżej kilka sekund;
- po drugie, to program generuje przebieg zegarowy, pracując w trybie MASTER.
Ponieważ czasy opóźnienia pomiędzy zboczami impulsów SDA i SCL oraz oczekiwania na ACK są ustalane przez pętle programowe, to czas ich wykonania zależy od typu komputera, o czym wspomniano powyżej. Dla określenia tych czasów w programie przyjęto odpowiednio 5 i 50 pętli. Są to wartości zapewniające poprawne działanie programu z komputerem AMD486 DX-4 lOOMHz. Gdyby czasy te okazały się za krótkie, należy za pomocą dowolnego edytora tekstowego utworzyć zbiór o nazwie i2c.cfg i wpisać do niego odpowiednie opóźnienia w następujący sposób (przykład dla 10 i 100 pętli):
10
100
sa
ssa
bc
sh
Akceptowane są liczby z przedziału 0..65535. Przypuszczalnie operacja taka
jednak nie będzie konieczna, gdyż nie zauważyłem specjalnych różnic w czasie działania programu "pod" Windowsami 3.11 na komputerze z procesorem Pentium lOOMHz, 8MB RAM, zaś jako ciekawostkę mogę dodać, że program wyraźnie "zwolnił", pracując z procesorem Pentium 13 3MHz, 16MB RAM "pod" systemem Windows NT.
Symbole umieszczone poniżej stałych określających czasy opóźnień odpowiadają kolejnym parametrom zapamiętywanym w zbiorze, odpowiednio: sa - slave address: adres urządzenia podporządkowanego ssa - slave subaddress: sub-
adres komórki; bc - byte count: liczba bajtów przesyłanych; sh - show: widoczne klawisze, jeśli 1.
Dane te są zapamiętywane, jeśli tylko istnieje na dysku zbiór i2c.cfg (nie jest on tworzony automatycznie). Wszystkie dane powinny być zapisane dziesiętnie. Program obsługuje standardową transmisję poprzez złącze PC: 7- bitowy adres urządzenia (możliwość zaadresowania do 127 układów) i 11-bitowy sub-adres, który może być wysyłany lub nie (możliwość adresowania 2048 komórek układu). Jak wspomniano powyżej, pracuje on w trybie MASTER, to znaczy zawsze rozpoczyna i kończy transmisję oraz generuje sygnał zegarowy. Formaty transmisji realizowane przez program przedstawia rys. 2, zaś sposób przesłania pojedynczego bajtu przypomniano na rys. 3.
Ekranowy interfejs graficzny użytkownika jest typowy dla Windows - program jest sterowany za pomocą menu oraz posiada do-
datkowo tzw. szybkie klawisze, odpowiadające poszczególnym opcjom menu. A oto bliższy opis tych opcji, a co za tym idzie możliwości programu.
Ustawianie parametrów
Ustawienia parametrów transmisji dokonujemy w okienku Parametry. W okienku tym można ustawić:
Port komunikacyjny
Port drukarkowy - LPTl lub LPT2. Port ten przy starcie programu jest wykrywany automatycznie poprzez odczyt odpowiedniego pola adresowego BIOS-u. Jeśli odczytany w ten sposób adres portu wynosi 0x378, to port ten zostaje nazwany portem LPTl, jeśli zaś odczytanym adresem jest 0x278, port zostaje nazwany LPT2.
Parametry transmisji
Adres - oznacza adres urządzenia (układu) na magistrali PC, do którego (lub z którego) odczytujemy dane. Do wyboru mamy 88 standardowych adresów. Po ręcznym wpisaniu adresu możemy wybrać adres dowolny. Pole to przyjmuje wartości dziesiętnie, chyba, że jako pierwsze znaki wpiszemy "0x" (wówczas stosuje się zapis szesnastkowy).
Obok pola wybory adresu znajduje się klawisz Układy. Jego naciśnięcie powoduje wyświetlenie listy układów, posiadających wybrany w okienku adres. Możliwe jest zidentyfikowanie po adresie 24 2 najbardziej popularnych układów.
Subadres - przy przesyłaniu danych do układu określa on adres komórki, od której będą zapisywane dane. W tym przypadku subadres określa również adres komórki bufora, od którego dane będą z niego odczytywane.
Przy odczytywaniu danych z układu określa on adres komórki, od której dane będą odczytywane z układu, a także adres komórki bufora, od którego odczytywane dane będą do niego wpisywane. Podobnie jak pole Adres, pole to przyjmuje wartości dziesiętnie lub szesnastkowe. Ponieważ przesłanie subadresu większego od 255 w pewien sposób zakłóca przesłanie adre-
su (część subadresu staje się wtedy częścią bajtu adresowego) i może być w razie pomyłki przyczyną błędu transmisji (program pyta
0 potwierdzenie przesyłania subadresu większego od 255).
Prześlij - dotyczy subadresu. Umożliwia przesyłanie lub nie (nie wszystkie układy wymagają takiego przesłania) subadresu do układu.
Ilość bajtów - określa wielkość przesyłanego bloku. Podobnie jak pola Adres
1 Subadres przyjmuje wartości dziesiętnie lub szesnastkowe poprzedzone znakami "0x". Dane nie zawierające się w przedziale nie ulegają zmianie, tak w buforze, jak i w układzie.
Porzuć zapis przy odczycie - normalnie program realizuje format transmisji właściwy odczytowi z układów posiadających wiele komórek wewnętrznych (jak np. pamięci) z autoinkre-mentacją adresu. Format ten wymaga przy odczycie układu przesłania najpierw adresu z ustawionym bitem kierunku (zapis), a następnie subadresu itd. Tak więc najmłodszy bit określa tutaj kierunek transmisji i nie może być używany jako bit adresowy. Taka sytuacja występuje dla większości układów z interfejsem PC -wszystkich układów posiadających parzyste adresy. Istnieją jednakże układy, które można tylko odczytywać, jak np. SAA4700, SAF1135 i które na domiar złego posiadają nieparzyste adresy, czyli najmniej znaczący bit bajtu adresowego jest rzeczywiście najmniej znaczącym bitem adresu. Zatem próba zaadresowania takiego układu do zapisu, czyli wyzerowanie najmniej znaczącego bitu adresu spowoduje brak reakcji układu (bo to nie on będzie adresowany!! !). Opcja ta umożliwia zatem zrezygnowanie z wysyłania jako pierwszego bitu adresowego z wyze-rowanym bitem kierunku. Zatem przy dodatkowym wyłączeniu przesyłania subadresu program realizuje transmisję jak na ostatniej pozycji rys. 2.
Zapis typu EEPROM - ze względu na długi czas zapi-
Elektronika Praktyczna 1/99
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
su informacji, pamięci EEP-ROM nie mają możliwości przyjmowania w jednym cyklu transmisji przy zapisie dowolnej liczby bajtów, jak ma to miejsce np. dla pamięci RAM. Liczba bajtów akceptowanych w jednym cyklu zapisu waha się pomiędzy 1 (np. SDA2516) a, w pewnych warunkach, 8 (np. ST24C02A). Próby przesyłania większej liczby bajtów powodują albo brak potwierdzenia odbioru danych przez pamięć i brak zapisu albo, co gorsza, błędny zapis. Również jest wymagany pewien czas na zapisanie przesyłanego bloku danych przed przesłaniem kolejnego. Może on wynosić dla niektórych pamięci aż 40ms.
Zatem, aby zapisać poprawnie informacje w pamięci EEPROM, wybranie tej opcji umożliwia przesyłanie w jednym cyklu transmisji jednego bajtu pod wskazany subadres, odczekanie 30ms, zwiększenie subadresu, kolejne przesłanie jednego bajtu itd., aż do końca całego bloku. Zatem zapisanie 2kB informacji w tym trybie może trwać aż 61,5 s!H
Test złącza (systemu)
Test złącza (systemu) polega na adresowaniu po kolei wszystkich ewentualnych urządzeń (układów), począwszy od posiadającego adres 0x02 aż do adresu 0xfe i oczekiwaniu na ewentualne potwierdzenie transmisji. Jeśli jakikolwiek układ wyśle takowe potwierdzenie, jego adres zostaje zapamiętany, a następnie wyświetlony po zakończeniu testu. Jeśli w teście nie zostanie wykryty żaden układ, program wyświetla stosowny komunikat. Podczas testu nie są wpisywane do testowanych układów żadne dane.
Jeśli test był zakończony sukcesem (to znaczy zidentyfikowano jakikolwiek adres układu na magistrali), w okienku pojawia się adres (adresy) urządzenia, które odpowiedziały na zaadresowanie. Jeśli klikniemy dwukrotnie myszką na interesujący nas adres, program wyświetli listę układów, które taki adres mogą posiadać.
Test złącza trwa około jednej sekundy (na komputerze AMD486 DX4/l00MHz).
Zapis do urządzenia
Zapis do urządzenia polega na przesłaniu za pomocą magistrali PC zawartości bufora, poczynając od adresu początkowego, określonego w polu Subadres w okienku Parametry, do urządzenia (układu) o adresie ustalonym w polu Adres w okienku Parametry. Przesyłanych jest zawsze tyle bajtów, ile określono w polu Ilość bajtów w okienku Parametry. Dane w układzie są umieszczane począwszy od adresu określonego w polu Subadres.
Jeśli w trakcie zapisu nastąpi jakikolwiek błąd, jak również zapis zakończy się sukcesem, fakt ten jest sygnalizowany odpowiednim komunikatem.
Odczyt z urządzenia
Odczyt z urządzenia polega na przesłaniu magistralą PC zawartości układu o adresie ustalonym w polu Adres w okienku Parametry, od adresu początkowego określonego w polu Subadres, do bufora od początkowego adresu umieszczonego również w polu Subadres. Przesyłanych (odczytywanych) jest tyle bajtów, ile określa pole Ilość bajtów. Jeśli w trakcie odczytu nastąpi jakikolwiek błąd, fakt ten sygnalizowany jest odpowiednim komunikatem. Jeśli odczyt zakończy się sukcesem, pojawi się okienko z nową, odczytaną zawartością bufora. Jak wspomniano powyżej, efekty transmisji układ - komputer mogą być przechowywane na dysku komputera, jak również zbiory dyskowe mogą być przesyłane do układu. Umożliwiają to kolejne opcje menu.
Odczyt ze zbioru
Odczyt ze zbioru polega na wpisaniu do bufora całej zawartości zbioru (jego nazwę wprowadza się za pomocą okienka służącego do tego celu), o ile tylko jego rozmiar nie jest większy od rozmiaru bufora (2048 bajtów). Cała poprzednia zawartość bufora jest przy tym kasowana.
Jeśli rozmiar zbioru jest większy od rozmiaru bufora, wczytywanie nie odbywa się, a fakt ten jest sygnalizowany odpowiednim komunikatem.
Zapis do zbioru
Zapis do zbioru polega na zapisaniu na dysku (w zbiorze, którego nazwę wprowadza się w wyświetlonym okienku) pewnej liczby bajtów bufora, począwszy od adresu 0x00 w sposób następujący: od adresu 0x00 do adresu określonego w polu Subadres w okienku Parametry są wpisywane zera, zaś od adresu określonego w polu Subadres do adresu Subad-res+Ilość bajtów są zapisane dane z bufora. Liczba bajtów odpowiada zawartości pola pod tytułem Ilość bajtów w okienku Parametry.
Program umożliwia również wykonywanie specjalnych operacji na buforze, zawierającym odczytane dane lub dane do przesłania. Są to: porównanie zawartości bufora ze zbiorem, szukanie wartości w buforze, wyświetlenie zawartości bufora, edycja bufora i czyszczenie bufora.
Porównanie zawartości bufora ze zbiorem dyskowym
Porównanie to polega na porównaniu zawartości bufora oraz wybranego z okna dialogowego zbioru dyskowego. Porównanie zachodzi w obszarze adresowym od adresu 0x000 do 0x000 + rozmiar zbioru. Wszystkie rozbieżności pomiędzy buforem a zbiorem są wyświetlane, łącznie z wyszczególnieniem adresu komórki, w której wystąpiła niezgodność. Jeśli takich różnic nie ma, to fakt ten jest sygnalizowany odpowiednim komunikatem.
Szukanie wartości
Szukanie wartości w buforze polega na odnajdywaniu zadanej wartości w zadanym polu adresowym. Ustawienia odpowiednich parametrów operacji dokonujemy w okienku Szukaj w buforze. Możliwe do ustawienia są:
Adres początkowy -określa od jakiego adresu w buforze wartość ma być poszukiwana.
l (M^ lip IK pt|M pffl CEMIC3
Adres końcowy - określa do jakiego adresu wartość ma być poszukiwana.
Wartość szukana - określa poszukiwaną wartość. Wartość ta może być maksymalnie 4-bajtowa.
Wszystkie wyżej wymienione pola przyjmują wpisywaną wartość szesnastko-wo. Nie należy więc dopisywać na początku wartości "0x".
Program nie kontroluje poprawności wprowadzanych danych poza przypadkami:
1. Adres początkowy jest większy od końcowego.
2. Adres końcowy jest większy od 2047 (tj. 7ff szes-nastkowo).
W obu tych przypadkach program przyjmuje ustalone wartości: adres początkowy jako 0x0000, adres końcowy jako OxO7ff. Źle wprowadzona wartość szukana jest traktowana jako zero.
Znalezienie lub nie poszukiwanej danej jest odpowiednio sygnalizowane. Zgłaszane jest zawsze pierwsze pojawienie się danej, licząc od adresu początkowego.
Wyświetlenie zawartości bufora
Zawartość bufora jest wyświetlona w specjalnym okienku. Nie ma możliwości zmiany zawartości bufora przy pomocy okienka wyświetlania zawartości bufora.
Pod okienkiem zawartości bufora jest wyświetlany rozmiar bufora, który standardowo wynosi 2048 bajtów oraz wielkość ostatnio wczytanego zbioru. W danej
Obsługa odbioru danych przez SlAVE'a
Elektronika Praktyczna 1/99
93
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
chwili jest wyświetlanych 256 bajtów bufora, zgrupowanych w szesnaście linii. Zawartość bufora możemy przeglądać klawiszami Up, Down lub korzystając z paska przewijania.
Edycja zawartości bufora
Edycji zawartości bufora dokonujemy w przeznaczonym do tego celu okienku. Po jego wywołaniu nieaktywne stają się klawisze (i odpowiadające im opcje menu) odczytu z układu do bufora, odczytu zbioru do bufora, wyświetlania zawartości bufora, ponownej jego edycji oraz czyszczenia bufora. Sposób wyświetlania bufora przy edycji jest typowy - tak jak dla edytorów binarnych. Typowa jest również obsługa okienka. Możemy poruszać się jedynie w polu ograniczonym danymi, przy czy za pomocą klawisza TAB możemy przeskakiwać pomiędzy danymi szesnastkowymi, a danymi ASCII. Podobnie jak przy wyświetlaniu zawartości bufora, w danej chwili mamy podgląd 256 bajtów bufora. Bufor możemy przeglądać klawiszami Left, Right, Up, Down, Home, End oraz PgDn i PgUp lub za pomocą paska przewijania. Możliwe jest również stosowanie myszy.
Wszystkie zmiany dokonywane w okienku edycji bufora są od razu uwzględniane, tak że nie musimy zapamiętywać nowej zawartości bufora. Edycję kończymy naciśnięciem przycisku OK
Czyszczenie zawartości bufora
Czyszczenie zawartości bufora polega na wpisaniu zer do wszystkich komórek bufora. Ponieważ zawartość bufora jest przy tym tracona bezpowrotnie, program prosi o potwierdzenie operacji.
Wyświetl układy
Opcja ta powoduje wyświetlenie biblioteki wszystkich rozpoznawanych przez program układów z interfejsem PC. Układy te są wyświetlane w postaci uporządkowanej alfabetycznie listy. Jeśli klikniemy dwukrotnie na wybranym z listy układzie, w okienku
z prawej strony listy ukażą się wszystkie adresy, które układ może posiadać na magistrali. Możliwe jest również szukanie układu według nazwy wpisanej w odpowiednim okienku.
Program zawiera również pomoc, której treść niewiele odbiega od powyższego tekstu.
Montaż i uruchomienie
Jak już wspomniano powyżej, niezwykła prostota układu spowodowała, że został on zbudowany na kawałku płytki uniwersalnej. Kolejność i sposób montażu jest tutaj zupełnie dowolny. Zależy on oczywiście od rozmiarów płytki i przewidzianego sposobu rozmieszczenia elementów. Ponieważ układ nie zawiera żadnych elementów regulacyjnych, trudno jest mówić o jakimkolwiek uruchamianiu go. Zmontowany ze sprawdzonych elementów musi działać od razu. Całą obsługę interfejsu PC zapewnia oprogramowanie.
Ponieważ płytka z układem zajmuje bardzo mało miejsca, zdecydowałem się umieścić ją wewnątrz obudowy DB25. W tym celu wyciąłem niepotrzebne przegródki z wnętrza wtyczki, zaś płytkę umieściłem w środku. Ponieważ jest ona lekka oraz nie ma zbyt dużej swobody ruchu, uznałem, że "umocowanie" jej na samych przewodach połączeniowych w zupełności wystarczy. Szyny sygnałowe PC oraz zasilanie są wyprowadzone na złącze śrubowe ARK i przyklejone do wtyczki klejem Poxipol.
Działanie programu zostało przetestowane w pełni jedynie dla układów pamięci z interfejsem I^C, jednakże już to pozwalało stwierdzić jego elastyczność. Na
nagram atutu gt iltpj* i r c popnat
pni rfi-noŁ^ Worlfa 1R
FIOŁA Ś Ifftllfl-UABTŁU. Wurfl Bf a aśy\ ny. EJ D QQD1
ŚOrzB^Hf len leki BB.DJ.EB.
Opcja Jailnlfcayfa:
finuC upu pray aduycHi..F

przykład, pamięć PCF8583 pracowała poprawnie zarówno z pełnym formatem transmisji (rys. 2, pozycja 1,3), jak i z pozostałymi formatami, przy czym, jeśli porzucano w jakikolwiek sposób przesyłanie subadresu, transfer danych zachodził od komórki o adresie 0.
Ewentualnych zainteresowanych tym programem, jak również jego rozbudową czy przystosowaniem do "bardziej konkretnych" aplikacji, proszę o kontakt za pośrednictwem Redakcji. Program jest dostarczony na dyskietce w wersji instalacyjnej, w postaci trzech zbiorów: install.exe, i2c.scr oraz i2c.ex$. Zbiory te najlepiej przekopiować na dysk twardy i w okienku programu instalacyjnego wpisać nazwę katalogu, do którego docelowo ma być przeniesiony program. Po zainstalowaniu we wskazanym katalogu znajdą się zbiory: i2c.exe - program obsługi złącza, i2c.hlp - pomoc do tego programu oraz bwcc.dll - biblioteka niezbędna do działania programu.
Program został skompilowany z opcjami, wymagającymi do jego działania przynajmniej procesora 80386 z koprocesorem arytmetycznym lub 486DX. GrzegorzJanicki
Bibliografia
[1] Elektronika Praktyczna
9/93. [2] Elektronika Praktyczna
10/94. [3] Elektronika Praktyczna
3/98.
[4] Serwis Elektroniki 2/96. [5] Serwis Elektroniki 3/96. [6] Serwis Elektroniki 6/96. [7] Pomoc do kompilatora
Borland C w. 3.1 dla
Windows.
94
Elektronika Praktyczna 1/99
AUTOMATYKA
Czujniki odległości firmy # seNSOPARt
tr WIR SCHALTEN SCHNELLEI
W artykule przedstawiamy nowoczesne czujniki odległością dla ukiadów automatyki, produkowane przez firmę Sensopart.}
Laserowy czujnik odległości z wyjściem analogowym - FT50RLA
' i
Jest to precyzyjny czujnik odległości przeznaczony do wszystkich przemysłowych aplikacji, w których jest wymagany pomiar odległości.
Informacja o odległości jest przekształcana na analogowy sygnał napięciowy z zakresu 0..10Y, przy czym napięcie wyjściowe zmienia się proporcjonalnie do odległości od obiektu. Wynik pomiaru odległości praktycznie nie zależy od koloru i kształtu powierzchni namierzanego przedmiotu.
Cały układ czujnika umieszczony jest w bardzo małej obudowie o wymiarach tylko 50x50x1 7mm i nie wymaga dodatkowej zewnętrznej jednostki sterującej. Czujnik posiada duży zakres pomiarowy a jego rozdzielczość wynosi 0,02mm. Dokładność pomiaru i nieliniowość poniżej 1% jest gwarantowana w całym zakresie pomiarowym.
Specjalna procedura kontrolna powoduje, że czujnik jest nieczuły na wpływ temperatury. Wiązka lasera używanego w czujniku (laser światła czerwonego 660nm) ma średnicę
0,3mm, dlatego też z jego pomocą można wykrywać obiekty o bardzo małych rozmiarach, jak też w łatwy sposób pozycjonować i nastawiać czujnik. Poprzez zastosowanie kontroli wypromieniowywanej przez laser mocy został zminimalizowany wpływ dużych kontrastów dla różnych powierzchni, np. cz^rno-białych.
Przy pracy z tym czujnikiem nie są wymagane specjalne procedury zabezpieczające, ponieważ spełnia on wymogi II klasy ochrony_dla laserów, co w praktyce ozna-
pełne bezpieczeństwo ąb-i
"ypowe obszary zasiosojg wania czujnika;
O Precyzyjny pomiar odleg: łoś ci. .'
C Pomiar średnicy. * O Wykrywanie krawędzi.
C Wykrywanie odchyłek ^wymiarowych. a
^ C Pomiar poziomu. Ś
C Pomiar grubości Iprzy użyciu jednego lub dwóch czujników) lub wysokości.
C Monitorowanie elemen- i tów wypukłych i wklęsłych. I
Czujniki tego typu nadają się doskonale do powyższych zastosowań i są konkurencyjne w stosunku do istniejących na rynku rozwiązań zarówno technicznie, jak i cenowo.
Ultradźwiękowe czujniki odległości serii UM3 0
Jest to grupa czujników wykorzystujących odbicie fali ultradźwiękowej od badanego przedmiotu. Czujnik emituje krótki impuls, który dochodząc do obiektu odbija się od niego. Na podstawie czasu, jaki upły-
wa między wysłaniem impulsu a odbiorem echa, czujnik wylicza odległość od przedmiotu.
Elektronika Praktyczna 10/99
29
AUTOMATYKA
Rys. 1.
W zabżności od rodzaju wyjścia jakim dysponuj9 czujnik, smi9rsona wartość odl9głości jest prz9kształcana na sygnał analogowy 0..10 V lub 0..20 fflA, Jako prs9twornik używany jest pi9S09l9ktryk Iprs9kształca napięci9 9l9ktryczn9 na falę dźwiękową, jak i w drugą stronę - dźwięk na napięci9).
Wssystki9 czynności r9gu-Iacyjn9 są wykonywan9 za pomocą dwóch przycisków, któr9 są umi9sscson9 na
b o c s n 9 j ścianc9 obudowy [TouchConi-rol). Wyjści9 prz9łącza-jąc9 czujnika można zaprogramować jako normalni9 otwarte (no) lub normalni9 za-mknięt9 (nc). Rozdzi9lczość pomiarowa dla tych czujników wynosi lmm. Wyjściową charakt9rystykę t9go sygnału można ustawić na rosnącą lub mal9jącą. Zal9tą czujników ultradźwiękowych jest możliwość pracy w środowiskach zapylonych, w ob9cności par lub mgieł. Czujniki te charak-t9ryzują się dużymi zasięgami działania przy J9dnocz9Ś-ni9 małych wymiarach.
Typowe obszary zastosowania czujnika;
O Pomiar poziomu wyp9ł-ni9nia zbiorników prz9z cie-cz9, mat9riały sypki9.
C Kontrola zwisu mat9ria-łów taśmowych.
C Wykrywani9 wysokości stert mat9riałów.
C Ochrona prz9d kolizją w czasi9 pracy suwnic, pojazdów szynowych, na rampach wyładowczych.
C Pomiar śr9dnicy przy nawijaniu lub rozwijaniu.
Rys. 2,
Czujnik liniowy (kamera liniowa) FZS1024
Czujnik liniowy firmy S9n-sopart wyp9łnia lukę pomiędzy czujnikami foto9l9ktrycz-nymi a typowymi kanarami liniowymi, charakt9ryzując się przy tym kompaktową budową i prostotą obsługi. Czujnik, układ obróbki sygnałów, wy-świ9tlacz i st9rowani9 są zin-t9growan9 w J9dn9j obudowi9, dając użytkownikowi urządz9-ni9 gotow9 do podłącz9nia "od ręki", b9z dodatkow9go oprogramowania czy oprzyrządowania. Qbi9ktyw CCTV dokonuj9 proj9kcji badan9go obi9ktu na linijkę CCD o rozdzi9l-zości 1024 p iks eli. Wy-kryt9 krawę-dzi9 prz9d-miotu są pod-dawan9 filtracji poprz9z wbudowany układ obróbki sygnałów. In-formacja o obi9kci9 i J9go pozycji jest dostępna dla użytkownika jako sygnał napięciowy O..1OV, bądź prądowy 4..20mA. Oprócz sygnału pomiarow9go dostępn9 są do-datkow9 sygnały, któr9 umożliwiają np. ustawi9ni9 profilu int9nsywności linijki CCD czy też jej synchronizację. Typowy obszar roboczy czujnika FZS 1024 wynosi 0,2..1,5m, prsy dokładności 0,1%.
Czujnik moŻ9 pracować w sz9Ściu trybach prs9twarsa-nia sygnałów, np. tryb zliczania części, kontrola krawędzi. Odznacza się prostotą programowania, któr9 pol9ga na usta-wi9niu odpowi9dni9go trybu pracy za pomocą wi9lopozy-cyjn9go prz9łącznika. Czt9r-dzi9Ści LED-ów tworzących wyświ9tlacz pozwala użytkownikowi na kontrolę poprawności ustawi9nia i służy rów-ni9Ż informacją o wybranym trybi9 pracy czujnika. W ofer-ci9 handlow9j występują do-datkow9 akc9soria (obi9ktywy, naświ9tlacz9, uchwyty), umożliwiające dostosowanie kanary do żądan9j aplikacji.
Typowe obszary zastosowania czujnika;
O D9t9kcja krawędzi (rys. 1).
C Kontrola zwisu mat9ria-łów taśmowych (rys. 2).
C Zliczani9 9l9m9ntów Irys. 3).
C Pomiary śr9dnicy, C9n-trowani9 (rys. 4).
C Wykrywani9 otworów w mat9riałach (rys. 5).
Światłowodowe czujniki odległości z wyjściem analogowym serii FSA30
Jest to z kol9i grupa czujników prz9znaczonych do wykrywania obi9któw, jak też do pomiarów odl9głości. Za-wi9ra fototranzystor, który prz 9 kształć a odbitą wiązkę światła podcz9rwon9go na sygnał 9l9ktryczny. Każda zmiana w świetle powracającym powoduj9 proporcjonalną zmianę na wyjściu tranzystora. Po użyciu odpowi9d-ni9go wzmacniacza na wyjściu jest sygnał liniowy prądowy l0..20mA) lub napięciowy (O..5V).
Czujnik moŻ9 pracować w dwóch trybach:
Tryb odbiciowy
W tym trybi9 czujnik emi-tuje światło podcz9rwon9, któr9 odbijając się od wykry-wan9go obi9ktu pada na odbiornik. Czujnik moŻ9 być użyty z/lub b9z światłowodu, w zal9Żności od odl9głości i czułości potrz9bn9j w dan9j aplikacji. Gdy stosowany jest tylko z filtrem polaryzacyjnym, obszar roboczy leży w zakr9si9 200..1000mm. Przy stosowaniu światłowodu obszar roboczy zal9Ży od użyt9go typu. G9n9ralni9 ulega zmni9jsz9niu, ale za to zwiększa się dokładność pomiaru.
Tryb baiieiy świetlnej (rys, 6)
W tym trybi9 czujnik ściśle współpracu-je Z9 światłowod9in. Światło podcz9rwon9 jest 9initowan9 prs9z J9d9n światłowód (S) a odbi9ran9 prs9z drugi (E). W C9lu uzyskania pomiaru Iiniow9go stosuj9 się tzw. kon-W9rt9r prz9kroju po-prz9czn9go, który prs9-kształca okrągłą wiąz-
Rys. 4.
kę światła na linię. Badany prz9dmiot, blokując w większym lub mni9jszym stopniu bari9rę świetlną, powoduj9 po-jawi9ni9 się odpowi9dni9go
Rys. 5.
sygnału wyjściow9go.
Do każd9go z trybów pracy czujnika stosowany jest od-powi9dni wzmacniacz. W trybie odbiciowym wyjściowy sygnał prądowy lub napięciowy Z9 wzmacniacza jest proporcjonalny do odl9głości ba-dan9go obi9ktu od czujnika, zaś w trybi9 bari9ry Świ9tln9j do ilości światła, jakie otrsy-muj9 czujnik.
Typowe obszary zastosowania czujnika;
C D9t9kcja krawędzi.
C Pomiar śr9dnicy.
C Pomiar zmętni9nia mat9-riałów prz9zroczystych.
C Pomiar gęstości ci9czy. Krzysztof Antczak, Maciej Grzondkowski
Artykuł został napisany na podstawie dokumentacji technicznej firmy Sensopari, której przedstawicielem jest Sels (tel. (0-22) 343-03-42).
30
Elektronika Praktyczna 10/99
AUTOMATYKA
Przemienniki częstotliwości firmy ANSALDO
W artykule omawiamy zagadnienia związane z precyzyjną regulacją prędkości obrotowej silników indukcyjnych.
Najczęściej spotykanymi urządzeniami wykonawczymi, zarówno w przemyśle jak i w zastosowaniach komercyjnych, są silniki elektryczne. W zależności od rodzaju aplikacji spotyka się silniki prądu stałego lub zmiennego.
W ostatnich latach układy napędowe prądu zmiennego (AG) cieszą się dużą popularnością. Coraz częściej wypierają one układy napę-
zmianę wartości napięcia zasilającego. Obecnie, dzięki rozwojowi techniki mikroprocesorowej i elektroniki wysokonapięciowej, sterowanie prędkością obrotową silników indukcyjnych jest równie proste i tanie, jakw przypadku napędów DC. Uzyskanie wysokiej sprawności falowników stało się możliwe po wynalezieniu tranzystorów IGBT, łączących zalety tranzystorów polowych i bipolarnych.
Najlepszą metodą sterowania prędkością obrotową
Starowanieprfdkotd^ silników AC jest regulacja anlannączfStaUtwotelto poprzez zmianę częstotliwości napięć zasilających silnik. W po-
momentNm,
momBnt krytyczny
rrnmant znamionowy
Rys. 1,
dowe z silnikami prądu stałego (DC). Ocenia się, że ponad połowa mocy napędowej w przemyśle jest dostarczana przez indukcyjne silniki klatkowe. Wraz z rozwojem techniki liczba zastosowań silników indukcyjnych stale wzrasta. Związane jest to bezpośrednio z rozwojem elektroniki wysokonapięciowej oraz techniki mikroprocesorowej.
Podstawowa zaleta napędów AC jest związana z silnikami, które w odróżnieniu od silników DC charakteryzują się prostą budową oraz nie posiadają mechanicznego komutatora. Są zatem tańsze i mniej awaryjne.
Zastąpienie silnika DC silnikiem AC powoduje zmniejszenie kosztów eksploatacji napędu oraz zwiększa niezawodność całego układu.
Sterowanie prędkością
W celu pełnego wykorzystania zalet i własności napędowych silników AC potrzebne jest efektywne sterowanie prędkością oraz momentem wytwarzanym przez wał silnika. Do niedawna w zastosowaniach, gdzie konieczna była regulacja prędkości obrotowej, stosowano wyłącznie silniki prądu stałego, których prędkość regulowano poprzez
pnpfcotćRPM
równaniu z innymi metodami, np. z regulacją prędkości poprzez zmianę napięcia, regulacja częstotliwościowa zapewnia największy zakres regulowanych prędkości.
Zasada działania przemiennika częstotliwości
Prędkość silnika AC jest prawie proporcjonalna do częstotliwości napięcia zasilającego. Zmieniając częstotliwość napięcia zasilania silnika możemy płynnie sterować jego prędkością. Jednakże, aby zachować stałą wartość momentu krytycznego silnika, wraz ze zmianą częstotliwości w tej samej proporcji powinna być dokonywana zmiana wartości napięcia zasilającego stojan silnika. Zatem stosunek U/f [V/Hz] winien zachowywać stałą wartość. Jest to najbardziej popularny algorytm sterowania prędkością i nazywany jest skalarnym. Wykres z rys. 1 pokazuje jak zmienia się charakterystyka mechaniczna silnika, przy wzroście lub spadku częstotliwości zasilania silnika.
Jak widać, w całym zakresie częstotliwości uzyskujemy stały moment obrotowy. Jest to jednak zależność teoretyczna, nie uwzględniająca wielu dodatkowych czynników mo-
gących "zepsuć" nam idealną charakterystykę.
Aby możliwa była kontrolowana zmiana częstotliwości i wartości napięć zasilających silnik, konieczne jest zastosowanie urządzenia, przemienni-ka częstotliwości, nazywanego popularnie falownikiem. Jego zadanie sprowadza się do podawania napięcia o określonej wartości i częstotliwości na zaciski silnika. Schemat ideowy przemiennika częstotliwości na przykładzie falownika Ansaldo przedstawiono na rys. 2.
liwości są zatem przekształtnikami PWM lang. Pulse Width Modulation - Modulacja Szerokości Impulsu).
Im wyższa jest częstotliwość kluczowania tranzystorów mocy, tym gładszy jest generowany przez falownik przebieg prądu i bardziej zbliżony do teoretycznej sinusoi-dy. Przy niskiej częstotliwości nośnej silnik wydaje charakterystyczny nieprzyjemny dźwięk. W przypadku falowników Ansaldo częstotliwość
LI L2 L3
Przemiennik częstotliwości
pnratowr* falowr* napięcia
obwód pr^du stałego
rx jl
T T
sftilk
Rys. 2.
Typowy przemiennik częstotliwości składa się z trzech jednostek: prostownika, pośredniego obwodu prądu stałego z baterią kondensatorów i z falownika napięcia. Przemiana energii elektrycznej p rzebiega dwustopniowo: z sieci zasilającej (najczęściej prądu zmiennego) pobierana jest energia o stałych parametrach U [V] oraz f [Hz], która, za pośrednictwem sterowanego prostownika przekształcana jest w napięcie stałe o regulowanej wartości. Następnie, w niezależnym module falownika, z napięcia stałego "wycinane" są 3 fazy napięcia zmiennego zasilające silnik.
Przebiegi chwilowych wartości napięć wyjściowych mają kształt impulsów prostokątnych o modulowanym czasie trwania. Przemienniki częstot-
nośną można wybrać z zakresu 2 do ISkHz. Wysoka częstotliwość (bo aż ISkHz) gwarantuje cichą pracę zespołu napędowego. Dzięki temu falowniki Ansaldo znakomicie nadają się do zastosowań komercyjnych, np. do napędu dmuchaw, wentylatorów czy urządzeń klimatyzacyjnych. Niestety, wraz ze wzrostem częstotliwości łączeń tranzystorów IGBT rosną straty mocy, a tracona moc zamieniana jest w ciepło. W tym przypadku zalecane jest zmniejszenie obciążenia silnika lub znalezienie kompromisu przy wyborze częstotliwości nośnej.
Kompensacja poślizgu
W przypadku przemienników częstotliwości, działających w oparciu o algorytm V/ Hz, nie można mówić o regu-
32
Elektronika Praktyczna 10/99
AUTOMATYKA
lacji prędkości obrotowej, a jedynie o sterowaniu jej wartością. Jak już wspomniano, zadaniem przemiennika częstotliwości jest generowanie przebiegu napięcia o zadanej częstotliwości i amplitudzie. Falownik nie otrzymuje bezpośredniej informacji o prędkości obrotowej silnika, a zatem nie może jej stabilizować na zadanym poziomie. Prędkość obrotowa oczywiście zależy od częstotliwości zasilania, ale nie jest to zależność w pełni proporcjonalna.
Dodatkowym i bardzo ważnym czynnikiem wpływającym na prędkość jest tzw.
2,5Hz falownik poda na zaciski silnika napięcie o wartości około 19V. Należy pamiętać, że przy niskich częstotliwościach reaktancja statora jest bardzo mała. Praktycznie spadek napięcia na samym stato-rze wynosi około 20V. Widać stąd, że napięcie podawane przez falownik na zaciski silnika nie jest w stanie wytworzyć strumienia magnetycznego w silniku, a co za tym idzie również momentu obrotowego.
Stosunek V/Hz nie może pozostawać zatem stały w całym zakresie częstotliwości. W przemiennikach częstotliwości stosuje się tzw. forso-
prądA
znamionowy
(moment) J
200%
100%
Sterowanie skalarne V/Hz
przeciążalność
0%
Rys. 3.
poślizg, czyli różnica pomiędzy prędkością wirowania pola magnetycznego wewnątrz silnika a rzeczywistą prędkością obrotową wirnika. Wartość poślizgu zależy od kilku czynników. Są nimi między innymi: obciążenie, napięcie stojana oraz rezystancje silnika. Najbardziej na zmianę poślizgu, a zatem na stabilność prędkości, wpływają zmiany obciążenia.
W celu poprawy stabilności prędkości w falownikach stosuje się kompensację poślizgu. Algorytm ten pozwala wyliczyć wartość poślizgu na podstawie pomiaru prądu silnika. Przy wzroście poślizgu falownik zwiększa częstotliwość wyjściową, kompensując tym samym zmianę prędkości. Dokładność prędkości z kompensacją poślizgu dochodzi do 0,5%.
Forsowanie rozruchu
Szczególnie trudną sprawą jest efektywne kontrolowanie prędkości przy niskich częstotliwościach. Podstawowy algorytm sterowania prędkością zakłada stałość stosunku V/ Hz, czyli napięcia zasilania stojana silnika do częstotliwości. Przy założeniu, że silnik zasilany jest z typowej sieci 380V i f=50Hz, stosunek V/Hz wyniesie 380/50 = 7,6. Zmniejszając częstotliwość do
częstotliwość Hz (prędkość silnika)
wanie ,,boost", czyli dodatkowe podbicie napięcia zasilania stojana w zakresie niskich częstotliwości.
Regulator PID
Coraz częściej przemienniki częstotliwości wyposażane są w wewnętrzne regulatory PID, których funkcjonalność odpowiada uniwersalnym regulatorom - produkowanym jako oddzielne urządzenia.
Taki regulator zawiera dwa zbiory nastaw wzmocnienia, czasu całkowania, czasu wyprzedzenia, funkcje skalowanie wejść i wyjść, odwracanie znaku odchyłki itp.
Sygnał sprzężenia zwrotnego może być wprowadzony bądź to bezpośrednio z enko-dera (np. w falownikach An-saldo z kartą enkodera), lub też z dowolnego czujnika pomiarowego za pośrednictwem sygnału napięciowego +/- 10V lub prądowego 4-20mA.
Wbudowany do falownika regulator PID potrafi zatem obsłużyć skomplikowany proces technologiczny, w którym elementem wykonawczym jest silnik prądu zmiennego napędzający pompę, sprężarkę, śrubę pociągową, dozownik i inne urządzenia. Przemiennik częstotliwości może regulować zarówno prędkość obrotową wału silnika, jak również po-
ziom w zbiorniku, temperaturę, ciśnienie, odczyn, itp. Zaletą takiego rozwiązania jest redukcja kosztów związanych z budową układu automatycznej regulacji.
Opcje komunikacyjne
Sterowanie pracą przemiennika częstotliwości odbywa się zazwyczaj za pomocą sygnałów binarnych i analogowych. Sygnały dyskretne wykorzystywane są do uruchamiania, zatrzymywania, zmiany kierunku obrotów, wyboru prędkości, zasygnalizowania alarmu lub osiągnięcia przez napęd żądanego stanu. Sygnały analogowe służą zaś do zadawania sygnału odniesienia częstotliwości, lub prędkości do monitorowania parametrów pracy układu napędowego lub wprowadzenia do falownika sygnału sprzężenia zwrotnego. W sumie w skomplikowanych aplikacjach liczba połączeń kablowych jest dość znaczna. Integracja przemiennika częstotliwości z systemem automatyki staje się droga i skomplikowana. W przypadku, gdy falownik/ oddalony jest od sterowni
0 lOOm trzeba użyć ok. 2km przewodów. Jest to operacja kosztowna nie tylko ze względu na cenę przewodów, ale również, ze względu na czas potrzebny na ich położenie
1 uruchomienie napędu.
Dlatego też firmy produkujące przemienniki częstotliwości wyposażają je w interfejsy komunikacyjne. W przypadku falowników Ansaldo interfejsem takim jest RS485, pozwalający jia. _, jednoczesne podłączenie do 3 2 falowników do jednej dwuprzewodowej magistrali. Za pośrednictwem łącza szeregowego można odczytywać i modyfikować wszystkie parametry falownika oraz sterować jego pracą. Interfejs RS485 pozwala wymieniać dane z systemem sterowania z prędkością do 19200b/s. W ciągu jednej sekundy,
Napięcie V
w trybie master-slave przemiennik może wysłać ok. 130 ramek z informacją.
Podsumowanie
Przemienniki częstotliwości znajdują coraz więcej zastosowań. W połączeniu z nowoczesnymi i bardzo wydajnymi silnikami AC są w stanie skutecznie konkurować z napędami DC. Dzięki pojawieniu się niezwykle wydajnych tranzystorów IGBT oraz rozwojowi techniki mikroprocesorowej, współczesne falowniki potrafią regulować prędkość oraz moment obrotowy wytwarzany przez wał silnika.
Przemienniki częstotliwości to nie tylko sterowniki prędkości obrotowej silnika. Dzięki możliwości łagodnego rozruchu stanowią najlepsze zabezpieczenie silników. Znika problem braku symetrii faz zasilania, iskrzenia styków jak w przypadku procedur rozruchowych gwiazda/trójkąt. Standardowy falownik wyposażony jest dodatkowo w szereg zabezpieczeń takich, jak przeciążeniowe, nadprądowe, nadnapię-ciowe, podnapięciowe oraz termiczne, skutecznie chroniące silnik.
Duże nadzieje pokłada się w przemiennikach częstotliwości ze sterowaniem połowo zorientowanym (ang. Field Oriented Vector). Falowniki te, dzięki specjalizowanym algorytmom wyznaczania prądu twornika, są w stanie bezpośrednio oddziaływać na moment wytwa-1 rżany przez silnik indukcyjny. Układy napędowe z falownikami wektorowymi cechują się bardzo wysoką dynamiką, dokładną regulacją prędkości obrotowej oraz wysokim momentem nawet przy zerowej prędkości wału silnika. Wojciech Kuś
Artykuł został napisany na podstawie dokumentacji technicznej przemienników częstotliwości firmy Ansaldo, której przedstawicielem jest Elmark Automatyka (tel. (0-22) 821-45-87).
Rys. 4.
częstotliwość częstotliwość Hz znamionowa (prędkość silnika)
Elektronika Praktyczna 10/99
33
s
Dość dużo miejsca
poświęciliśmy na łamach
EP niewielkim sterownikom
LOGO! oraz Easy. Tym
razem prezentujemy nieco
bardziej rozbudowany
sterownik
mikroprocesorowy systemy. SYSMAC firmy
W tej
przedstą&rthry podstawowe możliwości trdlnej
\panderow-liczbę
Tab.1. Skrócoia charakterystyka sterowników SYSMAC. J
Liczba 1/0 Typ sterownika Zasilanie Rodzaj wyjść Liczba wejść Liczba wyjść Ekspandery
10 CPM1A-10CDR-A 220VAC przekaźniki 6 4 me
10 CPM1A-10CDR-D 24VDC przekaźniki 6 4 me
10 CPM1A-10CDT1-D 24VDC tranzystory PN P 6 4 me
20 CPM1A-20CDR-A 220VAC przekaźniki r-o 3 me
20 CPM1A-20CDR-D 24VDC przekaźniki r-o 3 me
20 CPM1A-20CDT1-D 24VDC tranzystory PN P r-o 3 me
30 CPM1A-30CDR-A 220VAC przekaźniki 13 r-o tak (1)
30 CPM1A-30CDR-D 24VDC przekaźniki 13 r-o tak (1)
30 CPM1A-30CDT1-D 24VDC tranzystory PN P 13 r-o tak(1)
40 40 CPM1A-40CDR-A CPM1A-40CDR-D -^jMliiiiH 24VDC Mtf^niki przekaźniki 24 24 16 tak(1)
40 CPM1A-40CDT1-D 24VDC tranzystory PN P 24 16 tak (1)
I
Tab. 2. Dostępie rodzaje ekspaiderów.
Liczba l/O Oznaczenie Rodzaj wyjść Liczba wejść Liczba wyjść
20 CPM1A-20EDR przekaźniki r-o 3
20 CPM1A-20EDT1 tranzystory PNP r-o 3
3 CPM1A-MAD01 analogowe (prądowe lub napięciowe) r-o 1
Śterowniki rodziny! SYS-MLM doskonalej nadają feię do bu3wania małych i średnich sys^inów sterowania. Dostępne są tifey podstawowe wersje sterowników, wyposażone w 10, 20 lub 30 linii wejściowo-wy-jściowych szczegóły w tab. 1). Jednostka centralna może być wyposażona w wewnętrsny zasilacz sieciowy l85..264VAC) -pobiera wtedy 60VA lub impulsowy stabilizator umożliwiający zasilanie wyprostowanym napięciem o wartości 20,4..26,4VDC-pobiera wtedy zaledwie 20W. Niezależnie od wersji sterowniki mają wbudowane dodatkowe stabilizatory, dostarczające napięcie zasilające 24V/300mA dla zewnętrznych urządzeń (czujniki, dodatkowe przekaźni-
nostki cent-mi dołączo-
nymi do wejść może opierać się na przerwaniach (czas reakcji ok. 0,3 |_is) lub standardowym, program ow y m " odpy tyw aniu" (ang. pooling). Wejścia są prsystoso-wane do sterowania napięciami mieszczącymi się w przedziale 0..24Y, prsy czym za stan logicznego
cie ni-^sze od 5V, a^gicznej "1" na-wfcie wyższe od ll,4V. Wszystkie zostały wyposażone optoizolacji z zabezpieczeniem przed odwróconą polaryzacją napięcia wq go. Typowy czas reakcji^" nika na zmianę stanu na wejściu wynosi [z wyłączonym filtrem programowym) 2 ms. Możliwe jest zdefiniowanie czasu dodatkowego opóźnienia programowego o 1, 2, 4, 8, 16 32, 64 lub 128 ms.
Wszystkie obwody wyjściowe sterownika CPM1A są buforowane przez przekaźniki elektromechaniczne, które umożliwiają sterowanie następujących obciążeń: 250VAC/2A lcos^=l) lub 24YDC/2A. Czas załączania i rozłączania styków przekaźnika wynosi 15 ms. Przewidywana przez producenta elektryczna żywotność styków wynosi 100000 cykli dla obciążenia indukcyjnego lub 300000 dla obciążenia rezys-tancyjnego. Dostępne są także wersje sterowników z wyjściami tranzystorowymi PNP.
Ponieważ w pewnych aplikacjach liczba wbudowanych w sterownik wejść-wyjść może nie być wystarczająca, producent przewidział możliwość zastosowania modułów rozszerzających Itab. 2), dzięki którym można uzyskać do 90 linii wejścia-wyjścia. Dostępne są także wersje modułów rozszerzających z wyjściami tranzystorowymi PNP. Jak widać, dostępny jest także ekspander analogowy, przystosowany do wysyłania/odbioru sygnałów rr 1AiffgH^iHri5^^-ilj.K napię-ciowŁń O..1OY lub -1O.. + 1OY.
36
browniki serii SYSMAC są stosunkowo szybkie: cykl rozkazowy trwa 0,72..16,2 |_is, w zależności od wylconywane-go polecenia. Pamięć'.program u
0 pojemności 2048 słów pozwala^ na budowanie 'Stosunko-wo ziżonych algory-tmów sterowania zwłaszczaJ że dane wykorzystywane przft program przechowywane są w wyodrębnionej pamięci o pojemności 1024 słów (pamięć typu RAM)
1 512 słów (pamięć typu ROM).
Interesującą funkcją zaim-plementowaną w sterownikach SYSMAC, są wbudowane dwa nastawniki analogowe, które umożliwiają zmianę zawartości dwóch komórek pamięci IR, bez konieczności prseprogra-mowywania sterownika. Dzięki temu użytkownik może z ze-wnątrs wpłynąć na pracę sterownika, co oczywiście wymaga przygotowania odpowiednio skonstruowanego programu. Piotr Zbysiński, AVT
Artykuł opracowano na podstawie materiałów
udostępnionych przez firmę Omron (tel. 0-22 645-73-60).
Elektronika Praktyczna 10/99
SPRZĘT
Programowany generator przebiegów firmy Tektronix
Prezentowany w artykule
przyrząd jest owocem współpracy
Tektronix'a z firmą Sony. Jest to
wyższej klasy programowany
generator przebiegów funkcyjnych,
o parametrach kwalifikujących go
zarówno do zastosowań
w laboratoriach pomiarowych, jak
i pracach serwisowych.
c
Sprzęt
Przyrząd AJCG310 jest jedno kanałowym generatorem przebiegów funkcyj-'ch z moafiwością generowania przebiegów prefiefiniowanych' przez użytkownika. Pojedynczy przebieg może się składać z 10..16384 kroków, każdy o ro^kflielczości 12 bitów. W wewnęt-rajEej pamięci generatora można zapisać Lb 4 różnych przebiegów. Standardowo, TC pamięci generatora zapisane są typowe przebiegi funkcyjne, tzn. sinua&Taal-" ny, prostokątny, trójkątny (piłofeztałt-ny). Podczas pomiarów można1 także wykorzystaj wbudowany gen|*etor"szu-pfecyzyjnafferódło napięcia sta-
Możliwe jest także definiowanie dcWolnych impulsów oraz ich paczek (praca w trybie burst). Maksymalna częstotliwość gen&F^wanych przebiegów sinusoidalnych oraz prostokątnych wy-
16MHz, pozostałych przebiegów typowych lOOkHz, a przebiegów prede-
miowanych l,6MHz.
Pozostałe możliwości definiowania parametrów przebiegu są bardzo typowe: można samodzielnie dobierać jego Popełnienie, ^JjMłljtedę, składową stałą azę. W zal�K^i\d wymagań aplikacji pomiarBSej, przyrzjd można wykorzystać jako standardowy generator przebiega generator wyzwalany sygnałem zewnętrznym h (ze specjalnego we-jściaj.ub poprzez interfejs GPIBJ oraz jako ^Lzwalany generator zadanej liczby impulsów (lub kolejnych próbek).
Przebieg wyjściowy można poddać modulacji AM, FM, FSK lub Sweep (liniowa lub logarytmiczna). Dzięki krótkiemu czasowi narastania i opadania zboczy przebiegu prostokątnego, szybkość i głębokość modulacji może być s tos u nkow o^pfża.
- Panel uMlTKownika jest przejrzysty i prosty włjfbsłudze. Modyfikacje nastaw umożTiwia gumowa .'Tdawiatura, której klawisze są "rozmieszczone w sposób przemyślany, lecę nie w 100% wygodny. Wartości parametrów wraz z opisami wyświetlane są na 2-liniowym, 40-znakowym wyświetlaczu alfanumerycznym. Wbudowany podświetl acz LED ułatwia korzystanie z przyrządu w ciemnych pomieszczeniach. Drobnym utrudnieniem w posługiwaniu się przyrządem jest słabo widoczny, bez dodatkowego oświetlenia zewnętrznego opis (znajdujący się na przednim panelu obudowy) komunikatów wyświetlanych na wyświetlaczu, co zmusza użytkownika do samodzielnej interpretacji wskazań.
Oprogramowanie
Standardowym wyposażeniem generatora AFG310 jest program WaveWńieit który umożliwia łatwe projektowanie przebiegu wyjściowego (przykład na rys. 1), zapisywanie go do pamięci przyrządu,
Elektronika Praktyczna 10/99
37
SPRZĘT
wego przebiegu funkcyjnego (rys. 4),
- ręczne narysowanie jego kształtu (rys. lj lub (także ręczne) modyfikowanie przebiegów uzyskanych w jeden z wcześniej wymienionych sposobów.
Rys. 2.
a także drukowanie na dowolnym urządzeniu zdefiniowanym w systemie Windows. WaveWriier jest uniwersalnym programem, współpracującym poprzez interfejs GPIB lub RS232 z większością przyrzą-
dów firmy TektroniK (rys. 2). ______
Przebieg dla generatora można za- Rys. 3. projektować czterema sposobami:
- opisanie go (prawie} dowolną formułą matematyczną (rys. 3), co znakomicie ułatwia tworzenie przebiegów okresowych oraz gasnących,
- ,,ściągnięcie" przebiegu z dowolnego oscyloskopu współpracującego z programem WaveWriier,
- zdefiniowanie parametrów typo-
gene rato rów funkcyjnych, zastępując przy okazji szereg pomocniczych przyrządów, często niezbędnych podczas testowania lub uruchamiania urządzeń. Dołączone do generatora oprogramowanie spełnia doskonale wszystkie przypisane mu funkcje, zwiększając komfort posługiwania się przyrzą-^^^ darni pomiarowymi. ^"ŚJ Andrzej Gawryluk, AVT
Prezentowany w artykule przyrząd udostępniła redakcji firma TesPoI Hel {0-71} 338-75-20).
Tak więc, dzięki WaveWriier'owi użytkownik nie musi żmudnie definiować amplitudy kolejnych próbek przebiegu - może ich być aś 1024!
Podsumowanie
Prezentowany w artykule przyrząd, pomimo pewnych ograniczeń, jest doskonałą alternatywą dla standardowych
Rys. 4.
3S
Elektronika Praktyczna 10/99